JP7146090B2 - 火炎排出防止構造を有するバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック、自動車及び電力貯蔵システム - Google Patents

Description

本発明は、火炎排出防止構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックに関する。より詳しくは、モジュールハウジング内に収容されたバッテリーセルに異常が生じてガス及び火炎が発生した場合、ガスはバッテリーモジュールの外部へ円滑に排出するものの、火炎は外部へ排出しないようにする構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックに関する。また、本発明は、そのようなバッテリーパックを含む自動車及び電力貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）にも関する。

本出願は、２０２０年４月１７日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００４６９５０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。

ＥＳＳに用いられるバッテリーパックまたは自動車の電気エネルギー供給源として用いられるバッテリーパックは、外部の物理的要因による使用上の危険性を除去し、設置環境及び使用条件を考慮して適切に機能できるように構成される。このようなＥＳＳ用バッテリーパックまたは自動車用バッテリーパックは、一つ以上のバッテリーモジュール及びバッテリーモジュールと電気的に接続するバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）を組み合わせた形態を有し得る。

ＥＳＳ用バッテリーパックまたは自動車用バッテリーパックは、十分な容量及び出力を確保するために複数のバッテリーセルを含んでいるため、使用中に一部のバッテリーセルに異常が発生する場合、使用者の安全が確保されるように設計する必要がある。例えば、バッテリーパックを構成するバッテリーモジュール内でバッテリーセルのベンティング（ｖｅｎｔｉｎｇ）によるガス流出及び火炎が発生する場合、ガスはバッテリーモジュールの外部へ円滑に排出してバッテリーモジュールの内圧を減少させる必要がある一方、火炎は外部へ排出せずバッテリーモジュールの内部で消滅するようにする必要がある。このようにバッテリーモジュールの内部で発生した火炎が、ガスの排出のために形成されたガス排出孔から外部へ排出されないようにするためには、火炎の移動経路を可能な限り長く形成することで火炎の発生位置からガス排出孔までの火炎の移動時間を遅延させる方式を用い得る。

ところが、バッテリーモジュールの使用用途によってバッテリーモジュール内に収容されるバッテリーセルの個数、及び各々のバッテリーセルが有する容量及び電圧が相違し、これによってバッテリーモジュールの全体容量及び出力電圧も変わり得る。したがって、バッテリーモジュール内で異常が生じてガス及び火炎が発生する場合、バッテリーモジュールの使用用途によってガス及び火炎の発生規模も変わることから、安全性を確保するためのガス及び火炎の移動経路の長さも相違に設計する必要がある。

そこで、バッテリーモジュール内で発生したガス及び火炎の移動経路を自由に調節することができる構造のモジュールハウジング及びバッテリーモジュールの開発が求められる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュール内で発生したガス及び火炎の移動経路を自由に調節可能にすることで、適用されるバッテリーセルの電圧及び容量が相違するとしても、モジュールハウジングを交替することなく、簡単な作業だけでガス及び火炎の排出経路の長さを容易に調節することができる構造を有するバッテリーモジュールを提供することを目的とする。

但し、本発明が解決しようとする課題は上述の課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者に明確に理解されであろう。

上記の課題を達成するための本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルを含むサブモジュールと、内部に前記サブモジュールが収納され、開口部を有する下部ハウジングと、前記下部ハウジングの開口部をカバーし、前記下部ハウジングに結合し、ガスインレットを備える第１ハウジングカバーと、前記第１ハウジングカバーの上部から前記第１ハウジングカバーに結合して前記第１ハウジングカバーとの間にガス収容空間を形成し、ガスアウトレットを備える第２ハウジングカバーと、前記ガス収容空間内に設けられ、前記ガス収容空間を仕切ってガス排気経路を定義することで、前記サブモジュールで発生して前記ガスインレットを通して前記ガス収容空間内へ流入するガスと共に流入する火炎の移動経路を延長する、ヒンジを活用した可変型仕切り構造と、を含む。

前記ヒンジを活用した可変型仕切り構造は、一つ以上のヒンジ構造物と二つ以上の仕切り構造物から構成されており、前記ヒンジ構造物は、ヒンジ軸と、前記ヒンジ軸の両端に嵌められて固定されるヒンジキャップとを含み、前記ヒンジ軸を中心にして二つの仕切り構造物が互いに回転可能に結合することが望ましい。

前記仕切り構造物の一端には、前記ヒンジ軸が貫通する貫通孔を有する第１ハンドル構造が設けられ、他端には、前記ヒンジ軸が貫通する二つの貫通孔を有する第２ハンドル構造が設けられ、ある一つの仕切り構造物の第２ハンドル構造に、他の仕切り構造物の第１ハンドル構造が、前記貫通孔が上下整列されるように互いに組み立てられ、前記貫通孔に前記ヒンジ軸が挿入されて互いに連結され得る。

望ましい実施例において、前記第１ハウジングカバーは、下方へ凹んで形成されたカバー収容部と、前記カバー収容部の上端の周縁から外側へ延びたカバー延長部と、を含む。

前記下部ハウジングは、前記サブモジュールを収容するサブモジュール収容部と、前記サブモジュール収容部の上端の周縁から外側へ延びたハウジング延長部と、を前記開口部の周りに含み、前記第１ハウジングカバーのカバー延長部は前記ハウジング延長部の上に載置され、前記第１ハウジングカバーのカバー延長部の上に前記第２ハウジングカバーが当接して結合し得る。

