特表 2024-536984 バッテリーパック、該バッテリーパックを含むエネルギー貯蔵装置及び自動車

(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】2024-10-10

(54)【発明の名称】バッテリーパック、該バッテリーパックを含むエネルギー貯蔵装置及び自動車

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20241003BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20241003BHJP

   H01M 10/658 20140101ALI20241003BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241003BHJP

   H01M 10/627 20140101ALI20241003BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241003BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20241003BHJP

   H01M 50/383 20210101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 401F

H01M50/211

H01M10/658

H01M10/613

H01M10/627

H01M10/625

H01M10/647

H01M50/383

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024513805

(86)(22)【出願日】2022-12-21

(85)【翻訳文提出日】2024-02-29

(86)【国際出願番号】 KR2022021002

(87)【国際公開番号】W WO2023128462

(87)【国際公開日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】10-2021-0188749

(32)【優先日】2021-12-27

(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】スン－ヒョン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ヨン－フ・オ

(72)【発明者】

【氏名】スン－ミン・オク

(72)【発明者】

【氏名】サン－ヒョン・ジョ

(72)【発明者】

【氏名】ヨン－ボム・チョ

(72)【発明者】

【氏名】スン－ゴン・ホン

【テーマコード（参考）】

5H012

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H012AA03

5H012BB08

5H012CC03

5H012CC10

5H031AA09

5H031CC05

5H040AA37

5H040AS01

5H040AS07

5H040AT04

5H040AT06

5H040AY05

5H040AY10

5H040NN03

(57)【要約】

本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、安全性が改善されたバッテリーパックを提供する。このような本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、１つ以上のバッテリーセルを有するバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールの一側に装着されており、バッテリーセルのいずれか１つに異常状況が発生した場合にバッテリーモジュール内部に正圧を形成するように構成された熱暴走抑制ユニットと、を含むことを特徴とする。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つ以上のバッテリーセルを有するバッテリーモジュールと、
前記バッテリーモジュールの一側に装着されており、前記バッテリーセルのいずれか１つに異常状況が発生した場合に前記バッテリーモジュール内部に正圧を形成するように構成された熱暴走抑制ユニットと、
を含む、バッテリーパック。

【請求項2】

前記熱暴走抑制ユニットは、
前記異常状況時に、前記バッテリーモジュール内部に消火剤を注入する、請求項１記載のバッテリーパック。

【請求項3】

前記熱暴走抑制ユニットは、
前記消火剤の注入により、前記異常状況時に、前記バッテリーモジュール内部の中央部の圧力を、前記バッテリーモジュール内部の端縁部の圧力よりも高く維持する、請求項２に記載のバッテリーパック。

【請求項4】

前記熱暴走抑制ユニットは、
前記消火剤を供給するための消火タンクと、
前記消火タンクと前記バッテリーモジュールとを接続している消火剤供給ラインであって、前記バッテリーモジュールの一側に貫通して装着された前記消火剤供給ラインと、
を含む、請求項２記載のバッテリーパック。

【請求項5】

前記消火剤供給ラインは、
前記バッテリーモジュールの上側に貫通して装着されている、請求項４に記載のバッテリーパック。

【請求項6】

前記消火剤供給ラインは、
前記バッテリーモジュールの上側中央部に貫通して装着されている、請求項５に記載のバッテリーパック。

【請求項7】

前記消火剤供給ラインは、
前記消火タンクと接続されている接続ラインであって、所定の長さに設けられた前記接続ラインと、
前記接続ラインに設けられている噴射ノズルであって、前記バッテリーモジュールを貫通する前記噴射ノズルと、
を含む、請求項４に記載のバッテリーパック。

【請求項8】

前記消火剤供給ラインは、
前記接続ラインを覆うことが可能なラインカバーを含む、請求項７に記載のバッテリーパック。

【請求項9】

前記消火剤は、
冷却性能を有する消火ガスから構成されている、請求項２に記載のバッテリーパック。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、エネルギー貯蔵装置。

【請求項11】

請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、自動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーパック、該バッテリーパックを含むエネルギー貯蔵装置及び自動車に関し、安全性が改善されたバッテリーパック、該バッテリーパックを含むエネルギー貯蔵装置及び自動車に関する。

【0002】

本出願は、２０２１年１２月２７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１８８７４９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】

