JP7844574B2

JP7844574B2 - バッテリーモジュールの消火構造

Info

Publication number: JP7844574B2
Application number: JP2024167306A
Authority: JP
Inventors: 黄俊傑; 連晋; ▲ちゃん▼智強
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2023-12-21
Filing date: 2024-09-26
Publication date: 2026-04-13
Anticipated expiration: 2044-09-26
Also published as: EP4574218A1; US20250205525A1; JP2025100331A

Description

本発明は、バッテリーの組立構造に関し、特に、膨張断熱材層を空気導流路の側壁に対応して配置することにより、異常加熱時に膨張断熱材層が膨張して気流を遮断するほか、膨張断熱材層の配置により、内部の熱源による誤作動を防止し、通常の気流による放熱性能に影響を与えない、バッテリーモジュールの消火構造（ｆｉｒｅｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂａｔｔｅｒｙｍｏｄｕｌｅ）に関するものである。

現在の電子キャビネットには、バッテリー蓄電システム（ＢａｔｔｅｒｙＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ、ＢＥＳＳ）が装備されていることが多く、バッテリー蓄電システムは、データバックアップバッテリーユニット（ＢａｃｋｕｐＢａｔｔｅｒｙＵｎｉｔ、ＢＢＵ）を提供する。従来のデータバックアップバッテリーユニットには、バッテリーパックとＤＣ／ＤＣモジュールが含まれる。内部部品の放熱が必要なため、モジュールの前端または後端にファンが取り付けられるとともに、モジュールハウジング（ｍｏｄｕｌｅｈｏｕｓｉｎｇ）の前後側に空気穴が設けられている。バッテリー蓄電システムの内部部品が熱暴走反応（ＴｈｅｒｍａｌＲｕｎａｗａｙ）を起こすと、炎とともに高温の可燃性ガスが発生する。高温の可燃性ガスとそれに伴う炎は、データバックアップバッテリーモジュールの前後の通気口から漏れる可能性がある。しかし、裸火が逃げると、システムの外部発火やコンピューター室での火災の危険性が高まる。バッテリー蓄電システムの安全要件により、内部部品が熱暴走反応を起こしたときに裸火が逃げるのを避ける必要がある。

そこで、従来技術の欠点を解決し、膨張断熱材層を空気導流路の側壁に対応して配置することにより、異常加熱時に膨張断熱材層が膨張して気流を遮断するほか、膨張断熱材層の配置により、内部の熱源による誤作動を防止し、通常の気流による放熱性能に影響を与えない、バッテリーモジュールの消火構造を提供する必要がある。

本発明の目的は、膨張断熱材層を空気導流路の側壁に対応して配置することにより、異常加熱時に膨張断熱材層が膨張して気流を遮断するほか、膨張断熱材層の配置により、内部の熱源による誤作動を防止し、通常の気流による放熱性能に影響を与えない、火の流出を防止するバッテリーモジュールの消火構造を提供することである。

本発明の別の目的は、バッテリーモジュールの消火構造を提供することである。膨張断熱材層として膨張性難燃ステッカーを採用し、膨張性難燃ステッカーは、初期厚みが０．５１ｍｍ～０．５４ｍｍの範囲であるため、データバックアップバッテリーユニット内部の導風鉄材で構成された空気導流アセンブリに容易に貼り付けられ、空気導流路の対向する両側壁に対称的に配置され、空気導流路内の通常の気流による放熱性能に影響を与えない。さらに、膨張性難燃ステッカーの特性により、膨張性難燃ステッカーは異常加熱時に膨張し、空気導流路を密閉して、火炎の流出を防止する。膨張性難燃ステッカーの反応温度は２００°Ｃ～５５０°Ｃの範囲である。異常温度が２００°Ｃ以上に達すると、急速な炭化が起こり、膨張して保護層を形成し、密閉空間で助燃性ガスを効果的に遮断することができる。また、内部温度が上昇すると、膨張性難燃ステッカーの反応性材料はより迅速に少なくとも３０倍の難燃層に膨張し、多孔質難燃層により良好な難燃効果が得られる。

本発明のまた別の目的は、バッテリーモジュールの消火構造を提供することである。空気導流アセンブリによって形成される空気導流路を設置することにより、ハウジング内部を通るように気流をスムーズに導いて、バッテリーパックによって発生した熱を効果的に放散することができると同時に、膨張断熱材層をそれに容易に貼り付けることができる。膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は９０度以上である。これにより、膨張断熱材層は、空気導流路内の通常の気流に影響を与えることなく、前端面に向かって収容空間から遠ざかる方向で空気導流アセンブリのサイドバッフルまたは中央分流湾曲した板に貼り付けることで、バッテリーパックや内部部品によって発生した熱源が膨張断熱材層による保護機構を誤って作動させるのを防ぐことができる。また、膨張断熱材層の特性により、膨張断熱材層は異常加熱時に膨張して空気入口付近の空気導流路を密閉し、気流の供給を遮断し、難燃効果を効果的に発揮する。

