Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7730986B2 - バッテリーパック及びこれを含む自動車 - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7730986B2 - バッテリーパック及びこれを含む自動車 - Google Patents

バッテリーパック及びこれを含む自動車

Info

Publication number
JP7730986B2
JP7730986B2 JP2024515106A JP2024515106A JP7730986B2 JP 7730986 B2 JP7730986 B2 JP 7730986B2 JP 2024515106 A JP2024515106 A JP 2024515106A JP 2024515106 A JP2024515106 A JP 2024515106A JP 7730986 B2 JP7730986 B2 JP 7730986B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
cover
pack
cell stack
battery pack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2024515106A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2024534951A (ja
Inventor
イン-ス・キム
ジン-ヨン・パク
ウ-ヨン・クォン
スン-ジュン・キム
セ-ユン・チュン
ホ-ジュネ・チ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of JP2024534951A publication Critical patent/JP2024534951A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7730986B2 publication Critical patent/JP7730986B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C3/00Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/07Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in vehicles, e.g. in road vehicles
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C3/00Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C35/00Permanently-installed equipment
    • A62C35/02Permanently-installed equipment with containers for delivering the extinguishing substance
    • A62C35/10Containers destroyed or opened by flames or heat
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625Vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567Liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567Liquids
    • H01M10/6568Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105Pouches or flexible bags
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271Lids or covers for the racks or secondary casings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H01M50/273Lids or covers for the racks or secondary casings characterised by the material
    • H01M50/278Organic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/293Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by the material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/383Flame arresting or ignition-preventing means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/627Filling ports
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10Temperature sensitive devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20Pressure-sensitive devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本出願は、2022年06月10日付け出願の韓国特許出願第10-2022-0070537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。
本発明は、バッテリーパック及びこれを含む自動車に関し、より詳細には、バッテリーセルの熱を管理する冷却機能と特定のバッテリーセルに熱的事象が生じたときに発火ないし火災の燃え拡がりを防ぐ消火機能を備えたバッテリーパック及びこれを含む自動車に関する。
一般に、二次電池は、1つ当たりの作動電圧が約2.5V~4.5V前後である。したがって、大容量及び高出力が求められる電気自動車や電力貯蔵装置の場合、複数の二次電池を直列に及び/又は並列に接続したバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールを直列に及び/又は並列に接続したバッテリーパックを構成し、これをエネルギー源として使用している。
電気自動車に求められるバッテリーパックの出力や容量に応じて、1つのバッテリーモジュールに入るリチウム二次電池の数が増えたり、1つのバッテリーパックに入るバッテリーモジュールの数が増えたりすることがある。
一方、一例を挙げると、電気自動車用のバッテリーパックのバッテリーモジュールは、バッテリーセルと前記バッテリーセルとを電気的に接続するためのバスバーフレーム及び前記バッテリーセルとバスバーフレームとを一体に収容可能なモジュールハウジングを含み、パックトレイに搭載される。
一方、上記のように、バッテリーモジュールを収容している従来のバッテリーパックの場合、バッテリーモジュール同士の間及びバッテリーモジュールとビームフレームとの間に生じるギャップ(Gap)とバッテリーモジュールのモジュールハウジングが占める体積などがバッテリーパックの単位体積当たりのエネルギー密度を低下させる要素として働く。このため、近年、バッテリーパックのエネルギー容量を増大させるための一環として、セルトゥーパック(Cell To Pack、バッテリーモジュール単位を省略し、バッテリーセルをバッテリーパックのケースの内部に直接的に組み込む方式を意味する)タイプのバッテリーパックに関する研究・開発への取り組みが盛んに行われている。
ところが、セルトゥーパックタイプのバッテリーパックを設計するに際して、バッテリーセルの熱を管理するための冷却システムと、バッテリーセルに熱的事象が生じる場合に発火ないし火災の燃え拡がりを防ぐための消火システムをどのように適用すべきであるかと、さらには、限られたバッテリーパックの内部空間に冷却システムと消火システムをどのように空間効率よく適用すべきであるかが問題視されている。
