特許 5922148 パウチ型セルケース

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5922148

(24)【登録日】2016年4月22日

(45)【発行日】2016年5月24日

(54)【発明の名称】パウチ型セルケース

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20160510BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20160510BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20160510BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20160510BHJP

   H01M 10/6557 20140101ALI20160510BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 Y

   H01M10/613

   H01M10/647

   H01M10/6551

   H01M10/6557

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-544406(P2013-544406)

(86)(22)【出願日】2011年12月30日

(65)【公表番号】特表2013-546150(P2013-546150A)

(43)【公表日】2013年12月26日

(86)【国際出願番号】KR2011010358

(87)【国際公開番号】WO2012091509

(87)【国際公開日】20120705

【審査請求日】2013年6月14日

(31)【優先権主張番号】10-2010-0139669

(32)【優先日】2010年12月30日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】308007044

【氏名又は名称】エスケー イノベーション カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イ ウォンジュン

(72)【発明者】

【氏名】ハム デフーン

(72)【発明者】

【氏名】キム ソンバム

(72)【発明者】

【氏名】イム トンジョ

(72)【発明者】

【氏名】キム サンヒュック

【審査官】 ▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２８２６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４４９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１４１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１９３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０３３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５９９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７６４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２２６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０２４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５３５１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２３０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／００７７６７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

Ｈ０１Ｍ １０／６５５１

Ｈ０１Ｍ １０／６５５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パウチ（１１１）と前記パウチの一側に形成される電極タブ（１１２）とで構成された複数のパウチ型セル（１１０）を保護するパウチ型セルケースにおいて、
積層された２個の前記パウチ型セルのパウチ（１１１）の外側面を支持する２枚のアルミニウムカバー（１２０）と、
前記積層された２個のパウチ型セル（１１０）の短絡を防止するパーティション（１３０）であって、前記積層された２個のパウチ型セル（１１０）を互いに離隔させるように配置された内部が空になっているフレーム（１３１）と、前記フレーム（１３１）の一側に形成されて前記電極タブ（１１２）を支持するタブ支持部（１３２）とを含むパーティション（１３０）と、
前記フレーム（１３１）の内部の空になっている空間に挿入された緩衝パッド（１３３）とを備え、
前記２枚のアルミニウムカバー（１２０）には、それぞれ、前記２個のパウチ型セル（１１０）を挟んで互いに対向する位置に、内側が陥没して外側が突出するようにプレス加工された曲面形状の湾曲膨出部（１２２）が複数形成されており、且つ、前記２枚のアルミニウムカバー（１２０）のそれぞれにおいて、前記複数の湾曲膨出部（１２２）の外側への突出高さは一定であることを特徴とするパウチ型セルケース。

【請求項2】

前記アルミニウムカバー（１２０）には、前記複数のパウチ型セル（１１０）が収容された内側方向にくぼんで形成されるように曲面勾配が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のパウチ型セルケース。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パウチ型セルケースに関し、より詳しくは、高出力電源として使われる２次電池を構成するパウチ型セルを安定的に保護し、且つ放熱性能に優れたパウチ型セルケースに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、一次電池とは異なる充電及び放電が可能な２次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン、ハイブリッド自動車など、先端分野の開発による活発な研究が進行中である。２次電池としては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−メタルハイブリッド電池、ニッケル−水素電池、リチウム２次電池を挙げることができる。このうち、リチウム２次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上で、携帯用電子機器の電源として使われたり、又は複数個を直列連結して高出力のハイブリッド自動車に使われたりし、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−メタルハイブリッド電池に比べて作動電圧が３倍高く、単位重量当たりエネルギー密度の特性も優れており急速に使われている。

【0003】

リチウム２次電池は、多様な形態で製造可能であり、代表的な形状として、リチウムイオン電池に主に使われる円筒型（cylinder type）及び角型（prismatic type）を挙げることができる。最近脚光を浴びているリチウムポリマー電池は、柔軟性を有するパウチ型（pouched type）で製造され、その形状が比較的自由である。

