JP2021197369A - バッテリーパック、バッテリーパックを含むバッテリーモジュール、及びバッテリーモジュールを含む電源供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーパック、バッテリーパックを含むバッテリーモジュール、及びバッテリーモジュールを含む電源供給装置を提供する。【解決手段】第１種バッテリーセルと、第１種バッテリーセルと出力及び容量が相異なる第２種バッテリーセルであって、第１種バッテリーセルの周りに沿って第１種バッテリーセルを取り囲むように配列され、第１種バッテリーセルと並列に連結された複数の第２種バッテリーセルとを含むバッテリーパックである。これにより、瞬時に高出力の発生が可能であり、かつ長期的に寿命短縮を防止することが可能な、高出力かつ高容量のバッテリーパック、それを含むバッテリーモジュール及び電源供給装置が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリーパック、バッテリーパックを含むバッテリーモジュール、及びバッテリーモジュールを含む電源供給装置に関する。

通常、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池である。二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、無停電電源供給装置（uninterruptible power supply）などのエネルギー源として使われ、適用される外部機器の種類によって、単一のバッテリーセルの形態で使われたり、複数のバッテリーセルを連結して一つの単位としてまとめたバッテリーパックの形態で使われたりする。

携帯電話のような小型モバイル機器は、単一電池の出力及び容量で所定時間作動が可能であるが、電力消耗の多い電気自動車及びハイブリッド自動車のように、長時間駆動及び高電力駆動が必要な場合には、出力及び容量の問題により、バッテリーパックが好まれ、バッテリーパックは、内蔵されたバッテリーセルの個数によって、出力電圧や出力電流が高められる。

本発明の一実施形態は、瞬時に高出力の発生が可能であり、かつ長期的に寿命短縮を防止することが可能な、高出力かつ高容量のバッテリーパックを含む。

本発明の一実施形態は、相異なる出力特性によって製造コストが異なる、高出力のバッテリーセルと高容量のバッテリーセルの両方が適用されたハイブリッド構造により、相対的に低いコストで提供される、高出力かつ高容量のバッテリーパックを含む。

本発明の一実施形態は、発熱特性が異なるバッテリーセルを隣接した位置に配置することにより、相対的に高い発熱特性を有する第１種バッテリーセルから、低い発熱特性を有する第２種バッテリーセルに向かって熱拡散が促進されるバッテリーパックを含む。

前記課題及びその他の課題を解決するために、本発明のバッテリーパックは、第１種バッテリーセルと、前記第１種バッテリーセルと出力及び容量が異なる第２種バッテリーセルであって、第１種バッテリーセルの周りに沿って第１種バッテリーセルを取り囲むように配列され、第１種バッテリーセルと並列に連結された複数の第２種バッテリーセルと、を含む。

例えば、前記第１種バッテリーセルの出力は、前記第２種バッテリーセルの出力よりも高く、前記第１種バッテリーセルの容量は、前記第２種バッテリーセルの容量よりも低い。

例えば、前記第１種バッテリーセルの出力密度は、前記第２種バッテリーセルの出力密度よりも高く、前記第１種バッテリーセルのエネルギー密度は、前記第２種バッテリーセルのエネルギー密度よりも低い。

例えば、前記第１種バッテリーセルの内部抵抗は、前記第２種バッテリーセルの内部抵抗よりも低い。

例えば、前記第１種バッテリーセル及び第２種バッテリーセルは、同じ第１放電条件で互いに異なる電圧降下を表す。

例えば、前記第１種バッテリーセル及び第２種バッテリーセルは、同じ第２放電条件で互いに異なる容量を表す。

例えば、前記第１種バッテリーセル及び第２種バッテリーセルは、同じ第１放電条件で互いに異なる電圧降下を表し、前記第１種バッテリーセル及び第２種バッテリーセルは、同じ第２放電条件で互いに異なる容量を表し、前記第１放電条件及び第２放電条件は、それぞれ相対的に高率放電及び低率放電に該当する。

例えば、前記第１種バッテリーセルは、互いに対向して配置された第１極板及び第２極板、並びに前記第１極板と第２極板との間に介在された第１セパレータを備える第１電極組立体を含み、前記第２種バッテリーセルは、互いに対向して配置された第３及び第４極板、並びに前記第３極板と第４極板との間に介在された第２セパレータを備える第２電極組立体を含む。

