(57)【要約】  バッテリーモジュールが開示される。本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、バッテリーセルの各々の少なくとも一部を覆う火炎伝播防止部材と、火炎伝播防止部材によって覆われるバッテリーセル積層体が収納されるケースと、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリーセルが積層されたバッテリーセル積層体と、
前記バッテリーセルの各々の少なくとも一部を覆う火炎伝播防止部材と、
前記火炎伝播防止部材によって覆われる前記バッテリーセル積層体が収納されるケースと、を含む、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記火炎伝播防止部材は、断熱性及び耐熱性を兼備した雲母を含む雲母プレートを含む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】
パウチ型バッテリーセルが前記火炎伝播防止部材に挿入されるように、前記火炎伝播防止部材の内部に中空が形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記バッテリーセルは、断面が四角形であるパウチ型バッテリーセルであり、前記火炎伝播防止部材は、六面体の形状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記バッテリーセルは、断面が四角形であるパウチ型バッテリーセルであり、
前記火炎伝播防止部材は、前記パウチ型バッテリーセルの二つの壁面を覆うように設けられることを特徴とする請求項１から請求項３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】
前記火炎伝播防止部材は、
前記パウチ型バッテリーセルの第１壁面を覆う第１カバー部と、
前記第１カバー部から折り曲げられて形成され、前記パウチ型バッテリーセルの第２壁面をカバーする第２カバー部と、を含むことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
予め設定された間隔を有するように複数の挿入溝が形成され、前記ケースに結合するフレームをさらに含み、
前記火炎伝播防止部材は、前記フレームの前記挿入溝にスライド可能に結合し、相互隣接する前記火炎伝播防止部材の間に前記バッテリーセルが介在されることを特徴とする請求項１から請求項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】
前記フレームは一対で設けられ、一対のフレームは、各々の挿入溝が相互対向するように前記ケースの上側及び下側に各々結合し、前記火炎伝播防止部材の両側端部は、上側及び下側で前記一対のフレームにおける各々の挿入溝に挿入されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
前記フレームは、断熱性及び耐熱性を兼備した雲母を含む雲母プレートを含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、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及びこれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、いずれか一つのバッテリーセルで発生した火炎が他のバッテリーセルへ伝播することを防止することができ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。
【０００２】
本出願は、２０１８年２月６日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００１４６２１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】
モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、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広く用いられている。
【０００４】
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータ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ともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。
【０００５】
リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。
【０００６】
このようなリチウム二次電池は、作動電圧が高くてエネルギー密度が遥かに高いというなどの長所によって現在脚光を浴びているが、有機電解液を用いるため、リチウム二次電池が過充電されれば、過電流及び過熱を誘発してしまい、ひどい場合、爆発や発火による火事が発生し得る。
【０００７】
二次電池に関わり、従来の複数のバッテリーセルが積層されたバッテリーモジュールの場合、いずれか一つのバッテリーセルが過電流及び過熱によって爆発または発火すれば、正常に作動する他のバッテリーセルへ火炎が伝播され、複数のバッテリーセルが連鎖的に爆発するので、バッテリーモジュールが装着された各種装置に損傷が発生し得、また、使用者が安全事故の危険に露出するという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、複数のバッテリーセルのうちいずれか一つのバッテリーセルで爆発または発火が発生しても、他のバッテリーセルへの火炎の伝播を防止することができ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を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、火炎伝播防止構造を単純にすることで製作が容易とな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を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一面によれば、複数のバッテリーセルが積層されたバッテリーセル積層体と、前記バッテリーセルの各々の少なくとも一部を覆う火炎伝播防止部材と、前記火炎伝播防止部材によって覆われる前記バッテリーセル積層体が収納されるケースと、を含む、バッテリーモジュールを提供することができる。
【００１１】
また、前記火炎伝播防止部材は、断熱性及び耐熱性を兼備した雲母を含む雲母プレートを含み得る。
【００１２】
そして、前記パウチ型バッテリーセルが前記火炎伝播防止部材に挿入されるように、前記火炎伝播防止部材の内部に中空が形成され得る。
【００１３】
また、前記バッテリーセルは、断面が四角形であるパウチ型バッテリーセルであり、前記火炎伝播防止部材は、六面体の形状に形成され得る。
【００１４】
そして、前記バッテリーセルは、断面が四角形であるパウチ型バッテリーセルであり、前記火炎伝播防止部材は、前記パウチ型バッテリーセルの二つの壁面を覆うように設けられ得る。
【００１５】
また、前記火炎伝播防止部材は、前記パウチ型バッテリーセルの第１壁面を覆う第１カバー部と、前記第１カバー部から折り曲げられて形成され、前記パウチ型バッテリーセルの第２壁面をカバーする第２カバー部と、を含み得る。
【００１６】
そして、予め設定された間隔を有するように複数の挿入溝が形成され、前記ケースに結合するフレームをさらに含み、前記火炎伝播防止部材は、前記フレームの前記挿入溝にスライド可能に結合し、相互隣接する前記火炎伝播防止部材の間に前記バッテリーセルが介在され得る。
【００１７】
また、前記フレームは一対で設けられ、一対のフレームは、各々の挿入溝が相互対向するように前記ケースの上側及び下側に各々結合し、前記火炎伝播防止部材の両側端部は、上側及び下側で前記一対のフレームにおける各々の挿入溝に挿入され得る。
【００１８】
そして、前記フレームは、断熱性及び耐熱性を兼備した雲母を含む雲母プレートを含み得る。
【００１９】
なお、本発明の他面によれば、前述のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックを提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の実施例は、火炎伝播防止部材が複数のバッテリーセルの各々の少なくとも一部を覆うことができるので、複数のバッテリーセルのうちいずれか一つのバッテリーセルで爆発または発火が発生しても他のバッテリーセルへ火炎が伝播されることを防止できる効果を奏する。
【００２１】
また、断熱性及び耐熱性を兼備した雲母から火炎伝播防止部材を形成することで火炎伝播防止構造が単純化し、これによって製作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、火炎伝播防止部材とバッテリーセルとが分離した様子を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて火炎伝播防止部材によって個別のバッテリーセルが覆われた様子を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールの断面図である。
【図５】本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、火炎伝播防止部材によって個別のバッテリーセルが覆われた様子を概略的に示す斜視図である。
【図６】本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールの断面図である。
【図７】本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールにおいてケースの上側及び下側に一対のフレームが結合した様子を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、本明細書及び請求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。
【００２４】
図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。
【００２５】
本明細書において使用される「結合」または「連結（接続）」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、直接連結（接続）される場合のみならず、一つの部材が継ぎ部材を介して他の部材に間接的に接合するか、間接的に連結（接続）される場合をも含む。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの断面図であり、図２は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、火炎伝播防止部材とバッテリーセルとが分離した様子を示す斜視図であり、図３は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、火炎伝播防止部材によって個別のバッテリーセルが覆われた様子を概略的に示した斜視図である。
【００２７】
図１〜図３を参照すれば、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュール１０は、バッテリーセル積層体１００と、火炎伝播防止部材２００と、ケース３００と、を含む。
【００２８】
バッテリーセル積層体１００は、複数のバッテリーセル１１０が積層されるように構成され得る。バッテリーセル１１０は多様な構造を有し得、また複数のバッテリーセル１１０は、多様な方式によって積層され得る。バッテリーセル１１０は、正極板／セパレーター／負極板の順に配列される単位セル（Ｕｎｉｔ  Ｃｅｌｌ）、または、正極板／セパレーター／負極板／セパレーター／正極板／セパレーター／負極板の順に配列されたバイセル（Ｂｉ−Ｃｅｌｌ）を電池容量に合わせて複数個を積層した構造を有し得る。バッテリーセル１１０には、電極リード１１３が備えられ得る。電極リード１１３は、外部に露出して外部機器に接続する一種の端子であって、伝導性材質からなり得る。電極リード１１３は、正極電極リード及び負極電極リードを含み得る。正極電極リード及び負極電極リードは、バッテリーセル１１０の長手方向に対して相互反対方向に配置してもよく、または、正極電極リード及び負極電極リードがバッテリーセル１１０の長手方向に対して同じ方向に位置してもよい。
【００２９】
火炎伝播防止部材２００は、複数のバッテリーセル１１０においてバッテリーセル１１０の各々の少なくとも一部を個別的に覆う。ここで、火炎伝播防止部材２００がバッテリーセル１１０を覆うためにバッテリーセル１１０に接触してもよいが、火炎伝播防止部材２００がバッテリーセル１１０から所定の間隔で離隔した状態でバッテリーセル１１０を覆ってもよい。この場合、火炎伝播防止部材２００は、ケース３００によって支持され得る。一方、本発明の第１実施例においては、図１及び図３のように、火炎伝播防止部材２００が個別のバッテリーセル１１０の電極リード１１３が形成された部分を除いた他の全ての側面を囲むように、即ち、バッテリーセル１１０に電極リード１１３が形成された部分を除いた４面のうち、４面を全て囲むように設けられた場合を中心にして説明するが、これに限定されることではない。他の実施例において、例えば、バッテリーセル１１０が略六面体の形状を有する場合、火炎伝播防止部材２００は、バッテリーセル１１０の電極リード１１３が形成された部分を除いた４面のうち３面のみを囲むように設けられ得る。
【００３０】
火炎伝播防止部材２００は、断熱性及び耐熱性を兼備した雲母を含む雲母プレートとして設けられ得る。ここで、雲母プレートは、平たい雲母板のみならず、平面と曲面とが混合された形状も含み得る。そして、図２に示したように、火炎伝播防止部材２００は、４個の雲母プレートが結合して内部に中空２１０が形成された六面体の形状に形成され得る。ここで、４個の雲母プレートは、一体型で製作しても、分離製作した後に相互結合してもよい。但し、雲母プレートの個数及び形状が前述の説明に限定されることではない。例えば、バッテリーセル１１０がパウチ型バッテリーセル１１０として設けられ、その断面が四角形である場合、火炎伝播防止部材２００は、内部に中空２１０が形成された六面体の形状に形成され得、パウチ型バッテリーセル１１０は、図２のように、火炎伝播防止部材２００の中空２１０に挿入されて装着され得る。ここで、火炎伝播防止部材２００が断熱性及び耐熱性を備えた雲母プレートから形成される場合、いずれか一つのバッテリーセル１１０に爆発または発火が発生しても、火炎が雲母プレートに隔たって、他のバッテリーセル１１０への伝播が防止される。即ち、図１を参照すれば、複数のバッテリーセル１１０において、全てのバッテリーセル１１０が個別的に各々火炎伝播防止部材２００によって覆われるため、任意のバッテリーセル１１０に発火が発生しても火炎が伝播されることを防止することができ、これによって、さらに大きい火事への拡散を予防することができる。一方、火炎伝播防止部材２００は、アルミニウムよりも軽くて薄い雲母プレートから形成されることによって、製作が容易となり、構造が単純になる効果を奏する。但し、火炎伝播防止部材２００の材質が必ずしも雲母を含む雲母プレートに限定されることではなく、薄いプレート形状に形成できると共に、耐熱性及び断熱性を有する材質であれば、多様な公知の材質を含み得る。
【００３１】
ケース３００には、火炎伝播防止部材２００によって覆われるバッテリーセル積層体１００が収納される。ケース３００は、バッテリーセル１１０を囲み、これによって外部の振動や衝撃からバッテリーセル１１０を保護する。ケース３００は、バッテリーセル積層体１００の形状に対応する形状に形成され得る。例えば、バッテリーセル１１０及びバッテリーセル積層体１００が、その断面が四角形である六面体の形状で設けられる場合、ケース３００もこれに対応するように六面体の形状で設けられ得る。ケース３００は、例えば、金属材質のプレートを折り曲げて製造され得、これによって、ケース３００は、一体型で製造され得る。ケース３００が一体型で製造される場合、結合工程が簡単になり、単純化する効果を奏する。または、ケース３００が分離型で設けられ、溶接などによって結合することもできる。
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の第１実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明する。
【００３３】
図１〜図３を参照すれば、バッテリーセル１１０は、略六面体の形状に形成され得、雲母プレートから形成される火炎伝播防止部材２００が、バッテリーセル１１０において電極リード１１３が形成された２面を除いた４面を囲むように設けられ得る。即ち、一つの火炎伝播防止部材２００は、複数のバッテリーセル１１０のうち一つのバッテリーセル１１０を囲み、このような方式で複数の火炎伝播防止部材２００が全てのバッテリーセル１１０を各々覆い得る。そして、火炎伝播防止部材２００によって覆われるバッテリーセル積層体１００がケース３００に収納される。
【００３４】
これによって、本発明の第１実施例は、火炎伝播防止部材２００が複数のバッテリーセル１１０の各々の全体を覆うことができるので、複数のバッテリーセル１１０のいずれか一つのバッテリーセル１１０で爆発または発火が発生しても、他のバッテリーセル１１０へ火炎が伝播されることを防止できる効果を奏する。
【００３５】
図４は、本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールの断面図であり、図５は、本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、火炎伝播防止部材によって個別のバッテリーセルが追われた様子を概略的に示す斜視図である。
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の第２実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュール１０で説明した内容と共通する部分は、前述の説明を以って代わりにする。
【００３７】
本発明の第２実施例は、火炎伝播防止部材２００がバッテリーセル１１０の一部のみを覆うという点でバッテリーセル１１０の全体を覆う第１実施例とは相異する。
【００３８】
図４及び図５を参照すれば、本発明の第２実施例の場合、バッテリーセル１１０は、断面が四角形であるパウチ型バッテリーセル１１０であり、火炎伝播防止部材２００は略「┐」形状に形成され、バッテリーセル１１０の二つの壁面１１１、１１２を覆うように、即ち、上記二つの壁面１１１、１１２を囲むように設けられ得る。ここで、火炎伝播防止部材２００は、バッテリーセル１１０の任意の二つの壁面１１１、１１２に接触するか、または、火炎伝播防止部材２００がケース３００に支持され、バッテリーセル１１０の壁面１１１、１１２から所定の間隔で離隔するように構成され得る。
【００３９】
火炎伝播防止部材２００は、第１カバー部２２０及び第２カバー部２３０を含み得る。第１カバー部２２０は、パウチ型バッテリーセル１１０の第１壁面１１１を覆い、第２カバー部２３０は、第１カバー部２２０から折り曲げられて形成され、パウチ型バッテリーセル１１０の第２壁面１１２を覆い得る。これによって、火炎伝播防止部材２００は略「┐」形状に形成され、バッテリーセル１１０の二つの壁面１１１、１１２を覆い得、複数のバッテリーセル１１０のいずれか一つのバッテリーセル１１０で爆発または発火が発生しても、他のバッテリーセル１１０へ火炎が伝播されることを防止できる効果を奏する。
【００４０】
図６は、本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールの断面図であり、図７は、本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールにおいて、ケースの上側及び下側に一対のフレームが結合した様子を示した断面図である。
【００４１】
以下、図面を参照して、本発明の第３実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例及び第２実施例によるバッテリーモジュール１０で説明した内容と共通する部分は、前述の説明を以って代わりにする。
【００４２】
本発明の第３実施例はフレーム４００を含み、火炎伝播防止部材２００がフレーム４００に挿入されるという点で第１実施例及び第２実施例と相違する。
【００４３】
図６及び図７を参照すれば、フレーム４００はケース３００に結合する。例えば、図７を参照すれば、フレーム４００が一対で設けられる場合、一対のフレーム４００は、各々の挿入溝４１０が相互対向するように図７を基準でケース３００の上側及び下側に各々結合し得るが、これに限定されない。フレーム４００には、予め設定された間隔を有するように複数の挿入溝４１０が形成される。ここで、複数の挿入溝４１０は、同じ間隔を有するようにフレーム４００に形成され得るが、必ずしも同じ間隔でなくてもよい。図６を参照すれば、火炎伝播防止部材２００は、略「ｌ」字形状に形成され得る。「ｌ」字形状の火炎伝播防止部材２００の両側端部は、ケース３００の上側及び下側に各々結合している一対のフレーム４００の各々の挿入溝４１０に挿入され、スライド方式によって「ｌ」字形状の火炎伝播防止部材２００が一対のフレーム４００に結合し得る。そして、複数の「ｌ」字形状の火炎伝播防止部材２００が予め設定された間隔を有するようにフレーム４００に結合すれば、相互隣接する「ｌ」字形状の火炎伝播防止部材２００の間にバッテリーセル１１０が介在され得る。ここで、「ｌ」字形状の火炎伝播防止部材２００は、断熱性及び耐熱性を兼備した雲母を含む雲母プレートとして設けられ得、また、フレーム４００も、断熱性及び耐熱性を兼備した雲母を含む雲母プレートとして設けられ得る。
【００４４】
これによって、火炎伝播防止部材２００は、複数のバッテリーセル１１０の各々を覆うことができ、複数のバッテリーセル１１０のいずれか一つのバッテリーセル１１０で爆発または発火が発生しても、他のバッテリーセル１１０に火炎が伝播することを防止できる効果を奏する。
【００４５】
一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、前述のような本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０を一つ以上含み得る。また、上記バッテリーパック（図示せず）は、このようなバッテリーモジュール１０に加え、バッテリーモジュール１０を収納するためのハウジング、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
【００４６】
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で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ことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、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、特に、二次電池関連産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  バッテリーモジュール
１００  バッテリーセル積層体
１１０  バッテリーセル
１１１  第１壁面
１１２  第２壁面
１１３  電極リード
２００  火炎伝播防止部材
２１０  中空
２２０  第１カバー部
２３０  第２カバー部
３００  ケース
４００  フレーム
４１０  挿入溝
【図１】
2020524370.tif 000003
【図２】
2020524370.tif 000004
【図３】
2020524370.tif 000005
【図４】
2020524370.tif 000006
【図５】
2020524370.tif 000007
【図６】
2020524370.tif 000008
【図７】
2020524370.tif 000009
【国際調査報告】
2020524370.tif 000010
2020524370.tif 000011
2020524370.tif 000012
2020524370.tif 000013