JP2024533443A - バッテリーパック及びこれを含む自動車 - Google Patents

Abstract

バッテリーパック及びこれを含む自動車が開示される。本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、複数のパウチ型バッテリーセルと、内部空間にパウチ型バッテリーセルを収容するパックケースと、パックケースの内部空間において、複数のパウチ型バッテリーセルのうちの少なくとも一つのパウチ型バッテリーセルを少なくとも部分的に包み込むように設けられ、幅方向に長さが可変となるように構成された複数のセルカバーと、を含む。

Description

本出願は、２０２２年０７月２０日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００８９７５６号及び２０２２年０７月２０日付け出願の韓国特許出願第第１０－２０２２－００８９７５７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。

本発明は、バッテリーパック及びこれを含む自動車に関し、より詳細には、熱的事象に対する安定性などに優れたバッテリーパック及びこれを含む自動車に関する。

最近の各種のモバイル機器と電気自動車、エネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）などに対する技術の開発と需要の増加には目を見張るものがあり、これに伴い、エネルギー源としての二次電池への関心とニーズが急激に伸びている。従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池またはニッケル水素イオン電池が多用されていたが、最近には、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いリチウム二次電池が多用されている。

この種のリチウム二次電池は、主として、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液と一緒に封入する外装材、例えば、電池ケースと、を備える。

一般に、二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池と、に分類され得る。

最近には、電気自動車やエネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔａｒｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）などの中大型装置にも駆動用やエネルギー貯蔵用としてバッテリーパックが広く用いられている。

従来のバッテリーパックは、パックケースの内部に１つ以上のバッテリーモジュールとバッテリーパックの充放電を制御する制御ユニットを含む。ここで、バッテリーモジュールは、モジュールケースの内部に複数のバッテリーセルを含む形態に構成される。

すなわち、従来バッテリーパックの場合、複数のバッテリーセル（二次電池）がモジュールケースの内部に収容されてそれぞれのバッテリーモジュールを構成し、このようなバッテリーモジュールが１つ以上パックケースの内部に収容されてバッテリーパックを構成する。

特に、パウチ型電池の場合、軽量であり、積層時にデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）が小さいといったように、色々な側面からみて長所を有しているものの、外部の衝撃に弱く、組立性にやや劣っているという問題がある。

したがって、まず、複数のセルをモジュール化させた後、パックケースの内部に収容される形態にバッテリーパックが製造されるのが一般的である。

しかしながら、従来のバッテリーパックの場合、モジュール化などによってエネルギー密度と組立性、冷却性などの側面からみて不利になる可能性がある。また、従来のバッテリーパックやバッテリーモジュールの場合、熱的事象に弱い可能性がある。特に、バッテリーモジュールやバッテリーパックの内部において熱的事象が生じた場合、熱暴走が起こる結果、火炎が生じ、酷い場合には爆発が生じる虞もある。

したがって、本発明は、上記のような問題を解決するために案出されたものであって、熱的事象が生じたときに優れた安全性を確保することのできるバッテリーパック及びこれを含む自動車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技術的課題は、上述した課題に何ら制限されるものではなく、言及されていない他の課題は、下記に記載されている発明の説明から当業者にとって明らかに理解できる筈である。

本発明の一態様によれば、複数のパウチ型バッテリーセルと、内部空間に前記複数のパウチ型バッテリーセルを収容するパックケースと、前記パックケースの前記内部空間において、前記複数のパウチ型バッテリーセルのうちの少なくとも一つのパウチ型バッテリーセルを少なくとも部分的に包み込むように設けられ、幅方向に長さが可変となるように構成された複数のセルカバーと、を含むバッテリーパックが提供され得る。

一実施形態において、前記パックケースには少なくとも一方の側に排出孔が形成され、前記セルカバーの幅方向の長さの変化によって前記排出孔との連通面積が可変となるように構成され得る。