この際、前記下部ハウジングのハウジング延長部、前記第１ハウジングカバーのカバー延長部及び第２ハウジングカバーには、互いに上下整列される締結孔が備えられ得る。
これによって、前記第１ハウジングカバーと前記第２ハウジングカバーとの間に封止部材を介在して前記締結孔を貫通するボルトにナットを締結することができる。

望ましい実施例において、前記第１ハウジングカバーは、前記カバー収容部の内側壁の周りに形成され、前記仕切り構造物の第１ハンドル構造または第２ハンドル構造を固定する複数の挿入溝を備える。

前記第１ハウジングカバーは、前記カバー収容部に前記仕切り構造物を収納する溝が縦横の格子形態で備えられており、前記格子形態の交差部位に前記ヒンジ構造物を収納する溝が備えられていることが望ましい。

前記仕切り構造物を収納する溝の一部には前記仕切り構造物が介在され、残りには前記仕切り構造物が介在されないことで、前記火炎は前記仕切り構造物によって遮断され、前記仕切り構造物が介在されていない部分と通過するようにする。

この際、前記火炎がジグザグ状または渦状で移動するように前記仕切り構造が備えられ得る。

前記ガスインレット及び前記ガスアウトレットは、前記バッテリーモジュールの幅方向に沿って互いに反対側に位置することが望ましい。

なお、上記の課題を達成するための本発明の一実施例によるバッテリーパックは、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを一つ以上含む。

上記の課題を達成するための本発明の一実施例による自動車は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを一つ以上含む。

上記の課題を達成するための本発明の一実施例による電力貯蔵システム（ＥＳＳ）は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを一つ以上含む。

本発明の一面によると、バッテリーモジュール内で発生したガス及び火炎の移動経路を自由に調節可能になり、これによって、適用されるバッテリーセルの電圧及び容量が変更されてもモジュールハウジングを交替することなく、簡単な作業だけでもガス及び火炎の排出経路の長さを容易に調節することができる。

本発明は、ヒンジを活用した可変型仕切り構造を用いて、バッテリーモジュールの熱暴走時にバッテリーモジュールの上部から排気ガスが容易に排出されるように排気通路を設計し、火炎が外部に露出する現象を充分防止することができる。そのため、火炎排出防止構造を有するバッテリーモジュールを提供することができる。サブモジュールで発生してガスインレットを通してガス収容空間内へガスと共に流入する火炎の移動経路を延長することで火炎がガスアウトレットから外部へ排出されず、ガス収容空間内で消滅されるようにすることができる。

本発明で用いるヒンジを活用した可変型仕切り構造は、所望する個数だけ部品の組立てが可能であり、規格化した部品を使用することから大量生産が容易である。また、仕切り構造物がヒンジ軸を中心にして左右へ回転可能であり、所望する方向へ配列が可能である。

ヒンジを活用した可変型仕切り構造自身がビード（ｂｅａｄ）として剛性構造の役割も兼ねるため、剛性及び素材費用のトレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）関係で適切な個数を選択することができる。即ち、爆発力が低いと、必要な仕切り構造物の個数を少なくして素材費用を節減することができる。一方、爆発力が高いと、仕切り構造物の個数を増やすことで、素材費用が増加しても剛性を高めることができる。

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。

本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。 図１に示したバッテリーモジュールから第２ハウジングカバーが除去された状態を示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれる下部ハウジングを示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれるサブモジュールを示す図である。 図３の下部ハウジングの内部にサブモジュールが収納される過程を示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれる第１ハウジングカバーを示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれる下部ハウジングと第１ハウジングカバーとが結合する過程を示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれる第１ハウジングカバーにヒンジを活用した可変型仕切り構造を設置する過程を示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれる第１ハウジングカバーに封止部材を取り付ける過程を示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれる第１ハウジングカバーの上に第２ハウジングカバーを取り付ける過程を示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれる下部ハウジングと第１ハウジングカバーと第２ハウジングカバーとを結合する過程を示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれるヒンジ構造物を示す図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれる仕切り構造物を示す図である。 一つのヒンジ構造物と二つの仕切り構造物とを組み立てて単位構造を製造する過程を説明する図である。 一つのヒンジ構造物と二つの仕切り構造物とを組み立てて単位構造を製造する過程を説明する図である。 一つのヒンジ構造物と二つの仕切り構造物とを組み立てて単位構造を製造する過程を説明する図である。 図１のバッテリーモジュールに含まれるヒンジを活用した可変型仕切り構造を示す図である。 図１のバッテリーモジュールにおいて、ガスの移動経路を示す図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールにおいて、ガスの移動経路を示す図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールにおいて、ガスの移動経路を示す図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーパックを概略的に示す図である。 本発明のさらに他の実施例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や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ずる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。

先ず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な構造を説明する。図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１の斜視図である。図２は、図１に示したバッテリーモジュール１から第２ハウジングカバー２３０が除去された状態を示す図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１は、モジュールハウジング２００を含む。モジュールハウジング２００の内部には、サブモジュール（図示せず）と、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００と、が含まれている。また、バッテリーモジュール１は、モジュールハウジング２００の気密性維持のためのガスケット３００をさらに含み得る。