エネルギー密度が高く、製品群によって適用が容易であるなどの電気的特性を有する二次電池は、携帯機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド車両（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）にも広く用いられている。このような二次電池は、化石燃料の使用量を大幅に削減できるという第一の利点だけでなく、エネルギー使用による副産物が全く発生しないことから、環境にやさしくエネルギー効率の高い新たなエネルギー源として注目されている。

【0004】

現在広く使用されている二次電池の種類には、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がある。これらの単位二次バッテリーセル、すなわち単位バッテリーセルの動作電圧は約２．５～４．５Ｖである。そのため、これより高い出力電圧が必要な場合は、複数のバッテリーセルを直列に接続してバッテリーパックを構成することもある。また、バッテリーパックに必要な充放電容量によっては、複数のバッテリーセルを並列に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、要求される出力電圧や充放電容量に応じて、前記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数を様々に設定することができる。

【0005】

一方、複数のバッテリーセルを直列／並列に接続してバッテリーパックを構成する場合、まず少なくとも１つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを構成し、その少なくとも１つのバッテリーモジュールを用いて他の構成要素を追加してバッテリーパックやバッテリーラックを構成する方法が一般的である。

【0006】

また、近年、電力不足や環境にやさしいエネルギーなどの問題が重視される中、生産された電力を貯蔵するエネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が多くの注目を集めている。代表的に、このようなエネルギー貯蔵装置を用いると、スマートグリッドシステム（Ｓｍａｒｔ Ｇｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ）などの電力管理システムを容易に構築でき、これにより特定の地域や都市の電力需給を容易に調整できるようになる。また、電気自動車の商用化が本格化し、電気自動車を充電する充電スタンド（電気充電ステーション、電気充電所）にもこのようなエネルギー貯蔵装置が適用される可能性がある。

【0007】

このようなエネルギー貯蔵装置などに用いられるバッテリーパックの場合、パックケースの内部空間に複数のバッテリーモジュールを収容することができる。そして、それぞれのバッテリーモジュールは、互いに直列におよび／または並列に接続されて、バッテリーパックの出力や容量などが増加するように構成され得る。さらに、バッテリーパックのエネルギー密度を高めるために、バッテリーモジュールは非常に狭い空間に互いに密集した状態で存在することがある。

【0008】

従来のバッテリーパックを構成する少なくとも１つのバッテリーモジュールは、一般に、互いに積層された複数のバッテリーセルと、複数のバッテリーセルを収容するモジュールハウジングと、を含んで構成される。

【0009】

このような従来のバッテリーパックは、バッテリーモジュールの複数のバッテリーセルのうちの特定のバッテリーセルにおいて異常状況による過熱が発生した場合、過熱したバッテリーセルに発生した熱が隣接するバッテリーセルにそのまま伝達されて熱暴走が発生し、隣接する周辺のバッテリーモジュールの爆発などのより大きな危険につながるという問題がある。

【0010】

特に、従来のバッテリーパックの場合、ボックス状やモノフレーム（管）状にパックケースが構成され、そのようなパックケースの内部空間に複数のバッテリーモジュールが収容される形態に構成される場合が多い。しかしながら、このような従来のバッテリーパックの構成において、パックケースがバッテリーモジュールの間の熱の伝達を促してしまうという問題を引き起こす虞がある。すなわち、熱的事象が生じたバッテリーモジュールである事象モジュールから生成された熱は、隣接するバッテリーモジュールに熱の輻射などの方式を用いて直接的に伝達されることもあれば、パックケースを介して熱伝導の方式により伝達されることもある。特に、パックケースを介する場合、事象モジュールと隣接しておらずに遠くに離れているバッテリーモジュールまで熱が伝達されてしまうという問題が生じる虞がある。

【0011】

そのため、従来のバッテリーパックの構成によれば、パックケースの内部に含まれる複数のバッテリーモジュール同士の間の熱の伝達が容易に行われるので、熱暴走の伝播を適切に抑えられないという問題がある。そして、このような熱暴走の伝播は、バッテリーパックの故障や損傷はもちろんのこと、発火及び延焼を引き起こす可能性があるため、甚大な被害をもたらす可能性がある。

【0012】

そこで、バッテリーモジュールの異常状況時における熱暴走を防止することができるバッテリーパック、該バッテリーパックを含むエネルギー貯蔵装置及び自動車を提供することが要望されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

したがって、本発明の目的は、バッテリーモジュールの異常状況時における熱暴走を防止することができるバッテリーパック、該バッテリーパックを含むエネルギー貯蔵装置及び自動車を提供することである。

