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JP7578375B2 - 電池パックおよびこれを含むデバイス - Google Patents
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JP7578375B2 - 電池パックおよびこれを含むデバイス - Google Patents

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Description

関連出願との相互引用
本出願は、２０２１年４月３０日付韓国特許出願第１０－２０２１－００５６６３４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、電池パックおよびこれを含むデバイスに関し、より具体的には電池モジュールの自己発熱を防止する電池パックおよびこれを含むデバイスに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても大きな関心を受けている。
小型モバイル機器にはデバイス１台当たり１個または２～４個の電池セルが使用されることに対し、自動車などのように中大型デバイスには高出力大容量が必要である。したがって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが使用される。
中大型電池モジュールは、可能な限り小さい大きさと重量で製造されることが好ましいため、高い集積度に積層可能であり、容量に比べて重量が小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池モジュールの電池セルとして主に使用されている。
しかし、従来の技術の電池パックは、複数の電池モジュールを備え、それぞれの電池モジュールの電池セルのうちの一部で熱暴走が発生し、発火または爆発する場合、隣接した二次電池に熱または火炎が伝達されて２次爆発などが起こる場合があり、２次発火または爆発を防止するための努力が重なっている。
そのために、電池パック内の一部の電池モジュールで発火または爆発時、隣接した電池モジュールに熱伝達される場合、熱伝達経路上にある電池モジュールの発熱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開発する必要がある。
本発明の解決しようとする課題は、電池モジュールの自己発熱を防止する電池パックおよびこれを含むデバイスに関する。
本発明が解決しようとする課題は、前述した課題に制限されず、言及されていない課題は本明細書および添付の図面から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明確に理解され得るだろう。
本発明が解決しようとする課題は、前述した課題に制限されず、言及されていない課題は本明細書および添付の図面から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明確に理解され得るだろう。
本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルが装着されている電池モジュール、および前記電池モジュールと電気的に連結されている放電部材を含み、前記放電部材は、上部が開放されており、冷却剤が収容されているフレーム部材、前記フレーム部材の上部を覆う上部カバー、および前記フレーム部材内に装着されている抵抗体を含み、前記抵抗体の両端部は、前記放電部材の外部に露出して、前記電池モジュールと電気的に連結されている。
前記抵抗体は、前記フレーム部材内で少なくとも２回以上折り曲げられ得る。
前記抵抗体は、バスバーおよび絶縁層を含み、前記絶縁層は、前記バスバーの外面に形成され得る。
前記抵抗体の中心部では、前記バスバーの外面に絶縁層が形成されており、前記抵抗体の端部では、前記バスバーの外面が露出している電源連結部が形成され得る。
前記バスバーは、３ｍΩ以上５０ｍΩ以下の抵抗を有する銅（Ｃｕ）からなることができる。
前記上部カバーは、それぞれ第１ホールおよび第２ホールが形成されており、前記抵抗体の両端部は、それぞれ前記第１ホールおよび前記第２ホールを通過して外部に露出しいてもよい。
前記第１ホールおよび前記第２ホールは、前記上部カバーの両側にそれぞれ形成され得る。
前記上部カバーは、開閉可能な第３ホールが形成され得る。
前記放電部材は、前記第３ホールを通じて前記フレーム部材内に前記冷却剤が注入され得る。
前記放電部材は、前記抵抗体が発熱して形成される水蒸気が前記第３ホールを通じて排出され得る。
前記冷却剤は、冷却水であり得る。
