JP7670849B2 - 火炎遮断部材が付加されたバスバーを含む電池セルアセンブリ及びこれを含む電池セルアセンブリ構造体 - Google Patents

火炎遮断部材が付加されたバスバーを含む電池セルアセンブリ及びこれを含む電池セルアセンブリ構造体 Download PDF

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Description

本発明は、火炎遮断部材が付加されたバスバーを含む電池セルアセンブリ及びこれを含む電池セルアセンブリ構造体に関する。具体的に、電池セルの発火による熱暴走現象が隣り合う電池セルに拡散することを防ぐための火炎遮断部材が付加されたバスバーを含む電池セルアセンブリ及びこれを含む電池セルアセンブリ構造体に関する。
本出願は、２０２２年０１月０７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－０００２９７８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。
充放電可能なリチウム二次電池は、モバイル機器などの小型装置のエネルギー源として用いられるのみならず、容量増大及び安全性向上に向けた技術の発展と相まって、電気自動車とエネルギー貯蔵システムなどの中大型装置のエネルギー源としても用いられている。
このように、上記のリチウム二次電池が大容量及び高出力のエネルギー源として用いられることに伴い、上記のリチウム二次電池の安全性を確保する問題が重要な関心の対象となっている。
リチウム二次電池は、正常の充電及び放電過程が発熱過程であるが故に、温度が増加することが必然的に起こるが、二次電池の温度の増加は、電池セルの性能を低下させる原因となる。
また、リチウム二次電池は、過熱による爆発のリスクがあり、爆発による火炎が隣り合う電池セルに拡散すれば、全焼するまで火災を鎮圧し難いという問題がある。前記電池セルの熱暴走現象が生じたとき、発火点以上の高温の火炎、パーティクル及びガスのベントが生じながら、隣り合う電池セルに火炎などの伝播が起こり得るため、これは、結局、電池セルの爆発につながるおそれがある。
したがって、電池セルにおいて生じた火炎及びスパークなどの温度を下げ、かつ、拡散を防ぐことにより、電池セルの爆発によるさらなる被害を防ぐことが重要な課題となっている。
これに関し、大韓民国公開特許第２０２０－００５９０２４号公報（従来の技術１）は、空冷式構造を有する電池モジュールに関するものであって、電池セルと接続された電極リードがバスバーフレームの背面においてバスバーに遭遇して溶接された部分を熱絶縁パッドが包み込んでいるので、前記熱絶縁パッドによりガスと火炎による熱が隣り合う電池セルに伝播されることを防ぐことができる。
しかしながら、上記の従来の技術１は、電極リードとバスバーとが溶接された部分を覆う形状で熱絶縁パッドが付加されているが故に、前記熱絶縁パッドの厚さに見合う分だけ電池モジュールの大きさが増大されるおそれがある。
大韓民国公開特許第第２０１７－００１４３０９号公報（従来の技術２）は、パウチ型二次電池の外装材の内側や外側に火炎防止網を付加したパウチ型二次電池、電池モジュールの内部及び／又は外部に火炎防止網を備えた電池モジュール、及び二次電池の集合体を収容する密閉型ボックスの少なくとも１つの面に火炎防止網を含む電池モジュールを開示する。しかしながら、上記の従来の技術２は、電極リードの方向に火炎が伝播されることを遮断するための構成を開示することはできない。
このため、パウチ型電池セルを含む場合に、電極リードの方向に火炎が排出されて隣り合う電池セルに伝播されることを防げる構造を含むが、全体として嵩張ることを極力抑えられる構造に対する開発が切望されている。
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り、発火した電池セルにおいて生じた火炎、高温のパーティクル及びガスの温度を下げ、周りの他の電池セルアセンブリに熱暴走現象が拡散することを防ぐことのできる電池セルアセンブリ及びこれを含む電池セルアセンブリ構造体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。
本発明によれば、少なくとも１つのパウチ型電池セルと、前記パウチ型電池セルを少なくとも部分的に包み込むセルカバーと、前記パウチ型電池セルの電極リードと接続されるバスバーと、前記バスバーを支持し、前記セルカバーにおいて前記電極リードが位置する前記セルカバーの前方の開放端部または後方の開放端部をカバーするバスバーフレームと、を含み、高剛性且つ高耐熱性の素材のメッシュ網を備えた火炎遮断部材がバスバーの胴体に結合されたことを特徴とする電池セルアセンブリが提供され得る。
前記パウチ型電池セルは、正極リードと負極リードが全長方向の両終端から互いに反対の方向に突出する両方向の電池セルであり、前記セルカバーは、前記正極リード及び負極リードが突出した方向を除いた４つの外面の全体を包み込む四角いフレームの形状、または前記４つの外面のうちの３つの外面を包み込むｎ字状のフレームの形状に構成され得る。
前記火炎遮断部材は、前記バスバーと一体形に結合された形状に構成され得る。
前記火炎遮断部材は、高剛性且つ高耐熱性の素材のメッシュ網からなる網状構造体が複数重なり合った形状に構成され得る。
前記火炎遮断部材は、前記バスバーの一方の面に溶接されて、前記バスバーを基準として前記セルカバーの内部に向かって配置される第１網状構造体と、前記バスバーの他方の面に溶接されて、前記バスバーを基準として前記セルカバーの外部に向かって配置される第２網状構造体と、を含み得る。
前記バスバーは胴体に貫通口を備え、前記貫通口は、前記火炎遮断部材によりカバーされるように構成され得る。
前記火炎遮断部材は、複数のメッシュ網が積み重ねられた網状構造体の形状に構成され、前記貫通口に充填され得る。
