JP7841191B2 - バッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車に関する。

本出願は、２０２３年１１月１７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２３－０１５９７４７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。

製品群毎の適用性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で環境にやさしく、エネルギー効率向上のための新たなエネルギー源として注目されている。

現在、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の二次電池が広く使用されている。高い出力電圧が求められる場合、複数のバッテリーセルを直列に接続してバッテリーモジュール又はバッテリーパックを構成する。また、充放電容量を高めるため、複数のバッテリーセルを並列に接続してバッテリーモジュール又はバッテリーパックを構成することもある。したがって、前記バッテリーモジュール又はパックに含まれるバッテリーセルの個数は、求められる出力電圧又は充放電容量に合わせて多様に設定され得る。

一方、バッテリーセルは、充放電時に化学反応を伴うため、適正温度よりも高い環境で使用される場合、性能が低下するおそれがあり、適正温度に熱を制御できなければ、予期せぬ発火や爆発の可能性がある。したがって、バッテリーパックの内部で熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）のような熱イベントが発生した場合、内部に含まれたバッテリーセルから噴出される高温のガスや火炎などが隣接したバッテリーモジュールに伝播し、連鎖的なバッテリーモジュールの爆発を引き起こすおそれがあるため非常に危険である。

したがって、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、隣接するバッテリーモジュールが受ける熱エネルギーを最小化してバッテリーモジュール同士の間の熱暴走の伝播を防止又は抑制可能な構造の開発が必要である。

また、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、バッテリーモジュールで発生した高温のガスや火炎などをバッテリーパックの外側に速かに排出して、バッテリーパック内部の熱蓄積を解消可能な構造の開発が必要である。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、隣接するバッテリーモジュールが受ける熱エネルギーを最小化することで、バッテリーモジュール同士の間の熱暴走の伝播を防止又は抑制することができるバッテリーパックを提供することである。

また、本発明が解決しようとする他の課題は、このようなバッテリーパックを含む自動車を提供することである。

但し、本発明が解決しようとする技術的課題は上述した目的に限定されず、言及されていない他の目的及び長所は以下の説明によって当業者に明確に理解できるものである。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、複数のバッテリーセルと、複数の前記バッテリーセルが分割されて収容されるように構成される複数の収容空間が形成され、複数の前記収容空間のうちの少なくとも一つに、前記バッテリーセルから排出されるベントガスが前記収容空間の外部に排出されるように構成されるベント部が設けられ、前記ベント部と連通するように構成されるベント流路が形成されるパックケースと、を含むバッテリーパックを提供する。

前記パックケースは、複数の前記収容空間を区画するように構成され、且つ、内部に前記ベント流路が形成されるクロスビームを含み、前記ベント部は前記クロスビームに設けられ得る。

それぞれの前記収容空間に設けられるバッテリーセルを収容するように構成され、前記ベント部と対向する一面に前記ベントガスが外部に排出されるように構成されるベント孔が形成されるモジュールケースをさらに含み得る。

前記ベント流路の内部に設けられて前記ベント流路を区画し、前記ベントガスによって少なくとも部分的に移動可能に構成される移動部材をさらに含み得る。

前記移動部材が前記ベントガスによって移動する場合、前記ベント流路の体積が拡張するように構成され得る。

前記移動部材は、少なくとも一部が前記ベントガスによって弾性変形するように構成され得る。

前記ベント部を覆うように構成され、前記ベントガスや熱によって前記ベント部を開放するように構成される開閉部材をさらに含み得る。

前記開閉部材は、前記ベント部を覆うように構成され、且つ、前記ベントガスによって回動自在に構成されるカバープレートと、前記カバープレートに結合されるヒンジ部と、を含み得る。

前記開閉部材は、前記熱によって溶融するように構成され得る。

前記パックケースは、複数の前記バッテリーセルが載置されるように構成され、且つ、前記ベント流路が形成されるベースフレームを含み、前記ベント部は前記ベースフレームに設けられ得る。

前記パックケースは、複数の前記収容空間を区画するように構成され、且つ、前記バッテリーセルと所定の間隔で離隔するように構成されるクロスビームを含み、前記ベント部は、前記バッテリーセルと前記クロスビームとの間に設けられ得る。

前記パックケースは、上部が開放されるように構成され、前記パックケースの開放された上部に結合されてそれぞれの収容空間を密閉するように構成される上部カバーをさらに含み得る。

そして、本発明の他の一態様は、本発明の一態様によるバッテリーパックを含む自動車を提供する。

本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、隣接するバッテリーモジュールが受ける熱エネルギーを最小化することができる。これにより、バッテリーモジュール同士の間の熱暴走の伝播が防止又は抑制され、バッテリーパックの安全性及び信頼性を確保することができる。

