(57)【要約】  本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、互いに隣接する第１バッテリーセル及び第２バッテリーセルを含む複数のバッテリーセルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体の少なくとも一側に結合し、前記バッテリーセルに備えられた電極リードが引き出される複数のリード引出しホールを備えるバスバーフレームアセンブリーと、を含み、前記第１バッテリーセルに備えられた第１極性の電極リード及び第２バッテリーセルに備えられた第１極性の電極リードは、同じ引出しホールを通して外部へ引き出され、前記第１バッテリーセルの第１極性の電極リード及び第２バッテリーセルの第１極性の電極リードは、同じ位置で同じ方向へ折り曲げられた形状を有し、テラス部の上に形成された第１折り曲げ部及びリードフィルムが形成された領域内に形成された第２折り曲げ部を備える。
2021514529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣接する第１バッテリーセル及び第２バッテリーセルを含む複数のバッテリーセルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体の少なくとも一側に結合し、前記バッテリーセルに備えられた電極リードが引き出される複数のリード引出しホールを備えるバスバーフレームアセンブリーと、を含み、
前記第１バッテリーセルに備えられた第１極性の電極リード及び第２バッテリーセルに備えられた第１極性の電極リードは、同じリード引出しホールを通して外部へ引き出され、
前記第１バッテリーセルの第１極性の電極リード及び第２バッテリーセルの第１極性の電極リードは、同じ位置で同じ方向へ折り曲げられた形状を有し、テラス部の上に形成された第１折り曲げ部及びリードフィルムが形成された領域内に形成された第２折り曲げ部を備える、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記第１折り曲げ部の折り曲げ方向と第２折り曲げ部の折り曲げ方向とは、互いに反対方向であることを特徴とする、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バッテリーセルの第１折り曲げ部の折り曲げ方向が、前記第２バッテリーセルに近づく方向であり、前記第１バッテリーセルの第２折り曲げ部の折り曲げ方向が、前記第２バッテリーセルから遠ざかる方向であることを特徴とする、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２バッテリーセルの第１折り曲げ部の折り曲げ方向が、前記第１バッテリーセルから遠ざかる方向であり、前記第２バッテリーセルの第２折り曲げ部の折り曲げ方向が、前記第１バッテリーセルに近づく方向であることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記第１バッテリーセルの第２折り曲げ部が、前記第２バッテリーセルのテラス部と対応する位置に形成されることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記第１バッテリーセルの第２折り曲げ部が、前記第２バッテリーセルの第１折り曲げ部よりも下方に位置することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記第２バッテリーセルの第１折り曲げ部が、前記第１バッテリーセルのリードフィルムが形成された領域と対応する位置に形成されることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記第１折り曲げ部及び第２折り曲げ部の折り曲げ角度は、３０〜５０°であることを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
前記第１折り曲げ部及び第２折り曲げ部の折り曲げ角度が、互いに同一であることを特徴とする請求項２から８のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
前記第１バッテリーセル及び第２バッテリーセルが、前記第１極性の電極リード及び第２極性の電極リードを含み、前記第１極性が負極であり、前記第２極性が正極であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１１】
前記第１バッテリーセル及び第２バッテリーセルが、前記第１極性の電極リード及び第２極性の電極リードを含み、前記第１極性が正極であり、前記第２極性が負極であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを複数個含む、バッテリーパック。
【請求項１３】
請求項１２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】
本発明は、バッテリーセルの損傷を防止することができる構造を有するバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、バスバーフレームアセンブリーに備えられた複数のバスバーのいずれか一つに共通に結合する一対の隣接するバッテリーセル同士の干渉によるバッテリーセルの損傷が防止できる構造を有するバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関する。また、本発明は、このようなバッテリーパックを含む自動車に関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年１０月２６日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０１２９０７１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】