前記バスバーは、隣り合う他の電池セルアセンブリと電気的に接続するためのターミナル部を含み、前記ターミナル部は、前記バスバーが前記火炎遮断部材よりも上部方向にさらに延設された部分により限定され得る。
前記バスバーは、隣り合う他の電池セルアセンブリと電気的に接続するためのターミナル部を含み、前記ターミナル部は、前記セルカバーの上部に位置するように構成され得る。
前記バスバーと前記バスバーフレームは、前記セルカバーの前方の開放端部または後方の開放端部に起立配置される第１面と、前記第１面に対して折り曲げられた形状で前記セルカバーの上部に配置される第２面と、を含み、前記ターミナル部は、前記第２面に配備され得る。
前記火炎遮断部材は、銅またはステンレス鋼の素材から形成され得る。
前記パウチ型電池セルは、収容部（電極組立体が内蔵された部分）が地面に対して垂直に立てられた状態で前記セルカバーに収容され、前記セルカバーは、前記パウチ型電池セルの上部側のエッジを包み込む上側カバー部と、前記パウチ型電池セルの収容部の一方の面を包み込む第１側面カバー部と、前記パウチ型電池セルの収容部の他方の面を包み込む第２側面カバー部と、を含み得る。
前記セルカバーは、前記上側カバー部にガスを排気可能なベント孔を１本以上備え得る。
前記ベント孔には、１つ以上のメッシュ網を備えるフレームアレスターが結合され得る。
前記セルカバーは、前記セルカバーの全長方向に沿った終端それぞれの上側に、隅角部が切り欠かれた形状で設けられた切欠部を備え得、前記バスバーは、前記切欠部を介して前記セルカバーの上部方向に露出されて、前記電池セルアセンブリの正極ターミナルまたは負極ターミナルとして機能するターミナル部を備え得る。
本発明の他の態様によれば、上述した電池セルアセンブリが装着されるベースプレートと、前記電池セルアセンブリの全長方向の側面に配置される支持部材と、前記電池セルアセンブリの位置固定のために付加されて前記支持部材に結合される固定部材と、を含む電池セルアセンブリ構造体が提供され得る。
本発明のさらに他の態様によれば、前記電池セルアセンブリを含むバッテリーパックが提供され得る。
本発明のさらに他の態様によれば、前記電池セルアセンブリを含む電気自動車が提供され得る。
本発明の一側面によれば、電池セルの発火により生じた火炎や高温のパーティクルがバスバーが位置している電池セルアセンブリの全長方向に無防備で排出されることを防ぐことができる。
特に、本発明の一側面によれば、電池セルから噴出される火炎、高温のパーティクル、高温のガスが火炎遮断部材を通過しながら冷却されることができ、かつ、一部は排出が遮断されることができて、外部の発火ないし熱源の伝播のリスクを下げることができる。
また、本発明の一側面によれば、軟質のパウチ型電池セルをセルカバーに収容して前記パウチ型電池セルを外部の衝撃から保護することができ、ハンドリングの過程においてパウチ型電池セルが損傷されたり破損されたりすることを防ぐことができる。
さらに、本発明の一側面によれば、パウチ型電池セルに熱的事象が生じたとき、前記パウチ型電池セルから噴出されたガスや火炎などの排出方向を上部方向または下部方向に制御することができる。したがって、隣り合う電池セルアセンブリの間への熱暴走の伝播が効果的に防止されることが可能となる。
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構成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。
第１実施形態による電池セルアセンブリの斜視図である。 本発明によるセルカバーが付加された電池セルの正面図である。 第２実施形態による電池セルアセンブリの一部の斜視図である。 図３の電池セルアセンブリの複数を電気的に接続した構成を概略的に示す図である。 図３の電池セルアセンブリの垂直断面図である。 第３実施形態による電池セルアセンブリの一部の斜視図である。 図５の電池セルアセンブリの複数を電気的に接続した構成を概略的に示す図である。 図６の電池セルアセンブリの垂直断面図である。 本発明の一実施形態による電池セルアセンブリ構造体の斜視図である。 本発明の第４実施形態による電池セルアセンブリの斜視図である。 図１０のセルカバーとそれにより包み込まれたパウチ型電池セルを示す斜視図である。 図１０のセルカバーのベント孔の部分の変形例を示す図である。 図１０の電池セルアセンブリの１つの構成を分解して示す図である。 図１３の火炎遮断部材が適用されたバスバーの斜視図である。 図１０の電池セルアセンブリの一部分の断面図である。 図１０による電池セルアセンブリから構成した電池セルアセンブリ構造体の一部分を示す図である。
以下、添付図面に基づいて、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が本発明を容易に実施できるように本発明の実施形態について詳しく説明する。なお、本発明の好ましい実施形態についての動作原理について詳しく説明するにあたって、関連する公知の技術また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。
また、図面の全体にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては、同一の参照符号を付する。明細書の全体において、ある部分が他の部分と「接続（連結）」されているというとき、これは「直接的に接続（連結）」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「間接的に接続（連結）」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは、特に言及しない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
さらに、構成要素を限定したり付加したりして具体化する説明は、特に制限がない限り、あらゆる発明に適用可能であり、特定の発明についての説明に何ら限定されない。