一実施形態において、前記パックケースの排出孔は、前記複数のセルカバーの配置方向に沿って長尺状に形成され得るか、あるいは、複数形成され得る。

一実施形態において、前記セルカバーは、前記少なくとも一つのパウチ型バッテリーセルの両側面と上側を包み込むように構成され得る。

一実施形態において、前記セルカバーは、上側に形成された上側カバー部を含み、前記上側カバー部は、シワの寄った形状に構成され得る。

一実施形態において、前記上側カバー部にはトライアングル状に折り畳まれたトライアングル部が形成され得る。

一実施形態において、前記セルカバーは、前記複数のパウチ型バッテリーセルの積層状態を支持するように構成され得る。

一実施形態において、前記セルカバーは、ｎ字状に形成され得る。

一実施形態において、前記セルカバーは、金属材質から構成され得る。

一実施形態において、前記バッテリーパックは、複数の電極リードを接続するバスバーをさらに含み得る。

一実施形態において、前記セルカバーは、包み込まれたパウチ型バッテリーセルの少なくとも一方の側が外部に露出されるようにパウチ型バッテリーセルを部分的に包み込む形状に構成され得る。

一実施形態において、前記セルカバーは、包み込まれたパウチ型バッテリーセルの少なくとも一方の側がバッテリーパックの底面に向かって露出されるように構成され得る。

一実施形態において、前記セルカバーは、前記パックケースに直接的に載置され得る。

一方、本発明の他の態様によれば、前述したバッテリーパックを含む自動車が提供され得る。

本発明の一態様によれば、プラスチックカートリッジなどの積層用のフレームや別途のモジュールケースなどの構成要素がなくても、複数のパウチ型バッテリーセルをパックケースやモジュールケースの内部に安定的に収容することができる。

さらに、本発明の一態様によれば、軟性材質ケースを有するパウチ型バッテリーセルを手軽にかつ強固な形状にして、パックケースの内部において直接的に積層される構成要素がより一層容易に実現されることが可能になる。したがって、バッテリーパックやバッテリーモジュールの組立性と機械的な安定性などが向上することができる。

また、本発明の一態様によれば、特定のバッテリーセルにおいて熱暴走が生じたとき、熱的事象に有効に対応することができる。特に、本発明の場合、火炎が生じる３要素（燃料、酸素、発火源）のうち、発火源に相当する熱の蓄積や排出を遮断ないし適宜に制御することができる。さらに、本発明の場合、熱蓄積の遮断及び火炎の排出を防ぐために、ベントガスの排出の制御とディレクショナルベント（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｖｅｎｔｉｎｇ）、及び火炎への露出の抑制などを実現することができる。

特に、本発明の一実施形態によれば、下部方向にディレクショナルベントが行われるようにすることで、搭乗者のように上部側に位置している使用者などの安全性を高めることができる。

また、本発明の一態様によれば、火炎の並列排出によってモジュール内圧を速やかに解放することにより、熱的事象が生じたとき、内部短絡や構造的な崩壊などを有効に防ぐことができる。

さらにまた、本発明の一態様によれば、セルトゥーパック（ＣＴＰ：Ｃｅｌｌ Ｔｏ Ｐａｃｋ）コンセプトであって、モジュールケースなどが省略されて、冷却性能とエネルギー密度などが向上することができる。

これらに加えて、本発明は色々な他の効果を有することができ、これについては各実施形態の欄において説明したり、当業者が容易に類推可能な効果などについては当該説明を省略したりする。

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、発明の内容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のためのものであるため、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るものではない。

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パックの内部に収容されるパウチ型バッテリーセルにセルカバーが結合され、２つのパウチ型バッテリーセルがバスバーに接続される過程を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部に収容されるパウチ型バッテリーセルにセルカバーが結合され、２つのパウチ型バッテリーセルがバスバーに接続される過程を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部に収容されるパウチ型バッテリーセルにセルカバーが結合され、２つのパウチ型バッテリーセルがバスバーに接続される過程を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部に収容されるパウチ型バッテリーセルの断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、図５のパウチ型バッテリーセルの膨張及び収縮に伴い、セルカバーの長さが変化する過程を示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックのパックケース構成を概略的に示す図である。 図５の変形の実施形態を示す図である。 本発明の各実施形態によるバッテリーパックを含む自動車を説明するための図である。

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。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るものではなく、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るものである。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、本発明の最も好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表すものではないため、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されたい。

図中、各構成要素またはその構成要素をなす特定の部分の大きさは、説明のしやすさ及び明確性のためにやや誇張して表現されたり、省略されたり、概略的に示されたりしている。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。関連する公知の機能もしくは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を余計に曖昧にする虞があると認められる場合にはその詳細な説明を省略する。

本明細書中で使用される「結合」または「接続」という用語は、ある１つの部材と他の部材とが直接的に結合されたり直接的に接続されたりする場合だけではなく、ある１つの部材が継ぎ部材を介して他の部材に間接的に結合されたり間接的に接続されたりする場合も含む。