例えば、前記第１極板は、第１正極基材上に形成された第１正極活物質層を含み、前記第２極板は、第１負極基材上に形成された第１負極活物質層を含み、前記第３極板は、第２正極基材上に形成された第２正極活物質層を含み、前記第４極板は、第２負極基材上に形成された第２負極活物質層を含む。

例えば、前記第１正極活物質層の厚さは、前記第２正極活物質層の厚さよりも薄く形成され、前記第１負極活物質層の厚さは、前記第２負極活物質層の厚さよりも薄く形成される。

例えば、前記第１正極活物質層の長さは、前記第２正極活物質層の長さよりも長く形成され、前記第１負極活物質層の長さは、前記第２負極活物質層の長さよりも長く形成される。

例えば、前記第１正極活物質層の長さ及び前記第１負極活物質層の長さは、前記第１電極組立体の巻取方向に沿う長さに該当し、前記第２正極活物質層の長さ及び前記第２負極活物質層の長さは、前記第２電極組立体の巻取方向に沿う長さに該当する。

例えば、前記第１種バッテリーセルの周りに沿って配置される前記第２種バッテリーセルの配列個数は、最小６個以上から最大９個以下に設定される。

例えば、前記第１種バッテリーセルの周りに沿って配置される前記第２種バッテリーセルの配列個数は、最小７個以上から最大９個以下に設定される。

例えば、前記第１種バッテリーセルの周りに沿って配置される前記第２種バッテリーセルの配列個数は、最小７個以上から最大８個以下に設定される。

例えば、前記第１種バッテリーセルの外周面に沿って互いに隣接した第２種バッテリーセルは互いに離隔される。

例えば、前記第１種バッテリーセルの周りに沿って隣接した第２種バッテリーセルの互いに対向する外周面の間に、ギャップが形成される。

例えば、前記第１種バッテリーセルと、前記第１種バッテリーセルを取り囲む第２種バッテリーセルとの間にも、他のギャップが形成される。

例えば、前記第１種バッテリーセルの外周面上かつ互いに隣接した第２種バッテリーセルの間には、互いに隣接した二つの第２種バッテリーセル間のギャップ、及び前記第１種バッテリーセルとの他のギャップに向かって凹状に収斂する三つの部分を含み、第１種バッテリーセルの長手方向に沿って延びる柱状の余裕空間が形成される。

例えば、前記第１種バッテリーセル及び前記第２種バッテリーセルは、それぞれ第１直径及び第２直径の円形断面を有する円形バッテリーセルを含む。

例えば、前記第１直径は、第２直径と同じであるか、またはそれよりも大きい。

例えば、前記バッテリーパックは、前記第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルを互いに電気的に連結する連結配線をさらに含む。

例えば、前記連結配線は、第１種バッテリーセルの周りに沿って配置された第２種バッテリーセルの配列個数と同数に設けられた複数の連結配線を含む。

例えば、前記複数の連結配線それぞれは、前記第１種バッテリーセルと、複数の第２種バッテリーセルそれぞれとの電気的連結を形成する。

例えば、前記複数の連結配線は、前記第１種バッテリーセルの電極上で共通接点を形成し、第１種バッテリーセルの電極から放射状に延びつつ、複数の第２種バッテリーセルの電極にそれぞれ連結される。

例えば、前記バッテリーパックは、前記第１種バッテリーセルに連結され、外部負荷に向かう充放電経路を形成するための入出力配線をさらに含む。

例えば、前記入出力配線は、前記第１種バッテリーセルと外部負荷との間、及び前記第２種バッテリーセルと外部負荷との間で共通した充放電経路を形成する。

例えば、前記第１種バッテリーセルの充放電経路は、前記入出力配線を含み、前記第２種バッテリーセルの充放電経路は、前記入出力配線に加えて、前記連結配線をさらに含む。

例えば、前記第１種バッテリーセルの充放電経路よりも、前記第２種バッテリーセルの充放電経路が相対的にさらに長く形成される。

例えば、前記入出力配線よりも、前記連結配線が相対的に高い抵抗を有するように形成される。

例えば、前記入出力配線の断面積は、前記連結配線の断面積よりも広い。

例えば、前記入出力配線及び連結配線は、それぞれ相異なる第１金属素材及び第２金属素材を含み、前記第１金属素材は、第２金属素材よりも高い電気伝導度を有する。

例えば、前記連結配線は、追加抵抗を含む。

例えば、前記第１種バッテリーセル及び第２種バッテリーセルは、第１種バッテリーセルの周りに沿って配列された複数の第２種バッテリーセルの外周面と連続して接しつつ、複数の第２種バッテリーセルを連続して取り囲む円形の包絡線内に包囲される。