さらにまた、本発明の説明の欄及び特許請求の範囲の全般にわたって、単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。
さらにまた、本発明の説明の欄及び特許請求の範囲の全般にわたって、「または」は、特に断りのない限り、「及び」を含むものである。そのため、「ＡまたはＢを含む」は、Ａを含む場合、Ｂを含む場合、あるいは、Ａ及びＢを含む場合の上記の３種類の場合をいずれも意味する。
図１は、第１実施形態による電池セルアセンブリの斜視図である。
図１を参照すると、本発明による電池セルアセンブリ１００は、少なくとも１つのパウチ型電池セル１１０と、前記パウチ型電池セル１１０を少なくとも部分的に包み込むセルカバー１２０と、前記パウチ型電池セル１１０の電極リードと接続されるバスバー１３０と、前記バスバー１３０を支持し、前記セルカバー１２０において前記電極リード１１１が位置する前記セルカバー１２０の前方の開放端部または後方の開放端部をカバーするバスバーフレーム１４０と、を含み、前記バスバー１３０は、高剛性／高耐熱性素材のメッシュ網からなる火炎遮断部材１５０が胴体に結合された形状に構成され得る。
前記パウチ型電池セル１１０は、全長方向Ｌの長さが長い形状であり、正極リードと負極リードが全長方向Ｌの両終端から互いに反対の方向に突出して延びる両方向の電池セルである。
したがって、電極リード１１１が延びた全長方向Ｌの両終端のそれぞれにバスバーフレーム１４０と、バスバー１３０及び火炎遮断部材１５０が配備される。
バスバーフレーム１４０は、絶縁性の材質から形成され、セルカバー１２０の全長方向の両端に結合されて前記セルカバー１２０の開放端部をカバーするように構成され得る。バスバー１３０は、電気伝導性を有する金属材質から形成され、前記バスバーフレーム１４０の外側面に取り付けられる。
前記バスバーフレーム１４０には、電極リード１１１が通過可能なスリット１４３が形成されており、電極リードは、前記スリット１４３を通過して前記バスバーフレーム１４０の外側に引き出され、バスバー１３０と対面するように折り曲げられ、溶接などにより前記バスバー１３０に固定結合され得る。
具体的に、前記バスバー１３０に貫通口が形成され、火炎遮断部材１５０は、前記貫通口を完全に覆うようにバスバー１３０に装着され得る。
図１に示された電池セルの数とバスバーの形状は単なる例示的なものに過ぎず、バスバー１３０に結合される電池セル１１０の数及び前記電池セル１１０の直列／並列の接続状態に応じてバスバー１３０の大きさと形状が異なり得る。
前記火炎遮断部材１５０は、溶接などによりバスバー１３０と一体形に結合された形状を呈し得る。詳しくは、火炎遮断部材１５０は、単一の網状構造体の形状であってもよいし、あるいは、複数の網状構造体が重なり合った形状であって、２つまたは３つ以上の網状構造体が重なり合った形状であってもよい。
あるいは、火炎遮断部材１５０は、バスバー１３０に間接的な形態で装着され得る。詳しくは、バスバー１３０が結合されたバスバーフレーム１４０の外側に火炎遮断部材１５０が位置し得、前記火炎遮断部材１５０は、１つまたは２つ以上の網状構造体から構成され得る。前記網状構造体が２つ以上から構成される場合、それぞれの網状構造体の間にこれらが離隔した状態で位置固定されるための固定板、及び前記網状構造体と固定板が収容されるケースを含み得る。また、バスバーフレーム１４０とケースとの間には、前記ケースとバスバー１３０に結合された電極リード１１１との間の絶縁のための絶縁カバーが配置され得る。すなわち、網状構造体の形状の火炎遮断部材１５０はケースに収容されており、前記バスバー１３０が結合されたバスバーフレーム１４０に前記ケースが結合され得る。このように、火炎遮断部材１５０が別途のケースに収容された状態で、バスバーフレームに結合される形態を、火炎遮断部材１５０がバスバー１３０に間接的な形態で装着された一例とみなし得る。
本発明による火炎遮断部材１５０は、複数の網状構造体が重なり合うので、電池セル１１０の発火により生じた火炎、パーティクル及びガスが複数の網状構造体を通過しながら冷却されることが可能になる。なお、火炎やパーティクル粒子が網状構造体においてフィルターリングされて外に排出されることを遮断することができる。
具体的に、電池セル１１０の爆発の際に生じる粒子状の副産物がパーティクルの形態で噴出されるが、複数の網状構造体をパーティクルが噴出される方向に適用すれば、粒子状の副産物をフィルターリングすることができるので、パーティクルが外部に排出されることを防ぐことができる。
また、メッシュ径が異なる複数の網状構造体が重なり合うように構成されれば、様々な大きさの粒子状の副産物のフィルターリング効果を高めることができるので、パーティクルにより隣り合う電池セル１１０にさらなる発火が生じることを防ぐことができる。
さらに、メッシュ径が小さい網状構造体を通過するとき、スパークが網状構造体と接触する面積が大きくなるので、瞬時的なクーリング効果が得られる。
さらにまた、本発明による火炎遮断部材１５０は、電池セル１１０の外部において生じた火炎、パーティクルまたはガスが電池セル１１０の方向に拡散することを遮断する機能を発揮することができる。
前記火炎遮断部材１５０は、火炎、スパーク及びガスなどを遮断する機能が行えるように、高剛性及び高耐熱性素材からなり得、例えば、銅またはステンレス鋼からなり得る。
図２は、本発明によるセルカバー１２０が付加された電池セル１１０の正面図である。
図２を参照すると、（ａ）に示されたセルカバー１２０は、電極リード１１１が突出した方向を除いた４つの外面の全体を包み込む四角いフレームの形状であり、（ｂ）に示されたセルカバー１２０は、電極リード１１１が突出した方向を除いた４つの外面のうち、下面を除いた残りの３つの外面を包み込むｎ字状のフレームの形状である。ｎ字状のフレームの形状のセルカバー１２０を備える場合に、セルカバー１２０が適用されていない下面に電池セルアセンブリ１００を装着するための別途の部材が用いられ得るか、あるいは、伝熱部材が適用され得る。