前記放電部材は、第１放電部材および第２放電部材を含み、前記第１放電部材および前記第２放電部材は、互いに並列に連結され得る。
前記放電部材は、第１放電部材および第２放電部材を含み、前記第１放電部材および前記第２放電部材は、互いに直列に連結され得る。
本発明の他の一実施形態によるデバイスは、前述した電池パックを含む。
実施形態によれば、本発明の電池パックおよびこれを含むデバイスは、電池モジュールと電気的に連結されている放電部材を含んで、電池モジュールの自己発熱を防止することができる。
本発明の効果は、前述した効果に制限されず、言及されていない効果は本明細書および添付した図面から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明確に理解され得るだろう。
本発明の一実施形態による電池パックの回路を示す概略図である。 図１の電池パックに含まれている放電部材の分解斜視図である。 図２の放電部材の斜視図である。 図２の放電部材に含まれている抵抗体を示す図面である。 図２の放電部材の連結方式を示す図面である。 本発明の他の一実施形態による放電部材を示す図面である。
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、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１は本発明の一実施形態による電池パックの回路を示す概略図である。
図１を参照すれば、本実施形態による電池パックは、複数の電池セルが装着されている電池モジュール１０、および電池モジュール１０と電気的に連結されている放電部材１００を含むことができる。
ここで、電池モジュール１０は、具体的に図示されていないが、複数の電池セル（図示せず）が予め設定された方向に沿って積層された後にモジュールフレーム（図示せず）に装着されて構成され得る。ここで、複数の電池セル（図示せず）はその種類に特別な制限がないため、パウチ型二次電池または角型二次電池であり得る。
そのために、本実施形態において、一部の電池モジュールで発火または爆発時、隣接した電池モジュール１０内の電池セル（図示せず）は、放電部材１００を通じて放電されて、電池モジュール１０の温度上昇を抑制することができる。
以下、放電部材１００についてより具体的に説明する。
図２は図１の電池パックに含まれている放電部材の分解斜視図である。図３は図２の放電部材の斜視図である。
図２および図３を参照すれば、本発明の一実施形態において、放電部材１００は、上部が開放されており、冷却剤が収容されているフレーム部材１５０、フレーム部材１５０の上部を覆う上部カバー１７０、およびフレーム部材１５０内に装着されている抵抗体１１０を含み、抵抗体１１０の両端部は、放電部材１００の外部に露出して、電池モジュール１０と電気的に連結されている。
ここで、フレーム部材１５０と上部カバー１７０は互いに結合され得る。一例として、フレーム部材１５０と上部カバー１７０は互いに接する面が溶接結合などの方式で互いに結合され得る。ただし、これに限定されず、フレーム部材１５０と上部カバー１７０が互いに安定的に結合して固定され得る方式であれば、本実施形態に含まれ得る。
一例として、フレーム部材１５０および上部カバー１７０は、プラスチックまたは金属のような材質からなることができる。そのために、フレーム部材１５０および上部カバー１７０は、前述した材質からなり、電池パック内の一部の電池モジュール１０で発生した発火または火炎から受ける影響を最小化することができる。
また、上部カバー１７０は、それぞれ第１ホール１７１および第２ホール１７５が形成され得る。より具体的に、フレーム部材１５０内に装着されている抵抗体１１０の両端部は、それぞれ第１ホール１７１および第２ホール１７５を通過して外部に露出していてもよい。ここで、第１ホール１７１および第２ホール１７５は、抵抗体１１０の断面積と同一であるかまたはこれより大きい大きさを有することができる。
一例として、第１ホール１７１および第２ホール１７５は、上部カバー１７０の両側にそれぞれ形成され得る。ただし、第１ホール１７１および第２ホール１７５の位置がこれに限定されるのではなく、多様な位置に第１ホール１７１および第２ホール１７５が形成され得る。
そのために、放電部材１００で、抵抗体１１０の両端部は第１ホール１７１および第２ホール１７５を通じてそれぞれ外部に露出しており、放電部材１００は電池モジュール１０と容易に電気的に連結され得る。
