JP7550873B2 - バッテリーモジュール、バッテリーラック、及び電力貯蔵装置 - Google Patents

バッテリーモジュール、バッテリーラック、及び電力貯蔵装置 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーモジュール、バッテリーラック、及び電力貯蔵装置に関し、より詳しくは、火災が発生したとき、火災の規模が大きくなることを防止し、結露による短絡を防止することができるバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０２０年１０月８日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１３０５０６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。
現在、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、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主に、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質が塗布された正極板と負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、例えば電池パウチ外装材を備える。
近年、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く用いられている。中大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるため、多数の二次電池が電気的に接続される。特に、中大型装置には積層が容易であるという長所からパウチ型二次電池が多く用いられる。
一方、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高まるにつれて、電気的に直列及び／または並列に接続された多数の二次電池、及びこのような二次電池を内部に収容したモジュールハウジングを備えたバッテリーモジュールに対する需要が増加している。
しかし、従来のバッテリーモジュールは、内部に備えられた複数の二次電池のうちの一部に発火または爆発が生じると、複数の二次電池同士の間で熱または火災が伝播し、火炎によってバッテリーモジュールの一部分が溶けて穴があくことがある。このような穴からバッテリーモジュールの外部へと火炎が噴出され、隣接した他のバッテリーモジュールに火が燃え移るか、又は、外部空気がバッテリーモジュールの内部に流れ込んで燃焼を促してさらに大きい火災につながったり２次爆発などが起きたりする場合がある。
さらに、従来のバッテリーモジュールは、火災によって開いた穴を通って漏電したりスパークが排出されたりし得る。排出されたスパークによって、バッテリーモジュールに隣接した他のバッテリーモジュールや他の構造物に火災が発生する危険がある。特に、バッテリーモジュールを収納する収納構造物が鉄素材からなる場合、収納構造物を通じて他のバッテリーモジュールへと高電流が流れ、他のバッテリーモジュールの構成同士の間で気体絶縁破壊（スパーク）が発生して２次火災または２次爆発が発生するおそれがある。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、火災が発生したとき、火災の規模が大きくなることを防止し、結露による短絡を防止することができるバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、
複数の電池セルを備えるセルアセンブリと、
内部空間を形成する上壁、下壁、左側壁及び右側壁を備える前方カバーと、
前記セルアセンブリを内部空間に収容して前記前方カバーと結合され、一部が前記上壁、下壁、左側壁及び右側壁のうちの少なくとも一つと対面するように突出したカバー部を備えるモジュールケースと、を含む。
また、前記前方カバーは、
前記前方カバーの上端に形成され、外部空気が前記モジュールケースの内部に流れ込むように構成された上部ダクトと、
前記前方カバーの下端に形成され、外部空気が前記モジュールケースの内部に流れ込むように構成された下部ダクトと、を備え、
前記モジュールケースは、
前記セルアセンブリの上部に位置し、前記上部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第１カバー部を備えた上部プレートと、
前記セルアセンブリの下部に位置し、前記上部プレートと結合されるように構成され、前記下部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第２カバー部を備えた下部プレートと、を備え得る。
さらに、前記第１カバー部は、前記上部ダクトの上面、下面、左側面及び右側面のうちの少なくとも二つに密着する本体部、及び前記本体部から折り曲げられて延びた折曲部を備え、