本発明は、上記のような技術的課題を解決するために案出されたものであって、その目的は、セルトゥーパックタイプ(Cell-to-Pack)のバッテリーパックであって、パックケースに収容された特定のバッテリーセルに熱的事象が生じたとき、前記特定のバッテリーセルの発火を速やかに鎮圧することのできる消火システムを備えたバッテリーパックを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、セルトゥーパックタイプのバッテリーパックに収容されたバッテリーセルから発せられる熱を有効に放熱することのできるバッテリーパックを提供することにある。
本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した技術的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技術的課題は、下記に記載されている発明の説明から当業者にとって明らかに理解できる筈である。
本発明の一側面によるバッテリーパックは、それぞれ1つまたは2つ以上積層されたバッテリーセルからなるセルスタックと、前記セルスタックを収容可能なセルカバーとを含み、一方向に積層された複数のセルユニットと、前記複数のセルユニットが載置されるパックトレイと、前記複数のセルユニットを覆い、前記パックトレイと互いに結合されるパックカバーとを備えるパックケースと、を含み、前記セルカバーは、前記セルスタックの上側面を覆わないように上端開放部を備え、前記パックカバーは、前記セルカバーの上端開放部を介して前記セルカバーに消火物質を投入可能な消火剤投入部を備え、前記消火剤投入部は、少なくとも一部分が熱溶融されて前記消火物質が前記セルカバーの内部に投入されるように構成され得る。
前記バッテリーパックは、前記セルスタックの上側面に塗布されるが、前記セルカバーの長手方向に沿った前記セルカバーの上端開放部において一方の終端部及び他方の終端部のうちの少なくとも一方の個所には設けられない第1のサーマルレジンをさらに含み、前記パックカバーは、前記第1のサーマルレジンと接触し、前記消火剤投入部は、前記セルカバーの上端開放部の一方の終端部及び他方の終端部のうちの少なくとも一方の個所と上下に向かい合う位置に設けられ得る。
前記消火剤投入部は、各前記セルユニットの鉛直上部ごとに設けられ得る。
前記消火物質は、冷却水であり、前記パックカバーは、内部に前記冷却水が流れることが可能な流路を備え得る。
前記消火剤投入部は、前記流路と連通する孔と、前記孔に結合され、熱溶融可能な樹脂素材から作製されたメルトキャップと、を含み得る。
前記消火剤投入部は、圧縮ガスを収容し、片側にガス吐出口を備えたガス貯留容器と、熱溶融素材から形成され、前記ガス吐出口を閉塞可能に設けられた容器蓋体と、を含む消火ユニットと、前記容器蓋体が前記セルカバーの上端開放部を向くように前記消火ユニットを嵌合可能に前記パックカバーに貫通形成されたユニット装着口と、を含み得る。
前記圧縮ガスは、二酸化炭素であり得る。
前記容器蓋体は、外周縁にねじ山を備え、前記ユニット装着口は、前記容器蓋体と螺合可能に設けられた蓋体締結口を含み得る。
前記セルユニットは、1つまたは積層された2つ以上のバッテリーセルからなるセルスタックと、前記セルスタックの幅方向に沿った前記セルスタックの両方の側面部と、前記セルスタックの下部とを覆うように設けられたセルカバーと、を含み得る。
前記セルカバーは、前記セルスタックの幅方向に沿った前記セルスタックの一方の側面部を覆う第1の側面カバー部と、前記セルスタックの他方の側面部を覆う第2の側面カバー部と、前記第1の側面カバー部及び前記第2の側面カバー部と一体に形成され、前記セルスタックの下部を覆う下側カバー部と、を含み得る。
前記バッテリーパックは、前記バッテリーセルの電極リードと電気的に接続されるバスバーを備え、前記セルスタックの長手方向に沿った前記セルスタックの前方部と後方部にそれぞれ配置され、前記セルカバーと結合されるバスバーフレーム組立体を含み得る。
前記バッテリーパックは、前記複数のセルユニットにおいて前記セルユニットと前記セルユニットとの間に配置される断熱パッドをさらに含み得る。
前記バッテリーパックは、前記セルカバーの下側カバー部と前記パックトレイの表面との間に介在する第2のサーマルレジンを含み得る。
前記バッテリーセルは、パウチ型バッテリーセルであり得る。
本発明の他の態様によれば、上述したバッテリーパックを含む自動車が提供され得る。
本発明の一側面によれば、セルトゥーパックタイプのバッテリーパックであって、パックケースに収容されている特定のバッテリーセルに熱的事象が生じたとき、前記特定のバッテリーセルの発火を速やかに鎮圧することのできる消火システムを備えたバッテリーパックが提供されることが可能になる。
本発明によるバッテリーパックによれば、特定のバッテリーセルの発火が起きたとき、前記特定のバッテリーセルの上部に位置しているパックカバーから消火物質が落下して前記特定のバッテリーセルの発火を抑え、これにより、周りの他のバッテリーセルに熱エネルギーが伝播されないことが可能になる。
また、本発明の他の側面によれば、冷却水が流れる流路を内蔵したパックカバーとバッテリーセルとが熱交換を行うことができ、バッテリーセルの発火ないし発熱の際に、前記パックカバーが部分的に熱溶融されて冷却水が注ぎ落とされることが可能になる。したがって、通常時はバッテリーセルの熱を吸収することができ、バッテリーセルの発火時には前記冷却水を消火物質として用いることができる。
これらに加えて、本発明は色々な他の効果を有することができ、これについては各実施構成の欄において説明したり、当業者が容易に類推可能な効果などについては当該説明を省略したりする。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの概略的な構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるセルユニットグループを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるセルユニットの斜視図である。 図3のセルユニットの分解斜視図である。 図3のセルユニットの一方の端部を拡大して示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの消火構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの消火構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの冷却構成を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの構成を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態による消火構成を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態による消火構成を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態による消火構成を概略的に示す図である。 本発明によるバッテリーパックを含む自動車を概略的に示す図である。
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。
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。
図1は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの概略的な構成を示す図であり、図2は、本発明の一実施形態によるセルユニットグループを概略的に示す斜視図であり、図3は、本発明の一実施形態によるセルユニットの斜視図であり、図4は、図3のセルユニットの分解斜視図である。
図1から図4を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、複数のセルユニット100と、前記複数のセルユニット100を収容可能なパックケース200と、を含む。
前記セルユニット100は、1つまたは2つ以上積層されたバッテリーセル110と、セルカバー120と、を含む。
前記バッテリーセル110は、パウチ型バッテリーセル110から構成され得る。前記パウチ型バッテリーセル110は、電極組立体と、前記電極組立体を収容するパウチケース及び電極組立体と接続され、前記パウチケースの外部に露出される電極リード111と、を含み得る。前記電極リード111は、正極リードと負極リードを一対で含む。ここで、前記正極リードと前記負極リードは、バッテリーセル110の長手方向に沿ったバッテリーセル110の両端部に設けられ得る。