【0004】

このようなパウチ型リチウムポリマー電池（以下、“パウチ型セル”という）は、容易に撓めたり曲げたりすることができるため、長時間使用するためには堅固なケース装置で保護する必要があった。従来にはこのような直列連結のために各パウチの電極タブを回路パターンが形成されているＰＣＢ（Printed Circuit Board；印刷回路基板）により連結し、これをケースに入れる方式を使用した。

【0005】

しかし、このような従来のパウチ型セルを積層して高出力電池モジュールを構成する方法によると、軟弱な構造であるパウチ型セルを安全に保護することができず、パウチ型セルを複数積層してＰＣＢにより連結する方式も完全でなくて、外部衝撃などの環境変化に強くないという短所があった。

【0006】

高出力電源として使われるリチウム電池を構成するパウチ型セルをさらに堅固で安定的に積層し、これらを信頼性のあるように直列連結することができる方法として、韓国公開特許第２００６−０１０２２０７号の“高出力リチウム２次電池用ケース”がある。

【0007】

図１を参照すると、韓国公開特許第２００６−０１０２２０７号の“高出力リチウム２次電池用ケース”は、パウチ１１及び電極タブ１２で構成されたパウチ型セル１０のパウチ１１を支持するパウチ支持フレーム２１と、前記パウチ支持フレーム２１の一面に形成されて前記パウチ１１で発生する熱を排出する空間を提供する棚型の放熱部２２と、前記放熱部２２の一側に形成されて前記パウチ型セル１０の電極タブ１２を支持する壁（wall）型のタブ支持部２３と、を含む。

【0008】

図２を参照すると、前記のような“高出力リチウム２次電池用ケース”を使用して前記パウチ型セル１０を堅固で且つ安定的に積層した電池モジュール３０を製造することができる。

【0009】

しかし、前記のような電池モジュールは、前記パウチ支持フレーム２１とパウチ支持フレーム２１との間に冷却流路が確保されなくて放熱性能が落ち、前記パウチ型セル１０がケース内に安定的に固定されないという短所がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、放熱性能に優れ、且つパウチ型セルを安定的に保護することができるパウチ型セルケースを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明のパウチ型セルケースは、パウチと前記パウチの一側に形成される電極タブとで構成された複数のパウチ型セルを保護するパウチ型セルケースにおいて、積層された２個の前記パウチ型セルのパウチの外側面を支持する２枚のアルミニウムカバーと、前記積層された２個のパウチ型セルの短絡を防止するパーティションであって、前記積層された２個のパウチ型セルを互いに離隔させるように配置された内部が空になっているフレームと、前記フレームの一側に形成されて前記電極タブを支持するタブ支持部とを含むパーティションと、前記フレームの内部の空になっている空間に挿入された緩衝パッドとを備え、前記２枚のアルミニウムカバーには、それぞれ、前記２個のパウチ型セルを挟んで互いに対向する位置に、内側が陥没して外側が突出するようにプレス加工された曲面形状の湾曲膨出部が複数形成されており、且つ、前記２枚のアルミニウムカバーのそれぞれにおいて、前記複数の湾曲膨出部の外側への突出高さは一定であることを特徴とする。

【0015】

前記のようなアルミニウムカバーには、前記複数のパウチ型セルが収容された内側方向にくぼんで形成されるように曲面勾配が設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明のパウチ型セルケースは、アルミニウムで形成され、セル保護性能と放熱性能に優れている。

【0017】

また、放熱面に曲面形状の湾曲膨出部が形成されて冷却性能を高めながら複数のパウチ型セルケースを積層させたとき、アルミニウムカバーとアルミニウムカバーとの間に冷却流路を確保することができる。

【0018】

また、アルミニウムカバーに曲面勾配を設けることによってケース内部にセルが安定的に固定され、セルに適切な面圧を与えてセルの寿命を延長させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】従来の高出力リチウム２次電池用ケースを使用した２次電池分解斜視図である。

