特表 2023-551213 バッテリーモジュールおよびこれを含むバッテリーパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-07

(54)【発明の名称】バッテリーモジュールおよびこれを含むバッテリーパック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/211 20210101AFI20231130BHJP

   H01M 50/289 20210101ALI20231130BHJP

   H01M 50/505 20210101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

H01M50/211

H01M50/289

H01M50/505

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023530906

(86)(22)【出願日】2022-10-13

(85)【翻訳文提出日】2023-05-22

(86)【国際出願番号】 KR2022015528

(87)【国際公開番号】W WO2023075231

(87)【国際公開日】2023-05-04

(31)【優先権主張番号】10-2021-0144831

(32)【優先日】2021-10-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】ジュ・ファン・シン

(72)【発明者】

【氏名】テ・キョン・イ

(72)【発明者】

【氏名】ジェ・ヒュン・イ

(72)【発明者】

【氏名】ヒョン・スク・イ

【テーマコード（参考）】

5H040

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H040AA18

5H040AS04

5H040AT04

5H040AY04

5H040DD03

5H043AA04

5H043CA08

5H043FA04

(57)【要約】

本発明に係るバッテリーモジュールは、電池セルが前記電池セルの厚さ方向に積層された第１電池セル組立体、前記第１電池セル組立体に積層された各電池セルと電池セルの長さ方向に一列で配置される各電池セルがその電池セルの厚さ方向に第１電池セル組立体の電池セルの積層個数と同一の個数で積層される第２電池セル組立体、および前記第１および第２電池セル組立体を収容するモジュールケースを含み、前記第１電池セル組立体の電池セルは互いに電気的に連結され、前記第２電池セル組立体の電池セルは互いに電気的に連結されるが、前記第１、２電池セル組立体の間には電池セルが互いに電気的に連結されないことを特徴とする。また、本発明は前記バッテリーモジュールで構成されたバッテリーパックを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数個の電池セルが前記電池セルの厚さ方向に積層された第１電池セル組立体、
前記第１電池セル組立体における積層された各電池セルと前記電池セルの長さ方向に一列で配置される各電池セルがその電池セルの厚さ方向に前記第１電池セル組立体の前記電池セルの積層個数と同一の個数で積層される第２電池セル組立体、および
前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体を収容するモジュールケースを含み、
前記第１電池セル組立体の前記電池セルは互いに電気的に連結され、
前記第２電池セル組立体の前記電池セルは互いに電気的に連結されるが、
前記第１電池セル組立体と前記第２電池セル組立体との間では前記電池セルが互いに電気的に連結されない、バッテリーモジュール。

【請求項2】

前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体を構成する前記電池セルは、両端から異なる極性の電極リードが導き出されるパウチセルである、請求項１に記載のバッテリーモジュール。

【請求項3】

前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体の前記電池セルの積層個数は偶数個である、請求項２に記載のバッテリーモジュール。

【請求項4】

前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体に含まれた前記電池セルはそれぞれジグザグ方向に連結される電気的経路を形成するように隣接する電池セルの電極リードが電気接続され、
前記電気的経路の両端部は、前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体に含まれた前記電池セルの両端の前記電極リードのうち前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体の間に向かってそれぞれ導き出される電極リードとなる、請求項３に記載のバッテリーモジュール。

【請求項5】

前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体の間に向かってそれぞれ導き出される前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体に含まれた前記電池セルの前記電極リードは極性が反対である、請求項４に記載のバッテリーモジュール。

【請求項6】

前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体の間に向かって第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体からそれぞれ導き出される前記電極リードにターミナルバスバーが結合される、請求項５に記載のバッテリーモジュール。

【請求項7】

前記ジグザグ方向に連結される電気的経路を形成するために隣接する前記電池セルの前記電極リードは、インターバスバーを通じてまたは互いに折り曲げられて直接結合される、請求項４に記載のバッテリーモジュール。

【請求項8】

前記第１電池セル組立体と前記第２電池セル組立体の間に前記電池セルの厚さ方向に延びる第１隔壁が設置される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。

【請求項9】

前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体の厚さ方向に積層される前記電池セルの中間部に前記モジュールケースの長さ方向に延びる第２隔壁が備えられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。

【請求項10】

請求項１～請求項９のいずれか一項に記載されたバッテリーモジュールを電池セルの厚さ方向に複数個積層してなるバッテリーモジュール積層体を含み、
前記厚さ方向に積層される前記バッテリーモジュールの前記第１電池セル組立体同士で電気的に連結されて第１電気ブロックを形成し、前記第２電池セル組立体同士で電気的に連結されて第２電気ブロックを形成し、
前記第１電気ブロックを構成する各第１電池セル組立体および前記第２電気ブロックを構成する各第２電池セル組立体は、前記バッテリーモジュール積層体の最上段に積層されるバッテリーモジュールの前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体を除いては互いに電気的に連結されない、バッテリーパック。