このようなパウチ型バッテリーセル110は、広い面が地面に対して垂直になるように立てられ、一方向(X方向)に定められた数に見合う分だけ積層され得る。以下において、セルスタックは、前記パウチ型バッテリーセル110を上記のように積層したものを意味する。例えば、図4に示すように、2つのパウチ型バッテリーセル110が一方向に積層され得る。このとき、各パウチ型バッテリーセル110の正極リードは前方(-Y方向)を向き、各パウチ型バッテリーセル110の負極リードは後方(+Y方向)を向くように配置され得る。この場合、前記2つのパウチ型バッテリーセル110は、同一の極性の電極リード111同士が対応する側に位置しているターミナルバスバー131に溶接されて並列的に接続された1つのパワーバンクをなし得る。
すなわち、2つのパウチ型バッテリーセル110は、セルカバー120に収容されて積層状態が保持され、バスバーフレーム組立体130のターミナルバスバー131を介して並列に接続され得る。前記ターミナルバスバー131は、一部分が露出されるように構成されてセルユニット100の正極ターミナルまたは負極ターミナルとして機能し得る。この実施形態は、2つのパウチ型バッテリーセル110を用いてセルユニット100を構成しているが、1つ、3つまたは4つ以上のパウチ型バッテリーセル110を用いてセルユニット100を構成することもある。
一方、前記パウチ型バッテリーセル110は、パウチケースの内部に電極組立体を収容している部分に相当する収容部Rと、前記収容部Rの周りを囲繞する形状の4つのエッジ部E1~E4と、を備え得る。前記4つのエッジ部E1~E4とは、たとえば、図4に示すように、起立配置されたパウチ型バッテリーセル110において、前記収容部Rを基準として、上側エッジ部E1、下側エッジ部E2、前方側のエッジ部E3及び後方側のエッジ部E4を意味する。
ここで、前記エッジ部E1~E4は、いずれもシール部であるか、あるいは、上側エッジ部E1または下側エッジ部E2を除いた残りの3つのエッジ部E2、E3、E4又はE1、E3、E4がシール部であり得る。敷衍すれば、電極組立体を収容するとき、1枚のラミネートフィルムを畳み込む方式を適用したパウチ型バッテリーセル110は、3つのシール部を有し、2枚のラミネートフィルムの周縁を接合する方式を適用したパウチ型バッテリーセル110は、4つのシール部を有する。これにより、パウチ型バッテリーセル110は、3つのエッジ部E2、E3、E4又はE1、E3、E4がシール部であり得るか、あるいは、4つのエッジ部E1~E4がいずれもシール部であり得る。
前記セルカバー120は、前記セルスタックがパックケース200において起立状態が安定的に保持できるように前記セルスタックを収容ないし支持する構成要素である。例えば、セルカバー120は、1つのパウチ型バッテリーセル110の下側エッジ部E2と収容部Rの両面を包み込む形状に作製され得る。あるいは、この実施形態でのように、前記セルカバー120は、セルスタックを形成する2つのパウチ型バッテリーセル110の下側エッジ部と、積層順序上最初のパウチ型バッテリーセル110の収容部の片面と2番目のパウチ型バッテリーセル110の収容部の片面を覆う形状に作製され得る。すなわち、セルカバー120は、前記セルスタックの幅方向に沿った前記セルスタックの両方の側面部と、前記セルスタックの下部とを覆うように設けられ得る。このようなセルカバー120は、縦断面が概ね「U」字状に設けられることにより、セルスタックを収容したとき、前記セルスタックの上側面(パウチ型バッテリーセル110の上側エッジ部に相当する)が露出可能な上端開放部を有する。
前記セルカバー120は、多種多様な材料から形成され得る。特に、前記セルカバー120は、剛性の確保のために、金属から形成され得る。金属の場合、パウチ型バッテリーセル110の積層状態をより一層安定的に保持し、外部の衝撃からパウチ型バッテリーセル110をより一層安全に保護することができる。例えば、前記セルカバー120は、全体がステンレス鋼(SUS)から形成され得るか、あるいは、ステンレス鋼を含む合金から形成され得る。
敷衍すれば、パウチ型バッテリーセル110は、パウチケースが軟性材料であるため硬度が低くてパックケース200に固定されるように収容し難いのみならず、外部の衝撃や振動に脆弱である虞がある。セルカバー120は、上記のようなパウチ型バッテリーセル110の問題点を補うための構成要素であって、パウチ型バッテリーセル110をパックケース200に収容するとき、前記パウチ型バッテリーセル110の積層状態が安定的に保持できるようにする。このようなセルカバー120は、パックケース200の内部において体積を最小限に占めるように概ね2mm以下の厚さを有する薄板から形成され得る。
具体的には、この実施形態によるセルカバー120の構成について述べると、前記セルカバー120は、図3から図4に示すように、下側カバー部121と、第1の側面カバー部122及び第2の側面カバー部123を含む。
前記下側カバー部121は、内部に収容されたパウチ型バッテリーセル110の下側エッジ部E2を包み込むように構成され得る。前記下側カバー部121は、パウチ型バッテリーセル110の下側エッジ部E2に対して離隔された形状に構成され得る。セルユニット100をパックトレイ210に載置するとき、前記セルカバー120は、前記下側カバー部121が前記パックトレイ210の底板211と対面するように載置され得る。
前記第1の側面カバー部122は、下側カバー部121の幅方向に沿った一方の縁線から上部の向きに延びる形状に構成され得る。例えば、第1の側面カバー部122は、下側カバー部121の左側の端部から上部の向きにパウチ型バッテリーセル110の収容部Rよりも長く延びた形状に構成され得る。
前記第1の側面カバー部122は、前記少なくとも1つのパウチ型バッテリーセル110の一方の側面を覆うように構成され得る。たとえば、前記第1の側面カバー部122は、図4において、セルスタックの幅方向に沿った前記セルスタックの一方の側面部を覆うように構成され得る。
前記第2の側面カバー部123は、下側カバー部121の幅方向に沿った他方の縁線から上部の向きに延びる形状に構成され得る。例えば、第2の側面カバー部123は、下側カバー部121の右側の端部から上部の向きにパウチ型バッテリーセル110の収容部Rよりも長く延びた形状に構成され得る。
前記第2の側面カバー部123は、前記少なくとも1つのパウチ型バッテリーセル110の一方の側面を覆うように構成され得る。たとえば、前記第2の側面カバー部123は、図4において、前記セルスタックの幅方向に沿った前記セルスタックの他方の側面部を覆うように構成され得る。
前記第1の側面カバー部122及び前記第2の側面カバー部123は、前記下側カバー部121と一体に形成され得る。第1の側面カバー部122と前記第2の側面カバー部123との間隔は、前記セルカバー120の内部に収容されるパウチ型バッテリーセル110が圧迫可能な範囲において決定され得る。
このようなセルカバー120の構成によれば、パウチ型バッテリーセル110がセルカバー120により圧迫され、その上側エッジ部E1は、セルカバー120の上に露出されて後述するパックカバー220と直接的に向かい合うことができる。そして、セルカバー120の下側カバー部121は、パックケース200の底板211と直接的に対面することができる。この場合、パウチ型バッテリーセル110の下側エッジ部とパックケース200の底板211との間の熱交換がより一層円滑に行われることが可能になる。これらに加えて、前記パックケース200の底板211に第2のサーマルレジンG2を塗布して前記パウチ型バッテリーセル110、セルカバー120の下側カバー部121及びパックケース200の底板211の間の伝熱率を増大させることもできる。
したがって、このような構成のセルカバー120を用いてパウチ型バッテリーセル110をパックケース200に搭載すれば、空間効率よくパウチ型バッテリーセル110をパックケース200に配置することができ、パウチ型バッテリーセル110の積層状態が安定的に保持でき、パウチ型バッテリーセル110に対する冷却構造が簡素でありながら効率よい。
図3及び図4に戻ると、本発明の一実施形態によるセルユニット100は、バスバーフレーム組立体130を含み得る。
前記バスバーフレーム組立体130は、パウチ型バッテリーセル110の電極リード111と電気的に接続されるターミナルバスバー131を備え、前記セルスタックの長手方向に沿った前記セルスタックの前方部と後方部にそれぞれ配置され得る。
前記バスバーフレーム組立体130は、第1のバスバーフレーム組立体と第2のバスバーフレーム組立体を含み得る。前記第1のバスバーフレーム組立体と前記第2のバスバーフレーム組立体は、実質的に同一の構成を有し得る。
