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特許7090725バッテリーセル、これを含む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
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(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】
(24)【登録日】2022-06-16
(45)【発行日】2022-06-24
(54)【発明の名称】バッテリーセル、これを含む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
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/105 20210101AFI20220617BHJP
   H01M 50/211 20210101ALI20220617BHJP
   H01M 50/251 20210101ALI20220617BHJP
   H01M 50/291 20210101ALI20220617BHJP
【FI】
H01M50/105
H01M50/211
H01M50/251
H01M50/291
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2020548960
(86)(22)【出願日】2020-01-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-07-15
(86)【国際出願番号】 KR2020000959
(87)【国際公開番号】W WO2020171392
(87)【国際公開日】2020-08-27
【審査請求日】2020-09-14
(31)【優先権主張番号】10-2019-0018662
(32)【優先日】2019-02-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ウン-ギュ・シン
(72)【発明者】
【氏名】ジェ-ミン・ユ
(72)【発明者】
【氏名】ユン-ク・イ
(72)【発明者】
【氏名】ダル-モ・カン
(72)【発明者】
【氏名】ジョン-オ・ムン
【審査官】近藤 政克
(56)【参考文献】
【文献】特開2008-262803(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/105
H01M 50/211
H01M 50/251
H01M 50/291
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッテリーセルであって、
電極組立体と、
前記電極組立体と電気的に接続される一対の電極リードと、
前記一対の電極リードを少なくとも部分的に前記バッテリーセルの前後方向へ突出するように収容し、前記電極組立体を収容可能な収容空間を形成する電池ケースと、
前記電池ケースの両側面及び上下面を統合的にカバーするテーピングユニットと、を含み、
前記テーピングユニットは、
前記電池ケースの両側面及び上下面をカバーするメインテープと、
前記電池ケースの上下面を囲むように前記メインテープに付着される補助テープと、を含むことを特徴とする、バッテリーセル。
【請求項2】
バッテリーセルであって、
電極組立体と、
前記電極組立体と電気的に接続される一対の電極リードと、
前記一対の電極リードを少なくとも部分的に前記バッテリーセルの前後方向へ突出するように収容し、前記電極組立体を収容可能な収容空間を形成する電池ケースと、
前記電池ケースの両側面及び上下面を統合的にカバーするテーピングユニットと、を含み、
前記テーピングユニットは、
前記電池ケースの両側面及び上下面に一体で付着されるメインテープと、
前記メインテープに付着され、前記メインテープを前記電池ケースに付着するとき、前記メインテープを介在して前記電池ケースの上下面に対向して配置される一対の補助テープと、を含むことを特徴とする、バッテリーセル。
【請求項3】
前記電池ケースの上下面には、少なくとも一回折り畳まれるウィングフォールディング部が備えられ、
前記テーピングユニットは、前記ウィングフォールディング部に付着されることを特徴とする、請求項1または2に記載のバッテリーセル。
【請求項4】
前記テーピングユニットは、
前記電池ケースの両側面及び上下面の少なくとも一面に付着された後、前記電池ケースまたは前記テーピングユニットの少なくとも一つの回転動作によって前記電池ケースの両側面及び上下面に付着されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のバッテリーセル。
【請求項5】
前記メインテープが、両面テープであることを特徴とする、請求項2に記載のバッテリーセル。
【請求項6】
前記一対の補助テープが、絶縁テープであることを特徴とする、請求項2または5に記載のバッテリーセル。
【請求項7】
請求項1~6のいずれか一項に記載の複数個のバッテリーセルと、
前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、を含む、バッテリーモジュール。
【請求項8】
複数個のバッテリーセルと、
前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、を含む、バッテリーモジュールであって、