【請求項11】

前記バッテリーモジュール積層体の最上段に積層されるバッテリーモジュールの前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体は高電圧バスバーによって電気的に連結されて前記第１電気ブロックおよび前記第２電気ブロックを電気的に連結する、請求項１０に記載のバッテリーパック。

【請求項12】

前記第１電気ブロックおよび前記第２電気ブロックを形成するために、前記第１電池セル組立体同士で電気的に連結する第１高電圧バスバーおよび前記第２電池セル組立体同士で電気的に連結する第２高電圧バスバーが前記バッテリーモジュールの積層方向に前記バッテリーモジュール上に設置される、請求項１０に記載のバッテリーパック。

【請求項13】

前記第１高電圧バスバーは前記各バッテリーモジュールの前記第１電池セル組立体と前記第２電池セル組立体の間に向かって前記第１電池セル組立体から導き出される前記電池セルの電極リードに結合されるターミナルバスバーに連結され、
前記第２高電圧バスバーは前記各バッテリーモジュールの前記第１電池セル組立体と前記第２電池セル組立体の間に向かって前記第２電池セル組立体から導き出される前記電池セルの電極リードに結合されるターミナルバスバーに連結される、請求項１２に記載のバッテリーパック。

【請求項14】

前記第１電池セル組立体および前記第２電池セル組立体の電気的連結構造は、１ＰＮＳ構造であり、前記Ｎは偶数である、請求項１０に記載のバッテリーパック。

【請求項15】

前記バッテリーモジュール積層体を収容するバッテリーパックケースをさらに含む、請求項１０に記載のバッテリーパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はバッテリーモジュールおよびこれを含むバッテリーパックに関する。

【0002】

より詳細には、電気連結構造が簡素であるため電気的に内部ショート回路が形成されることを防止できるバッテリーモジュールおよびバッテリーパックに関する。

【0003】

本出願は２０２１．１０．２７付韓国特許出願第１０－２０２１－０１４４８３１号に基づいた優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

【背景技術】

【0004】

最近、充放電が可能な二次電池はワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使われている。また、二次電池は、化石燃料を使う既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。したがって、二次電池を使うアプリケーションの種類は二次電池の長所により非常に多様化されており、今後は今よりは多くの分野と製品に二次電池が適用されるものと予想される。

【0005】

また、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）および電気自動車などの動力源として、電気的に直列または並列で連結された多数の二次電池を内部に収容したバッテリーモジュールおよび前記バッテリーモジュールで構成されたバッテリーパックに対する需要が増加している。

【0006】

このようなバッテリーモジュールやバッテリーパックは、複数の二次電池を外部の衝撃から保護したり収納保管したりするために金属材質の外部ハウジングを具備している。

【0007】

図１は本出願人が提案した拡張性を有するバッテリーモジュール１００’の構造の一例を示す平面図（図１（ａ））および前記バッテリーモジュール１００’を積層して構成されたバッテリーモジュール積層体１０００’の平面図（図１（ｂ））であり、図２は図１のバッテリーモジュールで構成されたバッテリーモジュール積層体１０００’の電気的経路を示す概略図である。

【0008】

本出願人は、複数個の電池セル１’を電池セルの厚さ方向に積層した第１電池セル組立体１０’と前記第１電池セル組立体１０’と電池セルの長さ方向に対向し、前記第１電池セル組立体１０’と同一に電池セルの厚さ方向に複数個の電池セルを構成した第２電池セル組立体２０’で構成される電池セル組立体を、長さ方向に長く延びる直六面体の形状のモジュールケース３０’に収容したバッテリーモジュール１００’を開発した。このようなバッテリーモジュール１００’は、比較的に少ない個数の電池セルをそれぞれのモジュールケース３０’に収容し、前記バッテリーモジュールを電池セルの長さ方向または厚さ方向に、まるでレゴブロックのように積層してバッテリーモジュール１００’が設置される空間あるいはバッテリーパックの設置空間を考慮して自由にバッテリーパックを構成することができる。このように、本出願人が提案したバッテリーモジュール１００’は積層（設計）方式に応じていくらでも多様な形態のバッテリーパックを製造できるため、拡張性のあるバッテリーモジュールと称することができる。

【0009】

ところが、今まで提案した拡張性のあるバッテリーモジュールの場合、長さ方向に対向する前記第１、２電池セル組立体１０’、２０’を電気的に互いに連結する構造であった。図１を参照すると、第１、２電池セル組立体１０’、２０’の下部２列の電池セルは互いに連結されていないが、上部２列の電池セルは第１、２電池セル組立体１０’、２０’の間に互いに電気的に連結されている（図１（ａ）のＡの電気連結部参照）。