前記第２カバー部は、前記下部ダクトの上面、下面、左側面及び右側面のうちの少なくとも二つに密着する本体部、及び前記本体部から折り曲げられて延びた折曲部を備え得る。
そして、前記モジュールケースは、
電気絶縁性を有し、前記上部プレートと前記セルアセンブリとの間に介在されて前記セルアセンブリを上面を覆うように延びた第１絶縁プレートと、
電気絶縁性を有し、前記下部プレートと前記セルアセンブリとの間に介在されて前記セルアセンブリを下面を覆うように延びた第２絶縁プレートと、をさらに備え得る。
さらに、前記第１絶縁プレートは、前記上部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第１保護部を備え、
前記第２絶縁プレートは、前記下部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第２保護部を備え得る。
そして、前記第１絶縁プレート及び前記第２絶縁プレートは、
前記第１保護部及び第２保護部のそれぞれに所定温度以上で体積が膨張して前記ダクトを密閉するように構成された密閉部材をさらに備え得る。
さらに、前記第１絶縁プレート及び前記第２絶縁プレートは、それぞれ、
外周の端部から前記セルアセンブリに向かって折り曲げられて外周に沿って延びた隔壁部を備え得る。
また、前記第２絶縁プレートは、少なくとも一部分が傾いた傾斜面を有し得る。
さらに、前記第２絶縁プレートは、前記傾斜面に沿って流れる流体が外部に排出されるように構成された排出ポートを備え得る。
そして、上記の目的を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーラックは、上述したバッテリーモジュールを少なくとも一つ含む。
また、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による電力貯蔵装置は、上述したバッテリーモジュールを少なくとも一つ含む。
本発明の一態様によれば、モジュールケースにカバー部を備えることで、バッテリーモジュールの内部で火災が発生した場合、前方カバーの上壁、下壁、左側壁及び右側壁のうちの少なくとも一つと対面しているカバー部によって二重層を形成することができ、前方カバーの上壁、下壁、左側壁及び右側壁のうちの少なくとも一つに火炎によって穴があくことを防止することができる。これにより、本発明のバッテリーモジュールは、火災に対する安全性を大幅に高めることができる。
また、本発明の一態様によれば、第１絶縁プレート及び第２絶縁プレートをさらに備えることで、モジュールケースの使用中に内部と外部との温度差によって結露が発生した場合、結露による水が上部プレートまたは下部プレートとセルアセンブリとの間の通電経路を形成することを防止することができる。すなわち、モジュールケースの内部に水が溜まっても、第１絶縁プレートまたは第２絶縁プレートの内面に収容されるため、水が上部プレートまたは下部プレートと接触することを防止することができる。これにより、バッテリーモジュールの結露現象による漏電、短絡などを効果的に防止することができる。
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させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールのセルアセンブリを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの前方カバーを概略的に示した後方斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの内部を概略的に示した部分縦断面図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールの上部プレートを概略的に示した斜視図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールの第２絶縁プレートを概略的に示した斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールの第２絶縁プレートを概略的に示した斜視図である。
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おいて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形態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形態に過ぎず、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。
図１は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図であり、図３は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールのセルアセンブリを概略的に示した斜視図である。図面において、Ｙ軸方向が前後方向であり、Ｘ軸方向が左右方向であり、Ｚ軸方向が上下方向である。