【0014】

但し、本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した課題に何ら制限されるものではなく、言及されていない他の課題は、下記に記載されている発明の詳細な説明から当業者にとって明らかに理解できるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的を達成するために、本発明は、１つ以上のバッテリーセルを有するバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールの一側に装着されており、前記バッテリーセルのいずれか１つに異常状況が発生した場合に前記バッテリーモジュール内部に正圧を形成するように構成された熱暴走抑制ユニットと、を含むことを特徴とするバッテリーパックを提供する。

【0016】

また、好ましくは、前記熱暴走抑制ユニットは、前記異常状況時に、前記バッテリーモジュール内部に消火剤を注入し得る。

【0017】

また、好ましくは、前記熱暴走抑制ユニットは、前記消火剤の注入により、前記異常状況時に、前記バッテリーモジュール内部の中央部の圧力を、前記バッテリーモジュール内部の端縁部の圧力よりも高く維持し得る。

【0018】

また、好ましくは、前記熱暴走抑制ユニットは、前記消火剤を供給するための消火タンクと、前記消火タンクと前記バッテリーモジュールとを接続しており、前記バッテリーモジュールの一側に貫通して装着された消火剤供給ラインと、を含み得る。

【0019】

また、好ましくは、前記消火剤供給ラインは、前記バッテリーモジュールの上側に貫通して装着され得る。

【0020】

また、好ましくは、前記消火剤供給ラインは、前記バッテリーモジュールの上側中央部に貫通して装着され得る。

【0021】

また、好ましくは、前記消火剤供給ラインは、前記消火タンクと接続されており、所定長さに設けられた接続ラインと、前記接続ラインに設けられており、前記バッテリーモジュールを貫通する噴射ノズルと、を含み得る。

【0022】

また、好ましくは、前記消火剤供給ラインは、前記接続ラインを覆うことが可能なラインカバーを含み得る。

【0023】

また、好ましくは、前記消火剤は、冷却性能を有する消火ガスから構成され得る。

【0024】

さらに、本発明は、上記実施形態によるバッテリーパックを含むことを特徴とするエネルギー貯蔵装置を提供する。

【0025】

さらにまた、本発明は、上記実施形態によるバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。

【発明の効果】

【0026】

以上のような様々な実施形態によれば、バッテリーモジュールの異常状況時における熱暴走を防止することができるバッテリーパック、該バッテリーパックを含むエネルギー貯蔵装置及び自動車を提供することができる。

【0027】

特に、熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）等の事象（イベント）により特定のバッテリーモジュールに熱が発生した場合に、発生した熱が隣接する他のモジュールへの伝達を遮断または極力遅延させることができる。

【0028】

また、熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）などの事象に起因する特定のバッテリーモジュール内の異常状況を直接的に抑制することができる。

【0029】

したがって、本発明のこのような側面によれば、バッテリーパックの熱的安全性をさらに向上させることができる。

【0030】

これらに加えて、本発明の色々な実施形態によって色々な他のさらなる効果をなし遂げることができる。このような本発明の色々な効果については各実施形態の欄において説明したり、当業者が容易に理解可能な効果については当該説明を省略したりする。

【0031】

本明細書に添付される図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の内容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のためのものであるため、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るものではない。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の一実施形態によるバッテリーパックを説明するための図である。

【図2】図１のバッテリーパックの概略分解斜視図である。

【図3】図２のバッテリーパックの熱暴走抑制ユニットの消火剤供給ラインを説明するための図である。

【図4】本発明の一実施形態によるバッテリーパックに含まれる１つのバッテリーモジュールを示す斜視図である。

【図5】図４の一部構成を分離または除去した形状を示す部分斜視図である。

【図6】図１のバッテリーパックにおけるバッテリーモジュールの内部を示す概略断面図である。

【図7】図１のバッテリーパックのバッテリーモジュールのいずれか１つに異常状況が発生した場合の熱暴走抑制ユニットの動作を説明するための図である。

【図8】図１のバッテリーパックのバッテリーモジュールのいずれか１つに異常状況が発生した場合の熱暴走抑制ユニットの動作を説明するための図である。

【図9】図１のバッテリーパックのバッテリーモジュールのいずれか１つに異常状況が発生した場合の熱暴走抑制ユニットの動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、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るものではなく、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るものである。

【0034】

したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを表すものではないため、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されたい。