【0010】

しかし、このような電気連結構造の拡張性バッテリーモジュールは次のような問題を有している。

【0011】

第１、２電池セル組立体１０’、２０’間を電気的に連結するので、バッテリーモジュール自らの電気連結構造が複雑になり、これによって前記第１、２電池セル組立体１０’、２０’を含むバッテリーモジュールを積層する場合には、各バッテリーモジュールの電池セル組立体の間を電気的に連結するために、図１（ｂ）のように総３つ（ａ、ｂ、ｃ）の高電圧バスバーが必要であった。

【0012】

特に、図２を参照すると、積層されたバッテリーモジュール１００’の一部の電池セルに熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ、以下、略称して「ＴＲ」とする）が発生する場合、内部ショート回路が形成される問題があった。すなわち、図２の（ａ）で隣接するバッテリーモジュール間には前述した高電圧バスバーで電気的に連結されるだけであって、各モジュール間の電池セルは互いに直接的に連結されてはならない。しかし、一つの電池セル１’に熱暴走が発生すると、前記電池セル１’がモジュールケース３０’に溶けてくっついて接することになり、隣接する他のモジュールのモジュールケース３０’およびそのモジュールケース内に位置した電池セル１’に熱暴走が伝播する。これによって、図２の（ｂ）に図示された通り、バッテリーモジュールの積層方向に沿って熱暴走が進行されて、左側のバッテリーモジュールの第１電池セル組立体１０’間に熱暴走が伝播する。ところが、前記バッテリーモジュールの第１電池セル組立体１０’は各バッテリーモジュールの第２電池セル組立体２０’とそれぞれ電気的に連結されているので、第２電池セル組立体２０’までショートされて、電気的に全体のバッテリーモジュール１００’乃至バッテリーモジュール積層体１０００’に内部ショート回路が形成されることになる（図２（ｃ）参照）。このように、バッテリーモジュールまたはバッテリーパックに内部ショート回路が形成されると、ガスが急激に発生し過熱されることになってバッテリーパックの爆発危険が増加する。

【0013】

したがって、拡張性を有するバッテリーモジュールおよびこれによって構成されるバッテリーパックにおいて、電気連結構造をより簡素化して内部の空間活用を最大化しながらも、熱暴走時に内部ショート回路が生成されることを防止乃至遅延させ得る技術の開発が要望されると言える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】韓国公開特許公報第１０－２０２０－０１３１５００号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

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、拡張性モジュールを構成する二つの電池セル組立体の間に電気的連結を排除して電気連結構造を簡素化し、内部ショート回路の発生を防止するバッテリーモジュールおよびバッテリーパック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】

【0016】

前記課題を解決するための本発明に係るバッテリーモジュールは、電池セルが前記電池セルの厚さ方向に積層された第１電池セル組立体、前記第１電池セル組立体における積層された各電池セルと電池セルの長さ方向に一列で配置される各電池セルがその電池セルの厚さ方向に第１電池セル組立体の電池セルの積層個数と同一の個数で積層される第２電池セル組立体、および前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体を収容するモジュールケースを含み、前記第１電池セル組立体の電池セルは互いに電気的に連結され、前記第２電池セル組立体の電池セルは互いに電気的に連結されるが、前記第１電池セル組立体と第２電池セル組立体との間には電池セルが互いに電気的に連結されないことを特徴とする。

【0017】

一例として、前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体を構成する電池セルは、両端から異なる極性の電極リードが導き出されるパウチセルであり得る。

【0018】

一例として、前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体の電池セルの積層個数は偶数個である。

【0019】

具体的には、前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体に含まれた電池セルは、それぞれジグザグ方向に連結される電気的経路を形成するように隣接する電池セルの電極リードが電気接続され、前記電気的経路の両端部は前記第１電池セル組立体および２電池セル組立体に含まれた電池セルの両端の電極リードのうち前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体の間に向かってそれぞれ導き出される電極リードとなり得る。

【0020】

また、前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体の間に向かってそれぞれ導き出される前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体に含まれた電池セルの電極リードは極性が反対である。

【0021】

また、前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体の間に向かって第１電池セル組立体および第２電池セル組立体からそれぞれ導き出される電極リードにターミナルバスバーが結合され得る。

【0022】

一例として、前記ジグザグ方向に連結される電気的経路を形成するために隣接する電池セルの電極リードはインターバスバーを通じて、または互いに折り曲げられて直接結合され得る。

