JP-2026514629-A - バッテリーパック及びそれを含む自動車

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Abstract

本発明によるバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールと、外壁体及び前記外壁体によって囲まれた内部空間を区画する複数のクロスビームを備え、前記複数のバッテリーモジュールを各々区画された空間に配置するように設けられたパックケースと、前記クロスビームと前記外壁体の内部に設けられたガス移動チャンネルと、を含み、任意の前記バッテリーモジュールにおけるガス発生時、任意の前記バッテリーモジュールに隣接する前記クロスビームと前記外壁体の前記ガス移動チャンネルを通して前記パックケースの外部へガスが排出されるように構成されたことを特徴とする。【選択図】図８

Inventors

イ，ジョンフン
キム，スユル
チョン，ヘミ
ハン，ミンヒ

Assignees

エルジーエナジーソリューションリミテッド

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20250307
Priority Date: 20240321

Claims (15)

複数のバッテリーモジュールと、外壁体と、前記外壁体によって囲まれた内部空間を区画する複数のクロスビームと、を備え、前記複数のバッテリーモジュールを各々区画された空間に配置するように設けられたパックケースと、前記クロスビームと前記外壁体の内部に設けられたガス移動チャンネルと、を含み、任意の前記バッテリーモジュールにおけるガス発生時、任意の前記バッテリーモジュールに隣接する前記クロスビームと前記外壁体の前記ガス移動チャンネルを通して前記パックケースの外部へガスが排出されるように構成されたことを特徴とする、バッテリーパック。
前記ガス移動チャンネルは、前記外壁体に沿って延びるメインチャンネルと、前記メインチャンネルから分岐して各々の前記クロスビームに沿って延びる複数の分岐チャンネルと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
前記クロスビームは、少なくとも一側面部に備えられ、前記区画された空間と前記分岐チャンネルとを連通するガス吸引口と、前記ガス吸引口を覆い、ガスの圧力が加えられると前記ガス吸引口が開放されるように動作する開閉部材と、を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーパック。
前記クロスビームは、前記分岐チャンネルに沿って延びる隔壁を内部に含み、前記分岐チャンネルは、前記隔壁によって互いに分離された第１分岐チャンネル及び第２分岐チャンネルを含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
前記ガス吸引口は、前記クロスビームの両側面部に一つ以上が設けられることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
前記クロスビームの一側面部に設けられる前記ガス吸引口と、前記クロスビームの他側面部に設けられる前記ガス吸引口とは、互いに対向しないように配置されたことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
前記開閉部材は、前記ガス吸引口よりも大きい面積の板状体の形態で設けられ、一端部が前記クロスビームの内部に固定結合した開閉プレートを含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
前記開閉プレートは、外力によって撓う物性を有する材料で設けられ、前記クロスビームは、その内部に、前記分岐チャンネルに沿って延びる隔壁と、前記開閉プレートの撓いを制限するように前記隔壁から突出して形成されたプレートストッパーと、を含むことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーパック。
前記プレートストッパーは、前記隔壁と交差する方向へ延びる第１ブロック板と、前記第１ブロック板と交差し、前記メインチャンネル側へ延びる第２ブロック板と、含むことを特徴とする、請求項８に記載のバッテリーパック。
前記開閉部材は、前記ガス吸引口を覆う板状体の形態で設けられた開閉プレートと、前記開閉プレートの一端部と接続し、前記クロスビームの内部に固定結合したダンパーヒンジと、を含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
前記開閉部材は、前記ガス吸引口よりも大きい面積の板状体の形態で設けられた開閉プレートと、前記クロスビームの内部に設けられ、前記ガス吸引口を覆うように前記開閉プレートを弾性的に加圧する弾性部材と、を含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
前記クロスビームは、前記分岐チャンネルに沿って延びた隔壁を内部に含み、前記弾性部材は、一端部が前記開閉プレートに結合し、他端部が前記隔壁に結合していることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリーパック。
前記外壁体は、前記ガス移動チャンネルから前記パックケースの外部へガスが排出される少なくとも一つのガス排出口を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
前記パックケースは、内部に前記区画された空間を有し、かつ上部が開放されたボックス状で設けられるパックトレイと、前記パックトレイの開放された上部を覆い、前記パックトレイと相互に結合するパックカバーと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
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。