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分解斜視図であり、図２から図４は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部に収容されるパウチ型バッテリーセルにセルカバーが結合され、２つのパウチ型バッテリーセルがバスバーに接続される過程を示す図であり、図５は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部に収容されるパウチ型バッテリーセルの断面図であり、図６は、図５のパウチ型バッテリーセルの膨張及び収縮に伴い、セルカバーの長さが変化する過程を示す図であり、図７は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックのパックケース構成を概略的に示す図であり、図８は、図５の変形の実施形態を示す図である。

本発明は、バッテリーモジュールを省略してバッテリーセル１００をバッテリーパック１０のパックケース２００に直接的に収容可能なバッテリーパック１０に関する発明である。

これによれば、バッテリーパック１０内においてバッテリーモジュールのモジュールケースなどが占めていた空間にバッテリーセル１００をさらに収容できることから、空間効率性が高められ、バッテリー容量が向上するという効果がある。すなわち、本発明の構成要素にバッテリーモジュールのモジュールケースは含まれない可能性もある。

但し、モジュールケースを用いる実施形態を排除するわけではなく、必要に応じて、バッテリーモジュールに設けられたモジュールケースに本発明の各実施形態のパウチ型バッテリーセル１００が収容されるように構成されることも想定可能である。

すなわち、本発明の各実施形態におけるセルカバー３００が結合されたパウチ型バッテリーセル１００が設けられたバッテリーモジュールもまた、本発明の権利範囲内に属する。

そして、本明細書中において、簡単にバッテリーセル１００と記載されている場合であっても、前記バッテリーセル１００は、パウチ型バッテリーセル１００を意味する。

図１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、パウチ型バッテリーセル１００と、パックケース２００と、セルカバー３００と、を含む。

パウチ型バッテリーセル１００は、パウチ型二次電池であって、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を備え得る。このようなパウチ型バッテリーセル１００は、バッテリーパック１０に複数含まれ得る。そして、このような複数のパウチ型バッテリーセル１００は、少なくとも一方向に積層され得る。

パックケース２００は、内部に空き空間（空いたスペース）が形成され、このような内部空間に複数のパウチ型バッテリーセル１００を収容し得る。特に、本発明において、パウチ型バッテリーセル１００は、パックケース２００に直接的に載置され得る。

図２から図４を参照すると、セルカバー３００は、パウチ型バッテリーセル１００を少なくとも部分的に包み込むように設けられ得る。例えば、セルカバー３００は、少なくとも一つのパウチ型バッテリーセル１００の両側面と上側を包み込むように構成され得る。但し、本発明はこれに何ら限定されるものではない。

そして、セルカバー３００は、包み込まれたパウチ型バッテリーセル１００の少なくとも一方の側が外部に露出されるようにパウチ型バッテリーセル１００を部分的に包み込む形状に構成され得る。

セルカバー３００は、パウチ型バッテリーセル１００を立てられた状態で支持するように構成され得る。パウチ型バッテリーセル１００は、一般に、上下方向に立てられた形状に積層することは決して容易ではない。

しかしながら、本発明によるバッテリーパック１０において、セルカバー３００は、１つ又はそれ以上のパウチ型バッテリーセル１００を包み込みながら、包み込まれたパウチ型バッテリーセル１００の立てられた状態、すなわち、起立状態を保持するように構成され得る。

そして、セルカバー３００は、包み込まれたパウチ型バッテリーセル１００の少なくとも一方の側がバッテリーパック１０の底面に向かって露出されるように構成され得る。

そして、図１を参照すると、複数のパウチ型バッテリーセル１００のうちの少なくとも一つのパウチ型バッテリーセル１００を包み込むように構成されたセルカバー３００は、パックケース２００の内部空間に収容され得る。

セルカバー３００は、様々な数のパウチ型バッテリーセル１００を併せて包み込むように構成され得る。例えば、セルカバー３００は、１つのパウチ型バッテリーセル１００を包み込むように構成され得る。又は、２つのパウチ型バッテリーセル１００を併せて包み込むように構成されてもよいし、あるいは、３つ以上のパウチ型バッテリーセル１００を併せて包み込むように構成されてもよい。