また、本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールに熱暴走が発生したとき、それぞれのバッテリーモジュールで発生した高温のガスや火炎などを個別的にバッテリーパックの外部に排出できるため、他のバッテリーモジュールへの熱伝播を最小化することができる。

また、本発明の一態様によれば、高温のガスや火炎などを速かにバッテリーパックの外部に排出できるため、バッテリーパック内部の熱蓄積を解消することができる。

また、本発明の一態様によれば、バッテリーパックが取り付けられた装置の熱暴走現象によるイベント、例えば火災や爆発などを防止するか又は遅延させることができる。

他にも、本発明は多様な他の効果を奏することができる。これについては、各実施形態において説明するが、当業者が容易に類推可能な効果はその説明を省略することにする。

本明細書に添付される以下の図面は、本発明の好ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解しやすくする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して解釈されるものではない。

本発明の一実施形態によるバッテリーパックの全体斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの断面図である。例えば、図１のＩ－Ｉ’に沿った断面図である。 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バッテリーモジュールの全体斜視図である。 本発明の一実施形態による移動部材が適用されたバッテリーパックの要部の断面図である。 図５のバッテリーパックで熱イベントが発生した場合、前記移動部材が移動する一例を説明するための図である。 図５のバッテリーパックで熱イベントが発生した場合、前記移動部材が移動する他の例を説明するための図である。 本発明の一実施形態による開閉部材が適用されたバッテリーパックの要部の断面図である。 図８のバッテリーパックで熱イベントが発生した場合、前記開閉部材が開放される様子を説明するための図である。 本発明の他の実施形態による開閉部材が適用されたバッテリーパックの要部の断面図である。 図１０のバッテリーパックで熱イベントが発生した場合、前記開閉部材が開放される様子を説明するための図である。 図１０のバッテリーパックに適用された開閉部材の分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む自動車の概略的な斜視図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の好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おいて使用されている用語や単語は一般的及び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を代替し得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。

また、本発明は、多様な実施形態を含む。各実施形態において、実質的に同一又は類似の構成については重なる説明を省略し、相違点を中心にして説明する。

一方、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を表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上使用されているものであって、対象になる物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは当業者にとって自明である。

例えば、本発明の実施形態において、図示されたＸ軸方向は前後方向、Ｙ軸方向はＸ軸方向と水平面（Ｘ－Ｙ平面）上で直交する左右方向、Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向の両方に対して直交する上下方向（垂直方向）を意味し得る。

図１は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの全体斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図である。また、図３は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの断面図であって、例えば、図１のＩ－Ｉ’に沿った断面図である。

図１～図３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２０は、バッテリーセル１００及びパックケース２００を含む。

まず、図２を主に参照すると、バッテリーセル１００は複数含まれ得る。また、図示されていないが、このような複数のバッテリーセル１００は、電極組立体、前記電極組立体を収容するセルケース、及び電極組立体と連結され、且つ、セルケースの外側に引き出されて電極端子として機能する電極リードを含み得る。このとき、複数のバッテリーセル１００は互いに電気的に接続され得る。

バッテリーセル１００は、パウチ型の二次電池であり得る。このようなパウチ型の二次電池のセルケースは、アルミニウム材を含む金属層がポリマー層の間に挟まれてパウチ形態で構成され得る。

複数のバッテリーセル１００は、図２に示されたように、垂直方向（Ｚ軸方向）に立設された状態で前後方向（Ｘ軸方向）に並んで配置され得る。

一方、本発明は、このようなバッテリーセル１００の具体的な種類や形態によって限定されず、本発明の出願時点で公知の多様なバッテリーセル１００が本発明のバッテリーパック２０の構成に採用され得る。本実施形態では、図示のように、エネルギー密度が高くて積層が容易なパウチ型の二次電池を対象とするが、円筒形二次電池又は角形二次電池をバッテリーセル１００として適用し得ることは勿論である。

パックケース２００は、複数のバッテリーセル１００を収容するように構成され得る。パックケース２００には複数のバッテリーセルが分割されて収容されるように構成される複数の収容空間Ｓが形成され得る。収容空間Ｓは空いた空間であって、一定の個数に分割されたバッテリーセル１００を内部に収容可能な形状で設けられ得る。具体的には、収容空間Ｓは、後述するクロスビーム２３０を介在してバッテリーセル１００を内部に収容可能な形状で設けられ得る。

パックケース２００は、内部に収容されたバッテリーセル１００などを安全に保護するため、鋼鉄やＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）のような金属又はプラスチックのように機械的剛性を確保可能な材料からなるか、若しくは、このような材料を含み得る。