この実施形態において、積層された2つのパウチ型バッテリーセル110の正極リードは、前記第1のバスバーフレーム組立体のターミナルバスバー131に一体に溶接されることができ、負極リードは、前記第2のバスバー組立体のターミナルバスバー131に一体に溶接され得る。この場合、前記2つのパウチ型バッテリーセル110は、2P1S形態の電気的な接続構造を有する。
前記バスバーフレーム組立体130を構成する主な構成要素を調べてみると、図4に示すように、前記バスバーフレーム組立体130は、ターミナルバスバー131と、バスバーハウジング132及びバスバー蓋体133を含み得る。
前記ターミナルバスバー131は、例えば、銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属から作製され、バスバーハウジング132は、例えば、プラスチックなどの電気絶縁性素材から作製され得る。
前記バスバーハウジング132は、前記ターミナルバスバー131を支持し、前記セルカバー120と結合され得る。すなわち、バスバーハウジング132は、図3に示すように、セルカバー120の前方開放端と後方開放端にそれぞれ結合できるように構成され得る。このとき、バスバーハウジング132は、接着、溶接、嵌合、フック掛合、ボルト締め、リベット接合など多種多様な締結方式を用いてセルカバー120に固定されるように結合され得る。このため、この実施形態において、前記セルカバー120の前方開放端と後方開放端は、それぞれ前記バスバーハウジング132により覆われ得る。
このようなバスバーハウジング132は、概ね直方体構造のボックス状に設けられ得る。前記バスバーハウジング132は、バッテリーセル110の電極リード111が胴体を通過できるように前記電極リード111を差し込み可能なスリットを備え得る。前記バッテリーセル110の電極リード111は、前記スリットを介してバスバーハウジング132を貫通して外側に引き出され、引き出された部分は、ターミナルバスバー131に取り付けられ得る。前記電極リード111を前記ターミナルバスバー131に取り付けるとき、レーザー溶接が行われ得る。そして、電極リード111とターミナルバスバー131とが結合された部分は、絶縁素材から作製されたバスバー蓋体133により遮蔽され、ターミナルバスバー131において他の部分よりも大きな厚さを有する上端部は、前記バスバー蓋体133のウィンドウ133aを介して外部に露出され得る。
このような本発明の一実施形態によるセルユニット100は、図2に示すように、一方向に複数が積層され得る。そして、図2には示されていないが、積層されたセルユニット100において各セルカバー120の上端開放部を介して露出されるセルスタックの上側面(パウチ型バッテリーセル110の上側エッジ部E1に相当する)に第1のサーマルレジンが塗布され得る。このとき、前記第1のサーマルレジンは、前記セルスタックの上側面において前記セルスタックの長手方向に沿って両端部を除いた残りの部分にのみ塗布され得る。この詳細については後述する。
また、図2に示すように、セルユニット100とセルユニット100との間には、断熱パッドPが配置され得る。例えば、前記断熱パッドPは、セルユニット100の片側面または両側面に取り付けられ得る。前記断熱パッドPは、セルユニット100とセルユニット100との間の熱交換を阻止する役割を果たす。このような断熱パッドPとしては、シリコンまたはミカ(mica)シートが採用可能である。このようにして積層されたセルユニット100をセルユニットグループ10と称する。
一方、本発明の一実施形態によるパックケース200は、パックトレイ210とパックカバー220を含み得る。
前記パックトレイ210は、図1に示されているように、底板211と、前記底板211と垂直になるように配置されて壁体を形成する複数のビームフレームと、を含み得る。前記複数のビームフレームは、前記底板211の外郭の周りに沿って壁体を形成する外郭ビームフレーム212aと、前記底板211の内側において前記底板211を横切って前記パックトレイ210の内部空間を画定する内側のビームフレーム212bと、を含み得る。
各セルユニットグループ10は、前記複数のビームフレームにより取り囲まれて画定されたパックトレイ210の内部空間に載置され得る。たとえば、図1に示すように、各セルユニットグループ10は、パックトレイ210の外郭ビームフレーム212aと内側のビームフレーム212bにより取り囲まれたパックトレイ210の内部空間に載置され得る。一方、この実施形態による4つのセルユニットグループ10を収容できるようにパックトレイ210が構成されているが、前記パックトレイ210の底板211の面積や外郭ビームフレーム212aと内側のビームフレーム212bの数や位置を変更して4つ未満または4つ以上のセルユニットグループ10を収容できるようにパックトレイ210が構成されてもよい。
各セルユニットグループ10をパックトレイ210に搭載するとき、各セルユニットグループ10に属するセルユニット100のうち、最外郭に位置しているセルユニット100は、外郭ビームフレーム212aまたは内側のビームフレーム212bに対面するように配置され得る。この場合、前記ビームフレームが各セルユニットグループ10の両側の最外郭セルユニット100を支持していて、充放電時にバッテリーセル110が膨れ上がる現象を抑える作用をすることができる。また、あるセルユニットグループ10に熱的事象が生じたとき、前記ビームフレームがセルユニットグループ10の間の熱エネルギーの拡散を阻止する防火壁として機能し得る。防火壁としての機能を強化させるために、前記ビームフレームの表面にミカシートなどの断熱材が取り付けられてもよい。
前記パックトレイ210の底板211には、第2のサーマルレジンG2が塗布され得る。前述したように、前記第2のサーマルレジンG2は、セルカバー120の下側カバー部121と前記パックトレイ210の底板211との間の熱交換を促し、セルユニット100の固定性を増大させる作用をし得る。
パックカバー220は、図1に示すように、複数のセルユニット100を覆い、前記パックトレイ210と互いに結合可能に設けられ得る。
特に、本発明によるパックカバー220は、セルカバー120の上端開放部を介して前記セルカバー120に消火物質を投入可能な消火剤投入部221を含むように構成され得る。
以下では、図1、図3、図5から図7を参照して、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの消火システム構成について重点的に説明する。
本発明の一実施形態によるパックカバー220は、内部に冷却水が流れることが可能な流路222と、前記パックカバー220において予め指定された位置ごとに設けられる消火剤投入部221と、を含み得る。ここで、前記予め指定された位置は、各セルユニット100の鉛直上部を意味し得る。すなわち、消火剤投入部221は、各前記セルユニット100の鉛直上部ごとに設けられ得る。
前記流路222は、図1に示すように、千鳥状ないし曲がりくねった形状にパックカバー220の内部に設けられ得る。例えば、パックカバー220は、インレットポートとアウトレットポートを備え、前記インレットポートは、前記流路222の入り口に接続され、前記アウトレットポートは、前記流路222の出口に接続されるように構成され得る。冷却水は、前記インレットポートを介して流路222に沿って流れ、前記アウトレットポートを介してパックカバー220の外に排出され得る。図示はしないが、前記インレットポートと前記アウトレットポートは、冷却チラー(chiller)と接続され得る。この場合、パックケース200の内部の熱が流路222に沿って流れる冷却水に吸収され、熱を吸収した冷却水は、冷却チラーにおいて熱が取り除かれ得る。そして、熱の取り除かれた冷却水は、再びインレットポートを介して流路222に入り込み得る。すなわち、インレットポート、流路222、アウトレットポート、冷却チラー、インレットポートの順に冷却水が循環され得る。
一方、流路222を備えたパックカバー220の代案例として、一定の量の消火水または消火物質を内部に貯留している消火タンクタイプのパックカバー220が適用されることもある。
前記消火剤投入部221は、少なくとも一部分が熱溶融されて消火物質が落下して各セルユニット100のセルカバー120の内部に満たされるように構成され得る。
図6から図7を参照すると、この実施形態による消火剤投入部221は、流路222と連通する孔221bと、前記孔221bに結合され、熱溶融可能な樹脂素材から作製されたメルトキャップ221aと、を含む。前記孔221bは、流路222と連通できるようにパックカバー220の下面のうちの特定の部分を穿って設けたものであり得る。前記メルトキャップ221aは、前記孔221bを閉鎖するように構成され得る。したがって、普段から前記パックカバー220の内部の冷却水は、パックカバー220から漏れ出ることなく、流路222に沿って流れることができる。そして、バッテリーパックの内部に熱的事象が生じたとき、前記メルトキャップ221aが熱により溶けると、パックカバー220から冷却水がバッテリーパックの内部に注ぎ落とされることができる。すなわち、この実施形態においては、前記冷却水が熱的事象を鎮圧するための消火物質として用いられ得る。
