特表 2024-535782 バッテリーセルブロック及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車

(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】2024-10-02

(54)【発明の名称】バッテリーセルブロック及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/291 20210101AFI20240925BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20240925BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20240925BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240925BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20240925BHJP

   H01M 50/256 20210101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

H01M50/291

H01M50/211

H01M50/249

H01M10/44 P

H01M50/342 201

H01M50/256 101

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024515491

(86)(22)【出願日】2023-07-14

(85)【翻訳文提出日】2024-03-08

(86)【国際出願番号】 KR2023010084

(87)【国際公開番号】W WO2024019430

(87)【国際公開日】2024-01-25

(31)【優先権主張番号】10-2022-0089866

(32)【優先日】2022-07-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2023-0055789

(32)【優先日】2023-04-27

(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】ジン－ヨン・パク

(72)【発明者】

【氏名】ウ－ヨン・クォン

(72)【発明者】

【氏名】ミョン－ウ・イ

(72)【発明者】

【氏名】スン－ジュン・キム

(72)【発明者】

【氏名】イン－ス・キム

(72)【発明者】

【氏名】セ－ユン・チュン

(72)【発明者】

【氏名】ホ－ジュネ・チ

【テーマコード（参考）】

5H012

5H030

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H012AA03

5H012AA07

5H012BB08

5H012CC10

5H012DD05

5H030AA06

5H030AS08

5H030DD01

5H040AA33

5H040AA37

5H040AS04

5H040AS07

5H040AT04

5H040AT06

5H040AY04

5H040GG21

5H040NN03

(57)【要約】

バッテリーセルブロック及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車が開示される。本発明の一実施形態によるバッテリーセルブロックは、１つ以上のパウチ型バッテリーセル、及び１つ以上のパウチ型バッテリーセルを包み込むように構成されたセルカバーを備え、少なくとも一方向に積層された複数のセルユニットと、セルユニットの積層体の周りを取り囲むことにより、セルユニットの積層状態を固定するように構成された固定部材と、を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つ以上のパウチ型バッテリーセル、及び前記１つ以上のパウチ型バッテリーセルを包み込むように構成されたセルカバーを備え、少なくとも一方向に積層された複数のセルユニットと、
前記セルユニットの積層体の周りを取り囲むことにより、前記セルユニットの積層状態を固定するように構成された固定部材と、
を含む、バッテリーセルブロック。

【請求項2】

前記セルカバーには、ガスが排出されるベント孔が形成され、前記固定部材は、前記ベント孔を閉止するように構成される、請求項１に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項3】

前記ベント孔は、複数形成されており、
１つの固定部材が複数の前記ベント孔を閉止するように構成される、請求項２に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項4】

前記固定部材は、前記複数のセルユニットの積層方向に対応するように前記セルユニットの積層体を取り囲む、請求項２に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項5】

前記固定部材は、前記ベント孔から噴出される物質の噴出圧力や温度により開かれるように構成される、請求項２に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項6】

前記固定部材には、前記ベント孔に対応する部分に切り抜き部又は切り欠き部が形成されている、請求項５に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項7】

前記固定部材には、治具が嵌入可能な治具嵌入部が形成される、請求項１に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項8】

前記治具嵌入部は、前記固定部材の上端の角部分に形成される、請求項７に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項9】

前記セルカバーは、
前記１つ以上のパウチ型バッテリーセルのうちの少なくとも１つのパウチ型バッテリーセルの一方の側面を覆う第１のカバー部と、
前記１つ以上のパウチ型バッテリーセルのうちの少なくとも１つのパウチ型バッテリーセルの他方の側面を覆う第２のカバー部と、
前記第１のカバー部と前記第２のカバー部とをつなぎ、前記少なくとも１つのパウチ型バッテリーセルの上端部分を覆う第３のカバー部と、
を含み、
前記ベント孔は、前記第３のカバー部に形成され、
前記固定部材は、前記第３のカバー部に接触して前記ベント孔を閉止するように構成される、請求項２に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項10】

前記セルカバーは、前記少なくとも１つのパウチ型バッテリーセルを起立状態で支持するように構成されている、請求項１に記載のバッテリーセルブロック。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリーセルブロックと、
前記バッテリーセルブロックを内部空間に収容するパックケースと、
を含む、バッテリーパック。

【請求項12】

前記セルカバーは、包み込まれたパウチ型バッテリーセルの少なくとも一側が前記パックケースに向かって露出される開放部を形成するように前記パウチ型バッテリーセルを部分的に包み込む、請求項１１に記載のバッテリーパック。

【請求項13】

前記パウチ型バッテリーセルの充放電を制御するように構成された制御モジュールを含む、請求項１１に記載のバッテリーパック。

【請求項14】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリーセルブロックを含む、自動車。

【請求項15】

請求項１１に記載のバッテリーパックを含む、自動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２２年０７月２０日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００８９８６６号及び２０２３年０４月２７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２３－００５５７８９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。