【図2】従来の高出力リチウム２次電池用ケースを使用した電池モジュールの斜視図である。

【図3】本発明によるサブモジュールの斜視図である。

【図4】本発明によるサブモジュールの分解斜視図である。

【図5】本発明による電池モジュールの斜視図である。

【図6】本発明によるフレーム内部の空になっている空間に緩衝パッドが挿入されたパーティションを含むサブモジュールの分解斜視図である。

【図7】本発明による電池モジュールの側面図である。

【図8】本発明による曲面勾配が適用されたアルミニウムカバーの斜視図である。

【図9】本発明による曲面勾配が適用されたアルミニウムカバーのＡ−Ａ′方向断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の技術的思想を添付図面を使用してさらに具体的に説明する。

【0021】

しかし、添付図面は、本考案の技術的思想をさらに具体的に説明するために示す一例に過ぎず、本発明の技術的思想が添付図面の形態に限定されるものではない。

【0022】

本発明の目的は、高出力電源として使われる２次電池を構成するパウチ型セル１１０を安定的に保護し、且つ放熱性能に優れたパウチ型セルケースを提供することである。

【0023】

図３は、本発明によるサブモジュール１００の斜視図であり、図４は、本発明によるサブモジュール１００の分解斜視図であり、図５は、本発明による電池モジュール１０００の斜視図であり、図６は、本発明によるフレーム１３１内部の空になっている空間に緩衝パッド１３３が挿入されたパーティション１３０を含むサブモジュール１００の分解斜視図であり、図７は、本発明による電池モジュール１０００の側面図であり、図８は、本発明による曲面勾配が適用されたアルミニウムカバー１２０の斜視図であり、図９は、本発明による曲面勾配が適用されたアルミニウムカバー１２０の Ａ−Ａ′方向断面図である。

【0024】

図３及び図４を参照すると、本発明のパウチ型セルケースは、２次電池を構成するパウチ型セル１１０を保護する。前記パウチ型セル１１０は、パウチ１１１と前記パウチ１１１の一側に形成される電極タブ１１２とで構成される。前記電極タブ１１２は、電流を出す陽極の電極タブ１１２と電流を取り入れる陰極の電極タブ１１２が互いに離隔して各々形成される。前記パウチ型セルケースは、内側に２個の前記パウチ型セル１１０を収容する。２個の前記パウチ型セル１１０は、前記パウチ型セルケースの内側で積層される。前記パウチ型セルケースは、前記パウチ型セル１１０のパウチ１１１の外側面を取り囲む２枚のアルミニウムカバー１２０を含む。このとき、前記電極タブ１１２は、前記アルミニウムカバー１２０の外部に突出され、他のパウチ型セル１１０の電極タブ１１２とレーザー、超音波などを利用した溶接方法により連結される。

【0025】

図５を参照すると、前記パウチ型セル１１０を積層して電池モジュール１０００を製造する場合、前記パウチ型セル１１０自体の構造的な脆弱性があるため、安定的に前記パウチ型セル１１０を保護することができる構造物が必要である。前記のような構造物は、構造的な安定性と２次電池を構成する前記パウチ型セル１１０の充放電により発生する熱の冷却性能に優れ、外部環境から前記パウチ型セル１１０を保護する性能に優れ、組立性と生産性に優れるべきである。前記のような条件を効果的に満たすために、放熱性能に優れ、構造的な安定性及び保護性能に優れる材料であるアルミニウムを選定して組立性と生産性が良好な前記アルミニウムカバー１２０を製造する。

【0026】

前記パウチ型セルケースは、アルミニウムを使用して一体型ケースで成形することができるが、前記パウチ型セル１１０を一体型ケースに挿入することに比べて、前記のような２枚のアルミニウムカバー１２０を製造し、前記パウチ型セル１１０を内側に配置させた後に結合させることが構造的に脆弱な前記パウチ型セル１１０を取り扱いやすい。