【0035】

一方、本明細書においては、上、下、左、右、前、後などの方向指示語が使用可能であるが、これらの用語は説明の便宜上のものに過ぎず、対象となる物事の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、本発明の当業者にとって自明である。

【0036】

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックを説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーパックの概略分解斜視図であり、図３は、図２のバッテリーパックの熱暴走抑制ユニットの消火剤供給ラインを説明するための図である。

【0037】

図１～図３を参照すると、バッテリーパックは、バッテリーモジュール１００及び熱暴走抑制ユニット３００を含み得る。

【0038】

前記バッテリーモジュール１００は、１つ以上のバッテリーセル１１０（図５参照）を備え、エネルギーを貯蔵及び放出するように構成され得る。ここで、各バッテリーセル１１０は、二次電池を意味し得る。

【0039】

また、バッテリーモジュール１００は、バッテリーパックに複数含まれ得る。特に、バッテリーパックの容量及び／又は出力等を向上させるために、バッテリーモジュール１００は、図１及び図２に示すように、バッテリーパックに複数含まれ得る。このとき、複数のバッテリーモジュール１００は、少なくとも一方向に積層され得る。例えば、図１及び図２では、８つのバッテリーモジュール１００がＸ軸方向（左右方向）に配列されて示されている。

【0040】

このようなバッテリーモジュール１００のより具体的な構成の一例は、図４及び図５により具体的に示されている。

【0041】

前記熱暴走抑制ユニット３００は、前記バッテリーモジュール１００の一側に装着されており、いずれか１つのバッテリーセル１１０に異常状況が発生した場合に、前記バッテリーモジュール１００内部に正圧を形成するように構成され得る。

【0042】

この実施形態では、このような異常状況時に、前記バッテリーモジュール１００内部に正圧を形成する前記熱暴走抑制ユニット３００により、外部空気、具体的には酸素が、前記異常状況が発生したバッテリーモジュール１００内部に侵入することを抑制することで、異常状況が発生したバッテリーモジュール１００内部における熱暴走状況のさらなる進展を可能な限り遅延させることができる。

【0043】

以下、このような前記熱暴走抑制ユニット３００についてより具体的に説明する。

【0044】

前記熱暴走抑制ユニット３００は、前記異常状況時に前記バッテリーモジュール１００内部に消火剤Ｒ（図８参照）を注入することができる。これにより、前記熱暴走抑制ユニット３００は、前記消火剤Ｒを注入することにより、前記異常状況が発生したバッテリーモジュール１００内部に火災などの異常状況を直接的に抑制することができる。

【0045】

ここで、前記消火剤Ｒは、冷却性能を有する消火ガスから構成され得る。例えば、前記消火剤Ｒは、非反応性で窒息効果及び冷却効果を有する窒素、二酸化炭素等を含んで構成され得る。

【0046】

これにより、この実施形態では、前記異常状況時に、異常状況が発生したバッテリーモジュール１００内部で直接窒息消火及び冷却消火を行うことにより、火災状況等をより良好かつ迅速に鎮圧することができる。

【0047】

前記熱暴走抑制ユニット３００は、前記消火剤Ｒの注入により、前記異常状況時に、前記バッテリーモジュール１００内部の中央部の圧力Ｐ１（図９参照）を、前記バッテリーモジュール１００内部の端縁部の圧力Ｐ２（図９参照）よりも大きく維持することができる。

【0048】

これにより、この実施形態では、前記熱暴走抑制ユニット３００によって、前記バッテリーモジュール１００内部で正圧をより効果的に形成して持続することができる。ここで、前記消火剤Ｒの注入は、異常状況の発生を検知して注入される時点から約１０分まで行うことができる。

【0049】

したがって、この実施形態では、異常状況が発生したバッテリーモジュール１００内部で約２～１０分まで継続的に正圧を形成することにより、前記異常状況が発生した高温のバッテリーモジュール１００内部への酸素等の外部空気の流入を効果的に遮断することができ、これにより、異常状況が発生したバッテリーモジュール１００内部の状況を抑制しつつ、隣接するバッテリーモジュール１００側への熱の転移を極力抑制することができる。

【0050】

このような前記熱暴走抑制ユニット３００は、消火タンク３１０と、消火剤供給ライン３３０とを含み得る。

【0051】

前記消火タンク３１０は、前記消火剤Ｒを供給するためのもので、前記バッテリーパックの外部に設けられてもよいし、または前記バッテリーパックの一側に装着されてもよい。このような前記消火タンク３１０には、前記消火剤Ｒを貯蔵するための貯蔵空間が設けられ得る。