携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために、複数の二次電池バッテリーセルが電気的に接続したバッテリーモジュールが用いられる。特に、このような中・大型装置には、積層が容易であるという長所からパウチケースを含むパウチ型バッテリーセルがよく用いられている。
【０００４】
バッテリーモジュールの内部でバッテリーセルが電気的に接続するためには、バッテリーセルの電極リードが互いに接続し、そのような接続状態を維持するために接続部分が溶接され得る。さらに、バッテリーモジュールは、バッテリーセル同士が並列及び／または直列の電気的接続を有し得、このために電極リードの一端部が各バッテリーセル同士の電気的接続のためのバスバーに溶接などの方式で接触固定され得る。
【０００５】
図１は、従来のバッテリーモジュールの構造を説明するための図である。図２は、図１に示したＡ領域を拡大して示す拡大図である。
【０００６】
図１を参照すれば、両方向引出し型バッテリーセル１を複数個積層してセル積層体２を形成し、セル積層体２の両側に各々バスバーフレームアセンブリー３が結合した形態の従来のバッテリーモジュールが示されている。
【０００７】
このような従来のバッテリーモジュールにおいて、互いに隣接する一対のバッテリーセル１の各々に備えられた電極リード１ａは、バスバーフレームアセンブリー３に形成された一つのリードホール３ａを通して引き出され、同じバスバー３ｂに結合する。
【０００８】
この場合、図２に示したように、互いに隣接した一対のバッテリーセルのうち左側に位置するバッテリーセルに備えられた電極リード１ａは、右側に位置するバッテリーセルに備えられたリードフィルム１ｂとパウチケース１ｃとの境界部分１ｄと相互に対向するようになる。
【０００９】
したがって、一対のバッテリーセルの相対的な動きによって、左側に位置するバッテリーセルに備えられた電極リード１ａが右側に位置するバッテリーセルに備えられたリードフィルム１ｂとパウチケース１ｃとの境界部分１ｄに接触する現象が発生し得る。
【００１０】
多くの場合、正極リードは、アルミニウム（Ａｌ）材質からなり、負極リードは銅（Ｃｕ）材質からなる。上記のような接触現象が負極リードで発生する場合、パウチケース１ｃの端部に露出したアルミニウム層が、隣接するバッテリーセルの負極リード１ａと接触するようになり、この場合、パウチケース１ｃの端部に露出したアルミニウム層が酸化してシール及び絶縁性能が弱くなるアノードコネクション（Ａｎｏｄｅ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）現象が発生し得る。
【００１１】
このようなアノードコネクション現象の発生を防止するために、相互に対向して位置する負極リード１ａ及びリードフィルム１ｂとパウチケース１ｃとの境界部分１ｄの各々に絶縁テープを付着する案が考えられるが、このように絶縁テープを付着する場合、絶縁のための部品（絶縁テープ）が加えられ、工程においても絶縁テープ付着工程が加えられなければならないため、生産性の面で不利になるという問題がある。
【００１２】
そこで、追加的な材料を投入することなく、上述したようなアノードコネクションの発生を防止することができる方案が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、詳しくは、バスバーフレームアセンブリーに備えられた複数のバスバーのいずれか一つに共通に結合する一対の隣接するバッテリーセル同士の干渉によるバッテリーセルの損傷を防止可能な構造を有するバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【００１４】
なお、本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の課題に制限されず、言及していないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者にとって明確に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を達成するための本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、互いに隣接する第１バッテリーセル及び第２バッテリーセルを含む複数のバッテリーセルが積層されたセル積層体と、前記セル積層体の少なくとも一側に結合し、前記バッテリーセルに備えられた電極リードが引き出される複数のリード引出しホールを備えるバスバーフレームアセンブリーと、を含み、前記第１バッテリーセルに備えられた第１極性の電極リード及び第２バッテリーセルに備えられた第１極性の電極リードは、同じ引出しホールを通して外部へ引き出され、前記第１バッテリーセルの第１極性の電極リード及び第２バッテリーセルの第１極性の電極リードは、同じ位置で同じ方向へ折り曲げられた形状を有し、テラス部の上に形成された第１折り曲げ部及びリードフィルムが形成された領域内に形成された第２折り曲げ部を備える。
【００１６】
前記第１折り曲げ部の折り曲げ方向と第２折り曲げ部の折り曲げ方向とは、互いに反対方向へ形成され得る。
【００１７】
前記第１バッテリーセルの第１折り曲げ部の折り曲げ方向は、前記第２バッテリーセルに近づく方向であり、前記第１バッテリーセルの第２折り曲げ部の折り曲げ方向は、前記第２バッテリーセルから遠ざかる方向であり得る。
【００１８】
前記第２バッテリーセルの第１折り曲げ部の折り曲げ方向は、前記第１バッテリーセルから遠ざかる方向であり、前記第２バッテリーセルの第２折り曲げ部の折り曲げ方向は、前記第１バッテリーセルに近づく方向であり得る。
【００１９】
前記第１バッテリーセルの第２折り曲げ部は、前記第２バッテリーセルのテラス部と対応する位置に形成され得る。