本発明のセルカバー１２０を用いる場合、パウチ型電池セル１１０が発火すれば、全長方向に火炎やスパークが集中的に噴出されることが可能になる。
このため、本発明は、パウチ型電池セル１１０の外面のうち、電極リード１１１がある全長方向の両終端に火炎遮断部材１５０を備えることにより、火炎やスパークなどが電池セル１１０の外部に排出されることを遮断できる構造を含む。したがって、熱暴走現象が連鎖的に起こることを防ぐことができる。
図３は、第２実施形態による電池セルアセンブリの一部の斜視図である。
図３を参照すると、バスバーフレーム１４０は、平面の形状を呈し、バスバー１３０が結合されている。バスバー１３０には電極リード１１１が結合されて電気的な接続が行われ、電極リード１１１が結合された電極リード結合部の間には火炎遮断部材１５０が位置する。
また、バスバー１３０は、火炎遮断部材１５０の上部にターミナル部１６０を含み得る。前記ターミナル部１６０は、バスバー１３０が火炎遮断部材１５０よりも上部方向にさらに延設された部分であって、互いに異なる電池セルアセンブリを電気的に接続するのに用いられる。つまり、図４に示されたように、隣り合う電池セルアセンブリ１００は、インターバスバーＫ１により互いに電気的に接続され得る。
図５は、図３の電池セルアセンブリの垂直断面図である。
図５を参照すると、バスバー１３０とバスバーフレーム１４０には貫通口が形成されており、前記貫通口を覆い被せる形状で火炎遮断部材１５０がバスバー１３０に結合され得る。
図５の（ａ）を参照すると、電池セルアセンブリにおいて、火炎遮断部材１５０は第１網状構造体１５１及び第２網状構造体１５２を含み、これらは密着して積み重ねられた状態でバスバー１３０の外側に結合されている。
このように、複数の網状構造体が密着して積み重ねられる場合、火炎遮断部材１５０の全体としての薄肉化が図れるので、スペースの活用の側面からみて有利になるという長所がある。
図５の（ｂ）を参照すると、前記火炎遮断部材１５０は、前記バスバー１３０の一方の面に溶接されて、前記バスバー１３０を基準として前記セルカバー１２０の内部に向かって配置される第１網状構造体１５１及び前記バスバー１３０の他方の面に溶接されて、前記バスバー１３０を基準として前記セルカバー１２０の外部に向かって配置される第２網状構造体１５２を含む。
このような形態においても、第１網状構造体１５１と、バスバー１３０及び第２網状構造体１５２は、一体形に結合された形態である。
このように、複数の網状構造体が離隔するように配置される場合、離隔空間がフィルターリングされた粒子状の副産物の貯蔵所の役割を果たすことができ、スパークの噴出圧力を緩和させることができる。
図６は、第３実施形態による電池セルアセンブリ一部の斜視図である。
図６を参照すると、バスバー１３０とバスバーフレーム１４０は、Ｌ字状に折り曲げられた形状を呈する。具体的に、バスバー１３０及びバスバーフレーム１４０は、前記セルカバー１２０の前方の開放端部または後方の開放端部に起立配置される第１面１４１及び前記第１面１４１に対して折り曲げられた形状で前記セルカバー１２０の上部に配置される第２面１４２を含む。なお、前記ターミナル部１６０は、前記第２面１４２に配備される。
このように、ターミナル部１６０を第２面１４２に備えることにより、火炎遮断部材１５０の面積を大きく確保することができて、安全性をさらに確保することができる。
また、図７に示すように、セルカバー１２０の上部において、インターバスバーＫ１を用いて、電池セルアセンブリ１００同士を電気的に接続し得る。この場合、電池セルアセンブリ１００の間の組み立て工程がより一層容易に行え、電池セルアセンブリ構造体がさらにコンパクトに実現されることが可能となる。
図８は、図６の電池セルアセンブリの垂直断面図である。
図８の（ａ）を参照すると、ターミナル部１６０が第２面１４２に形成された形態であって、電池セルアセンブリ１００において、火炎遮断部材１５０は第１網状構造体１５１及び第２網状構造体１５２を含み、これらは密着して積み重ねられた状態でバスバー１３０の外側に結合されている。
このように、複数の網状構造体が密着して積み重ねられる場合、火炎遮断部材の全体としての薄肉化が図れるので、スペースの活用の側面からみて有利になるという長所がある。
図６の（ｂ）を参照すると、電池セルアセンブリにおいて、火炎遮断部材１５０は第１網状構造体１５１及び第２網状構造体１５２を含み、第１網状構造体１５１はバスバー１３０の内側面に結合され、第２網状構造体１５２はバスバー１３０の外側面に結合されて、バスバー１３０の厚さに見合う分だけ離隔するように配置される。このような形態においても、第１網状構造体、バスバー及び第２網状構造体は一体形に結合された形態である。
このように、複数の網状構造体が離隔するように配置される場合、離隔空間がフィルターリングされた粒子状の副産物の貯蔵所の役割を果たすことができ、スパークの噴出圧力を緩和させることができる。
図９は、本発明による電池セルアセンブリ構造体の斜視図である。
図９を参照すると、３つの電池セルアセンブリ１００がベースプレート２１０の上面に装着され、電池セルアセンブリ１００の全長方向Ｌの側面のそれぞれに支持部材２２０が位置する。電池セルアセンブリ１００の位置固定のための固定部材２３０が電池セルアセンブリ１００の上面と側面の一部を包み込むように付加されて支持部材２２０に結合されている。
あるいは、図７に示された支持部材２２０の代わりに、クロスビーム（Ｃｒｏｓｓｂｅａｍ）が支持部材の位置に配置されて剛性補強の効果が得られ、あるいは、電池セルアセンブリ構造体が取り付けられるデバイスのシャーシの間に前記電池セルアセンブリ構造体が配置され得る。
