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(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】2025-01-22
(54)【発明の名称】二次電池
(51)【国際特許分類】
H01M 50/209 20210101AFI20250115BHJP
H01M 50/505 20210101ALI20250115BHJP
H01M 10/04 20060101ALI20250115BHJP
H01M 50/264 20210101ALI20250115BHJP
H01M 50/256 20210101ALI20250115BHJP
H01M 50/531 20210101ALI20250115BHJP
H01M 50/503 20210101ALI20250115BHJP
H01M 50/262 20210101ALI20250115BHJP
【ＦＩ】
H01M50/209
H01M50/505
H01M10/04 Z
H01M50/264
H01M50/256 101
H01M50/531
H01M50/503
H01M50/262 Z
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024540835
(86)(22)【出願日】2023-03-16
(85)【翻訳文提出日】2024-07-04
(86)【国際出願番号】 KR2023003547
(87)【国際公開番号】W WO2023177241
(87)【国際公開日】2023-09-21
(31)【優先権主張番号】10-2022-0033285
(32)【優先日】2022-03-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2022-0049958
(32)【優先日】2022-04-22
(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】517019603
【氏名又は名称】スタンダード エナジー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100166338
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 正夫
(72)【発明者】
【氏名】イ ドンヨン
(72)【発明者】
【氏名】キム ブギ
【テーマコード（参考）】
5H028
5H040
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H028AA05
5H028CC01
5H040AA01
5H040AS07
5H040AT02
5H040CC34
5H040DD03
5H040GG21
5H043BA11
5H043CA04
5H043FA04
5H043JA01E
5H043JA01F
5H043LA21F
(57)【要約】
本発明は、電解質に溶解された金属イオンが酸化還元して充放電される二次電池に関する。本発明の実施形態による二次電池モジュールは、酸化還元反応が起こり、縦方向に積層される複数のレイヤーと、前記複数のレイヤーを電気的に連結する一対のバスバーとを含み、前記複数のレイヤーのそれぞれは、第１半反応が起こるアノードと、第２半反応が起こるカソードとを含み、前記レイヤーの前記アノードと前記カソードは、縦方向に配列される。
【選択図】図８
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化還元反応が起こり、縦方向に積層される複数のレイヤーと、前記複数のレイヤーを電気的に連結する一対のバスバーと、
を含み、
前記複数のレイヤーのそれぞれは、
第１半反応が起こるアノードと、
第２半反応が起こるカソードと、
を含み、
前記レイヤーの前記アノードと前記カソードは、縦方向に配列される、
二次電池モジュール。
【請求項2】
前記複数のレイヤーのいずれかの前記レイヤーの前記アノードは、隣接した他の前記レイヤーの前記アノードと積層され、前記他のレイヤーの前記カソードは、隣接したさらに他の前記レイヤーの前記カソードと積層される、
請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項3】
前記複数のレイヤーのそれぞれは、複数のアノードと電気的に連結される複数のアノード集電体と、
複数のカソードと電気的に連結される複数のカソード集電体と、
を含み、
前記複数のアノード集電体のいずれかの前記アノード集電体は、隣接して配置される一対の前記アノードの間に配置され、
前記複数のカソード集電体のいずれかの前記カソード集電体は、隣接して配置される一対の前記カソードの間に配置される、
請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項4】
前記複数のアノード集電体は、一部が、前記複数のレイヤーのいずれかの側面から突出して配置され、前記複数のカソード集電体は、一部が、前記複数のレイヤーの前記複数のアノード集電体の一部が突出した前記側面の反対面に突出して配置される、
請求項３に記載の二次電池モジュール。
【請求項5】
前記アノード集電体と前記カソード集電体は、それぞれの一部が、前記レイヤーにおいて互いに逆方向に突出する、請求項３に記載の二次電池モジュール。
【請求項6】
前記複数のレイヤーのそれぞれは、複数のアノードと電気的に連結される複数のアノード集電体と、
複数のカソードと電気的に連結される複数のカソード集電体と、
を含み、
前記一対のバスバーは、
前記複数のアノード集電体を電気的に連結する第１バスバーと、
前記複数のカソード集電体を電気的に連結する第２バスバーと、
を含む、
請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項7】
前記一対のバスバーのいずれかのバスバーは、前記複数のレイヤーのいずれかの側面に配置され、他の前記バスバーは、前記複数のレイヤーの前記いずれかのバスバーが配置される側面の反対面に配置される、
請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項8】
前記複数のレイヤーの上端に配置される上側エンドプレートと、前記複数のレイヤーの下端に配置される下側エンドプレートと、
前記複数のレイヤー、前記上側エンドプレート、及び前記下側エンドプレートを囲んで結ぶタイと、
を更に含み、
前記タイは、前記複数のレイヤーの側面のうち前記一対のバスバーが配置されていない側面に配置される、
請求項７に記載の二次電池モジュール。
【請求項9】
前記一対のバスバーのそれぞれは、縦方向に長く形成される、請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項10】
前記複数のレイヤーの上端に配置される上側エンドプレートと、前記複数のレイヤーの下端に配置される下側エンドプレートと、
を更に含み、
前記一対のバスバーのそれぞれは、上端が前記上側エンドプレートと接触するか、下端が前記下側エンドプレートと接触する、
請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項11】
前記複数のレイヤーの上端に配置される上側エンドプレートと、前記複数のレイヤーの下端に配置される下側エンドプレートと、
を更に含み、
前記一対のバスバーのそれぞれは、上端が前記複数のレイヤーの上端より高く配置されるか、下端が前記複数のレイヤーの下端より低く配置される、
請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項12】
前記複数のレイヤーの上端に配置される上側エンドプレートと、前記複数のレイヤーの下端に配置される下側エンドプレートと、
前記上側エンドプレートに連結される取っ手と、
を更に含む、
請求項１に記載の二次電池モジュール。
【請求項13】
複数の二次電池モジュールを含み、前記複数の二次電池モジュールのそれぞれは、
酸化還元反応が起こり、縦方向に積層される複数のレイヤーと、
前記複数のレイヤーを電気的に連結する一対のバスバーと、
を含み、
前記複数の二次電池モジュールは、横方向に密集して配置される、
二次電池。
【請求項14】
横方向に密集して配置された前記複数の二次電池モジュールは、横方向に密集して配置された、他の前記複数の二次電池モジュールと縦方向に積層される、請求項１３に記載の二次電池。
【請求項15】
前記複数の二次電池モジュールは、隣接した一対の前記二次電池モジュールのそれぞれの前記一対のバスバーのいずれかが、互いに接触して電気的に連結される、請求項１３に記載の二次電池。
【請求項16】
前記互いに連結される２つの前記バスバーは、互いに支持するように形成される、請求項１５に記載の二次電池。
【請求項17】
前記複数の二次電池モジュールの一部の側面を支持するサポータを更に含む、請求項１３に記載の二次電池。
【請求項18】
前記複数の二次電池モジュールは、一部が充電するとき、他の一部は、放電する、請求項１３に記載の二次電池。
【請求項19】
前記複数の二次電池モジュールが収容されるコンテナを更に含む、請求項１３に記載の二次電池。
【請求項20】
前記複数の二次電池モジュールは、前記複数の二次電池モジュールが充電する充電対象物を支持する底の下側に配置される、請求項１３に記載の二次電池。