上記の目的を達成するために、本発明の広範な実施形態では、ハウジング、バッテリーパック、空気導流路、ファン、および膨張断熱材層を含むバッテリーモジュールの消火構造を提供する。ハウジングは、互いに対向する第１端面および第２端面、空気入口、空気出口、および収容空間を備え、空気入口は第１端面に配置され、空気出口は第２端面に配置され、収容空間は空気入口と空気出口との間に連通している。バッテリーパックは収容空間に収容される。空気導流路は、第１端面と収容空間との間、または／および第２端面と収容空間との間に連通しており、第１端面から第２端面への気流方向に沿って気流を導くように構成される。ファンは、空気入口または空気出口に隣接して配置され、空気導流路および収容空間を通る気流を発生させて、バッテリーパックによって発生した熱を放散するように構成される。膨張断熱材層は空気導流路の側壁に設置され、反応温度で反応して膨張し、空気導流路を密閉するように構成され、膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は９０度以上である。

一実施形態では、膨張断熱材層は、空気導流路の対向する両側壁にそれぞれ設置された一対の膨張断熱材層を含み、前記一対の膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は９０度である。

一実施形態では、前記一対の膨張断熱材層は、それぞれ空気導流路の上側壁および下側壁、または／および空気導流路の左側壁および右側壁に対称的に設置される。

一実施形態では、前記一対の膨張断熱材層はそれぞれ初期厚みを有し、空気導流路は対向する両側壁の間に空気導流間隔を有し、空気導流間隔は初期厚みの３０倍以下である。

一実施形態では、膨張断熱材層は膨張性難燃ステッカーであり、反応温度は２００°Ｃ～５５０°Ｃの範囲である。

一実施形態では、バッテリーモジュールの消火構造は空気導流アセンブリをさらに含む。前記空気導流アセンブリは、第１端面と収容空間との間、または／および収容空間と第２端面との間に設置され、第１端面と収容空間との間、または／および収容空間と第２端面との間に連通する空気導流路を形成するよう構成される。

上記の目的を達成するために、本発明の広範な実施形態では、ハウジング、空気導流アセンブリ、バッテリーパック、ファン、および膨張断熱材層を含むバッテリーモジュールの消火構造を提供する。ハウジングは、互いに対向する第１端面および第２端面、空気入口、空気出口、および収容空間を備え、空気入口は第１端面に配置され、空気出口は第２端面に配置され、収容空間は空気入口と空気出口との間に連通している。空気導流アセンブリは、第１端面と収容空間との間に設置され、第１端面と収容空間の間に連通する空気導流路を形成するように構成される。バッテリーパックは、収容空間に収容され、空気導流アセンブリと第２端面との間に配置される。ファンは、空気入口または空気出口に隣接して配置され、第１端面から第２端面への気流方向に沿って空気導流路および収容空間を通る気流を発生させて、バッテリーパックによって発生した熱を放散するように構成される。膨張断熱材層は、空気導流アセンブリに貼り付けられ、反応温度で反応して膨張し、空気導流路を密閉するように構成され、膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は９０度以上である。

一実施形態では、空気導流アセンブリは、ハウジングの内面に斜めに配置されかつ内側に延在する一対のバッフル（ｂａｆｆｌｅ）を含む。前記一対のバッフルの第１端はハウジングに接続され、前記一対のバッフルの第２端は収容空間に向かって傾斜しており、前記一対のバッフルは外側傾斜面と内側傾斜面を有し、外側傾斜面は第１端面に面し、内側傾斜面は収容空間に面する。前記一対のバッフルはハウジングの内面に対して鋭角をなしており、膨張断熱材層は、外側傾斜面に設置され、収容空間とは反対側を向いており、膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は９０度よりも大きい。

一実施形態では、空気導流アセンブリは、前記一対のバッフルの第２端から収容空間に向かってそれぞれ延在する一対の延出部をさらに含み、前記一対の延出部がハウジングの内面に対してなす角度は、前記一対のバッフルとハウジングの内面とがなす鋭角よりも小さい。

一実施形態では、空気導流アセンブリは、ハウジングの内面に垂直に設置されかつ内側に延在する一対のバッフルを含み、前記一対のバッフルは外面と内面を有し、外面は第１端面に面し、内面は収容空間に面し、膨張断熱材層は、外面に設置され、収容空間とは反対側を向いており、膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は１８０度である。

一実施形態では、空気導流アセンブリは、前記一対のバッフルと第１端面との間に設置された湾曲した板を含み、湾曲した板の凸面は第１端面に面し、湾曲した板の凹面は前記一対のバッフルおよび収容空間に面する。

一実施形態では、空気導流アセンブリは、一対のバッフルと、湾曲した板とを含む。前記一対のバッフルは、ハウジングの内面に垂直に設置され、内側に延在し、外面と内面を有し、外面は第１端面に面し、内面は収容空間に面する。湾曲した板は、前記一対のバッフルと第１端面との間に設置され、湾曲した板の凸面は第１端面に面し、湾曲した板の凹面は前記一対のバッフルおよび収容空間に面し、膨張断熱材層は、湾曲した板の凸面に設置され、収容空間とは反対側を向いており、膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は１８０度である。

