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JP2023537750A - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

電池モジュールおよびこれを含む電池パック Download PDF

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Abstract

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；および前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームを含む。前記モジュールフレームの少なくとも一面にベンティング部が形成され、前記ベンティング部は、積層された複数の層を含み、前記複数の層のそれぞれに微細孔が形成される。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０２１年１月１５日付韓国特許出願第１０－２０２１－０００５８３２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、より具体的には安全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。
現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常的になることに伴い、このようなモバイル機器と関連した分野の技術に対する開発が活発になってきている。また、充放電が可能な二次電池は、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として、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利用されているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。
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るが、このうち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こらず、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のため、脚光を浴びている。
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間に置いて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電池ケースとを備える。
一般的にリチウム二次電池は、外装材の形状により、電極組立体が金属カンに内装されているカン型二次電池と、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装されているパウチ型二次電池とに分類され得る。
小型機器に利用される二次電池の場合、２～３個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利用される二次電池の場合は、多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が利用される。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。一つ以上の電池モジュールは、 ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、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。
図１は従来の電池モジュールを示す斜視図である。
図１を参照すれば、従来の電池モジュール１０は、電池セル積層体（図示せず）をモジュールフレーム２０に収納した後、モジュールフレーム２０の開放された部分にエンドプレート４０を接合して製造され得る。この時、エンドプレート４０にはターミナルバスバーの一部が露出するターミナルバスバー開口部４１Ｈ、およびモジュールコネクタの一部が露出するモジュールコネクタ開口部４２Ｈが形成され得る。ターミナルバスバー開口部４１Ｈは、電池モジュール１０のＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結を案内するためのものであり、ターミナルバスバー開口部４１Ｈを通じて露出したターミナルバスバーが他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）と連結され得る。モジュールコネクタ開口部４２Ｈは、電池モジュール１０のＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結を案内するためのものであり、モジュールコネクタ開口部４２Ｈを通じて露出したモジュールコネクタがＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と連結されて電池セルの電圧情報や温度情報などを伝達することができる。
図２は図１の電池モジュールが装着された従来の電池パックにおいて、電池モジュールの発火時の様子を示す図面である。図３は図２の切断線Ｉ－Ｉ’に沿って切断した断面であり、従来の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断面図である。
図１乃至図３を参照すれば、従来の電池モジュール１０は、複数の電池セル１１が積層された電池セル積層体、電池セル積層体を収容するモジュールフレーム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４０を含む。
過充電を始めとして電池セルに物理的、熱的、電気的損傷が発生する時、電池セル１１の内部圧力が増加して電池セル１１の融着強度の限界値を超える場合、電池セル１１で発生した高温の熱、ガスおよび火炎が電池セル１１の外部に排出され得る。
この時、高温の熱、ガスおよび火炎は、エンドプレート４０に形成された開口部４１Ｈ、４２Ｈを通じて排出され得るが、エンドプレート４０同士で互いに向き合うように複数の電池モジュール１０を配置する電池パック構造において、電池モジュール１０から噴出した高温の熱、ガスおよび火炎などが隣り合う電池モジュール１０に影響を与えることがある。そのために、隣り合う電池モジュールのエンドプレート４０に形成されたターミナルバスバーなどが損傷することがあり、高温の熱、ガスおよび火炎が隣り合う電池モジュール１０のエンドプレート４０に形成された開口部を通じて電池モジュール１０の内部に入って複数の電池セル１１を始めとするその他電装品に損傷を与えることがある。それだけでなく、これは隣り合う電池モジュール１０の熱伝播につながり、電池パック内での連鎖的な発火が発生するようになる。