前記支持部材２２０には複数の結合部２２１が形成され、固定部材２３０はメタルバンドであり得、あるいは、大きい面積を有する蓋体の形状を呈し得る。前記固定部材２３０は、前記結合部２２１にボルト締め、あるいは、溶接などの方法により結合できるように構成され得る。
あるいは、固定部材２３０と結合部２２１などの別途の構造物を含まない場合であって、圧縮パッドまたは熱伝導性樹脂を電池セルアセンブリ構造体とシャーシとの間に介在させ、電池セルアセンブリを直接的に固定した構造に電池セルアセンブリ構造体を構成し得る。
一方、図９に示された電池セルアセンブリの数は単なる例示に過ぎず、必要に応じて、電池セルアセンブリの数を自由に変更して適用可能である。
図１０は、本発明の第４実施形態による電池セルアセンブリの斜視図であり、図１１は、図１０のセルカバーとそれにより包み込まれたパウチ型電池セルを示す斜視図であり、図１２は、図１０のセルカバーのベント孔の部分の変形例を示す図であり、図１３は、図１０の電池セルアセンブリの１つの構成を分解して示す図であり、図１４は、図１３の火炎遮断部材が適用されたバスバーの斜視図であり、図１５は、図１０の電池セルアセンブリの一部分の断面図である。
図１０から図１５を参照すると、本発明の第４実施形態による電池セルアセンブリ４００は、パウチ型電池セル４１０と、前記パウチ型電池セル４１０を包み込むセルカバー４２０と、火炎遮断部材４５０を備えるバスバー４３０と、バスバーフレーム４４０及び耐火性絶縁カバー４７０を含む。
図１１に示されたように、前記セルカバー４２０は、パウチ型電池セル４１０を部分的に包み込むように構成され得る。
前記パウチ型電池セル４１０は、外装材が軟性材質から作製されて、たとえば、缶型電池セル１１０に比べて、外部の衝撃に脆弱であり、しかも、硬度が低い。したがって、パウチ型電池セル１１０をそれ自体だけでは、バッテリーモジュールのモジュールケース（図示せず）、またはモジュールケースを省略し、バッテリーパックのパックケース（図示せず）の内部に収容するときに、衝撃に対する安全性や固定性を確保し難い。しかしながら、本発明の場合、パウチ型電池セル４１０がセルカバー４２０により包み込まれた状態で、モジュールケースやパックケースの内部に直接的に収容されることができるので、その積み重ね状態が安定的に保持されることが可能となる。
前記セルカバー４２０は、包み込まれたパウチ型電池セル４１０の少なくとも一方の側が外部に露出されるように、パウチ型電池セル４１０を部分的に包み込む形状に構成され得る。つまり、セルカバー４２０は、パウチ型電池セル４１０を全体的に完全に包み込むことなく、一部分のみを包み込む形状に構成され得る。
例えば、パウチ型電池セル４１０は、その収容部（電極組立体が内蔵された部分）が地面に対して垂直に立てられた状態で、セルカバー４２０に収容され得る。図１１に示されたように、セルカバー４２０は、このようなパウチ型電池セル４１０の下部側のエッジと電極リードが露出されるように前記パウチ型電池セル４１０を包み込む形状に構成され得る。
敷衍すれば、パウチ型電池セル１１０は、概ね６面体の形状に形成されるといえる。そして、６面のうち（±Ｘ方向に沿った前方と後方）の２つの面に電極リード４１１、すなわち、負極リードと正極リードがそれぞれ形成され得る。セルカバー４２０は、このようなパウチ型電池セル４１０において、電極リードが形成された２面を除いた残りの４面のうちの３面（例えば、上部面、左側面、右側面）の少なくとも一部を包み込むように設けられ得る。
より具体的に、図１１に示されたように、セルカバー４２０は、上側カバー部４２１と、第１側面カバー部４２２及び第２側面カバー部４２３を含み得る。
ここで、上側カバー部４２１は、パウチ型電池セル４１０の上部側のエッジを包み込むように構成され得る。前記上側カバー部４２１は、パウチ型電池セル４１０の上部側のエッジに接離する形状に構成され得る。
第１側面カバー部４２２は、上側カバー部４２１の長手方向（Ｘ方向）に沿って延びる一方の側の縁部から下部方向へと長尺状に延びた形状で設けられて、パウチ型電池セル４１０の収容部の一方の面を包み込むように構成され得る。ここで、収容部は、パウチ外装材において電極組立体が収容された部分であり得る。例えば、セルカバー４２０に１つのパウチ型電池セル４１０が収容された場合、第１側面カバー部４２２は、収容されたパウチ型電池セル４１０の収容部の左側面を包み込むように構成され得る。
第２側面カバー部４２３は、上側カバー部４２１の長手方向（Ｘ方向）に沿って延びる他方の側の縁部から下部方向へと長尺状に延びた形状で設けられて、パウチ型電池セル４１０の収容部の他方の面を包み込むように構成され得る。また、第２側面カバー部４２３は、前記第１側面カバー部４２２から所定の間隔だけ離隔した位置において、前記第１側面カバー部４２２と全体として対称状を呈する形状で設けられ得る。例えば、セルカバー４２０に１つのパウチ型電池セル４１０が収容された場合、前記第２側面カバー部４２３は、パウチ型電池セル４１０の収容部の右側面を包み込むように構成され得る。
前記実施構成において、上側カバー部４２１と、第１側面カバー部４２２及び第２側面カバー部４２３により内部空間が限定され得る。また、セルカバー４２０は、このようにして限定された内部空間に１つまたはそれ以上の電池セル４１０を収容し得る。
前記セルカバー４２０は、剛性の確保のために、様々な材質から構成され得る。特に、前記セルカバー４２０は、金属材質から構成され得る。このような金属材質の場合、パウチ型電池セル４１０の積み重ね状態をより一層安定的に保持し、外部の衝撃からパウチ型電池セル４１０をより一層安全に保護することができる。特に、前記セルカバー４２０は、鋼（スチール）材質、さらにはステンレス鋼（ＳＵＳ）材質から形成され得る。例えば、前記セルカバー４２０は、全体としてステンレス鋼（ＳＵＳ）材質からなり得る。