パックケース２００は、ベント部Ｈを含み得る。ベント部Ｈは、バッテリーセル１００から排出されるベントガスを収容空間Ｓの外部に排出するように構成され得る。ベント部Ｈは複数設けられ得る。ベント部Ｈは、複数の収容空間のうちの少なくとも一つに設けられ得る。

また、パックケース２００は、ベント流路Ｐを含み得る。ベント流路Ｐとは、ベントガスなどが流動する通路を意味し得る。ベント流路Ｐは、ベント部Ｈと連通するように構成され得る。ベント流路Ｐは、ベント部Ｈを通して収容空間Ｓと連通するように構成され得る。

ベント流路Ｐは、パックケース２００の内部に形成され得る。ここで、パックケース２００の内部は、パックケース２００の内部に別途に設けられる所定の空間であってもよく、図３に示されたように、パックケース２００を構成する複数のビーム又はプレートに形成される中空であってもよい。

これにより、ベント部Ｈは、それぞれの収容空間Ｓで発生したベントガスがパックケース２００の内部に形成されるベント流路Ｐに流れ込むように構成され得る。本実施形態によれば、バッテリーセル１００に熱暴走が発生したとき、それぞれの収容空間Ｓで発生した高温のガスや火炎などを個別的に外部に排出できるため、他の収容空間Ｓに設けられたバッテリーセル１００への熱伝播を最小化することができる。すなわち、本実施形態によれば、どの収容空間Ｓで熱イベントが発生しても、他の収容空間Ｓに影響を及ぼすことを防止することができる。これにより、バッテリーパック２０内での熱暴走の伝播が防止又は抑制され、バッテリーパック２０の安全性及び信頼性を確保することができる。

また、本実施形態によれば、バッテリーセル１００で発生したベントガスなどは、ベント部Ｈを通ってベント流路Ｐに流れ込み、パックケース２００の外部へ速かに排出されることが可能になる。これにより、バッテリーパック２０内部の熱蓄積を解消することができる。

一方、図２を参照すると、パックケース２００は、ベースフレーム２１０、及び複数のサイドフレーム２２０を含み得る。

ベースフレーム２１０は、複数のバッテリーセル１００が載置されるように構成され得る。ベースフレーム２１０は、パックケース２００の底面を形成し、四角形の板状であり得る。そして、ベースフレーム２１０は、平たい上面を備え、モジュールケース１１が安定的に載置されるように設けられ得る。

複数のサイドフレーム２２０は、ベースフレーム２１０の各辺から上方に延設され得る。複数のサイドフレーム２２０は、複数のバッテリーセル１００を取り囲むように設けられ得る。より具体的には、複数のサイドフレーム２２０はそれぞれ、ベースフレーム２１０の－Ｙ軸方向の端部に位置する右側壁体、＋Ｘ軸方向の端部に位置する後方壁体、＋Ｙ軸方向の端部に位置する左側壁体、及び－Ｘ軸方向の端部に位置する前方壁体を含んでパックケース２００の側面を形成し得る。

一方、複数のバッテリーセル１００は、少なくとも一つが複数のバッテリーモジュール１０としてモジュール化され得る。複数のバッテリーモジュール１０は、複数の列を成して前後方向及び／又は左右方向に沿って隣接して配置され得る。例えば、図２に示されたように、複数のバッテリーモジュール１０は、前後方向（Ｘ軸方向）に沿って４列、左右方向（Ｙ軸方向）に沿って２列で配置され得る。

また、図２を参照すると、パックケース２００は、センタービーム２４０を含み得る。センタービーム２４０は、複数のサイドフレーム２２０のうちの対面するサイドフレーム２２０同士を互いに連結するように設けられ得る。例えば、図２に示されたように、前記センタービーム２４０の少なくとも一つは左右方向に延びて、サイドフレーム２２０のうちの右側壁体と左側壁体とを連結するように設けられ得る。

また、センタービーム２４０は、複数の列で配置された複数のバッテリーモジュール１０同士の間を区画するように構成され得る。例えば、センタービーム２４０は、左右方向に２列で配置されるバッテリーモジュール１０同士の間に設けられ得る。これにより、複数のバッテリーモジュール１０は、センタービーム２４０によって離隔して配置され得る。

また、パックケース２００は、クロスビーム２３０を含み得る。クロスビーム２３０は、複数の収容空間Ｓを区画するように構成され得る。

クロスビーム２３０は、複数設けられ得る。クロスビーム２３０は、サイドフレーム２２０とセンタービーム２４０とを連結するように設けられ得る。例えば、図２に示されたように、クロスビーム２３０は、サイドフレーム２２０のうちの左側壁体及び右側壁体とセンタービーム２４０とをそれぞれ連結するように設けられ得る。これにより、クロスビーム２３０は、前後方向に沿って４列に配置される複数のバッテリーモジュール１０同士の間にそれぞれ設けられて、バッテリーモジュール１０を区画し得る。