【0002】

本発明は、バッテリーセルブロック及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車に関し、より詳細には、複数のセルユニットをパックケースの内部に効率よく載置及び固定することのできるバッテリーセルブロック及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車に関する。

【背景技術】

【0003】

最近の各種のモバイル機器と電気自動車、エネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）などに対する技術の開発と需要の増加には目を見張るものがあり、これに伴い、エネルギー源としての二次電池への関心とニーズが急激に伸びている。従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池またはニッケル水素イオン電池が多用されていたが、最近には、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いリチウム二次電池が多用されている。

【0004】

この種のリチウム二次電池は、主として、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液と一緒に封入する外装材、例えば、電池ケースと、を備える。

【0005】

一般に、二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池と、に分類され得る。

【0006】

最近には、電気自動車やエネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔａｒｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）などの中大型装置に駆動用やエネルギー貯蔵用としてバッテリーパックが広く用いられている。従来のバッテリーパックは、パックケースの内部に１つ以上のバッテリーモジュールとバッテリーパックの充放電を制御する制御ユニット、いわゆるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を含む。ここで、バッテリーモジュールは、モジュールケースの内部に複数のバッテリーセルを含む形態に構成される。すなわち、従来のバッテリーパックの場合、複数のバッテリーセル（二次電池）がモジュールケースの内部に収容されてそれぞれのバッテリーモジュールを構成し、このようなバッテリーモジュールが１つ以上パックケースの内部に収容されてバッテリーパックを構成する。

【0007】

特に、パウチ型電池の場合、軽量であり、積層時にデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）が小さいといったように、色々な側面からみて長所を有しているものの、外部の衝撃に弱く、組立性にやや劣っているという問題がある。したがって、まず、複数のセルをモジュール化させた後、パックケースの内部に収容される形態にバッテリーパックが製造されるのが一般的である。

【0008】

しかしながら、従来のバッテリーパックの場合、モジュール化などによってエネルギー密度と組立性、冷却性などの側面からみて不利になる可能性がある。したがって、近頃には、セルトゥーパック（Ｃｅｌｌ Ｔｏ Ｐａｃｋ、ＣＴＰ）形態のバッテリーパックに対する試みが行われている。しかしながら、軟性のパウチセルそれ自体では、パック自体に積み込む組立過程が決して容易ではなく、安定的な固定を行い難いなどといったような色々な問題がある。さらに、従来のバッテリーパックの場合、ベントに際して安定性を確保し難い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

したがって、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って、ブロック化されたセルユニットを効率よく固定し、安定的なベントを実現可能なバッテリーセルブロック及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車を提供することを目的とする。

【0010】

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。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様によれば、１つ以上のパウチ型バッテリーセル、及び前記１つ以上のパウチ型バッテリーセルを包み込むように構成されたセルカバーを備え、少なくとも一方向に積層された複数のセルユニットと、前記セルユニットの積層体の周りを取り囲むことにより、前記セルユニットの積層状態を固定するように構成された固定部材と、を含むバッテリーセルブロックが提供され得る。

【0012】

一実施形態において、前記セルカバーには、ガスが排出されるベント孔が形成され、前記固定部材は、前記ベント孔を閉止するように構成され得る。

【0013】

一実施形態において、前記ベント孔は、複数形成されており、１つの固定部材が複数の前記ベント孔を閉止するように構成され得る。

【0014】

一実施形態において、前記固定部材は、前記複数のセルユニットの積層方向に対応するように前記セルユニットの積層体を取り囲み得る。

【0015】

一実施形態において、前記固定部材は、前記ベント孔から噴出される物質の噴出圧力や温度により開かれるように構成され得る。

【0016】

一実施形態において、前記固定部材には、前記ベント孔に対応する部分に切り抜き部又は切り欠き部が形成され得る。

【0017】

一実施形態において、前記固定部材には、治具が嵌入可能な治具嵌入部が形成され得る。

【0018】

一実施形態において、前記治具嵌入部は、前記固定部材の上端の角部分に形成され得る。

【0019】

一実施形態において、前記セルカバーは、前記複数のバッテリーセルのうちの少なくとも１つのバッテリーセルの一方の側面を覆う第１のカバー部と、前記複数のバッテリーセルのうちの少なくとも１つのバッテリーセルの他方の側面を覆う第２のカバー部と、前記第１のカバー部と前記第２のカバー部とをつなぎ、前記少なくとも１つのバッテリーセルの上端部分を覆う第３のカバー部と、を含み、前記ベント孔は、前記第３のカバー部に形成され、前記固定部材は、前記第３のカバー部に接触して前記ベント孔を閉止するように構成され得る。

【0020】

一実施形態において、前記セルカバーは、前記少なくとも１つのパウチ型バッテリーセルを起立状態で支持するように構成され得る。

【0021】

一方、本発明の一態様によれば、前述したバッテリーセルブロックと、前記バッテリーセルブロックを内部空間に収容するパックケースと、を含むバッテリーパックが提供され得る。