【請求項21】
前記複数の二次電池モジュールを覆うカバーを更に含む、請求項１３に記載の二次電池。
【請求項22】
前記カバーは、前記複数の二次電池モジュールが充電する充電対象物を加熱する、請求項２１に記載の二次電池。
【請求項23】
前記複数の二次電池モジュールを制御するバッテリ管理システムを更に含み、前記バッテリ管理システムは、前記カバーの内部に配置される、
請求項２１に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二次電池に関し、より詳細は、電解質に溶解された金属イオンが酸化還元して充放電される二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
レドックス二次電池（Ｒｅｄｏｘ ｂａｔｔｅｒｙ）は、既存の二次電池とは異なり、電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ）内の活物質（ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）が酸化還元して充放電されるシステムであって、電気エネルギーを電解液の化学的エネルギーに貯蔵させる電気化学的蓄電装置である。従来のレドックス・フロー電池は、タンク内の電解質をポンプを用いてスタック（ｓｔａｃｋ）の内部に継続して循環させ、スタックで電気化学的反応が行われて作動する。こうしたレドックス・フロー電池は、タンクとポンプとによって空間上の制約と設計の難易度があり、本発明の発明者らは、タンクとポンプとを除去したレドックス二次電池を開発した。しかし、エネルギー密度が低くて、体積及び重さによる問題点があり、二次電池の大きさと重さを最小化するために高密度の集積が要求されていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明が解決しようとする課題は、高密度の集積が可能な二次電池モジュールを提供することである。
【0004】
本発明のさらに他の課題は、高密度の集積にも電気的連結が可能な二次電池を提供することである。
【0005】
本発明の課題は、以上で言及した課題に限らず、言及していないさらに他の課題は、下記の記載から当業者にとって明確に理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記の課題を達成するために本発明の実施形態による二次電池モジュールは、酸化還元反応が起こり、縦方向に積層される複数のレイヤーと、前記複数のレイヤーを電気的に連結する一対のバスバーとを含み、前記複数のレイヤーのそれぞれは、第１半反応が起こるアノードと、第２半反応が起こるカソードとを含み、前記レイヤーの前記アノードと前記カソードは、縦方向に配列される。
【0007】
前記の課題を達成するために本発明の実施形態による二次電池は、複数の二次電池モジュールを含み、前記複数の二次電池モジュールのそれぞれは、酸化還元反応が起こり、縦方向に積層される複数のレイヤーと、前記複数のレイヤーを電気的に連結する一対のバスバーとを含み、前記複数の二次電池モジュールは、横方向に密集して配置される。
【0008】
その他実施形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【0009】
本発明の二次電池によれば、次のような効果を１つあるいはそれ以上有する。
【0010】
第一、二次電池モジュールを単純化して、横方向の密集かつ縦方向の積層が可能である長所がある。
【0011】
第二、二次電池モジュールの電気的連結を単純化して、高密度に集積する長所もある。
【0012】
第三、二次電池が高密度に集積しながらも設置かつ管理が容易である長所もある。
【0013】
第四、二次電池が高密度に集積しながらも温度が安定する長所もある。
【0014】
本発明の効果は、以上で言及した効果に限らず、言及していないさらに他の効果は、請求の範囲の記載から当業者にとって明確に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施形態による二次電池のレイヤーに関する分解斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態による二次電池のレイヤーに関する断面図である。
【図3】本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【図5】本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する一部斜視図である。
【図6】本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する一部断面図である。
【図7】本発明の他の実施形態による二次電池モジュールに関する一部断面図である。
【図8】本発明の一実施形態による複数の二次電池モジュールが横方向に配置されることを示す図である。
【図9】本発明の一実施形態による複数の二次電池モジュールが横方向に配置されることを示す図である。
【図10】本発明の一実施形態による二次電池に関する概略的な構成を示す図である。
【図11】本発明の一実施形態による複数の二次電池モジュールが縦方向に積層されることを示す図である。
【図12】本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【図13】本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する使用例示図である。
【図14】本発明の他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【図15】本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【図16】本発明のさらに他の実施形態による取っ手に関する構造を示す図である。
【図17】本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【図18】本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【図19】本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【図20】本発明の一実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図21】本発明の一実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図22】本発明の一実施形態による二次電池を移送することに関する例示図である。
【図23】本発明の一実施形態による二次電池を含む充電システムに関する概略的な構成を示す図である。
【図24】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図25】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図26】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図27】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図28】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図29】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図30】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図31】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図32】本発明のさらに他の実施形態による複数の二次電池モジュールに関する概略的な構造を示す図である。
【図33】本発明のさらに他の実施形態による複数の二次電池モジュールに関する概略的な構造を示す図である。
【図34】本発明のさらに他の実施形態による複数の二次電池モジュールに関する概略的な構造を示す図である。
【図35】本発明のさらに他の実施形態による複数の二次電池モジュールに関する概略的な構造を示す図である。
【図36】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図37】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図38】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図39】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図40】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図41】本発明のさらに他の実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【図42】本発明のさらに他の実施形態による二次電池の制御方法に関する手順図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示の実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態に具現され、但し、本実施形態は、本発明の開示を完全にして、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書の全体にわたって同じ参照符号は、同じ構成要素を称する。
