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JP7531875B2 - 折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パック - Google Patents

折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パック Download PDF

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Description

本出願は２０２１年６月１５日付の韓国許出願第２０２１－００７７３７７号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明は折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パックに関するものであり、具体的には電池モジュール内で熱暴走が発生するとき、高温の副産物が外部に放出されることを防止することで、２次被害の発生を抑制することができる折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パックに関するものである。
最近、化石燃料の使用による大気汚染、エネルギー枯渇による代替エネルギーの開発によって生産された電気エネルギーを貯蔵することができる二次電池に対する需要が増加している。充放電の可能な二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などに使われるなど、日常生活に密接に使われている。
現代社会で必要不可欠に使われている、各種の電子機器のエネルギー源として使われている二次電池は、モバイル機器の使用量の増加及び複雑化、電気自動車などの開発によって所要容量が増加している。使用者の需要を満たすために、小型機器には多数の電池セルを配置しているが、自動車などには多数の電池セルを電気的に連結する電池モジュールまたこのような電池モジュールを多数備えた電池パックが使われる。
このような二次電池が電気自動車などのように大容量及び高電圧を必要とするデバイスに使われる場合、多数の電池セルが配列された構造の電池モジュール、電池パックなどの形態として使われる。
一方、電池モジュールに収納された電池セルで、過熱などの理由で熱暴走が発生することがあるので、電池モジュール内の電池セルに対する冷却が必要であり、１つの電池セルで発生した熱暴走及び火災が隣接した電池セルに転移して高温のガスと副産物とが発生する。このときに発生した高温の副産物が電池モジュールの外部に放出されることで、電池パックまたは当該電池モジュールが装着されているデバイスに火災を引き起こして２次被害が発生することがあるという問題点がある。
これに関連して、図１は従来技術による電池モジュールの斜視図である。図１を参照して説明すると、従来技術による電池モジュールは、積層された複数の電池セル１０、及び複数の電池セル１０を収納するモジュールケース２０を含み、前記モジュールケース２０には、電池セル１０を空気で冷却させることができるように、空気流入口２１、空気流出口２２及び流入した空気が循環する空気循環路２３が形成されている。
従来技術による電池モジュールは電池セル１０を空気で冷却して温度上昇を抑制しているが、冷却に限界があるので、熱暴走が発生することがある。また、熱暴走によって高温の副産物及びベンティングガスが発生することがあり、ベンティングガスが空気流入口２１及び空気流出口２２を通して放出される過程で高温の副産物が一緒に放出されるので、電池モジュールが装着された電池パックまたはデバイスに２次火災が発生することがあるという危険がある。
韓国公開特許第２０２０－０１１００８１号公報
前記のような問題点を解決するための本発明は、電池モジュール内で熱暴走の発生による高温の副産物が外部に放出されることを防止することができる折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パックを提供することを目的とする。
また、本発明による折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パックは、内部で発生するベンティングガスを外部に放出することができて安全性が向上した折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パックを提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するために、本発明による折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュールは、複数の電池セル（１００）、前記複数の電池セル（１００）を電気的に連結するバスバー（２００）、ならびに前記複数の電池セル（１００）及びバスバー（２００）を収容するモジュールケース（３００）を含み、前記モジュールケース（３００）は、所定の空間を形成する収納部（３１０）、空気が流入する第１トラップ部（３２０）、空気が流出する第２トラップ部（３３０）、及び流入した空気が移動する空気流路部（３４０）を含むことを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第１トラップ部（３２０）は、外側に突出して所定の空間を形成する第１ポケット部（３２１）を備えており、前記第１ポケット部（３２１）の側面方向に折り曲げられた第１空気循