【0022】

一実施形態において、前記セルカバーは、包み込まれたパウチ型バッテリーセルの少なくとも一側が前記パックケースに向かって露出される開放部を形成するように前記パウチ型バッテリーセルを部分的に包み込み得る。

【0023】

一実施形態において、前記パウチ型バッテリーセルの充放電を制御するように構成された制御モジュールを含み得る。

【0024】

一方、本発明の一態様によれば、前述したバッテリーセルブロックを含む自動車が提供され得る。

【0025】

一方、本発明の一態様によれば、前述したバッテリーパックを含む自動車が提供され得る。

【発明の効果】

【0026】

本発明の一態様によれば、パウチセルを含むセルユニットがブロック化され、このようなブロック化されたセルユニットが効率よく固定されることが可能になる。

【0027】

また、本発明の一態様によれば、正常の状態では、各セルユニットのベント孔が露出されないように覆うことにより、バッテリーセル側に異物が浸透することを防ぐことができる。さらに、このようなベント孔のカバー構成は、パウチセルユニットブロックを固定する構成により一緒に成し遂げられることが可能になる。

【0028】

また、本発明の一態様によれば、特定のバッテリーセルにおいて熱暴走が生じたとき、熱的事象に有効に対応することができる。特に、本発明の場合、火炎が生じる３要素（燃料、酸素、発火源）のうち、発火源に相当する熱の蓄積や排出を遮断ないし適宜に制御することができる。さらに、本発明の場合、ベントガスの迅速かつ円滑な排出を行うことで、熱の蓄積が遮断され、内圧の増加による爆発などが防がれることが可能になる。

【0029】

また、本発明の一態様によれば、プラスチックカートリッジなどの積層用のフレームや別途のモジュールケースなどの構成要素がなくても、複数のパウチ型バッテリーセルをパックケースの内部に安定的に収容することができる。

【0030】

さらに、本発明の一態様によれば、軟性材質のケースを有するパウチ型バッテリーセルを手軽に強固な形状にして、パックケースの内部において直接的に積層されるという構成がより一層容易に実現されることが可能になる。したがって、バッテリーパックの組立性と機械的な安定性などが向上することができる。

【0031】

さらにまた、本発明の一態様によれば、セルトゥーパック（ＣＴＰ：Ｃｅｌｌ Ｔｏ Ｐａｃｋ）コンセプトであって、モジュールケースなどが省略されて、冷却性能とエネルギー密度などが向上することができる。

【0032】

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形態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。

【0033】

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形態を例示するものであり、発明の内容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のためのものであるため、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るものではない。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の一実施形態によるバッテリーセルブロックの概略斜視図である。

【図2】図１の一部の構成に関する分解斜視図である。

【図3】図１及び図２の固定部材に関する変形の実施形態を示す図である。

【図4】図１及び図２の固定部材に関する他の変形の実施形態を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態によるバッテリーセルブロックに含まれる１つのセルユニットの斜視図である。

【図6】図５の分解斜視図である。

【図7】図５のＡ－Ａ’矢視断面図である。

【図8】図１のバッテリーセルブロックに関する変形の実施形態を示す図である。

【図9】図１のバッテリーセルブロックに関する他の変形の実施形態を示す図である。

【図10】本発明の一実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図である。

【図11】本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む自動車を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、発明者自らは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して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されるものである。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを表すものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解されたい。

【0036】

図中、各構成要素またはその構成要素をなす特定の部分の大きさは、説明のしやすさ及び明確性のためにやや誇張して表現されたり、省略されたり、概略的に示されたりしている。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。関連する公知の機能もしく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。

【0037】

本明細書中で使用される「結合」または「接続」という用語は、ある一つの部材と他の部材とが直接的に結合されたり直接的に接続されたりする場合だけではなく、ある一つの部材が継ぎ部材を介して他の部材に間接的に結合されたり間接的に接続されたりする場合も含む。

【0038】

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルブロックの概略斜視図であり、図２は、図１の一部構成に関する分解斜視図であり、図３は、図１及び図２の固定部材に関する変形の実施形態を示す図であり、図４は、図１及び図２の固定部材に関する他の変形の実施形態を示す図であり、図５は、本発明の一実施形態によるバッテリーセルブロックに含まれる１つのセルユニットの斜視図であり、図６は、図５の分解斜視図であり、図７は、図５のＡ－Ａ’矢視断面図である。

【0039】

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーセルブロック１０は、複数のセルユニット１００と、固定部材２００と、を含む。

【0040】

図５～図７を参照すると、セルユニット１００は、バッテリーセル１１０とセルカバー１２０を備え得、図１及び図２でのように、バッテリーセルブロック１０に設けられた複数のセルユニット１００は、少なくとも一方向に積層される。

【0041】

バッテリーセル１１０は、パウチ型バッテリーセル１１０であって、１つ又は２以上設けられ得る。例えば、それぞれのセルユニット１００に１つのバッテリーセル１１０が設けられてもよいし、２つのバッテリーセル１１０が設けられてもよいし、３つのバッテリーセル１１０が設けられてもよい。あるいは、それぞれのセルユニット１００に４つ以上のバッテリーセル１１０が設けられてもよい。