前記バッテリーセルは、
電極組立体と、
前記電極組立体と電気的に接続される一対の電極リードと、
前記一対の電極リードを少なくとも部分的に前記バッテリーセルの前後方向へ突出するように収容し、前記電極組立体を収容可能な収容空間を形成する電池ケースと、
前記電池ケースの両側面及び上下面を統合的にカバーするテーピングユニットと、を含み、
前記複数個のバッテリーセルは、
前記モジュールケース内で各々のバッテリーセルの両側面に向い合うように相互に積層され、
前記テーピングユニットは、
前記複数個のバッテリーセルの積層時、向い合うバッテリーセルのテーピングユニットに接着され、前記モジュールケース内で前記複数個のバッテリーセル同士を固定することを特徴とする、バッテリーモジュール。
【請求項9】
請求項7または8に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースと、を含む、バッテリーラック。
【請求項10】
請求項9に記載の少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリーセル、これを含む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する。
【0002】
本出願は、2019年2月18日出願の韓国特許出願第10-2019-0018662号に基づく優先権を主張し、該当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。
【背景技術】
【0003】
製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車(EV、Electric Vehicle)またはハイブリッド自動車(HEV、Hybrid Electric Vehicle)などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。
【0004】
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約2.5V~4.5Vである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数のバッテリーセルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数のバッテリーセルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、上記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定可能である。
【0005】
なお、複数のバッテリーセルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が一般的である。ここで、多様な電圧と容量要求条件などによって、このようなバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含むバッテリーラックで備えられる電力貯蔵装置を構成することもある。
【0006】
従来、電力貯蔵装置のバッテリーセルは、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を構成するとき、複数個が各々または複数個が別の複数のセルカートリッジに装着された後、複数のセルカートリッジの積層によってバッテリーモジュール、バッテリーラックや電力貯蔵装置を構成する。
【0007】
これによって、従来には、複数のバッテリーセルを積層するとき、別の複数のセルカートリッジがさらに求められるため、このような複数のセルカートリッジによってスリム化及びエネルギー密度の面で不利となるという問題がある。また、別の複数のセルカートリッジの追加は、費用や時間などの面で全体組立工程の効率を低下させるという問題がある。
【0008】
そこで、よりスリムかつコンパクトであり、組立工程の効率を向上させることができるバッテリーセル、これを含む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を提供するための方案が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、よりスリムかつコンパクトな構造のバッテリーセル、これを含む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を提供することを目的とする。
【0010】
また、本発明は、組立工程の効率を向上させることができるバッテリーセル、これを含む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を提供することを他の目的とする。
【0011】
また、本発明は、より簡便な構造でバッテリーセルの固定、及び絶縁性能を確保することができるバッテリーセル、これを含む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を提供することをさらに他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーセルであって、電極組立体と、前記電極組立体と電気的に接続される一対の電極リードと、前記一対の電極リードを少なくとも部分的に前記バッテリーセルの前後方向へ突出するように収容し、前記電極組立体を収容可能な収容空間を形成する電池ケースと、前記電池ケースの両側面及び上下面を統合的にカバーするテーピングユニットと、を含むことを特徴とする、バッテリーセルを提供する。