特に、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、前述したように、積層された複数のセルユニット100を含んでいるが、前記複数のセルユニット100のうちの特定のセルユニット100において発火が起きたとき、前記特定のセルユニット100をターゲットとして冷却水が注ぎ落とされるようにして前記特定のセルユニット100に含まれているバッテリーセル110の温度を下げることにより、隣のセルユニット100に熱が伝播されることを防止ないし遅延できるように構成され得る。
このために、本発明の一実施形態による消火剤投入部221は、各セルユニット100の鉛直上部ごとに設けられ得る。前述したように、セルユニット100を構成するセルカバー120は、縦断面が概ね「U」字状を呈していて、上端開放部を有する。したがって、バッテリーセル110に熱的事象が生じたとき、前記バッテリーセル110において生じる高温のガス、火炎、スパークなどは、前記セルカバー120の上端開放部を介してパックカバー220へと向かうことになる。このとき、熱的事象が生じたバッテリーセル110の鉛直上部領域に位置しているメルトキャップ221aに熱が集中的に加えられて溶け落ちると、閉鎖されていた孔221bが開放されながら、冷却水が落下し、前記上端開放部を介してセルカバー120の内部に染み込み得る。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、セルユニット100とセルカバー120との間の熱交換を促すために、前記セルユニット100と前記セルカバー120との間に第1のサーマルレジンG1をさらに含み得る。
前記第1のサーマルレジンG1は、前記セルスタックの上側面(パウチ型バッテリーセル110の上側エッジ部)に塗布されるが、前記セルカバー120の長手方向に沿った前記セルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1及び他方の終端部S2のうちの少なくとも一方の個所には設けられないこともある。そして、パックカバー220は、前記第1のサーマルレジンG1と接触し、前記パックカバー220において、消火剤投入部221は、前記セルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1及び両側の終端部のうちの少なくとも一方の個所と上下に向かい合う位置に設けられ得る。
具体的には、図3に示すこの実施形態でのように、第1のサーマルレジンG1は、セルカバー120の内部に収容されたパウチ型バッテリーセル110の上側エッジ部E1に塗布されることにより、前記セルカバー120の上端開放部が前記第1のサーマルレジンG1により部分的に覆われることが可能になる。しかしながら、前記第1のサーマルレジンG1は、前記セルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1と他方の終端部S2には塗布されたり充填されたりしない。このように、第1のサーマルレジンG1により覆われていないセルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1と他方の終端部S2は、セルカバー120の内部に消火物質を注入可能な注入口として機能し得る。
図5から図6を参照すると、前記セルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1と他方の終端部S2の下側には、それぞれパウチ型バッテリーセル110の前方エッジ部E3と後方エッジ部E4が位置し得る。前記パウチ型バッテリーセル110の前方エッジ部E3と後方エッジ部E4は、パウチケースを熱融着されたシール部である。したがって、セルカバー120の内部において前記パウチ型バッテリーセル110の前方エッジ部E3と後方エッジ部E4が位置している領域は、他の領域に比べてさらに多くの空きスペースが存在する。また、パウチ型バッテリーセル110は、電極リード111が引き出される前方エッジ部E3及び後方エッジ部E4の温度が相対的に高く、内圧が上昇したときに前記前方エッジ部E3または前記後方エッジ部E4がちぎれて開放されて高温のガスやスパークなどが吐き出される可能性が高い。
そのため、前記セルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1と他方の終端部S2に対応する鉛直上部に消火剤投入部221を配置した方が、熱的事象が生じた特定のセルユニット100をターゲットとして消火物質を正確にかつ速やかに投入する上で有効であるといえる。
このようなこの実施形態による消火剤投入部221及びセルユニット100の構成によれば、例えば、複数のセルユニット100のうちの特定のセルユニット100に含まれているバッテリーセル110から高温のガスなどが噴出される場合、前記高温のガスなどによりメルトキャップ221aが溶けてしまい、このとき、図7に示すように、孔221bが開かれる。すると、パックカバー220の内部の冷却水が注ぎ落とされて前記セルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1を介してセルカバー120の内部に満たされることが可能になる。
また、本発明の構成によれば、事象の生じたバッテリーセル110が収容されたセルカバー120の上部に位置しているメルトキャップ221aは、熱を受けて溶けるが、事象の生じていないバッテリーセル110が収容された他のセルカバー120の上部に位置しているメルトキャップ221aは、熱的ダメージを殆ど多く受けないか、あるいは、少なく受けるため溶けない。このため、図7にFにて示すように、事象の生じたバッテリーセル110が収容されたセルカバー120の内部にのみ冷却水が満ちてくることになる。
したがって、本発明によるバッテリーパックの消火システムは、熱的事象が生じた特定のセルユニット100にのみ消火物質が投入されて前記特定のセルユニットのみを集中的に冷却させることが可能になるように構成されたものであるため、隣の他のセルユニット100への熱伝播の防止のみならず、他のセルユニットを構成するバッテリーセルは冷却水に浸水されないようにする。そのため、冷却水に浸水されていないバッテリーセル110は、再利用可能である。
一方、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、バッテリーセル110の熱がパックトレイ210及びパックカバー220を介して放熱され、セルユニット100の間には熱交換が阻止されるように構成されている。
具体的には、図8に示すように、セルユニット100が載置されるパックトレイ210の底板211に第2のサーマルレジンG2が設けられ得る。すなわち、各セルカバー120の下側カバー部121と前記パックトレイ210の表面との間に第2のサーマルレジンG2が設けられ得る。また、各セルユニット100において、前記セルカバー120の内部における前記パウチ型バッテリーセル110の下側エッジ部E2と前記セルカバー120の下側カバー部121との間に第3のサーマルレジンG3が介在し得る。前記第3のサーマルレジンG3が前記パウチ型バッテリーセル110の下側エッジ部と前記セルカバー120の下側カバー部121との間に空きスペースが生じないように満たされることにより、パウチ型バッテリーセル110とセルカバー120との間の熱交換が促されることが可能になる。併せて、セルカバー120の内部におけるパウチ型バッテリーセル110の固定性が強化されることが可能になる。
上記の構成によれば、バッテリーパックに搭載されるすべてのバッテリーセル110は、熱が下側エッジ部→第3のサーマルレジンG3→セルカバー120の下側カバー部121→第2のサーマルレジンG2→パックトレイ210の底板211に伝導されることが可能になる。図示はしないが、前記パックトレイ210の下部にヒートシンク(図示せず)を配置したり、前記パックトレイ210の内部に冷却水が流動したりできるようにして、冷却効果を増大させることもできる。また、前記すべてのバッテリーセル110は、熱が上側エッジ部→第1のサーマルレジンG1→パックカバー220の内部の冷却水に伝導されることが可能になる。