環路（３２２）が形成されていることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２トラップ部（３３０）は、所定の角度に折り曲げられて所定の形状の空間を形成する隔壁（３３１）を備えており、前記隔壁（３３１）によって「Ｓ」字形の第２空気循環路（３３２）が形成されていることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第１空気循環路（３２２）は、内側から外側に行くほど幅が広くなることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２トラップ部（３３０）は、外側に突出して所定の空間を形成する第２ポケット部（３３３）を備えており、前記第２ポケット部３３３の側面方向に折り曲げられた第２空気循環路（３３２）が形成されていることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第１空気循環路（３２２）は、内側から外側に行くほど幅が広くなることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２空気循環路（３３２）は、内側から外側に行くほど幅が広くなることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第１トラップ部（３２０）は前記収納部（３１０）の一側角部に形成されることを特徴とする。
また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２トラップ部（３３０）は、前記第１トラップ部（３２０）と一直線上に位置する前記収納部（３１０）の対向した角部に形成されることを特徴とする。
また、本発明は、前述した電池モジュールを備えた電池パックであり得る。
以上で説明したように、本発明による折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パックによれば、熱暴走によって発生する高温の副産物が電池モジュールの外部に放出されることを防止することで、副産物による２次被害の発生を抑制することができるという利点がある。
また、本発明による折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パックによれば、高温の副産物が外部に放出されることを防止しながらベンティングガスは外部に放出することができるので、体積膨張による破損を防止して安全性を向上させることができるという利点がある。
従来技術による電池モジュールの斜視図である。 本発明の好適な第１実施例による電池モジュールの斜視図である。 図２に示す電池モジュールを水平方向に切断した断面図である。 本発明の好適な第２実施例による電池モジュールを水平方向に切断した断面図である。
以下、添付図面に基づき、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、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。
以下、本発明による折曲形態のトラップ部を備えた電池モジュール及びこれを含む電池パックについて添付図面を参照しながら説明する。
図２は本発明の好適な第１実施例による電池モジュールの斜視図であり、図３は図２に示す電池モジュールを水平方向に切断した断面図である。
図２及び図３を参照して説明すると、本発明の好適な第１実施例による電池モジュールは、電池セル１００、バスバー２００、及びモジュールケース３００を含む。
まず、電池セル１００は、セル組立体、セル組立体を収納するセルケース、及び一対のリードを含む。
セル組立体は、長いシート状の正極及び負極の間に分離膜を介在させてから巻き取る構造を有するゼリーロール型セル組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を挟んでいる状態で積層される構造の単位セルからなるスタック型セル組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタックフォルディング型セル組立体、または単位セルが分離膜を間に挟んでいる状態で積層されて互いに付着されるラミネーションスタック型セル組立体などからなることができるが、これに限定されない。
前記のようなセル組立体はセルケースに内蔵され、セルケースは、通常は、内部層／金属層／外部層のラミネートシート構造を有している。内部層はセル組立体と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解液性を有しなければならず、また外部に対する密閉のために、シーリング性、すなわち内部層同士熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性がよいポリプロピレン、ポリエチレン、酢酸ポリエチレン、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂から選択されることができるが、これに限定されず、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性及び耐化学性に優れたポリプロピレンが最も好ましい。
内部層と接している金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好適な材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム薄膜を使うことができる。