このように、セルカバー４２０が鋼材質からなる場合、機械的な強度ないし剛性に優れているので、パウチ型電池セル４１０の積み重ね状態をより一層安定的に支持することが可能となる。なお、この場合、外部の衝撃、つまり、針状体などからパウチ型電池セル４１０の損傷や破損をより一層効果的に防ぐことができる。のみならず、この場合、パウチ型電池セル４１０のハンドリングがより一層容易になる。
前記セルカバー４２０は、図１１に示されたような実施構成のように、パウチ型電池セル４１０を包み込み、モジュールケースの底面（図示せず）またはパックケースの底面（図示せず）に直接的に載置され得る。このとき、前記セルカバー４２０は、鋼のように剛性に優れた金属材質、特に、ＳＵＳ材質から作製されていて、自立状態がより一層安定的に保持されることが可能となる。したがって、この場合、パウチ型電池セル４１０の起立状態がより一層確実に支持されることが可能となる。
また、セルカバー４２０の開放された下端部を介して、パウチ型電池セル４１０の下部側のエッジ部がモジュールケースの底面またはパックケースの底面に直接的に対面接触されることができるので、パウチ型電池セル４１０をより一層直接的にかつ効果的に冷却させることができる。すなわち、パウチ型電池セル４１０から放出された熱がモジュールケースやパックケースに直接的に伝えられて、冷却性能が向上する。このとき、前記パウチ型電池セル４１０の下部側のエッジとモジュールケースの底面またはパックケースの底面との間に熱伝導性樹脂を介在させて熱伝導率を高めることも可能である。
さらに、セルカバー４２０は、ベント孔４２５を備え得る。前記ベント孔４２５は、セルカバー４２０により包み込まれたパウチ型電池セル４１０において生じたガスがセルカバーの外に排出されないように構成され得る。ベント孔４２５は、セルカバー４２０の様々な位置に形成され得る。例えば、ベント孔４２５は、図１０から図１１に示されたように、上側カバー部４２１に形成され得る。ベント孔４２５は、楕円状、円形状、四角い形状、ダイアモンドないし菱形の形状に形成され得る。
さらにまた、ベント孔４２５は、１つのセルカバー４２０において複数形成され得る。例えば、ベント孔４２５は、上側カバー部４２１において左右方向及び前後方向にそれぞれ複数配置されて形成され得る。
本発明のこのような実施構成によれば、前記ベント孔４２５を介して火炎及びガスを排出するとき、排出方向を制御することができる。つまり、上記の実施形態のように、ベント孔４２５が上側カバー部４２１に形成された場合、ガスや火炎は水平方向に積み重ねられた他のパウチ型電池セル４１０や他の電池セルアセンブリ４００へ向かうことなく、上部方向（Ｚ方向）に向かって排出されることが可能となる。したがって、ガスや火炎などのセル間の伝播の防止に効果的であり得る。
特に、セルカバー４２０の上部に消火剤などが存在する場合、このような上部方向へのベント構成は、火災の抑制により一層効果的であり得る。例えば、消火剤の収容された消火タンク（図示せず）がセルカバー４２０の上部に配置される場合、セルカバー４２０の上部に火炎やガスなどが排出されれば、消火タンクから消火剤などが流出されるようにして、火災を防止ないし遅延することができる。
図１０のセルカバーの変形例として、前記セルカバーは、図１２に示されたように、前記ベント孔に結合されたフレームアレスター（ｆｌａｍｅ ａｒｒｅｓｔｏｒ）４２６を含み得る。前記フレームアレスター４２６は、高剛性、高耐熱性の金属素材からなる１つ以上のメッシュ網により実現され得る。例えば、前記フレームアレスター４２６は、それぞれ孔径の異なる複数のメッシュ網を含み、前記複数のメッシュ網は、積み重ね構造を有し得る。前記複数のメッシュ網は、（図１２において）高さ方向に進むにつれて相対的に孔径の小さなメッシュ網が順次に配置され得る。このような実施構成は、火炎及び高温のパーティクルなどの排出を極力抑え、ベントガスの温度を下げる上で効果的であり得る。
一方、前記バスバーフレーム４４０は、バスバー４３０を支持し、前記セルカバー４２０と結合され得る。例えば、図１０と図１３を参照すると、バスバーフレーム４４０は、セルカバー４２０の前方の開放端部と後方の開放端部にそれぞれ結合され得る。たとえば、バスバーフレーム４４０は、接着、溶接、嵌合、フック結合、ボルト結合、リベット接合など様々な締結方式を用いてセルカバー４２０の前方の開放端部または後方の開放端部に固定結合され得る。
また、前記バスバーフレーム４４０は、電気絶縁性の材質であり、前記セルカバー４２０の前方の開放部または後方の開放部をカバーできるように設けられ得る。バスバー４３０は、このようなバスバーフレーム４４０の外側面に装着され得る。また、前記バスバーフレーム４４０は、電極リード４１１が通過可能なスリットを備え、電極リード４１１は、前記スリットを通過して前記バスバーフレーム４４０の外側に引き出され、溶接などによりバスバー４３０に固定結合され得る。
電極リード４１１と接続されたバスバー４３０は、外部に露出されないように絶縁カバー４７０により遮へいされ得る。前記絶縁カバー４７０は、好ましくは、電気絶縁性を有し、耐火性に優れた防炎素材から構成され得る。
特に、前記バスバー４３０は、火炎遮断部材４５０を備え得る。
前記火炎遮断部材４５０は、図１４に示されたように、バスバー４３０と一体形に設けられ得る。たとえば、前記バスバー４３０と前記火炎遮断部材４５０は、溶接またはボンディングにより一体形に製作され得る。前記火炎遮断部材４５０は、高剛性／高耐熱性素材（例えば、銅またはステンレス鋼）からなるメッシュ網が１つ以上積み重ねられた網状構造体により実現され得る。
前記バスバー４３０は、穿設された貫通口を備え、前記火炎遮断部材４５０は、前記貫通口の内側に適用され得る。換言すれば、前記バスバー４３０は、前記貫通口が、メッシュ網が多重に積み重ねられた網状構造体から構成された火炎遮断部材４５０により埋め込まれた形態に設けられ得る。すなわち、前記バスバー４３０の貫通口に火炎遮断部材が充填された形態に構成され得る。