図１～図３を参照すると、本発明のバッテリーモジュール１００は、複数の電池セル１１１を備えるセルアセンブリ１１０、前方カバー１４０、及びモジュールケース１２０を含む。
ここで、セルアセンブリ１１０は、前後方向に互いに積層された複数の電池セル１１１を含み得る。図３に示されたように、前記セルアセンブリ１１０は、６個のパウチ電池セル１１１から構成され得る。図２に示されたように、前記バッテリーモジュール１００は、７個のセルアセンブリ１１０を含み得る。
前記電池セル１１１は、パウチ型電池セル１１１であり得る。例えば、図３に示されたように、前記セルアセンブリ１１０は、複数のパウチ型電池セル１１１が前後方向（Ｙ方向）に並んで積層された形態で構成され得る。特に、パウチ型電池セル１１１は、電極組立体（図示せず）、電解液（図示せず）及びパウチ１１１ｃを備え得る。
さらに、図３のように、前記正極リード１１１ａと前記負極リード１１１ｂは、電池セル１１１の中心を基準にして互いに反対方向（Ｘ方向）の左右端部に形成され得る。すなわち、前記正極リード１１１ａは、前記電池セル１１１の中心を基準にして一端部に備えられ得る。また、前記負極リード１１１ｂは、電池セル１１１の中心を基準にして他端部に備えられ得る。
しかし、本発明によるバッテリーモジュール１００には、上述したパウチ型電池セル１１１のみに限定されるものではなく、本願の出願時点で公知の多様な電池セル１１１が採用され得る。
本発明によるバッテリーモジュール１００は、前記複数の電池セル１１１を電気的に接続するバスバー（図示せず）が前記セルアセンブリ１１０の左側部及び右側部にそれぞれ備えられ得る。前記バスバーは、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルなどの金属を含み得る。前記バスバーは、前記複数の電池セル１１１のそれぞれの正極リード１１１ａまたは負極リード１１１ｂと接触するように構成され得る。
一方、前記モジュールケース１２０は、前記セルアセンブリ１１０を内部に収容するように内部空間が形成され得る。具体的には、前記モジュールケース１２０は、上部プレート１２１、下部プレート１２２、前方プレート１２３、及び後方プレート１２４を含み得る。前記上部プレート１２１、下部プレート１２２、前方プレート１２３、及び後方プレート１２４のそれぞれは、鋼鉄、アルミニウム合金、またはステンレス鋼素材を含み得る。
具体的には、前記下部プレート１２２は、前記少なくとも一つのセルアセンブリ１１０を上部に載置するように、前記少なくとも一つのセルアセンブリ１１０の下面よりも大きい面積を有し得る。前記下部プレート１２２は、水平方向に延びたプレート状であり得る。
また、前記上部プレート１２１は、トップ部１２１ａ及びサイド部１２１ｂを備え得る。前記トップ部１２１ａは、前記セルアセンブリ１１０の上部を覆うように水平方向に延びたプレート状であり得る。前記サイド部１２１ｂは、前記セルアセンブリ１１０の左右方向の両側部を覆うように、前記トップ部１２１ａの左右方向の両端部から下方に延びたプレート状であり得る。
そして、前記サイド部１２１ｂは、前記下部プレート１２２の一部と結合され得る。例えば、図２に示されたように、前記上部プレート１２１は、前後左右方向に延びたプレート状のトップ部１２１ａを備え得る。
さらに、前記上部プレート１２１は、前記トップ部１２１ａの左右方向の両端部からそれぞれ下方に延びた二つのサイド部１２１ｂを備え得る。さらに、前記二つのサイド部１２１ｂのそれぞれの下端部は、前記下部プレート１２２の左右方向の両端部と結合され得る。このとき、結合方式は、雌雄結合方式または溶接結合方式であり得る。
さらに、前記前方プレート１２３は、前記セルアセンブリ１１０の前方を覆うように構成され得る。例えば、前記前方プレート１２３は、電池セル１１１の前面よりも大きいプレート状であり、上下方向に立てられた形態であり得る。
さらに、前記前方プレート１２３の外周部の一部は、前記下部プレート１２２と結合され得る。例えば、前記前方プレート１２３の外周部の下側部は、前記下部プレート１２２の前端部と結合され得る。さらに、前記前方プレート１２３の外周部の上側部は、前記上部プレート１２１の前端部と結合され得る。ここで、結合方法としてはボルト結合が適用され得る。
また、前記後方プレート１２４は、前記セルアセンブリ１１０の後方を覆うように構成され得る。例えば、前記後方プレート１２４は、電池セル１１１の後面よりも大きいプレート状であり得る。
そして、前記後方プレート１２４の外周部の一部は、前記下部プレート１２２と結合され得る。例えば、前記後方プレート１２４の外周部の下側部は、前記下部プレート１２２の前端部と結合され得る。さらに、前記後方プレート１２４の外周部の上側部は、前記上部プレート１２１の後端部と結合され得る。ここで、結合方法としてはボルト結合が適用され得る。前記後方プレート１２４には、外部空気が内部に流れ込むか又は外部へと抜け出るように形成された排出口Ｈが形成され得る。
さらに、前記モジュールケース１２０は、機械的剛性に優れる鋼鉄またはステンレス鋼素材を含み得る。