そこで、電池モジュール内で熱伝播（Ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）が発生する時、隣り合う電池モジュールに与える影響を最小化することができるように、高温の火炎を制御することができる技術開発が要求される実情である。
本発明が解決しようとする課題は、電池モジュール内で発火現象が発生する場合、火炎の排出を制御す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。
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。
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；および前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームを含む。前記モジュールフレームの少なくとも一面にベンティング部が形成され、前記ベンティング部は、積層された複数の層を含み、前記複数の層のそれぞれに微細孔が形成される。
前記複数の層は、第１層および第２層を含むことができる。前記第１層と前記第２層が積層された状態で、前記第１層に形成された前記微細孔と前記第２層に形成された前記微細孔とが互いに外れるように配列され得る。
前記複数の層は、第１層および第２層を含むことができる。前記第１層に形成された前記微細孔の大きさと前記第２層に形成された前記微細孔の大きさとが互いに異なり得る。
前記複数の層は、第１層および第２層を含むことができる。前記第１層に形成された前記微細孔と前記第２層に形成された前記微細孔とが互いに異なる形状を有することができる。
前記複数の層は、第１層および第２層を含むことができる。前記第１層に形成された前記微細孔の密集度と前記第２層に形成された前記微細孔の密集度とが互いに異なり得る。
前記複数の層は、第１層および第２層を含むことができる。前記第１層と前記第２層のそれぞれに前記微細孔が集まっている微細孔群が形成され得、前記第１層の前記微細孔群が形成する配列形態が前記第２層の前記微細孔群が形成する配列形態と異なり得る。
前記複数の層は、金属シートであり得る。
前記複数の層が高温、高圧で圧着されて前記ベンティング部を形成することができる。
前記モジュールフレームは、前記電池セル積層体の上面、下面および両側面をそれぞれ覆う天井部、底部および両側面部を含むことができる。前記天井部、前記底部および前記両側面部のうちの少なくとも一つは、前記ベンティング部を含むことができる。
前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前面および後面をそれぞれ覆う第１および第２エンドプレートをさらに含むことができる。前記第１および第２エンドプレートのうちの少なくとも一つに、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および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のうちの少なくとも一つが形成され得る。
本発明の実施形態によれば、微細孔が形成された複数の層がベンティング構造で構成されることで、電池モジュール内の発火現象の発生時、高温のガスは迅速に外部に排出しながら、高温の火炎は排出を抑制することができる。そのために、発火現象が発生した電池モジュールと隣接している電池モジュールに火炎が印加されることを防止することで、損傷を最小化することができる。
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。
従来の電池モジュールを示す斜視図である。 図１の電池モジュールが装着された従来の電池パックで、電池モジュールの発火時の様子を示す図面である。 図２の切断線Ｉ－Ｉ’に沿って切断した断面を示す断面図である。 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４の電池モジュールの分解斜視図である。 図５の電池モジュールに含まれている電池セルの斜視図である。 図４の電池モジュールの第２エンドプレートが正面から見られるように角度を異にして示す斜視図である。 図４の電池モジュールに含まれているモジュールフレームを示す斜視図である。 図８のモジュールフレームに形成されたベンティング部を示す斜視図である。 本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。 図１０の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示す断面図である。 本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。 図１２の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す断面図である。 本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。 本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。 本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるモジュールフレームを示す斜視図である。 本発明の他の一実施形態によるモジュールフレームを示す斜視図である。
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。
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。
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、本発明が必ずしも図示されたところに限定されるのではない。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。
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、必ずしも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。