【0052】

前記消火剤供給ライン３３０は、前記消火タンク３１０と前記バッテリーモジュール１００とを連結するもので、前記バッテリーモジュール１００の一側に貫通して装着され得る。具体的には、前記消火剤供給ライン３３０は、前記複数のバッテリーモジュール１００のそれぞれに接続され、前記複数のバッテリーモジュール１００と前記消火タンク３１０とを接続することができる。

【0053】

前記消火剤供給ライン３３０は、前記バッテリーモジュール１００の上側に貫通して装着され得る。具体的には、前記消火剤供給ライン３３０は、前記複数のバッテリーモジュール１００のそれぞれの上側に貫通して装着され得る。より具体的には、前記消火剤供給ライン３３０は、前記複数のバッテリーモジュール１００のそれぞれの上側中央部に貫通して装着され得る。

【0054】

このような前記消火剤供給ライン３３０は、接続ライン３３２と、噴射ノズル３３６とを含み得る。

【0055】

前記接続ライン３３２は、前記消火タンク３１０と接続され、所定の長さを有し得る。前記接続ライン３３２の長さは、前記複数のバッテリーモジュール１００の数や前記消火タンク３１０の位置などを考慮して設計され得る。

【0056】

このような前記接続ライン３３２には、前記消火剤Ｒの流れのための内部流路が設けられ得る。前記内部流路は、前記消火タンク３１０及び後述の噴射ノズル３３６と連通し得る。

【0057】

前記噴射ノズル３３６は、前記接続ライン３３２に設けられ、前記バッテリーモジュール１００を貫通可能である。このような前記噴射ノズル３３６は、前記接続ライン３３２の前記内部流路と連通して、前記消火剤Ｒを前記バッテリーモジュール１００内部に噴射することができる。

【0058】

前記噴射ノズル３３６は、複数であり得る。前記複数の噴射ノズル３３６は、前記接続ライン３３２に沿って互いに所定の距離を隔てて配置され、前記複数のバッテリーモジュール１００の各々に貫通して装着され得る。

【0059】

一方、前記噴射ノズル３３６は、ガラス球を備え得る。前記ガラス球３３３は、前記噴射ノズル３３６の内部流路を密閉できるように前記噴射ノズル３３６の噴射孔をカバーするように構成されるが、前記バッテリーモジュール１００内部が所定温度以上になると、少なくとも一部が破損して前記内部流路及び噴射孔を開放するように構成され得る。

【0060】

このような前記ガラス球は、内部に所定の液体や気体などの所定の物質が充填されている。このような所定の物質は、温度の上昇に伴って体積が増加する性質を有し得る。

【0061】

具体的には、前記ガラス球は、所定の温度、例えば、摂氏７０度～１００度以上で、前記所定物質の体積膨張によって割れたり、溶融したり、または、前記噴射ノズル３３６から離脱し、それにより、前記噴射孔を開いて、前記バッテリーモジュール１００内に前記消火剤Ｒの噴射を導くことができる。

【0062】

前記消火剤供給ライン３３０は、ラインカバー３３８をさらに含み得る。

【0063】

前記ラインカバー３３８は、前記接続ライン３３２を覆うように設けられ得る。具体的には、前記ラインカバー３３８は、前記バッテリーモジュール１００の一側に対応する、前記接続ライン３３２の一部を覆うように設けられ得る。より具体的には、前記ラインカバー３３８は、前記バッテリーモジュール１００の上側に配置された接続ライン３３２の一部を覆うように設けられ得る。

【0064】

このような前記ラインカバー３３８は、外部からの衝撃等によって引き起こされ得る前記接続ライン３３２の損傷や破損などを防止することができる。また、前記ラインカバー３３８は、前記接続ライン３３２の損傷や破損等により流出する可能性のある前記消火剤Ｒの外部流出を防止することができる。

【0065】

図４は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックに含まれる１つのバッテリーモジュールを示す斜視図であり、図５は、図４の一部構成を分離または除去した形状を示す部分斜視図であり、図６は、図１のバッテリーパックにおけるバッテリーモジュールの内部を示す概略断面図である。

【0066】

図４～図６及び先の図１～図３を参照すると、前記バッテリーモジュール１００は、バッテリーセル１１０（二次電池）を備え得る。

【0067】

ここで、バッテリーセル１１０は、電極組立体、電解液（電解質）及び電池ケースを備え得る。図５及び図６にはパウチ型二次電池が示されているが、二次電池の他の形態、例えば、円筒型電池や角型電池がバッテリーモジュール１００に含まれることもある。

