(57)【要約】  本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、バッテリーセルと、複数個のバッテリーセルを収容し、バッテリーセルの両側に内部冷却流路が形成されるモジュールケースと、モジュールケースの内部冷却流路と対向し、モジュールケースの両側面に備えられる少なくとも一つの開口と、少なくとも一つの開口をカバーするようにモジュールケースの両側面に装着され、所定の温度以上で溶けることで少なくとも一つの開口を開放する一対のフィルム部材と、を含むことを特徴とする。
2021502665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーモジュールであって、
複数個のバッテリーセルと、
前記複数個のバッテリーセルを収容し、前記複数個のバッテリーセルの両側に内部冷却流路が形成されるモジュールケースと、
前記モジュールケースの前記内部冷却流路と対向し、前記モジュールケースの両側面に備えられる少なくとも一つの開口と、
前記少なくとも一つの開口をカバーするように前記モジュールケースの両側面に装着され、所定の温度以上で溶けることで前記少なくとも一つの開口を開放する一対のフィルム部材と、を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
【請求項２】
前記開口は、複数個で備えられ、
前記複数個の開口が、前記モジュールケースの長手方向に沿って相互所定の距離で離隔して配置されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記一対のフィルム部材は、前記複数個の開口を全てカバー可能な大きさを有することを特徴とする請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記開口は、一対で備えられ、
一対の前記開口が、前記モジュールケースの両側面に各々備えられることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
一対の前記開口が、メッシュ形状で設けられることを特徴にすることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記一対のフィルム部材は、一対の前記開口を各々カバー可能な大きさを有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記モジュールケースに備えられ、前記内部冷却流路側へ冷却空気を供給し、前記モジュールケースの外へ前記冷却空気を排出するための冷却ユニットを含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記冷却ユニットは、
前記モジュールケースの一側に備えられ、前記内部冷却流路側へ前記冷却空気を提供する冷却空気供給部と、
前記モジュールケースの他側に備えられ、前記内部冷却流路の内部の前記冷却空気を前記モジュールケースの外へ排出する冷却空気排出部と、を含むことを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするラックケースと、を含む、バッテリーラック。
【請求項１０】
請求項９に記載の少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーモジュール、これを含むバッテリーラック及びこのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置に関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年１０月１２日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０１２２１３３号に基づく優先権を主張し、該当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。
【背景技術】
【０００３】
多様な製品への適用が容易であり、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、携帯用機器のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）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ことが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発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
【０００４】
現在、広く使用される二次電池の種類としては、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がある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ〜４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーモパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、上記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
【０００５】
一方、複数の二次電池セルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックやバッテリーラックを構成する方法が通常である。バッテリーラックを構成する場合、複数個で構成して電力貯蔵装置を構成し得る。
【０００６】
従来のバッテリーモジュールの場合、バッテリーモジュールの冷却のために水冷式または空冷式の冷却ユニットを備え得る。ここで、空冷式構造のバッテリーモジュールの冷却ユニットは、通常、冷却空気供給部及び冷却空気排出部を含んで構成される。一方、バッテリーセルの少なくともいずれか一つのバッテリーセルの異常発熱による高温状況の発生時、バッテリーモジュールの内部で高温のガスと火炎などが発生し得る。