そして、セルユニット100とセルユニット100との間に配置された断熱パッドPにより前記セルユニット100の間の熱交換が阻止されることが可能になる。この場合、各セルユニット100においてパックカバー220またはパックトレイ210の向きに温度勾配がさらに大きくなって熱が前記パックカバー220または前記パックトレイ210の向きにより一層速やかに伝導されることが可能になる。
このように、本発明のバッテリーパックの冷却構成によれば、互いに異なるセルユニット100に含まれているバッテリーセル110の間では熱的移動が最小限に抑えられ、すべてのバッテリーセル110の熱が上下方向に移動してパックケース200を介して放熱されることが可能になる。したがって、すべてのバッテリーセル110に対する冷却性能が向上したバッテリーパックが提供されることが可能になる。
図9は、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの構成を概略的に示す図であり、図10から図12は、本発明の他の実施形態による消火構成を概略的に示す図である。
次いで、図9から図12を参照して、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックについて説明する。
前述した実施形態と同一の部材番号は、同一の部材を示し、同一の部材についての重複する説明は省略し、前述した実施形態との相違点に重点をおいて説明する。
本発明の他の実施形態によるバッテリーパックは、前述した実施形態によるバッテリーパックと比較するとき、パックカバー220Aと消火剤投入部221Aの構成要素に相違点がある。
図9に示すように、この実施形態による消火剤投入部221Aは、前述した実施形態と同様に、各セルユニット100の鉛直上部ごとに設けられ、セルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1と他方の終端部S2に位置する。必要に応じて、前記消火剤投入部221は、前記セルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1と他方の終端部S2のうちのどちらか一方にのみ設けられることもある。しかしながら、本発明の他の実施形態によるパックカバー220Aは、冷却水と流路222を備えていない。その代わりに、前記パックカバー220Aは、少なくとも一部分が熱溶融されて消火物質として冷却用の圧縮ガスがセルカバー120の内部に投入されるように構成され得る。
具体的には、図10及び図11を参照すると、本発明の一実施形態による消火剤投入部221Aは、消火ユニット223と前記消火ユニット223とを嵌合可能なように構成されたユニット装着口224を含む。
前記消火ユニット223は、冷却用の圧縮ガスを含み、前記ユニット装着口224に結合及び結合解除可能に構成され得る。したがって、前記消火ユニット223は、冷却用の圧縮ガスが使い尽くされたり瑕疵が見つかったりしたとき、前記ユニット装着口224から取り外して新たなものに取り替えることができる。
例えば、前記消火ユニット223は、前記圧縮ガスを収容し、一方の側にガス吐出口を備えたガス貯留容器223aと、熱溶融素材から形成され、前記ガス吐出口を閉塞可能に設けられた容器蓋体223bと、を含み得る。
前記ユニット装着口224は、パックカバー220に前記消火ユニット223を固着可能な部分である。前記ユニット装着口224は、前記容器蓋体223bが前記セルカバー120の上端開放部を向くように前記消火ユニット223を嵌合できるように前記パックカバー220の厚手方向に貫通形成された形状に構成され得る。
前記容器蓋体223bは、外周縁にねじ山を備え、前記ユニット装着口224は、前記容器蓋体223bと螺合可能に設けられた蓋体締結口224aを含み得る。
上記のような構成によれば、図11に示すように、消火ユニット223をユニット装着口224に挿入することができ、このとき、前記容器蓋体223bと前記蓋体締結口224aとを螺合させて消火ユニット223が前記ユニット装着口224に固定されるようにすることができる。
また、前記蓋体締結口224aに結合された前記容器蓋体223bは、前述したセルカバー120の上端開放部の一方の終端部S1または他方の終端部S2と向かい合うように配置され得る。
そのため、前述した実施形態において熱的事象が生じたとき、メルトキャップ221aが熱により溶けてパックカバー220の冷却水が注ぎ落とされるように、本発明の他の実施形態の場合、熱的事象が生じたとき、前記容器蓋体223bが熱により溶けて圧縮ガスがセルカバー120の内部に投入されるようにすることができる。
前記圧縮ガスとしては、二酸化炭素(CO)が採用可能である。すなわち、前記ガス貯留容器223aは、内部に圧縮された二酸化炭素を備える。前記二酸化炭素は、前記容器蓋体223bが熱により溶けて前記ガス貯留容器223aのガス吐出口が少しでも開口されれば、図12に示すように、ガス貯留容器223aから非常に速やかに放出され、断熱膨張されながらセルカバー120の内部のバッテリーセル110及び空気を冷却させることが可能になる。
このような本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの消火構成によれば、気体相の二酸化炭素がターゲットセルカバー120の内部に投入されて前記ターゲットセルカバー120の内部の空気と熱的事象が生じたバッテリーセル110を冷却させることが可能になる。したがって、本発明の他の実施形態によれば、消火物質として冷却水を用いる場合に比べて、バッテリーセル110の浸水によって起こり得るショート(short)などの電気的な安全性の問題から自由になる。
一方、前記バッテリーパックは、制御モジュール20をさらに含み得る。前記制御モジュール20は、バッテリーセル110の充放電動作、充電状態(SOC:State Of Charge)、健全度や劣化状態(SOH:State Of Health)などを管理するバッテリー管理システム(BMS:Battery Management System)を含み、パックケース200の内部空間に装着され得る。また、前記バッテリーパックは、スイッチングユニットをさらに含み得る。前記スイッチングユニットは、バッテリーパックと外部回路との電気的な接続を制御するように構成され得る。このために、前記スイッチングユニットは、電流センサー、パワーリレイ、ヒューズなどを選択的に含み得る。
このような本発明によるバッテリーパックは、自動車の動力エネルギー源として用いられ得る。すなわち、本発明による自動車Vは、図13に示すように、前述した本発明によるバッテリーパックを含み得る。ここで、本発明による自動車は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの電気を駆動源として用いる所定の自動車を含み得る。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の他に、自動車に含まれる他の様々な構成要素、たとえば、車体やモーターなどをさらに含み得る。
一方、本明細書中においては、上、下、左、右、前、後などの方向指示語が用いられたが、これらの用語は説明のしやすさのために用いられたものに過ぎず、対象となる物事の位置や観測者の位置などに応じて異なってくる可能性があるということは本発明の当業者にとって自明である。
以上、本発明については、たとえ限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明はこれらに何ら限定されるものではなく、本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、本発明の技術的な思想と特許請求の範囲の均等な範囲内において様々な修正及び変形を加えることが可能であるということはいうまでもない。
10 セルユニットグループ
20 制御モジュール
100 最外郭セルユニット
110 バッテリーセル
111 電極リード
120 セルカバー
120 ターゲットセルカバー
121 下側カバー部
122 第1の側面カバー部
123 第2の側面カバー部
130 バスバーフレーム組立体
131 ターミナルバスバー
132 バスバーハウジング
133 バスバー蓋体
133a ウィンドウ
200 パックケース
210 パックトレイ
211 底板
212a 外郭ビームフレーム
212b ビームフレーム
220,220A パックカバー
221,221A 消火剤投入部
221a メルトキャップ
221b 孔
222 流路
223 消火ユニット
223a ガス貯留容器
223b 容器蓋体
224 ユニット装着口
224a 蓋体締結口
G1 第1のサーマルレジン
G2 第2のサーマルレジン
G3 第3のサーマルレジン
S1,S2 終端部