モジュールハウジング２００は、下部ハウジング２１０、第１ハウジングカバー２２０及び第２ハウジングカバー２３０を含む。下部ハウジングと、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０とは、ボルトＢ締結されている。モジュールハウジング２００の内部には、セルまたはサブモジュールが収納され得る。第１ハウジングカバー２２０及び第２ハウジングカバー２３０は、下部ハウジング２１０のＺ軸方向の上部に配設され、互いに結合して火炎排出防止構造物を形成する。この際、第１ハウジングカバー２２０は排気経路の下板、第２ハウジングカバー２３０は排気経路の上板を各々構成する。

ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、第１ハウジングカバー２２０の上に固定収納され、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０との間で火炎排気経路Ｐを形成する。

このようなバッテリーモジュール１によると、サブモジュールの発火時、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０との間で火炎の捕集が可能である。ガスは第２ハウジングカバー２３０のアウトレットＨ２を通してバッテリーモジュール１の外部へ排出し、火炎はバッテリーモジュール１ の内部に閉じ込めるか、または消滅させることができる。

ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、長さと方向の調節が自由に可能である。これによって、多様なバッテリーモジュールサイズに対応可能である。ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、バッテリーモジュール１内で発生したガス及び火炎の移動経路を自由に調節できる。適用されるバッテリーセルの電圧及び容量が変更されても、モジュールハウジング２００を交替することなくヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を簡単に変更するだけで、ガス及び火炎の排出経路の長さを容易に調節することができる。

以下、図１及び図２と共に図３～図１１を参照してこのようなバッテリーモジュール１の細部構造及び製造方法について説明する。

図３は、図１に示したバッテリーモジュール１に含まれる下部ハウジング２１０を示す図である。

図３を参照すると、下部ハウジング２１０は、上部が開放されたボトムプレートになる。下部ハウジング２１０は、Ｚ軸方向の上部に開口部Ｏを有し、中心部に形成された収容空間内にサブモジュールを収容し得る。下部ハウジング２１０は、中心部に下方（Ｚ軸方向）へ凹んで形成されたサブモジュール収容部２１１及びサブモジュール収容部２１１の上端の周縁から外側へ延びたハウジング延長部２１２を開口部Ｏの周りに含む。サブモジュール収容部２１１内にはサブモジュールが収容される。ハウジング延長部２１２の上には、一定の間隔で形成された複数の第１締結孔２１２ａが備えられる。第１締結孔２１２ａは、下部ハウジング２１０を第１ハウジングカバー２２０及び第２ハウジングカバー２３０と結合させるためのボルトＢが挿入される空間を提供する。

図４は、バッテリーモジュール１に含まれるサブモジュール１００を示す図である。

図４を参照すると、サブモジュール１００は、下部ハウジング２１０の内部収容空間に収容され、互いに対向して積層される複数のバッテリーセル１１０を含む。また、サブモジュール１００は、複数のバッテリーセル１１０が積層されて形成されたセル積層体に加え、セル積層体の長手方向（Ｘ軸方向）の両側に各々結合する一対のバスバーフレーム１２０をさらに含み得る。

バッテリーセル１１０としては、例えば、パウチ型バッテリーセルが適用され得る。バッテリーセル１１０は、一対の電極リード１１１を備える。一対の電極リード１１１は、バッテリーセル１１０の長手方向（Ｘ軸方向）の両側へ各々引き出され得る。

バスバーフレーム１２０は、セル積層体に結合して複数のバッテリーセル１１０を電気的に接続する。即ち、電極リード１１１は、バスバーフレーム１２０に形成されたスリットを通して引き出され、バスバーフレーム１２０に備えられたバスバーに結合する。このように、電極リード１１１とバスバーとの結合によって互いに隣接するバッテリーセル１１０同士の電気的接続が行われる。

図５は、図３の下部ハウジング２１０の内部にこのようなサブモジュール１００が収納される過程を示す図である。

図５を参照すると、バッテリーモジュール１の組立時、先ず、下部ハウジング２１０を準備し、下部ハウジング２１０の開口部Ｏからサブモジュール１００を下方（Ｚ軸方向）へ挿入する。サブモジュール１００は、サブモジュール収容部２１１内に配設される。

図６は、バッテリーモジュール１に含まれる第１ハウジングカバー２２０を示す図である。

図６を参照すると、第１ハウジングカバー２２０は、そのＸ－Ｙ平面視による形状がほぼ長方形のプレート状であり、四つのコーナー領域の一箇所に貫通して形成されるガスインレットＨ１を備える。第１ハウジングカバー２２０は、下方（Ｚ軸方向）へ凹んで形成されたカバー収容部２２１と、カバー収容部２２１の上端の周縁から外側へ延びたカバー延長部２２２と、を含む。ガスインレットの位置は、吸気及び排気方向によって変わり得る。本実施例において、ガスインレットＨ１は、カバー収容部２２１のコーナー領域に備えられている。火炎排気経路の長さを十分確保するために、ガスインレットＨ１は、カバー収容部２２１のコーナー領域に形成することが望ましいが、設計によってはガスインレットがカバー収容部２２１の中央領域に形成されることもある。