このとき、クロスビーム２３０は、バッテリーセル１００よりも上方に突出するように設けられ得る。本実施形態によれば、クロスビーム２３０がバッテリーセル１００よりも上方に延設されることによって、クロスビーム２３０によって隣接する収容空間Ｓ同士が確実に分離され、熱伝播を防止することができる。

ベント流路Ｐは、クロスビーム２３０の内部に形成され得る。クロスビーム２３０のベント流路Ｐは、少なくとも一つの収容空間Ｓと連通するように設けられ得る。また、ベント部Ｈもクロスビーム２３０に設けられ得る。特に、ベント部Ｈは、クロスビーム２３０においてバッテリーモジュール１０と対面する側面に形成され得る。ベント部Ｈは、一つのクロスビーム２３０に複数設けられ得る。これにより、バッテリーセル１００で発生したベントガスなどは、クロスビーム２３０に設けられたベント部Ｈを通って、クロスビーム２３０の内部に形成されるベント流路Ｐに直接移動可能である。

一方、図２を参照すると、パックケース２００は、排出部２５０を含み得る。排出部２５０は、内部に収納されたバッテリーセル１００で発生したガスをパックケース２００の外部に排出するように構成され得る。排出部２５０は、パックケース２００の内部でベントガスが発生して内圧が上昇する場合、ベントガスの圧力によって開放されて、ベントガスをパックケース２００の外部に排出するように構成され得る。

例えば、排出部２５０は、パックケース２００の内圧によって開閉されるように構成され得る。或いは、排出部２５０は、孔の形態で構成され得る。一方、本発明は、このような排出部２５０の具体的な種類や形態によって限定されず、本発明の出願時点で公知の多様な排出部２５０が本発明のバッテリーパック２０の構成に採用され得る。

具体的には、排出部２５０は、パックケース２００の側面、すなわちサイドフレーム２２０に設けられ得る。排出部２５０は、パックケース２００の内部に収納されたバッテリーセル１００で発生したガスをパックケース２００の外部に排出するように構成され得る。例えば、ベント流路Ｐのベントガスが排出部２５０を通ってパックケース２００の外部に排出されるように構成され得る。

一方、排出部２５０は、複数設けられ得る。排出部２５０は、複数のサイドフレーム２２０のうちの少なくとも一つのサイドフレーム２２０に設けられ得る。排出部２５０は、二つ以上のサイドフレーム２２０にそれぞれ形成されてもよく、一つのサイドフレーム２２０に二つ以上形成されてもよい。

一方、図２の実施形態などに基づいて説明した排出部２５０の個数や位置などは一例に過ぎず、多様な個数や位置などに変更され得ることは勿論である。

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バッテリーモジュールの全体斜視図である。

一方、図２及び図４を参照すると、複数のバッテリーセル１００は、一つ又はそれ以上のバッテリーモジュール１０としてモジュール化され得る。すなわち、本発明によるバッテリーパック２０は、複数のバッテリーモジュール１０を含み、バッテリーパック２０に含まれた複数のバッテリーセル１００は、複数のバッテリーモジュール１０に分割されて含まれ得る。このとき、バッテリーモジュール１０の内部に含まれた複数のバッテリーセル１００は互いに電気的に接続され得る。

複数のバッテリーモジュール１０は、パックケース２００の収容空間Ｓ毎に個別的に設けられ得る。特に、本発明によるバッテリーパック２０は、モジュールケース１１を含み得る。モジュールケース１１は、内部に空いた空間が形成され、内部の空間に複数のバッテリーセル１００のうちの少なくとも一部を収容するように構成され得る。特に、モジュールケース１１は、それぞれの収容空間Ｓに設けられるバッテリーセル１００を収容するように構成され得る。すなわち、モジュールケース１１は、収容空間Ｓ毎に設けられ、複数のバッテリーセル１００を幾つかのバッテリーモジュール１０にグルーピングして、各バッテリーモジュール１０の内部の空間を物理的に画定する境界になり得る。

また、図示されていないが、バッテリーモジュール１０は、内部に収容された複数のバッテリーセル１００と電気的に接続されたバスバーアセンブリ及び／又はモジュール端子を含み得る。

バッテリーモジュール１０にはベント孔１２が形成され得る。ベント孔１２は、モジュールケース１１の内部に収納されたバッテリーセル１００で発生したガスをモジュールケース１１の外部に排出するように構成され得る。