【００２０】
前記第１バッテリーセルの第２折り曲げ部は、前記第２バッテリーセルの第１折り曲げ部よりも下方に位置し得る。
【００２１】
前記第２バッテリーセルの第１折り曲げ部は、前記第１バッテリーセルのリードフィルムが形成された領域と対応する位置に形成され得る。
【００２２】
前記第１折り曲げ部及び第２折り曲げ部の折り曲げ角度は、３０〜５０°範囲で形成され得る。
【００２３】
前記第１折り曲げ部及び第２折り曲げ部の折り曲げ角度は、互いに同一に形成され得る。
【００２４】
前記第１バッテリーセル及び第２バッテリーセルは、前記第１極性の電極リード及び第２極性の電極リードを含む。前記第１極性は負極であり、前記第２極性が正極であり得る。逆に、前記第１極性は正極であり、前記第２極性は負極であり得る。
【００２５】
なお、上記の課題を達成するための本発明の一実施例によるバッテリーパックは、上述したような本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを複数個含む。
【００２６】
また、本発明の一実施例による自動車は、上述したような本発明の一実施例によるバッテリーパックを含む。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の一面によれば、電極リードに折り曲げ部を形成するだけで、絶縁テープのような追加的な部品を適用しなくても、バスバーフレームアセンブリーに備えられた複数のバスバーのいずれか一つに共通に結合する一対の隣接するバッテリーセル同士の干渉によるバッテリーセルの損傷を防止することができる。
【００２８】
本発明の一面によれば、パウチケースの端部に露出したアルミニウム層が、隣接するバッテリーセルの電極リード、特に、負極リードと接触することを防止することができる。したがって、アノードコネクションを防止する結果、パウチケースの端部に露出したアルミニウム層が酸化してシール及び絶縁性能が弱くなる問題を解決することができる。
【００２９】
本発明の一面によれば、追加的な部品を適用しなくてもよいので、バッテリーモジュール及びバッテリーパックの製造が単純になり、不良率が減少する。これによって歩留まりが増大するので、バッテリーモジュール及びバッテリーパックの製造コストを節減することができる。
【００３０】
本発明の他面によれば、このようなバッテリーモジュールを含むバッテリーパック、及びこれを含む自動車が提供される。バッテリーパック及び自動車は、本発明によるバッテリーモジュールの長所を全て有する。本発明はのバッテリーモジュールにおいては、バッテリーセルの損傷が防止されるため、このようなバッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車は、バッテリーセルの性能低下なく長期間に使用可能である。
【００３１】
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】
【００３２】
【図１】従来のバッテリーモジュールの構造を説明するための図である。
【図２】図１に示したＡ領域を拡大して示す拡大図である。
【図３】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの正面図である。
【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶ’による断面図である。
【図５】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの内部構造を示す断面図であって、図３のＢ’領域を拡大して示す図である。
【図６】図５のＢ領域を拡大して示す拡大図である。
【図７】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用されるバッテリーセルを示す斜視図である。
【図８】図７に示したＣ領域を拡大して示す拡大図である。
【図９】図６に示したバッテリーモジュールの一部領域において、左側に位置するバッテリーセルが動く場合、互いに隣接したバッテリーセル同士の干渉が防止されるメカニズムを説明するための図である。
【図１０】図６に示したバッテリーモジュールの一部領域において、右側に位置するバッテリーセルが動く場合、互いに隣接したバッテリーセル同士の干渉が防止されるメカニズムを説明するための図である。
【図１１】本発明によるバッテリーパックの概略図である。
【図１２】本発明による自動車の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。これに先立ち、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てはならず、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ねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、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せねばならない。
【００３４】
先ず、図３〜図８を参照し、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構造を説明する。
【００３５】
図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの正面図である。図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶ’による断面図である。図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの内部構造を示す断面図であって、図３のＢ’領域を拡大して示す図であり、図６は、図５に示したＢ領域を拡大して示す拡大図である。また、図７は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールに適用されるバッテリーセルを示す斜視図であり、図８は、図７に示したＣ領域を拡大して示す拡大図である。