カバー収容部２２１の内側壁の周りには、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の挿入／固定のための複数の挿入溝２２１ａが備えられている。また、カバー収容部２２１には、ヒンジを活用した仕切り構造４００を介在するための溝２２１ｂ、２２１ｃが備えられている。挿入溝２２１ａと溝２２１ｂ、２２１ｃは複数個であり、これらの一部がヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の挿入／固定に用いられ得る。設計者は、複数の挿入溝２２１ａと溝２２１ｂ、２２１ｃの一部を選択して、多様な火炎排気経路を構成するためにヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を具現することができる。

カバー延長部２２２の上には一定の間隔で形成された複数の第２締結孔２２２ａが備えられる。第２締結孔２２２ａは第１ハウジングカバー２２０を下部ハウジング２１０及び第２ハウジングカバー２３０と結合させるためのボルトＢが挿入される空間を提供する。

第１ハウジングカバー２２０は、カバー延長部２２２に形成された封止部材溝２２２ｂを備え、封止部材溝２２２ｂの内に封止部材が挿入され得る。

図７は、下部ハウジング２１０と第１ハウジングカバー２２０との結合過程を示す図である。

図７を参照すると、第１ハウジングカバー２２０は、サブモジュール１００が収納されている下部ハウジング２１０の開口部Ｏをカバーし、下部ハウジング２１０の上部に結合する。具体的に、第１ハウジングカバー２２０と下部ハウジング２１０との結合は、第１ハウジングカバー２２０のカバー延長部２２２と下部ハウジング２１０のハウジング延長部２１２とが当接した状態で行われる。このように第１ハウジングカバー２２０が下部ハウジング２１０に締結したとき、第１締結孔２１２ａと第２締結孔２２２ａとは互いに上下整列されるように１対１に対応する位置に整列され、ガスインレットＨ１は、下部ハウジング２１０のサブモジュール収容部２１１と連通する。これによって、下部ハウジング２１０内でサブモジュール１００の一部のバッテリーセル１１０のベンティングによるガス及び火炎が発生した場合、ガスと火炎はガスインレットＨ１を通して第１ハウジングカバー２２０のカバー収容部２２１内へ流入する。

図８は、第１ハウジングカバー２２０にヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を取り付ける過程を示す図である。

図８を参照すると、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、第１ハウジングカバー２２０の上に固定収納される。この際、図６を参照して説明した挿入溝２２１ａと溝２２１ｂ、２２１ｃが用いられる。挿入溝２２１ａと溝２２１ｂ、２２１ｃによって、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００のガタツキまたは離脱なく第１ハウジングカバー２２０のカバー収容部２２１にまともに収納される。排気経路に応じて、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の方向及び／またはヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を構成する単位構造の個数が変わり得る。詳細な内容は後述する。

図９は、第１ハウジングカバー２２０に封止部材を取り付ける過程を示す図である。

図６を参照して説明したように、第１ハウジングカバー２２０は、カバー延長部２２２に形成された封止部材溝２２２ｂを備え、この場合、封止部材溝２２２ｂ内にガスケット３００のような封止部材が挿入され得る。図９のように、封止部材としてガスケット３００を挿入すると、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０との結合界面の密封性が強化できる。

図１０は、第１ハウジングカバー２２０の上に第２ハウジングカバー２３０を取り付ける過程を示す図であり、図１１は、下部ハウジング２１０と第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０とを結合する過程を示す図である。

図１０を参照すると、第２ハウジングカバー２３０は、そのＸ－Ｙ平面視による形状がほぼ長方形のプレート状であり、ガスアウトレットＨ２を備え、第１ハウジングカバー２２０の上部から第１ハウジングカバー２２０に結合する。ガスアウトレットの位置は、ガスインレットの位置と同様に、吸気及び排気方向によって変わり得、本実施例では第２ハウジングカバー２３０のコーナー領域の一箇所に形成される場合を例に挙げる。火炎排気経路の長さを十分に確保するために、ガスアウトレットＨ２は、ガスインレットＨ１とのＸ－Ｙ平面上における距離が可能な限り長くなるように形成することが望ましい。ガスインレットＨ１がカバー収容部２２１におけるいずれか一つのコーナー領域に形成された例を挙げていることから、ガスアウトレットＨ２は第２ハウジングカバー２３０の他の一つのコーナー領域に形成し得る。設計によっては、ガスアウトレットが第２ハウジングカバー２３０の中央領域に形成されることもある。

第２ハウジングカバー２３０には、一定の間隔で形成された複数の第３締結孔２３２ａが備えられる。第３締結孔２３２ａは第１ハウジングカバー２２０を下部ハウジング２１０及び第２ハウジングカバー２３０と結合させるためのボルトＢが挿入される空間を提供する。

この際、ハウジング延長部２１２の第１締結孔２１２ａと、カバー延長部２２２の第２締結孔２２２ａと、第２ハウジングカバー２３０の第３締結孔２３２ａとは、互いに上下整列される。第１ハウジングカバー２２０のカバー延長部２２２は、ハウジング延長部２１２の上に載置され、第１ハウジングカバー２２０のカバー延長部２２２の上に第２ハウジングカバー２３０が当接し、図１１に示したように、整列された第１締結孔２１２ａと第２締結孔２２２ａと第３締結孔２３２ａとを貫通するボルトＢにナットＮ締結されることで互いに結合する。