具体的には、ベント孔１２は、モジュールケース１１に設けられて、特定の方向へのディレクショナルベンティング（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｖｅｎｔｉｎｇ、指向性を有するベンティング）を可能にし得る。特に、ベント孔１２は、モジュールケース１１においてベント部Ｈと対向する一面に設けられ得る。例えば、図３に示されたように、ベント部Ｈがクロスビーム２３０に設けられる場合、ベント孔１２は、クロスビーム２３０と対面するモジュールケース１１の側面に設けられ得る。これにより、ベントガスなどがベント部Ｈ側に真っ直ぐに移動するように誘導される。

本実施形態によれば、ベント部Ｈと対向しているベント孔１２から排出されるベントガスなどがパックケース２００に形成されたベント流路Ｐに真っ直ぐに移動可能であるため、ベントガスなどをより迅速に収容空間Ｓの外部に排出することができる。

図５は本発明の一実施形態による移動部材が適用されたバッテリーパックの要部の断面図であり、図６は図５のバッテリーパックで熱イベントが発生した場合、前記移動部材が移動する一例を説明するための図である。また、図７は、図５のバッテリーパックで熱イベントが発生した場合、前記移動部材が移動する他の例を説明するための図である。

図５～図７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２０は、移動部材３００をさらに含み得る。移動部材３００は、ベント流路Ｐの内部に設けられ得る。例えば、図５に示された実施形態のように、移動部材３００はクロスビーム２３０に設けられ得る。

このとき、移動部材３００は、ベント流路Ｐを区画するように構成され得る。移動部材３００は、ベント流路Ｐを水平方向又は垂直方向に区画するように構成され得る。これにより、ベント流路Ｐは、複数個に分離され区画され得る。区画されたベント流路Ｐ同士の間は、ベントガスなどが連通しないように構成され得る。そのため、移動部材３００の長さはベント流路Ｐの高さ又は幅と対応するように構成され得る。

移動部材３００は、ベントガスによって少なくとも部分的に移動可能に構成され得る。移動部材３００は、全体が移動してもよく、一部のみが移動するように構成されてもよい。

移動部材３００は、ベントガスが移動する方向に移動し得る。具体的には、移動部材３００は、熱イベントが発生した収容空間Ｓ（図５の右側の収容空間）に設けられるベント部Ｈを通って流れ込んだベントガスの加圧力によって、隣接する収容空間Ｓ（図５の左側の収容空間）に設けられるベント部Ｈ側に移動できるように構成され得る。

図６及び図７に示されたように、移動部材３００がベントガスによって移動する場合、ベント流路Ｐの体積が拡張するように構成され得る。ここで、ベント流路Ｐの体積が拡張するとは、移動部材３００によって区画されたベント流路Ｐのうちのイベントが発生した収容空間Ｓ側に設けられたベント流路Ｐの体積が拡張することを意味し得る。

本実施形態によれば、ベントガスが流動するベント流路Ｐの体積が大きくなるため、さらに多量のベントガスがベント流路Ｐで流動可能である。これにより、ベントガスなどをベント流路Ｐにさらに迅速且つ円滑に排出することができる。

一例として、図６に示された実施形態のように、移動部材３００は、板状の区画部材、及び区画部材に連結された弾性部材を含み得る。区画部材は、耐熱性能及び／又は耐火性能を有する材料から構成され得る。区画部材は、ベント流路Ｐを区画するとともに、ベントガスによって少なくとも一方向に移動可能に構成され得る。このとき、弾性部材は、区画部材の移動動作を制御するように構成され得る。すなわち、区画部材は、弾性部材の弾性力によって移動するように構成され得る。

他の例として、図７に示された実施形態のように、移動部材３００は、少なくとも一部がベントガスによって弾性変形するように構成され得る。このとき、移動部材３００の両側端部はパックケース２００、例えばクロスビーム２３０に固定されるように構成され得る。また、移動部材３００は、弾性力を有するパッドなどから構成され得る。本実施形態によれば、ベント部Ｈを通ってベント流路Ｐの内部にベントガスが流れ込む場合、ベントガスの圧力によって移動部材３００の中央部が弾性変形して少なくとも一方向に移動可能である。

図８は本発明の一実施形態による開閉部材が適用されたバッテリーパックの要部の断面図であり、図９は図８のバッテリーパックで熱イベントが発生した場合、前記開閉部材が開放される様子を説明するための図である。

図８及び図９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２０は、開閉部材４００をさらに含み得る。開閉部材４００は、ベント部Ｈを覆うように構成され得る。また、開閉部材４００は、バッテリーセル１００に熱イベントが発生したときに生成されるベントガスや熱によってベント部Ｈを開放するように構成され得る。このような開閉部材４００は、ベント流路Ｐが形成されるパックケース２００に設けられ得る。例えば、図８に示された実施形態のように、開閉部材４００はクロスビーム２３０の少なくとも一面に設けられ得る。