例えば、前記バッテリーパックは、前記第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの両方を収容するものであり、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルとの長手方向に沿って延び、かつ円形断面を有する円柱状のセル収容空間を提供するパックケースをさらに含む。

一方、本発明の他の側面によるバッテリーモジュールは、第１バッテリーパックと、前記第１バッテリーパックの周りに沿って第１バッテリーパックを取り囲むように配列された複数の第２バッテリーパックと、を含むバッテリーモジュールであって、それぞれの第１及び第２バッテリーパックは、第１種バッテリーセルと、前記第１種バッテリーセルと出力及び容量が相異なる第２種バッテリーセルであって、第１種バッテリーセルの周りに沿って第１種バッテリーセルを取り囲むように配列され、第１種バッテリーセルと並列に連結された複数の第２種バッテリーセルと、を含む。

例えば、前記第１バッテリーパック及び前記第２バッテリーパックはそれぞれ、第３直径及び第４直径の円形断面を有する。

例えば、前記第３直径及び第４直径は同じであり、前記第１バッテリーパックの周りに沿って配置された第２バッテリーパックの配列個数は６個である。

一方、本発明のさらに他の側面による電源供給装置は、前記バッテリーモジュールを複数含む電源供給装置であって、前記バッテリーモジュールは、第１列及び第２列をなして配列され、前記第１列及び第２列のバッテリーモジュールは、互い違いに配置され、前記第１列及び第２列のバッテリーモジュールは、互いの間に嵌め込まれて稠密に配列される。

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１に示されたバッテリーパックの断面図である。 第１種バッテリーセルに備えられる第１電極組立体を説明するための図面であって、第１電極組立体の斜視図である。 図３Ａに示された第１電極組立体を展開して示す分解斜視図である。 図３Ｂに示された第１電極組立体のＣ−Ｃ′線に沿って取った断面図である。 第２種バッテリーセルに備えられる第２電極組立体を説明するための図面であって、第２電極組立体の斜視図である。 図４Ａに示された第２電極組立体の断面図である。 本発明の一実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの配置関係を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの配置関係を説明するための図面である。 本発明の多様な実施形態によるバッテリーパックの構造を示す図面である。 本発明の多様な実施形態によるバッテリーパックの構造を示す図面である。 本発明の多様な実施形態によるバッテリーパックの構造を示す図面である。 本発明の多様な実施形態によるバッテリーパックの構造を示す図面である。 第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルとの個数の割合によって、バッテリーパックの出力密度及びエネルギー密度が変化する様相を示す図面である。 第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルとの個数の割合によって、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルとの発熱量の割合が変化する様相を示す図面である。 第１種バッテリーセルの周りに沿って第２種バッテリーセルの配列個数によって、面積利用率の増加（％）が変化する様相を示す図面である。 本発明の多様な実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの電気的な連結構造を説明するための図面である。 本発明の多様な実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの電気的な連結構造を説明するための図面である。 本発明の多様な実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの電気的な連結構造を説明するための図面である。 本発明の他の側面によるバッテリーモジュールを説明するための図面である。 本発明のさらに他の側面による電源供給装置を説明するための図面である。

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に係るバッテリーパック、バッテリーモジュール及び電源供給装置について説明する。

図１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。図２は、図１に示されたバッテリーパックの断面図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリーパックＰは、第１種バッテリーセルＣ１と、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第１種バッテリーセルＣ１を取り囲むように配列される複数の第２種バッテリーセルＣ２とを含む。

本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１は、瞬時の出力機能を行う高出力バッテリーセルであり、一つのバッテリーパックＰは、単数の第１種バッテリーセルＣ１を含む。前記第１種バッテリーセルＣ１と異なり、前記第２種バッテリーセルＣ２は、長期的な出力機能を行う高容量バッテリーセルであり、高容量を具現するために、一つのバッテリーパックＰは、複数の第２種バッテリーセルＣ２を含む。

