特表 2023-553180 電池パックおよびこれを含むデバイス

(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】2023-12-20

(54)【発明の名称】電池パックおよびこれを含むデバイス

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/211 20210101AFI20231213BHJP

   H01M 50/289 20210101ALI20231213BHJP

   H01M 50/502 20210101ALI20231213BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

H01M50/211

H01M50/289

H01M50/502

H01M50/204 401F

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023535938

(86)(22)【出願日】2022-02-28

(85)【翻訳文提出日】2023-06-13

(86)【国際出願番号】 KR2022002884

(87)【国際公開番号】W WO2022225168

(87)【国際公開日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】10-2021-0051382

(32)【優先日】2021-04-20

(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】ジュファン・シン

(72)【発明者】

【氏名】チャンヒョン・ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ヘジン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ヒョンスク・イ

【テーマコード（参考）】

5H040

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H040AA37

5H040AS01

5H040AS07

5H040AT04

5H040AT06

5H040AY05

5H040DD03

5H040DD07

5H043AA04

5H043AA13

5H043AA15

5H043BA18

5H043BA19

5H043CA05

5H043CA08

5H043FA08

(57)【要約】

本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルを含む電池モジュール、および前記電池モジュールを収納するパックフレームを含む。前記パックフレームの内部で、前記電池モジュールは幅方向に沿って１列に配置されて電池モジュール群を形成し、前記電池モジュールの内部で前記電池セルが前記幅方向に沿って積層されて電池セル積層体を形成する。前記電池モジュール群の上面全体をカバーするカバー部材が前記電池モジュール群の前記上面と前記パックフレームの間に位置する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルを含む電池モジュール、および
前記電池モジュールを収納するパックフレームを含み、
前記パックフレームの内部で、前記電池モジュールは幅方向に沿って１列に配置されて電池モジュール群を形成し、
前記電池モジュールの内部で前記電池セルが前記幅方向に沿って積層されて電池セル積層体を形成し、
前記電池モジュール群の上面全体をカバーするカバー部材が前記電池モジュール群の前記上面と前記パックフレームの間に位置する、電池パック。

【請求項2】

前記電池セルのセル本体の一面が前記パックフレームの底部と垂直になるように直立した状態で、前記電池セルが前記幅方向に沿って積層される、請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

前記電池セルはパウチ型電池セルである、請求項１又は２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記電池モジュール群は、前記幅方向に沿って互いに離隔した第１電池モジュール群および第２電池モジュール群を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項5】

前記カバー部材は、前記第１電池モジュール群の上面をカバーする第１カバー部材および前記第２電池モジュール群の上面をカバーする第２カバー部材を含む、請求項４に記載の電池パック。

【請求項6】

前記第１カバー部材は、前記第１電池モジュール群の前記上面全体と対応するように位置する、請求項５に記載の電池パック。

【請求項7】

前記第２カバー部材は、前記第２電池モジュール群の前記上面全体と対応するように位置する、請求項５又は６に記載の電池パック。

【請求項8】

前記パックフレームは、前記第１電池モジュール群と前記第２電池モジュール群の間に位置する隔壁部を含む、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】

前記電池モジュールのうち、隣接する電池モジュール同士を連結する連結部材をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項による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２０２１年４月２０日付韓国特許出願第１０－２０２１－００５１３８２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含まれる。

【0002】

本発明は電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものであって、より具体的には、火炎発生に対する安全性が向上した電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものである。

【背景技術】

【0003】

現代社会では携帯電話機、ノートパソコン、キャムコーダー、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化するにつれて、前記のようなモバイル機器関連分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電の可能な二次電池は化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案であって、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

【0004】

現在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り、このうちのリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらなくて充放電が自由であり、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で脚光を浴びている。

【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、および電極組立体を電解液と共に密封収納する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缶型二次電池と、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することができる。

【0007】

小型機器に用いられる二次電池の場合、二つ～三つの電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに用いられる二次電池の場合は、複数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が用いられる。このような電池モジュールは複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、一つ以上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装着されて電池パックを形成することができる。

【0008】

複数の電池モジュールが集まった電池パックは、複数の電池セルから出る熱が狭い空間で合算されて温度が急速かつ急激に上がることがある。言い換えれば、複数の電池セルが積層された電池モジュールとこのような電池モジュールが装着された電池パックの場合、高い出力を得ることができるが、充電および放電時、電池セルで発生する熱を除去することが容易でない。電池セルの放熱がろくに行われない場合、電池セルの劣化が速くなりながら寿命が短くなり、爆発や発火の可能性が大きくなる。