Claims (15)

  1. それぞれ1つまたは2つ以上積層されたバッテリーセルからなるセルスタックと、前記セルスタックを収容可能なセルカバーとを含み、一方向に積層された複数のセルユニットと、
    前記複数のセルユニットが載置されるパックトレイと、前記複数のセルユニットを覆い、前記パックトレイと互いに結合されるパックカバーとを備えるパックケースと、
    を含み、
    前記セルカバーは、前記セルスタックの上側面を覆わないように上端開放部を備え、前記パックカバーは、前記セルカバーの前記上端開放部を介して前記セルカバーに消火物質を投入可能な消火剤投入部を備え、
    前記消火剤投入部は、少なくとも一部分が熱溶融されて前記消火物質が前記セルカバーの内部に投入されるように構成されており
    前記複数のセルユニットのそれぞれは、前記セルスタックの前記上側面に塗布される第1のサーマルレジンを含み、
    前記パックカバーは、前記第1のサーマルレジンと接触する、バッテリーパック。
  2. 前記第1のサーマルレジンは、前記セルスタックの前記上側面に塗布されるが、前記セルカバーの長手方向に沿った前記セルカバーの前記上端開放部において一方の終端部及び他方の終端部のうちの少なくとも一方の個所には設けられず
    前記消火剤投入部は、前記セルカバーの前記上端開放部の前記一方の終端部及び前記他方の終端部のうちの少なくとも一方の個所と上下に向かい合う位置に設けられる、請求項1に記載のバッテリーパック。
  3. 前記消火剤投入部は、各前記セルユニットの鉛直上部ごとに設けられている、請求項1に記載のバッテリーパック。
  4. 前記消火物質は、冷却水であり、
    前記パックカバーは、内部に前記冷却水が流れることが可能な流路を備える、請求項1に記載のバッテリーパック。
  5. 前記消火剤投入部は、
    前記流路と連通する孔と、
    前記孔に結合され、熱溶融可能な樹脂素材から作製されたメルトキャップと、
    を含む、請求項4に記載のバッテリーパック。
  6. 前記消火剤投入部は、
    圧縮ガスを収容し、片側にガス吐出口を備えたガス貯留容器と、熱溶融素材から形成され、前記ガス吐出口を閉塞可能に設けられた容器蓋体とを含む消火ユニットと、
    前記容器蓋体が前記セルカバーの前記上端開放部を向くように前記消火ユニットを嵌合可能に前記パックカバーに貫通形成されたユニット装着口と、
    を含む、請求項1に記載のバッテリーパック。
  7. 前記圧縮ガスは、二酸化炭素である、請求項6に記載のバッテリーパック。
  8. 前記容器蓋体は、外周縁にねじ山を備え、前記ユニット装着口は、前記容器蓋体と螺合可能に設けられた蓋体締結口を含む、請求項6に記載のバッテリーパック。
  9. 前記セルユニットは、
    1つまたは積層された2つ以上の前記バッテリーセルからなる前記セルスタックと、
    前記セルスタックの幅方向に沿った前記セルスタックの両方の側面部と、前記セルスタックの下部とを覆うように設けられた前記セルカバーと、
    を含む、請求項1に記載のバッテリーパック。
  10. 前記セルカバーは、
    前記セルスタックの幅方向に沿った前記セルスタックの一方の側面部を覆う第1の側面カバー部と、前記セルスタックの他方の側面部を覆う第2の側面カバー部と、前記第1の側面カバー部及び前記第2の側面カバー部と一体に形成され、前記セルスタックの下部を覆う下側カバー部と、を含む、請求項1に記載のバッテリーパック。
  11. 前記バッテリーセルの電極リードと電気的に接続されるバスバーを備え、前記セルスタックの長手方向に沿った前記セルスタックの前方部と後方部にそれぞれ配置され、前記セルカバーと結合されるバスバーフレーム組立体を含む、請求項10に記載のバッテリーパック。
  12. 前記複数のセルユニットにおいて前記セルユニットと前記セルユニットとの間に配置される断熱パッドをさらに含む、請求項1に記載のバッテリーパック。
  13. それぞれ1つまたは2つ以上積層されたバッテリーセルからなるセルスタックと、前記セルスタックを収容可能なセルカバーとを含み、一方向に積層された複数のセルユニットと、
    前記複数のセルユニットが載置されるパックトレイと、前記複数のセルユニットを覆い、前記パックトレイと互いに結合されるパックカバーとを備えるパックケースと、
    前記セルカバーの下側カバー部と前記パックトレイの表面との間に介在する第2のサーマルレジンと、
    を含
    前記セルカバーは、前記セルスタックの上側面を覆わないように上端開放部を備え、前記パックカバーは、前記セルカバーの前記上端開放部を介して前記セルカバーに消火物質を投入可能な消火剤投入部を備え、
    前記消火剤投入部は、少なくとも一部分が熱溶融されて前記消火物質が前記セルカバーの内部に投入されるように構成されている、バッテリーパック。
  14. 前記バッテリーセルは、パウチ型バッテリーセルである、請求項1に記載のバッテリーパック。
  15. 請求項1から14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。
JP2024515106A 2022-06-10 2023-06-08 バッテリーパック及びこれを含む自動車 Active JP7730986B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220070537 2022-06-10
KR10-2022-0070537 2022-06-10
PCT/KR2023/007892 WO2023239187A1 (ko) 2022-06-10 2023-06-08 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024534951A JP2024534951A (ja) 2024-09-26
JP7730986B2 true JP7730986B2 (ja) 2025-08-28