また、上部カバー１７０は、開閉可能な第３ホール１７９が形成され得る。ここで、放電部材１００は、第３ホール１７９を通じてフレーム部材１５０内に前記冷却剤が注入され得、放電部材１００は、抵抗体１１０が発熱して形成される水蒸気が第３ホール１７９を通じて排出され得る。より具体的に、放電部材１００は、第３ホール１７９を通じてフレーム部材１５０内に冷却剤を注入した後、第３ホール１７９が密閉され得る。一例として、前記冷却剤は、冷却水であり得る。また、放電部材１００は、抵抗体１１０が発熱する場合、第３ホール１７９が開放され得る。
言い換えると、上部カバー１７０の第３ホール１７９を通じて冷却剤が注入された後、平常時には第３ホール１７９が密閉され得る。しかし、フレーム部材１５０内の抵抗体１１０で抵抗発熱が発生する場合、第３ホール１７９が開放され得、抵抗体１１０の抵抗発熱により発生した水蒸気が放電部材１００の外部に排出され得る。
一例として、第３ホール１７９は、上部カバー１７０の中心部に形成され得る。言い換えると、第３ホール１７９は、第１ホール１７１と第２ホール１７５との間に位置することができる。ただし、第３ホール１７９の位置がこれに限定されるのではなく、多様な位置に第３ホール１７９が形成され得る。
そのために、放電部材１００で、第３ホール１７９は、場合により開閉され得、放電部材１００の密封性を向上させると同時に安全性も向上することができるという利点がある。
図４は図２の放電部材に含まれている抵抗体を示す図面である。
図４を参照すれば、抵抗体１１０は、バスバー１１１および絶縁層１１９を含むことができる。より具体的に、図４（ａ）のように一方向に延長されているバスバー１１１の外面に、図４（ｂ）のように絶縁層１１９が形成され得る。
ここで、抵抗体１１０の中心部はバスバー１１１の外面に絶縁層１１９が形成されており、抵抗体１１０の端部はバスバー１１１の外面が露出している電源連結部１１３、１１５が形成され得る。また、電源連結部１１３、１１５は、それぞれ電池モジュールと電気的に連結され得る。
そのために、本実施形態において、抵抗体１１０の外面に形成された絶縁層１１９により、バスバー１１１とフレーム部材１５０内の冷却剤とが互いに直接接しないため、バスバー１１１と冷却剤との間の短絡現象が発生することを防止することができる。
一例として、絶縁層１１９は、一般ゴム、シリコン、またはテープなどのような素材からなることができる。ただし、これに限定されるのではなく、フレーム部材１５０内の冷却剤と抵抗体１１０との間の短絡現象を防止することができる素材であれば本実施形態に含まれ得る。
また、抵抗体１１０の中心部は、フレーム部材１５０内に位置するが、フレーム部材１５０内に収容されている冷却剤に沈下していてもよい。より具体的に、抵抗体１１０は、電源連結部１１３、１１５を除いた残りの部分がフレーム部材１５０内に収容されている冷却剤に沈下していてもよい。
そのために、抵抗体１１０の中心部は、フレーム部材１５０内の冷却剤に沈下しており、抵抗体１１０で抵抗発熱により発生した熱が前記冷却剤により冷却され得る。つまり、抵抗体１１０で抵抗発熱が発生しても、前記冷却剤により抵抗体１１０が冷却されて、抵抗体１１０の通電性能および電池モジュール１０の放電性能が向上することができる。
図３および図４を参照すれば、抵抗体１１０は、フレーム部材１５０内で少なくとも２回以上折り曲げられ得る。より具体的に、抵抗体１１０は、フレーム部材１５０の内部の大きさと対応する大きさに合うように、複数回で折り曲げられ得る。ここで、抵抗体１１０はＳ字形状に複数回で折り曲げられ得る。一例として、抵抗体１１０は、フレキシブルバスバー（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｂｕｓｂａｒ）であり得る。
そのために、本実施形態において、放電部材１００は、断面積が小さい抵抗体１１０を含むが、相対的に長い長さの抵抗体１１０を含むことができるため、抵抗体１１０の抵抗を低めながらもコンパクトな（ｃｏｍｐａｃｔ）サイズを有することができるという利点がある。
また、抵抗体１１０に含まれるバスバー１１１は、３ｍΩ以上５０ｍΩ以下の抵抗を有する銅（Ｃｕ）からなることができる。より具体的に、バスバー１１１は３．５ｍΩ以上４７．５ｍΩ以下の抵抗を有する銅（Ｃｕ）からなることができる。一例として、バスバー１１１は４ｍΩ以上４５ｍΩ以下の抵抗を有する銅（Ｃｕ）からなることができる。
そのために、抵抗体１１０は前述した範囲の抵抗を有する銅からなるバスバー１１１を含んで、コンパクトな（ｃｏｍｐａｃｔ）サイズを維持しながらも通電性能も十分に確保することができる。
これとは異なり、抵抗体１１０が３ｍΩ未満の抵抗を有する銅からなるバスバー１１１を含む場合、抵抗値が非常に小さくて製造工程が容易でないという問題がある。また、抵抗体１１０が５０ｍΩ超過の抵抗を有する銅からなるバスバー１１１を含む場合、放電速度が過度に遅くなることがあり、抵抗体１１０の大きさが相対的に大きくなることによって放電部材１００の空間効率性が低下するという問題がある。