Description

本発明は、バッテリーパックに関し、より詳しくは、熱イベントの発生時、バッテリーパックの内部における熱エネルギーの蓄積を解消してバッテリーモジュールの熱暴走を抑制可能なバッテリーパックに関する。本出願は、２０２４年３月２１日出願の韓国特許出願第１０－２０２４－００３９１４１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。二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が一切生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率の向上のための新しいエネルギー源として注目を浴びている。これによって、二次電池の多様なデバイスへの適用が増加しつつある。例えば、多機能の小型製品であるワイヤレスモバイル機器（ｗｉｒｅｌｅｓｓｍｏｂｉｌｅｄｅｖｉｃｅ）またはウェアラブルデバイス（ｗｅａｒａｂｌｅｄｅｖｉｃｅ）のエネルギー源として広範囲に使用されているだけでなく、従来のガソリン車及びディーゼル車の代案として提示される電気自動車とハイブリッド電気自動車などのエネルギー源または電力貯蔵装置（ＥＳＳ）としても使用されている。通常、二次電池は、一つ当たりの作動電圧が約２．５Ｖ～４．５Ｖ内外である。そこで、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及び／また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及び／または並列に接続したバッテリーパックを構成して、それをエネルギー源で使用している。最近、バッテリーパックは、エネルギー密度の向上のために、できる限り多量の二次電池とバッテリーモジュールを集約的に収納可能に設計されていることから、二次電池またはバッテリーモジュールのいずれか一つで発火する場合、他の二次電池またはバッテリーモジュールへまで連鎖発火しやすい。そこで、バッテリーパックの安全性の確保が重要な課題となる。一方、従来のバッテリーパックは、一例で、パックケースの構造的剛性を確保するために、バッテリーモジュールとバッテリーモジュールとの間にクロスビームのようなパック構造物を含む。前記クロスビームは、バッテリーパックの内部に熱イベントが発生した状況で、バッテリーモジュールの間における熱移動を阻む役割も果たし得る。しかし、バッテリーモジュールの発火が持続されると、当該バッテリーモジュールから高温のガスが噴出する。前記高温のガスがバッテリーパックの内部に蓄積されるにつれ、周辺の他のバッテリーモジュールが熱ダメージを受けるようになり、ひいては、バッテリーパックの内圧が増加してパックケースが崩壊され得る。そのため、熱イベントの発生時、バッテリーパックの内部における熱エネルギーの蓄積と圧力上昇を抑制するために、高温のガスなどをバッテリーパックの外部へ適切に排出させる必要がある。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斜視図である。図１のバッテリーパックの分解斜視図である。図３は、本発明の一実施形態によるパックトレイの概略的な斜視図である。本発明の一実施形態によるパックトレイの概略的な断面図である。本発明の一実施形態によるパックトレイの一部を切断して示した図である。本実施形態によるパックトレイの一部であって、ガス吸引口が開放されている場合のクロスビームを示した図である。本発明の一実施形態による外壁体とクロスビームの部分断面図である。本発明の一実施形態によるバッテリーパックのバッテリーモジュールのいずれか一つが発火したときのガスの排出経路を示した図である。図７に対応する図であって、図７のクロスビームの第１変形例を示した図である。図７に対応する図であって、図７のクロスビームの第２変形例を示した図である。図７に対応する図であって、図７のクロスビームの第３変形例を示した図である。図７に対応する図であって、図７のクロスビームの第４変形例を示した図である。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を概略的に示した図である。以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。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または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、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じた意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、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せねばならない。また、本発明を説明することにおいて、関連する公知の構成または機能についての具体的な説明が、本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合、その説明を省略する。本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであるため、図面における構成要素を形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張または省略されるか、または概略的に図示され得る。したがって、各構成要素の大きさや比率は、実際の大きさや比率を完全に反映するものではない。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斜視図であり、図２は、図１のバッテリーパックの分解斜視図である。図３は、本発明の一実施形態によるパックトレイの概略的な斜視図であり、図４は、本発明の一実施形態によるパックトレイの概略的な断面図である。