【0027】

図３及び図４を参照すると、前記のようなアルミニウムカバー１２０とアルミニウムカバー１２０とが結合可能に両端に接続固定される連結部１２１を形成することができる。

【0028】

図３及び図４を参照すると、前記のようなパウチ型セルケースは、内部に積層される前記パウチ型セル１１０とパウチ型セル１１０との間を離隔させるパーティション１３０が備えられる。前記のような構造は、前記パウチ型セル１１０とパウチ型セル１１０とが短絡して前記パウチ型セル１１０が損傷するのを防止することができる。

【0029】

図４及び図５を参照すると、２個の前記パウチ型セル１１０と、２枚の前記アルミニウムカバーと、前記パーティション１３０とでサブモジュール１００を構成し、前記サブモジュール１００を複数積層して前記電池モジュール１０００を構成する。

【0030】

このとき、２枚の前記アルミニウムカバー１２０を使用することで、一つの前記パウチ型セル１１０を収容することに比べて、２枚の前記アルミニウムカバー１２０と前記パーティション１３０とで２個の前記パウチ型セル１１０を収容することが、同一容量の前記電池モジュール１０００を製造する場合、製造コストを低くすることができる。したがって、前記サブモジュール１００は、２枚の前記パウチ型セル１１０、２枚のアルミニウムカバー１２０、及びパーティション１３０で構成される。

【0031】

前記パーティション１３０は、プラスチックで形成することができる。プラスチックは、不導体で、電気が流れないため、前記パウチ型セル１１０とパウチ型セル１１０との間の短絡防止に適する。

【0032】

図４を参照すると、前記のようなパーティション１３０は、内部が空になっているフレーム１３１と、前記フレーム１３１の一側に形成されて前記電極タブ１１２を支持するタブ支持部１３２と、を含むことができる。前記のような構造は、前記パウチ型セル１１０とパウチ型セル１１０との間を離隔させて短絡を防止し、前記パウチ型セル１１０とパウチ型セル１１０との間の衝突を抑制させることができ、前記アルミニウムカバー１２０の外部に突出される前記電極タブ１１２を支持することができる。

【0033】

図６を参照すると、前記パーティション１３０は、前記フレーム１３１内部の空になっている空間に挿入され、前記パウチ型セル１１０のパウチ１１１と接する緩衝パッド１３３をさらに含むことができる。前記のような構造は、前記パウチ型セル１１０への機械の騷音、振動及び衝撃の伝達を防止し、前記パウチ型セル１１０とアルミニウムカバー１２０との間の面圧を調節することができる。

【0034】

図４及び図７を参照すると、前記のようなパウチ型セルケースは、前記アルミニウムカバー１２０の内側が陥没して外側が突出するようにプレス加工される曲面形状の湾曲膨出部(curved stack portion)１２２を複数形成することができる。前記のような構造は、パウチ型セル１１０の充放電により発生する熱を排出させる前記アルミニウムカバー１２０の冷却性能を最大限確保することができるだけでなく、前記サブモジュール１００を複数積層して前記電池モジュール１０００を製造する場合、前記サブモジュール１００とサブモジュール１００との間に冷却流路を確保することができる。前記サブモジュール１００を平行に積層すると、対向する前記アルミニウムカバー１２０の外側面は互いに対称を成す。前記アルミニウムカバー１２０の湾曲膨出部１２２と対向するアルミニウムカバー１２０の湾曲膨出部１２２が互いに接触して前記サブモジュール１００を積層すると、前記湾曲膨出部１２２が形成されない部分は、互いに離隔して空になっている空間を形成することによって、２次電池を構成する前記パウチ型セル１１０の充放電により発生する熱を冷却させる冷却媒体の流路を確保することができる。したがって、冷却性能に優れる電池モジュール１０００を構成することができる。