図４は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの前方カバーを概略的に示した後方斜視図である。
図１及び図２とともに図４をさらに参照すると、前記前方カバー１４０は、内部空間を形成する上壁１４０ａ、下壁１４０ｂ、左側壁１４０ｃ、及び右側壁１４０ｄを備え得る。前記前方カバー１４０は、前記モジュールケース１２０の前端部と結合され得る。例えば、図１に示されたように、前記前方カバー１４０は、前記モジュールケース１２０の前方プレート１２３と結合され得る。
さらに、前記前方カバー１４０は、電気絶縁性素材を含み得る。例えば、前記前方カバー１４０は、ポリ塩化ビニル素材を含み得る。
そして、前記モジュールケース１２０は、一部が前記上壁１４０ａ、下壁１４０ｂ、左側壁１４０ｃ及び右側壁１４０ｄのうちの少なくとも一つと対面するように突出したカバー部１２５を備え得る。例えば、図２に示されたように、Ｙ軸方向を前後方向とする場合、前記モジュールケース１２０の上部プレート１２１の前端面には、前記前方カバー１４０に向かって突出した二つのカバー部１２５ａが備えられ得る。前記下部プレート１２２の前端面にも、前記前方カバー１４０に向かって突出した二つのカバー部１２５ｂが備えられ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、カバー部１２５を備えることで、バッテリーモジュール１００の内部で火災が発生した場合、前記前方カバー１４０の上壁１４０ａ、下壁１４０ｂ、左側壁１４０ｃ及び右側壁１４０ｄのうちの少なくとも一つと対面している前記カバー部１２５によって二重層を形成することができ、前記前方カバー１４０の上壁１４０ａ、下壁１４０ｂ、左側壁１４０ｃ及び右側壁１４０ｄのうちの少なくとも一つに火炎によって穴があくことを防止することができる。これにより、本発明は、火災に対する安全性を大幅に高めることができる。
図５は、図１のバッテリーモジュールのＣ－Ｃ’線に沿った概略的な部分縦断面図である。
図２及び図４とともに図５を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１００の前方カバー１４０は、上部ダクト１４１及び下部ダクト１４２を備え得る。前記上部ダクト１４１は、前記前方カバー１４０の上端に形成され、外部空気が前記モジュールケース１２０の内部に流れ込むように構成され得る。また、前記上部ダクト１４１は、一部分が前後方向に延びた四角管状であり得る。前記上部ダクト１４１の内部の天井面は、前記前方カバー１４０の上壁１４０ａであり得る。
また、前記下部ダクト１４２は、前記前方カバー１４０の下端に形成され、外部空気が前記モジュールケース１２０の内部に流れ込むように構成され得る。また、前記下部ダクト１４２は、一部分が前後方向に延びた四角管状であり得る。前記下部ダクト１４２の内部の底面は、前記前方カバー１４０の下壁１４０ｂであり得る。
さらに、前記モジュールケース１２０は、前記セルアセンブリ１１０の上部に位置した上部プレート１２１、及び前記セルアセンブリ１１０の下部に位置した下部プレート１２２を備え得る。前記上部プレート１２１は、第１カバー部１２５ａを備え得る。前記第１カバー部１２５ａは、前記上部ダクト１４１の内側面と対面するように端部から突出して延び得る。例えば、図５に示されたように、前記第１カバー部１２５ａは、前記上部ダクト１４１の内部の天井面（上壁）１４１ａと対面するように構成され得る。
そして、前記下部プレート１２２は、第２カバー部１２５ｂを備え得る。前記第２カバー部１２５ｂは、前記下部ダクト１４２の内側面と対面するように端部から突出して延び得る。例えば、図５に示されたように、前記第２カバー部１２５ｂは、前記下部ダクト１４２の内部の底面（下壁）１４２ｂと対面するように構成され得る。
さらに、前記上部ダクト１４１及び前記下部ダクト１４２のそれぞれは送風ファン１４３と連通するように構成され得る。前記送風ファン１４３は、外部空気を前記モジュールケース１２０の内部に移送するように構成され得る。
また、前記前方カバー１４０には、バッテリーモジュール１００と外部装置との電気的接続のための外部端子（図示せず）と、前記外部端子を収容する端子カバー１４４が備えられ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記前方カバー１４０の上部ダクト１４１及び下部ダクト１４２のそれぞれの内側面と対面するように構成された第１カバー部１２５ａ及び第２カバー部１２５ｂを備えることで、バッテリーモジュール１００の内部で火災が発生した場合、前記第１カバー部１２５ａまたは前記第２カバー部１２５ｂによって二重層を形成することができ、前記前方カバー１４０の上部ダクト１４１及び下部ダクト１４２の内側面に火炎によって穴があくことを防止することができる。これにより、本発明は、火災に対する安全性を大幅に高めることができる。
図６は、本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールの上部プレートを概略的に示した斜視図である。