【０００７】
しかし、従来の空冷式構造のバッテリーモジュールの場合、このような高温状況の発生時、モジュール内部の高温のガスと火炎などが冷却ユニットの冷却空気供給部及び冷却空気排出部に通してのみモジュールの外部へ排出できるため、高温のガスと火炎などがバッテリーモジュールの外へ円滑に逃げられにくいという問題がある。
【０００８】
この場合、いずれか一つのバッテリーセルの熱爆走（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｕｎａｗａｙ）が、隣接したバッテリーセルへ伝播され、全体のバッテリーモジュールの爆発などにつながり、大きい被害が発生し得るという問題がある。
【０００９】
そこで、空冷式構造のバッテリーモジュールにおける異常発熱による高温状況の発生時、高温のガスと火炎などをより迅速に外部へ排出できる方案の模索が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、空冷式構造のバッテリーモジュールにおける異常発熱による高温状況の発生時、高温のガスと火炎などをより迅速に外部へ排出できるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーラック及びこのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーモジュールであって、複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容し、前記複数個のバッテリーセルの両側に内部冷却流路が形成されるモジュールケースと、前記モジュールケースの前記内部冷却流路と対向し、前記モジュールケースの両側面に備えられる少なくとも一つの開口と、前記少なくとも一つの開口をカバーするように前記モジュールケースの両側面に装着され、所定の温度以上で溶けることで前記少なくとも一つの開口を開放する一対のフィルム部材と、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
【００１２】
前記開口は、複数個で備えられ、前記複数個の開口は、前記モジュールケースの長手方向に沿って相互所定の距離で離隔して配置され得る。
【００１３】
前記一対のフィルム部材は、前記複数個の開口を全てカバー可能な大きさを有し得る。
【００１４】
前記開口は、一対で備えられ、前記一対の開口は、前記モジュールケースの両側面に各々備えられ得る。
【００１５】
前記一対の開口は、メッシュ形状で設けられ得る。
【００１６】
前記一対のフィルム部材は、前記一対の開口を各々カバー可能な大きさを有し得る。
【００１７】
前記バッテリーモジュールは、前記モジュールケースに備えられ、前記内部冷却流路側へ冷却空気を供給し、前記モジュールケースの外へ前記冷却空気を排出するための冷却ユニットを含み得る。
【００１８】
前記冷却ユニットは、前記モジュールケースの一側に備えられ、前記内部冷却流路側へ前記冷却空気を提供する冷却空気供給部と、前記モジュールケースの他側に備えられ、前記内部冷却流路の内部の前記冷却空気を前記モジュールケースの外へ排出する冷却空気排出部と、を含み得る。
【００１９】
なお、本発明は、バッテリーラックであって、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするラックケースと、を含む。
【００２０】
また、本発明は、電力貯蔵装置であって、前述の実施例の少なくとも一つのバッテリーラックを含むことを特徴とする電力貯蔵装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
以上のような多様な実施例によれば、空冷式構造のバッテリーモジュールにおける異常発熱による高温状況の発生時、高温のガスと火炎などをより迅速に外部へ排出できるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーラック及びこのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置を提供することができる。
【００２２】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例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させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
【図２】図１のバッテリーモジュールの断面図である。
【図３】図１のバッテリーモジュールの側面図である。
【図４】図１のバッテリーモジュールの冷却時の様子を説明するための図である。
【図５】図１のバッテリーモジュールの所定の温度以上の高温状況における様子を説明するための図である。
【図６】図１のバッテリーモジュールの所定の温度以上の高温状況における様子を説明するための図である。
【図７】本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
【図８】図７のバッテリーモジュールの側面図である。
【図９】図７のバッテリーモジュールの所定の温度以上の高温状況における様子を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
【００２５】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーモジュールの断面図であり、図３は、図１のバッテリーモジュールの側面図である。
【００２６】
図１〜図３を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００、モジュールケース２００、冷却ユニット３００、開口４００及びフィルム部材５００を含み得る。