【0013】
前記テーピングユニットは、前記電池ケースの両側面及び上下面に一体で付着されるメインテープと、前記メインテープに付着され、前記メインテープを前記電池ケースに付着するとき、前記メインテープを介在して前記電池ケースの上下面に対向して配置される一対の補助テープと、を含み得る。
【0014】
前記電池ケースの上下面には、少なくとも一回折り畳まれるウィングフォールディング部が備えられ、前記テーピングユニットは、前記ウィングフォールディング部に付着され得る。
【0015】
前記テーピングユニットは、前記電池ケースの両側面及び上下面の少なくとも一面に付着された後、前記電池ケースまたは前記テーピングユニットの少なくとも一つの回転動作によって前記電池ケースの両側面及び上下面に付着され得る。
【0016】
前記メインテープは、両面テープであり得る。
【0017】
前記一対の補助テープは、絶縁テープであり得る。
【0018】
なお、本発明は、バッテリーモジュールであって、前述した実施例による複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、を含む、バッテリーモジュールを提供する。
【0019】
前記複数個のバッテリーセルは、前記モジュールケース内で各々のバッテリーセルの両側面に向い合うように相互に積層され、前記テーピングユニットは、前記複数個のバッテリーセルの積層時、向い合うバッテリーセルのテーピングユニットに接着され、前記モジュールケース内で前記複数個のバッテリーセル同士を固定し得る。
【0020】
また、本発明は、バッテリーラックであって、前述した実施例の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースと、を含む、バッテリーラックを提供する。
【0021】
さらに、本発明は、電力貯蔵装置であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置を提供する。
【発明の効果】
【0022】
以上のような多様な実施例によって、よりスリムかつコンパクトな構造のバッテリーセル、これを含む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を提供することができる。
【0023】
また、以上のような多様な実施例によって、組立工程の効率を向上させることができるバッテリーセル、これを含む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を提供することができる。
【0024】
また、以上のような多様な実施例によって、より簡便な構造でバッテリーセルの固定及び絶縁性能を確保することができるバッテリーセル、これを含む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を提供することができる。
【0025】
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例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。
【図面の簡単な説明】
【0026】
図1】本発明の一実施例によるバッテリーセルを説明するための図である。
図2図1のバッテリーセルのテーピングユニットを説明するための図である。
図3図1のバッテリーセルの前面図である。
図4図3のバッテリーセルの主要部の拡大図である。
図5図3のバッテリーセルの他の実施例によるウィングフォールディング部を説明するための図である。
図6図1のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。
図7図1のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。
図8図1のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。
図9図1のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。
図10図1のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。
図11】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
図12】本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である。
図13】本発明の一実施例による電力貯蔵装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
【0028】
図1は、本発明の一実施例によるバッテリーセルを説明するための図であり、図2は、図1のバッテリーセルのテーピングユニットを説明するための図であり、図3は、図1のバッテリーセルの前面図であり、図4は、図3のバッテリーセルの主要部の拡大図であり、図5は、図3のバッテリーセルの他の実施例によるウィングフォールディング部を説明するための図である。
【0029】
図1図5を参照すれば、バッテリーセル100は、二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池及び円筒型二次電池のいずれか一つで備えられ得る。以下、本実施例においては、上記バッテリーセル100がパウチ型二次電池として備えられると限定して説明する。