一実施形態では、空気導流アセンブリは、一対のバッフルと、湾曲した板とを含む。前記一対のバッフルは、ハウジングの内面に垂直に設置され、内側に延在し、外面と内面を有し、外面は第１端面に面し、内面は収容空間および湾曲した板に面する。湾曲した板は、前記一対のバッフルと収容空間との間に設置され、湾曲した板の凹面は、前記一対のバッフルおよび第１端面に面し、湾曲した板の凸面は収容空間に面し、膨張断熱材層は、湾曲した板の凹面に設置され、収容空間とは反対側を向いており、膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は１８０度である。

一実施形態では、一対の膨張断熱材層は膨張性難燃ステッカーであり、反応温度は２００°Ｃ～５５０°Ｃの範囲である。

一実施形態では、反応温度における膨張断熱材層の体積膨張率は３０倍を超える。

以下の本発明の詳細な説明および実施形態の概略図は、当業者が上記内容を十分に理解できるようにするためのものであり、本発明を限定するものではない。

本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。

本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。

本発明の第３実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。

本発明の第４実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。

本発明の第５実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。

本発明の第６実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。

本発明の特徴と利点を示すいくつかの典型的な実施形態について、後述の説明において詳細に記述する。本発明は異なる態様において様々な変化を有することができ、いずれも本発明の範囲から逸脱することなく、かつその説明および図面は本質的に例示するために用いられものであり、本発明を限定する意図はないことを理解されたい。例えば、本発明の以下の内容において、第１特徴を第２特徴の上または上方に設置することが記述される場合、設置された上記第１特徴が上記第２特徴と直接接触している実施形態を含み、追加の特徴を上記第１特徴と上記第２特徴との間に設置することで、上記第１特徴が上記第２特徴と直接接触していない実施形態も含むことを示す。さらに、本発明の異なる実施形態において、重複する参照符号および／または記号を使用可能である。これらの重複は簡潔化と明確化の目的で、各実施形態および／または前記外観構造間の関係を制限するために使用されるものではない。また、図面における構成要素または特徴要素と他の（複数の）構成要素または（複数の）特徴要素との関係を簡易に記述するために、例えば、「内」、「外」、「前」、「後」、「上」、「下」、「左」、「右」、および類似する用語などの空間関連の用語を用いることができる。図面に示される方位に加えて、空間関連の用語は、使用中または作動中の装置の異なる方位を含むために用いられる。前記装置は、別途に位置決めされ（例えば、９０度回転または他の方位に位置し）てもよく、それに応じて使用される空間関連の用語の記述を解釈する。さらに、一つの構成要素が他の構成要素に「接続」または「結合」すると称する場合、他の構成要素に直接的に接続または結合することができ、または介在構成要素が存在しうる。さらに、「第１」、「第２」などの用語は、特許請求の範囲において異なる構成要素を記述するために用いられることができるが、これらの構成要素はこれらの用語によって限定されるべきではなく、実施形態において記述されたこれらの構成要素は異なる構成要素記号によって示されることを理解されたい。これらの用語は、異なる構成要素を区別するためのものである。例えば、第１構成要素は第２構成要素と称されることができ、同様に、第２構成要素も第１構成要素と称されることができ、実施形態の範囲から逸脱することがない。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、列挙された関連する項目の１つまたは複数のあらゆる組み合わせを含む。

図１は、本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。本実施形態では、バッテリーモジュールの消火構造１は、例えばバッテリー蓄電システム（ＢａｔｔｅｒｙＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ、ＢＥＳＳ）におけるデータバックアップバッテリーユニット（ＢａｃｋｕｐＢａｔｔｅｒｙＵｎｉｔ、ＢＢＵ）に適用されており、ハウジング（Ｈｏｕｓｉｎｇ）１０、バッテリーパック（ＢａｔｔｅｒｙＰａｃｋ）２０、空気導流路３０、ファン４０、および膨張断熱材層５０を含む。ハウジング１０は、例えばバッテリーモジュールハウジング（Ｍｏｄｕｌｅｈｏｕｓｉｎｇ／ｃｈａｓｓｉｓ）であり、互いに対向する第１端面１０１および第２端面１０２、空気入口（Ｉｎｌｅｔ）１１、空気出口（Ｏｕｔｌｅｔ）１２、および収容空間（Ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｓｐａｃｅ）１３を備える。ハウジング１０は、例えば直方体状であり、第１端面１０１と第２端面１０２は、それぞれ直方体の前端面および後端面である。本実施形態では、空気入口１１は第１端面１０１に配置され、空気出口１２は第２端面１０２に配置され、収容空間１３は空気入口１１と空気出口１２との間に連通している。もちろん、空気入口１１および空気出口１２のサイズ、型式、数量および配置は、実際の応用要求に応じて調整でき、本発明はこれに限定されない。バッテリーパック２０は、例えば、アレイ状に配列され、収容空間１３内に収容される複数のバッテリーセル（ＢａｔｔｅｒｙＣｅｌｌ）を含む。空気導流路３０は、例えば、第１端面１０１と収容空間１３との間に連通する前空気導流路３１、または／および第２端面１０２と収容空間１３との間に連通する後空気導流路３２を含む。これにより、空気導流路３０は、第１端面１０１から第２端面１０２への気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）に沿って気流Ｆを導くように構成され得る。