セルカバー３００は、上側に形成された上側カバー部３１０を含む。上側カバー部３１０は、多種多様に形成され得、例えば、シワの寄った形状に構成され得るが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。例えば、図５に示されているように、セルカバー３００の上側に浪打ち状又はシワ状を呈する上側カバー部３１０が形成され得る。ここで、上側カバー部３１０は、多種多様なサイズないし多種多様な形状に形成され得る。

ここで、上側カバー部３１０のシワの寄った構造は、凹凸状に形成され得る。例えば、セルカバー３００は、バッテリーセル１００が位置している内側方向に向かって凹状に形成され、外側方向に向かって凸状に形成される構造が繰り返され得る。

図１を参照すると、セルカバー３００は、パックケース２００の上部の表面に直接的に載置され得る。例えば、セルカバー３００の下端部は、パックケース２００の上部の表面に直接的に接触して載置され得る。

特に、セルカバー３００とパウチ型バッテリーセル１００は、別途のモジュールケースに収容されることなく、パックケース２００に直ちに載置され得る。但し、前述したように、モジュールケースに載置されてモジュール化される実施形態を除外するわけではない。

これによれば、バッテリーパック１０の冷却性能がより一層有効に確保されることが可能になる。特に、パウチ型バッテリーセル１００がパックケース２００に対面して接触可能になることから、それぞれのパウチ型バッテリーセル１００から放出された熱がパックケース２００に直接的に伝えられて、冷却性能が向上することができる。

セルカバー３００は、複数のパウチ型バッテリーセル１００の積層状態を支持するように構成され得る。特に、複数のパウチ型バッテリーセル１００は、立てられた状態で水平方向に積層され得るが、セルカバー３００は、複数のパウチ型バッテリーセル１００を立てられた状態で安定的に支持するように構成され得る。

図５を参照すると、セルカバー３００は、概ねｎ字状に形成され得る。このとき、セルカバー３００の前方、後方及び下方は、開かれている場合もある。

但し、セルカバー３００の形状が必ずしも概ねｎ字状に限定されるとは限らない。セルカバー３００は多種多様な形状に形成され得るが、例えば、セルカバー３００は、「口」字状、「Ｕ」字状又は「Ｏ」字状などに形成され得る。

そして、セルカバー３００は、金属材質から作製され得る。特に、セルカバー３００は、スチール材質、例えば、ステンレス鋼（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ， ＳＵＳ）材質から作製され得る。

この場合、ステンレス鋼材質は、機械的な強度ないし剛性に優れており、アルミニウム材質に比べて融点が高いことから、たとえ任意のバッテリーセル１００において火炎が生じたとしても、火炎などによりセルカバー３００が溶融されることがより一層有効に防がれることが可能になる。

すなわち、パウチ型バッテリーセル１００の損傷や破損をより一層有効に防止可能であるだけではなく、パウチ型バッテリーセル１００のハンドリングがより一層行われ易い。但し、セルカバー３００の材質がこれに何ら限定されることはない。

セルカバー３００は、パウチ型バッテリーセル１００と少なくとも部分的に接着され得る。また、パウチ型バッテリーセル１００とパックケース２００との間及び／又はセルカバー３００とパックケース２００との間にはサーマルレジン（図示せず）が介在し得る。

また、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０は、バスバー７００（図４参照）をさらに備え得る。バスバー７００は、１つ以上のパウチ型バッテリーセル１００の電極リードと接続され得る。

特に、バスバー７００は、複数の電極リード同士を接続して、複数のバッテリーセル１００間の直列若しくは並列接続が行われるようにし得る。例えば、それぞれのパウチ型バッテリーセル１００の前方及び後方には電極リードが位置し得る。このとき、バスバー７００は、このようなバッテリーセル１００の前方及び後方に位置して、電極リード同士を接続し得る。

バスバー７００は、銅やアルミニウムなどの電気伝導性の材質から構成されて電極リードに直接的に接触され得る。

また、本発明によるバッテリーパック１０は、パウチ型バッテリーセル１００の充放電を制御するように構成された制御モジュールをさらに備え得る。図１を参照すると、このような制御モジュールは、バッテリー管理システム５００（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ； ＢＭＳ）とバッテリー遮断ユニット６００を含み得、バッテリーセル１００及びセルカバー３００と併せて、パックケース２００の内部に収容され得る。

また、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０は、セルカバー３００の開放部分に結合されるエンドプレート（図示せず）をさらに備え得る。例えば、セルカバー３００は、電極リードが設けられた前方及び後方側が開かれ得る。そして、このようなセルカバー３００の開放部分にエンドプレート（図示せず）が結合され得る。さらに、エンドプレート（図示せず）には、ベントのための孔や切り欠き部などが形成され得る。