一方、第２ハウジングカバー２３０は、前述した第１ハウジングカバー２２０と同じ形状及び構造を有してもよい。この場合は、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０とが互いに上下反転した状態で結合する。即ち、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０とが相互に結合したとき、第１ハウジングカバー２２０のカバー収容部２２１は、下方へ凹んだ形態を有し、第２ハウジングカバー２３０の収容部２２１は、上方へ凹んだ形態を有する。また、第２ハウジングカバー２３０のガスアウトレットＨ２は、バッテリーモジュール１の幅方向（Ｙ軸方向）に沿って第１ハウジングカバー２２０のガスインレットＨ１と互いに反対側に位置する。このように、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０とは、互いに１８０°の対称関係にあり、これによって各々のカバー収容部２２１が対向した状態で各々のカバー延長部２２２同士が当接して結合できる。

いずれの場合であれ、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０とが結合すると、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０との間には、下部ハウジング２１０からガスインレットＨ１を通して流入したガス及び火炎が収容される空間が備えられる。上記空間内へ流入したガス及び火炎は、後述するヒンジを活用した可変型仕切り構造４００によって形成された排気経路Ｐを通過するようになり、この過程で火炎は消滅し、ガスはガスアウトレットＨ２を通してバッテリーモジュール１の外部へ排出されてバッテリーモジュール１の内圧が減少する。

前述した図２及び図８に、図１２～図１７をさらに参照して、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００についてより具体的に説明する。

図２及び図８に示したように、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０との間に形成されるガス収容空間内に設けられてガス収容空間を区切ることでガス排気経路Ｐを定義する。ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、サブモジュール１００で発生してガスインレットＨ１を通して上記ガス収容空間内にガスと共に流入する火炎の移動経路を延長させる。火炎がガスアウトレットＨ２を通して外部へすぐ排出されず、ジグザグ状または渦状で移動するようにヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を備えると、火炎がガス収容空間内で消滅して外部へ排出されない。ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、第１ハウジングカバー２２０の長手方向（Ｘ軸方向）及び／または幅方向（Ｙ軸方向）に沿ってカバー収容部２２１を横切って取り付けられ得る。本実施例ではヒンジを活用した可変型仕切り構造４００が第１ハウジングカバー２２０の長手方向（Ｘ軸方向）に沿ってカバー収容部２２１を横切って複数個が設けられた例を挙げている。

ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、第１ハウジングカバー２２０及び第２ハウジングカバー２３０の幅方向（Ｙ軸方向）に沿って一定の間隔を隔てて複数個が設けられ得る。本実施例において、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００はカバー収容部２２１の長さよりは短く、一部は長手方向の一端部が左側挿入溝２２１ａに挿入されてカバー収容部２２１内に固定され、他の一部は長手方向の他端部が右側挿入溝２２１ａに挿入されてカバー収容部２２１内に固定される。

長手方向の一端部が左側挿入溝２２１ａに挿入されたヒンジを活用した可変型仕切り構造４００と長手方向の他端部が右側挿入溝２２１ａに挿入されたヒンジを活用した可変型仕切り構造４００とを、第１ハウジングカバー２２０及び第２ハウジングカバー２３０の幅方向（Ｙ軸方向）に沿って一定の間隔を隔てて交互に設置することで、ガスがジグザグで移動するように第１ハウジングカバー２２０と第２ハウジングカバー２３０との間のガス収容空間を区切る。

図１２～図１７を参照すると、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、一つ以上のヒンジ構造物４１０と二つ以上の仕切り構造物４２０で構成される。

図１２に示したように、ヒンジ構造物４１０は、Ｚ軸方向へ配設されるヒンジ軸４１２と、ヒンジ軸４１２の両端に嵌められて固定されるヒンジキャップ４１４と、を含む。このようなヒンジ軸４１２を中心にして二つの仕切り構造物４２０が互いに回転可能に結合する（ヒンジ結合）。ヒンジ軸４１２を中心にして二つの仕切り構造物４２０が互いに回転自在になるよう、ヒンジ軸４１２は円筒状である。

図１３を参照すると、仕切り構造物４２０は小さい板状の本体４２２を中心にして、本体４２２の一端には、ヒンジ軸４１２が上下へ貫通する貫通孔を有する第１ハンドル構造４２４が設けられ、他端には、ヒンジ軸４１２が上下へ貫通する二つの貫通孔を有する第２ハンドル構造４２６が設けられる。ヒンジ軸４１２が上下へ貫通する貫通孔は、円筒状のヒンジ軸４１２の外径と類似な内径を有する円形である。第１ハンドル構造４２４及び第２ハンドル構造４２６は、このような円形の貫通孔を定義するリング状である。

図１４～図１６は、一つのヒンジ構造物と二つの仕切り構造物とを組み立てて単位構造を製造する過程を説明する図である。

先ず、図１４のようにある一つの仕切り構造物４２０の第２ハンドル構造４２６に、他の仕切り構造物４２０の第１ハンドル構造４２４を挟む。これによって、ヒンジ軸４１２が貫通する貫通孔が互いに上下整列されながら組み立てられる。その後、上記貫通孔にヒンジ軸４１２を挿入して仕切り構造物４２０と組み立てる。その後、ヒンジ軸４１２の両端にヒンジキャップ４１４を結合して固定すると、ヒンジ軸４１２が貫通孔から離脱せず安定した単位構造が完成される。ヒンジ軸４１２を中心にして二つの仕切り構造物４２０は、互いに回転可能ながらも、ヒンジキャップ４１４のためヒンジ軸４１２から離脱しない。