【0017】
たとえ第１、第２などは、様々な構成要素を述べるために使われるものの、これらの構成要素は、これら用語によって制限されないことは勿論である。これら用語は、単に一構成要素を他構成要素と区別するために使うものであって、特に逆の記載がない限り、第１構成要素は、第２構成要素であってもよいことは勿論である。
【0018】
全明細書において、特に逆の記載がない限り、各構成要素は、単数であってもよく、複数であってもよい。
【0019】
以下では、構成要素の「上部（又は下部）」又は構成要素の「上（又は下）」に任意の構成が配されるということは、任意の構成が、上記構成要素の上面（又は下面）に接して配されるだけでなく、上記構成要素と、上記構成要素上に（又は下に）配された任意の構成との間に他の構成が介在し得ることを意味する。
【0020】
また、ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」又は「接続」されると記載されている場合、上記構成要素は、互いに直接に連結されるか、又は接続されていてもよいものの、各構成要素の間に他の構成要素が「介在」するか、各構成要素が他の構成要素を介して「連結」、「結合」又は「接続」されていてもよいと理解しなければならない。
【0021】
本明細書で使われる単数の表現は、文脈上明らかに他に意味しない限り、複数の表現を含む。本願における「構成される」又は「含む」などの用語は、明細書上に記載の複数の構成要素、又は複数の段階を必ずしも全て含むものと解釈されてはならず、そのうち一部の構成要素又は一部の段階は、含まれていなくてもよく、或いはさらなる構成要素又は段階を含むことができると解釈しなければならない。
【0022】
全明細書において、「Ａ及び／又はＢ」とするとき、これは特に逆の記載がない限り、Ａ、Ｂ又はＡ及びＢを意味し、「Ｃ～Ｄ」とするとき、これは特に逆の記載がない限り、Ｃ以上かつＤ以下であることを意味する。
【0023】
以下では、本発明の実施形態によって二次電池を説明するため図面を参考して、本発明について説明することとする。
【0024】
【0025】
本発明の一実施形態によるレイヤー１０は、電解質に溶解されたレドックス対が酸化還元反応して、電気エネルギーを蓄積するか放出する。レイヤー１０は、高さの低い直方体状である。
【0026】
本発明の一実施形態によるレイヤー１０は、第１半反応が起こるアノード１２と、第２半反応が起こるカソード１３と、アノード１２とカソード１３とを分離する分離膜１９と、分離膜１９によっても２つの空間に分けられて、アノード１２及びカソード１３が収容されるフレーム１１と、アノード１２と電気的に連結されるアノード集電体１４と、カソード１３と電気的に連結されるカソード集電体１５と、を含む。
【0027】
アノード１２は、アノードレドックス対が溶解された電解質を含み、カーボンフェルトのような伝導性素材が更に含まれていてもよい。アノードレドックス対は、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、ブローム（Ｂｒ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、及びコバルト（Ｃｏ）のうち少なくとも１つを含む素材で具現することができ、本実施形態では、Ｖ２＋／Ｖ３＋レドックス対である。電解質は、イオン化によって電流を伝導する溶液である酸性水溶液であってもよく、好ましくは、硫酸を含む。本実施形態における電解質は、Ｈ２ＳＯ４水溶液にＶＯＳＯ４（ｖａｎａｄｙｌｓｕｌｆａｔｅ）またはＶ２Ｏ５（ｖａｎａｄｉｕｍ ｐｅｎｔｏｘｉｄｅ）を溶解して製造することができる。
【0028】
アノード１２は、第１半反応を起こす。第１半反応は、下記のとおりであり、→は、放電反応方向を示し、←は、充電反応方向を示す。
【0029】
Ｖ２＋←→Ｖ３＋＋ｅ－
【0030】
放電の際、２価のバナジウムイオンは、３価のバナジウムイオンに酸化し、充電の際、３価のバナジウムイオンは、２価のバナジウムイオンに還元する。
【0031】
アノード１２は、炭素または黒鉛フェルト、炭素繊維布、カーボンブラック、黒鉛粉末またはグラフェンのような炭素系材料からなる固体電極を更に含んでいてもよい。固体電極は、多孔性直方体状に形成されて電解質が含浸するか、粉末、フェルト、ペレットなどの形態に電解質と混合することができる。
【0032】
アノード１２は、フレーム１１、アノード集電体１４（または双極板１７）、及び分離膜１９で囲まれて備えられる。アノード１２は、アノード集電体１４と電気的に連結されて、放電の際、電子がアノード集電体１４に移動し、充電の際、アノード集電体１４の電子がアノード１２に移動する。アノード１２は、分離膜１９と接触して、分離膜１９を介して水素カチオン（陽子）が移動される。
【0033】
カソード１３は、カソードレドックス対が溶解された電解質を含み、カーボンフェルトのような伝導性素材が更に含まれていてもよい。カソードレドックス対は、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、ブローム（Ｂｒ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、セリウム（Ｃｅ）、及びコバルト（Ｃｏ）のうち少なくとも１つを含む素材で具現することができ、本実施形態では、Ｖ４＋／Ｖ５＋レドックス対である。電解質は、イオン化によって電流を伝導する溶液である酸性水溶液であってもよく、好ましくは、硫酸を含む。本実施形態における電解質は、Ｈ２ＳＯ４水溶液にＶＯＳＯ４（ｖａｎａｄｙｌｓｕｌｆａｔｅ）またはＶ２Ｏ５（ｖａｎａｄｉｕｍ ｐｅｎｔｏｘｉｄｅ）を溶解して製造することができる。
【0034】
カソード１３は、第２半反応を起こす。第２半反応は、下記のとおりであり、→は、放電反応方向を示し、←は、充電反応方向を示す。
【0035】
Ｖ５＋＋ｅ－←→Ｖ４＋
【0036】
放電の際、５価のバナジウムイオンは、４価のバナジウムイオンに還元し、充電の際、４価のバナジウムイオンは、５価のバナジウムイオンに酸化する。
【0037】
カソード１３は、炭素または黒鉛フェルト、炭素繊維布、カーボンブラック、黒鉛粉末またはグラフェンのような炭素系材料からなる固体電極を更に含んでいてもよい。固体電極は、多孔性直方体状に形成されて電解質が含浸するか、粉末、フェルト、ペレットなどの形態に電解質と混合することができる。
【0038】
カソード１３は、フレーム１１、カソード集電体１５（または双極板１７）、及び分離膜１９で囲まれて備えられる。カソード１３は、カソード集電体１５と電気的に連結されて、充電の際、電子がカソード集電体１５に移動し、放電の際、カソード集電体１５の電子がカソード１３に移動する。カソード１３は、分離膜１９と接触して、分離膜１９を介して水素カチオン（陽子）が移動される。
【0039】
図２を参照すると、アノード１２とカソード１３は、縦方向に配列される。１つのレイヤー１０において、アノード１２が上側に配置され、カソード１３が下側に配置されるか、カソード１３が上側に配置され、アノード１２が下側に配置されていてもよい。
【0040】
フレーム１１は、中空の六面体で形成される。フレーム１１は、上面と下面とが開口した高さの低い直方体であるのが好ましい。実施形態によってフレーム１１は、様々な形状の多面体で形成されていてもよい。フレーム１１は、中空の空間が分離膜１９によって２つの空間を形成する。フレーム１１は、分離膜１９を支持する。
【0041】
分離膜１９は、フレーム１１の内部に配置されて、アノード１２とカソード１３とを分離し、互いの間に水素カチオン（陽子）が移動できるようにする。分離膜１９は、フレーム１１の内部に配置されて、アノード１２とカソード１３とが収容される２つの空間に区分する。分離膜１９は、アノード集電体１４とカソード集電体１５との間に配置される。分離膜１９は、縁がフレーム１１に結合する。水素カチオンは、放電の際、分離膜１９を介してアノード１２からカソード１３に移動し、充電の際、分離膜１９を介してカソード１３からアノード１２に移動する。
【0042】
分離膜１９は、過フッ素化イオノマー（ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｉｏｎｏｍｅｒ）、部分的フッ素化ポリマー（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ）、及び非フッ素化炭化水素（ｎｏｎ－ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ）を含んでいてもよい。分離膜１９は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）、ＮＥＯＳＥＰＴＡ－Ｆ（登録商標）またはＧｏｒｅ Ｓｅｌｅｃｔ（登録商標）で形成されるか、これを含んでいてもよい。
【0043】
分離膜１９は、フレーム１１の縦方向（複数のレイヤー１０の積層方向）の中央に配置される。分離膜１９は、フレーム１１に結合して固定される。