一例として、図８を参照すると、開閉部材４００は、カバープレート４０１ａ及びヒンジ部４０１ｂを含み得る。

具体的には、カバープレート４０１ａは、ベント部Ｈを覆うように構成され得る。カバープレート４０１ａは、パックケース２００に設けられ得る。例えば、図８に示された実施形態のように、カバープレート４０１ａはクロスビーム２３０に設けられ得る。このとき、カバープレート４０１ａは、ベントガスによって回動自在に結合され得る。これにより、カバープレート４０１ａは、バッテリーセル１００の熱暴走によるベントガスの圧力によって、収容空間Ｓの内部を開放するか又は閉鎖することができる。

カバープレート４０１ａは、ヒンジ部４０１ｂを介してベント部Ｈに回動自在に結合され得る。ヒンジ部４０１ｂは、カバープレート４０１ａに結合され得る。詳しく図示していないが、ヒンジ部４０１ｂは、弾性体を備えてカバープレート４０１ａの回転動作を制御するように構成され得る。一例として、前記弾性体はヒンジバネであり得る。

具体的には、カバープレート４０１ａは、バッテリーセル１００に熱暴走が発生していない状態で、ヒンジ部４０１ｂに設けられた弾性体の弾性力によってベント部Ｈの閉鎖状態を維持し得る。

一方、カバープレート４０１ａは、バッテリーセル１００の熱暴走によって収容空間Ｓの内圧が基準圧力以上に上昇する場合、ベント流路Ｐ側に開放されてベントガス及び／又は火炎を収容空間Ｓの外部に排出するように構成され得る。収容空間Ｓの内圧が基準圧力以上である場合とは、ベントガスの発生によって収容空間Ｓの内圧がベント流路Ｐの圧力よりも高い場合を意味し得る。この場合、ベントガスによってカバープレート４０１ａに加えられる収容空間Ｓの内部空気の加圧力が、カバープレート４０１ａの閉鎖状態を維持しようとするヒンジ部４０１ｂの弾性力よりも高くなり得る。

本実施形態によれば、ある収容空間Ｓで熱イベントが発生したとき、ベントガスの圧力によってカバープレート４０１ａが開放されることで、ベント部Ｈを通ってベントガスを速かに収容空間Ｓの外部に排出することができる。

ベントガスの圧力によってカバープレート４０１ａが開放される場合、カバープレート４０１ａはベント部Ｈに対して鋭角を成すように開放され得る。本実施形態によれば、バッテリーセル１００の熱暴走によって収容空間Ｓの内部から排出されたベントガスなどは、ベント部Ｈに対して斜めに配置されたカバープレート４０１ａの内側面に沿ってベント流路Ｐに排出されるようになる。これにより、ベント流路Ｐ側へのベントガスなどの流れをより確実にガイドすることができる。

また、カバープレート４０１ａは、一方向のみに開放されるように構成され得る。このとき、一方向とは、ベント流路Ｐの内側に向かう方向と定義され得る。より具体的には、それぞれのベント部Ｈに設けられるカバープレート４０１ａは、すべてベント流路Ｐの内部に向かう方向のみに開放されるように構成され得る。これにより、熱イベントが発生した収容空間Ｓ側のベント部Ｈに設けられたカバープレート４０１ａの開放方向は、隣接する収容空間Ｓ側のベント部Ｈに設けられたカバープレート４０１ａの開放方向と反対になり得る。

本実施形態によれば、熱イベントが発生した収容空間Ｓに設けられたベント部Ｈと他の収容空間Ｓに設けられたベント部Ｈとが同時に開放されることが防止される。これにより、他の収容空間Ｓに設けられたバッテリーセル１００にベントガスや熱などが移動することを抑制し、バッテリーパック１０の安全性を強化することができる。

さらに、カバープレート４０１ａは、ベントガスが外部に排出されて収容空間Ｓの内圧が基準圧力以下に下がる場合、収容空間Ｓを閉鎖するように構成され得る。収容空間Ｓの内圧が基準圧力以下である場合とは、ベントガスが外部に排出されて収容空間Ｓの内圧がベント流路Ｐの圧力よりも低い場合を意味し得る。この場合、カバープレート４０１ａに加えられるベント流路Ｐの加圧力だけでなく、カバープレート４０１ａの閉鎖状態を維持しようとするヒンジ部４０１ｂの弾性力まで加えられ得る。したがって、ベントガスが外部に排出されて収容空間Ｓの内圧が減少する場合、カバープレート４０１ａは、収容空間Ｓの内部とベント流路Ｐとの間の圧力差によって、ベント流路Ｐの外側に向かって円滑に駆動されて収容空間Ｓを閉鎖し得る。