【0042】

パウチ型バッテリーセル１１０は、パウチ型二次電池であって、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を含み得る。すなわち、バッテリーセル１１０は、充電及び放電の基本単位に相当するものであって、軟質の金属ケースの内部に電極組立体と電解質物質を収容し、当該金属ケースをシールする方式により製造され得る。この場合、電極組立体は、正極電極と負極電極との間にセパレーターを挟持する方式により製造され得る。

【0043】

また、バッテリーセル１１０の前端と後端には、電極組立体と電気的に接続された電極リード１１１が設けられ得る。このようなバッテリーセル１１０は、パウチ（ｐｏｕｃｈ）の形状に構成され得る。各セルユニット１００に複数のパウチ型バッテリーセル１１０が含まれている場合、複数のセルユニット１００は、セルカバー１２０の収容部が互いに対面している状態で少なくとも一方向、例えば、左右方向に積層され得る。

【0044】

図５～図７を参照すると、セルカバー１２０は、複数のパウチ型バッテリーセル１１０のうちの少なくとも一つのパウチ型バッテリーセル１１０を少なくとも部分的に包み込むように設けられ得る。例えば、図７を参照すると、セルカバー１２０は、３つのバッテリーセル１１０を少なくとも部分的に包み込むように構成され得る。但し、３つのバッテリーセル１１０の数は、１つの実施形態に過ぎず、本発明はこれに何ら限定されるものではない。

【0045】

ここで、セルカバー１２０は、セルカバー１２０により包み込まれたパウチ型バッテリーセル１１０の少なくとも一側が外部に露出されるようにパウチ型バッテリーセル１１０を部分的に包み込む形状に構成され得る。

【0046】

セルカバー１２０は、内部に収容されたバッテリーセル１１０を支持するように構成され得る。特に、セルカバー１２０は、内部に収容されたバッテリーセル１１０の立てられた状態を安定的に支持するように構成され得る。

【0047】

具体的には、セルカバー１２０は、パウチ型バッテリーセル１１０を立てられた状態で支持するように構成され得る。一般に、パウチ型バッテリーセル１１０は、上下方向に立てられた形状に積層することが決して容易ではない。しかしながら、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１におけるセルカバー１２０は、１つ又はそれ以上のパウチ型バッテリーセル１１０を包み込みながら、包み込まれたパウチ型バッテリーセル１１０の立てられた状態、すなわち、起立状態を保持するように支持することができる。

【0048】

図５及び図６を参照すると、セルカバー１２０は、第１のカバー部１２１と、第２のカバー部１２２と、第３のカバー部１２３と、を含んで構成され得る。

【0049】

第１のカバー部１２１は、複数のバッテリーセル１１０のうちの少なくとも１つのバッテリーセル１１０の一方の側面を覆うように構成され得る。第１のカバー部１２１は、第３のカバー部１２３の一方の端から下部の向きに延びる形状に構成され得る。例えば、第１のカバー部１２１は、第３のカバー部１２３の左側の端部から下部の向きに長尺状に延びた形状に構成され得る。そして、第１のカバー部１２１は、内部に収容されたバッテリーセル１１０の広い面を包み込むように構成され得る。

【0050】

第２のカバー部１２２は、複数のバッテリーセル１１０のうちの少なくとも１つのバッテリーセル１１０の他方の側面を覆うように構成され得る。第２のカバー部１２２は、第１のカバー部１２１から水平方向に離れるように位置し得る。そして、第２のカバー部１２２は、第３のカバー部１２３の他方の端から下部の向きに延びる形状に構成され得る。例えば、第２のカバー部１２２は、第３のカバー部１２３の右側の端部から下部の向きに長尺状に延びた形状に構成され得る。そして、第２のカバー部１２２は、内部に収容されたバッテリーセル１１０の広い面を包み込むように構成され得る。

【0051】

第３のカバー部１２３は、第１のカバー部１２１と第２のカバー部１２２とをつなぎ、少なくとも１つのバッテリーセル１１０の上端部分を覆う。そして、第３のカバー部１２３には、ガスが排出されるベント孔１２４が形成され得る。

【0052】

図７を参照すると、セルカバー１２０が第１のカバー部１２１と、第２のカバー部１２２と、第３のカバー部１２３と、を含んで構成される場合、前方側から眺めたセルカバー１２０の断面の形状は、概ね「ｎ」字状に類似しているといえる。したがって、この場合、セルカバー１２０は、「ｎ－フィン（ｎ－ｆｉｎ）」と称され得る。

【0053】

一方、図示はしなかったが、変形の実施形態であって、セルカバー１２０は、１つ以上のパウチ型バッテリーセル１１０の両側面と下部側の辺縁部を包み込むように構成され得る。この場合、前方側から眺めたセルカバー１２０の断面の形状は、概ね「Ｕ」字状に類似しているといえる。このとき、セルカバー１２０は、２つの側面カバー部と下側カバー部を備え得る。ここで、ベント孔１２４は、下側カバー部に形成され得る。そして、固定部材２００は、このような下側カバー部のベント孔１２４を覆うように構成され得る。

【0054】

複数のパウチ型バッテリーセル１１０のうちの少なくとも一つのパウチ型バッテリーセル１１０は、第１のカバー部１２１と第２のカバー部１２２の内側面に接着されて固定され得る。接着のための部材は、熱伝導性のものであり得る。このような接着によって、セルカバー１２０は、バッテリーセル１１０に強固に結合され、バッテリーセル１１０から発せられる熱をバッテリーセル１１０の外部に排出するのに役立つ。

【0055】

図２、図５及び図６を参照すると、セルカバー１２０には、火炎又はガスを排出するための少なくとも１つのベント孔１２４が形成され得る。ここで、ベント孔１２４は、セルカバー１２０の内部空間から外部側へとガスが排出可能なように内外部空間の間を貫通する形状に構成され得る。そして、ベント孔１２４は、後述する固定部材２００により閉止されるように構成され得る。

【0056】

ベント孔１２４は、予め意図した通りのベント方向に沿ってセルカバー１２０の多種多様な位置に多種多様な数で形成され得る。例えば、ベント孔１２４は、第３のカバー部１２３に形成され得、図２、図５及び図６には、３つのベント孔１２４が第３のカバー部１２３に形成されているが、ベント孔１２４の本数がこれに何ら限定されるものではない。

【0057】

このように、ベント孔１２４が第３のカバー部１２３に形成される場合、ガスなどを上側の向きに排出することができる。これにより、バッテリーセル１１０の熱暴走の際に生じるガスや火炎を意図の通りの方向、例えば、他のバッテリーセル１１０又は他のバッテリーモジュールが配置されていない上側の向きに排出して連鎖的な熱暴走を防ぐことができるという効果がある。

【0058】

そして、セルカバー１２０は、包み込まれたバッテリーセル１１０の少なくとも一側がパックケース２０に向かって露出される開放部１２５を形成するようにバッテリーセル１１０を部分的に包み込んでいる。これについては、下記のバッテリーパック１に関する実施形態の欄において具体的に説明する。

【0059】

セルカバー１２０は、一体に構成され得る。この場合、セルカバー１２０は、板状構造の金属プレートを折り曲げる方式により形成され得る。すなわち、セルカバー１２０は、１枚のプレートが折り曲げられた形状に形成され得る。

【0060】

セルカバー１２０は、金属材質から作製され得る。例えば、セルカバー１２０は、スチールから作製され得、特に、加工し易く、しかも、耐食性が高く、機械的な強度ないし剛性に優れているステンレス鋼（ＳＵＳ）を含む素材から構成され得る。但し、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、セルカバー１２０は、剛性の確保のために、ＳＵＳ以外の多種多様な材質から構成され得る。例えば、クロム（Ｃｒ）系の金属材質から構成され得る。このような金属材質の場合、バッテリーセル１１０の積層状態をより一層安定的に保持し、外部の衝撃からバッテリーセル１１０をより一層安全に保護することができる。また、例として挙げたように、セルカバー１２０がＳＵＳのようなスチール材質からなる場合、高い溶融点によってバッテリーセル１１０から火炎が発生したときに全体的な構造が安定的に保持されることが可能になる。特に、スチール材質の場合、アルミニウム材質に比べて融点が高いので、バッテリーセル１１０から噴出された火炎にも溶融されず、その形状が安定的に保持されることが可能になる。したがって、バッテリーセル１１０の間の火炎伝播の防止ないし遅延の効果、ベント制御の効果などが良好に確保されることが可能になる。

【0061】

セルカバー１２０は、内側面に絶縁コーティング層（図示せず）を含み得る。絶縁コーティング層（図示せず）は、シリコン樹脂、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）及びゴムのうちのいずれか１つの絶縁性素材をコーティング、塗布又は貼着したものであり得る。このような本実施形態によるセルカバー１２０の絶縁コーティング層の構成によれば、最小限のコーティング量にて絶縁コーティング効果を極大化させることができる。また、絶縁コーティング層（図示せず）がセルカバー１２０の内側面に適用されていることから、バッテリーセル１１０とセルカバー１２０との絶縁性が強化されることが可能になる。

【0062】

セルカバー１２０は、多種多様な数のパウチ型バッテリーセル１１０を一緒に包み込むように構成され得る。例えば、１つのセルカバー１２０は、１つのパウチ型バッテリーセル１１０を包み込むように構成され得る。あるいは、１つのセルカバー１２０が２つのパウチ型バッテリーセル１１０を一緒に包み込むように構成され得る。あるいは、１つのセルカバー１２０が３つのパウチ型バッテリーセル１１０を一緒に包み込むように構成される可能性もある。あるいは、１つのセルカバー１２０がさらに多いパウチ型バッテリーセル１１０を一緒に包み込むように構成される可能性もある。

【0063】

セルカバー１２０は、概ね０．２ｔの厚さに形成され得る。但し、本発明はこれに何ら限定されるものではない。また、セルカバー１２０は、部分的に厚さが異なるように形成される可能性もある。そして、セルカバー１２０には、絶縁のために両側に概ね０．０５ｔの厚さのポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ；ＰＩ）が付着することもある。

【0064】

セルカバー１２０の内部において１つ以上のパウチ型バッテリーセル１１０は、上下方向に立てられた形状に構成され得る。

【0065】

このように、１つ以上のパウチ型バッテリーセル１１０と、１つ以上のパウチ型バッテリーセル１１０を包み込む１つのセルカバー１２０とは、１つのセルユニット１００を構成し得る。特に、セルカバー１２０の幅の調整などを行うことで、セルカバー１２０の内部に収容されるパウチ型バッテリーセル１１０の数などを調整することができるという側面からみて、このようなセルユニット１００は、ＳＰＵ（Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｐｏｕｃｈ Ｕｎｉｔ）と称され得る。

【0066】

そして、セルユニット１００は、後述するバッテリーパック１に複数含まれ得る。ここで、複数のセルユニット１００は、少なくとも一方向に積層され得る。例えば、図１０に示されているように、複数のセルユニット１００は、互いに対面し合っている形状に左右方向に並ぶように配置され得る。

【0067】

図１を参照すると、固定部材２００は、セルユニット１００の積層体の周りを取り囲むことにより、セルユニット１００の積層状態を固定するように構成される。

【0068】

固定部材２００は、セルユニット１００の多種多様な部分に接触し得るが、図１及び図２を参照すると、例えば、セルカバー１２０の第３のカバー部１２３に形成されたベント孔１２４を閉止するように構成され得る。

【0069】

図１を参照すると、固定部材２００がセルユニット１００の積層体を取り囲む場合、各セルカバー１２０のベント孔１２４は、固定部材２００により全体的に外部に露出されずに覆われ得る。但し、固定部材２００は、セルユニット１００の積層体に含まれている複数のベント孔１２４のうちの一部のベント孔１２４のみを覆う形状に構成される可能性もある。

【0070】

図２に示されているように、ベント孔１２４は、複数形成され得、１つの固定部材２００が複数のベント孔１２４を閉止するように構成され得る。そして、固定部材２００は、複数のセルユニット１００の積層方向に対応するようにセルユニット１００の積層体を取り囲むように構成され得る。

【0071】

図１を参照して例にとって説明すれば、複数のセルユニット１００が立てられた状態で左右方向（図１のＹ軸方向）に積層されてセルユニット１００の積層体を形成した場合、固定部材２００は、バンド状であって、このようなセルユニット１００の積層体の積層状態が安定的に保持されるようにすることができる。

【0072】

そして、固定部材２００は、四角いリング状、例えば、「口」字状に形成され得るが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。この場合、固定部材２００は、セルユニット１００の積層体の上部、左側、下部及び右側を包み込む形状に構成され得る。

【0073】

図１を参照すると、固定部材２００は、１つのセルユニット１００の積層体に複数設けられ得る。但し、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、固定部材２００の数は、種々に変更可能であり、例えば、固定部材２００は、１つのセルユニット１００の積層体に１つ以上設けられ得る。

【0074】

固定部材２００は、一定のレベル以上の剛性の確保のためにスチールなどの金属材質から構成され得る。あるいは、固定部材２００は、ポリマーなどの材質から構成される可能性もある。但し、固定部材２００の材質がこれに何ら限定されるものではない。

【0075】

このように、セルユニット１００の積層体が固定部材２００により固定されれば、セルユニット１００と固定部材２００を含むバッテリーセルブロック１０が後述するパックケース２０により一層効率よく固定されることが可能になる。すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリーセルブロック１０は、図１に示されているように、複数のセルユニット１００と、このような複数のセルユニット１００を固定する１つ以上の固定部材２００と、を含み得る。

【0076】

前述したように、固定部材２００は、通常の状況下では、セルカバー１２０の第３のカバー部１２３に形成されたベント孔１２４を閉止するが、熱的事象が生じた場合、ベント孔１２４から噴出される物質の噴出圧力や温度により開かれるように構成され得る。

【0077】

具体的には、熱暴走など異常状況が生じていない場合、固定部材２００がベント孔１２４を閉止しているため、固定部材２００により外部の水気や塵埃などの異物などがセルカバー１２０のベント孔１２４を介してセルカバー１２０の内部に位置するバッテリーセル１１０側に浸透することが防がれることが可能になる。

【0078】

しかしながら、熱暴走など異常状況が生じると、ベント孔１２４から噴出される物質の噴出圧力や温度により固定部材２００が開かれることが可能になるので、これによりガス又は火炎が排出されることが可能になる。

【0079】

このために、固定部材２００は、ベント孔１２４のガス噴出圧力が一定のレベル以上である場合に開かれる扉型構造を有し得る。他の実施形態として、固定部材２００は、ベント孔１２４のガス噴出圧力や温度が一定のレベル以上である場合に破裂されたり損傷されたりするように構成され得る。このために、図３及び図４をそれぞれ参照すると、固定部材２００には、ベント孔１２４に対応する部分に切り抜き部２１０又は切り欠き部２２０が形成され得る。図３を参照すると、切り抜き部２１０は、点線状の切り取り線状に形成され得る。そして、図４を参照すると、切り欠き部２２０は、固定部材２００を完全に貫通せずに固定部材２００の一部にのみ切り欠き溝の形状に形成され得る。

【0080】

この場合、固定部材２００の破裂ないし損傷の位置が切り抜き部２１０又は切り欠き部２２０により定められることにより、熱暴走などの非常状況下で固定部材２００におけるベント位置が正確に定められることが可能になる。したがって、ベント孔１２４及び固定部材２００を通過するガスのベントが円滑に行われる。但し、固定部材２００に切り抜き部２１０又は切り欠き部２２０が形成されなくても、固定部材２００は、ガス又は火炎により破裂又は損傷されるように設けられ得る。

【0081】

図８は、図１のバッテリーセルブロックに関する変形の実施形態を示す図であり、図９は、図１のバッテリーセルブロックに関する他の変形の実施形態を示す図である。

【0082】

図８を参照すると、バッテリーセルブロック１０がパックケース２０の内部に収容されるとき、バッテリーセルブロック１０の収容のために搬送用の治具３００が用いられ得る。このとき、搬送用の治具３００が固定部材２００と結合され得る。例えば、図８に示されているように、ねじなどの締結部材４００が搬送用の治具３００と固定部材２００とを締め合わせるように構成され得る。そして、搬送用の治具３００が締結部材４００により固定部材２００に締め付けられれば、搬送用の治具３００を用いてバッテリーセルブロック１０を搬送することができる。これにより、バッテリーセルブロック１０を搬送するための別途の構成要素がバッテリーセルブロック１０に付設されなくても構わない。

【0083】

他の実施形態を挙げると、図９の点線にて示されている部分でのように、治具嵌入部２３０が固定部材２００に形成され得る。治具嵌入部２３０は、搬送用の治具（図９には図示せず）が嵌入可能なように固定部材２００の一方側の形状を変形して、例えば、固定部材２００の両側の端部を上部側の向きに凸状にしてその内部に形成された貫通孔として設けられ得る。ここで、治具嵌入部２３０は、固定部材２００の上端の角部分に形成され得る。そして、搬送用の治具（図９には図示せず）が治具嵌入部２３０に嵌合されれば、搬送用の治具（図９には図示せず）を用いてバッテリーセルブロック１０を搬送することができる。

【0084】

図１０は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの分解斜視図である。

【0085】

以下では、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１について説明し、但し、前述した本発明の一実施形態によるバッテリーセルブロック１０において説明した内容と共通する内容は、前述した説明に取って代わる。また、バッテリーパック１に関する実施形態において説明した内容のうち、前述したバッテリーセルブロック１０に関する実施形態に対して適用可能な内容は、前述したバッテリーセルブロック１０に対しても適用可能である。

【0086】

以上において説明した通り、通常、バッテリーセルは、ボックス状の金属ケースに収容されてバッテリーモジュールを構成し、このようなバッテリーモジュールが再びバッテリーパックのパックケースに収容されてバッテリーパックを構成する。但し、この場合、全体のバッテリーパックの重さと体積が増加し、バッテリーパックのエネルギー密度が低下するという問題がある。

【0087】

このような問題を解消すべく、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１は、バッテリーモジュールのモジュールケースを省略してバッテリーセル１１０をバッテリーパック１のパックケース２０に直接的に収容するように構成される。

【0088】

これによれば、バッテリーパック１内においてバッテリーモジュールのモジュールケースなどが占めていた空間にバッテリーセル１１０をさらに収容できることから、空間効率性が高められ、バッテリー容量が向上するという効果がある。すなわち、本発明の構成要素にバッテリーモジュールのモジュールケースは含まれない可能性もある。

【0089】

但し、モジュールケースを用いる実施形態を完全に排除するわけではなく、必要に応じて、バッテリーモジュールに設けられたモジュールケースに本発明の各実施形態のパウチ型バッテリーセル１１０が収容されるように構成されることも想定可能である。

【0090】

すなわち、本発明の各実施形態におけるセルカバー１２０が結合されたパウチ型バッテリーセル１１０が設けられたバッテリーモジュールもまた、本発明の権利範囲内に属する。

【0091】

そして、本明細書中において、簡単にバッテリーセル１１０と記載されている場合であっても、前記バッテリーセル１１０は、パウチ型バッテリーセル１１０を意味する。

【0092】

本発明の一実施形態によるバッテリーパック１は、バッテリーセルブロック１０と、パックケース２０と、を含む。バッテリーセルブロック１０は、前述した内容と共通しているため、前述した説明に取って代わる。

【0093】

パックケース２０は、内部に空き空間（空いたスペース）が形成され、このような内部空間に複数のパウチ型バッテリーセル１１０、例えば、複数のセルユニット１００の積層体を収容し得る。

【0094】

特に、本発明の実施形態において、パウチ型バッテリーセル１１０は、複数のセルユニット１００が積層され、固定部材２００により固定されたバッテリーセルブロック１０の形状に構成されてパックケース２０に直接的に載置され得る。

【0095】

図１０参照すると、パックケース２０は、下フレーム２１と、側面フレーム２２と、上カバー２３と、を含んで構成され得る。パックケース２０は、プラスチック又は金属の材質から作製され得る。その他にも、パックケース２０は、本発明の出願時点における公知の多種多様なバッテリーパック１の外装材の材質を採用し得る。

【0096】

下フレーム２１には、複数のバッテリーセルブロック１０が直接的に載置される。ここで、セルカバー１２０の下端が直接的に下フレーム２１に載置され得る。また、セルカバー１２０の内部に収容されたバッテリーセル１１０の下端もまたパックケース２０の下フレーム２１に直接的に載置され得る。

【0097】

そして、側面フレーム２２は、下フレーム２１の周縁部から上側に向かって延び、側面フレーム２２によりバッテリーセルブロック１０を収容する内部空間が形成される。

【0098】

そして、上カバー２３は、側面フレーム２２と結合され、側面フレーム２２と下フレーム２１を覆う。ここで、上カバー２３の内部には、ガスが移動可能なガスチャンネル（図示せず）が形成される可能性もある。但し、ガスチャンネル（図示せず）が必ずしも上カバー２３にのみ形成され得るとは限らず、必要に応じて、側面フレーム２２と下フレーム２１のうちの少なくとも一方にも形成され得る。

【0099】

図１０を参照すると、複数のバッテリーセルブロック１０に設けられたセルカバー１２０は、パックケース２０の内部空間に直接的に収容され得る。そして、セルカバー１２０は、包み込まれたバッテリーセル１１０の少なくとも一側がパックケース２０に向かって露出される開放部１２５を形成するようにバッテリーセル１１０を部分的に包み込んでいる。このような構成によれば、バッテリーセルブロック１０の冷却効率がより一層向上することができる。特に、本発明の一実施形態の場合、各バッテリーセル１１０の一部が開放部１２５を介してパックケース２０に直接的に露出可能であるので、各バッテリーセル１１０の熱がパックケース２０を介して外部に有効に排出されることが可能になる。

【0100】

このために、図７を参照すると、開放部１２５は、第１のカバー部１２１の端部のうちの第３のカバー部１２３と接続されている端部の反対側の端部と、第２のカバー部１２２の端部のうちの第３のカバー部１２３と接続されている端部の反対側の端部との間に形成されるように構成され得るが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。

【0101】

一方、本実施形態によるバッテリーパック１は、パウチ型バッテリーセル１１０の充放電を制御するように構成された制御モジュールを含み得る。図１０を参照すると、このような制御モジュールは、バッテリー管理システム３０（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）とバッテリー遮断ユニット４０を含み得、バッテリーセルブロック１０と併せてパックケース２０の内部に収容され得る。

【0102】

図１１は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む自動車を説明するための図である。

【0103】

図１１を参照すると、本発明の一実施形態による自動車２は、前述した各実施形態によるバッテリーパック１を１つ以上含み得る。あるいは、図示はしなかったが、本発明の一実施形態による自動車２は、前述した各実施形態によるバッテリーセルブロック１０それ自体をそれぞれ別々に含み得る。

【0104】

ここで、前記自動車２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、電気を使用するように設けられる各種の自動車２を含む。

【0105】

本明細書においては、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。

【0106】

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。よって、以上において開示されている実施形態は、限定的な視点ではなく、説明的な視点から考慮されるべきである。すなわち、本発明の真の技術的な思想の範囲は、特許請求の範囲に示されており、それと均等な範囲内にあるあらゆる相違点は、本発明に含まれるものと解釈されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0107】

本発明は、バッテリーセルブロック及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車に関し、特に、二次電池と関わる産業に利用可能である。

【符号の説明】

【0108】

１ バッテリーパック
２ 自動車
１０ バッテリーセルブロック
２０ パックケース
２１ 下フレーム
２２ 側面フレーム
２３ 上カバー
３０ バッテリー管理システム
４０ バッテリー遮断ユニット
１００ セルユニット
１１０ パウチ型バッテリーセル
１１１ 電極リード
１２０ セルカバー
１２１ 第１のカバー部
１２２ 第２のカバー部
１２３ 第３のカバー部
１２４ ベント孔
１２５ 開放部
２００ 固定部材
２１０ 切り抜き部
２２０ 切り欠き部
２３０ 治具嵌入部
３００ 治具
４００ 締結部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】