このように排気経路を定義する単位構造は、三つの部品（一つのヒンジ構造物４１０と二つの仕切り構造物４２０）のみで構成することができ、組立てが非常に容易であり、標準化及び単純化している。

このような単位構造は、前述した作業を繰り返して必要な個数だけいくらでも連結可能である。例えば、図１７に示したようにカバー収容部２２１の長さよりは少し短く、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を設け得る。

このように本発明で用いるヒンジを活用した可変型仕切り構造４００は、ヒンジ構造物４１０と仕切り構造物４２０を規格化して所望する個数だけ組立てが可能である。ヒンジ構造物４１０と仕切り構造物４２０の個数の増減によってヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の長さ調節が可能である。また、ヒンジ軸４１２を中心にして左右回転が可能であるため、横や縦の所望する方向へ仕切り構造物４２０を配設することができる。これによって、バッテリーモジュール内で発生したガス及び火炎の移動経路を自由に調節することができ、これによって、適用されるバッテリーセルの電圧及び容量に係わらず、モジュールハウジングを交替することなく簡単な作業だけでガス及び火炎の排出経路の長さを容易に調節することができる。また、バッテリーモジュールの種類に応じた適用性が高く、大量生産が容易である。

図１８は、バッテリーモジュール１において、ガスの移動経路Ｐを示す図である。

図１８を参照すると、第１ハウジングカバー２２０に形成された挿入溝２１２ａには、仕切り構造物４２０の第１ハンドル構造４２４や第２ハンドル構造４２６が挿入されて固定される。挿入溝２１２ａは、第１ハンドル構造４２４や第２ハンドル構造４２６の輪郭のとおり丸い円形の溝を有し、仕切り構造物４２０の本体４２２が側面からカバー収容部２２１に向けるようにする形態を有する。挿入溝２１２ａの上方から下方へ（即ち、Ｚ軸方向へ）仕切り構造物４２０の第１ハンドル構造４２４や第２ハンドル構造４２６を挿入すると、挿入溝２１２ａの側面へ仕切り構造物４２０の第１ハンドル構造４２４や第２ハンドル構造４２６は抜け出ることなく固定される。

第１ハウジングカバー２２０のカバー収容部２２１には、仕切り構造物４２０を収納する溝２２１ｂが縦横の格子形態で備えられており、格子形態の交差部位にはヒンジ構造物４１０を収納する溝２２１ｃが備えられている。ヒンジ構造物４１０を収納する溝２２１ｃは、ヒンジ構造物４１０のヒンジキャップ４１４のＸ－Ｙ平面視による形態のように丸い形態を有する。仕切り構造物４２０を収納する溝２２１ｂは、仕切り構造物４２０の本体４２２のＸ－Ｙ平面視による形態のように長方形の形態を有する。Ｘ－Ｙ平面視による形態が異なるヒンジキャップ４１４と仕切り構造物４２０の本体４２２を用いるようになる場合は、仕切り構造物４２０を収納する溝２２１ｂとヒンジ構造物４１０を収納する溝２２１ｃの形態をそれに合わせて変形することができる。

前述したように、カバー収容部２２１の内側壁の周りには、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の挿入／固定のための複数の挿入溝２２１ａが備えられている。カバー収容部２２１には、ヒンジを活用した仕切り構造４００が挿入される溝２２１ｂ、２２１ｃも備えられている。挿入溝２２１ａと溝２２１ｂ、２２１ｃは複数個であり、そのうち一部のみがヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の挿入／固定に用いられ得る。設計者は、複数の挿入溝２２１ａと溝２２１ｂ、２２１ｃのうち一部を選択して多様な火炎排気経路を構成するために、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を具現することができる。

仕切り構造物４２０を収納する溝２２１ｂの一部に仕切り構造物４２０が介在され、残りには仕切り構造物４２０が介在されない。火炎は、仕切り構造物４２０によって遮断され、仕切り構造物４２０が介在されていない部分を通過するようになる。

このように、一部の溝２２１ｂに仕切り構造物４２０が介在されず開放される場合、これによってガスと火炎が移動する排気経路Ｐが形成される。本実施例では、サブモジュール１００で発生して第１ハウジングカバー２２０のガスインレットＨ１を通してガス収容空間内へ流入するガスと共に流入する火炎が、第２ハウジングカバー２３０のガスアウトレットＨ２を通して外部へすぐ排出されず、ガス収容空間内でジグザグ状で遠い距離を移動するように、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を間歇的に配設した例を示して説明した。ガスと共に流入する火炎は、排気経路Ｐ内に閉じ込めて外部への排出を抑制することができる。ガスのみがガスアウトレットＨ２を通して外部へ排出されるので、安全である。

一方、図１９及び図２０を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１は、必要に応じてヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の適用個数と配列を異ならせることで、サブモジュール１００で発生したガスを外部へ円滑に排出すると共に火炎の外部への排出を効果的に防止することができる。