【0023】

他の例として、前記第１電池セル組立体と第２電池セル組立体の間に電池セルの厚さ方向に延びる第１隔壁が設置され得る。

【0024】

また、前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体の厚さ方向に積層される電池セルの中間部に前記モジュールケースの長さ方向に延びる第２隔壁が備えられ得る。

【0025】

本発明の他の側面として、バッテリーパックは、前述したバッテリーモジュールを電池セルの厚さ方向に複数個積層してなるバッテリーモジュール積層体を含み、前記厚さ方向に積層されるバッテリーモジュールの第１電池セル組立体同士で電気的に連結されて第１電気ブロックを形成し、前記第２電池セル組立体同士で電気的に連結されて第２電気ブロックを形成し、前記第１電気ブロックおよび第２電気ブロックを構成する各第１電池セル組立体および第２電池セル組立体は、前記バッテリーモジュール積層体の最上段に積層されるバッテリーモジュールの第１電池セル組立体および第２電池セル組立体を除いては互いに電気的に連結されないことを特徴とする。

【0026】

前記バッテリーモジュール積層体の最上段に積層されるバッテリーモジュールの第１、２電池セル組立体は、高電圧バスバーによって電気的に連結されて前記第１電気ブロックおよび第２電気ブロックを電気的に連結する。

【0027】

一例として、前記第１電気ブロックおよび第２電気ブロックを形成するために、前記第１電池セル組立体同士で電気的に連結する第１高電圧バスバーおよび前記第２電池セル組立体同士で電気的に連結する第２高電圧バスバーが前記バッテリーモジュールの積層方向に前記バッテリーモジュール上に設置され得る。

【0028】

具体的には、前記第１高電圧バスバーは前記各バッテリーモジュールの第１電池セル組立体と第２電池セル組立体の間に向かって前記第１電池セル組立体から導き出される電池セルの電極リードに結合されるターミナルバスバーに連結され、前記第２高電圧バスバーは前記各バッテリーモジュールの第１電池セル組立体と第２電池セル組立体の間に向かって前記第２電池セル組立体から導き出される電池セルの電極リードに結合されるターミナルバスバーに連結される。

【0029】

一例として、前記第１電池セル組立体および第２電池セル組立体の電気的連結構造は、１ＰＮＳ構造であり、前記Ｎは偶数であり得る。

【発明の効果】

【0030】

本発明によると、２個の電池セル組立体を含む拡張性バッテリーモジュールおよびこれを積層して構成されるバッテリーパックの電気連結構造を大幅に簡素化することができる。

【0031】

また、各電池セル組立体が独立的に電気回路を構成するので、内部ショート回路が形成されることを最大限遅延させるか順次形成されるように制御することができる。これによって、バッテリーパックの安全性を一層向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本出願人が提案した拡張性を有するバッテリーモジュールの構造の一例を示す平面図および前記バッテリーモジュールを積層して構成されたバッテリーモジュール積層体の平面図である。

【図2】図１のバッテリーモジュールで構成されたバッテリーモジュール積層体の電気的経路を示す概略図である。

【図3】本発明のバッテリーモジュールの平面図および主要部拡大図である。

【図4】本発明のバッテリーモジュールの電極組立体の構成を示す斜視図である。

【図5】図４のバッテリーモジュールの組立過程を示す分解斜視図である。

【図6】本発明のバッテリーモジュールを積層した場合の電気的経路を図２の電気的経路と対比して示した概略図である。

【図7】本発明のバッテリーモジュールを積層するバッテリーモジュール積層体の電気接続構造を示す平面図である。

【図8】本発明のバッテリーモジュールで構成されたバッテリーモジュール積層体を含むバッテリーパックの斜視図である。

【図9】本発明のバッテリーモジュールおよび前記バッテリーモジュールで構成されるバッテリーモジュール積層体の他の積層構造を示す例である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明について詳細に説明することにする。これに先立ち、本明細書および特許請求の範囲に使われた用語または単語は通常的または辞書的な意味で限定して解釈されてはならず、発明者は自身の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って、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。

【0034】

本発明の明細書全体で使われる、「含む」または「有する」等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたもの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されるべきである。

【0035】

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」あるとする場合、これは他の部分の「真上に」ある場合だけでなくその中間にさらに他の部分がある場合も含む。反対に層、膜、領域、板などの部分が他の部分「下に」あるとする場合、これは他の部分の「真下に」ある場合だけでなくその中間にさらに他の部分がある場合も含む。また、本発明の明細書で「上に」配置されるとは、上部だけでなく下部に配置される場合も含むものであり得る。