そして、セルカバー３００に複数のバッテリーセル１００が収容された場合、バッテリーセル１００間の分離構造がさらに含まれ得る。

図７を参照すると、本発明の一実施形態において、パックケース２００には少なくとも一方の側に排出孔２１０が形成され得る。例えば、１つ又は複数の排出孔２１０がパックケース２００の底面部に形成され得る。

ここで、排出孔２１０は、パックケース２００を内外側の向きに貫通する形状に形成されて内部空間のガスなどが外部に排出されるように構成され得る。

そして、セルカバー３００が複数で設けられる場合、セルカバー３００に形成された上側カバー部３１０は幅方向に長さが可変となるように構成される。ここで、セルカバー３００の幅方向の長さの変化によって排出孔２１０との連通面積が可変となるように構成され得る。

図６には、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０において、セルカバー３００の内部に収容されたパウチ型バッテリーセル１００の厚さの変化（パウチ型バッテリーセル１００の膨張及び収縮に伴う厚さの変化）に伴ってセルカバー３００の幅方向の長さが変化する過程が示されている。

図６を参照すると、３つのバッテリーセル１００が３つのセルカバー３００によりそれぞれ包み込まれた状態で、左右方向に積層されたセルアセンブリが示されている。

そして、図６の（ａ）から図６の（ｃ）は、このようなセルアセンブリに対して、３通りの場面が順次に生じた場合を示す。

図６の（ａ）から図６の（ｃ）を基準として、３つのバッテリーセル１００について、左側から右側の向きに、順に第１のセル１００ａ、第２のセル１００ｂ及び第３のセル１００ｃとする。また、３つのセルカバー３００については、左側から右側の向きに、順に第１のカバー３００ａ、第２のカバー３００ｂ及び第３のカバー３００ｃとする。

まず、図６の（ａ）を参照すると、通常もしくは正常のパックの状態で、複数のバッテリーセル１００ａ、１００ｂ、１００ｃと、これらをそれぞれ包み込む複数のセルカバー３００ａ、３００ｂ、３００ｃの幅が互いに均一に形成され得る。

その状態で、任意のバッテリーセル１００において熱暴走（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｕｎａｗａｙ）などが生じて進行中である場合、バッテリーセル１００が膨張し得る。例えば、図６の（ｂ）を参照すると、第２のセル１００ｂにおいて熱暴走が生じた場面であるといえ、このとき、第２のセル１００ｂの厚さは増加し得る。

そして、このようなバッテリーセル１００の厚さや仕切りの増加によって当該バッテリーセル１００を包み込むセルカバー３００、すなわち、第２のカバー３００ｂは、図６の（ｂ）に示されているように、幅方向の長さが増加する。すなわち、セルカバー３００、ここでは、第２のカバー３００ｂは、その幅が大きくなる。

一方、任意のバッテリーセル１００における熱暴走の進行が完了すると、吐出物の排出によってその厚さや仕切りが当初に比べて縮小され得る。例えば、図６の（ｃ）の第２のセル１００ｂについて述べると、図６の（ｂ）の第２のセル１００ｂに比べてその厚さが減っていることが分かる。この場合、第２のセル１００ｂは、熱暴走によって厚さが増加していて、熱暴走が完了して厚さが減少したと言える。

そして、図６の（ｃ）において、第２のセル１００ｂの厚さが減少すれば、第２のセル１００ｂを包み込んでいる第２のカバー３００ｂの幅方向の長さは減少する。すなわち、バッテリーセル１００の厚さないしサイズが減少する場合、バッテリーセル１００を包み込んでいるセルカバー３００の幅方向の長さは減少し得る。

また、図６の（ａ）及び図６の（ｂ）を比較して述べると、図６の（ａ）の正常の状態における第１のセル１００ａの厚さが図６の（ｂ）においては減少していると言えるが、これは、第１のセル１００ａの熱暴走が進行した後に完了したからであると言える。

この場合、第１のセル１００ａを包み込む第１のカバー３００ａの幅は減少し得る。特に、図６の（ｂ）を参照すると、第１のカバー３００ａは、第２のカバー３００ｂの幅が増加することに起因してその幅が減少し得る。