仕切り構造物４２０自身がビードとして剛性構造の役割も兼ねるため、剛性及び素材費用のトレードオフ関係で適切な個数を選択することができる。例えば、図１８の場合は爆発力が高くてヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の個数を多くしたものであって（例えば、７個）、素材費用は高くなるが、剛性を高めることができる。

図１８に比べて図１９は、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の個数が少ない（例えば、三つ）。爆発力が低いと、ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の個数を減らすことができ、これによって素材費用を低めることができる。したがって、図１９のように少数のヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を用いて費用を節減することができる。爆発力が中間である場合であれば、図１８と図１９の中間程度の個数のヒンジを活用した可変型仕切り構造４００を用いて適切な素材費用と剛性を達成することができる。

一方、図１８及び図１９は、第２ハウジングカバーのコーナー領域の一箇所へ、即ち、一端部へガスと火炎を流し出す排気経路Ｐになり、図２０のように第２ハウジングカバーの中央部分へガスと火炎を流し出す排気経路Ｐ’にすることも可能である。ヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の個数は一つであるが、コーナー領域ごとに反時計回りに９０°ずつ折れるように仕切り構造物４２０を方向転換させたものである。このときは、第２ハウジングカバー２３０の中央部分にガスアウトレットが備えられる。このように本発明によるヒンジを活用した可変型仕切り構造４００の場合、ヒンジ軸４１２を中心にして仕切り構造物４２０の方向転換が可能であるので、ガスと火炎を所望する方向へ流し出すことが非常に容易になる。

一方、本発明によるバッテリーパックは、上述したような本発明によるバッテリーモジュールを一つ以上含む。図２１は、本発明の一実施例によるバッテリーパック５００を概略的に示した図である。

図２１を参照すると、バッテリーパック５００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１及び上記少なくとも一つのバッテリーモジュール１をパッケージングするパックケース５１０を含み得る。本発明の一実施例によるバッテリーパック５００は、このようなバッテリーモジュール１とパックケース５１０の以外のバッテリーモジュール１の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。このようなバッテリーパック５００は、バッテリーモジュール１を含むので、前述したバッテリーモジュール１の特徴及び効果をそのまま有するバッテリーパックとして使用可能である。

また、本発明による自動車及び／またはＥＳＳは、上述したような本発明のバッテリーパックを一つ以上含む。

図２２は、本発明の一実施例によるバッテリーパック５００を含む自動車６００を概略的に示す図である。

図２２を参照すると、自動車６００は、本発明の一実施例によるバッテリーパック５００、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ； ＥＣＵ）６１０、インバーター６２０及びモーター６３０を含んで構成され得る。望ましくは、自動車６００は、電気自動車であり得る。

バッテリーパック５００は、モーター６３０に駆動力を提供して自動車６００を駆動する電気エネルギー源として使用され得る。バッテリーパック５００は、モーター６３０及び／または内燃機関（図示せず）の駆動によってインバーター６２０によって充電または放電され得る。バッテリーパック５００は、ブレーキと結合した回生充電装置によって充電され得る。バッテリーパック５００は、インバーター６２０によって自動車６００のモーター６３０に電気的に接続し得る。

前述したように、バッテリーパック５００にはＢＭＳも含まれている。ＢＭＳは、バッテリーパック５００内のセルの状態を推定し、推定状態情報を用いてバッテリーパック５００を管理する。例えば、バッテリーパック５００のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）、最大入出力電力許容量、出力電圧などのバッテリーパック５００の状態情報を推定して管理する。そして、このような状態情報を用いてバッテリーパック５００の充電または放電を制御し、延いては、バッテリーパック５００の交替時期の推定も可能である。

ＥＣＵ６１０は、自動車６００の状態を制御する電子的制御装置である。例えば、アクセル、ブレーキ、速度などの情報に基づいてトルク情報を決定し、モーター６３０の出力をトルク情報に合わせて制御する。また、ＥＣＵ６１０は、ＢＭＳによって伝達されたバッテリーパック５００のＳＯＣ、ＳＯＨなどの状態情報に基づいてバッテリーパック５００が充電または放電するようにインバーター６２０に制御信号を伝送する。インバーター６２０は、ＥＣＵ６１０の制御信号に基づいてバッテリーパック５００を充電または放電させる。モーター６３０は、バッテリーパック５００の電気エネルギーを用いてＥＣＵ６１０から伝達される制御情報（例えば、トルク情報）に基づいて自動車６００を駆動する。

このような自動車６００は、バッテリーパック５００を含み、バッテリーパック５００は、前述したようにバッテリーモジュール１を含むことで火炎の移動経路を長くすることができる。したがって、自動車６００の走行時、バッテリーパック５００に問題が発生しても安定性が維持される。また、このようなバッテリーパック５００は安定性が優秀であり、長時間使用できるので、これを含む自動車６００は安全であり、運用が容易である。

ＥＳＳは、よく知られたように希望する時間に電力を生産しにくい太陽光、風力などの新材生エネルギーを予め貯蔵しておき、必要な時間帯に使用可能にする。数百ｋＷｈ以上の電力を貯蔵する単独システムを構成するために、このようなＥＳＳにおける電力貯蔵に本発明によるバッテリーパックを用い得る。本発明によるバッテリーパックは、前述したように本発明によるバッテリーモジュールを含むことで火炎の移動経路を長くすることができる。したがって、一部のバッテリーパックに問題が発生してもＥＳＳの安定性が維持され、火事の拡散を防止することができる。