【００２７】
上記バッテリーセル１００は、二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池または円筒状二次電池であり得る。以下、本実施例において、上記バッテリーセル１００は、パウチ型二次電池であることに限定して説明する。
【００２８】
このようなバッテリーセル１００は、複数個で備えられ得る。上記複数個のバッテリーセル１００は、相互電気的に接続可能に相互積層されて配置され得る。
【００２９】
上記モジュールケース２００は、上記複数個のバッテリーセル１００を収容できる。このために、上記モジュールケース２００には、上記複数個のバッテリーセル１００を収容するための収容空間が設けられ得る。
【００３０】
上記モジュールケース２００は、内部冷却流路２５０を含み得る。
【００３１】
上記内部冷却流路２５０は、上記モジュールケース２００の内部で上記複数個のバッテリーセル１００の両側に設けられ得る。このような上記内部冷却流路２５０は、後述する冷却ユニット３００と連通するように配置され得る。
【００３２】
上記冷却ユニット３００は、上記バッテリーセル１００を冷却するためのものであって、空冷式で備えられ得る。このような上記冷却ユニット３００は、上記モジュールケース２００に備えられ、上記内部冷却流路２５０側へ冷却空気を供給し、上記モジュールケース２００の外へ上記冷却空気を排出できる。
【００３３】
このような冷却ユニット３００は、冷却空気供給部３１０及び冷却空気排出部３３０を含み得る。
【００３４】
上記冷却空気供給部３１０は、上記モジュールケース２００の一側、具体的に、上記モジュールケース２００の前方に備えられ、上記内部冷却流路２５０側へ上記冷却空気を提供することができる。
【００３５】
このような冷却空気供給部３１０には、上記モジュールケース２００の内部の上記内部冷却流路２５０側へ冷却空気を円滑に供給するための冷却供給ファンユニットが設けられ得る。
【００３６】
上記冷却空気排出部３３０は、上記モジュールケース２００の他側、具体的に、上記モジュールケース２００の後方に備えられ、上記内部冷却流路２５０の内部の上記冷却空気を上記モジュールケース２００の外へ排出できる。
【００３７】
このような冷却空気排出部３３０には、上記モジュールケース２００の内部の上記内部冷却流路２５０側の冷却空気の排出を円滑化するための冷却排出ファンユニットが設けられ得る。
【００３８】
上記冷却空気排出部３３０は、上記モジュールケース２００の前後方向において上記冷却空気供給部３１０と対角線方向に配置され得る。これによって、上記冷却空気は、上記モジュールケース２００の内部全体でより円滑に流動できる。
【００３９】
上記開口４００は、上記モジュールケース２００の上記内部冷却流路２５０と対向し、上記モジュールケース２００の両側面に備えられ得る。
【００４０】
このような開口４００は、複数個で備えられ得る。
【００４１】
上記複数個の開口４００は、上記モジュールケース２００の両側面に各々備えられ、上記モジュールケース２００の前後方向である長手方向に沿って相互所定の距離で離隔して配置され得る。
【００４２】
上記フィルム部材５００は、上記少なくとも一つの開口４００、本実施例の場合、上記モジュールケース２００の各側面に備えられる複数個の開口４００をカバーできるように一対で備えられ、上記モジュールケース２００の両側面に各々備えられ得る。
【００４３】
上記一対のフィルム部材５００は、上記モジュールケース２００の各側面に備えられる複数個の開口４００を全てカバー可能な大きさを有し得る。このような一対のフィルム部材５００は、所定の温度以下で上記少なくとも一つ、本実施例の場合、上記複数個の開口４００を全て密封し、所定の温度以上で溶けることで上記複数個の開口４００の少なくとも一つの開口４００を部分的に開放できる。
【００４４】
このために、上記一対のフィルム部材５００は、所定の温度以上の高温に弱いフィルムまたはフォーム（ｆｏａｍ）物質からなり得る。このような上記一対のフィルム部材５００は、所定の温度以上の高温で溶ける。
【００４５】
以下では、このような本実施例による上記バッテリーモジュール１０の冷却及び高温状況における様子についてより詳しく説明する。
【００４６】
図４は、図１のバッテリーモジュールの冷却時の様子を説明するための図である。
【００４７】
図４を参照すれば、上記バッテリーモジュール１０の冷却時、上記冷却ユニット３００の上記冷却空気供給部３１０は、上記モジュールケース２００の外部から上記バッテリーセル１００を冷却するための冷却空気を上記モジュールケース２００の内部へ流入させ得る。
【００４８】
上記モジュールケース２００の内部に流入した冷却空気は、その後、上記モジュールケース２００の上記内部冷却流路２５０を流れながら上記バッテリーセル１００を冷却できる。
【００４９】
その後、上記バッテリーセル１００を冷却した冷却空気は、上記冷却ユニット３００の上記冷却空気排出部３３０を通して上記モジュールケース２００の外へ逃げられる。
【００５０】
図５及び図６は、図１のバッテリーモジュールの所定の温度以上の高温状況における様子を説明するための図である。
【００５１】
図５及び図６を参照すれば、上記バッテリーモジュール１０の場合、上記バッテリーセル１００の少なくとも一つのバッテリーセル１００において、異常発熱が発生し得る。このような異常発熱が持続する場合、上記モジュールケース２００の内部で高温状況が発生し得、上記モジュールケース２００の内部で高温のガスと火炎などが発生し得る。
【００５２】
このような高温のガスと火炎などの発生時、上記冷却ユニット３００の上記冷却空気供給部３１０及び上記冷却空気排出部３３０のみでは、上記高温のガスと火炎などを上記モジュールケース２００の外へ排出することが円滑でないことがある。
【００５３】