【0036】

（バッテリーモジュール）
本発明に係るバッテリーモジュールは、電池セルが前記電池セルの厚さ方向に積層された第１電池セル組立体、前記第１電池セル組立体における積層された各電池セルと電池セルの長さ方向に一列で配置される各電池セルがその電池セルの厚さ方向に第１電池セル組立体の電池セルの積層個数と同一の個数で積層される第２電池セル組立体、および前記第１および第２電池セル組立体を収容するモジュールケースを含み、前記第１電池セル組立体の電池セルは互いに電気的に連結され、前記第２電池セル組立体の電池セルは互いに電気的に連結されるが、前記第１、２電池セル組立体の間には電池セルが互いに電気的に連結されないことを特徴とする。

【0037】

図３は本発明のバッテリーモジュールの平面図および主要部拡大図であり、図４は本発明のバッテリーモジュールの電極組立体の構成を示す斜視図であり、図５は図４のバッテリーモジュールの組立過程を示す分解斜視図である。

【0038】

図３に図示された通り、本発明のバッテリーモジュールは電池セル１が前記電池セルの厚さ方向に積層された第１電池セル組立体１０、前記第１電池セル組立体１０における積層された各電池セル１と電池セルの長さ方向に一列で配置される各電池セル１がその電池セルの厚さ方向に第１電池セル組立体１０の電池セルの積層個数と同一の個数で積層される第２電池セル組立体２０を含む。本実施例では第１、２電池セル組立体１０、２０が電池セルの厚さ方向にそれぞれ４個ずつ積層されている。前記第１、２電池セル組立体１０、２０の同一層の電池セルは長さ方向に互いに対向するように配置される。前記のように、２個の電池セル組立体が長さ方向に長く配置されているので、前記電池セル組立体を収容するモジュールケース３０も長さ方向に沿って長く延びた直六面体の形状を有する。図３の拡大図に示された通り、第１、２電池セル組立体の電池セルは第１、２電池セル組立体１０、２０の間に位置したターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２にそれぞれ連結されるが第１、２電池セル組立体１０、２０）間には互いに電気的に連結されないことが分かる。ターミナルバスバーは極性によりＴＢ１、ＴＢ２に符号を異にした。

【0039】

前記第１、２電池セル組立体１０、２０を構成する電池セルは、電池セルの両端から極性が異なる電極リードが導き出されるパウチセル、いわゆる両方向パウチセルを採用することができる。また、本発明の拡張性モジュールで電池セルの厚さ方向に積層される電池セル１の個数は偶数である。

【0040】

前記第１、２電池セル組立体１０、２０の間には電池セルの厚さ方向に延びる第１隔壁４０を具備することができる。この第１隔壁４０によって第１、２電池セル組立体１０、２０間の熱伝達を防止することができる。ただし、図４および図５には図示の便宜のために前記第１隔壁４０を図示していない。また、前記電池セルの厚さ方向に積層される電池セル１の個数は偶数であるので、上下に同一の個数で区分することができる。すなわち、第１、２電池セル組立体１０、２０の厚さ方向に積層される電池セルの中間部（図３の例では上下２個ずつの電池セルの間）にモジュールケース３０の長さ方向に延びる第２隔壁５０が設置される。この第２隔壁５０は厚さ方向に熱が伝達することを防止することができる。

【0041】

本発明のバッテリーモジュール１００は第１、２電池セル組立体１０、２０の間にターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２が備えられる。具体的には、前記積層された電池セルを電気的に連結する場合、その電気的経路の端部部分に前記ターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２が結合される。前記ターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２は後述するように、高電圧バスバーに結合されて隣接する他のバッテリーモジュールのターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２と電気的に連結される。

【0042】

図４の（ｂ）および（ｃ）は本発明のバッテリーモジュール１００を構成する第１または第２電池セル組立体をそれぞれ前面側と後面側から見た斜視図であり、図４（ａ）は第１、２電池セル組立体が互いに対向配置される側を示した斜視図である。図４を参照すると、ターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２が結合されない電池セル１のリード同氏はインターバスバーＩＢによって電気的に連結されることが分かる。図４で前記ターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２の間の支持板にインターバスバーＩＢが結合され（図４（ａ）参照）、第１および第２電池セル組立体１０、２０の長さ方向端部に位置した電池セルのリードがインターバスバーＩＢによって連結される（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。

【0043】

図５には、前記第１および第２電池セル組立体１０、２０がモジュールケース３０に収容されることが図示されている。前記モジュールケース３０は上部が開口されたＵ字状フレーム３１とこれに結合される上部フレーム３２を含むが、これに限定されるものではない。すなわち、一側が開口されたＣ字状フレームとこれに結合されるＩ字状フレームの形態も可能であり、前記電池セル組立体を安定的に収容できる形態であれば異なる形態のモジュールケース３０も可能である。前記モジュールケース３０は前記電池セル組立体の前端と後端に結合される前端板３３および後端板３４を含む。前記上部フレーム３２の中央には凹部が形成され、この凹部に電池セル組立体に結合されるターミナルバスバーの端子部が突出され得るように貫通孔３２ａが形成される。前記貫通孔３２ａを通じて突出したターミナルバスバーの端子部は後述する高電圧バスバーに結合される。