【0068】

このような二次電池は、複数であってもよい。例えば、同図に示すように、複数のパウチ型二次電池が寝かされた状態で上下方向に積層されてセルアセンブリを構成し得る。このとき、各電池の電極リード１１１は、互いに直接接触していてもよいし、バスバー等を介して電気的に接続されていてもよい。

【0069】

また、前記バッテリーモジュール１００は、モジュール端子１４０を備え得る。例えば、バッテリーモジュール１００は、前方及び／又は後方側に各バッテリーセル１１０の電極リード１１１が位置しており、当該電極リード１１１と電気的に接続されたモジュール端子１４０が位置していてもよい。

【0070】

特に、モジュール端子１４０は、バッテリーモジュール１００の前方及び／又は後方側に位置し、前方及び／又は後方に突出した形態で構成され得る。さらに、各バッテリーモジュール１００は、モジュール端子１４０として、正極モジュール端子（＋）と負極モジュール端子（－）とを備え得る。このとき、正極モジュール端子（＋）と負極モジュール端子（－）は、バッテリーモジュール１００の同じ側面、例えば、同図に示すように、前方（－Ｙ軸方向）側面に位置し得る。

【0071】

このようなモジュール端子１４０は、バッテリーモジュール１００に含まれる二次電池（バッテリーセル１１０）を、バッテリーモジュール１００の外部の他の構成要素、例えば他のバッテリーモジュール１００と電気的に接続することを可能にする。

【0072】

前記バッテリーモジュール１００は、モジュールケース１２０及びバスバーアセンブリ１３０を備え得る。

【0073】

ここで、モジュールケース１２０は、１つ以上の二次電池を内部空間に収容する形態で構成され得る。例えば、モジュールケース１２０は、同図に示すように、上部プレート１２１、下部プレート１２２及び側部プレート１２３を備え得る。そして、このような複数のプレートが互いに結合されて、限られた内部空間に電池アセンブリを収容し得る。

【0074】

ここで、モジュールケース１２０に含まれる一部のプレート、例えば、下部プレート１２２及び側部プレート１２３（左側プレート、右側プレート）は、互いに一体化された形態で構成され得る。この場合、下部プレート１２２と側部プレート１２３のとの一体化の形態は、略Ｕ字型であり得る。

【0075】

または、下部プレート１２２、側部プレート１２３および上部プレート１２１が互いに一体化された管状のモノフレーム形態で構成され得る。このようなモジュールケース１２０の各プレートは、互いに結合された状態で内部空間を限定することができる。そして、このような内部空間にセルアセンブリを収容することができる。

【0076】

前記モジュールケース１２０は、前記消火剤供給ライン３３０の噴射ノズル３３６を貫通して装着するためのノズル装着部１２５を備え得る。具体的には、前記ノズル装着部１２５は、前記上部プレート１２１に設けられ得る。より具体的には、前記ノズル装着部１２５は、前記上部プレート１２１の上側中央部に設けられ得る。

【0077】

このような前記ノズル装着部１２５を通じて、前記消火剤供給ライン３３０の前記噴射ノズル３３６は、前記モジュールケース１２０内に貫通しており、前記異常状況が発生した場合に、前記モジュールケース１２０の内部に前記消火剤Ｒ（図８参照）を注入することができる。

【0078】

前記モジュールケース１２０は、少なくとも一側が開放されるように構成され得る。そして、このような開放部分にセルアセンブリの電極リード１１１が位置するように構成され得る。

【0079】

特に、バッテリーモジュール１００は、バスバーアセンブリ１３０を備えることで、モジュールケース１２０の開放部に結合され得る。例えば、図５及び図６に示すように、バスバーアセンブリ１３０は、モジュールケース１２０の前方及び後方の開放部に結合され得る。このようなモジュールケース１２０の前方及び後方部分には、電池アセンブリの電極リード１１１が位置し得る。

【0080】

また、バスバーアセンブリ１３０は、電極リード１１１と結合され得る。より具体的な例として、バスバーアセンブリ１３０は、図５及び図６に示すように、バスバーハウジング１３１及びモジュールバスバー１３２を備え得る。

【0081】

ここで、バスバーハウジング１３１は、電気的に絶縁性の材料、例えば、プラスチック材料から構成され得る。また、バスバーハウジング１３１は、モジュールバスバー１３２が載置されて固定されるように構成され得る。