本実施形態では、ファン４０は、ハウジング１０内に埋設され、空気出口１２に隣接して設けられ、空気導流路３０（前空気導流路３１および後空気導流路３２）および収容空間１３を通る気流Ｆを発生させて、バッテリーパック２０によって発生した熱を放散するように構成される。なお、他の実施形態では、ファン４０は、空気入口１１、空気入口１１、および空気出口１２の間に隣接して配置することもでき、あるいは、空気導流路３０（前空気導流路３１および後空気導流路３２）および収容空間１３を通る気流Ｆを発生させて、バッテリーパック２０によって発生した熱を放散すできるものであれば、本発明に適用することができる。説明の便宜上、以下の実施形態では、空気出口１２または空気入口１１に隣接して配置されるファン４０のみを説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その説明は省略する。本実施形態では、膨張断熱材層５０は空気導流路３０（前空気導流路３１または後空気導流路３２）の少なくとも一方の側壁に設置され、反応温度で反応して膨張し、空気導流路３０（前空気導流路３１または後空気導流路３２）を密閉するように構成される。膨張断熱材層５０の法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは９０度以上である。

本実施形態では、膨張断熱材層５０は、例えば一対で配置され、前空気導流路３１の上下の対向する両側壁にそれぞれ設置された一対の膨張断熱材層５１、５２を含み、後空気導流路３２の上下の対向する両側壁にそれぞれ設置された一対の膨張断熱材層５３、５４を含んでもよい。このように、膨張断熱材層５０、５１、５２、５３、５４の法線方向Ｎは、例えば、Ｚ軸方向と平行であり、すなわち、膨張断熱材層５０、５１、５２、５３、５４の法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは９０度である。他の実施形態では、一対の膨張断熱材層５０は、例えば、前空気導流路３１および後空気導流路３２の左右の対向する両側壁にそれぞれ設置される。このように、膨張断熱材層５０の法線方向Ｎは、例えば、Ｙ軸方向と平行であり、すなわち、膨張断熱材層５０の法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは９０度である。他の実施形態では、一対の膨張断熱材層５０は、それぞれ空気導流路３０の上側壁および下側壁または／および空気導流路３０の左側壁および右側壁に対称的に設置される。膨張断熱材層５０の法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは９０度以上に維持されるため、膨張断熱材層５０は空気導流路３０のいずれかの側壁に貼り付けられており、空気導流路３０内の通常の気流Ｆの流れに影響を与えない。ファン４０によって発生する気流Ｆは、バッテリーパック２０によって発生した熱を効果的に排出することができる。

本実施形態では、膨張断熱材層５０は、例えば、初期厚みＴが０．５１ｍｍ～０．５４ｍｍの範囲、反応温度が２００°Ｃ～５５０°Ｃの範囲の膨張性難燃ステッカー（Ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｔｆｉｒｅｒｅｔａｒｄａｎｔｓｔｉｃｋｅｒｓ）である。膨張断熱材層５０として膨張性難燃ステッカーを採用し、膨張性難燃ステッカーは、初期厚みＴが０．５１ｍｍ～０．５４ｍｍの範囲であるため、空気導流路３０の対向する両側壁に対称的に配置しやすく、空気導流路３０内の通常の気流Ｆの流れに影響を与えない。また、膨張性難燃ステッカーの特性により、膨張断熱材層５０が異常加熱時に膨張し、空気導流路３０を密閉して、火炎の流出を防止する。また、膨張断熱材層５０の反応温度は２００°Ｃ～５５０°Ｃの範囲である。當異常温度が２００°Ｃ以上に達すると、膨張断熱材層５０は急速に炭化して膨張して保護層を形成し、密閉空間で助燃性ガスを効果的に遮断することができる。本実施形態では、空気導流路３０（前空気導流路３１または後空気導流路３２）は、上下の対向する両側壁の間に空気導流間隔Ｄを有する。好ましくは、空気導流間隔Ｄが初期厚みＴの３０倍以下である。反応温度での反応による膨張断熱材層５０の体積膨張率は３０倍を超える。異常温度の上昇に伴い、膨張断熱材層５０の反応性材料はより迅速に少なくとも３０倍の難燃層に膨張し、多孔質難燃層により、前空気導流路３１または後空気導流路３２を確実に密閉して密閉空間を形成し、良好な難燃効果を達成することができる。

なお、空気導流路３０（前空気導流路３１または後空気導流路３２）の配置は、データバックアップバッテリーユニット内部の導風鉄材で構成することができる。本実施形態では、バッテリーモジュールの消火構造１は、第１端面１０１と収容空間１３との間に設置され、第１端面１０１と収容空間１３との間に連通する前空気導流路３１を形成するように構成される空気導流アセンブリ６０をさらに含む。バッテリーモジュールの消火構造１は、収容空間１３と第２端面１０２との間に設置され、収容空間１３と第２端面１０２との間に連通する後空気導流路３２を形成するように構成される空気導流アセンブリ７０をさらに含んでもよい。空気導流アセンブリ６０、７０は、同一の又は異なる導風鉄材で構成されるものに限定されない。もちろん、空気導流路３０の設置は、実際の応用要求に応じて調整することもできる。本発明では、膨張断熱材層５０として膨張性難燃ステッカーを採用し、空気導流路３０内の通常の気流Ｆの流路に影響を与えることなく、設置を完了することができる。