本実施形態によれば、ベントガスの排出量が減少する場合、カバープレート４０１ａによる収容空間Ｓの閉鎖を容易にすることで、収容空間Ｓの内部へのベントガス及び／又は火炎の逆流を確実に遮断することができる。また、収容空間Ｓの内部への酸素の流入を遮断することで、収容空間Ｓ内での追加的な発火を抑制することができる。

図１０は本発明の他の実施形態による開閉部材が適用されたバッテリーパックの要部の断面図であり、図１１は図１０のバッテリーパックで熱イベントが発生した場合、前記開閉部材が開放される様子を説明するための図であり、図１２は図１０のバッテリーパックに適用された開閉部材の分解斜視図である。

図１０及び図１１を参照すると、本発明の他の実施形態による開閉部材４００は、熱によって溶融するように構成され得る。

具体的には、図１０に示されたように、前記開閉部材４００は、バッテリーセル１００に熱暴走が発生していない状態では、ベント部Ｈの閉鎖状態を維持し得る。一方、図１１に示されたように、前記開閉部材４００は、バッテリーセル１００の熱暴走によって収容空間Ｓの内部で発生した高温のベントガス及び／又は火炎などの直接的な熱によって溶融してベント部Ｈを開放し得る。これにより、ベントガス及び／又は火炎がベント流路Ｐ側に排出され得る。

本実施形態によれば、ある収容空間Ｓで熱イベントが発生したとき、ベントガス及び／又は火炎などの熱によって開閉部材４００が容易に溶融してベント部Ｈが開放されることによって、ベントガスを速かに収容空間Ｓの外部に排出することができる。また、本実施形態によれば、隣接する他の収容空間Ｓに設けられたベント部Ｈは、開閉部材４００が溶融せず、閉鎖状態を維持することで、熱拡散が防止される。

図１０及び図１２を参照すると、開閉部材４００は、シーリング部４０２ａ及びカバー部４０２ｂを含み得る。より具体的には、収容空間Ｓの少なくとも一面にベント部Ｈが設けられ、ベント部Ｈにシーリング部４０２ａが挿入されることで、ベント部Ｈが封止され得る。これにより、熱暴走などの熱イベントが発生しない状態でベント部Ｈの閉鎖状態を確実に維持することができる。

また、カバー部４０２ｂは、シーリング部４０２ａの一面、すなわちベント流路Ｐの外側に設けられ得る。カバー部４０２ｂはシーリング部４０２ａを覆うように構成され得る。カバー部４０２ｂは、パックケース２００とボルト締め又は溶接によって結合され得る。カバー部４０２ｂが設けられることによって、外部の衝撃や振動が発生しても、シーリング部４０２ａがベント部Ｈから離脱することを抑制し、シーリング部４０２ａを保護することができる。

一例として、ベント流路Ｐは、ベースフレーム２１０に形成され得る。すなわち、ベント流路Ｐは、バッテリーセル１００の下側に形成され得る。このような場合、ベント部Ｈもベースフレーム２１０に設けられ得る。ベント部Ｈは、ベースフレーム２１０に形成されたベント流路Ｐと連通するように構成され得る。これにより、収容空間Ｓは、ベント部Ｈを通してバッテリーセル１００の下部に形成されるベント流路Ｐと連通し得る。

このとき、ベースフレーム２１０においてベント部Ｈが設けられる側に、シーリング部４０２ａが載置されるように構成された載置部が形成され得る。載置部は、シーリング部４０２ａが重力によって下側のベント流路Ｐに落下することを防止するように構成され得る。これにより、シーリング部４０２ａが載置部に載置され、ベント部Ｈを安定的に封止することができる。

一方、クロスビーム２３０は、バッテリーセル１００と所定の間隔で離隔するように構成され得る。このとき、ベント部Ｈは、バッテリーセル１００とクロスビーム２３０との間に設けられ得る。すなわち、ベースフレーム２１０にベント流路Ｐが形成され、ベント部Ｈは、ベースフレーム２１０においてバッテリーセル１００とクロスビーム２３０との間に形成される空間に設けられ得る。

このような場合、図１０に示された実施形態のように、カバー部４０２ｂは、ベースフレーム２１０から上方に突出するように構成され得る。すなわち、カバー部４０２ｂは、バッテリーセル１００とクロスビーム２３０との間に設けられ得る。また、カバー部４０２ｂは、バッテリーセル１００及びクロスビーム２３０に接触して設けられ得る。本実施形態によれば、バッテリーセル１００及びクロスビーム２３０がカバー部４０２ｂによって水平方向に移動しないようになる。これにより、外部衝撃や振動が発生してもバッテリーセル１００の移動を防止可能である。

