特許 7523845 スウェリングの際に噴出するフレア及びスパークを捕集することができるポケットを備えた電池モジュール

(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】2024-07-19

(45)【発行日】2024-07-29

(54)【発明の名称】スウェリングの際に噴出するフレア及びスパークを捕集することができるポケットを備えた電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/211 20210101AFI20240722BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20240722BHJP

   H01M 50/264 20210101ALI20240722BHJP

   H01M 50/367 20210101ALI20240722BHJP

   H01M 50/35 20210101ALI20240722BHJP

   H01M 50/507 20210101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

H01M50/211

H01M50/262 S

H01M50/264

H01M50/367

H01M50/35 201

H01M50/507

H01M50/262 M

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2022566245

(86)(22)【出願日】2021-07-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-13

(86)【国際出願番号】 KR2021008391

(87)【国際公開番号】W WO2022005239

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2022-10-28

(31)【優先権主張番号】10-2020-0081659

(32)【優先日】2020-07-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2020-0105297

(32)【優先日】2020-08-21

(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】スン・ゲン・ホン

(72)【発明者】

【氏名】スン・ヒョン・キム

(72)【発明者】

【氏名】サン・ヒョン・ジョ

(72)【発明者】

【氏名】ジン・キュ・シン

(72)【発明者】

【氏名】スン・ミン・オク

(72)【発明者】

【氏名】ビュン・オ・コン

【審査官】窪田 陸人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１６２２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２０３４３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１４８８０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１５６３２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１７－５３９０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０９８４９１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

Ｈ０１Ｍ ５０／３０－５０／３９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルが垂直方向に積層されたセルスタックと、
前記セルスタックを収納する保護ケースとを含み、
前記保護ケースは、前記セルスタックの下に位置する下面カバー、前記セルスタックの上に位置する上面カバー、及び前記セルスタックの側面に位置する一対の側面カバーを含み、
前記側面カバーは、垂直板及び前記垂直板の両側端部から所定の形状に折曲及び／または湾曲して互いに対向するように位置する一対の折曲板を含み、
前記セルスタックは、垂直方向に積層された複数の電池セル、及び積層された前記電池セルの上部及び下部のうちのいずれか一つ以上に位置する押圧層を含み、
前記押圧層は、押圧パッド及び補強フレームを含む、電池モジュール。

【請求項2】

前記垂直板は、下側端部が前記下面カバーと密着し、上側端部が前記上面カバーと密着するように位置する、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記側面カバーの前記垂直板と前記セルスタックとは、所定の距離で離隔して第３空間部を形成する、請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記セルスタックは、前記電池セルの正極リードと負極リードとが連結されるバスバー、及び前記正極リードと前記バスバーとの間、及び前記負極リードと前記バスバーとの間にそれぞれ介在される一対のバスバーホルダーを含む、請求項２または３に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記バスバーホルダーは、一つ以上のスリットを備えた平板状のメインプレート、及び前記メインプレートの両側垂直端部に沿って連結された羽部を含む、請求項４に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記羽部は、所定の形状に折り曲げられる、請求項５に記載の電池モジュール。

【請求項7】

前記押圧パッドの一側面には、溝部が備えられ、前記補強フレームは、前記溝部に装着される、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項8】

前記押圧層は、積層された前記電池セルの上部及び下部にそれぞれ位置し、積層された前記電池セルの上部に位置する前記押圧パッドの前記溝部は、上向きになり、積層された前記電池セルの下部に位置する前記押圧パッドの前記溝部は、下向きになる、請求項７に記載の電池モジュール。

【請求項9】

前記溝部及び前記補強フレームは、垂直切断面の形状が同一である、請求項７または８に記載の電池モジュール。

【請求項10】

前記溝部及び前記補強フレームの垂直切断面は、「∨」形、「∪」形または

【数1】

形である、請求項９に記載の電池モジュール。

【請求項11】

前記押圧パッドは、絶縁材のプラスチックからなり、前記補強フレームは、金属材からなる、請求項８に記載の電池モジュール。

【請求項12】

前記上面カバーには、第２打孔部が形成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項13】

前記第２打孔部は、長方形スリット形に形成される、請求項１２に記載の電池モジュール。

【請求項14】

前記第２打孔部は、前記上面カバーの長手方向に沿って形成される、請求項１２または１３に記載の電池モジュール。

【請求項15】

前記第２打孔部は、前記第３空間部の垂直延長線上に位置する、請求項３を間接的に引用する請求項１４に記載の電池モジュール。

【請求項16】

前記第２打孔部は、前記上面カバーの幅方向に沿って形成される、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項17】