【００３６】
先ず、図３〜図６を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール５は、複数のバッテリーセル１０が積層されて形成されるセル積層体２０及びセル積層体２０の少なくとも一側に備えられるバスバーフレームアセンブリー３０を含む。
【００３７】
上記バッテリーセル１０としては、例えば、パウチ型バッテリーセルを適用し得る。また、このようなパウチ型バッテリーセルは、第１極性の電極リード及び第２極性の電極リードを含み、一対の電極リード１１が互いに反対方向へ引き出される両方引き出し型バッテリーセルであり得、このようなパウチ型バッテリーセルが複数個対向して積層されることで、一つのセル積層体２０を形成し得る。上記第１極性は負極であり、上記第２極性は正極であり得る。逆に、上記第１極性が正極であり、上記第２極性が負極であり得る。
【００３８】
上記セル積層体２０は、各々のバッテリーセル１０ごとに備えられる電極リード１１が地面に垂直な方向に沿って延びるように配置され得る。即ち、各バッテリーセル１０は、側面が底面に置かれるように配置され得る。
【００３９】
上記バッテリーセル１０は、電極リード１１が特定部分で折り曲げられた形状を有する。上記電極リード１１のこのような折り曲げ形状は、一つのバッテリーセル１０に備えられた電極リード１１がそれに隣接して配置されたバッテリーセル１０のパウチケース１２とリードフィルム１３との境界領域Ｐに接触することで電極リード１１及びパウチケース１２のアルミニウム層同士が接触する現象を防止するためである。上記バッテリーセル１０の具体的な構造及び電極リード１１の折り曲げ形状の詳細については、図７及び図８を参照して後述する。
【００４０】
上記バスバーフレームアセンブリー３０は、セル積層体２０の少なくとも一側に結合し、バスバーフレーム３１及びバスバーフレーム３１に固定設置される複数のバスバー３２を含む。
【００４１】
上記バスバーフレーム３１は、セル積層体２０の少なくとも一側に配置され、バッテリーセル１０の電極リード１１がバッテリーモジュール５の外部へ引き出されるようにするための複数のリード引出しホール３１ａを備える。上記複数のバッテリーセル１０は、二個ずつ一つのグループを形成し、同じグループに属する一対のバッテリーセル１０に備えられた電極リード１１は、同じリード引出しホール３１ａを通して外部へ引き出される。
【００４２】
また、上記リード引出しホール３１ａを通して外部へ引き出された一対の電極リード１１は、同じバスバー３２に溶接などによって付着される。この場合、同じグループに属する一対の電極リード１１は、同じ極性を有する。例えば、負極である第１極性を有する。
【００４３】
上記バスバーフレーム３１は、リード引出しホール３１ａの下部に形成され、電極リード１１がリード引出しホール３１ａの下方からリード引出しホール３１ａに向ける方向へ延びるようにガイドする複数のリードガイド３１ｂを備え得る。
【００４４】
次は、図６と共に図７及び図８を参照し、本発明に適用されるバッテリーセル１０の具体的な構造及び電極リード１１の折り曲げ形状について詳しく説明する。
【００４５】
先ず、図７を参照すれば、上記バッテリーセル１０は、電極組立体（図示せず）、一対の電極リード１１、パウチケース１２及びリードフィルム１３を含む。
【００４６】
上記電極組立体は、正極、分離膜、負極が順次に少なくとも１回以上積層された形態、または積層によって形成された積層体が巻き取られた形態を有する。
【００４７】
上記一対の電極リード１１は、各々電極組立体に備えられた正極タブ及び負極タブに接続し、相互に反対方向へ延びる。この場合、上記正極タブに接続した電極リード１１は、第２極性を有する正極リード１１ａとして機能し、負極タブに接続した電極リード１１は、第１極性を有する負極リード１１ｂとして機能する。上記電極リード１１は、後述するシール部１２ｂを通してパウチケース１２の外部に引き出される。
【００４８】
上記パウチケース１２は、樹脂層／金属層／樹脂層が順次積層されたパウチフィルムからなり得、電極組立体を収容する収容部１２ａ及び収容部の周りから外側へ延びるシール部１２ｂを含む。上記金属層は、アルミニウム材質からなり得る。熱溶着によって上記シール部１２ｂが形成される前、パウチケース１２の内部には電極組立体と共に電解質、通常は電解液が注入される。
【００４９】
一方、上記パウチケース１２の周縁に形成されるシール部１２ｂにおいて、電極リード１１が引き出される方向に位置するシール部１２ｂを、以下、テラス部Ｔとする。
【００５０】
上記リードフィルム１３は、電極リード１１の一部を囲み、その一部は、電極リード１１とパウチケース１２のシール部１２ｂとの間に介在され、残りの一部は、パウチケース１２のシール部１２ｂの外側に露出する。上記リードフィルム１３は、電極リード１１とパウチケース１２との接着力不足によってシール部１２ｂのシール力が弱化することを防止するために適用される。
【００５１】
図８を参照すれば、上記バッテリーセル１０に備えられた一対の電極リード１１のうち、負極リード１１ｂは、長手方向に沿って相異なる位置で２回折り曲げられた形態を有する。具体的には、上記負極リード１１ｂは、テラス部Ｔの上に形成された第１折り曲げ部Ｂ１及びシール部１２ｂの外側に露出したリードフィルム１３が位置する領域内に形成された第２折り曲げ部Ｂ２を備える。
【００５２】
上記第１折り曲げ部Ｂ１と第２折り曲げ部Ｂ２とは互いに反対方向へ折り曲げられた形状を有し、その折り曲げ角度θは、約３０〜５０°範囲で同一に形成される。折り曲げ角度θは、負極リード１１ｂが引き出される方向へ負極リード１１ｂが延びている面に対して負極リード１１ｂが折り曲げられた角度として定義し得る。上記第１折り曲げ部Ｂ１からシール部１２ｂの端部、即ち、リードフィルム１３とシール部１２ｂとの境界領域Ｐに至る距離ｄ１は、約２．５〜３．５ｍｍであり、リードフィルム１３とシール部１２ｂとの境界領域Ｐから第２折り曲げ部Ｂ２に至る距離ｄ２は、約０．５〜１．５ｍｍであり得る。