このような火炎遮断部材４５０を備えたバスバー４３０によれば、パウチ型電池セル４１０の発熱／発火などのような熱的事象が生じたとき、火炎や高温のガスが火炎遮断部材４５０を通過しながら冷却されることが可能となる。また、火炎や高温のパーティクル粒子が前記火炎遮断部材４５０においてフィルターリングされて排出が制限されることが可能となる。したがって、本発明の実施構成によれば、電池セルアセンブリ４００の全長方向（±Ｘ方向）に少なくとも火炎や高温のパーティクルが排出されることを遮断することができる。
また、本実施形態によるバスバー４３０は、水平方向に折り曲げられた上端部を備える。前記折り曲げられた上端部は、電池セルアセンブリ４００の（正極または負極）ターミナル部４６０として機能し得る。この実施形態による電池セルアセンブリ４００は、正極ターミナル部と負極ターミナル部がセルカバー４２０の上部側の隅角部に位置していて、例えば、前記電池セルアセンブリ４００のターミナル部４６０にケーブルや接続手段を装着するとき、前記ケーブルや接続手段を電池セルアセンブリ４００の上部に配置することができる。この場合、電池セルアセンブリ４００の前方と後方の側に空間的な余裕を確保することができて、たとえば、電池セルアセンブリをモジュールケースやパックケースに収容することがさらに容易になる。
図１１から図１３に戻ると、セルカバー４２０は、全長方向に沿った終端それぞれに切欠部４２４を備える。前記切欠部４２４は、セルカバー４２０の全長方向に沿った終端それぞれの上側に、隅角部が切り欠かれた形状で構成され得る。
このような切欠部４２４を備えたセルカバー４２０は、バスバーフレーム４４０をセルカバー４２０の前方の開放端部または後方の開放端部の内側にさらに押し込み、前記切欠部４２４を介してバスバー４３０のターミナル部４６０がセルカバー４２０の上部方向に露出されるようにすることが可能である。
また、本実施形態によるバスバー４３０は、図１４に示されたように、地面に起立させたときに垂直に延び、電極リードが取り付けられるリード結合部４３１と、前記リード結合部４３１から所定の角度だけ傾いて斜めに延びる折れ曲がり部４３２及び前記折れ曲がり部４３２の上端から前記折れ曲がり部４３２とは反対の方向に水平に延びるターミナル部４６０を備え得る。
このようなバスバーの構造によれば、バスバーフレーム４４０及びバスバー４３０がセルカバー４２０の内側に最大限に引き込まれた状態で、電極リード４１１とバスバー４３０が接続され、バスバー４３０のターミナル部４６０がセルカバー４２０の上部を向くようにすることができる。これにより、本発明の電池セルアセンブリ４００は、たとえば、同じサイズのパウチ型電池セル４１０を用いるとしても、前述した実施形態による電池セルアセンブリ１００に比べて、全長が短くなることが可能となる。
一方、本発明の他の実施形態による電池セルアセンブリ構造体は、一方向に積み重ねられた複数の電池セルアセンブリ４００を含む。
隣り合う電池セルアセンブリ４００は、インターバスバーＫ１により互いに電気的に接続され得る。たとえば、図１６に示されたように、隣り合う電池セルアセンブリ４００は、その正極ターミナル部と負極ターミナル部が互いに反対の方向を向くように積み重ねられ得る。このようなパターンで電池セルアセンブリ４００を積み重ね、隣り合う電池セルアセンブリ４００の正極ターミナル部と負極ターミナル部をインターバスバーＫ１により接続すれば、電池セルアセンブリ４００が直列に接続されることが可能となる。このとき、各電池セルアセンブリ４００に含まれているパウチ型電池セル４１０同士は並列に接続され、電池セルアセンブリ４００同士は直列に接続された形態に構成され得る。
一方、本発明によるバッテリーモジュールは、積み重ねられた複数の電池セルアセンブリ４００及び前記複数の電池セルアセンブリを収容するモジュールケースを含んでなり得る。
また、本発明によるバッテリーパックは、直列に及び／又は並列に接続された前記バッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールを含むパックケースと、を含んでなり得る。他の例として、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーモジュール単位の構成を省略し、前記積み重ねられた複数の電池セルアセンブリ４００を直接的にパックケースに収容したいわゆるセルテゥーパック（Ｃｅｌｌ ｔｏ Ｐａｃｋ）の形態にも構成され得る。
本発明による自動車は、前述した本発明によるバッテリーパックを含み得る。ここで、本発明による自動車は、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、電気を駆動源として用いる所定の自動車を網羅し得る。なお、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックの他に、自動車に含まれる他の様々な構成要素、つまり、車体やモーター等をさらに含み得る。
一方、本明細書中では、上、下、左、右などの方向指示語が用いられたが、これらの用語は説明のしやすさのために用いられたものに過ぎず、対象となる物事の位置や観測者の位置などに応じて異なってくる可能性があるということは本発明の当業者にとって自明である。
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。
１００ 電池セルアセンブリ
１１０ 電池セル（缶型電池セル、パウチ型電池セル）
１１１ 電極リード
１２０ セルカバー
１３０ バスバー
１４０ バスバーフレーム
１４１ 第１面
１４２ 第２面
１４３ スリット
１５０ 火炎遮断部材
１５１ 第１網状構造体
１５２ 第２網状構造体
１６０ ターミナル部
２１０ ベースプレート
２２０ 支持部材
２２１ 結合部
２３０ 固定部材
４００ 電池セルアセンブリ
４１０ 電池セル（パウチ型電池セル）
４１１ 電極リード
４２０ セルカバー
４２１ 上側カバー部
４２２ 第１側面カバー部
４２３ 第２側面カバー部
４２４ 切欠部
４２５ ベント孔