【0009】

さらに、車両用電池パックに含まれる電池モジュールの場合、直射光線に頻繁に露出され、夏季や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。また、車両の走行距離を増やすために複数の電池モジュールを集約的に配置するため、いずれか一つの電池モジュールで発生した火炎や熱が隣接の電池モジュールに伝播し易くて、終局的に電池パック自体の発火や爆発につながることがある。

【0010】

よって、いずれか一つの電池セルで熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生しても、電池パック自体の火災や爆発につながらないモデルに関する設計が必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、いずれか一つの電池セルで熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生しても、前記熱暴走現象が火災や爆発につながるのを防止することができる電池パックおよびこれを含むデバイスを提供することである。

【0012】

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の課題に限定されず、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できる。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルを含む電池モジュール、および前記電池モジュールを収納するパックフレームを含む。前記パックフレームの内部で、前記電池モジュールは幅方向に沿って１列に配置されて電池モジュール群を形成し、前記電池モジュールの内部で前記電池セルが前記幅方向に沿って積層されて電池セル積層体を形成する。前記電池モジュール群の上面全体をカバーするカバー部材が前記電池モジュール群の前記上面と前記パックフレームの間に位置する。

【0014】

前記電池セルのセル本体一面が前記パックフレームの底部と垂直になるように直立した状態で、前記電池セルが前記幅方向に沿って積層できる。

【0015】

前記電池セルはパウチ型電池セルであってもよい。

【0016】

前記電池モジュール群は、前記幅方向に沿って互いに離隔した第１電池モジュール群および第２電池モジュール群を含むことができる。

【0017】

前記カバー部材は、前記第１電池モジュール群の上面をカバーする第１カバー部材および前記第２電池モジュール群の上面をカバーする第２カバー部材を含むことができる。

【0018】

前記第１カバー部材は、前記第１電池モジュール群の前記上面全体と対応するように配置することができる。

【0019】

前記第２カバー部材は、前記第２電池モジュール群の前記上面全体と対応するように配置することができる。

【0020】

前記パックフレームは、前記第１電池モジュール群と前記第２電池モジュール群の間に位置する隔壁部を含むことができる。

【0021】

前記電池モジュールのうちの隣接の電池モジュールを連結する連結部材をさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の実施形態によれば、いずれか一つの電池セルで熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生しても、順次に熱伝播（ｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が行われるように設計されて、電池パック単位での火災や爆発を防止することができる。

【0023】

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請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施形態による電池モジュールおよび連結部材を示した斜視図である。

【図2】図１の電池モジュールに対する分解斜視図である。

【図3】図２の電池モジュールに含まれている電池セルに対する斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態による電池パックに対する断面図である。

【図5】図４の電池パックにおいていずれか一つの電池セルに熱暴走現象が発生した様子を概略的に表現した断面図である。

【図6】本発明の他の一実施形態による電池パックに対する断面図である。

【図7】図６の電池パックにおいていずれか一つの電池セルに熱暴走現象が発生した様子を概略的に表現した断面図である。

【図8】本発明の変形された一実施形態による隔壁部を含む電池パックに対する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付した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の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しく説明する。本発明は様々の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。

【0026】

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、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な参照符号を付けるようにする。

【0027】

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ので、本発明が必ずしも図示されたところに限定されない。図面において様々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、一部層および領域の厚さを誇張して示した。

【0028】

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の上に”または“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。逆に、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”または“上に”あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって“の上に”または“上に”位置することを意味するのではない。

【0029】

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、これは特に反対になる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むことができるのを意味する。

【0030】

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。

【0031】

図１は、本発明の一実施形態による電池モジュールおよび連結部材を示した斜視図である。図２は、図１の電池モジュールに対する分解斜視図である。図３は、図２の電池モジュールに含まれている電池セルに対する斜視図である。

【0032】

図１～図３を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は複数の電池セル１１０を含む。電池セル１１０はパウチ型電池セルであることが好ましく、長方形のシート型構造で形成できる。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が互いに対向して一端部と他の一端部からそれぞれ突出している構造を有する。