【0044】

図６は、本発明のバッテリーモジュールを積層した場合の電気的経路を図２の電気的経路と対比して示した概略図である。

【0045】

図６に図示された通り、複数個のバッテリーモジュールを電池セルの厚さ方向に積層してバッテリーモジュール積層体を構成することができる。バッテリーモジュール積層体の詳しい構成に関しては、バッテリーパックと関連して後述することにする。

【0046】

図３、図４および図６を参照して、本発明のバッテリーパックに備えられる電池セル組立体およびバッテリーモジュール積層体の電気連結構造を説明する。

【0047】

図６（ａ）は図２の第１、２電池セル組立体からなるバッテリーモジュール積層構造の電気連結構造の電気的経路を説明したもので、図６（ｂ）は本発明の第１、２電池セル組立体からなるバッテリーモジュール積層構造の電気連結構造の電気的経路を説明したものである。

【0048】

図６の電池セル組立体は厚さ方向に積層される４個の電池セル１、１’がジグザグ方向に連結される電気的経路を形成するように隣接する各電池セルの電極リードＲが電気接続されている。前記ジグザグ方向に連結される電気的経路を形成するために隣接する電池セル１、１’の電極リードＲは、互いに折り曲げられて例えば溶接などによって直接結合されるか、あるいは図４に図示された通り、インターバスバーＩＢを通じて電気的に連結され得る。

【0049】

ジグザグ方向に連結された電気的経路の両端部は、第１、２電池セル組立体（１０’、２０’）（１０、２０）に含まれた電池セルの両端電極リードのうち前記第１、２電池セル組立体の間に向かってそれぞれ導き出される電極リード部となる。この場合、前記第１、２電池セル組立体（１０’、２０’）（１０、２０）からそれぞれ導き出される前記電極リード部の極性は反対となる。電気的経路の両端部の電極リード部に前述したターミナルバスバーが結合される。

【0050】

図４（ａ）と図４（ｂ）の相違点は、前記第１、２電池セル組立体の間に向かってそれぞれ導き出される電極リード部のうち一つが図４（ａ）の例では第１、２電池セル組立体１０’、２０’間を連結しているのに対し、図４（ｂ）の本発明例では第１、２電池セル組立体１０、２０間を連結せずに断絶されているという点である。図６で第１、２電池セル組立体間に電池セルの厚さ方向に延びる第１隔壁４０が形成されており、図６（ａ）の例においても前記電極リード部が断絶されているように見えるが、実際には前記第１隔壁４０を通って連結されている。このような電気連結構造のバッテリーモジュールを積層してバッテリーパックを構成する場合、図１のように高電圧バスバーも３個連結するなど複雑な構造になるが、内部ショート回路が形成される問題がある。これについては次の本発明のバッテリーパックと関連してより詳細に説明することにする。

【0051】

（バッテリーパック）
本発明の他の側面としてのバッテリーパックは、前述したバッテリーモジュール１００を電池セルの厚さ方向に複数個積層してなるバッテリーモジュール積層体１０００を含み、前記厚さ方向に積層されるバッテリーモジュール１０００の第１電池セル組立体１０同士で電気的に連結されて第１電気ブロックＰを形成し、前記第２電池セル組立体２０同士で電気的に連結されて第２電気ブロックＱを形成し、前記第１電気ブロックＰおよび第２電気ブロックＱを構成する各第１電池セル組立体１０および第２電池セル組立体２０は、前記バッテリーモジュール積層体１０００の最上段に積層されるバッテリーモジュールの第１、２電池セル組立体１０、２０を除いては互いに電気的に連結されないことを特徴とする。