【0044】
アノード集電体１４は、フレーム１１の一側に配置されて、フレーム１１及び分離膜１９と共にアノード１２が収容される空間を形成する。アノード集電体１４は、アノード１２と電気的に連結されて、充放電の際、電子が移動して電流が流れる。アノード集電体１４は、放電の際、電子が放出する負極になり、充電の際、電子が流入する正極になる。
【0045】
アノード集電体１４は、電気伝導性の高い金属、例えば、銅またはアルミニウムで形成される。アノード集電体１４は、軟性の薄膜で形成されるか、剛性の板で形成されていてもよい。アノード集電体１４は、長方形の板状に形成されるものの、一部がレイヤー１０の側面に突出する。アノード集電体１４は、一部がレイヤー１０における横方向に突出する。
【0046】
アノード集電体１４とアノード１２との間には、双極板１７が備えられていてもよい。双極板１７は、黒鉛、炭素、炭素プラスチックなどのような材料で形成されて、高い電気伝導性と高い耐酸性を有する。双極板１７は、アノード集電体１４及びアノード１２と電気的に連結されて、アノード集電体１４とアノード１２との間に電子が移動されるようにするものの、アノード集電体１４がアノード１２の電解質によって酸化しないようにする。双極板１７は、アノード集電体１４にコートして形成されていてもよい。
【0047】
カソード集電体１５は、フレーム１１の一側に配置されて、フレーム１１及び分離膜１９と共にカソード１３が収容される空間を形成する。カソード集電体１５は、カソード１３と電気的に連結されて、充放電の際、電子が移動して電流が流れる。カソード集電体１５は、放電の際、電子が流入する正極になり、充電の際、電子が放出する負極になる。
【0048】
カソード集電体１５は、電気伝導性の高い金属、例えば、銅またはアルミニウムで形成される。カソード集電体１５は、軟性の薄膜で形成されるか、剛性の板で形成されていてもよい。カソード集電体１５は、長方形の板状に形成されるものの、一部がレイヤー１０の側面に突出する。カソード集電体１５は、一部がレイヤー１０から横方向に突出する。
【0049】
カソード集電体１５とカソード１３との間には、双極板１７が備えられていてもよい。双極板１７は、黒鉛、炭素、炭素プラスチックなどのような材料で形成されて、高い電気伝導性と高い耐酸性を有する。双極板１７は、カソード集電体１５及びカソード１３と電気的に連結されて、カソード集電体１５とカソード１３との間に電子が移動されるようにするものの、カソード集電体１５がカソード１３の電解質によって酸化しないようにする。双極板１７は、カソード集電体１５にコートして形成されていてもよい。
【0050】
図２を参照すると、アノード集電体１４とカソード集電体１５は、それぞれの一部がレイヤー１０の側面に突出するものの、互いに反対方向に突出する。すなわち、アノード集電体１４は、一部がレイヤー１０のいずれかの側面に突出し、カソード集電体１５は、一部がレイヤー１０のアノード集電体１４の突出した側面の反対面に突出する。
【0051】
図３及び図４は、本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図であり、図５は、本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する一部斜視図であり、図６は、本発明の一実施形態による二次電池モジュールに関する一部断面図である。
【0052】
本発明の一実施形態による二次電池モジュール１００は、酸化還元反応が起こり、縦方向に積層される複数のレイヤー１０と、複数のレイヤー１０を電気的に連結する一対のバスバー１２０と、複数のレイヤー１０の上端に配置される上側エンドプレート１３０と、複数のレイヤー１０の下端に配置される下側エンドプレート１４０と、を含む。
【0053】
複数のレイヤー１０は、縦方向（上下方向、高さ方向または重力方向）に積層される。本発明による二次電池モジュール１００は、積層方向（縦方向）に加わる圧力には比較的によく耐えるものの、積層方向と直交する方向（横方向）に加わる圧力には弱いため、二次電池モジュール１００は、複数のレイヤー１０の積層方向が縦方向になるように配置される。また、これらの方向に配置されて、メンテナンスの際、それぞれの二次電池モジュール１００を引き出しやすい。縦方向に積層された複数のレイヤー１０は、高さの高い直方体状であるのが好ましい。
【0054】
積層された複数のレイヤー１０の積層方向（縦方向）の両端には、上側エンドプレート１３０及び下側エンドプレート１４０が配置される。積層された複数のレイヤー１０の上端には、上側エンドプレート１３０が配置され、積層された複数のレイヤー１０の下端には、下側エンドプレート１４０が配置される。積層された複数のレイヤー１０の両側面には、一対のバスバー１２０がそれぞれ配置される。
【0055】
アノード集電体１４とカソード集電体１５は、複数のレイヤー１０の間に１個ずつ順次配置される。すなわち、隣接した一対のアノード１２の間には１つのアノード集電体１４が配置され、隣接した一対のカソード１３の間には１つのカソード集電体１５が配置される。
【0056】
図６を参照すると、複数のレイヤー１０のいずれかのレイヤー１０のアノード１２は、隣接した他のレイヤー１０のアノード１２と積層され、他のレイヤー１０のカソード１３は、隣接したさらに他のレイヤー１０のカソード１３と積層される。よって、隣接した複数のレイヤー１０は、１つのアノード集電体１４またはカソード集電体１５を共有する。複数のアノード集電体１４のいずれかの前記アノード集電体１４は、隣接して配置される一対のアノード１２の間に配置され、複数のカソード集電体１５のいずれかのカソード集電体１５は、隣接して配置される一対のカソード１３の間に配置される。
【0057】
図６を参照すると、複数のレイヤー１０は、第１バッテリセル１０ａのアノード１２が、第２バッテリセル１０ｂのアノード１２とアノード集電体１４を介して隣接するように配置され、第２バッテリセル１０ｂのカソード１３が、第３バッテリセル１０ｃのカソード１３とカソード集電体１５を介して隣接するように積層される。
【0058】
図５を参照すると、複数のアノード集電体１４及び複数のカソード集電体１５は、複数のレイヤー１０の対向する両側面から突出して配置される。すなわち、複数のアノード集電体１４は、一部が複数のレイヤー１０のいずれかの側面から突出して配置され、複数のカソード集電体１５は、一部が複数のレイヤー１０のいずれかの側面（複数のアノード集電体１４の一部が突出した側面）の反対面に突出して配置される。
【0059】
一対のバスバー１２０のそれぞれは、縦方向（複数のレイヤー１０の積層方向）に長く形成されて、一方向に長いバー（ｂａｒ）または板（ｐｌａｔｅ）状である。一対のバスバー１２０のそれぞれは、長さ方向が縦に配置される。
【0060】
バスバー１２０の高さは、積層された複数のレイヤー１０の高さよりさらに高い。一対のバスバー１２０のそれぞれは、上端が複数のレイヤー１０の上端より高く配置され、下端が複数のレイヤー１０の下端より低く配置される。一対のバスバー１２０のそれぞれは、上端が上側エンドプレート１３０と接触し、下端が下側エンドプレート１４０と接触していてもよい。一対のバスバー１２０と上側エンドプレート１３０との間、及び／または一対のバスバー１２０と下側エンドプレート１４０との間には、絶縁体が配置されていてもよい。
【0061】
一対のバスバー１２０は、複数のレイヤー１０の側面に配置されて、複数のレイヤー１０を電気的に連結する。本実施形態におけるバスバー１２０は、複数のレイヤー１０を並列に連結する。一対のバスバー１２０と複数のレイヤー１０の側面との間には絶縁体が配置されていてもよい。
【0062】
一対のバスバー１２０は、複数のレイヤー１０の対向する両側面に１つずつ配置される。一対のバスバー１２０のいずれかのバスバー１２０は、複数のレイヤー１０のいずれかの側面に配置され、他のバスバー１２０は、複数のレイヤー１０のいずれかの側面（いずれかのバスバー１２０が配置される側面）の反対面に配置される。
【0063】
一対のバスバー１２０は、複数のレイヤー１０を集束することができる。バスバー１２０は、上側エンドプレート１３０及び下側エンドプレート１４０と結合して、複数のレイヤー１０を集束することができる。
【0064】
一対のバスバー１２０は、複数のアノード集電体１４を電気的に連結する第１バスバー１２０ａと、複数のカソード集電体１５を電気的に連結する第２バスバー１２０ｂとを含む。第１バスバー１２０ａは、複数のレイヤー１０のいずれかの側面に配置され、第２バスバー１２０ｂは、複数のレイヤー１０の第１バスバー１２０ａが配置される側面の反対面に配置される。
【0065】
複数のレイヤー１０の側面から突出した複数のアノード集電体１４の一部は、折り曲げて第１バスバー１２０ａと連結され、複数のレイヤー１０の側面から突出した複数のカソード集電体１５の一部は、折り曲げて第２バスバー１２０ｂと連結される。
【0066】
上側エンドプレート１３０及び下側エンドプレート１４０は、積層されたレイヤー１０の積層方向の両端、つまり、上端及び下端にそれぞれ配置される。上側エンドプレート１３０及び下側エンドプレート１４０のそれぞれは、高さの低い直方体状であり、実施形態によって上面と下面とが平行である様々な立体形状であってもよい。上側エンドプレート１３０及び下側エンドプレート１４０のそれぞれは、強度の高い無機化合物材料（例えば、セメント）または有機化合物材料（例えば、エンジニアリング・プラスチック）で形成されていてもよく、絶縁コートした金属とセメントとが混合した混合物であってもよい。