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本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本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１ バッテリーモジュール
１００ サブモジュール
１１０ バッテリーセル
１１１ 電極リード
１２０ バスバーフレーム
２００ モジュールハウジング
２１０ 下部ハウジング
２１１ サブモジュール収容部
２１２ ハウジング延長部
２１２ａ 第１締結孔
２２０ 第１ハウジングカバー
２２１ カバー収容部
２２１ａ 挿入溝
２２１ｂ 溝
２２１ｃ 溝
２２２ カバー延長部
２２２ａ 第２締結孔
２２２ｂ 封止部材溝
２３０ 第２ハウジングカバー
２３２ａ 第３締結孔
３００ ガスケット
４００ 構造
４１０ ヒンジ構造物
４１２ ヒンジ軸
４１４ ヒンジキャップ
４２０ 構造物
４２２ 本体
４２４ 第１ハンドル構造
４２６ 第２ハンドル構造
５００ バッテリーパック
５１０ パックケース
６００ 自動車
６１０ 電子制御装置
６２０ インバーター
６３０ モーター

Claims (15)

1. 複数のバッテリーセルを含むサブモジュールと、
   内部に前記サブモジュールが収納され、開口部を有する下部ハウジングと、
   前記下部ハウジングの開口部をカバーし、前記下部ハウジングに結合し、ガスインレットを備える第１ハウジングカバーと、
   前記第１ハウジングカバーの上部から前記第１ハウジングカバーに結合して前記第１ハウジングカバーとの間にガス収容空間を形成し、ガスアウトレットを備える第２ハウジングカバーと、
   前記ガス収容空間内に設けられ、前記ガス収容空間を仕切ってガス排気経路を定義することで、前記サブモジュールで発生して前記ガスインレットを通して前記ガス収容空間内へ流入するガスと共に流入する火炎の移動経路を延長する、ヒンジを活用した可変型仕切り構造と、を含む、バッテリーモジュール。
2. 前記ヒンジを活用した可変型仕切り構造は、一つ以上のヒンジ構造物と二つ以上の仕切り構造物から構成されており、
   前記ヒンジ構造物は、ヒンジ軸と、前記ヒンジ軸の両端に嵌められて固定されるヒンジキャップとを含み、
   前記ヒンジ軸を中心にして二つの仕切り構造物が互いに回転可能に結合す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。
3. 前記仕切り構造物の一端には、前記ヒンジ軸が貫通する貫通孔を有する第１ハンドル構造が設けられ、他端には、前記ヒンジ軸が貫通する二つの貫通孔を有する第２ハンドル構造が設けられ、
   ある一つの仕切り構造物の第２ハンドル構造に、他の仕切り構造物の第１ハンドル構造が、前記貫通孔が上下整列されるように互いに組み立てられ、
   前記貫通孔に前記ヒンジ軸が挿入されて互いに連結され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。
4. 前記第１ハウジングカバーは、下方へ凹んで形成されたカバー収容部と、
   前記カバー収容部の上端の周縁から外側へ延びたカバー延長部と、を含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記下部ハウジングは、前記サブモジュールを収容するサブモジュール収容部と、前記サブモジュール収容部の上端の周縁から外側へ延びたハウジング延長部と、を前記開口部の周りに含み、前記第１ハウジングカバーのカバー延長部は前記ハウジング延長部の上に載置され、前記第１ハウジングカバーのカバー延長部の上に前記第２ハウジングカバーが当接して結合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。
6. 前記下部ハウジングのハウジング延長部、前記第１ハウジングカバーのカバー延長部及び第２ハウジングカバーには、互いに上下整列される締結孔が備えられていることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記第１ハウジングカバーと前記第２ハウジングカバーとの間に封止部材を介在して前記締結孔を貫通するボルトにナットを締結したことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記第１ハウジングカバーは、
   前記カバー収容部の内側壁の周りに形成され、前記仕切り構造物の第１ハンドル構造または第２ハンドル構造を固定する複数の挿入溝を備えることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記第１ハウジングカバーは、
   前記カバー収容部に前記仕切り構造物を収納する溝が縦横の格子形態で備えられており、前記格子形態の交差部位に前記ヒンジ構造物を収納する溝が備えられていることを特徴とする、請求項４から８のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
10. 前記仕切り構造物を収納する溝の一部には前記仕切り構造物が介在され、残りには前記仕切り構造物が介在されないことで、前記火炎は前記仕切り構造物によって遮断され、前記仕切り構造物が介在されていない部分を通過することを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーモジュール。
11. 前記火炎がジグザグ状または渦状で移動するように前記仕切り構造が備えられていることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
12. 前記ガスインレット及び前記ガスアウトレットは、前記バッテリーモジュールの幅方向に沿って互いに反対側に位置することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを一つ以上含む、バッテリーパック。
14. 請求項１３に記載のバッテリーパックを一つ以上含む、自動車。
15. 請求項１３に記載のバッテリーパックを一つ以上含む、電力貯蔵システム。

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