【0082】

また、モジュールバスバー１３２は、電気的に導電性材料、例えば、金属材料から構成され得る。さらに、モジュールバスバー１３２は、２つ以上の電極リード１１１間を電気的に接続させたり、１つ以上の電極リード１１１に接続されたりしてバッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などの制御ユニットにセンシング情報を伝達するように構成され得る。

【0083】

このように、本発明によるバッテリーパックに含まれるバッテリーモジュール１００の場合、特定の部分、例えば、バスバーアセンブリ１３０が位置する前方側及び後方側のみが開放され、残りの部分は密閉されるように構成され得る。

【0084】

この場合、バッテリーモジュール１００内部でベントガス等が発生した場合、ベントガス等は、モジュールケース１２０の開放部、例えば、バスバーアセンブリ１３０が位置する前方側及び後方側にのみ排出されるように誘導され得る。特に、バスバーアセンブリ１３０には、電極リード１１１が通過できるようにスリットが形成され得る。

【0085】

前記パックケース２００は、複数のバッテリーモジュール１００の少なくとも一側に設けられ得る。また、パックケース２００は、このようなバッテリーモジュール１００の外部の少なくとも一部をカバーするように構成され得る。

【0086】

さらに、パックケース２００は、内部空間を限定し、その内部空間に複数のバッテリーモジュール１００を収容するように構成され得る。すなわち、パックケース２００は、バッテリーモジュール１００積層体の外側の少なくとも一部を取り囲むように構成され得る。

【0087】

例えば、前記パックケース２００は、図１及び図２に示すように、前方ケース２１０、後方ケース２２０及び側方ケース２３０を備え得る。この場合、パックケース２００は、バッテリーモジュール１００積層体の前端部、後端部及び左端部に位置することで、バッテリーモジュール１００積層体の当該部分をカバーするといえる。

【0088】

このようなパックケース２００の少なくとも一側には、パック端子が設けられ得る。このようなパック端子は、バッテリーパックと外部の充電装置や放電装置との間で電力をやりとりする端子として機能することができる。

【0089】

前記パックケース２００は、バッテリーパックに含まれる複数のバッテリーモジュール１００のうち１つ以上のバッテリーモジュール１００からガスが発生した場合、ガスを案内するように構成され得る。特に、パックケース２００は、ベントガスが内部表面に沿って流れるようにすることで、ガスの排出方向を案内することができる。

【0090】

この場合、パックケース２００の少なくとも一部は、バッテリーパックにおけるダクトとして機能するといえる。また、パックケース２００には、ベントガスが外部に排出されるように、少なくとも一側に排出口Ｈ１が形成され得る。

【0091】

このような構成において、前記パックケース２００は、バッテリーモジュール１００から排出されたベントガスによって溶融するように構成された溶融部材（ｍｅｌｔｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）を備え得る。すなわち、バッテリーモジュール１００から排出されたベントガスは、高温ガスであり得る。

【0092】

さらに、バッテリーモジュール１００から排出されたベントガスには、火炎や火花（スパーク）、高温の電極や活物質粒子などが含まれることがある。したがって、溶融部材は、このような高温のベントガスと接触したり隣接したりすることによって溶融する可能性がある。

【0093】

図７～図９は、図１のバッテリーパックのバッテリーモジュールのいずれか１つに異常状況が発生した場合の熱暴走抑制ユニットの動作を説明するための図である。

【0094】

図７～図９を参照すると、バッテリーパックの特定のバッテリーモジュール１００において、過熱などの異常状況に応じた熱事象が発生することがある。このとき、前記熱暴走抑制ユニット３００は、異常状況が発生した特定のバッテリーモジュール１００内部に消火剤Ｒを注入し得る。

【0095】

具体的には、前記熱暴走抑制ユニット３００の前記消火タンク３１０は、前記消火剤供給ライン３３０に前記消火剤Ｒを供給し得る。その後、前記消火剤供給ライン３３０の接続ライン３３２の内部流路に沿って移動した消火剤Ｒは、前記消火剤供給ライン３３０における、前記異常状況が発生した特定のバッテリーモジュール１００に貫通して装着された前記噴射ノズル３３６を介して、前記異常状況が発生した特定のバッテリーモジュール１００内部に注入され得る。