図６を参照すると、本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュール１００の上部プレート１２１は、図２の上部プレート１２１と比べて、折曲部１２５ａ２をさらに備え得る。その他の構成は同一であり得る。
具体的には、前記上部プレート１２１の第１カバー部１２５ａは、前記上部ダクト１４１の上面、下面、左側面及び右側面のうちの少なくとも二つに密着するように構成され得る。例えば、前記第１カバー部１２５ａは、本体部１２５ａ１及び折曲部１２５ａ２を備え得る。前記本体部１２５ａ１は、前記上部ダクト１４１の上面と密着するように構成され得る。前記折曲部１２５ａ２は、前記上部ダクト１４１の左側面または右側面と密着するように構成され得る。前記本体部１２５ａ１は、前記上部ダクト１４１に向かって突出したプレート状であり得る。前記折曲部１２５ａ２は、前記本体部１２５ａ１の左側端または右側端から下方に折り曲げられて下方に延びた形態であり得る。
また、図示していないが、前記下部プレート１２２の第２カバー部１２５ｂも、上部プレート１２１の第１カバー部１２５ａと同様に、前記下部ダクト１４２の内側面と対面する本体部と折曲部を備え得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第１カバー部１２５ａ及び第２カバー部１２５ｂのそれぞれに本体部１２５ａ１と折曲部１２５ａ２を備えることで、バッテリーモジュール１００の内部で火災が発生した場合、前記第１カバー部１２５ａまたは前記第２カバー部１２５ｂによって、前記上部ダクト１４１及び前記下部ダクト１４２の上面、下面、左側面及び右側面のうちの少なくとも二つに火炎によって穴があくことを防止することができる。これにより、本発明は、火災に対する安全性を大幅に高めることができる。
一方、図２をさらに参照すると、前記モジュールケース１２０は、第１絶縁プレート１３１及び第２絶縁プレート１３２をさらに備え得る。前記第１絶縁プレート１３１及び第２絶縁プレート１３２は、電気絶縁性を有し得る。例えば、前記第１絶縁プレート１３１は、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、またはシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材を含み得る。
また、前記第１絶縁プレート１３１は、前記上部プレート１２１と前記セルアセンブリ１１０との間に介在され得る。前記第１絶縁プレート１３１は、前記セルアセンブリ１１０の上面を覆うように水平方向に延びた形態であり得る。前記第１絶縁プレート１３１は、前記セルアセンブリ１１０の上面と対応する大きさを有し得る。
さらに、前記第２絶縁プレート１３２は、前記下部プレート１２２と前記セルアセンブリ１１０との間に介在され得る。前記第２絶縁プレート１３２は、前記セルアセンブリ１１０の下面を覆うように水平方向に延びた形態であり得る。前記第２絶縁プレート１３２は、前記セルアセンブリ１１０の下面と対応する大きさを有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第１絶縁プレート１３１及び第２絶縁プレート１３２をさらに備えることで、前記モジュールケース１２０の使用中に内部と外部との温度差によって結露が発生した場合、結露による水が前記上部プレート１２１または前記下部プレート１２２と前記セルアセンブリ１１０との間の通電経路を形成することを防止することができる。すなわち、前記モジュールケース１２０の内部に水が溜まっても、前記第１絶縁プレート１３１または前記第２絶縁プレート１３２の内面に収容されるため、前記水が前記上部プレート１２１または前記下部プレート１２２と接触することを防止することができる。これにより、バッテリーモジュール１００の結露現象による漏電、短絡などを効果的に防止することができる。
一方、図２及び図５をさらに参照すると、本発明の第１絶縁プレート１３１は、第１保護部１３３ａを備え得る。前記第１保護部１３３ａは、前記上部ダクト１４１の内側面と対面するように端部から突出して延びた形態であり得る。前記第１保護部１３３ａは、前記上部ダクト１４１の内部の天井面と対面するように構成され得る。前記第１保護部１３３ａは、図５に示されたように、前記第１カバー部１２５ａの下側に位置し得る。すなわち、前記第１保護部１３３ａは、前記前方カバー１４０の上壁１４０ａ及び前記第１カバー部１２５ａとともに三層構造を形成し得る。
また、本発明の第２絶縁プレート１３２は、第２保護部１３３ｂを備え得る。前記第２保護部１３３ｂは、前記下部ダクト１４２の内側面と対面するように端部から突出して延びた形態であり得る。前記第２保護部１３３ｂは、前記下部ダクト１４２の内部の底面と対面するように構成され得る。前記第２保護部１３３ｂは、図５に示されたように、前記第２カバー部１２５ｂの上側に位置し得る。すなわち、前記第２保護部１３３ｂは、前記前方カバー１４０の下壁１４０ｂ及び前記第２カバー部１２５ｂとともに三層構造を形成し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第１絶縁プレート１３１及び第２絶縁プレート１３２のそれぞれが第１保護部１３３ａ及び第２保護部１３３ｂを備えることで、三層構造の壁を形成できるため、バッテリーモジュール１００の内部で火災が発生した場合、三層構造によって、前記上部ダクト１４１及び前記下部ダクト１４２の内側面に火炎によって穴があくことを防止することができる。これにより、本発明は、火災に対する安全性を大幅に高めることができる。