これら図面を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０は、複数のバッテリーモジュール１００、パックケース２００及びガス移動チャンネル３００を含み得る。前記バッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセルと、前記バッテリーセルを収容するモジュールケースと、を含み得る。ここで、前記バッテリーセルとは、電極組立体、電解質及び電池ケースなどを含むだ二次電池を意味し、パウチ型、円筒形または角形二次電池などの如何なる形態の二次電池でもよい。そして、前記モジュールケースは、前記バッテリーセルを収容し、少なくとも一側にガスベントホール（図示せず）を備えるように構成され得る。このようなバッテリーモジュール１００は、内部発火時、ガスや火炎が前記ガスベントホールからモジュールケースの外部へ吐出され得る。前記モジュールケースは、前記バッテリーセルを外部の衝撃などから保護するように、例えば、スチール（ｓｔｅｅｌ）のような金属材料または剛性の高い非金属材料で設けられ得る。このようなバッテリーモジュール１００は、前記パックケース２００のパックトレイ２１０において、クロスビーム２３０とセンタービーム２４０によって区画された空間Ｓ１に各々搭載され、インターバスバー（図示せず）またはケーブルなどで相互に電気的に接続され得る。前記パックケース２００は、複数のバッテリーモジュール１００を収納するように設けられ得る。前記パックケース２００は、図２及び図３に示したように、パックトレイ２１０とパックカバー２５０を含み得る。前記パックトレイ２１０は、内部に区画された空間Ｓ１を有し、前記区画された空間Ｓ１毎にバッテリーモジュール１００が配置され、上部が開放されたボックス形状で設けられ得る。前記パックカバー２５０は、前記パックトレイ２１０の開放された上部を覆い、前記パックトレイ２１０と相互に結合可能に設けられ得る。具体的には、前記パックトレイ２１０は、図３のように、バッテリーモジュール１００の下部で前記バッテリーモジュール１００を支持するベース板２１１と、前記ベース板２１１の外縁部に沿って壁体を形成する外壁体２２０と、前記外壁体２２０によって囲まれた内部空間を区画する複数のクロスビーム２３０及びセンタービーム２４０と、を含み得る。本実施形態によるパックトレイ２１０は、縦方向（Ｘ方向）へ延びてパックトレイ２１０の内部空間を両分する壁体であるセンタービーム２４０と、横方向（Ｙ方向）へ延び、前記センタービーム２４０と前記外壁体２２０に両端が接続するクロスビーム２３０と、を含む。即ち、クロスビーム２３０の一端は前記センタービーム２４０に接続し、クロスビーム２３０の他端は前記外壁体２２０に接続し得る。そして、前記クロスビーム２３０は、相互に離隔するように配置され得る。このようなクロスビーム２３０とセンタービーム２４０は、前記外壁体２２０を支持するように作用してパックトレイ２１０の構造的剛性を増大させる。そのため、パックトレイ２１０は、外部衝撃にも歪みのような変形が起こりにくくなる。また、前記パックトレイ２１０は、区画された複数の空間Ｓ１を有することによって、バッテリーモジュール１００が配置される区域を区画分離して収納し得る。バッテリーモジュール１００を区画分離して収納する場合、例えば、いずれのバッテリーモジュール１００に熱イベントが発生した場合、前記クロスビーム２３０またはセンタービーム２４０が熱と高温のガスを阻むことでバッテリーモジュール１００の間の熱伝播を遮断または遅延させることができる。前記パックトレイ２１０は、ガス排出口２２１を含み得る。前記ガス排出口２２１は、前記外壁体２２０の少なくとも一側に一つ以上が設けられ得る。前記ガス排出口２２１は、外壁体２２０に貫通して形成され得る。前記ガス排出口２２１には、金属メッシュが結合し得る。ガスは、前記金属メッシュを通過するが、スパークまたは火炎は前記金属メッシュによって外部への流出が抑制されることが可能である。図示していないが、パックケース２００の内部と外部との圧力差によって開閉される弁ユニットが前記ガス排出口２２１に取り付けられ得る。例えば、図３に示したように、本実施形態の場合、外壁体２２０の前方（＋Ｘ方向）と後方（－Ｘ方向）に各々二つずつのガス排出口２２１が設けられ得る。前記外壁体２２０の前方に備えられる二つのガス排出口２２１のいずれか一つは、前記センタービーム２４０の左側に備えられ、残りの一つは前記センタービーム２４０の右側に備えられ得る。前記外壁体２２０の後方に備えられる二つのガス排出口２２１も、前記センタービーム２４０の左側と右側に各々一つずつ備えられ得る。ここで、前記センタービーム２４０の左側に位置するガス排出口２２１は、前記センタービーム２４０を基準にして左側に配置されるバッテリーモジュール１００で発生するガスをパックケース２００の外部へ排出するのに使用され、前記センタービーム２４０の右側に位置するガス排出口２２１は、前記センタービーム２４０の右側に配置されるバッテリーモジュール１００で発生するガスをパックケース２００の外部へ排出するのに使用され得る。前記パックカバー２５０は、例えば、前記パックトレイ２１０の外壁体２２０の上端にボルト締結され、少なくとも前記パックトレイ２１０の開放された上部を覆い得る板状体の形態で設けられ得る。図示していないが、前記外壁体２２０の上端には封止ガスケットが配置され、前記封止ガスケットの上にパックカバー２５０のエッジが載置され得る。図４及び図５を参照すると、ガス移動チャンネル３００は、前記クロスビーム２３０と前記外壁体２２０の内部に設けられ得る。例えば、前記クロスビーム２３０と前記外壁体２２０は、内部で流体が移動するように中空構造で設けられ得る。詳細は後述するが、本発明によるバッテリーパック１０は、複数のバッテリーモジュール１００のうち任意のバッテリーモジュール１００でガスが発生したとき、ガスが前記任意のバッテリーモジュール１００に隣接するクロスビーム２３０と前記外壁体２２０との内部に設けられるガス移動チャンネル３００に沿って移動して前記ガス排出口２２１からパックケース２００