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。
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。
図４は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５は図４の電池モジュールの分解斜視図である。図６は図５の電池モジュールに含まれている電池セルの斜視図である。
図４乃至図６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が積層された電池セル積層体１２０；および電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００を含む。
まず、図６を参照すれば、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。より詳細には、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。
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と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、熱融着などの方法によりシーリングされる構造であり、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。
また、連結部１１５は、電池セル１１０の一縁に沿って長く伸びられており、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。
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５を参照すれば、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。具体的に図示されていないが、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の他面に第２バスバーフレームが位置することができる。電池セル積層体１２０および第１バスバーフレーム３１０は、モジュールフレーム２００に共に収容され得る。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。
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が第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が第２バスバーフレーム（図示せず）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（図示せず）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４参照）が位置することができる。
第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０は、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。
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が電池セル積層体と向き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５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。
電池セル１１０の電極リード１１１が第１バスバーフレーム３１０に形成されたスリットを通過した後に曲がってバスバー５１０やターミナルバスバー５２０と接合され得る。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る。また、電池モジュール１００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。
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、短絡発生を防止することができる。
一方、前述したように、電池セル積層体１２０の他面に第２バスバーフレームが位置することができるが、第２バスバーフレームにはバスバー、ターミナルバスバーおよびモジュールコテクトのうちの少なくとも一つが装着され得る。このようなバスバーに電極リード１１２が接合され得る。
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および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、ターミナルバスバー開口部であるか、モジュールコネクタ開口部であり得る。一例として、図４および図５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、上向井きに突出した部分をさらに含むが、このような上向きに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１００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。
図７は図４の電池モジュールの第２エンドプレートが正面から見られるように角度を異にして示す斜視図である。
図７を参照すれば、一例として、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バスバーフレームにモジュールコネクタ６００が装着されたことを意味する。モジュールコネクタ６００は、電池モジュール１００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。
図４、図５および図７に示された第１エンドプレート４１０および第２エンドプレート４２０は例示的構造であり、本発明の他の実施形態により第１バスバーフレーム３１０にモジュールコネクタが装着され、第２バスバーフレームにターミナルバスバーが装着され得る。そのために、第１エンドプレートにモジュールコネクタ開口部が形成され得、第２エンドプレートにターミナルバスバー開口部が形成され得る。
以下、図８および図９などを参照して、本発明の一実施形態によるベンティング部について詳細に説明する。