図７は、本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールの第２絶縁プレートを概略的に示した斜視図である。
図７を参照すると、本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュール１００の第１絶縁プレート１３１及び第２絶縁プレート１３２は、図２のバッテリーモジュール１００と比べて、密閉部材１５０をさらに備え得る。
具体的には、前記密閉部材１５０は、所定温度以上で体積が膨張して前記上部ダクト１４１または下部ダクト１４２を密閉するように構成され得る。例えば、前記所定温度は２００℃以上であり得る。また、前記密閉部材１５０は、前記上部ダクト１４１または前記下部ダクト１４２から火炎、煙、高温のガスが漏れることを防止することができる。さらに、前記密閉部材１５０は、断熱性を有し得る。
前記密閉部材１５０は、少なくとも一部分が例えば、Ｓａｉｎｔ－Ｇｏｂａｉｎ社製のＦＳ１０００素材であり得る。または、前記密閉部材１５０は、所定の温度で体積が膨張する片状黒鉛を含み得る。そして、前記密閉部材１５０の中央部を２００℃以上に加熱する場合、中央部が炭化して体積膨張する炭化層が生成され得る。
また、図７に示されたように、前記密閉部材１５０は、前記第２絶縁プレート１３２の第２保護部１３３ｂ上に配置され得る。図示していないが、前記密閉部材１５０は、前記第１絶縁プレート１３１の前記第１保護部１３３ａにも配置され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、所定温度以上で体積が膨張するように構成された密閉部材１５０を備えることで、セルアセンブリ１１０に火災や熱暴走が発生した場合、高温のガスや空気によって前記密閉部材１５０の体積が膨張し、体積膨張した密閉部材１５０が前記上部ダクト１４１または下部ダクト１４２を密閉できるため、外部空気が前記モジュールケース１２０内へとそれ以上流れ込まない。これにより、密閉されたモジュールケース１２０はセルアセンブリ１１０の火災がさらに広がることを防止し、結果的に自然消化するように誘導することができる。
一方、図７をさらに参照すると、本発明の第１絶縁プレート１３１または第２絶縁プレート１３２はそれぞれ、隔壁部Ｗを備え得る。前記隔壁部Ｗは、外周の端部から前記セルアセンブリ１１０に向かって折り曲げられた形態であり得る。前記隔壁部Ｗは、前記第１絶縁プレート１３１または前記第２絶縁プレート１３２の外周に沿って延びた形態であり得る。例えば、図７に示されたように、前記第２絶縁プレート１３２は、外周に沿って延びて上方に所定高さだけ突出した隔壁部Ｗを備え得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明の第１絶縁プレート１３１及び第２絶縁プレート１３２がそれぞれ前記隔壁部Ｗを備えることで、前記隔壁部Ｗによって、前記モジュールケース１２０の内部に外部と内部との温度差によって結露が発生した場合、生成された水を前記第１絶縁プレート１３１または前記第２絶縁プレート１３２に収容することができる。すなわち、前記第１絶縁プレート１３１または前記第２絶縁プレート１３２が内部に収容された水が外周辺に移動して前記上部プレート１２１または前記下部プレート１２２に流れることを防止することができる。これにより、バッテリーモジュール１００の結露現象による漏電、短絡などを効果的に防止することができる。
図８は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールの第２絶縁プレートを概略的に示した斜視図である。
図８を参照すると、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュール１００の第２絶縁プレート１３２は、図２の第２絶縁プレート１３２と比べて、少なくとも一部分が傾いた傾斜面１３２ｃをさらに有し得る。例えば、図８に示されたように、前記第２絶縁プレート１３２は、左右方向の中心が低く、左端及び右端に行くほど徐々に高くなる傾斜面を有し得る。例えば、前記傾斜面は、地面を基準にして１～５度の角度を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第２絶縁プレート１３２が少なくとも一部が傾いた傾斜面１３２ｃを有することで、前記モジュールケース１２０の内部に外部と内部との温度差によって結露が発生した場合、生成された水が前記第２絶縁プレート１３２の中央に集められる。すなわち、前記第２絶縁プレート１３２は、内部に集められた水が外周辺に移動して前記上部プレート１２１または前記下部プレート１２２に流れることを防止することができる。これにより、バッテリーモジュール１００の結露現象による漏電、短絡などを効果的に防止することができる。