すなわち、図６の（ｂ）において、第２のカバー３００ｂの幅の増加によって第１のカバー３００ａは右側から左側の向きに圧力を受け、熱暴走が完了したことにより第１のセル１００ａの厚さが減少したため、第１のセル１００ａの厚さの減少分に見合う分だけ第１のカバー３００ａの内部には空間が確保され、これにより、第１のカバー３００ａの幅が減少し得る。

本発明のこのような実施形態によれば、内部に収容されたバッテリーセル１００の膨張ないし収縮に伴って、セルカバー３００の幅方向の長さが適応的に変化することが可能になる。したがって、複数のバッテリーセル１００の状態、特に、熱暴走の状況などに応じてセルカバー３００の形状が適宜に変化することにより、全体としてのバッテリーセル１００及びセルカバー３００の積層状態が崩れることなく、安定的に保持されることが可能になる。

さらに、任意のバッテリーセル１００において熱暴走が生じると、隣のセルに熱暴走状態が伝播されることが懸念されるが、上記の実施形態によれば、熱暴走の伝播の状況に応じてセルカバー３００の幅が順次に変化することにより、バッテリーパック１０の全体の形状には大きな変化を引き起こさないことができる。

また、セルカバー３００は、パックケース２００の排出孔２１０と連通し得る。したがって、セルカバー３００の内部のベントガスなどは、パックケース２００の排出孔２１０を介して外部空間に排出されることが可能になる。

ここで、ベントガスなどがパックケース２００の外部に適切に排出されるようにすることで、パックケース２００の内圧の増加によるバッテリーパック１０の爆発を防ぐ一方で、高温のベントガスによってパックケース２００の内部に熱が蓄積されて熱暴走の状況が激しくなったり伝播されたりすることをより一層有効に抑えることができる。

セルカバー３００は幅方向の長さの変化によってパックケース２００の排出孔２１０との連通面積が可変となるように構成され得る。

例えば、図６の（ａ）から図６の（ｂ）へと状態が変化すれば、第２のカバー３００ｂはその幅が大きくなる。このとき、第２のカバー３００ｂは、パックケース２００に形成された排出孔２１０と連通する面積がさらに広くなり得る。

特に、第２のカバー３００ｂの幅が大きくなるとき、他のセルカバー３００、例えば、第１のカバー３００ａの幅が小さくなり得る。この場合、第１のカバー３００ａと排出孔２１０との連通面積は狭まり、第２のカバー３００ｂは、第１のカバー３００ａと連通していた排出孔２１０の部分まで広がって、その連通面積が増加し得る。

例えば、図６の（ａ）でのように、正常の状態で１つのセルカバー３００は２つの排出孔２１０と連通（第１のカバー３００ａ、第２のカバー３００ｂ及び第３のカバー３００ｃがいずれも２つの排出孔２１０に連通）するものの、図６の（ｂ）において、第２のセル１００ｂの膨張によって第２のカバー３００ｂの幅が増加すれば、第２のカバー３００ｂは３つの排出孔２１０と連通し得る。

すなわち、正常の状態で、第２のカバー３００ｂは２つの排出孔２１０と連通していたが、第２のセル１００ｂが膨張する場合、第２のカバー３００ｂは３つの排出孔２１０と連通するので、連通面積が増加する。

本発明のこのような実施形態によれば、セルカバー３００の内部に収容されたバッテリーセル１００の膨張ないし収縮に伴って、当該セルカバー３００と連通する排出孔２１０の数が変化して全体の連通面積が異なってくるので、これにより、適切な内圧の制御を行うことが可能になるという効果がある。

特に、セルカバー３００の内部に収容されたバッテリーセル１００において熱暴走の状況が進行する場合、排出孔２１０を介して多量のベントガスが排出され得る。このとき、当該セルカバー３００と排出孔２１０との連通面積が増加するので、これにより、セルカバー３００の内圧が過剰に増加し過ぎることを抑えることができる。

また、熱暴走が既に完了したバッテリーセル１００の場合、ベントガスの排出量は多くない筈であるため、当該バッテリーセル１００が収容されたセルカバー３００と排出孔２１０との連通面積が減少して状況に応じて適応的に効率よい排出構造が実現されることが可能になる。

さらに、本発明の上記の実施形態において、排出孔２１０は、並列的に用いられ得る。すなわち、セルカバー３００は、幅の変化によって、状況に応じて他のセルカバー３００と連通している排出孔２１０を用いるように構成され得る。