そして、金属層の他側面には外部層が設けられる。このような外部層は、セル組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができ、一例としてナイロンまたはポリエチレンテレフタレートを使うことができるが、これに限定されない。
一方、正極リード及び負極リードからなるリードは、セル組立体の正極タブ及び負極タブがそれぞれ電気的に連結された後、ケースの外部に露出される構造を有する。前記のような電池セルは一般的に知られている構成に相当するので、より詳細な説明は省略する。
バスバー２００は、積層された複数の電池セル１００から突出して延びた正極リード及び負極リードを直列または並列方式で連結するためのものであり、両方向電池セル１００の場合には電池モジュールの前面及び後面にそれぞれ設けられ、単方向電池セル１００の場合には前面または後面の一側にのみ設けられる。
次に、モジュールケース３００は、収納部３１０、第１トラップ部３２０、第２トラップ部３３０、及び空気流路部３４０を含む。
収納部３１０は複数の積層された電池セル１００を収納するためのものであり、平板状の下部カバー、下部カバーの縁部から垂直に延びた側面プレート、及び積層された複数の電池セル１００の上部を覆う上部カバーを含み、外部の異物及び衝撃から電池セル１００を保護する。
第１トラップ部３２０は収納部３１０の一側角部に形成され、外側方向に所定の深さだけ突出した第１ポケット部３２１、及び空気が電池モジュールの内部に流入することができるようにする第１空気循環路３２２を含む。
本実施例においては、第１空気循環路３２２は空気が流入する通路として使われたが、空気が流出する通路として使われてもかまわない。
第１ポケット部３２１は所定の深さだけ突出して所定の空間を形成し、第１空気循環路３２２が第１ポケット部３２１の側面方向に所定の角度に折り曲げられるように形成されることで、電池セル１００の熱暴走によってベンティングガス及び高温の副産物が発生し、ベンティングガス及び副産物が電池モジュールの外部に放出されるとき、副産物は第１ポケット部３２１の所定の空間に積もり、ベンティングガスは所定の角度に折り曲げられた第１空気循環路３２２に沿って外部に放出されるので、高温の副産物による２次被害を防止することができるという利点がある。
第１空気循環路３２２は内側から外側に行くほど幅が広くなる漏斗状を有する。これにより、空気の流入をより容易にし、狭い内側通路によって副産物が外部に放出されることを抑制することができる。
次に、第２トラップ部３３０は第１トラップ部３２０と一直線上に位置する収納部３１０の対向した角部に形成されており、隔壁３３１、及び空気が電池モジュールの外部に流出することができるようにする第２空気循環路３３２を含む。
ここで、第１トラップ部３２０及び第２トラップ部３３０はより円滑な空気循環のために同一直線上に位置するが、流入した空気で電池セル１００を冷却することができれば、互いに対角線方向に位置してもよく、位置は限定されない。
また、第２空気循環路３３２は空気が流出する通路として使われたが、空気が流入する通路として使われてもかまわない。
隔壁３３１は第２トラップ部３３０の内側に形成されており、収納部３１０の側面プレートに対して所定の角度を有する平板状のものであり、側面プレートと隔壁３３１との間に所定の空間が形成される。
また、隔壁３３１が所定の角度を有する状態に形成され、よって第２空気循環路３３２は所定の角度に折り曲げられて「Ｓ」字形を有することで、電池セル１００の熱暴走による副産物及びベンティングガスが電池セル１００から放出されるとき、副産物は側面プレートと隔壁３３１との間に形成される所定の空間に積もり、副産物が分離されたベンティングガスは「Ｓ」字形の第２空気循環路３３２に沿って放出されるので、副産物による火災及びベンティングガスによる膨張に起因する電池モジュールの破損などを防止することができるという利点がある。
空気流路部３４０は、収納部３１０に収納された電池セル１００が、第１トラップ部３２０及び第２トラップ部３３０が連結された側面プレートから所定の距離だけ離隔することによって形成された空間であり、第１トラップ部３２０または第２トラップ部３３０を通して流入して複数の電池セル１００を冷却させる空気が移動する通路である。
図４は本発明の好適な第２実施例による電池モジュールを水平方向に切断した断面図である。
図４を参照して説明すると、本発明の好適な第２実施例による電池モジュールは、図２及び図３で説明した本発明の好適な第１実施例による電池モジュールの第２トラップ部３３０の一部構成を除いては同一であるので、同じ構成についての説明は省略する。
本発明の好適な第２実施例による第２トラップ部３３０は、外側方向に所定の深さだけ突出した第２ポケット部３３３、及び空気が電池モジュールの外部に流出することができるようにする第２空気循環路３３２を含む。
ここで、前述したように、第２空気循環路３３２は空気が流出する通路として使われたが、空気が流入する通路として使われてもかまわない。
第２ポケット部３３３は、前述した第１ポケット部３２１と同様に、所定の深さだけ突出して所定の空間を形成し、第２空気循環路３３２が第２ポケット部３３３の側面方向に所定の角度に折り曲げられるように形成されることで、電池セル１００の熱暴走によってベンティングガス及び高温の副産物が発生して電池モジュールの外部に放出されるとき、副産物は第２ポケット部３３３に積もり、ベンティングガスは所定の角度に折り曲げられた第２空気循環路３３２に沿って外部に放出されるので、高温の副産物による２次火災を防止することができるという利点がある。