前記第２打孔部は、前記補強フレームの垂直延長線上に位置する、請求項１６に記載の電池モジュール。

【請求項18】

前記第２打孔部は、前記補強フレームと同じ個数が形成される、請求項１６または１７に記載の電池モジュール。

【請求項19】

前記第２打孔部は、円形を有する、請求項１２から１８のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項20】

複数の電池セルが垂直方向に積層されたセルスタックと、
前記セルスタックを収納する保護ケースとを含み、
前記保護ケースは、前記セルスタックの下に位置する下面カバー、前記セルスタックの上に位置する上面カバー、及び前記セルスタックの側面に位置する一対の側面カバーを含み、
前記側面カバーは、垂直板及び前記垂直板の両側端部から所定の形状に折曲及び／または湾曲して互いに対向するように位置する一対の折曲板を含み、
前記上面カバーには、第２打孔部が形成され、
前記第２打孔部には、メッシュ網が備えられている、電池モジュール。

【請求項21】

前記下面カバーには、第１打孔部が形成されている、請求項１から２０のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項22】

請求項１から２１のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む、電池パック。

【請求項23】

請求項２２に記載の電池パックを備えた、エネルギー貯蔵装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は２０２０年０７月０２日付の韓国特許出願第２０２０－００８１６５９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。

【0002】

本出願は２０２０年０８月２１日付の韓国特許出願第２０２０－０１０５２９７号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。

【0003】

本発明はスウェリングの際に噴出するフレア及びスパークを捕集することができるポケットを備えた電池モジュールに関し、より詳しくはセルスタックまたはセルスタックと側面カバーとの間にポケットを備えることで、フレア及びスパークの移動を遮断し、さらにベントガスとともに空気を外部に速かに排出誘導することで、発火条件を事前に防止して火災発生を抑制することができる電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0004】

製品群による適用が容易であり、高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車両（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド車両（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に応用されている。このような二次電池は化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的利点だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全然発生しないという点で環境に優しくエネルギー効率性向上のための新エネルギー源として注目されている。

【0005】

このような二次電池は、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などが知られており、多数のバッテリーセルを直列または並列に連結して単一の電池モジュール、電池パックを構成することもある。

【0006】

近年、注目されているエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）は、生産された電気をバッテリーに貯蔵しておき、電気が必要なときに需要者に供給することにより電力使用の効率を極大化することができる装置である。

【0007】

一般的なエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）は、多数の電池モジュールが単一のラックを成し、数十個ないし数百個のラックが集まって単一のシステムを構成する。そして、急な電力供給の中断や異常に対応して電力が安定的に供給されるようにするＵＰＳ（無停電電源装置）と太陽光を電気エネルギーに変換する発電装置である太陽光発電システムなどと連動して使われることもある。

【0008】

一方、二次電池は優れた電気的特性を有しているが、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態で電池の構成要素である活物質、電解質などの分解反応が引き起こされて熱及びガスが発生し、これにより二次電池が膨張する、いわゆるスウェリング現象が発生する問題点がある。スウェリング現象はこのような分解反応を加速化させて熱暴走（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象による二次電池の爆発及び発火をもたらすこともある。

【0009】

すなわち、電池セルの熱暴走の際には、シーリングの弱い部分から閃光のように飛び出す火炎であるフレア（ｆｌａｒｅ）、内部電極の脱離及びアルミニウム集電体の溶融によって放出される高熱の粒子であるスパーク（ｓｐａｒｋ）、そして高温のベントガス（ｖｅｎｔ ｇａｓ）が発生することになる。特に、これらはその位置にのみ留まるものではなく、隣近に位置する電池セルを含めて周辺のモジュールまで移動するので、大きな事故につながる可能性が高い。