【0067】
上側エンドプレート１３０及び下側エンドプレート１４０は、複数のレイヤー１０の上端及び下端を保護し、集束手段（ｆａｓｔｅｎｅｒ）と共に複数のレイヤー１０を加圧して集束する。本実施形態における集束手段は、バスバー１２０であり、実施形態によって集束手段は、上側エンドプレート１３０、複数のレイヤー１０、及び下側エンドプレート１４０を囲んで結ぶバンドやタイであってもよい。
【0068】
上側エンドプレート１３０及び／または下側エンドプレート１４０は、複数のレイヤー１０よりも横方向に突出していてもよい。複数の二次電池モジュール１００は、横方向に密集して配置されるため、横方向に隣接した複数のレイヤー１０が互いに密着して加圧されないように、上側エンドプレート１３０及び／または下側エンドプレート１４０が、隣接した二次電池モジュール１００の上側エンドプレート１３０及び／または下側エンドプレート１４０と密着していてもよい。横方向に密集して配置される複数の二次電池モジュール１００は、互いに隣接した上側エンドプレート１３０及び／または下側エンドプレート１４０が密着し得、横方向に隣接した複数のレイヤー１０は、互いに離隔していてもよい。
【0069】
二次電池モジュール１００は、実際に縦方向に長い直方体状であり、二次電池モジュール１００は、レイヤー１０の積層方向が高さ方向である。
【0070】
図７は、本発明の他の実施形態による二次電池モジュールに関する一部断面図である。
【0071】
本発明の他の実施形態による複数のレイヤー１０のいずれかのレイヤー１０のアノード１２は、隣接した他のレイヤー１０のカソード１３と積層される。集電体１４，１５は、隣接して配置されるアノード１２とカソード１３との間に配置される。
【0072】
図７を参照すると、複数のレイヤー１０は、第１バッテリセル１０ａのアノード１２が、第２バッテリセル１０ｂのカソード１３と集電体１４，１５を介して隣接するように積層され、第２バッテリセル１０ｂのアノード１２が、第３バッテリセル１０ｃのカソード１３と集電体１４，１５を介して隣接するように積層される。この場合、複数のレイヤー１０は、直列に連結される。
【0073】
【0074】
本発明の一実施形態による二次電池１０００は、横方向に密集して配置される複数の二次電池モジュール１００を含む。
【0075】
二次電池１０００は、複数の二次電池モジュール１００からなる二次電池パック（ｐａｃｋ）またはエネルギー貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ，ＥＳＳ）を意味する。
【0076】
複数の二次電池モジュール１００は、横方向に密集して配置される。本発明による二次電池モジュール１００は、発熱がほぼなくて、冷却のため流体の流動流路が不要であり、構造が単純である。よって、複数の二次電池モジュール１００は、横方向に密集して配置されていてもよい。
【0077】
複数の二次電池モジュール１００は、隣接した一対の二次電池モジュール１００のそれぞれの一対のバスバー１２０のいずれかが、互いに接触して電気的に連結されていてもよい。図８を参照して、複数の二次電池モジュール１００のいずれかの二次電池モジュール１００の第１バスバー１２０ａは、隣接した二次電池モジュール１００の第２バスバー１２０ｂと接触して電気的に連結されていてもよい。この場合、複数の二次電池モジュール１００は、直列に連結される。
【0078】
複数の二次電池モジュール１００は、隣接した一対の二次電池モジュール１００のそれぞれの一対のバスバー１２０のいずれかが、共通バスバー１２９によって連結されていてもよい。図９を参照すると、複数の二次電池モジュール１００のいずれかの二次電池モジュール１００の第１バスバー１２０ａと隣接した二次電池モジュール１００の第２バスバー１２０ｂは、共通バスバー１２９によって電気的に連結される。
【0079】
図１０を参照すると、横方向に密集した二次電池モジュール１００が二次電池１０００を構成する。
【0080】
図１１は、本発明の一実施形態による複数の二次電池モジュールが縦方向に積層されることを示す図である。
【0081】
近年、船舶用エネルギー貯蔵装置に対する要求が増えつつあり、船舶用として使用するとき、これに対する適宜な二次電池モジュール１００の配置が必要である。本発明の一実施形態による二次電池１０００は、複数の二次電池モジュール１００が収容されるコンテナ９を更に含む。コンテナ９は、規格化した船舶用コンテナであって、エネルギー貯蔵装置を船舶に船積するか荷揚げする場合、港湾のコンテナ用クレーンを用いることが容易だからである。
【0082】
複数の二次電池モジュール１００が船舶用コンテナ９に収容されるとき、複数の二次電池モジュール１００は、横方向に密集して配置され、横方向に密集して配置された複数の二次電池モジュール１００が、横方向に密集して配置された他の複数の二次電池モジュール１００と縦方向に積層されるのが好ましい。複数の二次電池モジュール１００は、縦方向に積層されても、圧力に比較的によく耐えられる。よって、船舶用コンテナ９のように、高さの高いケースに収容されるとき、複数の二次電池モジュール１００は、縦方向に積層されるのが好ましい。
【0083】
横方向に配置される複数の二次電池モジュール１００は、ハウジング（またはケース）に収容されて、複数のハウジング（またはケース）が積層されていてもよい。また、複数の二次電池モジュール１００の各レイヤーの間に、レイヤー別の複数の二次電池モジュール１００を支持するプレートが備えられていてもよい。複数の二次電池モジュール１００は、レイヤー別に横方向にスライドして、船舶用コンテナ９またはケースに収納されるか引き出されていてもよい。
【0084】
【0085】
本発明の一実施形態による二次電池モジュール１００は、上側エンドプレート１３０に連結される取っ手１７０を更に含む。取っ手１７０は、上側エンドプレート１３０に着脱可能に連結される。取っ手１７０は、使用者が把持して、二次電池モジュール１００を縦方向に引き出すか収納できるようにする。上側エンドプレート１３０には、取っ手１７０が着脱可能に連結される取っ手結合部１３５が備えられていてもよい。
【0086】
図１３を参照すると、二次電池１０００のメンテナンスのため二次電池モジュール１００を引き出す必要があり得る。使用者は、取っ手１７０をメンテナンスを要する二次電池モジュール１００に連結する。使用者は、取っ手１７０を上側エンドプレート１３０の取っ手結合部１３５に連結して、取っ手１７０を把持し、上側に引き上げて、当該二次電池モジュール１００を引き出すことができる。実施形態によって取っ手１７０をクレーンなどで引き上げることができる。
【0087】
二次電池モジュール１００をさらに収納する場合に使用者は、取っ手１７０を把持して、下側に移動させ、当該二次電池モジュール１００を収納する。当該二次電池モジュール１００を収納した後、使用者は、取っ手１７０を上側エンドプレート１３０の取っ手結合部１３５から分離する。
【0088】
図１４は、本発明の他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【0089】
本発明の他の実施形態による二次電池モジュール１００は、複数のレイヤー１０、上側エンドプレート１３０、及び下側エンドプレート１４０を囲んで結ぶタイ１８０を更に含む。
【0090】
タイ１８０は、環状に形成されて、上側エンドプレート１３０の両側面及び上面と、複数のレイヤー１０の両側面と、下側エンドプレート１４０の両側面及び下面と、を囲むように配置される。タイ１８０は、弾性が小さくて、非伝導性であり、耐熱及び耐化学性に優れるＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）またはＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）材質である。
【0091】
本実施形態において、複数のレイヤー１０、上側エンドプレート１３０、及び下側エンドプレート１４０を集束する集束手段は、タイ１８０である。タイ１８０は、複数のレイヤー１０、上側エンドプレート１３０、及び下側エンドプレート１４０を加圧して集束する。
【0092】
タイ１８０は、複数のレイヤー１０の側面のうち一対のバスバー１２０が配置されていない側面に配置される。タイ１８０は、複数備えられていてもよい。
【0093】
本実施形態における取っ手１７０は、タイ１８０に着脱可能に連結されていてもよい。実施形態によってタイ１８０の上部に折り畳み式取っ手１７０が備えられるか、タイ１８０の上側の一部が取っ手１７０になり得る。
【0094】
【0095】
本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュール１００は、第１バスバー１２０ａと電気的に連結される負極の上側エンドプレート２３０ａ及び負極の下側エンドプレート２４０ａと、第２バスバー１２０ｂと連結される正極の上側エンドプレート２３０ｂ及び正極の下側エンドプレート２４０ｂと、を含む。本実施形態における取っ手２７０は、連結の際、二次電池モジュール１００を短絡する。
【0096】