Family

ID=89118676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2024515106A Active JP7730986B2 (ja) 2022-06-10 2023-06-08 バッテリーパック及びこれを含む自動車

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240387897A1 (ja)
EP (1) EP4376160B1 (ja)
JP (1) JP7730986B2 (ja)
KR (1) KR102903646B1 (ja)
CN (1) CN117916929A (ja)
WO (1) WO2023239187A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102883559B1 (ko) * 2021-04-13 2025-11-10 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩
JP2026007904A (ja) * 2024-07-04 2026-01-19 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置
KR20260026959A (ko) * 2024-08-20 2026-02-27 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
KR20260033817A (ko) * 2024-09-03 2026-03-10 삼성에스디아이 주식회사 배터리모듈

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014158508A (ja) 2013-02-19 2014-09-04 Hochiki Corp 消火装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102863855B1 (ko) 2019-10-09 2025-09-24 피닉스 이글 컴퍼니 피티와이 엘티디 프로테아제의 단백질 분해 활성의 강화 및 안정화
KR102837608B1 (ko) * 2020-04-29 2025-07-23 주식회사 엘지에너지솔루션 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
KR102690299B1 (ko) * 2020-06-29 2024-08-01 주식회사 엘지에너지솔루션 방열부재를 포함하는 전지모듈 및 상기 방열부재의 제조방법
WO2022005095A1 (ko) * 2020-07-03 2022-01-06 주식회사 엘지에너지솔루션 인접한 배터리 모듈 간의 열 확산 방지 구조를 갖는 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 ess 및 자동차
CN114010988A (zh) * 2020-07-16 2022-02-08 哲弗智能系统(上海)有限公司 被动式灭火装置以及电池包
KR102807505B1 (ko) * 2020-08-21 2025-05-13 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈, 이를 포함하는 전지 팩 및 전지 팩 제조 방법
KR20220055138A (ko) * 2020-10-26 2022-05-03 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR102919506B1 (ko) * 2020-11-23 2026-01-29 주식회사 엘지에너지솔루션 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
KR102919507B1 (ko) * 2020-11-23 2026-01-29 주식회사 엘지에너지솔루션 열확산 억제 구조를 포함하는 전지팩
WO2022126841A1 (zh) * 2020-12-14 2022-06-23 天津市捷威动力工业有限公司 延缓热失控的电池模组及使用其的车辆

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014158508A (ja) 2013-02-19 2014-09-04 Hochiki Corp 消火装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20240387897A1 (en) 2024-11-21
EP4376160A1 (en) 2024-05-29
KR20230171395A (ko) 2023-12-20
CN117916929A (zh) 2024-04-19
KR102903646B1 (ko) 2025-12-24
EP4376160B1 (en) 2026-04-01
WO2023239187A1 (ko) 2023-12-14
JP2024534951A (ja) 2024-09-26
EP4376160A4 (en) 2025-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7730986B2 (ja) バッテリーパック及びこれを含む自動車
JP7712369B2 (ja) クーリングフィンが合致されたパックケースを備えたバッテリーパック
KR20210134165A (ko) 개선된 고정 구조 및 가스 배출 구조를 갖는 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 전자 디바이스 및 자동차
JP7758418B2 (ja) 熱拡散抑制構造を含む電池パック
CN114144923B (zh) 具有能够快速冷却的结构的电池模块和包括该电池模块的能量存储系统
JP7436682B2 (ja) バッテリーパック、それを含む自動車
JP7658669B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR102835020B1 (ko) 배터리 팩, 그리고 이를 포함하는 자동차
KR102837608B1 (ko) 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
KR102880677B1 (ko) 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
KR20230170552A (ko) 양면 냉각 구조의 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차
KR102826209B1 (ko) 베이스 절연 부재가 구비된 배터리 모듈
JP2024508007A (ja) 冷却部材、これを含む電池モジュールおよび電池パック
KR102821925B1 (ko) 배터리 팩, 그것을 포함하는 전자 디바이스, 및 자동차
KR20240012272A (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
KR102908854B1 (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스
US20250070320A1 (en) Battery pack having structure for delaying heat propagation
KR102911142B1 (ko) 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차
JP2025512940A (ja) バッテリーパックの製造方法および上記方法によって製造されたバッテリーパック
CN120731534A (zh) 具有提高的安全性的电池组
JP2024123855A (ja) セルユニット、及び組電池
KR20250138624A (ko) 배터리 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20240141130A (ko) 안전성이 향상된 전지 팩
KR20240117478A (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20250174878A (ko) 배터리 팩 및 이를 포함하는 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250401

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250623

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250729

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250818

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7730986

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150