ここで、パックケース２００の排出孔２１０は、複数のセルカバー３００の配置方向に沿って長尺状に形成され得る。例えば、内部にバッテリーセル１００を収容する複数のセルカバー３００が左右方向に並ぶように配置された場合、パックケース２００の排出孔２１０は、左右方向に長尺状に延びた形状に形成され得る。

あるいは、図７を参照すると、例えば、排出孔２１０は、複数のセルカバー３００の配置方向に沿って複数形成され得る。例えば、上記のような実施形態において、パックケース２００の排出孔２１０は、左右方向に複数形成され得る。但し、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、排出孔２１０の数、レイアウト及び形状は多種多様に変更可能である。

図５を参照すると、セルカバー３００は、上側カバー部がシワの寄った形状に構成され得る。特に、セルカバー３００は、２つの側面がフラットなプレートの形状に形成され、１つの上側がシワ加工された形状に形成され得る。

図５の変形の実施形態として、図８を参照すると、上側カバー部３１０は、セルカバー３００の上側に形成され、上側カバー部３１０には、トライアングルの形状に折り畳まれたトライアングル部３１９が形成され得る。すなわち、セルカバー３００の上側は、複数の三角形状を有するように折り畳まれた形状に形成され得る。

前述したように、このような実施形態により、内部のバッテリーセル１００の熱暴走などの状況下で、幅方向の長さの変化がより一層容易に実現されることが可能になる。ここで、セルカバー３００の上側と２つの側面は、厚さが互いに異なるように構成され得る。特に、上側は、２つの側面よりも薄く形成され得る。

また、セルカバー３００は、ベントガスが下部の向きに排出されるように構成され得る。特に、セルカバー３００は、ｎ－フィンの形状のものであって、内部に収容されたバッテリーセル１００を基準として、上部と左右の側面は閉じられた形状に構成され得る。このとき、セルカバー３００は、内部に存在するベントガスが下部の向きに排出されるように構成され得る。

前述したように、パックケース２００の底面部には排出孔２１０が形成され得る。そして、パックケース２００の排出孔２１０は、セルカバー３００の内部空間と連通可能であることから、セルカバー３００の内部のバッテリーセル１００から発せられたベントガスは、排出孔２１０を介して外部に排出されることが可能になる。

すなわち、パックケース２００の底面部にはセルカバー３００とバッテリーセル１００が載置されるが、バッテリーセル１００から排出されたベントガスは、セルカバー３００により上側及び側面の向きへの排出が遮断される。そして、ベントガスは、パックケース２００の排出孔２１０を介して下部の向きにしか排出できない。

このような実施形態の場合、セルカバー３００及びパックケース２００を介してディレクショナルベント（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｖｅｎｔｉｎｇ）、すなわち、予め設定された向きにベントされることが可能になるという効果がある。さらに、本発明の実施形態によれば、セルカバー３００によるディレクショナルベントと併せて、迅速かつ円滑なガスの排出により内圧の解放効果が効率よく成し遂げられる。

そして、図６を参照すると、本発明によるバッテリーパック１０は、サーマルバリアー８００を備え得る。サーマルバリアー８００は、断熱材質のパッドの形態に構成され得、隣り合うセルカバー３００の間に介在し得る。例えば、サーマルバリアー８００は、概ね２．０ｔの厚さに形成され得るが、本発明がこれに限定されるものではない。

そして、本発明によるバッテリーパック１０は、複数のセルカバー３００と複数のバッテリーセル１００が積層されて形成されたセルアセンブリの積層方向の最外郭にガラス繊維強化プラスチック（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ；ＧＦＲＰ）などの絶縁ないし防止パッドをさらに備え得る。例えば、ガラス繊維強化プラスチックは、０．３５ｔの厚さに形成され得るが、本発明がこれに何ら限定されるものではない。また、本発明によるバッテリーパック１０は、ヒートパッドをさらに備え得る。

一方、バッテリーパック１０には１つ以上のバッテリーモジュールが収容され得る。このとき、上述した複数の実施形態の欄において説明されている構成要素、特に、バッテリーセル１００とセルカバー３００についての内容は、バッテリーモジュールにも適用可能である。