【0010】

これに関連して、特許文献１には、互いに主面同士対面するように配列された多数のバッテリーセルと、互いに隣り合うバッテリーセルの間に介在される隔壁とを含み、前記隔壁には隔壁の厚さ方向に沿って前記バッテリーセルの主面から遠くなる方向に凹んでいる陰刻型のエアポケットが形成されているバッテリーパックが開示されている。

【0011】

前記特許文献１によれば、互いに隣り合うバッテリーセルの間に隔壁及びエアポケットを形成することで、互いに隣り合うバッテリーセルの間での熱的干渉を遮断することができるので、局部的に劣化した一部のバッテリーセルから隣接した他のバッテリーセルへの熱暴走をある程度遮断することができるという利点がある。

【0012】

しかし、特許文献１は角型セルが並んで積層されたバッテリーパックであり、セルケース、電極組立体、及びケースの外側にリードが突出するパウチセルから構成された電池モジュールにはそのまま適用することができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】韓国公開特許第２０２０－００１１８１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明は前記のような問題点を解決するために、電池セルの熱暴走の際に発生するフレア及びスパークなどの移動を遮断することで、火災の発生を防止するか、隣近に位置する電池モジュールに火炎が移動することを防止することができる電池モジュールを提供することを目的とする。

【0015】

また、本発明は、電池セルの熱暴走の際に噴出するベントガスとともにモジュールケースの内部空気を速かに排出させることで、火災が発生することを事前に防止することができる電池モジュールを提供することを目的とする。

【0016】

さらに、本発明は、電池セルの熱暴走の際に発生した熱気、ベントガス及び内部空気を外部に排出させることで、火災が発生することを事前に防止することができる電池モジュール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】

【0017】

前記のような問題点を解決するための本発明による電池モジュールは、複数の電池セルが垂直方向に積層されたセルスタック、及び前記セルスタックを収納する保護ケースを含み、前記保護ケースは、前記セルスタックの下に位置する下面カバー、前記セルスタックの上に位置する上面カバー、及び前記セルスタックの側面に位置する一対の側面カバーを含み、前記側面カバーの内側には、スウェリングの際に噴出するフレア及びスパークの移動を遮断することができる構造が備えられることを特徴とする。

【0018】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記側面カバーは、下側端部が前記下面カバーと密着し、上側端部が前記上面カバーと密着するように位置する垂直板、及び前記垂直板の両側端部から所定の形状に折曲及び／または湾曲して互いに対向するように位置する一対の折曲板を含むことを特徴とする。

【0019】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記側面カバーの垂直板とセルスタックとは、所定の距離で離隔して第３空間部を形成することを特徴とする。

【0020】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記セルスタックは、垂直方向に積層された複数の電池セル、積層された電池セルの上部及び下部のうちのいずれか一つ以上に位置する押圧層、電池セルの正極リード及び負極リードが連結されるバスバー、及び正極リードとバスバーとの間、及び負極リードとバスバーとの間にそれぞれ介在される一対のバスバーホルダーを含むことを特徴とする。

【0021】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記バスバーホルダーは、一つ以上のスリットを備えた平板状のメインプレート、及び前記メインプレートの両側垂直端部に沿って連結された羽部を含むことを特徴とする。

【0022】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記羽部は、所定の形状に折り曲げられることを特徴とする。

【0023】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記押圧層は、押圧パッド及び補強フレームを含むことを特徴とする。

【0024】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記押圧パッドの一側面には、溝部が備えられ、前記補強フレームは、前記溝部に装着されることを特徴とする。

【0025】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記押圧層は、積層された電池セルの上部及び下部にそれぞれ位置し、積層された電池セルの上部に位置する押圧パッドの溝部は、上向きになり、積層された電池セルの下部に位置する押圧パッドの溝部は、下向きになることを特徴とする。

【0026】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記溝部及び補強フレームは、垂直切断面の形状が同一であることを特徴とする。

【0027】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記溝部及び補強フレームの垂直切断面は、「∨」形、「∪」形または