図２は、本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。本実施形態では、本発明は、ハウジング１０、空気導流アセンブリ８０、バッテリーパック２０、ファン４０、および膨張断熱材層５０ａを含む、バッテリー蓄電システムにおけるデータバックアップバッテリーユニットに適用されるバッテリーモジュールの消火構造１ａを提供する。ハウジング１０は、互いに対向する第１端面１０１および第２端面１０２と、空気入口１１と、空気出口１２と、収容空間１３とを有する。ハウジング１０は、例えば直方体状であり、第１端面１０１および第２端面１０２は、それぞれ直方体の前端面および後端面である。本実施形態では、空気入口１１は第１端面１０１に配置され、空気出口１２は第２端面１０２に配置され、収容空間１３は、空気入口１１と空気出口１２との間に連通している。もちろん、空気入口１１および空気出口１２のサイズ、型式、数量および配置は、実際の応用要求に応じて調整でき、本発明はこれに限定されない。また、空気導流アセンブリ８０は第１端面１０１と収容空間１３との間に設置され、第１端面１０１と収容空間１３との間に連通する空気導流路３０を形成するように構成される。バッテリーパック２０は、例えば、アレイ状に配列され、収容空間１３内に収容され、空気導流アセンブリ８０と第２端面１０２との間に配置された複数のバッテリーセルを含む。ファン４０は、ハウジング１０内に埋設され、空気出口１２に隣接して配置され、第１端面１０１から第２端面１０２への気流方向（すなわち、Ｘ軸方向））に沿って流れる気流Ｆを発せさせるように構成される。気流Ｆは空気入口１１から空気導流路３０に入り、収容空間１３を流れてから、空気出口１２から排出され、バッテリーパック２０によって発生した熱を効果的に放散する。もちろん、ファン４０は、ハウジング１０内に埋設され、空気入口１１に隣接して配置されていてもよく、ここでは説明を省略する。本実施形態では、膨張断熱材層５０ａは空気導流アセンブリ８０に貼り付けられており、膨張断熱材層５０ａの法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは９０度以上であり、空気導流路３０内の気流Ｆの流れには影響を与えず、異常反応温度が２００°Ｃ～５５０°Ｃの場合に反応して膨張し、空気導流路３０を密閉することができる。

本実施形態では、空気導流アセンブリ８０は、ハウジング１０の内面に斜めに設置され、内側に延び、互いに対称である一対のバッフル（ｂａｆｆｌｅ）８１を含む。一対のバッフル８１の第１端８１３は、ハウジング１０の内面に接続され、一対のバッフル８１の第２端８１４は収容空間１３に向けて傾斜している。このように、一対のバッフル８１は、外側傾斜面８１１と内側傾斜面８１２とを形成する。外側傾斜面８１１は第１端面１０１に面し、内側傾斜面８１２は収容空間１３に面する。本実施形態では、一対のバッフル８１は、ハウジング１０の内面に対して鋭角Ａを形成し、膨張断熱材層５０ａは、外側傾斜面８１１に設置され、収容空間１３とは反対側を向いている。言い換えると、膨張断熱材層５０ａの法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは９０度よりも大きい。これにより、膨張断熱材層５０ａとして薄い膨張性難燃ステッカーを採用すると、空気導流路３０内の通常の気流Ｆの流れに影響を与えることなく、一対のバッフル８１の外側傾斜面８１１に容易に貼り付けることができる。また、膨張断熱材層５０ａは収容空間１３とは反対側を向いており、バッテリーパック２０や内部部品から発生する熱源が膨張断熱材層５０ａによる保護機構を誤って作動させることを防止できる。膨張断熱材層５０ａは、異常加熱温度が２００°Ｃに達した場合にのみ反応して膨張し、空気入口１１付近の空気導流路３０を密閉して、気流Ｆの供給を遮断し、難燃効果を有効に発揮する。

図３は、本発明の第３実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。本実施形態では、バッテリーモジュールの消火構造１ｂは、図２に示すバッテリーモジュールの消火構造１ａと類似しており、同一の符号は、同一の構成要素、構造及び機能を表し、ここでは説明を省略する。本実施形態では、空気導流路３０を形成するように構成された空気導流アセンブリ８０ａは、一対の延出部８１５をさらに含む。一対の延出部８１５は、それぞれ一対のバッフル８１の第２端８１４から収容空間１３に向けて延出している。一対の延出部８１５がハウジング１０の内面に対してなす角度Ｂは、一対のバッフル８１がハウジング１０の内面に対してなす鋭角Ａよりも小さい。空気導流路３０は、延出部８１５を設置することにより、気流Ｆによる収容空間１３内のバッテリーパック２０の放熱効果をさらに高め、バッテリーパック２０や内部部品から発生する熱源が膨張断熱材層５０ａによる保護機構を誤って作動させる可能性を低減することができる。もちろん、延出部８１５の延出長さ及び角度範囲は、実際の応用要求に応じて調整でき、本発明はこれに限定されるものではない。