【0035】

前記のような電池モジュール１０００の冷却方式は、空冷式を使用することができて、前記冷却媒体は空気であってもよい。

【0036】

前記のような湾曲膨出部１２２は、多様な曲面形状で形成されることができる。また、前記のように電池モジュール１０００を製造する場合、前記サブモジュール１００が平行に積層されることができるように、前記湾曲膨出部１２２は、外側に突出された長さが一定であり、前記アルミニウムカバー１２０の上下左右方向に互いに離隔して複数形成されてもよく、左右方向に長く形成され、且つ上下方向に互いに離隔して形成されてもよい。

【0037】

図３、図８及び図９を参照すると、前記アルミニウムカバー１２０は、前記複数のパウチ型セル１１０が収容された内側方向にくぼんで形成されるように曲面勾配(curve gradient)が設けられていてよい。前記アルミニウムカバー１２０に曲面勾配を設けると、前記パウチ型セル１１０に適切な面圧を提供することで、前記パウチ型セル１１０の寿命を延長させることができ、前記アルミニウムカバー１２０の内側に前記パウチ型セル１１０を安定的に固定することができる。

【0038】

以下、本発明のパウチ型セルケースを利用して前記電池モジュール１０００を構成する実施例を図面を参照して詳細に説明する。

【0039】

図４を参照すると、前記パウチ型セルケースは、前記のような２枚のアルミニウムカバー１２０とパーティション１３０とを含む。

【0040】

図４、図８及び図９を参照すると、内側方向にくぼんで形成されるように曲面勾配が設けられた２枚の前記アルミニウムカバー１２０の間に２個の前記パウチ型セル１１０を積層させた後、前記アルミニウムカバー１２０を前記パウチ１１１の外側面に結合させ、前記パウチ型セル１１０が適切な面圧を受けて前記アルミニウムカバー１２０の内側に安定的に固定される前記サブモジュール１００を構成する。このとき、前記パウチ型セル１１０の一側に形成された電極タブ１１２は、前記アルミニウムカバーの外部に突出するように結合させられる。また、積層された前記パウチ型セル１１０とパウチ型セル１１０とを離隔させるフレーム１３１と、前記電極タブ１１２を支持するタブ支持部１３２と、を含む前記パーティション１３０を、前記パウチ型セル１１０とパウチ型セル１１０との間に配置することで、前記パウチ型セル１１０とパウチ型セル１１０が互いに短絡するのを防止する。

【0041】

図６を参照すると、前記のようなパーティション１３０は、前記フレーム１３１内部の空になっている空間に前記緩衝パッド１３３を挿入することもできる。

【0042】

図５及び図７を参照すると、前記のようなサブモジュール１００を複数積層させて前記電池モジュール１０００を構成する。前記アルミニウムカバー１２０と対向するアルミニウムカバー１２０の湾曲膨出部１２２を互いに接触させ、前記サブモジュール１００を平行に積層させる。このとき、前記湾曲膨出部１２２が形成されない前記アルミニウムカバー１２０と対向するアルミニウムカバー１２０の外側面が互いに離隔して前記電池モジュール１０００で発生する熱を冷却させる冷却媒体の流路が形成される。また、前記パーティション１３０のタブ支持部１３２により支持され、前記アルミニウムカバー１２０の外側に突出された電極タブ１１２を他のパウチ型セル１１０の電極タブ１１２とレーザー、超音波などの熔接方法により直列又は並列に連結させる。

【0043】

前記のように本発明のパウチ型セルケースを使用して前記パウチ型セル１１０を堅固で安定的に積層し、放熱性能に優れる前記電池モジュール１０００を構成することができる。

【0044】

本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、適用範囲が多様であることはもちろんであり、請求範囲で請求する本発明の要旨を外れない限り、多様な変形実施が可能であることはもちろんである。

【符号の説明】

【0045】

１０００ 電池モジュール
１００ サブモジュール
１１０ パウチ型セル
１１１ パウチ
１１２ 電極タブ
１２０ アルミニウムカバー
１２１ 連結部
１２２ 湾曲膨出部
１３０ パーティション
１３１ フレーム
１３２ タブ支持部
１３３ 緩衝パッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】