【数1】

形を有することを特徴とする。

【0028】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記押圧パッドは、絶縁材のプラスチックからなり、前記補強フレームは金属材からなることを特徴とする。

【0029】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記上面カバーには、第２打孔部が形成されることを特徴とする。

【0030】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２打孔部は、長方形スリット形を有することを特徴とする。

【0031】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２打孔部は、上面カバーの長手方向に沿って形成されることを特徴とする。

【0032】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２打孔部は、前記第３空間部の垂直延長線上に位置することを特徴とする。

【0033】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２打孔部は、上面カバーの幅方向に沿って形成されることを特徴とする。

【0034】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２打孔部は、前記補強フレームの垂直延長線上に位置することを特徴とする。

【0035】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２打孔部は、前記補強フレームと同じ個数が形成されることを特徴とする。

【0036】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２打孔部は、円形を有することを特徴とする。

【0037】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記第２打孔部には、メッシュ網が備えられることを特徴とする

【0038】

また、本発明による電池モジュールにおいて、前記下面カバーには、第１打孔部が形成されることを特徴とする。

【0039】

また、本発明は、前述した電池モジュールを含む電池パックを提供することを特徴とする。

【0040】

また、本発明は、前述した電池パックを備えたエネルギー貯蔵装置を提供することを特徴とする。

【発明の効果】

【0041】

本発明による電池モジュールによれば、垂直板の両側端部に一対の折曲板が対向して位置しているので、熱暴走の際に発生するフレア及びスパークが外部に放出されるか電極リードに移動することを遮断することができ、よって電池モジュールの火災を防止することができるという利点がある。

【0042】

また、本発明による電池モジュールによれば、熱暴走の際に噴出するベントガスを外部に速かに誘導し、このときに空気が一緒に排出される構造であるので、火炎が発生することを防止することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明の好適な第１実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。

【図2】図１に示す電池モジュールの分解斜視図である。

【図3】図１に示す電池モジュールのセルスタックの分解斜視図である。

【図4】押圧維持部の分解斜視図である。

【図5】側面カバーとバスバーホルダーとの結合構造を説明するための分解斜視図である。

【図6】図１に示す電池モジュールにおいて上部カバーを分離した状態で前面から見た斜視図である。

【図7】図１に示す電池モジュールにおいて上部カバーを分離した状態で上から見た平面図である。

【図8】側面カバーの多様な変形例を示す断面図である。

【図9】側面カバーの他の変形例を示す断面図である。

【図10】本発明の好適な第２実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。

【図11】本発明の好適な第３実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。

【図12】本発明の好適な第４実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。

【図13】本発明の好適な第５実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

本出願で、「含む」、「有する」または「備える」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、構成要素、部分品またはこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組合せなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。

【0045】

また、図面全般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じ図面符号を使う。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に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連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0046】

以下、本発明によるスウェリングの際に噴出するフレア及びスパークを捕集することができるポケットを備えた電池モジュールについて説明する。

【0047】

図１は本発明の好適な第１実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図であり、図２は図１に示す電池モジュールの分解斜視図である。

【0048】

図１及び図２に示すように、本発明の第１実施例による電池モジュールの外形は略六面体の形状を有し、金属材からなる保護ケース１００の内側空間部にセルスタック２００が収納されている。セルスタック２００についての具体的な説明は後述する。

【0049】

保護ケース１００は、セルスタック２００の下に位置する下面カバー１１０と、セルスタック２００の上に位置する上面カバー１２０と、セルスタック２００の側面に位置する一対の側面カバー１３０とを含む。

【0050】

まず、セルスタック２００の上部を保護するための平板状の上面カバー１２０は中央付近に長手方向（Ｚ軸方向）に沿って複数の第２打孔部１２１が形成されている。このような第２打孔部１２１は、イベント発生の際、ベントガスとともに熱気が排出される通路として作用し、特に保護ケース１００の内部にあった空気が高圧ベントガスの排出の際に一緒に排出されるので、火災が発生することを防止することができる。