【0033】

特に、図３を参照すれば、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。

【0034】

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できる。言い換えれば、本実施形態による電池セル１１０は総３ケ所のシーリング部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、他の一側部は連結部１１５で形成できる。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で形成できる。

【0035】

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が形成できる。但し、突出部１１０ｐは一つの例示的構造であり、本発明の他の一実施形態による電池セル１１０は突出部が形成されず、連結部１１５が一直線に伸びる形態を有することができる。

【0036】

図３には電極リード１１１、１１２が両方向に突出した構造の電池セル１１０についてのみ説明したが、本発明の他の実施形態として、電極リードが一方向に共に突出した単方向のパウチ型電池セルも可能であるのはもちろんである。

【0037】

このような電池セル１１０は複数で構成でき、複数の電池セル１１０は相互電気的に連結されるように積層されて電池セル積層体１２０を形成する。特に、図２に示されているように、ｙ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０が積層できる。これにより、電池セル１１０中の一つの電極リード１１１はｘ軸方向に向かって突出し、他の電極リード１１２は－ｘ軸方向に向かって突出していてもよい。

【0038】

電池セル積層体１２０はモジュールフレーム２００に収納できる。モジュールフレーム２００は両面が開放された形態の金属フレームであってもよい。より具体的に、電池セル積層体１２０を基準にして、電極リード１１１、１１２が突出する両方向でモジュールフレーム２００が開放される。但し、図２に示されたモジュールフレーム２００は一つの例示的構造であり、電池セル積層体１２０を収納することができれば、その形態の特別な制限はない。例えば、上部が開放されたＵ字型フレームに上部カバーが接合された形態やＵ字型フレームとひっくり返ったＵ字型フレームが相互結合された形態などが可能である。

【0039】

モジュールフレーム２００の開放された両面にはエンドプレート４１０、４２０が配置できる。２つのエンドプレート４１０、４２０をそれぞれ第１エンドプレート４１０と第２エンドプレート４２０と称することにする。エンドプレート４１０、４２０はモジュールフレーム２００の開放された両面をそれぞれ覆うことができる。このようなモジュールフレーム２００とエンドプレート４１０、４２０が形成する空間に電池セル積層体１２０が収納されることによって、電池セル積層体１２０を物理的に保護することができる。このために、モジュールフレーム２００とエンドプレート４１０、４２０はアルミニウムのように所定の強度を有する金属材質やプラスチック素材を含むことができる。一方、モジュールフレーム２００とエンドプレート４１０、４２０は互いに対応する角部位が接触された状態で、溶接などの方法で接合できる。但し、これは例示的方法であり、機構的結合形態として、ボルト締結、フック（Ｈｏｏｋ）締結などが適用できる。

【0040】

一方、本実施形態による電池モジュール１００は、バスバー５１０およびターミナルバスバー５２０が装着されたバスバーフレーム３００をさらに含むことができる。

【0041】

バスバー５１０およびターミナルバスバー５２０は、複数の電池セル１１０を電気的に連結するために電池セル１１０の電極リード１１１、１１２と接合できる。具体的に、バスバー５１０およびターミナルバスバー５２０が装着されたバスバーフレーム３００が電池セル積層体１２０の一側（ｘ軸方向）および他側（－ｘ軸方向）にそれぞれ配置できる。言い換えれば、いずれか一つのバスバーフレーム３００は、エンドプレート４１０、４２０のうちのいずれか一つと電池セル積層体１２０の間に配置することができる。図２で、電池セル積層体１２０の他側（－ｘ軸方向）に位置するバスバーフレームは図示を省略した。

【0042】

バスバーフレーム３００にはリードスリットが形成され、電極リード１１１、１１２が前記リードスリットを通過した後に曲げられてバスバー５１０やターミナルバスバー５２０に接合できる。物理的、電気的連結が可能であれば、接合の方式に特別な制限はなく、一例として溶接接合を行うことができる。

【0043】

一方、ターミナルバスバー５２０の一部分は電池モジュール１００の外側に露出されていてもよい。具体的に、第１エンドプレート４１０に第１ターミナルバスバー開口部４１０Ｈが形成され、ターミナルバスバー５２０の一部分が露出される。露出されたターミナルバスバー５２０の一部分は、他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）などと連結されてＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成するために、図１に示されたように連結部材１４００と接合できる。即ち、電池モジュール１００は連結部材１４００によって他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）などと連結できる。ここで、ＨＶ連結は電力を供給するための電源役割の連結であって、電池セル間の連結や電池モジュール間の連結を意味する。