本発明の他の態様によるバッテリーモジュールは、パックケース２００の内部空間に１つ以上収容されるバッテリーモジュールであって、複数のパウチ型バッテリーセル１００と、内部空間に前記パウチ型バッテリーセル１００を収容し、少なくとも一方の側に排出孔２１０が形成されたモジュールケースと、モジュールケースの内部空間において、複数のパウチ型バッテリーセル１００のうちの少なくとも一つのパウチ型バッテリーセル１００を少なくとも部分的に包み込むように設けられ、幅方向に長さが可変となるように構成された複数のセルカバー３００と、を備え得る。

モジュールケースの底面部には、セルカバー３００の内部のベントガスを排出するための排出孔２１０が形成され得る。そして、このようなモジュールケースの排出孔２１０は、モジュールケースの内部に収容されたセルカバー３００の収容空間と連通するように構成され得る。このような実施形態においては、セルカバー３００の内部に収容されたバッテリーセル１００からベントガスなどが発せられる場合、発せられたベントガスは、上側や前後方に排出されることなく、下側に排出され得る。

特に、セルカバー３００は、幅方向の長さの変化によってモジュールケースの排出孔２１０との連通面積が可変となるように構成され得る。そして、モジュールケースの排出孔２１０は、パックケース２００の排出孔２１０と連通するように構成され得る。

バッテリーモジュールに含まれている複数のパウチ型バッテリーセル１００とセルカバー３００の場合、前述したバッテリーパック１０についての説明が同一もしくは類似に適用可能であるため、その詳細な説明を種略する。

図９は、本発明の各実施形態によるバッテリーパックを含む自動車を説明するための図である。

本発明の一実施形態による自動車２０は、前述した各実施形態によるバッテリーパック１０を１つ以上含み得る。ここで、前記自動車２０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などといったように、電気を使用するように設けられる各種の自動車２０を含む。

以上、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、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する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様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含む自動車に関し、特に、二次電池と関わる産業に利用可能である。

１０ バッテリーパック
２０ 自動車
１００ パウチ型バッテリーセル
１００ａ バッテリーセル（第１のセル）
１００ｂ バッテリーセル（第２のセル）
１００ｃ バッテリーセル（第３のセル）
２００ パックケース
２１０ 排出孔
３００ セルカバー
３００ａ セルカバー（第１のカバー）
３００ｂ セルカバー（第２のカバー）
３００ｃ セルカバー（第３のカバー）
３１０ 上側カバー部
３１９ トライアングル部
５００ バッテリー管理システム
６００ バッテリー遮断ユニット
７００ バスバー
８００ サーマルバリアー

Claims (14)

1. 複数のパウチ型バッテリーセルと、
   内部空間に前記複数のパウチ型バッテリーセルを収容するパックケースと、
   前記パックケースの前記内部空間において、前記複数のパウチ型バッテリーセルのうちの少なくとも一つのパウチ型バッテリーセルを少なくとも部分的に包み込むように設けられ、幅方向に長さが可変となるように構成された複数のセルカバーと、
   を含む、バッテリーパック。
2. 前記パックケースには少なくとも一方の側に排出孔が形成され、
   前記セルカバーの幅方向の長さの変化によって前記排出孔との連通面積が可変となるように構成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記パックケースの排出孔は、前記複数のセルカバーの配置方向に沿って長尺状に形成されるか、あるいは、複数形成される、請求項２に記載のバッテリーパック。
4. 前記セルカバーは、前記少なくとも一つのパウチ型バッテリーセルの両側面と上側を包み込むように構成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
5. 前記セルカバーは、上側に形成された上側カバー部を含み、
   前記上側カバー部は、シワの寄った形状に構成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
6. 前記上側カバー部にはトライアングル状に折り畳まれたトライアングル部が形成される、請求項５に記載のバッテリーパック。
7. 前記セルカバーは、前記複数のパウチ型バッテリーセルの積層状態を支持するように構成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
8. 前記セルカバーは、ｎ字状に形成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
9. 前記セルカバーは、金属材質から構成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
10. 複数の電極リードを接続するバスバーをさらに含む、請求項１に記載のバッテリーパック。
11. 前記セルカバーは、包み込まれた前記パウチ型バッテリーセルの少なくとも一方の側が外部に露出されるように前記パウチ型バッテリーセルを部分的に包み込む形状に構成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
12. 前記セルカバーは、包み込まれた前記パウチ型バッテリーセルの少なくとも一方の側がバッテリーパックの底面に向かって露出されるように構成される、請求項１に記載のバッテリーパック。
13. 前記セルカバーは、前記パックケースに直接的に載置される、請求項１に記載のバッテリーパック。
14. 請求項１から１３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。

Images