図８は図４の電池モジュールに含まれているモジュールフレームを示す斜視図である。図９は図８のモジュールフレームに形成されたベンティング部を示す斜視図である。
図４、図５、図８および図９を参照すれば、本実施形態によるモジュールフレーム２００の少なくとも一面にベンティング部２００Ｖが形成される。
モジュールフレーム２００は、天井部２０１、底部２０２および両側面部２０３を含むことができる。ここで、天井部２０１は電池セル積層体１２０の上面を覆うｚ軸方向の面を意味し、底部２０２は電池セル積層体１２０の下面を覆う－ｚ軸方向の面を意味し、両側面部２０３は電池セル積層体１２０の両側面をそれぞれ覆うｙ軸および－ｙ軸方向の面を意味する。
図４、図５、図８には、一例として、ベンティング部２００Ｖがモジュールフレーム２００の天井部２０１に形成されたことを示したが、天井部２０１、底部２０２および両側面部２０３のうちの少なくとも一つは、ベンティング部２００Ｖを含むことができる。
このようなベンティング部２００Ｖは、複数の層２００Ｌを含み、複数の層２００Ｌのそれぞれに微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈが形成される。つまり、本実施形態でベンティング部２００Ｖは、微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈが形成された複数の層２００Ｌを含むモジュールフレーム２００の一面を称すものであり得る。
より具体的には、複数の層２００Ｌは、第１層２１０および第２層２２０を含むことができ、第１層２１０と第２層２２０のそれぞれに微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈが形成され得る。説明の便宜のために、第１層２１０と第２層２２０の２つの層だけを示したが、必要に応じて第３層、第４層など追加の層が含まれ得る。一方、複数の層２００Ｌのそれぞれに形成された微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈの個数に特別な制限はなく、後述する微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈの大きさおよび密集度により変わり得る。
複数の層２００Ｌは、微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈが形成された金属シートであり得、このような複数の層２００Ｌが高温、高圧で圧着されてベンティング部２００Ｖが形成され得る。
前述したように、電池セル１１０から高温のガスや火炎が発生する場合、ターミナルバスバー開口部４１０Ｈやモジュールコネクタ開口部４２０Ｈを通じて高温のガスや火炎が直ちに排出されて隣り合う電池モジュールに損傷を与えることがある。特に、火炎が直接的に排出される場合、隣り合う電池モジュールにも火炎が移り、連鎖的な発火および爆発につながり得る。
そこで、本実施形態によるベンティング部２００Ｖに微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈを形成することで、高温のガスは迅速に外部に排出されながら、高温の火炎は直接的に排出されることを防止することができる。つまり、多数の微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈは、一種の消炎網（Ｍｅｓｈ ｓｃｒｅｅｎ）のような役割を果たして火炎が外部に排出されることを抑制することができる。また、単純な貫通口でない微細な大きさを有する微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈを形成するため、モジュールフレーム２００の熱伝達面積が増加する効果を有することができる。つまり、ガス排出量を増やすことができ、電池モジュール１００外部への熱消散による電池モジュール１００内の温度上昇率を低めることができる。
また、本実施形態によるベンティング部２００Ｖは、微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈが形成された層２１０、２２０が単数でない複数で構成される。内部で発生した火炎が複数の層２００Ｌのそれぞれを通過する度に熱消散により火炎強度が低くなることができる。つまり、本実施形態によるベンティング部２００Ｖは、ガス排出機能が低下されずに、火炎は効果的に抑制する消炎機能を備えることができる。
また、複数の層２００Ｌが所定の間隔で離隔配置されることによって、電池モジュール１００内部のスパークが外部に直接露出する頻度を減らすことができる。したがって、電池パックやデバイス内で電池モジュール１００間に熱や火炎が転移することを防止することができる。
また、単一の層でない複数の層で構成するものであるため、火炎が排出される経路をより複雑に設定することができる。火炎の排出経路が複雑になるほど直進性向が強い火炎を効果的に遮断することができ、複数の層２００Ｌのそれぞれを通過する度に火炎強度が低くなることができる。つまり、本実施形態によるベンティング部２００Ｖは、より増大した消炎機能を備えることができる。
一方、図９で、微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈの形態は円形で示されているが、形態の特別な制限はなく、楕円形、多角形などの孔も可能である。
以下、本発明の変形された実施形態によるベンティング部について説明する。
図１０は本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。図１１は図１０の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示す断面図である。
図１０および図１１を参照すれば、本発明の変形された一実施形態によるベンティング部２００Ｖａは、積層された複数の層２００Ｌａを含み、複数の層２００Ｌａのそれぞれに微細孔２１０Ｈａ、２２０Ｈａが形成される。この時、各層の微細孔２１０Ｈａ、２２０Ｈａが互いに外れるように配列され得る。
具体的には、複数の層２００Ｌａは、第１層２１０ａおよび第２層２２０ａを含むことができる。この時、第１層２１０ａと第２層２２０ａが積層された状態で、第１層２１０ａに形成された微細孔２１０Ｈａと第２層２２０ａに形成された微細孔２２０Ｈａとが互いに外れるように配列され得る。図１０と図１１に示されているように、複数の層２００Ｌａが積層される方向（ｚ軸方向）に対して第１層２１０ａに形成された微細孔２１０Ｈａの位置と第２層２２０ａに形成された微細孔２２０Ｈａの位置とが互いに対応するのではなく、意図的に外れることができる。