【0030】
このような上記バッテリーセル100は、電極組立体110、一対の電極リード130、電池ケース150及びテーピングユニット170を含み得る。
【0031】
上記電極組立体110は、正極板、負極板及びセパレーターなどから構成され得る。上記電極組立体110についてはよく知られているため、以下、詳しい説明を省略する。
【0032】
上記一対の電極リード130は、上記電極組立体110と電気的に接続され、後述する電池ケース150の一側外部へ突出し得る。このような上記一対の電極リード130は、正極リード及び負極リードから構成され得る。
【0033】
上記電池ケース150は、上記一対の電極リード130を少なくとも部分的に上記バッテリーセル100の前後方向(図1参照)へ突出するように収容し、上記電極組立体110を収容できる収容空間を形成し得る。
【0034】
このような上記電池ケース150の上下面には、上記バッテリーセル100のスリム化、エネルギー密度及び密閉力の向上のために、少なくとも1回折り畳まれたウィングフォールディング部155、157が備えられ得る。例えば、図4に示したように、上記ウィングフォールディング部155は1回折り畳まれるか、または、図5に示したように、上記ウィングフォールディング部157が2回折り畳まれるように設けられ得る。
【0035】
上記テーピングユニット170は、上記バッテリーセル100を複数個積層するとき、隣接するバッテリーセル100同士を固定及び支持するためのものであって、上記電池ケース150の両側面(図1参照)と上下面(図1参照)を統合的にカバーし得る。
【0036】
このような上記テーピングユニット170は、メインテープ172及び補助テープ176を含み得る。
【0037】
上記メインテープ172は、上記電池ケース150の両側面及び上下面に一体で付着され得る。上記メインテープ172は、上記電池ケース150の上下面への付着時、上記電池ケース150の上記ウィングフォールディング部155、157に付着され得る。このような上記メインテープ172は、上記電池ケース150の両側面及び上下面を全てカバーできる所定の長さで設けられ得る。
【0038】
上記メインテープ172は、上記電池ケース150及び上記複数個のバッテリーセル100同士の積層時、隣接するバッテリーセル100との接着のために両面テープとして備えられ得る。
【0039】
このような上記メインテープ172は、上記電池ケース150の両側面及び上下面の少なくとも一面に付着された後、上記電池ケース150または上記テーピングユニット170の少なくとも一つの回転動作によって上記電池ケース150の両側面及び上下面に付着され得る。
【0040】
上記補助テープ176は、一対で備えられ得る。上記一対の補助テープ176は、上記メインテープ172に付着され、上記メインテープ172を上記電池ケース150に付着するとき、上記メインテープ172を介在して上記電池ケース150の上下面に対向して配置され得る。
【0041】
このような上記一対の補助テープ176は、後述する複数個のバッテリーセル100がバッテリーモジュール10を構成するとき、上記複数個のバッテリーセル100と後述するモジュールケース200との絶縁を確保するように、絶縁テープであり得る。
【0042】
上記一対の補助テープ176は、上記テーピングユニット170が上記バッテリーセル100に付着されるとき、上記電池ケース150の上下面を囲むように配置され得る。これによって、上記一対の補助テープ176は、上記バッテリーセル100のスウェリング時、上記バッテリーセル100の膨張を防止できる。
【0043】
また、上記一対の補助テープ176は、上記バッテリーセル100がバッテリーモジュール10を構成するとき、上記電池ケース150の上記ウィングフォールディング部155、157の近所の電場品などと上記電池ケース150との間で隔壁構造を形成するため、上記バッテリーセル100の冷却性能の低下も防止することができる。
【0044】
以下、本実施例による上記バッテリーセル100の上記テーピングユニット170の付着固定についてより具体的に説明する。
【0045】
図6図10は、図1のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。
【0046】
図6を参照すれば、製造者などは、上記バッテリーセル100の上記電池ケース150の一側に上記テーピングユニット170の上記メインテープ172の一端部を付着し得る。
【0047】
図7を参照すれば、その後、上記製造者などは、上記バッテリーセル100を一方向へ90°回転させて上記テーピングユニット170の上記メインテープ172を、上記バッテリーセル100の上記電池ケース150のいずれか一つのウィングフォールディング部155側に付着し得る。これによって、上記テーピングユニット170の上記補助テープ176は、上記バッテリーセル100の上記電池ケース150のいずれか一つのウィングフォールディング部155側をカバーし得る。
【0048】
図8を参照すれば、その後、上記製造者などは、上記バッテリーセル100を上記一方向へ90°さらに回転させて上記テーピングユニット170の上記メインテープ172を上記バッテリーセル100の上記電池ケース150の他側に付着し得る。
【0049】