【0044】

連結部材１４００は電気的連結が可能であれば、その素材の特別な制限はなく、金属素材が適用できる。

【0045】

以下では、図４を参照して、本発明の一実施形態による電池パック１０００ａについて詳しく説明する。

【0046】

図４は、本発明の一実施形態による電池パックに対する断面図である。具体的に、図１および図２に示された電池モジュール１００がパックフレーム１２００に収納された状態の電池パック１０００ａをｙｚ平面に切断した様子を示したものである。

【0047】

図２～図４を参照すれば、本発明の一実施形態による電池パック１０００ａは、複数の電池セル１１０を含む電池モジュール１００および電池モジュール１００を収納するパックフレーム１２００を含む。本実施形態で、電池モジュール１００は図１および図２に示された電池モジュール１００であってもよい。図４では、電池モジュール１００に含まれている電池セル１１０を説明の便宜のために点線で概略的に表現した。また、電池モジュール１００は連結部材１４００によって互いに電気的に連結されて、ＨＶ連結を形成することができる。図４ではこのような連結部材１４００を図１と異なり、概略的に表現した。

【0048】

パックフレーム１２００は、上部フレーム１２１０および下部フレーム１２２０を含むことができる。上部フレーム１２１０は板状形態であってもよく、下部フレーム１２２０は電池モジュール１００が置かれる底部１２００）を含み上部が開放された形態であってもよい。下部フレーム１２２０の開放された上部に上部フレーム１２１０が位置し、上部フレーム１２１０と下部フレーム１２２０が対応する角同士が接合されてパックフレーム１２００が完成できる。上部フレーム１２１０と下部フレーム１２２０の間の空間が電池モジュール１００が収納される空間である。但し、前記構造は本実施形態によるパックフレーム１２００が有する例示的構造であり、電池モジュール１００を収納することができれば変形された形態も可能であるのはもちろんである。

【0049】

パックフレーム１２００の内部で、電池モジュール１００は幅方向ｄ１に沿って１列に配置されて電池モジュール群１００Ｇを形成する。また、電池モジュール１００の内部で電池セル１１０が幅方向ｄ１に沿って積層されて電池セル積層体を形成する。本明細書上で幅方向ｄ１は、地面またはパックフレーム１２００の底部１２００Ｆの一面と平行な方向のうちの一つであって、言い換えればｘｙ平面と平行な方向のうちの一つである。

【0050】

より具体的に、電池セル１１０のセル本体１１３一面がパックフレーム１２００の底部１２００Ｆの一面と垂直になるように直立した状態で、電池セル１１０が幅方向ｄ１に沿って積層できる。即ち、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ内で電池モジュール１００が配置される方向と電池セル１１０が積層される方向は一致できる。

【0051】

一方、本実施形態による電池パック１０００ａは、カバー部材１３００を含む。カバー部材１３００は、電池モジュール群１００Ｇの上面全体をカバーし、電池モジュール群１００Ｇの前記上面とパックフレーム１２００の間に位置する。具体的に、カバー部材１３００は電池モジュール群１００Ｇの前記上面と上部フレーム１２１０の間に配置することができる。

【0052】

カバー部材１３００は、一例として、図４に示されているように板状形態であってもよい。但し、電池モジュール群１００Ｇの上面全体をカバーすれば、カバー部材１３００の形態に制限はない。例えば、板状形態でない剛性確保のためにビード（ｂｅａｄ）が形成された構造も可能であり、その他の電装品が配置される形態も可能である。

【0053】

また、カバー部材１３００の素材に対する特別な制限はないが、熱伝播を抑制する必要があるため、耐熱性を備えた素材を含むことが好ましい。カバー部材１３００の熱伝播抑制については後述することにする。

【0054】

以下では、図３～図５を参照して、いずれか一つの電池セルの熱暴走現象発生時、本実施形態による電池パック１０００ａが有する長所について説明する。

【0055】

図５は、図４の電池パックにおいて、いずれか一つの電池セルに熱暴走現象が発生した様子を概略的に表現した断面図である。

【0056】

図３～図５を参照すれば、本実施形態による電池パック１０００ａに含まれている電池セル１１０のうちのいずれか一つに熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生することがある。熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象の一つの例示は次の通りである。過充電をはじめとして電池セル１１０に物理的、熱的、電気的損傷が発生して、電池セル１１０の内部圧力が増加することがある。電池セル１１０のセルケース１１４の融着強度限界値を超える場合、電池セル１１０で発生した高温の熱、ベンティングガスなどが電池セル１１０の外部に噴出されることがある。