このように、各層が積層された状態を基準に、各層に形成された微細孔同士で互いに位置が外れるように設定することによって、火炎が排出され経路をより複雑に設定することができる。特に、直進性向が強く、瞬間的に飛び出る火炎やスパークの性質を考慮すると、微細孔が形成する経路を直線にならないように具現することで、ガス排出には影響がない代わりに、火炎の排出を効果的に規制しようとした。本実施形態によるベンティング部２００Ｖａは、より増大された消炎機能を備えることができる。
図１２は本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。図１３は図１２の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す断面図である。
図１２および図１３を参照すれば、本発明の変形された一実施形態によるベンティング部２００Ｖｂは、積層された複数の層２００Ｌｂを含み、複数の層２００Ｌｂのそれぞれに微細孔２１０Ｈｂ、２２０Ｈｂが形成される。この時、各層の微細孔２１０Ｈｂ、２２０Ｈｂの大きさが互いに異なり得る。微細孔２１０Ｈｂ、２２０Ｈｂの大きさが異なるということは、微細孔２１０Ｈｂ、２２０Ｈｂの空いた部分の面積の広さが異なることを意味する。
具体的には、複数の層２００Ｌｂは、第１層２１０ｂおよび第２層２２０ｂを含むことができ、第１層２１０ｂに形成された微細孔２１０Ｈｂの大きさと第２層２２０ｂに形成された微細孔２２０Ｈｂの大きさとが互いに異なり得る。一例として、第１層２１０ｂに形成された微細孔２１０Ｈｂと第２層２２０ｂに形成された微細孔２２０Ｈｂは、図９の微細孔２１０Ｈ、２２０Ｈのように円形の微細孔であり得る。第１層２１０ｂに形成された微細孔２１０Ｈｂの直径Ｒ１が第２層２２０ｂに形成された微細孔２２０Ｈｂの直径Ｒ２と異なり得る。第１層２１０ｂに形成された微細孔２１０Ｈｂの直径Ｒ１が第２層２２０ｂに形成された微細孔２２０Ｈｂの直径Ｒ２より小さいと示したが、他の一実施形態では、第１層２１０ｂに形成された微細孔２１０Ｈｂの直径Ｒ１が第２層２２０ｂに形成された微細孔２２０Ｈｂの直径Ｒ２よりより大きくてもよい。
このように、各層に形成された微細孔同士で互いに大きさが異なるように設定することによって、火炎が排出される経路をより複雑に設定することができる。火炎の排出経路が複雑になるほど、直進性向が強い火炎を効果的に遮断することができるため、本実施形態によるベンティング部２００Ｖｂは、より増大された消炎機能を備えることができる。
図１４は本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。
図１４を参照すれば、本発明の変形された一実施形態によるベンティング部２００Ｖｃは、積層された複数の層２００Ｌｃを含み、複数の層２００Ｌｃのそれぞれに微細孔２１０Ｈｃ、２２０Ｈｃが形成される。この時、各層の微細孔２１０Ｈｃ、２２０Ｈｃが互いに異なる形状を有することができる。前述したように、本実施形態による微細孔は、円形、楕円形、多角形などの形状を制限なしに有することができるが、各層毎に微細孔の形状が異なり得る。
具体的には、複数の層２００Ｌｃは、第１層２１０ｃおよび第２層２２０ｃを含むことができ、第１層２１０ｃに形成された微細孔２１０Ｈｃと第２層２２０ｃに形成された微細孔２２０Ｈｃとが互いに異なる形状を有することができる。一例として、第１層２１０ｃに形成された微細孔２１０Ｈｃは円形であり得、第２層２２０ｃに形成された微細孔２２０Ｈｃは四角形であり得る。
このように、各層に形成された微細孔同士で互いに異なる形状を有するように設定することによって、火炎が排出される経路をより複雑に設定することができる。火炎の排出経路が複雑になるほど、直進性向が強い火炎を効果的に遮断することができるため、本実施形態によるベンティング部２００Ｖｃは、より増大された消炎機能を備えることができる。
図１５は本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。
図１５を参照すれば、本発明の変形された一実施形態によるベンティング部２００Ｖｄは、積層された複数の層２００Ｌｄを含み、複数の層２００Ｌｄのそれぞれに微細孔２１０Ｈｄ、２２０Ｈｄが形成される。この時、各層の微細孔２１０Ｈｄ、２２０Ｈｄが互いに異なる密集度を有することができる。ここで、密集度は、単位面積当たりの微細孔の個数を意味する値であり、一つの層に形成された微細孔の個数をその一つの層の面積で割った値であり得る。
具体的には、複数の層２００Ｌｄは、第１層２１０Ｄおよび第２層２２０Ｄを含むことができ、第１層２１０Ｄに形成された微細孔２１０Ｈｄの密集度と第２層２２０Ｄに形成された微細孔２２０Ｈｄの密集度とが互いに異なり得る。一例として、図１５に示されているように、電池モジュールで第１層２１０Ｄが第２層２２０Ｄより外側に位置する時、第１層２１０Ｄに形成された微細孔２１０Ｈｄの密集度が第２層２２０Ｄに形成された微細孔２２０Ｈｄの密集度より低くてもよい。他の一実施形態では、第１層２１０Ｄに形成された微細孔２１０Ｈｄの密集度が第２層２２０Ｄに形成された微細孔２２０Ｈｄの密集度より高くてもよい。
このように、各層に形成された微細孔の密集度を互いに異なるように設定することによって、火炎が排出される経路をより複雑に設定することができる。火炎の排出経路が複雑になるほど、直進性向が強い火炎を効果的に遮断することができるため、本実施形態によるベンティング部２００Ｖｄは、より増大された消炎機能を備えることができる。
図１６は本発明の変形された一実施形態によるベンティング部を示す斜視図である。
図１６を参照すれば、本発明の変形された一実施形態によるベンティング部２００Ｖｅは、積層された複数の層２００Ｌｅを含み、複数の層２００Ｌｅのそれぞれに微細孔が形成される。この時、各層の微細孔が集まって微細孔群２１０Ｇｅ、２１０Ｇｅ’、２２０Ｇｅを形成することができる。
具体的には、複数の層２００Ｌｅは、第１層２１０ｅおよび第２層２２０ｅを含むことができ、第１層２１０ｅの微細孔群２１０Ｇｅ、２１０Ｇｅ’が形成する配列形態が第２層２２０ｅの微細孔群２２０Ｇｅが形成する配列形態と異なり得る。一例として、第１層２１０ｅには長方形の微細孔群２１０Ｇｅと非定形の微細孔群２１０Ｇｅ’とが組み合わせられた形態であり得るが、第２層２２０ｅには長方形の微細孔群２２０Ｇｅだけ組み合わせられた形態であり得る。ただし。これは例示的構造であり、各層間の微細孔群の配列形態だけ異なるとすれば、多様な配列形態が可能である。