一方、図８をさらに参照すると、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュール１００の第２絶縁プレート１３２は、図２の第２絶縁プレート１３２と比べて、排出ポート１３５をさらに備え得る。前記排出ポート１３５は、流体が外部に排出されるように構成され得る。例えば、図８に示された第２絶縁プレート１３２は、前記傾斜面１３２ｃに沿って流れる水が前記排出ポート１３５から外部に排出されるように構成され得る。このとき、前記第２絶縁プレート１３２の隔壁の一部には、前記排出ポート１３５と連通するように開口Ｔが形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第２絶縁プレート１３２に排出ポート１３５が備えられることで、前記モジュールケース１２０の内部に外部と内部との温度差によって結露が発生した場合、生成された水が前記傾斜面１３２ｃに沿って前記第２絶縁プレート１３２の中央に集められ、中央に集められた水が前記排出ポート１３５を通って外部に排出される。これにより、バッテリーモジュール１００の結露現象による漏電、短絡などを効果的に防止することができる。
一方、本発明によるバッテリーラック（図示せず）は、上述したバッテリーモジュール１００を少なくとも一つ備え得る。前記バッテリーラックは、前記バッテリーモジュール１００を収容するラックケースを備え得る。前記バッテリーラックは、複数のバッテリーモジュール１００の充放電を制御するバッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ ）をさらに含み得る。
本発明による電力貯蔵装置（図示せず）は、上述した本発明によるバッテリーモジュール１００を一つ以上含み得る。特に、電力貯蔵装置は、本発明によるバッテリーモジュール１００を複数個含み得る。そして、このような複数のバッテリーモジュール１００は相互電気的に接続され得る。本発明による電力貯蔵装置は、スマートグリッドシステムや充電スチーションなど多様な形態で具現され得る。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事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。
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。
１００：バッテリーモジュール
１１０：セルアセンブリ
１１１：電池セル
１２０：モジュールケース
１２１、１２２、１２３、１２４：上部プレート、下部プレート、前方プレート、後方プレート
１３１、１３２：第１絶縁プレート、第２絶縁プレート
１４０：前方カバー
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ：上壁、下壁、左側壁、右側壁
１４１、１４２：上部ダクト、下部ダクト
１２５、１２５ａ、１２５ｂ：カバー部、第１カバー部、第２カバー部
１３３ａ、１３３ｂ：第１保護部、第２保護部
１４３：送風ファン
１５０：密閉部材
Ｗ：隔壁部
１２５ａ１、１２５ａ２：本体部、折曲部
１３２ｃ：傾斜面
１３５：排出ポート

Claims (11)

  1. 複数の電池セルを備えるセルアセンブリと、
    内部空間を形成する上壁、下壁、左側壁及び右側壁を備える前方カバーと、
    前記セルアセンブリを内部空間に収容して前記前方カバーと結合されるモジュールケースと、
    を含み、
    前記モジュールケースは、前記前方カバーと結合された際に、一部が前記上壁、下壁、左側壁及び右側壁のうちの少なくとも一つと対面するように端部から突出したカバー部を備え、
    前記前方カバーは、
    前記前方カバーの上端に形成され、外部空気が前記モジュールケースの内部に流れ込むように構成された上部ダクトを備え、
    前記モジュールケースは、
    前記セルアセンブリの上部に位置し、前記上部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第１カバー部を備えた上部プレートを備え、
    前記第１カバー部は、前記上部ダクトの上面と密着するように構成された第１本体部と、前記第１本体部から折り曲げられて延び、前記上部ダクトの左側面及び右側面のうちの少なくとも一つと密着するように構成された第１折曲部と、を備え、
    前記第１本体部は、前記上部ダクトに向かって突出したプレート状であり、
    前記第１折曲部は、前記第１本体部の左側端及び右側端のうちの少なくとも一つから下方に折り曲げられて下方に延びた形態である、
    バッテリーモジュール。
  2. 前記前方カバーは、
    前記前方カバーの下端に形成され、外部空気が前記モジュールケースの内部に流れ込むように構成された下部ダクトをさらに備え、
    前記モジュールケースは、