図9を参照すれば、その後、上記製造者などは、上記バッテリーセル100を一方向へ90°さらに回転させて上記テーピングユニット170の上記メインテープ172を上記バッテリーセル100の上記電池ケース150の残りの一つのウィングフォールディング部155側に付着し得る。これによって、上記テーピングユニット170の上記補助テープ176は、上記バッテリーセル100の上記電池ケース150の残りの一つのウィングフォールディング部155側をカバーし得る。
【0050】
図10を参照すれば、その後、上記製造者などは、上記バッテリーセル100を上記一方向へ90°さらに回転させて上記テーピングユニット170の上記メインテープ172を上記バッテリーセル100の上記電池ケース150の一側に付着し得る。
【0051】
このような付着固定によって、上記テーピングユニット170は、上記バッテリーセル100の両側面及び上下面を全てカバーできるように上記電池ケース150の両側面及び上下面に一体で付着され得る。
【0052】
図11は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
【0053】
図11を参照すれば、バッテリーモジュール10は、複数個の上記バッテリーセル100と、上記複数個のバッテリーセル100を収容するモジュールケース200と、を含み得る。
【0054】
上記複数個のバッテリーセル100は、上記モジュールケース200内で各々のバッテリーセル100の両側面に向い合うように相互積層され得る。上記テーピングユニット170は、上記複数個のバッテリーセル100の積層時、向い合うバッテリーセル100のテーピングユニット170に接着され、上記モジュールケース200内で上記複数個のバッテリーセル100同士を固定し得る。
【0055】
本実施例の場合、上記バッテリーセル100の積層時、上記バッテリーセル100に設けられるテーピングユニット170によって相互固定されるため、従来のような別の複数のセルカートリッジを省略してもよい。
【0056】
これによって、本実施例の場合、上記モジュールケース200内で従来の複数のセルカートリッジが上記モジュールケース200内で占める体積だけ空間を確保できるため、上記バッテリーモジュール10のスリム化及びエネルギー密度を大幅向上させることができる。
【0057】
また、本実施例の場合、別の複数のセルカートリッジが省略されるので、別の複数のセルカートリッジの追加による製造コストや製造時間などを減らすことができ、上記バッテリーモジュール10の全体組立工程の効率を大幅向上させることができる。
【0058】
図12は、本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である。
【0059】
図12を参照すれば、バッテリーラック1は、上記少なくとも一つのバッテリーモジュール10と、上記少なくとも一つのバッテリーモジュール10を収容するラックケース50と、を含み得る。
【0060】
本実施例による上記バッテリーラック1は、前述した実施例の上記バッテリーセル100及び上記バッテリーモジュール10を含むため、前述した実施例の上記バッテリーセル100及び上記バッテリーモジュール10による長所を全て有するバッテリーラック1を具現できる。
【0061】
図13は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置を説明するための図である。
【0062】
図13を参照すれば、電力貯蔵装置Eは、家庭用または産業用エネルギー源として用いられ得、上記少なくとも一つのバッテリーラック1と、上記少なくとも一つのバッテリーラック1を収容するラックケースCと、を含み得る。
【0063】
本実施例による上記電力貯蔵装置Eは、前述した実施例の上記バッテリーセル100、上記バッテリーモジュール10及び上記バッテリーラック1を含むことから、前述した実施例の上記バッテリーセル100、上記バッテリーモジュール10及び上記バッテリーラック1による長所を全て有する電力貯蔵装置Eが具現できる。
【0064】
以上のような多様な実施例によって、よりスリムかつコンパクトな構造の上記バッテリーセル100、これを含む上記バッテリーモジュール10、上記バッテリーラック1及び上記電力貯蔵装置Eを提供することができる。
【0065】
また、以上のような多様な実施例によって、組立工程の効率を向上させることができる上記バッテリーセル100、これを含む上記バッテリーモジュール10、上記バッテリーラック1及び上記電力貯蔵装置Eを提供することができる。
【0066】
また、以上のような多様な実施例によって、より簡便な構造で上記バッテリーセル100の固定及び絶縁性能を確保することができる上記バッテリーセル100、これを含む上記バッテリーモジュール10、上記バッテリーラック1及び上記電力貯蔵装置Eを提供することができる。
【0067】
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該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多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
【符号の説明】
【0068】
1 バッテリーラック
10 バッテリーモジュール
50 ラックケース
100 バッテリーセル
110 電極組立体
130 電極リード
150 電池ケース
155 ウィングフォールディング部
157 ウィングフォールディング部
170 テーピングユニット
172 メインテープ
176 補助テープ
200 モジュールケース
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13