また、第２空気循環路３３２は内側から外側に行くほど幅が広くなる漏斗状を有する。これにより、空気の流入をより容易にし、狭い内側通路によって副産物が外部に放出されることを抑制することができる。
本発明は前述した特徴のうちの一つ以上の特徴を有している電池モジュールを備えている電池パックであってもよく、前記電池パックは、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド電気自動車などのようなデバイスに装着可能である。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。
１００ 電池セル
２００ バスバー
３００ モジュールケース
３１０ 収納部
３２０ 第１トラップ部
３２１ 第１ポケット部
３２２ 第１空気循環路
３３０ 第２トラップ部
３３１ 隔壁
３３２ 第２空気循環路
３３３ 第２ポケット部
３４０ 空気流路部

Claims (10)

  1. 複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルを電気的に連結するバスバーと、
    前記複数の電池セル及びバスバーを収容するモジュールケースと、を含み、
    前記モジュールケースは、前記複数の電池セルを収納する所定の空間を形成する収納部、空気が流入する第１トラップ部、空気が流出する第２トラップ部、及び流入した空気が移動する空気流路部を含む電池モジュールであって、
    前記第１トラップ部及び前記第２トラップ部は、前記電池セルから放出されたベンティングガス及び副産物のうちベンティングガスのみを通過させ、ベンティングガス以外の副産物をトラップし、
    前記第１トラップ部は、前記収納部に対して前記収納部の側壁より外側に突出して所定の空間を形成する第１ポケット部と、前記第１ポケット部の突出方向と交差する方向に延在し、前記第１ポケット部と開口を通じて連通する第１空気循環路とを備えており、
    前記第１ポケット部は、前記収納部に対して前記開口よりも外側に前記所定の空間を形成し、
    前記第２トラップ部は、所定の角度に折り曲げられて所定の形状の空間を形成する隔壁を備えており、
    前記隔壁によって「Ｓ」字形の第２空気循環路が形成されている、電池モジュール。
  2. 前記第１空気循環路は、内側から外側に行くほど幅が広くなる、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルを電気的に連結するバスバーと、
    前記複数の電池セル及びバスバーを収容するモジュールケースと、を含み、
    前記モジュールケースは、前記複数の電池セルを収納する所定の空間を形成する収納部、空気が流入する第１トラップ部、空気が流出する第２トラップ部、及び流入した空気が移動する空気流路部を含む電池モジュールであって、
    前記第１トラップ部及び前記第２トラップ部は、前記電池セルから放出されたベンティングガス及び副産物のうちベンティングガスのみを通過させ、ベンティングガス以外の副産物をトラップし、
    前記第１トラップ部は、前記収納部に対して前記収納部の側壁より外側に突出して所定の空間を形成する第１ポケット部と、前記第１ポケット部の突出方向と交差する方向に延在し、前記第１ポケット部と開口を通じて連通する第１空気循環路とを備え、
    前記第１ポケット部は、前記第１空気循環路との間の前記開口よりも前記収納部に対して外側に前記所定の空間を形成し、
    前記第２トラップ部は、前記収納部に対して前記収納部の側壁より外側に突出して所定の空間を形成する第２ポケット部と、前記第２ポケット部の突出方向と交差する方向に延在し、前記第２ポケット部と開口を通じて連通する第２空気循環路とを備えており、
    前記第２ポケット部は、前記第２空気循環路との間の前記開口よりも前記収納部に対して外側に前記所定の空間を形成する、電池モジュール。
  4. 前記第１空気循環路は、内側から外側に行くほど幅が広くなる、請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記第２空気循環路は、内側から外側に行くほど幅が広くなる、請求項３に記載の電池モジュール。
  6. 前記第１トラップ部は前記収納部の一側角部に形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
  7. 前記第２トラップ部は、前記第１トラップ部と一直線上に位置する前記収納部の対向した角部に形成される、請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 前記第１トラップ部及び前記第２トラップ部は、前記複数の電池セルを冷却するための空気を循環させるとともに、前記電池セルから放出されたベンティングガスを前記電池モジュールの外部に排出する流路としても機能する、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記第１トラップ部、前記第２トラップ部、及び前記空気流路部は、前記収納部より上側に位置する、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電池モジュールを備えた、電池パック。
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