【0051】

可燃性物質、酸素、及び発火点以上の温度のすべてが充足されるときに電池モジュールで火災が発生する。この際、前述したように、保護ケース１００の内部にあった空気とともに熱気が上面カバー１２０の第２打孔部１２１を通して外部に排出されるので、火災の発生を抑制する。ここで、第２打孔部１２１の形状は円形であることができる。

【0052】

一方、下面カバー１１０にも第２打孔部１２１と同じ機能を達成するように長手方向（Ｚ軸方向）に沿って第１打孔部１１１が設けられることがより好ましい。

【0053】

次に、セルスタック２００の幅（Ｘ軸方向）より少し大きい間隔で離隔したままで互いに対向している一対の側面カバー１３０は、垂直板１３１、水平延長板１３２、及び一対の折曲板１３３を含む。

【0054】

特定の電池セルで熱暴走が発生すれば、フレア（ｆｌａｒｅ）、スパーク（ｓｐａｒｋ）、高圧のベントガス及び熱気が噴出し、酸素及び可燃物質がこれらと一緒に共存すれば火災や爆発につながる。

【0055】

本発明の側面カバー１３０は、フレア（ｆｌａｒｅ）、スパーク（ｓｐａｒｋ）などの熱暴走生成物が保護ケース１００の外側に飛び出すことができないようにし、またベントガス及び熱気を上面カバー１２０の第２打孔部１２１及び／または下面カバー１１０の第１打孔部１１１に誘導して排出し、この過程で保護ケース１００の内側に充満していた空気が一緒に排出されるので、火炎が生成することができない状態になる。

【0056】

具体的には、空気断熱層が形成できるように、垂直板１３１はセルスタック２００とは少し離隔しており、下側端部は下面カバー１１０と密着し、上側端部は上面カバー１２０と密着するように位置する。そして、一対の折曲板１３３は垂直板１３１の両側端部、すなわちセルスタック２００の両側角付近に位置し、これらの折曲板１３３は一側面が開放したＬ字形に互いに対向している。

【0057】

したがって、フレア（ｆｌａｒｅ）及びスパーク（ｓｐａｒｋ）は垂直板１３１及び折曲板１３３によって形成される空間に閉じこめられた状態になるので、外部に放出されることができないだけでなく、電極リードの方向への移動が制限されるので、電極リードと直接的に接触することを遮断することができる。

【0058】

垂直板１３１の上部及び下部から外側に折り曲げられた状態の水平延長板１３２は下面カバー１１０と上面カバー１２０との締結のためのものであり、必要に応じて省略することができるというのは自明である。たとえ図面には下面カバー１１０、上面カバー１２０、及び一対の側面カバー１３０が別に製作された後に結合されるものとして示されているが、下面カバー１１０と一対の側面カバー１３０、または上面カバー１２０と一対の側面カバー１３０を一体に製作した後に組み立てることも可能である。

【0059】

図３は図１に示す電池モジュールのセルスタックの分解斜視図であり、図４は押圧維持部の分解斜視図であり、図５は側面カバーとバスバーホルダーとの結合構造を説明するための分解斜視図である。

【0060】

本発明のセルスタック２００は、垂直方向に積層された複数の電池セル２１０と、一つ以上の緩衝パッド２２０と、一つ以上の押圧層２３０と、バスバーホルダー２４０と、バスバー２５０とを含む。

【0061】

まず、電池セル２１０はパウチ型電池セルであることができ、電極組立体（図示せず）を収納するセルケースと、一対の電極リードとを含む。

【0062】

ここで、電極組立体は、長シート状の正極及び負極の間に分離膜が介在されてから巻き取られる構造を有するゼリーロール型組立体、または長方形の正極及び負極が分離膜を挟んでいる状態で積層される構造を有するスタック型組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタックフォルディング型組立体、または電池セルが分離膜を挟んでいる状態で積層され、互いに付着されるラミネーションスタック型組立体などからなることができるが、これに限定されない。

【0063】

また、電解質は一般的に通用される液体電解質の他にも、固体電解質、または固体電解質に添加剤を加えて液体と固体との中間形態を有するゲル状の準固体電解質に置換されても問題がないというのは言うまでもない。