図５は図２の放電部材の連結方式を示す図面である。
図５（ａ）を参照すれば、放電部材１００は、第１放電部材および第２放電部材を含み、前記第１放電部材および前記第２放電部材は互いに並列に連結され得る。
そのために、放電部材１００は、少なくとも二つの放電部材を並列に連結することによって、それぞれの放電部材１００に含まれている抵抗体１１０の抵抗より低い抵抗を実現することができる。
また、図５（ｂ）を参照すれば、放電部材１００は、第１放電部材および第２放電部材を含み、前記第１放電部材および前記第２放電部材は、互いに直列に連結され得る。
そのために、放電部材１００は少なくとも二つの放電部材を直列に連結することによって、それぞれの放電部材１００に含まれている抵抗体１１０の抵抗より高い抵抗を実現することができる。
以上の構成により、本実施形態において、放電部材１００は、電池モジュール１０の放電程度により並列または直列方式で拡張されていてもよく、放電部材１００の抵抗値の構成が多様に調節可能であるという利点がある。
図６は本発明の他の一実施形態による放電部材を示す図面である。
図２および図６を参照すれば、本実施形態による放電部材２００は、図２の放電部材１００と同様に説明することができ、抵抗体２１０についてだけ追加的に説明する。ここで、図２の抵抗体１１０は第１抵抗体１１０であり、図６の抵抗体２１０は第２抵抗体２１０に区分して説明する。
ここで、第２抵抗体２１０および第１抵抗体１１０にそれぞれ含まれているバスバーの断面積は同一であるが、第１抵抗体１１０および第２抵抗体２１０の長さが互いに異なり得る。一例として、第２抵抗体２１０と第１抵抗体１１０にそれぞれ含まれているバスバーの断面積は互いに同一であるが、第２抵抗体２１０の長さが第１抵抗体１１０の長さより長くてもよい。
このように、図２および図６を参照すれば、抵抗体１１０、２１０は、目標抵抗値により抵抗体１１０、２１０の長さおよびこれに含まれているバスバーの断面積が調節され得る。この場合、抵抗体１１０、２１０は、フレーム部材１５０の内部の大きさに対応する大きさに合うように相対的に少ないかまたは多い回数で折り曲げられ得る。
より具体的に、第１抵抗体１１０は同一の断面積のバスバーを含むが、抵抗体１１０の長さを相対的に減らして、第２抵抗体２１０に比べて相対的に小さい抵抗値を有することができる。この時、図２と図６を比較すると、第１抵抗体１１０は第２抵抗体２１０に比べて少ない回数で折り曲げられている。そのために、第１抵抗体１１０は相対的に低い抵抗値を有するため、放電速度が相対的に速くなり得る。
また、第２抵抗体２１０は同一の断面積のバスバーを含むが、抵抗体２１０の長さを相対的に増やして、第１抵抗体１１０に比べて相対的に大きい抵抗値を有することができる。この時、図２と図６を比較すると、第２抵抗体２１０は第１抵抗体１１０に比べて多い回数で折り曲げられている。そのために、第２抵抗体２１０は相対的に高い抵抗値を有するため、放電速度が相対的に遅くなり得る。
そのために、本実施形態において、放電部材１００はバスバー１１１の長さを調節して、必要に応じて抵抗体１１０の抵抗の大きさを調節することができる。つまり、放電部材１００は、抵抗体１１０の抵抗の大きさを比較的に容易に調節することができるため、電池の容量による放電時間および多様な環境で要求される放電部材１００の放電性能を容易に調節することができるという利点がある。
一方、本発明の他の一実施形態によるデバイスは、前述した電池パックを含むことができる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用され得るが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パック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り、これも本発明の権利範囲に属する。
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。
１０：電池モジュール
１００：放電部材
１１０：抵抗体
１５０：フレーム部材
１７０：上部カバー

Claims (14)

  1. 複数の電池セルが装着されている電池モジュール、および
    前記電池モジュールと電気的に連結されている放電部材を含み、
    前記放電部材は、
    上部が開放されており、冷却剤が収容されているフレーム部材、
    前記フレーム部材の上部を覆う上部カバー、および
    前記フレーム部材内に装着されている抵抗体を含み、
    前記抵抗体の両端部が、前記放電部材の外部に露出して、前記電池モジュールと電気的に連結されており、