本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１は、第２種バッテリーセルＣ２よりも高出力を発生させるように、第２種バッテリーセルＣ２よりも相対的に高い出力密度で形成される。ここで、出力密度（watt/liter）とは、バッテリーから提供可能な出力を比較するためのものであり、所定の体積（liter）当たり具現可能な出力（watt）を意味する。例えば、前記出力密度は、バッテリーの寿命特性の低下がない状態で、バッテリーの単位体積（liter）当たり最大出力（watt）を意味してもよく、所定のサイクルの間にバッテリーの寿命を維持できる状態で、バッテリーから取り出せる単位体積（liter）当たり最大出力（watt）を意味してもよい。

本発明の一実施形態において、前記第２種バッテリーセルＣ２は、第１種バッテリーセルＣ１よりも高容量を提供するように、第１種バッテリーセルＣ１よりも相対的に高いエネルギー密度で形成される。ここで、エネルギー密度とは、バッテリーの容量を比較するためのものであり、標準充放電条件（例えば、０．５Ｃ充電／０．２Ｃ放電）下でバッテリーの単位体積（liter）当たり得られるバッテリーのエネルギー（Ｗｈ）を意味する。

本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１は、ピークロードに対応して瞬時に迅速に高出力を発生させることにより、第２種バッテリーセルＣ２の劣化を防止することができ、前記第２種バッテリーセルＣ２は、長期的に全体のバッテリーパックＰの高容量を受け持つことになる。

前記第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２は、電気的に互いに連結され、後述するように、第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２は、互いに並列に連結されるので、第１種バッテリーセルＣ１の第１電極Ｃ１１及び第２電極ＣＣ１２はそれぞれ、第２種バッテリーセルＣ２の第１電極Ｃ２１及び第２電極ＣＣ２２と連結され、それによって、前記第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２は、内部的に互いに電流を補充して相互作用が可能である。例えば、前記第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２は、互いに協力して、外部負荷の出力要求に対応することができる。例えば、外部負荷のベースロードにおいて、前記第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２の両方は出力を発生させ、外部負荷のピークロードにおいて、前記第１種バッテリーセルＣ１は、瞬時の高出力を発生させ、第２種バッテリーセルＣ２は、第１種バッテリーセルＣ１の容量低下を補充するように電流を発生させる。そのように、本発明の一実施形態においては、第１種バッテリーセルＣ１を介してピークロードで高出力を迅速に発生させつつも、第１種バッテリーセルＣ１の低下した容量を第２種バッテリーセルＣ２が補充することにより、全体のバッテリーパックＰの容量を向上させることができる。本発明と異なり、高容量の第２種バッテリーセルＣ２が高出力を発生させるためには、寿命短縮が引き起こされるため、瞬時の高出力を発生させる高出力の第１種バッテリーセルＣ１と、第１種バッテリーセルＣ１の容量低下を補充する高容量の第２種バッテリーセルＣ２との並列連結により、高出力及び高容量の要求に対応することができる。

本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１は、随時の出力機能を行う高出力バッテリーセルであり、前記第２種バッテリーセルＣ２は、長期的な出力機能を行う高容量バッテリーセルであり、前記第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２は、出力特性が相異なるバッテリーセルとして設けられる。本発明の一実施形態において、相対的に高出力の第１種バッテリーセルＣ１、及び相対的に高容量の第２種バッテリーセルＣ２は、相異なる内部抵抗を有し、同じ第１放電条件で互いに異なる電圧降下を表すことができる。より具体的には、同じＯＣＶ（open circuit voltage）から１.５Ｃないし２.０Ｃの第１放電条件で、内部抵抗が相対的に低い高出力の第１種バッテリーセルＣ１の放電電圧は、相対的に緩やかに下降するのに対し、内部抵抗が相対的に高い高容量の第２種バッテリーセルＣ２の放電電圧は、相対的に急激に下降する。すなわち、同じ第１放電条件で、高出力の第１種バッテリーセルＣ１の電圧降下が、高容量の第２種バッテリーセルＣ２の電圧降下よりも小さい。そのように、高出力の第１種バッテリーセルＣ１及び高容量の第２種バッテリーセルＣ２は、同じ第１放電条件の高率放電（１.５Ｃないし２.０Ｃ）で互いに異なる電圧降下を表すことができ、かつ、同じ第２放電条件の低率放電で互いに異なる容量を表すことができる。例えば、前記第２放電条件で、同じＯＣＶ（open circuit voltage）から完全放電までの容量は、高出力の第１種バッテリーセルＣ１の容量が、高容量の第２種バッテリーセルＣ２の容量よりも低い。ここで、前記第１放電条件と第２放電条件は、それぞれ相対的に高率放電と低率放電に該当し、例えば、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との容量の比較のための第２放電条件は、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との電圧降下の比較のための第１放電条件よりも相対的に低率放電に該当し、低率放電下で第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との容量の測定がより正確に行われる。