【0064】

前記のような電極組立体はセルケースに収納され、セルケースは通常内部層／金属層／外部層のラミネートシート構造を有する。内部層は電極組立体と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解液性を有しなければならなく、また外部に対する密閉のためにシーリング性、すなわち内部層同士熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性が良いポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル酸ポリエチレン、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、及びポリイミド樹脂から選択されることができるが、これに限定されなく、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性及び耐化学性に優れたポリプロピレンが一番好ましい。

【0065】

内部層と接している金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好適な材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム薄膜を使うことができる。

【0066】

そして、金属層の他側面には外部層が備えられる。このような外部層は電極組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性、及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができる。一例として、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレートを使うことができるが、これに限定されない。

【0067】

一方、一対の電極リードは正極リードと負極リードとからなり、セル組立体の正極タブと負極タブとがそれぞれ電気的に連結された後、セルケースの外部に露出されるか、タブを省略し、セル組立体と直接連結されてもかまわない。

【0068】

一つ以上の緩衝パッド２２０は、積層された電池セル２１０の上部及び下部のうちのいずれか一つ以上に位置し、必要に応じては電池セル２１０の間に介在されることもできる。このような緩衝パッド２２０は外部から押圧力によって体積が容易に変化する素材からなり、例えばスポンジまたは不織布などからなることができる。

【0069】

押圧パッド２３１及び補強フレーム２３２を含む押圧層２３０は積層された電池セル２１０の上部及び下部のうちのいずれか一つ以上に、もちろん緩衝パッド２２０が装着された場合には、緩衝パッド２２０の外側に位置して電池セル２１０の全面を均一に押圧するとともに金属材の保護ケース１００と電池セル２１０との間の通電を防止することを目的とする。

【0070】

ここで、押圧パッド２３１の一側面には幅方向（Ｘ軸方向）に沿って所定の深さ及び幅で陥没した溝部２３１’が設けられることが好ましく、長手方向（Ｚ軸方向）に沿って所定の距離で離隔したままで複数備えられることがより好ましく、一側が開放したままで所定の形状に折り曲げられて切断面が略「Ｖ」形、「Ｕ」形または

【数2】

形の金属材の補強フレーム２３２が溝部２３１’に装着されることが一番好ましい。

【0071】

押圧パッド２３１は、電池モジュールの軽量化及び絶縁のために、プラスチックから製造することがよいが、スウェリング発生の際には高温によって押圧パッド２３１が溶けてなくなるので、下面カバー１１０及び上面カバー１２０の内側面には電池セル２１０が密着した状態になる。

【0072】

したがって、ベントガスは下面カバー１１０の第１打孔部１１１及び上面カバー１２０の第２打孔部１２１に移動しにくくなり、これは空気及び熱気の迅速な排出を阻害するので、発火可能性を高める原因として作用することができる。

【0073】

しかし、金属材の補強フレーム２３２が装着されれば、押圧パッド２３１が溶けてなくなっても、下面カバー１１０と電池セル２１０との間、かつ上面カバー１２０と電池セル２１０との間には補強フレーム２３２によって空間部が備えられることができるので、ベントガスとともに空気を速やかに外部に排出させることができる。

【0074】

電池セル２１０のリードを電気的に連結するためのバスバー２５０は、リードが貫くようにスリットが形成された金属材の平板状を有する。

【0075】

バスバーホルダー２４０は、一つ以上のスリットを備えた平板状のメインプレート２４１、メインプレート２４１の両側垂直端部に沿って連結された羽部２４２、及び一対の羽部２４２を互いに連結する補助プレート２４３を含む。ここで、羽部２４２は折曲板１３３と密着するように所定の形状に折り曲げられることが好ましい。

【0076】

前述した構成を有する電池モジュールの組立過程を簡単に説明すると、補強フレーム２３２、緩衝パッド２２０、複数の電池セル２１０、緩衝パッド２２０、及び補強フレーム２３２の順に積層されたセルスタック２００を準備し、電池セル２１０のリードは絶縁材からなるバスバーホルダー２４０のスリットを通過させる。