このように、各層に形成された微細孔がなす微細孔群の配列パターンを互いに異なるように設定することによって、火炎が排出される経路をより複雑に設定することができる。火炎の排出経路が複雑になるほど、直進性向が強い火炎を効果的に遮断することができるため、本実施形態によるベンティング部２００Ｖｅは、より増大された消炎機能を備えることができる。
以下、図１７および図１８などを参照して、本発明の実施形態によるモジュールフレームについて詳細に説明する。
まず、図１７は本発明の一実施形態によるモジュールフレームを示す斜視図である。
図１７を参照すれば、本発明の一実施形態によるモジュールフレーム２００は、上部フレーム２００Ｕおよび下部フレーム２００Ｄを含むことができる。微細孔が形成された複数の層が高温、高圧で圧着されてベンティング部２００Ｖが形成された板材形状の上部フレーム２００Ｕが製造され得る。一方、下部フレーム２００Ｄは、ｙｚ平面に沿って切断した断面がＵ字型構造を有するＵ字型フレームであり得る。
上部フレーム２００Ｕと下部フレーム２００Ｄが互いに対応する縁同士で溶接の方法により接合されて、図８に示されているように天井部２０１にベンティング部２００Ｖが形成されたモジュールフレーム２００が製造され得る。
図１８は本発明の他の一実施形態によるモジュールフレームを示す斜視図である。
図１８を参照すれば、本発明の他の一実施形態によるモジュールフレーム２００’は、上部フレーム２００Ｕおよび下部フレーム２００Ｄを含むことができる。上部フレーム２００Ｕは、金属板材からなる部材であり得る。一方、金属板材の２つの区域にベンティング部２００Ｖを形成し、このような金属板材を曲げてＵ字型構造で作ることによって、下部フレーム２００Ｄを製造することができる。
上部フレーム２００Ｕと下部フレーム２００Ｄが互いに対応する縁同士で溶接の方法により接合されて、両側面部にベンティング部２００Ｖが形成されたモジュールフレーム２００’が製造され得る。
具体的に図示していないが、底部にベンティング部２００Ｖが形成されたモジュールフレームも類似の方法で製造され得る。
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ているが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象となる事物の位置や観測者の位置などにより変わり得る。
前述した本実施形態による一つまたはそれ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。
前記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。
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。
１００：電池モジュール
１２０：電池セル積層体
２００：モジュールフレーム
２００Ｖ：ベンティング部
２００Ｌ：複数の層
２１０Ｈ、２２０Ｈ：微細孔

Claims (11)

  1. 複数の電池セルが積層された電池セル積層体；および
    前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームを含み、
    前記モジュールフレームの少なくとも一面にベンティング部が形成され、
    前記ベンティング部は、積層された複数の層を含み、
    前記複数の層のそれぞれに微細孔が形成された電池モジュール。
  2. 前記複数の層は、第１層および第２層を含み、
    前記第１層と前記第２層が積層された状態で、前記第１層に形成された前記微細孔と前記第２層に形成された前記微細孔とが互いに外れるように配列される、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記複数の層は、第１層および第２層を含み、
    前記第１層に形成された前記微細孔の大きさと前記第２層に形成された前記微細孔の大きさとが互いに異なる、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  4. 前記複数の層は、第１層および第２層を含み、
    前記第１層に形成された前記微細孔と前記第２層に形成された前記微細孔とが互いに異なる形状を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  5. 前記複数の層は、第１層および第２層を含み、
    前記第１層に形成された前記微細孔の密集度と前記第２層に形成された前記微細孔の密集度とが互いに異なる、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  6. 前記複数の層は、第１層および第２層を含み、
    前記第１層と前記第２層のそれぞれに前記微細孔が集まっている微細孔群が形成され、
    前記第１層の前記微細孔群が形成する配列形態が前記第２層の前記微細孔群が形成する配列形態と異なる、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記複数の層は、金属シートである、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  8. 前記複数の層が高温、高圧で圧着されて前記ベンティング部を形成する、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記モジュールフレームは、前記電池セル積層体の上面、下面および両側面をそれぞれ覆う天井部、底部および両側面部を含み、
    前記天井部、前記底部および前記両側面部のうちの少なくとも一つは、前記ベンティング部を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  10. 前記電池セル積層体の前面および後面をそれぞれ覆う第１および第２エンドプレートをさらに含み、
    前記第１および第２エンドプレートのうちの少なくとも一つに、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および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のうちの少なくとも一つが形成される、請求項１～９のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む電池パック。
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