４２６ フレームアレスター
４３０ バスバー
４３１ リード結合部
４３２ 曲がり部
４４０ バスバーフレーム
４５０ 火炎遮断部材
４６０ ターミナル部
４７０ 耐火性絶縁カバー
４７０ 絶縁カバー
Ｋ１ インターバスバー
Ｌ 全長方向

Claims (17)

  1. 少なくとも１つのパウチ型電池セルと、
    前記パウチ型電池セルを包み込むセルカバーと、
    前記パウチ型電池セルの電極リードと接続されるバスバーと、
    前記バスバーを支持し、前記セルカバーにおいて前記電極リードが位置する前記セルカバーの前方の開放端部または後方の開放端部をカバーするバスバーフレームと、
    を含み、
    前記バスバーは、高剛性且つ高耐熱性の素材のメッシュ網を備えた火炎遮断部材が胴体に結合され、
    前記バスバーは、胴体に貫通口を備え、
    前記貫通口は、前記火炎遮断部材によりカバーされた、電池セルアセンブリ。
  2. 前記パウチ型電池セルは、正極リードと負極リードとが前記パウチ型電池セルの全長方向の終端それぞれから互いに反対の方向に突出する両方向の電池セルであり、
    前記セルカバーは、
    前記正極リード及び負極リードが突出した方向を除いた４つの外面の全体を包み込む四角いフレームの形状、または前記４つの外面のうちの３つの外面を包み込むｎ字状のフレームの形状である、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  3. 前記火炎遮断部材は、前記バスバーと一体形に結合された形状である、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  4. 前記火炎遮断部材は、高剛性且つ高耐熱性の素材の前記メッシュ網からなる網状構造体が複数重なり合った形状に構成された、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  5. 前記火炎遮断部材は、
    前記バスバーの一方の面に溶接されて、前記バスバーを基準として前記セルカバーの内部に向かって配置される第１網状構造体と、
    前記バスバーの他方の面に溶接されて、前記バスバーを基準として前記セルカバーの外部に向かって配置される第２網状構造体と、
    を含む、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  6. 前記火炎遮断部材は、複数のメッシュ網が積み重ねられた網状構造体の形状に構成され、前記貫通口に充填された、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  7. 前記バスバーは、隣り合う他の電池セルアセンブリと電気的に接続するためのターミナル部を含み、
    前記ターミナル部は、前記バスバーが前記火炎遮断部材よりも上部方向にさらに延設された部分である、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  8. 前記バスバーは、隣り合う他の電池セルアセンブリと電気的に接続するためのターミナル部を含み、
    前記ターミナル部は、前記セルカバーの上部に位置する、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  9. 前記バスバーと前記バスバーフレームとは、前記セルカバーの前方の開放端部または後方の開放端部に起立配置される第１面と、
    前記第１面に対して折り曲げられた形状で前記セルカバーの上部に配置される第２面と、
    を含み、
    前記ターミナル部は、前記第２面に配備された、請求項８に記載の電池セルアセンブリ。
  10. 前記火炎遮断部材は、銅またはステンレス鋼の素材から形成された、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  11. 前記パウチ型電池セルは、電極組立体が内蔵された収容部が地面に対して垂直に立てられた状態で前記セルカバーに収容され、
    前記セルカバーは、前記パウチ型電池セルの上部側のエッジを包み込む上側カバー部と、
    前記パウチ型電池セルの収容部の一方の面を包み込む第１側面カバー部と、
    前記パウチ型電池セルの収容部の他方の面を包み込む第２側面カバー部と、
    を含む、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  12. 前記セルカバーは、
    前記上側カバー部にガスを排気可能なベント孔を１本以上備えた、請求項１１に記載の電池セルアセンブリ。
  13. 前記ベント孔には、１つ以上のメッシュ網を備えるフレームアレスターが結合された、請求項１２に記載の電池セルアセンブリ。
  14. 前記セルカバーは、
    前記セルカバーの全長方向に沿った終端それぞれの上側に、隅角部が切り欠かれた形状で設けられた切欠部を備え、
    前記バスバーは、
    前記切欠部を介して前記セルカバーの上部方向に露出されて、前記電池セルアセンブリの正極ターミナルまたは負極ターミナルとして機能するターミナル部を備える、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  15. 請求項１～１４のいずれか一項に記載の電池セルアセンブリが装着されるベースプレートと、
    前記電池セルアセンブリの全長方向の側面に配置される支持部材と、
    前記電池セルアセンブリの位置固定のために付加されて前記支持部材に結合される固定部材と、
    を含む、電池セルアセンブリ構造体。
  16. 請求項１５に記載の電池セルアセンブリ構造体を含む、バッテリーパック。
  17. 請求項１５に記載の電池セルアセンブリ構造体を含む、電気自動車。
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