この場合、いずれか一つのバッテリーセルの熱爆走（ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｕｎａｗａｙ）が、隣接したバッテリーセルへ伝播され、全体のバッテリーモジュールの爆発などにつながり、大きい被害が発生することもある。
【００５４】
しかし、本実施例の場合、このような高温状況による上記モジュールケース２００の内部における高温のガスと火炎などの発生時、上記一対のフィルム部材５００が溶けながら、上記複数個の開口４００が上記モジュールケース２００の外に露出するようになる。
【００５５】
これによって、本実施例では、上記高温のガスと火炎などが上記複数個の開口４００を通して迅速に排出できるため、全体のバッテリーモジュール１０の爆発などにつながり得る問題を事前に遮断することができる。
【００５６】
結局、本実施例による上記バッテリーモジュール１０の場合、上記複数個の開口４００及び上記一対のフィルム部材５００を用いて、正常の作動環境ではバッテリーセル１００の冷却のための冷却経路の形成をガイドし、かつ熱爆走のような非正常の作動環境では、上記モジュールケース２００の内部の高温のガスと火炎などを迅速に外部へ排出することができる。
【００５７】
したがって、本実施例による上記バッテリーモジュール１０は、正常及び非正常的な作動環境で上記バッテリーモジュール１０の信頼性及び安全性を共に確保することができる。
【００５８】
図７は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図であり、図８は、図７のバッテリーモジュールの側面図であり、図９は、図７のバッテリーモジュールの所定の温度以上の高温状況における様子を説明するための図である。
【００５９】
本実施例によるバッテリーモジュール２０は、前述した実施例の上記バッテリーモジュール１０と類似であるため、前述した実施例と実質的に同一または類似の構成については重複する説明を省略し、以下、前述した実施例との差異を中心にして説明する。
【００６０】
図７〜図９を参照すれば、上記バッテリーモジュール２０は、バッテリーセル１００、モジュールケース２００、冷却ユニット３００、一対のフィルム部材５００及び開口６００を含み得る。
【００６１】
上記バッテリーセル１００、上記モジュールケース２００、上記冷却ユニット３００及び上記一対のフィルム部材５００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
【００６２】
上記開口６００は、一対で備えられ、上記一対の開口６００は、上記モジュールケース２００の両側面に各々備えられ得る。このような一対の開口６００は、メッシュ形状で設けられ得る。一方、上記一対のフィルム部材５００は、上記一対の開口６００を各々カバー可能な大きさを有し得る。
【００６３】
本実施例のように、上記開口６００は、複数個ではなくメッシュ形態としても設けられ得る。このようなメッシュ形態の開口６００も、上記非正常的な熱爆走などのような状況の発生時、フィルム部材５００が溶け出して外部に露出され、上記モジュールケース２００の内部の高温ガスと火炎などをより迅速に外部へ排出することができる。
【００６４】
図１０は、本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である。
【００６５】
図１０を参照すれば、バッテリーラック１は、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０、２０及び上記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０、２０をパッケージングするラックケース５０を含み得る。上記バッテリーラック１は、産業用や家庭用の電力貯蔵装置に備えられ得る。
【００６６】
また、上記バッテリーラック１は、上記電力貯蔵装置の外にも、二次電池を用いる自動車など、その他の装置や器具及び設備などにも備えられ得る。
【００６７】
このように、本実施例による上記バッテリーラック１及び上記バッテリーラック１を備える電力貯蔵装置や自動車のような器具及び設備は、前述の上記バッテリーモジュール１０、２０を含むことから、前述のバッテリーモジュール１０、２０による長所を全て有するバッテリーラック１及びこれを含む電力貯蔵装置や自動車などの器具及び設備などを具現することができる。
【００６８】
以上のような多様な実施例によって、空冷式構造の上記バッテリーモジュール１０、２０における異常発熱による高温状況の発生時、高温のガス及び火炎などをより迅速に外部へ排出することができる上記バッテリーモジュール１０、２０、これを含む上記バッテリーラック１及びこのバッテリーラック１を含む電力貯蔵装置を提供することができる。
【００６９】
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
【符号の説明】
【００７０】
１  バッテリーラック
１０  バッテリーモジュール
２０  バッテリーモジュール
５０  ラックケース
１００  バッテリーセル
２００  モジュールケース
２５０  内部冷却流路
３００  冷却ユニット
３１０  冷却空気供給部
３３０  冷却空気排出部
４００  開口
５００  フィルム部材
６００  開口
【図１】
2021502665.tif 000003
【図２】
2021502665.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2021502665.tif 000008
【図７】
2021502665.tif 000009
【図８】
2021502665.tif 000010
【図９】
2021502665.tif 000011
【図１０】
2021502665.tif 000012
【国際調査報告】
2021502665.tif 000013
2021502665.tif 000014
2021502665.tif 000015
2021502665.tif 000016