上述したように、第１バスバー１２０ａ及び第２バスバー１２０ｂは、アノード集電体１４及びカソード集電体１５と連結される。本実施形態において、負極の上側エンドプレート２３０ａ及び負極の下側エンドプレート２４０ａは、二次電池モジュール１００の放電の際、負極端子になり、充電の際、正極端子になる。正極の上側エンドプレート２３０ｂ及び正極の下側エンドプレート２４０ｂは、放電の際、正極端子になり、充電の際、負極端子になる。
【0097】
本実施形態における取っ手２７０は、伝導性素材（例えば、金属）からなる本体２７１と、本体２７１に塗布される絶縁素材である塗布材２７２とを含む。塗布材２７２は、使用者が把持する部分に塗布されて、使用者の感電を防止する。取っ手２７０の本体２７１の内部には、安全のためスイッチ、抵抗、キャパシタなどの素子が含まれていてもよい。
【0098】
取っ手２７０のうち負極の上側エンドプレート２３０ａ及び正極の上側エンドプレート２３０ｂと接触する部分は、塗布材２７２が塗布されておらず、取っ手２７０が負極の上側エンドプレート２３０ａ及び正極の上側エンドプレート２３０ｂと連結される場合、負極の上側エンドプレート２３０ａと正極の上側エンドプレート２３０ｂとが電気的に連結されて、二次電池モジュール１００が短絡する。これによって、二次電池モジュール１００が充電された状態でも、取っ手２７０が連結されると、二次電池モジュール１００が放電して、使用者は、安全に二次電池モジュール１００を引き出すことができる。
【0099】
図１７は、本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【0100】
本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュール１００は、第１バスバー３２０ａと、第２バスバー３２０ｂと、第１バスバー３２０ａが延びて形成される負極連結口３６０ａと、第２バスバー３２０ｂが延びて形成される正極連結口３６０ｂと、を含む。本実施形態における取っ手３７０は、負極連結口３６０ａ及び正極連結口３６０ｂと連結するとき、二次電池モジュール１００を短絡する。
【0101】
第１バスバー３２０ａ及び第２バスバー３２０ｂは、アノード集電体１４及びカソード集電体１５と連結され、これによって、負極連結口３６０ａ及び正極連結口３６０ｂは、複数のレイヤー１０のアノード集電体１４及びカソード集電体１５と電気的に連結される。負極連結口３６０ａは、二次電池モジュール１００の放電の際、負極端子になり、充電の際、正極端子になる。正極連結口３６０ｂは、二次電池モジュール１００の放電の際、正極端子になり、充電の際、負極端子になる。
【0102】
図１８は、本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【0103】
本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュール１００は、隣接した二次電池モジュール１００と互いにスライド結合するガイド１９１，１９２を更に含む。ガイド１９１，１９２は、隣接した複数の二次電池モジュール１００を互いに結合して、互いに支持できるようにし、二次電池モジュール１００の引き出し及び収納を容易にする。ガイド１９１，１９２は、長さ方向が縦に配置される。ガイド１９１，１９２は、隣接した二次電池モジュール１００のガイド１９０と互いにスライド結合されていてもよい。ガイド１９１，１９２は、バスバー１２０としての働きをすることができる。
【0104】
本実施形態におけるガイド１９１，１９２は、上側エンドプレート１３０及び下側エンドプレート１４０に形成される引込凹部１９２と、上側エンドプレート１３０、複数のレイヤー１０及び下側エンドプレート１４０に配置される突出凸部１９１と、を含んでいてもよい。二次電池モジュール１００の凸部１９１は、隣接した二次電池モジュール１００の凹部１９２に挿入されて、互いにスライド結合されていてもよい。
【0105】
図１９は、本発明のさらに他の実施形態による二次電池モジュールに関する斜視図である。
【0106】
本実施形態におけるガイド１９１，１９２は、二次電池モジュール１００の一側面に配置される第１ガイド１９３と、他側面に配置される第２ガイド１９４と、を含んでいてもよい。二次電池モジュール１００の第１ガイド１９３は、隣接した二次電池モジュール１００の第２ガイド１９４とスライド結合することができる。第１ガイド１９３及び第２ガイド１９４にはローラやボールが含まれていてもよい。
【0107】
第１ガイド１９３及び第２ガイド１９４は、第２バスバー１２０ｂ及び第１バスバー１２０ａのいずれか及び他のいずれかであってもよい。本実施形態における第１ガイド１９３は、第１バスバー１２０ａであり、第２ガイド１９４は、第２バスバー１２０ｂである。
【0108】
隣接した一対の二次電池モジュール１００のそれぞれの一対のバスバー１２０のいずれかが、互いに接触して電気的に連結され、互いに連結される２つのバスバー１２０は、互いに支持するように形成される。本実施形態における第１ガイド１９３である第１バスバー１２０ａは、第２ガイド１９４である第２バスバー１２０ｂと電気的に連結されて、互いに支持するように形成される。
【0109】
図２０は、本発明の一実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【0110】
本発明の一実施形態による二次電池１０００は、それぞれが横方向に配置される複数の二次電池モジュール１００を含み、複数の二次電池モジュール１００は、複数の二次電池モジュール１００に貯蔵された電気エネルギーが供給される充電対象物１を支持する底２の下側に配置される。
【0111】
複数の二次電池モジュール１００は、複数の二次電池モジュール１００が充電する充電対象物１を支持する底２の下側に配置される。本実施形態における充電対象物１は、車両（電気車またはプラグインハイブリッド車）１であり、複数の二次電池モジュール１００に貯蔵された電気エネルギーによって充電を要する様々な動力装置や運送手段は、いずれも充電対象物になり得る。複数の二次電池モジュール１００は、車両１が駐車される駐車場の底２の下側に横方向に密集して配置される。底２が地面（ｇｒｏｕｎｄ）である場合、地面を掘削して、複数の二次電池モジュール１００を埋め込み、底２が建物の各レイヤーである場合、スラブ（ｓｌａｂ）の下側やスラブの内部に二次電池モジュール１００を埋め込む。二次電池１０００のあらゆる構成が底２の下側に配置される必要はなく、制御モジュール（バッテリ管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＢＭＳ）またはエネルギー管理システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，ＥＭＳ）など）は、底２上に配置されていてもよい。
【0112】
本発明の実施形態による複数の二次電池モジュール１００は、複数の二次電池モジュール１００に貯蔵された電気エネルギーが供給される車両１、つまり充電対象になる車両１の車輪距離より幅（Ｗ）が狭い。
【0113】
好ましくは、車両１のタイヤが複数の二次電池モジュール１００の上側に配置されないように、複数の二次電池モジュール１００は、幅（Ｗ）が車両の両側タイヤの内側の間の距離（Ｌ）より狭くてもよい。
【0114】
二次電池モジュール１００が縦方向の圧力には強いものの、車両は、非常に重く、特に電気車の場合、バッテリの重さによって相当重いため、なるべく車両１の重さが二次電池モジュール１００に伝達されないように、複数の二次電池モジュール１００の幅（Ｗ）が車輪距離より狭く、好ましくは、両側タイヤの内側の間の距離（Ｌ）より狭い。
【0115】
図２１は、本発明の一実施形態による二次電池に関する概略的な構造を示す図である。
【0116】
本発明の実施形態による二次電池１０００は、横方向に配置される複数の二次電池モジュール１００と、複数の二次電池モジュール１００の側面と底面とを囲むハウジング１２１０と、ハウジング１２１０の上側を覆うカバー１２２０と、を含む。
【0117】
ハウジング１２１０は、上面の開放した直方体に形成されて、内部に複数の二次電池モジュール１００を収容する。ハウジング１２１０は、複数の二次電池モジュール１００が外部の影響に加熱されるか冷却しないように断熱し、複数の二次電池モジュール１００に水が浸透しないように防水する。ハウジング１２１０は、金属材を基礎とし、防水材、絶縁材及び／または断熱材を更に含んでいてもよい。
【0118】
カバー１２２０は、ハウジング１２１０と着脱可能に結合される。カバー１２２０は、複数の二次電池モジュール１００を覆う。カバー１２２０は、断熱及び防水が可能に金属材を基礎とし、防水材、絶縁材及び／または断熱材を更に含んでいてもよい。カバー１２２０は、上端面が底２から突出するか、底２と高さが同一に配置されて、底２と偏平であってもよい。カバー１２２０の突出部位は、車両１を駐車するとき、駐車ガイドとしての働きをすることができる。カバー１２２０の内部には、結線や複数の二次電池モジュール１００を制御する制御モジュール１１１０を収容することができる。制御モジュール１１１０は、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）またはエネルギー管理システム（ＥＭＳ）などを含んでいてもよい。
【0119】