【0052】

本発明のバッテリーパック２０００は前述した第１、２電池セル組立体間に電気的に連結されないバッテリーモジュール１００を電池セルの厚さ方向に複数個積層してなるバッテリーモジュール積層体１０００を含む。前記バッテリーモジュール積層体１０００で厚さ方向に積層されるバッテリーモジュール１０の第１電池セル組立体１０同士で電気的に連結されて第１電気ブロックＰを形成する。また、前記バッテリーモジュール積層体１０００で厚さ方向に積層されるバッテリーモジュールの第２電池セル組立体２０同士で電気的に連結されて第２電気ブロックＱを形成する。本発明のバッテリーパックが具備した前記バッテリーモジュール積層体１０００は、モジュール段で第１、２電池セル組立体１０、２０同士が電気的に連結されないのと同様に、前記第１、２電気ブロックＰ、Ｑ間にも原則的に電気的に連結されないようにしている。すなわち、前記第１、２電気ブロックＰ、Ｑを構成する各バッテリーモジュールの第１、２電池セル組立体１０、２０が電気的に連結されないので、前記第１、２電気ブロックＰ、Ｑも互いに電気的に連結されなくなる。しかし、前記バッテリーモジュール積層体の最上段に積層されるバッテリーモジュールの第１、２電池セル組立体は、例えば高電圧バスバーＨ３によって電気的に連結されるので、バッテリーモジュール積層体１０００の最上段では前記第１電気ブロックＰおよび第２電気ブロックＱが電気的に連結される。したがって、図７を参照すると、前記第１電気ブロックおよび第２電気ブロックを構成する９個のバッテリーモジュールのうち、下から８個までのバッテリーモジュールの第１、２電気ブロックＰ、Ｑは互いに電気的に連結されないが、９個目のバッテリーモジュールでは第１、２電気ブロックＰ、Ｑが電気的に連結される構造となる。

【0053】

図６および図７に前記バッテリーモジュール積層体の一例が図示されている。

【0054】

図６（ａ）は図２に図示されたものと同一のものであり、熱暴走によって内部ショート回路が形成されることを示している。すなわち、図６（ａ）のバッテリーモジュール積層体は、第１、２電池セル組立体１０’、２０’間に電気的に連結されるバッテリーモジュール１００’を積層したので、隣接するバッテリーモジュールの第１電池セル組立体同士がそして第２電池セル組立体同士が高電圧バスバーで連結してそれぞれ電気ブロックＰ、Ｑを形成する場合、前記電気ブロックＰ、Ｑも電気的に連結される構造となる。図６（ａ）の場合、電池セル組立体のいずれか一つの電池セル１’で熱暴走ＴＲが発生し、それが隣接するバッテリーモジュールの電池セル１’に伝播して電気回路が結果的に連結されると、内部ショート回路が生成される。このようになると、熱暴走ＴＲも順次伝播するのではなく、内部ショート回路により第１電池セル組立体１０’から第２電池セル組立体２０’に熱暴走ＴＲ伝播順序を跳び越えて伝播することができる。すなわち。図１（ｂ）のように、電気がさかさまとなったＵ字状経路に沿って流れる時、熱暴走が順次熱暴走が発生した部分から上下に広がるのではなく、内部ショートによって左右にも広がるなど熱暴走伝播速度がはやくなる。このようになると、バッテリーパック内のガス発生量が大きく増加し、爆発危険性も急増することになる。

【0055】

反面、図６（ｂ）、すなわち本発明の場合には、例えば、左側の第１電池セル組立体１０で熱暴走が発生しても、その上部および下部のバッテリーモジュール１００にのみ熱暴走が伝播し、右側の第２電池セル組立体２０、具体的には第２電気ブロックＱ側には伝播しない。それは、第１、２電池セル組立体１０、２０、そして第１、２電気ブロックＰ、Ｑ間には原則的に電気的に連結されていないので、内部ショート回路が形成されないためである。

【0056】

図７は、本発明のバッテリーモジュールを積層するバッテリーモジュール積層体の電気接続構造を示す平面図である。

【0057】

図７にも本発明のバッテリーモジュール積層体１０００を含んだバッテリーパックの効果がよく示されている。前述した通り、本発明のバッテリーモジュール積層体１０００は、前記積層体の最上段に積層されるバッテリーモジュール１００を除いては第１、２電気ブロックＰ、Ｑ間に電気的に連結されていないので、熱暴走時に左右の電気ブロック部Ｐ、Ｑがそれぞれ別途に伝播する構造である。ただし、例えば車両の電装部品などに連結されなければならないバッテリーパックの構造上、電気の流れは図７のように逆Ｕ字状にならなければならないので、バッテリーモジュール積層体１０００の最上段に積層されるバッテリーモジュール１００の第１、２電池セル組立体１０、２０は電気的に連結される必要がある。しかし、この場合にも、前記最上段に達する時まで熱暴走ＴＲは各バッテリーモジュール１００の第１、２電池セル組立体１０、２０間に伝播されずに順次伝播する。付言すれば、本発明はバッテリーパック内に内部ショート回路が発生することを抑制して、熱暴走ＴＲが急速に伝播することを防止し順次伝播するようにすることによって、ガス発生量を減らし爆発のリスクも大幅に低減することができるのである。