図４は、本発明の第４実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。本実施形態では、バッテリーモジュールの消火構造１ｃは、図２に示すバッテリーモジュールの消火構造１ａと類似しており、同一の符号は、同一の構成要素、構造及び機能を表し、ここでは説明を省略する。本実施形態では、空気導流路３０を形成するように構成された空気導流アセンブリ８０ｂは、ハウジング１０の内面に垂直に設置されかつ内側に延びる一対のバッフル８２を含む。一対のバッフル８２は互いに対称であり、各バッフル８２は外面８２１と内面８２２を有する。外面８２１は第１端面１０１に面し、内面８２２は収容空間１３に面する。本実施形態では、膨張断熱材層５０ｂは外面８２１に設置され、収容空間１３とは反対側を向いている。このように、膨張断熱材層５０ｂの法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは１８０度である。これにより、膨張断熱材層５０ｂとして薄い膨張性難燃ステッカーを採用すると、空気導流路３０内の通常の気流Ｆの流れに影響を与えることなく、一対のバッフル８２の外面８２１に容易に貼り付けることができる。また、膨張断熱材層５０ｂは収容空間１３とは反対側を向いており、バッテリーパック２０や内部部品から発生する熱源が膨張断熱材層５０ｂによる保護機構を誤って作動させることを防止できる。膨張断熱材層５０ｂは、異常加熱温度が２００°Ｃに達した場合にのみ反応して膨張し、空気入口１１付近の空気導流路３０を密閉して、気流Ｆの供給を遮断し、難燃効果を有効に発揮する。

本実施形態では、空気導流アセンブリ８０ｂは、一対のバッフル８２と第１端面１０１との間に設置された湾曲した板８３をさらに含む。湾曲した板８３の凸面（Ｃｏｎｖｅｘｓｕｒｆａｃｅ）８３１は第１端面１０１に面し、湾曲した板８３の凹面（Ｃｏｎｃａｖｅｓｕｒｆａｃｅ）８３２は一対のバッフル８２および収容空間１３に面することで、気流Ｆを調整したり、分流したりする。さらに、湾曲した板８３を設置することにより、異常加熱膨張後の膨張断熱材層５０ｂが一対のバッフル８２と湾曲した板８３との間に充填し、空気入口１１付近の空気導流路３０を密閉して、気流Ｆの供給を遮断し、難燃効果を有効に発揮することに役立つ。もちろん、湾曲した板８３の大きさや配置位置は、実際の応用要求に応じて調整でき、本発明はこれに限定されない。

図５は、本発明の第５実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。本実施形態では、バッテリーモジュールの消火構造１ｄは、図２に示すバッテリーモジュールの消火構造１ａと類似しており、同一の符号は、同一の構成要素、構造及び機能を表し、ここでは説明を省略する。本実施形態では、空気導流路３０を形成するように構成された空気導流アセンブリ８０ｂは、一対のバッフル８２と、湾曲した板８３とを含む。一対のバッフル８２は、ハウジング１０の内面に垂直に設置され、内側に延び、外面８２１と内面８２２を有する。外面８２１は第１端面１０１に面し、内面８２２は収容空間１３に面する。本実施形態では、湾曲した板８３は、一対のバッフル８２と第１端面１０１との間に設置される。湾曲した板８３の凸面８３１は第１端面１０１に面し、湾曲した板８３の凹面８３２は一対のバッフル８２および収容空間１３に面する。本実施形態では、膨張断熱材層５０ｃは湾曲した板８３の凸面８３１に設置され、収容空間１３とは反対側を向いている。言い換えると、膨張断熱材層５０ｃの法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは１８０度である。これにより、膨張断熱材層５０ｃとして薄い膨張性難燃ステッカーを採用すると、空気導流路３０内の通常の気流Ｆの流れに影響を与えることなく、湾曲した板８３の凸面８３１に容易に貼り付けることができるとともに、バッテリーパック２０や内部部品から発生する熱源が膨張断熱材層５０ｃによる保護機構を誤って作動させることを防止できる。膨張断熱材層５０ｃは、反応温度範囲に異常加熱された場合にのみ反応して膨張し、空気入口１１付近の空気導流路３０を密閉して、気流Ｆの供給を遮断し、難燃効果を有効に発揮する。

図６は、本発明の第６実施形態によるバッテリーモジュールの消火構造の概略断面図を示す。本実施形態では、バッテリーモジュールの消火構造１ｅは、図５に示すバッテリーモジュールの消火構造１ｄと類似しており、同一の符号は、同一の構成要素、構造及び機能を表し、ここでは説明を省略する。本実施形態では、ファン４０ａは、ハウジング１０内に埋設され、空気入口１１に隣接して設けられ、空気入口１１から空気導流路３０および収容空間１３を通って、最後に空気出口１２から排出されて、バッテリーパック２０によって発生した熱を放散する気流Ｆを発生させるように構成される。もちろん、他の実施形態では、ファン４０ａは、空気出口１２、空気入口１１、および空気出口１２の間に隣接して配置されてもよく、あるいは、空気導流路３０および収容空間１３を通る気流Ｆを生成できるものであれば、本発明に適用することができる。さらに、本実施形態では、空気導流路３０を形成するように構成された空気導流アセンブリ８０ｃは、一対のバッフル８２と、湾曲した板８４とを含む。一対のバッフル８２は、ハウジング１０の内面に垂直に設置され、内側に延び、外面８２１と内面８２２を有する。外面８２１は第１端面１０１に面し、内面８２２は収容空間１３および湾曲した板８４に面する。すなわち、湾曲した板８４は、一対のバッフル８２と収容空間１３との間に設置され、気流Ｆを分流する。湾曲した板８４の凹面８４１は一対のバッフル８２および第１端面１０１に面し、湾曲した板８４の凸面８４２は収容空間１３に面する。本実施形態では、膨張断熱材層５０ｄは、湾曲した板８４の凹面８４１に設置され、収容空間１３とは反対側を向いている。同様に、膨張断熱材層５０ｄの法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αは１８０度である。これにより、膨張断熱材層５０ｄとして薄い膨張性難燃ステッカーを採用すると、空気導流路３０内の通常の気流Ｆの流れに影響を与えることなく、湾曲した板８４の凹面８４１に容易に貼り付けることができるとともに、バッテリーパック２０や内部部品から発生する熱源が膨張断熱材層５０ｄによる保護機構を誤って作動させることを防止できる。膨張断熱材層５０ｄが反応温度範囲に異常加熱されると、急速に反応して膨張し、一対のバッフル８２と湾曲した板８４との間に充填し、空気入口１１付近の空気導流路３０を密閉して、気流Ｆの供給を遮断し、難燃効果を有効に発揮する。