【００５３】
また、図６を参照すれば、同じリード引出しホール３１ａを通して引き出される一対の負極リード１１ｂは、互いに同じ位置で同じ方向へ折り曲げられた形状を有する。以下、説明の便宜のために、図６に示された一対のバッテリーセル１０のうち、相対的に左側に位置するバッテリーセル１０を第１バッテリーセル１０ａとし、相対的に右側に位置するバッテリーセル１０を第２バッテリーセル１０ｂとする。
【００５４】
上記第１バッテリーセル１０ａに形成された第１折り曲げ部Ｂ１における折り曲げ方向は、第２バッテリーセル１０ｂに近づく方向であり、第１バッテリーセル１０ａの第２折り曲げ部Ｂ２における折り曲げ方向は、第２バッテリーセル１０ｂから遠ざかる方向である。また、上記第２バッテリーセル１０ｂの第１折り曲げ部Ｂ１における折り曲げ方向は、第１バッテリーセル１０ａから遠ざかる方向であり、第２バッテリーセル１０ｂの第２折り曲げ部Ｂ２における折り曲げ方向は、第１バッテリーセル１０ａに近づく方向である。
【００５５】
このような折り曲げ方向及び折り曲げ部Ｂ１、Ｂ２の形成位置によって、上記第１バッテリーセル１０ａの第２折り曲げ部Ｂ２は、第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔと対応する位置に形成され、第２バッテリーセル１０ｂの第１折り曲げ部Ｂ１よりも下方に位置する。
【００５６】
また、上記第２バッテリーセル１０ｂの第１折り曲げ部Ｂ１は、第１バッテリーセル１０ａのテラス部Ｔの外側に露出したリードフィルム１３が形成された領域と対応する位置に形成される。
【００５７】
以下、図９及び図１０を参照し、上述したような負極リード１１ｂの折り曲げ構造によるセル損傷防止メカニズムについて説明する。
【００５８】
図９は、図６に示したバッテリーモジュールの一部領域において、左側に位置するバッテリーセルが動く場合、互いに隣接したバッテリーセル同士の干渉が防止されるメカニズムを説明するための図である。また、図１０は、図６に示したバッテリーモジュールの一部領域において、右側に位置するバッテリーセルが動く場合、互いに隣接したバッテリーセル同士の干渉が防止されるメカニズムを説明するための図である。
【００５９】
先ず、図９を参照すれば、上記第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂが矢印方向に沿って第２バッテリーセル１０ｂの負極リード１１ｂ側へ動くことによって干渉が発生する場合を示している。
【００６０】
上記第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂが第２バッテリーセル１０ｂの負極リード１１ｂ側へ動く場合、優先的に接触が発生する部位は、第１バッテリーセル１０ａのテラス部Ｔの外側に露出したリードフィルム１３と第２バッテリーセル１０ｂの第１折り曲げ部Ｂ１である。
【００６１】
上記第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂが第２バッテリーセル１０ｂに向ける方向へ動く場合、第２バッテリーセル１０ｂに形成された第１折り曲げ部Ｂ１の形状によって、第１バッテリーセル１０ａのテラス部Ｔの外側に露出したリードフィルム１３が第２バッテリーセル１０ｂの第１折り曲げ部Ｂ１に最も先に接触するようになる。
【００６２】
また、このような第１バッテリーセル１０ａのリードフィルム１３と、第２バッテリーセル１０ｂの第１折り曲げ部Ｂ１との優先的な干渉によって、第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂは、これ以上第２バッテリーセル１０ｂ側へ動かなくなる。したがって、上記第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂが第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐに接触する現象が防止される。
【００６３】
このように、上記第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂが第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐに接触する現象が防止される場合、テラス部Ｔの端部を通して外側に露出するパウチフィルムのアルミニウム金属層が負極リード１１ｂと接触してアノードコネクション現象が発生することを予め遮断することができる。
【００６４】
次に、図１０を参照すれば、上記第２バッテリーセル１０ｂの負極リード１１ｂが矢印方向に沿って第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂ側へ動いて干渉が発生する場合を示している。
【００６５】
上記第２バッテリーセル１０ｂの負極リード１１ｂが第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂ側へ動く場合、優先的に接触が発生する部位は、第１バッテリーセル１０ａの第２折り曲げ部Ｂ２と第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔである。
【００６６】
上記第２バッテリーセル１０ｂの負極リード１１ｂが第１バッテリーセル１０ａに向ける方向へ動く場合、第１バッテリーセル１０ａに形成された第２折り曲げ部Ｂ１の形状によって第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔが第１バッテリーセル１０ａの第２折り曲げ部Ｂ２に最も先に接触するようになる。
【００６７】
また、このような第１バッテリーセル１０ａの第２折り曲げ部Ｂ２と第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとの優先的な干渉により、第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐは、これ以上第１バッテリーセル１０ａ側へ動かなくなる。したがって、上記第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂが第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐに接触する現象が防止される。
【００６８】
このように、上記第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂが第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐに接触する現象が防止される場合、テラス部Ｔの端部を通して外側に露出するパウチフィルムのアルミニウム金属層が負極リード１１ｂと接触してアノードコネクション現象が発生することを予め遮断することができる。
【００６９】
特に、アノードコネクションによってパウチケースの端部に露出したアルミニウム層が酸化してリチウム−アルミニウム合金が形成されてしまうと、バッテリーセル中の電解液との接触によってリチウム−アルミニウム合金が成長し続けてパウチケースのシール性能が弱くなる。このために、バッテリーセルの外気に存在する水分がバッテリーセル中へ浸透してしまうと、浸透した水分と電解液との反応が起こり、フッ酸（ＨＥ）のような物質が生成される。フッ酸は、バッテリーセルの重要な部分であるＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ）膜を劣化させてバッテリーセルの性能を低下させ、ＣＯ２ガスの発生を起こすので、バッテリーセルのスウェルリング面においても悪影響を与える。また、浸透したた水分の電気分解によってＨ２ガスも発生するので、バッテリーセルのスウェルリングはさらに悪化する。本発明によれば、アノードコネクションを防止することができるため、パウチケース１２のシール性能が維持される結果、バッテリーセルの外気に存在する水分の浸透を根本的に遮断することができ、これによって、ＳＥＩ膜の維持、セルのスウェルリング防止など、バッテリーセル１０の損傷防止次元で満足できる結果を示す。
【００７０】
一方、上述したように、上記第１折り曲げ部Ｂ１及び第２折り曲げ部Ｂ２の折り曲げ角度θは、約３０〜５０°の角度で形成される。このような折り曲げ角度θは、互いに隣接するバッテリーセル１０ａ、１０ｂのうち相対的に左側に位置する第１バッテリーセル１０ａに備えられた負極リード１１ｂが、相対的に右側に位置する第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐに接触することを効果的に防止しながらも、バッテリーセル１０ａ、１０ｂの密封性の低下を起こさない最適の範囲である。
【００７１】
即ち、上記折り曲げ角度θが約３０°未満で形成される場合には、第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐと、第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂとの距離が充分確保できないことがある。これによって、上記第１折り曲げ部Ｂ１または第２折り曲げ部Ｂ２による優先的な干渉の発生前、第１バッテリーセル１０ａの負極リード１１ｂが第２バッテリーセル１０ｂのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐと接触する問題が発生し得る。
【００７２】
また、上記折り曲げ角度θが約５０°を超過する場合には、バッテリーセル１０ａ、１０ｂの密封性及び絶縁性が低下する問題が発生する恐れがある。即ち、上記折り曲げ角度θが約５０°を超過すると、テラス部Ｔ及びリードフィルム１３が過度に折れてしまい、パウチケース１２中の樹脂層と金属層とが分離（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）されてしまう結果、パウチケース１２のシール部１２ｂに部分的に間隙が生じて気密性が低下することがあり、また、パウチケース１２の金属層同士の絶縁性が減少し得る。上述したように、本発明によるバッテリーモジュール５は、互いに隣接した一対のバッテリーセル１０ａ、１０ｂに備えられた負極リード１１ｂがその折り曲げ形状によって、一つのバッテリーセルの負極リード１１ｂが、隣接するバッテリーセルのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域Ｐに接触する現象が防止され、これによってバッテリーセルの損傷を防止することができる。
【００７３】
また、本発明は、上述したような折り曲げ形状を正極リード１１ａにも適用することができる。多くの場合、正極リードの材質はアルミニウムであり、負極リードの材質は銅であることから、パウチケースの金属層としてアルミニウム層を使用する場合、負極リードとパウチケースの端部に露出したアルミニウム層とが接触するとき、アルミニウム層の酸化が問題となる。しかし、正極リードをアルミニウム材質で製造する場合もあり得る。または、他の材質の電極リードを用いる場合、負極リードのみならず正極リードにおいてもパウチケースの端部に露出したアルミニウム層との接触によってアルミニウム層を酸化させる場合が考えられる。そのため、上述したような折り曲げ構造が正極リード１１ａに適用されることで、一つのバッテリーセルの正極リード１１ａが隣接するバッテリーセルのテラス部Ｔとリードフィルム１３との境界領域に接触する現象を防止することができ、これによってバッテリーセルの損傷を防止することができる。
【００７４】
このように、本発明によれば、負極リードや正極リードの少なくともいずれか一つの電極リードに折り曲げ部を形成することだけで、絶縁テープのような追加的な部品を適用することなく、バスバーフレームアセンブリーに備えられた複数のバスバーのいずれか一つに共通に結合する一対の隣接するバッテリーセル同士の干渉によるバッテリーセルの損傷を防止することができる。また、追加的な部品を適用しなくてもよいので、バッテリーモジュール及びバッテリーパックの製造が単純になり、不良率が減少する。これによって、歩留まりが増大し、バッテリーモジュール及びバッテリーパックの製造コストを節減することができる。折り曲げ部を形成することを除いては既存のバッテリーモジュール製造工程をそのまま用いることができ、比較的工程の変更なくバッテリーモジュールの性能を確保することができるという長所がある。バッテリーセルそのものは、既存の製造工程をそのまま用いるため、工程の変更や量産プロセスに対する調整は不要である。
【００７５】
一方、負極リードや正極リードのような電極リードの折り曲げ角度θは、前述したように所定の範囲内であることが望ましく、電極リードの第１折り曲げ部がテラス部に形成されることから、シールされた部分に折り曲げが行われるため、シール力の低下などのようにバッテリーセルに副作用を起こしては困難となる。折り曲げ角度の適正範囲と副作用の発生有無を実験によって確認した。負極リードの折り曲げ角度範囲を２０〜６０°にした多様なバッテリーセルに対し、絶縁電圧、絶縁抵抗及びＨＶ（Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ）  絶縁試験を施し、負極リードを折り曲げていない比較例と接着力及び過充電ベンティング様相を比較した。
【００７６】
先ず、折り曲げ角度を、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°にしたサンプルを準備し、絶縁電圧、絶縁抵抗及びＨＶ絶縁試験を施した。
【００７７】
絶縁電圧は、バッテリーセルの負極リード側テラス部の端部を通して外側に露出するパウチフィルムのアルミニウム金属層と、このバッテリーセルの正極リードとの間の電圧を測定したことである。このような絶縁電圧を測定すれば、アノードコネクションの発生有無が分かる。パス（ｐａｓｓ）／フェイル（ｆａｉｌ）を決定する基準電圧、例えば、数Ｖを決めて、測定された絶縁電圧が基準電圧以下であれば、パスと判断し、測定された絶縁電圧が基準電圧を超過すれば、フェイルとして判断した結果、折り曲げ角度６０°であるサンプルにおいてフェイルが発生した。これによって、６０°の折り曲げ角度は過度な折り曲げ角度であると判断した。
【００７８】
絶縁抵抗は、バッテリーセルにおいてバッテリーセルの負極リード側テラス部の端部を通して外側に露出するパウチフィルムのアルミニウム金属層と、このバッテリーセルの負極リードとの間の抵抗を測定したことである。このように絶縁抵抗を測定すれば、バッテリーセルの絶縁性能が分かる。パス／フェイルを決定する基準抵抗、例えば、数ＭΩを決め、測定された絶縁抵抗が基準抵抗以上であれば、パスと判断し、測定された絶縁抵抗が基準抵抗未満であれば、フェイルと判断した結果、折り曲げ角度６０°であるサンプルにおいてフェイルが発生した。これによって、６０°の折り曲げ角度は過度な折り曲げ角度であると判断した。
【００７９】
以上の実験結果及び前述したその他の要因を考慮し、折り曲げ角度の望ましい範囲は３０〜５０°であると判断した。
【００８０】
ＨＶ絶縁試験は、高い電圧を電極リードとパウチケースの表面との間に印加しながら抵抗を測定することである。このようなＨＶ絶縁試験によってパウチケースの表面と電極リードのシール部分との絶縁性能を確認することができる。数十Ｖの高い電圧を印加しながらパス／フェイルを決定する基準抵抗、例えば、数百ＭΩを決めて、測定された抵抗が基準抵抗以上であれば、パスと判断し、測定された絶縁抵抗が基準抵抗未満であれば、フェイルと判断した結果、全てのサンプルにおいてパスが確認された。折り曲げ角度θが２０〜６０°である範囲では、パウチケースの表面と電極リードのシール部分との絶縁性能に異常がないことを確認した。したがって、本発明のように負極リードを折り曲げることは、パウチケースの表面と電極リードのシール部分との絶縁性能に影響を与えないということを検証した。
【００８１】
折り曲げ角度を、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°にしたサンプルと、比較例との接着力を比較した。接着力は、負極リードをバッテリーセルから引っ張って分離されるときの力を測定することで評価した。全てのサンプルに対し、比較例と類似な水準の接着力を確認した。したがって、本発明のように負極リードを折り曲げることは、負極リードの接着力に影響を与えないということを検証した。
【００８２】
折り曲げ角度が４０°であるサンプルと比較例との過充電ベンティング様相を比較した。バッテリーセルをＳＯＣ１００％状態で所定の電流で定電流充電しながらベンティングに至るまでの時間、ベンティング圧力、負極リード側シール部分の形態変化などを観察した結果、折り曲げ角度が４０°であるサンプルが比較例と類似な水準と確認された。したがって、本発明のように負極リードを折り曲げることは、過充電ベンティング性能を悪化させないということを検証した。
【００８３】
このような実験結果から、本発明で提案するように、電極リードを折り曲げることは、パウチケースの表面と電極リードのシール部分との絶縁性能に影響を与えず、電極リードの接着力に影響を与えず、また過充電ベンティング性能を悪化させないということを確認した。
【００８４】
一方、本発明の一実施例によるバッテリーパックは、上述したような本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを複数個含む形態で具現される。図１１は、本発明によるバッテリーパックの概略図である。
【００８５】
図１１を参照すれば、バッテリーパック１００は、前述の実施例による少なくともバッテリーモジュール５を複数個、そして、それをパッケージングするパックケース１１０を含み得る。また、本発明によるバッテリーパック１００は、このようなバッテリーモジュール５とパックケース１１０に加え、バッテリーモジュール５の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。本実施例によるバッテリーパック１００は、前述の実施例のバッテリーモジュール５を含むことから、前述した実施例のバッテリーモジュール５の長所を全て含む。
【００８６】
本発明によるバッテリーモジュール５やバッテリーパック１００は、バッテリーセルの性能低下が防止されるので、長時間に優秀な性能を維持して使用することができ、特に、長いサイクル特性と高いレート特性などが要求される中・大型装置の電源として適している。上記中・大型装置の望ましい例には、電気モーターからの動力によって動くパワーツール（ｐｏｗｅｒ  ｔｏｏｌ）；電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）などを含む電気車；電気自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）、電気スクーター（Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒ）を含む電気二輪車；電気ゴルフカート（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｏｌｆ  ｃａｒｔ）；及び電力貯蔵用システム（ＥＳＳ）などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８７】
また、本発明の一実施例による自動車は、上述したような本発明の一実施例によるバッテリーパックを含み得る。図１２は、本発明による自動車の概略図である。
【００８８】
図１２を参照すれば、自動車２００は、前述した実施例のバッテリーパック１００を含み得る。このような自動車２００は、電気自動車またはハイブリッド自動車、その他のバッテリーパック１００を燃料源として備える自動車でり得る。
【００８９】
本実施例による自動車２００は、前述した実施例のバッテリーパック１００を含むことから、前述した実施例のバッテリーパック１００の長所を全て含む。バッテリーパック１００は、上記自動車２００の外にも上記バッテリーパック１００をエネルギー源にする電力貯蔵装置やその他の装置や器具などにも備えられ得る。
【００９０】
望ましく、自動車２００は、電気自動車であり得る。バッテリーパック１００は、電気自動車のモーターに駆動力を提供し、自動車２００を駆動させる電気エネルギー源として使用可能である。この場合、バッテリーパック１００は、  １００Ｖ以上の高い公称電圧を有するように製造され得る。ハイブリッド自動車用である場合、２７０Ｖに合わせられることがある。
【００９１】
バッテリーパック１００は、モーター及び／または内燃機関の駆動によってインバーターによって充電または放電され得る。バッテリーパック１００は、ブレーキと結合した回生充電装置によって充電され得る。バッテリーパック１００は、インバーターを介して自動車２００のモーターに電気的に接続し得る。
【００９２】
このような自動車２００は、本発明によるバッテリーパック１００を含み、バッテリーパック１００は、前述したようにバッテリーセルの損傷が防止されるバッテリーモジュール５を含む。したがって、バッテリーパック１００の性能が長期間に維持され、このようなバッテリーパック１００は、長期間に使用可能であるので、これを含む自動車２００は、運用及びメインテナンスが容易であり、長期間に使用することができる。
【００９３】
以上、本発明を限定された実施例及び図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本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本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１  バッテリーセル
１ａ  電極リード
１ｂ  リードフィルム
１ｃ  パウチケース
１ｄ  境界部分
２  セル積層体
３  バスバーフレームアセンブリー
３ａ  リードホール
３ｂ  バスバー
５  バッテリーモジュール
１０  バッテリーセル
１０ａ  第１バッテリーセル
１０ｂ  第２バッテリーセル
１１  電極リード
１１ａ  正極リード
１１ｂ  負極リード
１２  パウチケース
１２ａ  収容部
１２ｂ  シール部
１３  リードフィルム
２０  セル積層体
３０  バスバーフレームアセンブリー
３１  バスバーフレーム
３１ａ  リード引出しホール
３１ｂ  リードガイド
３２  バスバー
１００  バッテリーパック
１１０  パックケース
２００  自動車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2021514529.tif 000009
【図８】
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【図９】
2021514529.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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2021514529.tif 000017
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