【0077】

その後、電極リードをバスバー２５０のスリットに貫通させてかあら折り曲げた後、溶接などの公知の接合手段で固定させる。

【0078】

このように準備したセルスタック２００は、下面カバー１１０、上面カバー１２０、及び一対の側面カバー１３０によって取り囲まれた形態で収納される。

【0079】

ここで、側面カバー１３０の折曲板１３３はバスバーホルダー２４０の羽部２４２と密着し、メインプレート２４１は電極リードの方向に少し陥没した状態である。もちろん、バスバーホルダー２４０が電池モジュールの前面及び後面をカバーする役割を達成する。

【0080】

図６は図１に示す電池モジュールにおいて上部カバーを分離した状態で前面から見た斜視図であり、図７は図１に示す電池モジュールにおいて上部カバーを分離した状態で上から見た平面図である。

【0081】

図６及び図７を参照して、熱暴走などのイベント発生の際のフレア（ｆｌａｒｅ）、スパーク（ｓｐａｒｋ）、ベントガス及び熱気が移動する過程の説明によって、本発明による電池モジュールの発火抑制について詳細に説明する。

【0082】

本発明の電池モジュールは、前述した折曲板１３３とともに第１空間部Ｓ１～第３空間部Ｓ３をさらに備えている。具体的には、第１空間部Ｓ１及び第２空間部Ｓ２は一対の折曲板１３３の間に、第３空間部Ｓ３はセルスタック２００の長手方向の垂直側面と垂直板１３１との間に形成される。

【0083】

例えば、図６ 及び図７で特定の電池セル２１０の右側面で熱暴走が発生したと仮定すると、フレア（ｆｌａｒｅ）やスパーク（ｓｐａｒｋ）は右側に位置する第１空間部Ｓ１～第３空間部Ｓ３のうちのいずれか一つ以上の空間部、特に第１空間部Ｓ１及び第２空間部Ｓ２に遮断された状態で集まる。したがって、バスバーが位置する前方や後方に移動しないだけでなく電池セル２１０の右側にも移動することができない。

【0084】

一方、保護ケース１００及びセルスタック２００は完全な気密状態を維持しないので、発生したベントガスは前方の第１空間部Ｓ１及び後方の第２空間部Ｓ２に移動した後、バスバーホルダー２４０の付近に排出される。

【0085】

もちろん、一部のベントガスは垂直板１３１に沿って上昇または下降した後、補強フレーム２３２の内側空間部に移動し、上面カバー１２０の第２打孔部１２１及び下面カバー１１０の第１打孔部１１１を通して外部に排出される。ここで、熱気もベントガスとともに前述した経路に沿って外部に放出されるというのは自明である。

【0086】

結果的に、いずれか一つの電池セルでイベントが発生してもベントガスとともに空気が外部に排出されるので、保護ケースの内部には発火に必要な酸素が足りなく、可燃性物質は保護ケースの外部に放出されなくて閉じこめられた状態になり、さらに空気排出の際に熱気が一緒に排出されて発火点未満を維持するので、火災が発生することを防止することができる。

【0087】

図８は側面カバーの多様な変形例を示す断面図であり、図９は側面カバーの他の変形例を示す断面図である。図８及び図９に示すように、側面カバー１３０の折曲板１３３はフレア（ｆｌａｒｅ）、スパーク（ｓｐａｒｋ）などを閉じこめるように変形可能である。すなわち、好適な第１実施例による「Ｌ」形断面の代わりに、折曲角度が異なるか湾曲した部分を含むなど、前記折曲板１３３は水平切断面が

【数3】

形、

【数4】

形、

【数5】

形、

【数6】

形または

【数7】

形に変形することができるが、同じ目的及び機能を達成することができれば、これらの形状に限定されない。

【0088】

もちろん、この場合、変形された折曲板１３３の外形に対応するようにバスバーホルダー２４０も一緒に変更されることができるというのは自明である。

【0089】

図１０は本発明の好適な第２実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。第２実施例による電池モジュールは上面カバー１２０の第２打孔部１２１及び下面カバー１１０の第１打孔部１１１の外形のみが異なるだけで、残りの構成は第１実施例と同様である。