【0058】

また、図７に示された通り、第１、２電気ブロックＰ、Ｑ間に電気的に連結されない構造にすれば、各バッテリーモジュール１００の第１、２電池セル組立体１０、２０に備えられたターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２に高電圧バスバーＨＢ１、ＨＢ２を連結する時に、バッテリーモジュール積層方向に延びる２個の高電圧バスバーＨＢ１、ＨＢ２さえ具備すれば充分である。すなわち、図１のように高電圧バスバーを３個準備する必要がない。したがって、バッテリーパックの電気接続構造も大きく簡素化される。図７の拡大図に示された通り、前記第１、２高電圧バスバーＨＢ１、ＨＢ２はバッテリーモジュールの上部に露出された異なる極性のターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２にそれぞれ結合されてバッテリーモジュール１００間を電気的に連結する。

【0059】

一方、バッテリーモジュール積層体１０００の最上段に積層されるバッテリーモジュール１００の第１、２電池セル組立体１０、２０間の電気的連結は高電圧バスバーＨ３によって行うことができる。具体的には、上段に積層されるバッテリーモジュール１００の第１、２電池セル組立体１０、２０の間に導き出される電池セルの電極リードに結合されるターミナルバスバーＴＢ１、ＴＢ２に前記高電圧バスバーＨ３（第３高電圧バスバー）を連結することによって、逆Ｕ字状の電気経路をバッテリーモジュール積層体で具現することができる。

【0060】

図８は、本発明のバッテリーモジュールで構成されたバッテリーモジュール積層体１０００を含むバッテリーパック２０００の斜視図である。

【0061】

前記バッテリーモジュール積層体１０００は図７に図示されたものと同一であり、第１、２電気ブロックＰ、Ｑの中に２個の高電圧バスバーＨＢ１、ＨＢ２がモジュール積層方向に並んで結合されている。このようなバッテリーモジュール積層体１０００を適切なバッテリーパックケース２１００に収容すると、電気接続構造が簡素化されてパック内部の空間活用度が増大し、内部ショート回路の発生を防止できるバッテリーパック２０００を得ることができる。

【0062】

図９は、本発明のバッテリーモジュールおよび前記バッテリーモジュールで構成されるバッテリーモジュール積層体１０００の他の積層構造および電気連結構造を示す例である。

【0063】

図９（ａ）は一つのバッテリーモジュール内に２個の電池セルが厚さ方向に積層されて形成された第１、２電池セル組立体１０、２０が、それぞれ１Ｐ２Ｓ構造の電池セル組立体を形成するバッテリーモジュールが１個、２個、４個積層される構造を示したものである。

【0064】

図９（ｂ）は一つのバッテリーモジュール内に６の電池セルが厚さ方向に積層されて形成された第１、２電池セル組立体１０、２０が、それぞれ１Ｐ６Ｓ構造の電池セル組立体を形成するバッテリーモジュールが１個、２個、４個積層される構造を示したものである。

【0065】

図３～図６では前記第１および第２電池セル組立体１０、２０の電気的連結構造をそれぞれ１Ｐ４Ｓ構造にした。しかし、図９に示された通り、前記バッテリーモジュールの電気連結構造は１Ｐ２Ｓ、１Ｐ６Ｓなどの異なる構造にすることができる。例えば、図９に図示されてはいないが、１Ｐ８Ｓの電気連結構造も採用することができる。要するに、前記第１、２電池セル組立体１０、２０の電気連結構造は１ＰＮＳ（Ｎは偶数）にすることができる。どのような構造であれ、積層されたバッテリーモジュール１００間に前記第１、２電池セル組立体１０、２０、そして隣接する第１電池セル組立体１０同士で連結されて形成する第１電気ブロックＰ、第２電池セル組立体２０同士で連結されて形成する第２電気ブロックＱは、終端のバッテリーモジュール１００の第１、２電池セル組立体１０、２０を除いては互いに電気的に連結されない。

【0066】

以上、本発明に開示された図面は本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は下記の請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

【0067】

一方、本明細書で上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使われたが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象となる事物の位置や観測者の位置などにより変わり得ることは自明である。

【符号の説明】

【0068】

１：電池セル
１０：第１電池セル組立体
２０：第２電池セル組立体
３０：モジュールケース
４０：第１隔壁
５０：第２隔壁
ＴＢ１、ＴＢ２：ターミナルバスバー
ＩＢ：インターバスバー
ＴＲ：熱暴走電池セル
ＨＢ１、ＨＢ２、ＨＢ３：高電圧バスバー
Ｒ：電極リード
Ｐ：第１電気ブロック
Ｑ：第２電気ブロック
１００：バッテリーモジュール
１０００：バッテリーモジュール積層体
２１００：バッテリーパックケース
２０００：バッテリーパック

【図1(a)】

【図1(b)】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図2(c)】

【図3】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図4(c)】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】