図３Ａないし図３Ｃは、第１種バッテリーセルに備えられる第１電極組立体を説明するための図面であって、それぞれ第１電極組立体の斜視図、図３Ａに示された第１電極組立体を展開して示す分解斜視図、及び図３Ｂに示された第１電極組立体のＣ−Ｃ′線に沿って取った断面図である。

図３Ａないし図３Ｃを参照すれば、第１種バッテリーセルＣ１は、互いに対向して配置された第１極板１１及び第２極板１２、並びに前記第１極板１１と第２極板１２との間に介在された第１セパレータ１５を含む。互いに対向して配置された第１極板１１及び第２極板１２は、互いに逆極性を有する正極板及び負極板に該当する。より具体的には、前記第１極板１１は、第１正極基材１１ａ上に形成された第１正極活物質層１１ｂを含み、前記第２極板１２は、第１負極基材１２ａ上に形成された第１負極活物質層１２ｂを含む。

本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１は、第１極板１１と第２極板１２との間に第１セパレータ１５を介在して、ロール状に巻き取られた第１電極組立体Ａ１を含む。但し、前記第１電極組立体Ａ１は、ロール状に巻き取られた巻取型に限定されず、本発明の他の実施形態において、前記第１電極組立体Ａ１は、第１極板１１と第２極板１２との間に第１セパレータ１５を介在して、互いに積層された複数の第１極板１１及び第２極板１２を含む積層型にも設けられる。一方、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、１１ｃ及び１２ｃは、第１極板１１及び第２極板１２の正極基材１１ａ及び負極基材１２ａに形成された電極タブを意味し、それぞれ第１正極電極タブ及び第１負極電極タブを意味する。

図４Ａ及び図４Ｂは、第２種バッテリーセルに備えられる第２電極組立体を説明するための図面であって、それぞれ第２電極組立体の斜視図及び第２電極組立体の断面図である。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、前記第２種バッテリーセルＣ２は、互いに対向して配置された第３極板２１及び第４極板２２、並びに前記第３極板２１と第４極板２２との間に介在された第２セパレータ２５を含む。互いに対向して配置された第３極板２１及び第４極板２２は、互いに逆極性を有する正極板及び負極板に該当する。より具体的には、前記第３極板２１は、第２正極基材２１ａ上に形成された第２正極活物質層２１ｂを含み、前記第４極板２２は、第２負極基材２２ａ上に形成された第２負極活物質層２２ｂを含む。

本発明の一実施形態において、前記第２種バッテリーセルＣ２は、第３極板２１と第４極板２２との間に第２セパレータ２５を介在して、ロール状に巻き取られた第２電極組立体Ａ２を含む。但し、前記第２電極組立体Ａ２は、ロール状に巻き取られた巻取型に限定されず、本発明の他の実施形態において、前記第２電極組立体Ａ２は、第３極板２１と第４極板２２との間に第２セパレータ２５を介在して、互いに積層された複数の第３極板２１及び第４極板２２を含む積層型にも設けられる。一方、図４Ａにおいて、２１ｃ及び２２ｃは、第３極板２１及び第４極板２２の正極基材２１ａ及び負極基材２２ａに形成された電極タブを意味し、それぞれ第２正極電極タブ及び第２負極電極タブを意味する。

本発明の一実施形態において、前記第１電極組立体Ａ１は、第２電極組立体Ａ２よりも高出力を発生させるように、前記第１電極組立体Ａ１は、第２電極組立体Ａ２に比べて、相対的に高い出力密度で形成される。より具体的には、第１電極組立体Ａ１に備えられた第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの塗布量は、第１電極組立体Ａ１の出力密度と関係があり、第１電極組立体Ａ１の出力密度を高くするために、前記第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの厚さｔ１１、ｔ１２は、相対的に薄く形成される。本発明の一実施形態において、第１電極組立体Ａ１に備えられた第１正極活物質層１１ｂの厚さｔ１１は、第２電極組立体Ａ２に備えられた第２正極活物質層２１ｂの厚さｔ２１よりも薄く形成され、第１電極組立体Ａ１に備えられた第１負極活物質層１２ｂの厚さｔ１２は、第２電極組立体Ａ２に備えられた第２負極活物質層２２ｂの厚さｔ２２よりも薄く形成される。