以上から分かるように、上記実施形態では、膨張断熱材層５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは、いずれも空気導流路３０の側壁に隣接して配置され、膨張断熱材層５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの法線方向Ｎと気流方向（すなわち、Ｘ軸方向）とのなす角度αが９０度以上である。これにより、膨張性難燃ステッカーの設置が容易で、気流Ｆの流れをスムーズに維持しながら、保護機構を誤って作動させる問題を解決する。膨張性難燃ステッカーを使用して、バッテリーシステムの熱暴走拡散に対する抵抗能力を実際にテストしたところ、バッテリーモジュールの消火構造１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに設置された膨張断熱材層５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄはすべて、空気導流路３０を効果的に遮断し、火炎の流出を防止し、可燃性ガスを前方空気入口１から大量に散逸できることが判明した。

上記のように、本発明は、膨張断熱材層を空気導流路の側壁に対応して配置することにより、異常加熱時に膨張断熱材層が膨張して気流を遮断するほか、膨張断熱材層の配置により、内部の熱源による誤作動を防止し、通常の気流による放熱性能に影響を与えない、バッテリーモジュールの消火構造を提供する。本発明では、膨張断熱材層として膨張性難燃ステッカーを採用し、膨張性難燃ステッカーは、初期厚みが０．５１ｍｍ～０．５４ｍｍの範囲であるため、データバックアップバッテリーユニット内部の導風部材で構成された空気導流アセンブリに容易に貼り付けられ、空気導流路の対向する両側壁に対称的に配置され、空気導流路内の通常の気流による放熱性能に影響を与えない。また、膨張性難燃ステッカーの特性により、膨張性難燃ステッカーは異常加熱時に膨張し、空気導流路を密閉して、火炎の流出を防止する。膨張性難燃ステッカーの反応温度は２００°Ｃ～５５０°Ｃの範囲である。異常温度が２００°Ｃ以上に達すると、急速な炭化が起こり、膨張して保護層を形成し、密閉空間で助燃性ガスを効果的に遮断することができる。また、内部温度が上昇すると、膨張性難燃ステッカーの反応性材料はより迅速に少なくとも３０倍の難燃層に膨張し、多孔質難燃層により良好な難燃効果が得られる。空気導流アセンブリによって形成される空気導流路を設置することにより、ハウジング内部を通るように気流をスムーズに導いて、バッテリーパックによって発生した熱を効果的に放散することができると同時に、膨張断熱材層をそれに容易に貼り付けることができる。膨張断熱材層の法線方向と気流方向とのなす角度は９０度以上である。これにより、膨張断熱材層は、空気導流路内の通常の気流に影響を与えることなく、前端面に向かって収容空間から遠ざかる方向で空気導流アセンブリのサイドバッフルまたは中央分流湾曲した板に貼り付けることで、バッテリーパックや内部部品によって発生した熱源が膨張断熱材層による保護機構を誤って作動させるのを防ぐことができる。また、膨張断熱材層の特性により、膨張断熱材層は異常加熱時に膨張して、空気入口付近の空気導流路を密閉し、気流の供給を遮断し、難燃効果を効果的に発揮する。

本発明は当業者なら様々な修正を加えることができるが、特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することはない。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ：バッテリーモジュールの消火構造
１０：ハウジング
１０１：第１端面
１０２：第２端面
１１：空気入口
１２：空気出口
１３：収容空間
２０：バッテリーパック
３０：空気導流路
３１：前空気導流路
３２：後空気導流路
４０、４０ａ：ファン
５０、５１、５２、５３、５４、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ：膨張断熱材層
６０、７０：空気導流アセンブリ
８０、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ：空気導流アセンブリ
８１：バッフル
８１１：外側傾斜面
８１２：内側傾斜面
８１３：第１端
８１４：第２端
８１５：延出部
８２：バッフル
８２１：外面
８２２：内面
８３：湾曲した板
８３１：凸面
８３２：凹面
８４：湾曲した板
８４１：凹面
８４２：凸面
Ａ：鋭角
Ｂ：角度
Ｄ：空気導流間隔
Ｆ：気流
Ｎ：法線方向
Ｔ：初期厚み
Ｘ、Ｙ、Ｚ：軸
α：角度