【0090】

第２実施例による第１打孔部１１１及び第２打孔部１２１は円形及び長方形のスリットが交互に形成されることができる。もちろん、上面カバー１２０の第２打孔部１２１は円形及び長方形のスリットが交互に形成されるが、下面カバー１１０の第１打孔部１１１は円形のみを有することができ、これと反対の場合も可能である。

【0091】

図１１は本発明の好適な第３実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。第３実施例による電池モジュールは、上面カバー１２０の第２打孔部１２１及び下面カバー１１０の第１打孔部１１１の外形及び位置を除き、残りの構成は第１実施例と同様である。

【0092】

第３実施例による第１打孔部１１１及び第２打孔部１２１は長方形スリット形に形成され、ベントガスと空気が外部に速かに放出することができるように、上面カバーの幅方向、具体的には補強フレーム２３２の垂直延長線上に沿って位置することが好ましく、補強フレーム２３２と同数で形成されることがより好ましい。

【0093】

もちろん、上面カバー１２０の第２打孔部１２１のみが長方形スリット形に形成され、下面カバー１１０の第１打孔部１１１は円形に形成されることができ、これと反対の場合も可能である。

【0094】

一方、第１打孔部１１１及び／または第２打孔部１２１にはメッシュ網がさらに備えられることができる。このようなメッシュ網１２１（ａ）が装着されれば、フレア（ｆｌａｒｅ）及びスパーク（ｓｐａｒｋ）などの比較的大きな熱暴走生成物が上面カバー１２０及び／または下面カバー１１０の外に飛び出すことを抑制することができる。

【0095】

図１２は本発明の好適な第４実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。第４実施例による電池モジュールは、上面カバー１２０の第２打孔部１２１の外形及び位置を除き、残りの構成は第３実施例と同様である。

【0096】

第４実施例による第２打孔部１２１は長方形スリット形に形成され、特にベントガス及び空気が外部に速かに放出されるように、上面カバーの長手方向に、具体的には側面カバー１３０の垂直板１３１とセルスタック２００とが所定の距離で離隔して形成された第３空間部Ｓ３の垂直延長線に沿って複数位置することが好ましく、第２打孔部１２１にはメッシュ網１２１（ａ）がさらに備えられることがより好ましい。たとえ図面には示されていないが、下面カバー１１０の第１打孔部１１１にもメッシュ網がさらに装着されることができるというのは自明である。

【0097】

図１３は本発明の好適な第５実施例による電池モジュールを一側方向から見た外形斜視図である。

【0098】

第５実施例による電池モジュールは前述した第３実施例による上面カバー１２０の第２打孔部１２１と第４実施例による第２打孔部１２１とが一緒に備えられており、形状及び位置は前述したようであるので省略する。

【0099】

前述した構成を有する電池モジュールは横に並んで複数が配置されることができ、垂直方向に複数を積層させることも可能である。

【0100】

また、前述した構成を有する電池モジュールは別途のケースに収納されて単一の電池パックを構成することができ、さらに電池モジュールや電池パックはエネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド電気自動車などのように大容量電源を含む各種の設備やデバイスに使われることができる。

【0101】

以上で本発明の内容の特定部分を詳細に記述したが、当該分野で通常の知識を有する者にこのような具体的技術はただ好適な実施様態であるだけで、これによって本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であるというのは当業者に明らかなものであり、このような変形及び修正も添付の特許請求範囲に属するものであるというのは言うまでもない。

【符号の説明】

【0102】

１００ 保護ケース
１１０ 下面カバー
１１１ 第１打孔部
１２０ 上面カバー
１２１ 第２打孔部
１２１（ａ） メッシュ網
１３０ 側面カバー
１３１ 垂直板
１３２ 水平延長板
１３３ 折曲板
２００ セルスタック
２１０ 電池セル
２２０ 緩衝パッド
２３０ 押圧層
２３１ 押圧パッド
２３１’ 溝部
２３２ 補強フレーム
２４０ バスバーホルダー
２４１ メインプレート
２４２ 羽部
２４３ 補助プレート
２５０ バスバー
Ｓ１ 第１空間部
Ｓ２ 第２空間部
Ｓ３ 第３空間部

【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】