【0057】

いずれか一つの電池セルで発生した熱暴走現象は熱伝達効果、即ち、伝導、対流、輻射などの効果で隣接の電池セルに拡大され、さらに隣接の電池モジュールまで拡大されることがある。特に、空間活用率を高めるために電池モジュール同士が密集している電池パックの構造上、電池モジュールに順次に熱暴走現象が伝播するのではなく、密集した複数の電池モジュールに同時多発的に熱暴走現象が発生することになる。即ち、電池セルから始まって複数の電池モジュールに同時多発的に拡大された熱暴走現象は、電池パック自体の発火および爆発につながって深刻な問題になる。

【0058】

しかし、本実施形態による電池パック１０００ａにおいて、電池モジュール群１００Ｇ内の電池モジュール１００が幅方向ｄ１に沿って１列に配置され、電池モジュール群１００Ｇの上面全体をカバーするカバー部材１３００を位置させて、熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象の伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が電池モジュール１００単位だけでなく電池セル１１０単位でも順次に行われるようにした。即ち、図５に示されているように、いずれか一つの電池モジュールの内部のいずれか一つの電池セルで熱暴走現象が発生する場合、隣接の電池セル１１０に順次にベンティングガスおよび熱などが伝播することになる。一例として、図５では、最も左側に位置する電池モジュールの電池セル１１０’と左側から３番目に位置する電池モジュールの電池セル１１０”に熱暴走現象が伝播する様子が示されている。

【0059】

また、カバー部材１３００によって隣接していない他の電池モジュールにベンティングガスおよび熱が直ぐに伝播しない。本実施形態では、電池モジュール１００の間で連結部材１４００のＨＶ連結順序を飛び越えて熱暴走現象が伝播しないように断熱構造を設計した。

【0060】

前述のように、順次的伝播が行われるように設計することによってベンティングガスおよび熱が伝播する時間を増やすことができ、また順次に伝播する過程で熱暴走の強度が次第に減るかさらに強化されないことになる。即ち、本実施形態による電池パック１０００ａは、いずれか一つの電池セル１１０で熱暴走現象が発生しても、これが電池パック１０００ａ自体の発火や爆発につながるのを防止することができる。万一、カバー部材１３００がないとか、電池モジュール１００が幅方向ｄ１に沿って１列に配置されない場合、いずれか一つの電池セル１１０から始まった熱暴走現象が直ぐに隣接していない他の電池モジュールに伝播することがあって、短時間内に複数の電池モジュール１００からベンティングガスと高温の熱が多量排出されることがある。これは電池パック１０００ａの発火と爆発につながる可能性が高い。

【0061】

一方、前述の通り、本実施形態では、電池モジュール群１００Ｇ内で電池モジュール１００が配置される方向と電池セル１１０が積層される方向が一致できる。これにより、電池モジュール１００内で電池セル１１０の間の熱暴走現象の伝播も順次に行われることになる。電池モジュール１００の配置方向と電池セル１１０の積層方向を一致させることによって、熱暴走現象の伝播をより一層遅延させようとした。

【0062】

以下では、図６を参照して本発明の他の一実施形態による電池パック１０００ｂについて詳しく説明する。

【0063】

図６は、本発明の他の一実施形態による電池パックに対する断面図である。図４と同様に、図１および図２に示された電池モジュール１００がパックフレーム１２００に収納された状態の電池パック１０００ｂをｙｚ平面に切断した様子を示したものである。

【0064】

図２、図３および図６を参照すれば、本発明の一実施形態による電池パック１０００ｂは、複数の電池セル１１０を含む電池モジュール１００および電池モジュール１００を収納するパックフレーム１２００を含むことができる。本実施形態で、電池モジュール１００は図１および図２に示された電池モジュール１００であってもよい。図６では電池モジュール１００に含まれている電池セル１１０を説明の便宜のために点線で概略的に表現した。