    前記セルアセンブリの下部に位置し、前記上部プレートと結合されるように構成され、前記下部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第２カバー部を備えた下部プレートをさらに備える、
    請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記第２カバー部は、前記下部ダクトの上面、下面、左側面及び右側面のうちの少なくとも二つに密着する本体部、及び前記本体部から折り曲げられて延びた第２折曲部を備える、
    請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記モジュールケースは、
    電気絶縁性を有し、前記上部プレートと前記セルアセンブリとの間に介在されて前記セルアセンブリの上面を覆うように延びた第１絶縁プレートと、
    電気絶縁性を有し、前記下部プレートと前記セルアセンブリとの間に介在されて前記セルアセンブリの下面を覆うように延びた第２絶縁プレートと、をさらに備える、
    請求項２または３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記第１絶縁プレートは、前記上部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第１保護部を備え、
    前記第２絶縁プレートは、前記下部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第２保護部を備える、
    請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 複数の電池セルを備えるセルアセンブリと、
    内部空間を形成する上壁、下壁、左側壁及び右側壁を備える前方カバーと、
    前記セルアセンブリを内部空間に収容して前記前方カバーと結合され、一部が前記上壁、下壁、左側壁及び右側壁のうちの少なくとも一つと対面するように突出したカバー部を備えるモジュールケースと、を含み、
    前記前方カバーは、
    前記前方カバーの上端に形成され、外部空気が前記モジュールケースの内部に流れ込むように構成された上部ダクトと、
    前記前方カバーの下端に形成され、外部空気が前記モジュールケースの内部に流れ込むように構成された下部ダクトと、を備え、
    前記モジュールケースは、
    前記セルアセンブリの上部に位置し、前記上部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第１カバー部を備えた上部プレートと、
    前記セルアセンブリの下部に位置し、前記上部プレートと結合されるように構成され、前記下部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第２カバー部を備えた下部プレートと、を備え、
    前記モジュールケースは、
    電気絶縁性を有し、前記上部プレートと前記セルアセンブリとの間に介在されて前記セルアセンブリの上面を覆うように延びた第１絶縁プレートと、
    電気絶縁性を有し、前記下部プレートと前記セルアセンブリとの間に介在されて前記セルアセンブリの下面を覆うように延びた第２絶縁プレートと、をさらに備え、
    前記第１絶縁プレートは、前記上部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第１保護部を備え、
    前記第２絶縁プレートは、前記下部ダクトの内側面と対面するように端部から突出して延びた第２保護部を備え、
    前記第１絶縁プレート及び前記第２絶縁プレートは、それぞれ
    前記第１保護部及び第２保護部のそれぞれに所定温度以上で体積が膨張して前記ダクトを密閉するように構成された密閉部材をさらに備える、
    バッテリーモジュール。
  7. 前記第１絶縁プレート及び前記第２絶縁プレートは、それぞれ、
    外周の端部から前記セルアセンブリに向かって折り曲げられて外周に沿って延びた隔壁部を備える、
    請求項４から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記第２絶縁プレートは、
    少なくとも一部分が傾いた傾斜面を有する、
    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２絶縁プレートは、
    前記傾斜面に沿って流れる流体が外部に排出されるように構成された排出ポートを備える、
    請求項８に記載のバッテリーモジュール。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ含む、バッテリーラック。
  11. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ含む、電力貯蔵装置。
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