一方、図１～図３をさらに参照すると、パックケース２００は、上部が開放されるように構成され得る。本発明の一実施形態によるバッテリーパック２０は、パックケース２００の開放された上部に結合される上部カバー５００をさらに含み得る。上部カバー５００は、それぞれの収容空間Ｓを密閉するように構成され得る。上部カバー５００は、パックケース２００の構造に対応するように湾曲して構成され得る。例えば、図３に示された実施形態のように、上部カバー５００は、クロスビーム２３０の上部に設けられる部分が湾曲して、バッテリーセル１００とクロスビーム２３０の形状に対応するように構成され得る。

本実施形態によれば、上部カバー５００がそれぞれの収容空間Ｓを密閉するように構成されることで、熱イベントが発生したとき、隣接する収容空間Ｓに設けられたバッテリーセル１００が受ける熱的被害を最小化することができる。これにより、バッテリーパック２０の安全性を確保することができる。

図１３は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む自動車の概略的な斜視図である。

図１３を参照すると、本発明の一実施形態による自動車３０は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック２０を一つ以上含み得る。本発明による自動車３０は、例えば電気自動車、ハイブリッド自動車、又はプラグインハイブリッド自動車であり得る。前記自動車３０は、四輪自動車及び二輪自動車を含む。前記自動車３０は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック２０から電力の供給を受けて動作することができる。

以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術的思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な変更及び変形が可能であることは言うまでもない。

Claims (11)

1. 複数のバッテリーセルと、
   複数の前記バッテリーセルが分割されて収容されるように構成される複数の収容空間が形成され、複数の前記収容空間のうちの少なくとも一つに、前記バッテリーセルから排出されるベントガスが前記収容空間の外部に排出されるように構成されるベント部が設けられ、前記ベント部と連通するように構成されるベント流路が形成されるパックケースと、を含む、バッテリーパックであって、
   前記パックケースは、複数の前記バッテリーセルが載置されるように構成され、且つ、前記ベント流路が形成されるベースフレームを含み、
   前記ベント部は、前記ベースフレームに設けられており、
   前記パックケースは、複数の前記収容空間を区画するように構成され、且つ、前記バッテリーセルと所定の間隔で離隔するように構成されるクロスビームを含み、
   前記ベースフレームに設けられた前記ベント部は、前記バッテリーセルと前記クロスビームとの間に設けられている、バッテリーパック。
2. 前記パックケースは、複数の前記収容空間を区画するように構成され、且つ、内部の空間に前記ベント流路が形成されるクロスビームを含み、
   前記ベント部はさらに、前記クロスビームに設けられている、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. それぞれの前記収容空間に設けられるバッテリーセルを収容するように構成され、前記ベント部と対向する一面に前記ベントガスが外部に排出されるように構成されるベント孔が形成されるモジュールケースをさらに含む、請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 複数のバッテリーセルと、
   複数の前記バッテリーセルが分割されて収容されるように構成される複数の収容空間が形成され、複数の前記収容空間のうちの少なくとも一つに、前記バッテリーセルから排出されるベントガスが前記収容空間の外部に排出されるように構成されるベント部が設けられ、前記ベント部と連通するように構成されるベント流路が形成されるパックケースと、を含む、バッテリーパックであって、
   前記ベント流路の内部に設けられて前記ベント流路を区画し、前記ベントガスによって少なくとも部分的に移動可能に構成される区画部材をさらに含む、バッテリーパック。
5. 前記区画部材が前記ベントガスによって移動する場合、前記ベント流路の体積が拡張するように構成されている、請求項４に記載のバッテリーパック。
6. 前記区画部材は、少なくとも一部が前記ベントガスによって弾性変形するように構成されている、請求項４に記載のバッテリーパック。
7. 前記ベント部を覆うように構成され、前記ベントガスや熱によって前記ベント部を開放するように構成されるカバー部材をさらに含む、請求項１に記載のバッテリーパック。
8. 前記カバー部材は、
   前記ベント部を覆うように構成され、且つ、前記ベントガスによって回動自在に構成されるカバープレートと、
   前記カバープレートに結合されるヒンジ部と、を含む、請求項７に記載のバッテリーパック。
9. 前記カバー部材は、前記熱によって溶融するように構成されている、請求項７に記載のバッテリーパック。
10. 前記パックケースは、上部が開放されるように構成され、
    前記パックケースの開放された上部に結合されてそれぞれの収容空間を密閉するように構成される上部カバーをさらに含む、請求項１に記載のバッテリーパック。
11. 請求項１から１０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。