    前記抵抗体のうち、前記フレーム部材内に位置する中間部の外面は、絶縁層で形成されている、電池パック。
  2. 複数の電池セルが装着されている電池モジュール、および
    前記電池モジュールと電気的に連結されている放電部材を含み、
    前記放電部材は、
    上部が開放されており、冷却剤が収容されているフレーム部材、
    前記フレーム部材の上部を覆う上部カバー、および
    前記フレーム部材内に装着されている抵抗体を含み、
    前記抵抗体の両端部が、前記放電部材の外部に露出して、前記電池モジュールと電気的に連結されており、
    前記抵抗体は、前記フレーム部材内で少なくとも２回以上折り曲げられている、電池パック。
  3. 前記抵抗体は、バスバーおよび絶縁層を含み、
    前記絶縁層は、前記バスバーの外面に形成されている、請求項２に記載の電池パック。
  4. 前記抵抗体の中心部では、前記バスバーの外面に前記絶縁層が形成されており、
    前記抵抗体の端部では、前記バスバーの外面が露出している電源連結部が形成されている、請求項３に記載の電池パック。
  5. 前記バスバーは、３ｍΩ以上５０ｍΩ以下の抵抗を有する銅（Ｃｕ）からなる、請求項３に記載の電池パック。
  6. 複数の電池セルが装着されている電池モジュール、および
    前記電池モジュールと電気的に連結されている放電部材を含み、
    前記放電部材は、
    上部が開放されており、冷却剤が収容されているフレーム部材、
    前記フレーム部材の上部を覆う上部カバー、および
    前記フレーム部材内に装着されている抵抗体を含み、
    前記抵抗体の両端部が、前記放電部材の外部に露出して、前記電池モジュールと電気的に連結されており、
    前記上部カバーは、それぞれ第１ホールおよび第２ホールが形成されており、
    前記抵抗体の両端部は、それぞれ前記第１ホールおよび前記第２ホールを通過して外部に露出している、電池パック。
  7. 前記第１ホールおよび前記第２ホールは、前記上部カバーの両側にそれぞれ形成されている、請求項６に記載の電池パック。
  8. 複数の電池セルが装着されている電池モジュール、および
    前記電池モジュールと電気的に連結されている放電部材を含み、
    前記放電部材は、
    上部が開放されており、冷却剤が収容されているフレーム部材、
    前記フレーム部材の上部を覆う上部カバー、および
    前記フレーム部材内に装着されている抵抗体を含み、
    前記抵抗体の両端部が、前記放電部材の外部に露出して、前記電池モジュールと電気的に連結されており、
    前記上部カバーは、開閉可能な第３ホールが形成されている、電池パック。
  9. 前記放電部材は、前記第３ホールを通じて前記フレーム部材内に前記冷却剤が注入される、請求項８に記載の電池パック。
  10. 前記放電部材は、前記抵抗体が発熱して形成される水蒸気が前記第３ホールを通じて排出される、請求項９に記載の電池パック。
  11. 前記冷却剤は、冷却水である、請求項９に記載の電池パック。
  12. 複数の電池セルが装着されている電池モジュール、および
    前記電池モジュールと電気的に連結されている放電部材を含み、
    前記放電部材は、
    上部が開放されており、冷却剤が収容されているフレーム部材、
    前記フレーム部材の上部を覆う上部カバー、および
    前記フレーム部材内に装着されている抵抗体を含み、
    前記抵抗体の両端部が、前記放電部材の外部に露出して、前記電池モジュールと電気的に連結されており、
    前記放電部材は、第１放電部材および第２放電部材を含み、
    前記第１放電部材および前記第２放電部材は、互いに並列に連結されている、電池パック。
  13. 複数の電池セルが装着されている電池モジュール、および
    前記電池モジュールと電気的に連結されている放電部材を含み、
    前記放電部材は、
    上部が開放されており、冷却剤が収容されているフレーム部材、
    前記フレーム部材の上部を覆う上部カバー、および
    前記フレーム部材内に装着されている抵抗体を含み、
    前記抵抗体の両端部が、前記放電部材の外部に露出して、前記電池モジュールと電気的に連結されており、
    前記放電部材は、第１放電部材および第２放電部材を含み、
    前記第１放電部材および前記第２放電部材は、互いに直列に連結されている、電池パック。
  14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の電池パックを含むデバイス。
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