【0096】

ここで、前記噴射ノズル３３６が前記バッテリーモジュール１００の上側中央部に設けられているので、前記消火剤Ｒは、前記バッテリーモジュール１００の上側中央部から噴射され、前記バッテリーモジュール１００内部における下側及び両側端縁部に向かって移動することができる。

【0097】

前記噴射ノズル３３６を介して前記消火剤Ｒを注入する際に、前記バッテリーモジュール１００内部において、前記噴射ノズル３３６が設けられるバッテリーモジュール１００の内部の中央部の圧力Ｐ１は、前記バッテリーモジュール１００の内部の両側端縁部の圧力Ｐ２よりも大きく維持されて、前記バッテリーモジュール１００内部に正圧を形成し得る。

【0098】

ここで、前記熱暴走抑制ユニット３００は、前記のような特定のバッテリーモジュール１００における熱事象の発生時または発生検知時から約１０分まで、前記特定のバッテリーモジュール１００内部に正圧を形成して維持するように制御することができる。

【0099】

これにより、この実施形態では、前記熱暴走抑制ユニット３００により、前記バッテリーモジュール１００の両側端縁部を介して酸素等の外部空気が前記バッテリーモジュール１００内部に流入することを極力抑制することができ、それにより、そのような酸素の流入によって引き起こされる可能性のあるより大きな火災や爆発などを極力抑制することができる。

【0100】

さらに、この実施形態では、前記バッテリーモジュール１００内部に前記消火剤Ｒを直接注入することにより、前記異常状況が発生したバッテリーモジュール１００内部を自己冷却消火することができ、火災等の異常状況をより迅速かつ直接的に抑制することができる。

【0101】

したがって、この実施形態では、前記熱暴走抑制ユニット３００により、異常状況が発生したバッテリーモジュール１００と隣接するバッテリーモジュール１００側への熱暴走を効果的に防止することができる。

【0102】

本発明によるバッテリーパックは、本発明の出願時点において公知のバッテリーパックの色々な他の構成要素をさらに含み得る。例えば、本発明によるバッテリーパックは、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）や電流センサー、ヒューズなどの構成要素をさらに含み得る。

【0103】

本発明によるエネルギー貯蔵装置は、本発明によるバッテリーパックを１つ以上含み得る。特に、エネルギー貯蔵装置は、膨大なエネルギー容量を有するために、本発明によるバッテリーパックが互いに電気的に接続された形態で複数含まれるようにすることができる。

【0104】

本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵装置は、産業用エネルギー貯蔵装置であるか、または、家庭用住宅、オフィス用住宅やビル等においてエネルギーを貯蔵するために使用される、家庭用またはオフィス用の住宅用（ビル用）エネルギー貯蔵装置であり得る。

【0105】

この他にも、本発明によるエネルギー貯蔵装置は、本発明の出願時点において公知のエネルギー貯蔵装置の他の様々な構成要素をさらに含み得る。さらに、このようなエネルギー貯蔵装置は、スマートグリッドシステムや電気充電ステーションなどの様々な場所や装置に使用され得る。

【0106】

また、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１つ以上含み得る。そして、本発明による自動車は、該バッテリーパックの他に、自動車に含まれる他の様々な構成要素などをさらに含み得る。例えば、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックの他に、車体やモーター、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの制御装置などをさらに含み得る。

【0107】

以上のような様々な実施形態によれば、バッテリーモジュール１００の異常状況時における熱暴走を防止することができるバッテリーパック、該バッテリーパックを含むエネルギー貯蔵装置及び自動車を提供することができる。

【0108】

以上、本発明の好適な実施形態について図示及び説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に何ら限定されるものではなく、請求範囲において請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により様々な変形実施が可能なのはいうまでもなく、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】

【0109】

１００ バッテリーモジュール
１１０ バッテリーセル
１１１ 電極リード
１２０ モジュールケース
１２１ 上部プレート
１２２ 下部プレート
１２３ 側部プレート
１２５ ノズル装着部
１３０ バスバーアセンブリ
１３１ バスバーハウジング
１３２ モジュールバスバー
１４０ モジュール端子
２００ パックケース
２１０ 前方ケース
２２０ 後方ケース
２３０ 側方ケース
３００ 熱暴走抑制ユニット
３１０ 消火タンク
３３０ 消火剤供給ライン
３３２ 接続ライン
３３３ ガラス球
３３６ 噴射ノズル
３３８ ラインカバー
Ｈ１ 排出口
Ｐ１ 圧力
Ｐ２ 圧力
Ｒ 消火剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】