【0065】

また、電池パック１０００ｂは、電池モジュール１００のうちの隣接の電池モジュールを連結する連結部材１４００をさらに含むことができる。電池モジュール１００は連結部材１４００によって電気的に連結されて、ＨＶ連結を形成することができる。図６ではこのような連結部材１４００を図１と異なり、概略的に表現した。

【0066】

パックフレーム１２００は、上部フレーム１２１０および下部フレーム１２２０を含むことができる。この時、下部フレーム１２２０は隔壁部１２００Ｗをさらに含むことができる。隔壁部１２００Ｗについては第１～第３電池モジュール１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃと共に再び詳しく説明することにする。

【0067】

本実施形態による電池モジュール１００は幅方向ｄ１に沿って１列に配置されて電池モジュール群１００Ｇを形成し、電池モジュール群１００Ｇは第１電池モジュール群１００Ｇａ、第２電池モジュール群１００Ｇｂ、および第３電池モジュール群１００Ｇｃを含むことができる。電池モジュール群１００Ｇの個数に特別な制限はない。図６に示されているように、３つの電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃや４つ以上も可能であり、２つの電池モジュール群も可能である。

【0068】

第１電池モジュール群１００Ｇａ、第２電池モジュール群１００Ｇｂ、および第３電池モジュール群１００Ｇｃそれぞれは、幅方向ｄ１に沿って互いに離隔できる。即ち、第１電池モジュール群１００Ｇａが第２電池モジュール群１００Ｇｂと離隔して位置し、第２電池モジュール群１００Ｇｂが第３電池モジュール群１００Ｇｃと離隔して配置できる。

【0069】

本実施形態による電池パック１０００ｂはカバー部材１３００を含むことができ、カバー部材１３００は、第１カバー部材１３００ａ、第２カバー部材１３００ｂ、および第３カバー部材１３００ｃを含むことができる。第１カバー部材１３００ａは第１電池モジュール群１００Ｇａの上面全体をカバーし、第２カバー部材１３００ｂは第２電池モジュール群１００Ｇｂの上面全体をカバーし、第３カバー部材１３００ｃは第３電池モジュール群１００Ｇｃの上面全体をカバーする。より具体的に、第１カバー部材１３００ａは第１電池モジュール群１００Ｇａの前記上面全体と対応するように配置することができる。第２カバー部材１３００ｂは第２電池モジュール群１００Ｇｂの前記上面全体と対応するように配置することができる。第３カバー部材１３００ｃも第３電池モジュール群１００Ｇｃの前記上面全体と対応するように配置することができる。

【0070】

一方、前述の隔壁部１２００Ｗは、第１電池モジュール群１００Ｇａと第２電池モジュール群１００Ｇｂの間および第２電池モジュール群１００Ｇｂと第３電池モジュール群１００Ｇｃの間のうちの少なくとも一ケ所に配置することができる。即ち、隔壁部１２００Ｗによって第１～第３電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃが空間的に分離され互いに区分されることになる。

【0071】

以下では、図３、図６および図７を参照して、いずれか一つの電池セルの熱暴走現象発生時、本実施形態による電池パック１０００ｂが有する長所について説明する。図７は、図６の電池パックにおいていずれか一つの電池セルに熱暴走現象が発生した様子を概略的に表現した断面図である。

【0072】

図３、図６および図７を参照すれば、本実施形態による電池パック１０００ｂに含まれている電池セル１１０のうちのいずれか一つに熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象が発生することがある。一例として、第１電池モジュール群１００Ｇａの右側電池モジュールに含まれている電池セルのうちの一つに前記熱暴走現象が発生することがある。

【0073】

いずれか一つの電池セルで発生した熱暴走現象は対流効果で隣接の電池セルに拡大され、さらに隣接の電池モジュールまで拡大されることがある。特に、空間活用率を高めるために電池モジュール同士が密集している電池パックの構造上、電池モジュールに順次に熱暴走現象が伝播するのではなく、密集した複数の電池モジュールに同時多発的に熱暴走現象が発生することがある。即ち、電池セルから始まって複数の電池モジュールに同時多発的に拡大された熱暴走現象は、電池パック自体の発火および爆発につながって深刻な問題になる。