Claims

ハウジング、空気導流アセンブリ、バッテリーパック、ファン、及び膨張断熱材層を含むバッテリーモジュールの消火構造であって、
前記ハウジングは、互いに対向する第１端面および第２端面、空気入口、空気出口、および収容空間を備え、前記空気入口は前記第１端面に配置され、前記空気出口は前記第２端面に配置され、前記収容空間は前記空気入口と前記空気出口との間に連通しており、
前記空気導流アセンブリは、前記第１端面と前記収容空間との間に設置され、前記第１端面と前記収容空間との間に連通する空気導流路を形成するように構成され、
前記バッテリーパックは、前記収容空間に収容され、前記空気導流アセンブリと前記第２端面との間に配置され、
前記ファンは、前記空気入口または前記空気出口に隣接して配置され、前記第１端面から前記第２端面への気流方向に沿って前記空気導流路および前記収容空間を通る気流を発生させて、前記バッテリーパックによって発生した熱を放散するように構成され、
前記膨張断熱材層は、前記空気導流アセンブリに貼り付けられ、反応温度で反応して膨張し、前記空気導流路を密閉するように構成され、前記膨張断熱材層の法線方向と前記気流方向とのなす角度は９０度以上であり、前記膨張断熱材層は、前記第１端面に面しかつ前記収容空間とは反対側を向いている、
バッテリーモジュールの消火構造。
前記空気導流アセンブリは、前記ハウジングの内面に斜めに配置されかつ内側に延在する一対のバッフルを含み、
前記一対のバッフルの第１端は前記ハウジングに接続され、前記一対のバッフルの第２端は前記収容空間に向かって傾斜しており、前記一対のバッフルは外側傾斜面と内側傾斜面を有し、前記外側傾斜面は前記第１端面に面し、前記内側傾斜面は前記収容空間に面し、
前記一対のバッフルは前記ハウジングの内面に対して鋭角をなしており、前記膨張断熱材層は、前記外側傾斜面に設置され、前記膨張断熱材層の前記法線方向と前記気流方向とのなす角度は９０度よりも大きい、請求項１に記載のバッテリーモジュールの消火構造。
前記空気導流アセンブリは、前記一対のバッフルの前記第２端から前記収容空間に向かってそれぞれ延在する一対の延出部をさらに含み、前記一対の延出部は前記ハウジングの内面に対してなす角度は、前記一対のバッフルと前記ハウジングの内面とのなす鋭角よりも小さい、請求項２に記載のバッテリーモジュールの消火構造。
前記空気導流アセンブリは、前記ハウジングの内面に垂直に設置されかつ内側に延在する一対のバッフルを含み、
前記一対のバッフルは外面と内面を有し、前記外面は前記第１端面に面し、前記内面は前記収容空間に面し、前記膨張断熱材層は前記外面に設置され、
前記膨張断熱材層の前記法線方向と前記気流方向とのなす角度は１８０度である、請求項１に記載のバッテリーモジュールの消火構造。
前記空気導流アセンブリは、前記一対のバッフルと前記第１端面との間に設置された湾曲した板を含み、前記湾曲した板の凸面は前記第１端面に面し、前記湾曲した板の凹面は前記一対のバッフルおよび前記収容空間に面する、請求項４に記載のバッテリーモジュールの消火構造。
前記空気導流アセンブリは、一対のバッフルと、湾曲した板とを含み、
前記一対のバッフルは、前記ハウジングの内面に垂直に設置され、内側に延在し、外面と内面を有し、前記外面は前記第１端面に面し、前記内面は前記収容空間に面し、
前記湾曲した板は、前記一対のバッフルと前記第１端面との間に設置され、前記湾曲した板の凸面は前記第１端面に面し、前記湾曲した板の凹面は前記一対のバッフルおよび前記収容空間に面し、前記膨張断熱材層は、前記湾曲した板の前記凸面に設置され、前記膨張断熱材層の前記法線方向と前記気流方向とのなす角度は１８０度である、請求項１に記載のバッテリーモジュールの消火構造。
前記空気導流アセンブリは、一対のバッフルと、湾曲した板とを含み、
前記一対のバッフルは、前記ハウジングの内面に垂直に設置され、内側に延在し、外面と内面を有し、前記外面は前記第１端面に面し、前記内面は前記収容空間および前記湾曲した板に面し、
前記湾曲した板は前記一対のバッフルと前記収容空間との間に設置され、前記湾曲した板の凹面は、前記一対のバッフルおよび前記第１端面に面し、前記湾曲した板の凸面は前記収容空間に面し、前記膨張断熱材層は、前記湾曲した板の前記凹面に設置され、前記膨張断熱材層の前記法線方向と前記気流方向とのなす角度は１８０度である、請求項１に記載のバッテリーモジュールの消火構造。
前記膨張断熱材層は膨張性難燃ステッカーであり、前記反応温度は２００°Ｃ～５５０°Ｃの範囲である、請求項１に記載のバッテリーモジュールの消火構造。
前記反応温度における前記膨張断熱材層の体積膨張率は３０倍を超える、請求項１に記載のバッテリーモジュールの消火構造。