そのように、第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの厚さｔ１１、ｔ１２は、相対的に薄く形成するが、第１電極組立体Ａ１の容量は同一に維持されるように、第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの体積は同一に維持することができ、そのために、第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの長さＬ１１、Ｌ１２は、相対的に長く形成する。例えば、第１電極組立体Ａ１に備えられる第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの厚さｔ１１、ｔ１２を、以前に比べて１／３レベルに薄く形成しつつ、全体の第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの体積は同一に維持するように、第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの長さＬ１１、Ｌ１２は３倍に長く形成する。ここで、前記第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの長さＬ１１、Ｌ１２とは、第１電極組立体Ａ１の巻取方向に沿う長さを意味し、後述するように、前記第２正極活物質層２１ｂ及び第２負極活物質層２２ｂの長さＬ２１、Ｌ２２とは、第２電極組立体Ａ２の巻取方向に沿う長さを意味する。

本発明の一実施形態において、第１電極組立体Ａ１に備えられる第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの厚さｔ１１、ｔ１２は、第２電極組立体Ａ２に備えられる第２正極活物質層２１ｂ及び第２負極活物質層２２ｂの厚さｔ２１、ｔ２２の１／３レベルで薄く形成し、第１電極組立体Ａ１に備えられる第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの長さＬ１１、Ｌ１２は、第２電極組立体Ａ２に備えられる第２正極活物質層２１ｂ及び第２負極活物質層２２ｂの長さＬ２１、Ｌ２２の３倍レベルで長く形成する。

本発明の一実施形態においては、第１電極組立体Ａ１の出力密度を高くするための構成として、第１電極組立体Ａ１に備えられた第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの厚さｔ１１、ｔ１２を相対的に薄く形成しているが、本発明の他の実施形態においては、第１電極組立体Ａ１の出力密度を高くするための他の構成として、前記第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの合剤密度を低く形成することもできる。例えば、本発明の他の実施形態において、第１電極組立体Ａ１に備えられた第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの合剤密度は、第２電極組立体Ａ２に備えられた第２正極活物質層２１ｂ及び第２負極活物質層２２ｂの合剤密度よりも低く形成される。その場合も、第１電極組立体Ａ１の容量は同一に維持されるように、第１電極組立体Ａ１に備えられる第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの合剤密度は、第２電極組立体Ａ２に備えられる第２正極活物質層２１ｂ及び第２負極活物質層２２ｂの合剤密度よりも低く形成しつつ、第１電極組立体Ａ１に備えられる第１正極活物質層１１ｂ及び第１負極活物質層１２ｂの長さＬ１１、Ｌ１２は、第２電極組立体Ａ２に備えられる第２正極活物質層２１ｂ及び第２負極活物質層２２ｂの長さＬ２１、Ｌ２２よりも長く形成する。

図１及び図２を参照すれば、前記第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２はそれぞれ、第１Ｄ１及び第２直径Ｄ２の円形断面を有する円形バッテリーセルとして設けられる。すなわち、前記第１種バッテリーセルＣ１は、第１直径Ｄ１の円形断面に沿って外周面を形成し、第１種バッテリーセルＣ１の外周面に沿って、第２直径Ｄ２の円形断面を有する第２種バッテリーセルＣ２が配列される。

図５Ａは、本発明の一実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの配置関係を説明するための図面である。図１、図２、及び図５Ａを共に参照すれば、本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置される第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２によって決定され、第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２と共に、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配列された互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇによっても決定される。すなわち、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１によって、第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に、第１種バッテリーセルＣ１の外周面の長さが決定され、第１種バッテリーセルＣ１の外周面の長さ上に、第２直径Ｄ２の第２種バッテリーセルＣ２が、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇを有して配列される。ここで、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇとは、第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に沿うギャップｇの大きさを意味するものであり、例えば、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の互いに対向する外周面の間のギャップｇを意味してもよい。例えば、第１種バッテリーセルＣ１の弧上に、複数の第２種バッテリーセルