(57)【要約】  カートリッジ及びこれを含むバッテリーモジュールが提供される。本発明の一実施例によるカートリッジは、相互対向する第１面及び第２面を有し、前記第１面に第１バッテリーセルが少なくとも部分的に装着される胴体と、前記胴体の第１面のうち、前記第１バッテリーセルのガスポケットに対応する第１領域内に配置される第１サポートパターンと、を含む。
2020514982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互対向する第１面及び第２面を有し、前記第１面に第１バッテリーセルが少なくとも部分的に装着される胴体と、
前記胴体の第１面のうち、前記第１バッテリーセルのガスポケットに対応する第１領域内に配置される第１サポートパターンと、
を含む、カートリッジ。
【請求項２】
前記第１サポートパターンが、ウォールの形状を有し、前記胴体の第１面から突出する複数のサポートリブを含む、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記胴体の第２面に少なくとも部分的に装着される第２バッテリーセルのガスポケットに対応する第２領域内に形成される第２サポートパターンをさらに含む、請求項２に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記第２サポートパターンが、ウォールの形状を有し、前記胴体の第２面から突出する複数のサポートリブを含む、請求項３に記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記第１サポートパターンのサポートリブに塗布されたものであって、前記第１バッテリーセルのガスポケットの少なくとも一部を前記第１サポートパターンのサポートリブに接着する接着層をさらに含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記複数のサポートリブによって前記第１領域に少なくとも一つのガスルームが形成され、
前記各ガスルームが、前記第１バッテリーセルの前記ガスポケットから漏れるガスを貯蔵する、請求項２〜５のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記第１サポートパターンが配置される領域内で、先端が前記第１面から前記第１バッテリーセルに向けるように配置されるニードルをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記胴体が、少なくとも一つのガスバランシング通路を含み、
前記各々のガスバランシング通路が、前記第１サポートパターンが配置された前記第１領域内における箇所から前記胴体の厚さ方向へ貫通している、請求項１〜７のいずれか一項に記載のカートリッジ。
【請求項９】
相互積層された複数のカートリッジと、
前記各々のカートリッジに装着される複数のバッテリーセルと、
を含み、
前記各々のカートリッジは、
相互対向する第１面及び第２面を有し、前記第１面に前記複数のバッテリーセルのうちいずれか一つが少なくとも部分的に装着される胴体と、
前記胴体の第１面のうち、ある一つのバッテリーセルのガスポケットに対応する第１領域内に配置される第１サポートパターンと、
を含む、バッテリーモジュール。
【請求項１０】
前記第１サポートパターンが、ウォールの形状を有し、前記胴体の第１面から突出する複数のサポートリブを含む、請求項９に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１１】
前記複数のサポートリブによって前記第１領域に少なくとも一つのガスルームが形成され、
前記各ガスルームが、前記ある一つのバッテリーセルの前記ガスポケットから漏れるガスを貯蔵する、請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１２】
前記胴体が、少なくとも一つのガスバランシング通路を含み、
前記各々のガスバランシング通路が、前記第１サポートパターンが配置された前記第１領域内における箇所から前記胴体の厚さ方向へ貫通している、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルの安定的な積層に用いられるカートリッジ及びこれを含むバッテリーモジュールに関する。
【０００２】
本出願は、２０１７年３月３日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００２７９３１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、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
【０００４】
現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、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ず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
【０００５】
一方、複数個のバッテリーセルを直列／並列に接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを先に製作し、このように製作された二つ以上のバッテリーモジュールとその他の構成要素とを連結してバッテリーパックを製作することが通常である。
【０００６】
バッテリーセルは、反復的な充放電、温度変化、外部衝撃などによる副反応で、内部電解質が分解されてガスが発生し得る。この際、発生したガスによってバッテリーセルの外形が変形する現象をスウェリング現象と言う。
【０００７】
このようなスウェリング現象を抑制するために最も容易に用い得る方案として、バッテリーモジュールの冷却が挙げられる。バッテリーモジュールを冷却することで、それに含まれる個別のバッテリーセルからのガスが相対的に少なく発生するためである。しかし、バッテリーモジュールの冷却のためには、特殊な構造及び／または冷却制御方式が必須に求められるため、これはバッテリーモジュールの製作に際して大きい制約として作用する。
【０００８】
また、バッテリーモジュールを冷却しても、スウェリング現象の速度を遅らせるだけで、スウェリング現象を完全に阻むことはできない。したがって、スウェリング現象が発生するという前題下に、スウェリング現象からバッテリーモジュールやそれに含まれる個別のバッテリーセルの損傷を抑制することができる方案が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュールに含まれた各々のバッテリーセルのガスポケットが破損しても、破損したガスポケットに捕集されていたガスがバッテリーモジュールの外部へ漏出する危険を低減させることができる構造を有するカートリッジ、及びこれを含むバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、バッテリーモジュールに積層されたバッテリーセルのガスバランシングのための構造を有するカートリッジ及びこれを含むバッテリーモジュールを提供することを他の目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を達成するための本発明の多様な実施例は、次のようである。
【００１３】
本発明の一面によるカートリッジは、相互対向する第１面及び第２面を有し、前記第１面に第１バッテリーセルが少なくとも部分的に装着される胴体と、前記胴体の第１面のうち、前記第１バッテリーセルのガスポケットに対応する第１領域内に配置される第１サポートパターンと、を含む。
【００１４】
前記第１サポートパターンは、ウォール（ｗａｌｌ）の形状を有し、前記胴体の第１面から突出する複数のサポートリブを含み得る。
【００１５】
前記胴体の第２面に少なくとも部分的に装着される第２バッテリーセルのガスポケットに対応する第２領域内に形成される第２サポートパターンをさらに含み得る。
【００１６】
前記第２サポートパターンは、ウォールの形状を有し、前記胴体の第２面から突出する複数のサポートリブを含み得る。
【００１７】
前記第１サポートパターンのサポートリブに塗布されたものであって、前記第１バッテリーセルのガスポケットの少なくとも一部を前記第１サポートパターンのサポートリブに接着する接着層をさらに含み得る。
【００１８】
前記複数のサポートリブによって前記第１領域に少なくとも一つのガスルームが形成され得る。前記各ガスルームは、前記第１バッテリーセルの前記ガスポケットから漏れるガスを貯蔵し得る。
【００１９】
前記第１サポートパターンが配置される領域内で、先端が前記第１面から前記第１バッテリーセルに向けるように配置されるニードルをさらに含み得る。
【００２０】
前記胴体は、少なくとも一つのガスバランシング通路を含み、前記各々のガスバランシング通路は、前記第１サポートパターンが配置された前記第１領域内における箇所から前記胴体の厚さ方向へ貫通しているものであり得る。
【００２１】
本発明の他面によるバッテリーモジュールは、相互積層された複数のカートリッジと、前記各々のカートリッジに装着される複数のバッテリーセルと、を含む。この場合、前記各々のカートリッジは、相互対向する第１面及び第２面を有し、前記第１面に前記複数のバッテリーセルのうちいずれか一つが少なくとも部分的に装着される胴体と、前記胴体の第１面のうち、前記ある一つのバッテリーセルのガスポケットに対応する第１領域内に配置される第１サポートパターンと、を含む。
【００２２】
前記第１サポートパターンは、ウォールの形状を有し、前記胴体の第１面から突出する複数のサポートリブを含み得る。
【００２３】
前記複数のサポートリブによって前記第１領域に少なくとも一つのガスルームが形成され得る。前記各ガスルームは、前記ある一つのバッテリーセルの前記ガスポケットから漏れるガスを貯蔵し得る。
【００２４】
前記胴体は、少なくとも一つのガスバランシング通路を含み、前記各々のガスバランシング通路は、前記第１サポートパターンが配置された前記第１領域内における箇所から前記胴体の厚さ方向へ貫通しているものであり得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の実施例のうち少なくとも一つによれば、バッテリーモジュールに含まれた各々のバッテリーセルのガスポケットが破損しても、破損したガスポケットに捕集されていたガスがバッテリーモジュールの外部へ漏出する危険を低減させることができる構造を有するカートリッジ及びこれを含むバッテリーモジュールを提供することができる。
【００２６】
また、バッテリーモジュールに積層されたバッテリーセルのガスバランシングのための構造を有するカートリッジ及びこれを含むバッテリーモジュールを提供することができる。特に、各バッテリーセルのガスポケットが過度に膨張した場合、膨張したガスポケットの安全な破裂を誘導すると共に、破裂したガスポケットからのガスが、カートリッジによって提供される余裕空間へ分散することで、個別のバッテリーセルの破壊（例えば、封止部位の破裂など）を抑制することができる。
【００２７】
なお、本発明の効果は前述の効果に制限されず、言及していないさらに他の効果は、請求範囲の記載から当業者にとって明確に理解されるであろう。
【００２８】
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】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーセルの概略的な構造を示す図である。
【図２】図１におけるバッテリーセルの側面図である。
【図３】図１におけるバッテリーセルを前面図である。
【図４】本発明の一実施例によるカートリッジの構造を示す図である。
【図５】図４におけるカートリッジの裏面図である。
【図６】本発明の他の実施例によるカートリッジの構造を示す図である。
【図７】図６におけるＰ領域の拡大図である。
【図８】複数個のカートリッジによる複数個のバッテリーセルの積層構造を示す図である。
【図９】図８におけるバッテリーモジュールの側断面の一部を概略的に示す図である。
【図１０】図９におけるバッテリーセルにスウェリング現象が発生した様子を示す図である。
【図１１】図１０におけるカートリッジによるガスバランシングを説明するための参照図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、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、本発明の要旨をぼやかすと判断される場合、その説明を省略する。
【００３３】
第１、第２などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちいずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。
【００３４】
なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の「制御ユニット」のような用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。
【００３５】
さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（接続）」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に（接続）」されている場合も含む。
【００３６】
以下、本発明の実施例に係わるバッテリーセル、カートリッジ及びバッテリーモジュールについて説明する。
【００３７】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーセル１０の概略的な構造を示す図であり、図２は、図１におけるバッテリーセル１０の側面図であり、図３は、図１におけるバッテリーセル１０の前面図である。
【００３８】
先ず、図１を参照すれば、バッテリーセル１０は基本的に、電極組立体１１、電極タブ１２、電極リード１３及びケース１４を含む。
【００３９】
ケース１４は、電極組立体１１及び電解液が収容可能な空間を提供し、封止工程などによって密封される。このとき、封止工程は、ケース１４の縁部を熱溶着などによって物理的に結合することで、ケース１４の含浸のためにケース１４内へ注入された電解液がケース１４の外部へ漏れないようにする工程である。このような封止工程によって、ケース１４の縁部には封止部Ｓが形成され得る。
【００４０】
電極組立体１１は、各々少なくとも一つの正極板、負極板及びセパレータが、予め決められた形態で積層または折り畳まれたものである。電極組立体１１から相対的に突出するように製作された二つの電極タブ１２、即ち、正極タブ１２ａ及び負極タブ１２ｂの各々の一端は、ケース１４の内側で二つの電極リード１３、即ち、正極リード１３ａ及び負極リード１３ｂと電気的に接続する。 二つの電極リード１３の他端は、ケース１４の外側へ延びるように提供されることから、この場合、二つの電極リード１３の少なくとも一部がケース１４の上部部分と下部部分との間に挟まれ得る。この際、図１のように、ケース１４の内部空間のうち、電極組立体１１と封止部Ｓとの間の一部空間をガスポケットＧＰと称し得る。バッテリーセル１０の充放電などの結果で発生するガスは、ガスポケットＧＰに捕集できる。
【００４１】
図２を参照すれば、外部から見たとき、バッテリーセル１０には、段差が形成され得る。即ち、スウェリング現象が一定水準未満であれば、電極組立体１１に対応する部分が最も厚く、ガスポケットＧＰに対応する部分は相対的に薄くて、電極リード１３が最も薄い。一方、スウェリング現象が一定水準を超えれば、電極組立体１１に対応する部分よりもガスポケットＧＰに対応する部分が厚くなり得る。
【００４２】
図３を図１と共に参照すれば、図１を基準で電極組立体１１の両側面に配置された二つの封止部Ｓは、各々電極組立体１１の上部または下部に向けて所定の形態で折り畳まれ得る。これによって、バッテリーセル１０のエネルギー密度を向上させることができる。
【００４３】
図４は、本発明の一実施例によるカートリッジ１００の構造を示す図であり、図５は、図４におけるカートリッジの裏面図である。
【００４４】
先ず、図４を参照すれば、カートリッジ１００は、図１に示した構造のバッテリーセル１０の一つ以上が装着可能な構造を提供する。カートリッジ１００は、胴体１０１及び第１サポートパターン１３０を含む。
【００４５】
胴体１０１は、バッテリーセル１０が装着可能な空間を提供するフレームまたはプレート形状を有する。望ましくは、胴体１０１は、側面部１１０と基部１２０とを含み得る。側面部１１０は、基部１２０の縁部を少なくとも部分的に囲むように基部１２０に物理的に連結され得る。望ましくは、側面部１１０には、少なくとも一つのフランジ１１１が備えられ得、フランジ１１１の上側と下側とには各々突起と溝とが備えられ得る。突起は、他のカートリッジ１００のフランジに備えられた溝と結合する。溝は、さらに他のカートリッジ１００のフランジに備えられた突起と結合する。各々のフランジ１１１には締結孔Ｈが設けられ、複数のカートリッジ１００が順次積層された状態で、ボルトなどが締結孔Ｈに挿入されることで、複数のカートリッジ１００が相互機械的に締結され得る。
【００４６】
基部１２０と側面部１１０との連結部分を基準として設けられる内部空間にバッテリーセル１０が少なくとも部分的に装着され得る。例えば、胴体１０１がフレーム形状である場合、バッテリーセル１０の封止部Ｓ、即ち、縁部が胴体１０１に装着され得る。フレーム形状の胴体１０１は、基部１２０の所定の領域が開放された形状を有するため、バッテリーセル１０の放熱に効果的である。他の例として、胴体１０１がプレート形状である場合、バッテリーセル１０の上部または下部に対応する偏平な部分が全体的に胴体１０１に装着され得る。
【００４７】
胴体１０１は、バッテリーセル１０の少なくとも一部を支持することで、他のバッテリーセル１０との順次積層をガイドすると共に、バッテリーモジュール２００を構成するバッテリーセル１０の動きを低減するように構成される。
【００４８】
第１サポートパターン１３０は、胴体１０１の相互対向する両面のいずれか一面（以下、「第１面」とする。）に配置される。詳しくは、第１サポートパターン１３０は、胴体１０１の第１面によって少なくとも部分的に支持されるバッテリーセル１０（以下、「第１バッテリーセル」とする。）のガスポケットＧＰに対応する第１領域内に配置され得る。第１サポートパターン１３０は、基部１２０よりも相対的に第１バッテリーセル１０、特に、第１バッテリーセルのガスポケットＧＰに近く配置され、ガスポケットＧＰに接触可能に配置され得る。例えば、第１バッテリーセル１０のガスポケットＧＰに捕集したガス量が一定水準未満である場合には、ガスポケットＧＰと第１サポートパターン１３０とが離隔した状態を維持し、ガスポケットＧＰに捕集したガス量が一定水準に到達すれば、ガスポケットＧＰの膨張によって第１サポートパターン１３０は第１バッテリーセル１０のガスポケットＧＰに少なくとも部分的に接触し、これを支持することができる。
【００４９】
第１サポートパターン１３０は、少なくとも一つのサポートリブ１３１を含み得る。各々のサポートリブは、ウォールの形状を有し、外側に向けて所定の長さが突出した形状を有する。第１サポートパターン１３０が複数のサポートリブ１３１を含む場合、複数のサポートリブ１３１のいずれか一つは、残りのサポートリブの少なくとも一つとはその延長方向が相違し得る。第１サポートパターン１３０に含まれた全てのサポートリブの突出高さは、同一であるか、または所定の誤差範囲内における差を有することが望ましい。
【００５０】
第１サポートパターン１３０に含まれた複数のサポートリブ１３１によって第１領域に少なくとも一つのガスルームＲが形成され得る。具体的に、各々のサポートリブ１３１は、残りのサポートリブの少なくとも一つと相互交差または連結されることで、第１領域には少なくとも一つのガスルームＲが形成され得る。第１面に形成された各ガスルームＲの側面は、サポートリブ１３１によって定義され、上面及び下面のうちいずれか一面は、基部１２０によって定義され、上面及び下面のうち他面は、ガスポケットＧＰによって定義される。即ち、第１面に形成されたガスルームＲは、サポートリブ１３１、基部１２０及びガスポケットＧＰによって密閉した各々の空間であり得る。これによって、ガスポケットＧＰから漏れるガスは、第１面に形成されたガスルームＲに貯蔵され得る。例えば、図４を参照すれば、胴体１０１の幅方向に沿って延びた３つのサポートリブと胴体１０１の長手方向に沿って延びた５つのサポートリブによって、カートリッジ１００の第１面には合計８つのガスルームＲが形成され得ることを確認することができる。
【００５１】
場合によって、カートリッジ１００は、第１接着層をさらに含み得る。第１接着層は、少なくとも第１サポートパターン１３０の先端部に塗布されたものであり得る。前述のように、第１バッテリーセル１０のガスポケットＧＰが第１サポートパターン１３０に向けて一定水準以上に膨張する場合、第１バッテリーセル１０のガスポケットＧＰは、第１接着層を介して第１サポートパターン１３０に接合し得る。即ち、第１接着層は、第１バッテリーセル１０のガスポケットＧＰと第１サポートパターン１３０とが相互容易に分離しないよう結合力を提供する。これによって、第１バッテリーセル１０のガスポケットＧＰからガスルームＲへ漏れたガスが、ガスルームＲの外へさらに抜け出されることを防止することができる。
【００５２】
次に、図５を参照すれば、カートリッジ１００は、第２サポートパターン１４０をさらに含み得る。第２サポートパターン１４０は、胴体１０１における相互対向の両面のうち他の一面（以下、「第２面」とする。）に配置される。詳しくは、第２サポートパターン１４０は、胴体１０１の第２面によって少なくとも部分的に支持される他のバッテリーセル１０（以下、「第２バッテリーセル」とする。）のガスポケットＧＰに対応する第２領域内に配置され得る。第２サポートパターン１４０は、基部１２０よりも相対的に第２バッテリーセル１０のガスポケットＧＰに近く配置され、ガスポケットＧＰに接触可能に配置され得る。例えば、第２バッテリーセル１０のガスポケットＧＰに捕集したガス量が一定水準未満である場合には、第２バッテリーセル１０のガスポケットＧＰと第２サポートパターン１４０とが離隔した状態を維持し、第２バッテリーセル１０のガスポケットＧＰに捕集したガス量が一定水準に到達すれば、ガスポケットＧＰの膨張によって第２サポートパターン１４０は第２バッテリーセル１０のガスポケットＧＰに少なくとも部分的に接触し、これを支持し得る。
【００５３】
第１サポートパターン１３０と同様に、第２サポートパターン１４０も少なくとも一つのサポートリブ１４１を含み得る。各々のサポートリブ１４１は、ウォールの形状を有し、外側に向けて所定の長さが突出した形状を有する。第２サポートパターン１４０が複数のサポートリブ１４１を含む場合、複数のサポートリブ１４１のいずれか一つは、残りのサポートリブの少なくとも一つとはその延長方向が相違し得る。第２サポートパターン１４０に含まれた全てのサポートリブの突出高さは、同一であるか、または所定の誤差範囲内における差を有することが望ましい。
【００５４】
第２サポートパターン１４０に含まれた複数のサポートリブ１４１によって第２領域に少なくとも一つのガスルームＲが形成され得る。具体的に、各々のサポートリブ１４１は、残りのサポートリブのうち少なくとも一つと相互交差または連結されることで、第２領域にも少なくとも一つのガスルームＲが形成され得る。第２面に形成された各ガスルームＲの側面は、サポートリブ１４１によって定義され、上面及び下面のうちいずれか一面は、基部１２０によって定義され、上面及び下面のうち他面は、ガスポケットＧＰによって定義される。即ち、第２面に形成されたガスルームＲは、サポートリブ１４１、基部１２０及びガスポケットＧＰによって密閉した各々の空間であり得る。これによって、ガスポケットＧＰから漏れるガスは、第２面に形成されたガスルームＲに貯蔵される。例えば、図５を参照すれば、胴体１０１の幅方向に沿って延びた３つのサポートリブと、胴体１０１の長手方向に沿って延びた５つのサポートリブによって、カートリッジ１００の第２面には合計８つのガスルームＲが形成され得ることを確認することができる。図４のガスルームＲと図５のガスルームＲとは、基部１２０を挟んで相互対応する位置に形成され得る。
【００５５】
場合によって、カートリッジ１００は、第２接着層をさらに含み得る。第２接着層は、少なくとも第２サポートパターン１４０の先端部に塗布されたものであり得る。前述のように、第２バッテリーセル１０のガスポケットＧＰが第２サポートパターン１４０に向けて一定水準以上に膨張する場合、ガスポケットＧＰは第２接着層を介して第２サポートパターン１４０に接合し得る。即ち、第２接着層は、第２バッテリーセル１０のガスポケットＧＰと第２サポートパターン１４０とが相互容易に分離しないように結合力を提供する。これによって、第２バッテリーセル１０のガスポケットＧＰからガスルームＲに漏れたガスが、ガスルームＲの外へさらに抜け出されることを防止することができる。
【００５６】
図４及び図５において、第１サポートパターン１３０及び第２サポートパターン１４０の少なくとも一つは、プレス工法などによって胴体１０１と一体に形成されたものであり得る。勿論、第１サポートパターン１３０及び第２サポートパターン１４０の少なくとも一つと胴体１０１とは、別に製作された後、溶接などによって物理的に接合したものであり得る。
【００５７】
また、第１サポートパターン１３０及び第２サポートパターン１４０うち第１サポートパターン１３０のみを含むカートリッジ１００は、「シングル型カートリッジ１００」と称し、第１サポートパターン１３０及び第２サポートパターン１４０を全て含むカートリッジ１００を「ダブル型カートリッジ１００」と称することがある。
【００５８】
図６は、本発明の他の実施例によるカートリッジ１００の構造を示す図であり、図７は、図６におけるＰ領域の拡大図である。
【００５９】
図４のカートリッジ１００と比較すれば、図６のカートリッジ１００は、ニードル１５１及びガスバランシング通路１５２の少なくとも一つをさらに含むという点のみで相違している。したがって、同じ構成要素に対しては同じ参照符合を付与し、各々についての具体的な説明は省略する。
【００６０】
図６及び図７を参照すれば、カートリッジ１００は、少なくとも一つのニードル１５１を含み得る。各々のニードル１５１は、第１面及び第２面のいずれか一面のみに配置されるか、第１面及び第２面に共に配置されることも可能である。説明の便宜のために、ニードル１５１及びガスバランシング通路１５２が第１面に配置された構造を中心として説明する。
【００６１】
各々のニードル１５１は、ガスルームＲ内に配置され得る。例えば、ニードル１５１は、ガスルームＲ内の基部１２０またはサポートリブ１３１、１４１の表面から突出し、その先端がガスポケットＧＰに向けるように配置され得る。バッテリーセル１０のガスポケットＧＰがその内部に捕集されたガスによって一定水準以上に膨張する場合、ニードル１５１の先端によってガスポケットＧＰの少なくとも一箇所が破れるようになる。これによって、ガスポケットＧＰの大きさがガスルームＲの大きさだけ拡張し、ガスポケットＧＰ内のガスの一部がガスルームＲ内へ移動することで、ガスポケットＧＰ内の圧力が低くなる。結果的に、ガスポケットＧＰ内の圧力が封止部Ｓのうち結合力が相対的に低い部分に集中せず、ガスルームＲへ分散し、バッテリーセル１０の破損を低減させることができる。
【００６２】
図６及び図７を参照すれば、カートリッジ１００は、少なくとも一つのガスバランシング通路１５２を含み得る。望ましくは、ガスバランシング通路１５２は、カートリッジ１００のガスルームＲのうち少なくとも一つに対応する位置に形成され得る。各々のガスバランシング通路１５２は、基部１２０の全領域のうちサポートパターン１３０、１４０が配置された領域内の少なくとも一箇所から胴体１０１の厚さ方向へ貫通した部分を指称するものであり得る。
【００６３】
第１面のガスルームＲと第２面のガスルームＲとが相互対応する位置を有する場合、二つのガスルームＲは、ガスバランシング通路１５２を介して相互連結され得る。これによって、ガスバランシング通路１５２によって、ある一つのガスルームＲから他のガスルームＲへのガスの分散が行われる。例えば、第１面によって支持される第１バッテリーセル１０のガスポケットＧＰが、その内部圧力またはニードル１５１によって破れれば、第１バッテリーセル１０のガスポケットＧＰに捕集したガスは、第１面のガスルームＲへ一部が移動することは勿論、ガスバランシング通路１５２を経て第２面のガスルームＲにまでも移動することができる。
【００６４】
図６及び図７には、ガスルームＲごとにニードル１５１及びガスバランシング通路１５２が共に備えられるように示しているが、本発明の範囲はこれに限定されない。例えば、ある一つのガスルームＲにはニードル１５１のみが備えられ、他のガスルームＲにはガスバランシング通路１５２のみが備えられてもよく、また他のガスルームＲには、ニードル１５１とガスバランシング通路１５２とが共に備えられ、また他のガスルームＲには、ニードル１５１及びガスバランシング通路１５２のいずれも備えられなくてもよい。
【００６５】
図８は、複数個のカートリッジ１００による複数個のバッテリーセル１０の積層構造を示す図である。
【００６６】
図８を参照すれば、バッテリーモジュール２００を構成する複数個のカートリッジ１００のうち、最外側の二つのカートリッジ１００を除いた残りのカートリッジ１００は、「ダブル型カートリッジ１００」であり得る。また、バッテリーモジュール２００を構成する最外側の二つのカートリッジ１００各々は、「シングル型カートリッジ１００」であり得る。バッテリーモジュール２００において、二つの「シングル型カートリッジ１００」の間にｎ個の「ダブル型カートリッジ１００」が順次積層されている場合、バッテリーモジュール２００に含まれるバッテリーセル１０の個数は、２ｎ＋２個であることは当業者にとって自明である。勿論、バッテリーモジュール２００を構成するカートリッジ１００の組合せは、多様に変更可能である。
【００６７】
バッテリーモジュール２００は、複数個のカートリッジ１００を挟んで相互対向するように配置される二つのアンドプレート２１０及び充放電回路アセンブリー２２０を含み得る。
【００６８】
二つのアンドプレート２１０は、最外側の二つのカートリッジ１００各々に直接的又は間接的に接触し、積層された複数個のカートリッジ１００を支持しながら外力から保護するように構成される。
【００６９】
充放電回路アセンブリー２２０は、積層された複数個のカートリッジ１００に装着された複数個のバッテリーセル１０が、相互決められた方式（例えば、直列、並列、または直列及び並列の混合）によって電気的に接続するようにする電気的通路を提供する。例えば、充放電回路アセンブリー２２０は、複数のバスバーを含み、各々のバスバーは、ある一つのバッテリーセル１０の電極リード１３を他のバッテリーセル１０の電極リード１３に電気的に接続するか、ある一つのバッテリーセル１０の電極リード１３をバッテリーモジュール２００の電極端子に電気的に接続するように構成される。また、充放電回路アセンブリー２２０は、バッテリー管理システムをさらに含み得る。
【００７０】
図９は、図８におけるバッテリーモジュール２００の側断面の一部を概略的に示す図であり、図１０は、図９におけるバッテリーセル１０にスウェリング現象が発生した様子を示す図であり、図１１は、図１０におけるカートリッジ１００によるガスバランシングを説明するための参照図である。説明の便宜のために、図６のカートリッジ１００はダブル型カートリッジであり、ガスルームＲごとに二つのニードル１５１及び一つのガスバランシング通路１５２が備えられることに仮定する。
【００７１】
図９を参照すれば、カートリッジ１００の両面には、各々一つのバッテリーセル１０が装着される。複数個のカートリッジ１００が整列された状態で、ある一つのカートリッジ１００ａに装着されたある一つのバッテリーセル１０ｂは、他のカートリッジ１００ｂに装着されたある一つのバッテリーセル１０ｃに少なくとも部分的に接触し得る。例えば、バッテリーセル１０ａとバッテリーセル１０ｂとは相互、直接または冷却プレートを介して間接的に面接触し得る。
【００７２】
図１０を参照すれば、バッテリーモジュール２００を構成する少なくとも一つのバッテリーセル１０ａにスウェリング現象が発生し、そのバッテリーセル１０ａのガスポケットＧＰが膨張した様子を確認し得る。バッテリーセル１０ａのガスポケットＧＰが膨張するにつれ、ガスポケットＧＰとカートリッジ１００ａに備えられたニードル１５１との間の距離は、少しずつ減少するようになる。
【００７３】
バッテリーセル１０ａのガスポケットＧＰが継続的に膨張し、その表面がニードル１５１にまで到達する場合、ニードル１５１によってバッテリーセル１０ａのガスポケットＧＰが破れるようになる。これによって、図１１において矢印で示したように、バッテリーセル１０ａのガスポケットＧＰの一部のガスＧＡＳが、サポートリブ１３１によって区画されたガスルームＲへ移動し、その後、ガスバランシング通路１５２を経て他のサポートリブ１４１によって区画された他のガスルームＲにまで伝達される。
【００７４】
以上、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ず、本発明の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ことは言うまでもない。
【００７５】
また、上述の本発明は、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から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形のために各実施例の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
【符号の説明】
【００７６】
１０  バッテリーセル、第１バッテリーセル、第２バッテリーセル
１１  電極組立体
１２  電極タブ
１２ａ  正極タブ
１２ｂ  負極タブ
１３  電極リード
１３ａ  正極リード
１３ｂ  負極リード
１４  ケース
１００  カートリッジ、シングル型カートリッジ、ダブル型カートリッジ
１０１  胴体
１１０  側面部
１１１  フランジ
１２０  基部
１３０、１４０  サポートパターン
１３０  第１サポートパターン
１３１  サポートリブ
１４０  第２サポートパターン
１４１  サポートリブ
１５１  ニードル
１５２  ガスバランシング通路
２００  バッテリーモジュール
２１０  アンドプレート
２２０  充放電回路アセンブリー
【図１】
2020514982.tif 000003
【図２】
2020514982.tif 000004
【図３】
2020514982.tif 000005
【図４】
2020514982.tif 000006
【図５】
2020514982.tif 000007
【図６】
2020514982.tif 000008
【図７】
2020514982.tif 000009
【図８】
2020514982.tif 000010
【図９】
2020514982.tif 000011
【図１０】
2020514982.tif 000012
【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月9日(2019.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2020514982.tif 000014
【国際調査報告】
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2020514982.tif 000016
2020514982.tif 000017
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