【0074】

しかし、本実施形態による電池パック１０００ｂにおいて、各電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃ内の電池モジュール１００が幅方向ｄ１に沿って１列に配置され、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃそれぞれの上面をカバーするカバー部材１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃを位置させて、熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象の伝播（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が電池モジュール１００単位だけでなく電池セル１１０単位でも順次に行われるようにした。即ち、図７に示されているように、いずれか一つの電池モジュールの内部のいずれか一つの電池セルで熱暴走現象が発生する場合、隣接の電池セル１１０に順次にベンティングガスおよび熱などが伝播することになる。一例として、図７では、第１電池モジュール群１００Ｇａでの電池モジュールに含まれている電池セル１１０’と第２電池モジュール群１００Ｇｂでの電池モジュールに含まれている電池セル１１０”に熱暴走現象が伝播する様子が示されている。

【0075】

また、カバー部材１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃによって隣接していない他の電池モジュール群や電池モジュールにベンティングガスおよび熱が直ぐに伝播しない。本実施形態では、電池モジュール１００の間で連結部材１４００のＨＶ連結順序を飛び越えて熱暴走現象が伝播しないように断熱構造を設計した。

【0076】

前述のように、順次的伝播が行われるように設計することによってベンティングガスおよび熱が伝播する時間を増やすことができ、また順次に伝播する過程で熱暴走の強度が次第に減るかさらに強化されないことになる。即ち、本実施形態による電池パック１０００ｂはいずれか一つの電池セル１１０で熱暴走現象が発生しても、これが電池パック１０００ｂ自体の発火や爆発につながるのを防止することができる。

【0077】

また、前述の通り、電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃ内で電池モジュール１００が配置される方向と電池セル１１０が積層される方向が一致できる。これにより、電池モジュール１００内で電池セル１１０の間の熱暴走現象の伝播も順次に行われることになる。電池モジュール１００の配置方向と電池セル１１０の積層方向を一致させることによって、熱暴走現象の伝播をより一層遅延させようとした。

【0078】

同時に、隔壁部１２００Ｗが形成されて電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃを空間的に分離し、各電池モジュール群１００Ｇａ、１００Ｇｂ、１００Ｇｃと対応するようにカバー部材１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃを配置することによって、電池モジュール単位を超えて電池モジュール群単位でもベンティングガスおよび熱の伝播が順次に起こるようにした。また、伝播時間をより一層遅延させることができて、伝播過程での熱暴走の強度が減る効果をさらに増大させることができる。前記のように、熱伝達を抑制する構造によって、熱抵抗の高い構造を形成することができ、熱抵抗が特定以上まで実現される場合、熱暴走の順次的伝播が終了できる。

【0079】

図６には下部フレーム１２２０の一部が湾入した形態の隔壁部１２００Ｗが示されているが、電池モジュール群を区分することができれば、その形態に特別な制限はない。他の例示として、図８に本発明の変形された一実施形態による隔壁部１２００Ｗ’の形態が示されている。図８は、本発明の変形された一実施形態による隔壁部１２００Ｗ’を含む電池パック１０００ｂ’に対する断面図である。

【0080】

図８を参照すれば、本実施形態による隔壁部１２００Ｗ’は、第１電池モジュール群１００Ｇａと第２電池モジュール群１００Ｇｂの間および第２電池モジュール群１００Ｇｂと第３電池モジュール群１００Ｇｃの間のうちの少なくとも一ケ所に配置することができる。このような隔壁部１２００Ｗ’は、下部フレーム１２２０の底部１２００Ｆから上向延長された板状形態であってもよい。

【0081】

図６に示された隔壁部１２００Ｗと図８に示された隔壁部１２００Ｗ’は全て熱伝達の伝導、対流、輻射などの効果を制御することができる構造であって、熱伝達の拡大を防止する機能である。このような隔壁部１２００Ｗ、１２００Ｗ’は伝導を防止するための断熱材を含むことができ、また、ベンティングガスを防止するために薄い金属板材を含むことができる。

【0082】

本実施形態で前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変わる。

【0083】

前述の本実施形態による電池パックは電池モジュールだけでなく、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムを含むことができる。

【0084】

前記電池パックは多様なデバイスに適用できる。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やＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などに適用できるが、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。

【0085】

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るのではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用い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のである。

【符号の説明】

【0086】

１０００ａ、１０００ｂ：電池パック
１００：電池モジュール
１１０：電池セル
１２０：電池セル積層体
１００Ｇ：電池モジュール群
１３００：カバー部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】