実施形態によって、カバー１２２０は、複数の二次電池モジュール１００の放電の際、発熱や別途加熱手段で充電対象物１を加熱することができる。充電対象物である車両１の底面にはバッテリが収容されて、バッテリは、低温で効率が低くなるため、低温環境では、バッテリが加熱できるようにカバー１２２０が車両１の下部を加熱するのが好ましい。
【0120】
実施形態によって、カバー１２２０の上面には太陽光パネルが設置されていてもよい。二次電池１０００が更地に設置される場合、上側に車両１などがないとき、太陽熱を吸熱して、複数の二次電池モジュール１００の温度上昇を防止し、複数の二次電池モジュール１００を充電することができる太陽光パネルが備えられるのが好ましい。
【0121】
ハウジング１２１０の底面に配置されて、複数の二次電池モジュール１００に弾性を提供する弾性体が備えられていてもよい。弾性体は、二次電池モジュール１００の引き出し及び収納を容易にし、複数の二次電池モジュール１００の間の高さ偏差を解消することができる。
【0122】
実施形態によって、車両１などの充電対象物に内装したリチウムイオンバッテリの発火に備えて、二次電池１０００は、水を収容する手段が含まれていてもよい。本実施形態において、レイヤー１０のアノード１２及びカソード１３は、水を含む。
【0123】
実施形態によって、ハウジング１２１０の底面では、アンカーが備えられて、アンカーが二次電池モジュール１００の下側エンドプレート１４０と噛み合って、二次電池モジュール１００の位置が合わせられる。また、二次電池モジュール１００の上側エンドプレート１３０には、互いに噛み合うブロック状の構造が備えられて、複数の二次電池モジュール１００の高さが合わせられる。
【0124】
図２２は、本発明の一実施形態による二次電池を移送することに関する例示図である。
【0125】
ハウジング１２１０の枠上端には、鋼線７が連結される連結部１２１１が備えられていてもよい。二次電池１０００の最初設置の際、複数の二次電池モジュール１００が収容されたハウジング１２１０の連結部１２１１に鋼線を連結し、クレーンに鋼線７を掛けて、ハウジング１２１０を移動することができる。
【0126】
図２３は、本発明の一実施形態による二次電池を含む充電システムに関する概略的な構成を示す図である。
【0127】
本発明の実施形態による充電システムは、二次電池１０００と、車両１などの充電対象物と連結されて、二次電池１０００の電気エネルギーを車両１などの充電対象物に供給する充電器１３１０と、外部電力源（Ｓ）から供給される交流電気を直流電気に変換する電力変換装置（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，ＰＣＳ）１３２０と、を含む。
【0128】
電力変換装置１３２０は、充電器１３１０と連結され、二次電池１０００は、充電器１３１０と連結され、電力変換装置１３２０で変換された直流電気を充電器１３１０を経て供給される。
【0129】
充電器１３１０は、昇降可能に配置され、車両１などの充電対象物との連結時には上昇して、底２の上側に配置され、車両１などの充電対象物との連結時でない場合には下降して、底２の下側に配置されていてもよい。電力変換装置１３２０も、底２の下側に配置されていてもよい。
【0130】
二次電池１０００は、複数の二次電池モジュール１００と、複数の二次電池モジュール１００を制御する制御モジュール１１１０とを含む。制御モジュール１１１０は、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）及び／またはエネルギー管理システム（ＥＭＳ）を含んでいてもよい。制御モジュール１１１０は、底２と複数の二次電池モジュール１００との間に配置されていてもよい。制御モジュール１１１０は、上述したカバー１２２０の内部に配置されていてもよい。
【0131】
【0132】
二次電池１０００は、ハウジング１２１０の内部に備えられて、複数の二次電池モジュール１００の一部の側面を支持するサポータ１２３０を更に含んでいてもよい。サポータ１２３０は、複数の二次電池モジュール１００とスライド結合することができる。サポータ１２３０は、二次電池モジュール１００の引き出しや収納の際、二次電池モジュール１００が縦方向に滑るように二次電池モジュール１００をガイドすることができる。二次電池モジュール１００は、サポータ１２３０と滑り結合するガイドを含んでいてもよく、バスバー１２０がガイドになり得る。サポータ１２３０は、ローラまたはボールを含んでいてもよい。
【0133】
図２４を参照すると、サポータ１２３０は、複数の二次電池モジュール１００の熱と熱との間に配置される、立ち上げた板状に形成されていてもよい。
【0134】
図２５を参照すると、サポータ１２３０は、複数の二次電池モジュール１００の間に配置される柱状に形成されていてもよい。柱状のサポータ１２３０は、下側が地面に差し込まれて、パイル（ｐｉｌｅ）としての働きをすることができる。
【0135】
図２６を参照すると、サポータ１２３０は、碁盤のように直交して配置され、その間に複数の二次電池モジュール１００のそれぞれに配置されていてもよい。
【0136】
本実施形態におけるサポータ１２３０は、複数の二次電池モジュール１００のそれぞれの電解質が漏出したとき、他の二次電池モジュール１００に超えることを遮断する。また、二次電池モジュール１００のそれぞれの引き出しと収納の際、その位置が合わせられるようにガイドする。
【0137】
【0138】
本実施形態における二次電池１０００は、複数の二次電池モジュール１００のうち少なくとも一部の側面を支持するガイド壁１２６０を更に含んでいてもよい。
【0139】
ガイド壁１２６０は、板状壁の形態であって、単独で立ち上がり可能に構成される。ガイド壁１２６０は、複数の二次電池モジュール１００を設置するか除去するとき、配置される位置をガイドしつつ倒れないように支持する。ガイド壁１２６０は、複数備えられていてもよく、直交する方向に配置されていてもよい。ガイド壁１２６０は、一対に備えられて、同じ方向に配置されていてもよい。ガイド壁１２６０は、複数の二次電池モジュール１００の設置または除去の際にのみ設置され、ガイド壁１２６０は、作業を終了した後に除去することができる。実施形態によってガイド壁１２６０は、除去されず、ハウジング１２１０の内部の一側に配置されていてもよい。
【0140】
ハウジング１２１０は、ガイド壁１２６０の移動が円滑であるように、内部の底面が摩擦係数が低く処理されていてもよい。実施形態によって、ハウジング１２１０の内部底面には、摩擦係数の低い底材（不図示）が備えられていてもよい。
【0141】
図２８を参照すると、ガイド壁１２６０は、回動可能な羽部材１２６５を含んでいてもよい。
【0142】
羽部材１２６５は、ガイド壁１２６０に回動可能に連結されて、ガイド壁１２６０と直交する方向に配置されていてもよい。羽部材１２６５は、ガイド壁１２６０から開いて、複数の二次電池モジュール１００のうち少なくとも１つを支持することができる。羽部材１２６５は、複数の二次電池モジュール１００のうち少なくとも１つに対して、ガイド壁１２６０が支持しない側面を支持することができる。羽部材１２６５は、最上端が複数の二次電池モジュール１００の最上端より高く配置されていてもよい。
【0143】
図２９を参照すると、ガイド壁１２６０は、ハウジング１２１０の上端に掛かる掛け部材１２６６を更に含んでいてもよい。
【0144】
掛け部材１２６６は、ガイド壁１２６０がハウジング１２１０に設置されるとき、ハウジング１２１０の上端に掛かって、ガイド壁１２６０が立ち上がるようにし、ガイド壁１２６０を移動するジグなどの取っ手としての働きをすることができる。
【0145】
掛け部材１２６６がハウジング１２１０の上端に掛かるとき、ガイド壁１２６０は、最上端が複数の二次電池モジュール１００の最上端より高く配置されていてもよい。
【0146】
また、二次電池１０００は、ハウジング１２１０の内部の底に配置される底部材１２７０を更に含んでいてもよい。底部材１２７０は、弾性があり、二次電池モジュール１００を配置するとき、衝撃を吸収することができる。複数のレイヤー１０で漏出する電解液などを吸湿することができる。底部材１２７０は、複数のレイヤー１０で漏出する電解液などを吸湿することができる。
【0147】
図３０を参照すると、底部材１２７０は、上下に移動可能にすることができる。底部材１２７０は、ハウジング１２１０の底で上昇して、複数の二次電池モジュール１００及びガイド壁１２６０をハウジング１２１０の上部に移動することができる。
【0148】
図３１を参照すると、ハウジング１２１０の底または底部材１２７０には、複数の二次電池モジュール１００のそれぞれが配置される位置をガイドするガイド突起１２８０が備えられていてもよい。ガイド突起１２８０は、ハウジング１２１０の底、または底部材１２７０から上側に突出して、複数の二次電池モジュール１００のそれぞれが配置される位置をガイドして、互いの間の間隔を調節する。
【0149】
実施形態によってハウジング１２１０の天井またはハウジング１２１０の上側を覆うカバー１２２０にも、下側に突出するガイド突起が備えられて、複数の二次電池モジュール１００のそれぞれが傾かないようにして、互いの間の間隔を調節する。
【0150】
【0151】
本実施形態における二次電池１０００は、内部に収容空間（Ｓ）が形成されたコンテナ８と、コンテナ８の内部の収容空間（Ｓ）にそれぞれが横方向に配置される複数の二次電池モジュール１００とを含み、複数の二次電池モジュール１００のそれぞれは、複数のレイヤー１０が縦方向に積層される。
【0152】
本実施形態におけるコンテナ８は、２０フィートハーフコンテナ（２０ｆｔ ｈａｌｆ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）である。コンテナ８は、外部の基準が長さ６，０５８ｍｍ、幅２，４３８ｍｍ、高さ１，２８０ｍｍであり、収容空間（Ｓ）は、１３．４ｍ３であるのが好ましい。複数の二次電池モジュール１００が収容されたコンテナ８は、地上に配置されるか、地下に配置されるか、船舶に積まれていてもよい。
【0153】
複数の二次電池モジュール１００は、コンテナ８の収容空間（Ｓ）の横方向を十分満たすように、横方向に密集して配置されるのが好ましい。複数の二次電池モジュール１００のそれぞれは、高さがコンテナ８の収容空間（Ｓ）の高さより低く構成される。複数の二次電池モジュール１００の上側には、サービス空間（Ｖ）が形成されるのが好ましい。
【0154】
図３３を参照すると、サービス空間（Ｖ）には、複数の二次電池モジュール１００を電気的に連結するモジュールバスバー１１６０や、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）またはエネルギー管理システム（ＥＭＳ）などのような制御モジュール１１１０が配置されていてもよい。
【0155】
サービス空間（Ｖ）には、複数のレイヤー１０で発生し得るガスを捕集して除去するか、外部に排出できる構造が形成されるのが好ましい。レイヤー１０で発生したガスが移動される最短経路の方向は、複数の二次電池モジュール１００の配置方向と直交するのが好ましい。
【0156】
実施形態によって、二次電池モジュール１００が配置され得る処の一部にマスターバッテリ管理システムなどの制御モジュール１１１０が配置されていてもよい。
【0157】
実施形態によって、複数の二次電池モジュール１００が収容されたコンテナ８上に、他の複数の二次電池モジュール１００が収容されたコンテナ８が積層されていてもよい。
【0158】
図３４を参照すると、二次電池１０００は、充電対象物１を支持する底２の下側に配置されていてもよい。複数の二次電池モジュール１００を収容したコンテナ８は、底２の下側に配置されていてもよい。
【0159】
図３５を参照すると、二次電池１０００は、コンテナ８と複数の二次電池モジュール１００との間に配置される遮蔽部材８ｂを更に含んでいてもよい。
【0160】
遮蔽部材８ｂは、複数の二次電池モジュール１００をコンテナ８と電気的に絶縁することができる。遮蔽部材８ｂは、外部からコンテナ８の内部に浸透する異物が複数の二次電池モジュール１００に流入しないようにすることができる。遮蔽部材８ｂは、複数のレイヤー１０で漏出する電解液などを吸湿することができる。遮蔽部材８ｂは、石灰やセメント、フォーム状の高分子化合物、ビニルのような高分子化合物であってもよい。
【0161】
実施形態によって遮蔽部材８ｂは、サービス空間（Ｖ）などのコンテナ８の内部空間を完全に満たすことができる。例えば、遮蔽部材８ｂがコンクリートである場合、コンテナ８に複数の二次電池モジュール１００とその他制御モジュール１１１０などが備えられた状態で、コンテナ８の内部にコンクリートを注入することができる。この場合、コンテナ８の上部には、コンクリートが注入される注入口８ａが備えられる。注入口８ａは、複数のレイヤー１０で発生し得るガスが排出する排出口としての働きをすることができる。
【0162】
実施形態によって遮蔽部材８ｂは、塩水であり、注入口８ａを介して塩水がコンテナ８を満たすことができる。コンテナの下部には、塩水を排水する排水口（不図示）が備えられていてもよい。
【0163】
【0164】
本実施形態における複数の二次電池モジュール１００は、一部が充電するとき、他の一部は、放電する。本実施形態における二次電池１０００は、複数の第１バッテリモジュール１００ａと、複数の第１バッテリモジュール１００ａを充電するとき、放電する複数の第２バッテリモジュール１００ｂとを含む。
【0165】
二次電池モジュール１００は、放電の際、発熱し、充電の際、吸熱する。温度の安定化のため一部の複数のバッテリモジュール１００ａが放電するとき、他の複数のバッテリモジュール１００ｂは、放電しないか充電するのが好ましい。
【0166】
複数の第１バッテリモジュール１００ａだけ放電して、車両１を充電した後、複数の第１バッテリモジュール１００ａの放電が完了すると、複数の第１バッテリモジュール１００ａが充電し、複数の第２バッテリモジュール１００ｂが放電して、車両１を充電する。複数の第２バッテリモジュール１００ｂが発熱するが、複数の第１バッテリモジュール１００ａの吸熱で温度が安定化する。実施形態によって複数の第２バッテリモジュール１００ｂが車両１と複数の第１バッテリモジュール１００ａとを同時に充電することができる。
【0167】
複数の第１バッテリモジュール１００ａと複数の第２バッテリモジュール１００ｂは、外部の温度や全体の二次電池モジュール１００の温度に対応して、複数の第１バッテリモジュール１００ａのうち一部が、第２バッテリモジュール１００ｂになるか、その逆になるように制御することができる。また、充電する条件と放電する条件とを適宜調節して制御することができる。
【0168】
図３６を参照すると、複数の第１バッテリモジュール１００ａと複数の第２バッテリモジュール１００ｂは、横方向に密集して配置されるものの、１つずつ交差して配置される。
【0169】
図３７を参照すると、横方向に配置される複数の第１バッテリモジュール１００ａと、横方向に配置される複数の第２バッテリモジュール１００ｂとが積層して配置される。すなわち、複数の第１バッテリモジュール１００ａは、複数の第２バッテリモジュール１００ｂの上側に配置される。
【0170】
図３８を参照すると、複数の第１バッテリモジュール１００ａのそれぞれは、複数の第２バッテリモジュール１００ｂのそれぞれと交差して配置されていてもよい。複数の第１バッテリモジュール１００ａのそれぞれと、複数の第２バッテリモジュール１００ｂのそれぞれとの間には、互いに熱交換のため熱交換手段が備えられていてもよい。
【0171】
図３９を参照すると、複数の第１バッテリモジュール１００ａは、複数の列をなして配置され、複数の第２バッテリモジュール１００ｂは、複数の列をなして配置され、それぞれの列が複数の第１バッテリモジュール１００ａがなすそれぞれの列の間に配置されていてもよい。
【0172】
図４０及び図４１を参照すると、複数の第１バッテリモジュール１００ａのそれぞれは、複数の第２バッテリモジュール１００ｂのそれぞれと内側かつ外側に交差して配置されていてもよい。すなわち、複数の第１バッテリモジュール１００ａが複数の第２バッテリモジュール１００ｂを縦方向に囲むように配置されるか、複数の第２バッテリモジュール１００ｂが複数の第１バッテリモジュール１００ａを縦方向に囲むように配置されていてもよい。
【0173】
図４２は、本発明のさらに他の実施形態による二次電池の制御方法に関する手順図である。
【0174】
車両１などの充電対象物が充電器に連結されて、充電を開示すると、複数の第１バッテリモジュール１００ａが放電して、車両１を充電する（Ｓ１０）。あらゆる二次電池モジュール１００が同時に放電して、温度が過度に上昇することを防止する。
【0175】
複数の第１バッテリモジュール１００ａの放電が完了すると、複数の第１バッテリモジュール１００ａが充電し、複数の第２バッテリモジュール１００ｂが放電して、車両１を充電する（Ｓ２０）。複数の第２バッテリモジュール１００ｂが発熱し、複数の第１バッテリモジュール１００ａが吸熱して、温度が安定化する。実施形態によって複数の第２バッテリモジュール１００ｂが車両１と複数の第１バッテリモジュール１００ａとを同時に充電することができる。
【0176】
車両１などの充電対象物の充電が完了すると、複数の第２バッテリモジュール１００ｂが充電する（Ｓ３０）。このとき、複数の第１バッテリモジュール１００ａが完全に充電されていない場合、複数の第１バッテリモジュール１００ａも充電できる。
【0177】
複数の第１バッテリモジュール１００ａと複数の第２バッテリモジュール１００ｂは、外部の温度や全体の二次電池モジュール１００の温度に対応して、複数の第１バッテリモジュール１００ａのうち一部が、第２バッテリモジュール１００ｂになるか、その逆になるように制御することができる。また、充電する条件と放電する条件とを適宜調節して制御することができる。
【0178】
以上では、本発明の好ましい実施形態について示して説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れないで、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって様々な変形実施が可能であることは勿論であり、これらの変形実施は、本発明の技術的思想や見込みから個別に理解されてはならない。
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27(a)】
【図27(b)】
【図27(c)】
【図28(a)】
【図28(b)】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【国際調査報告】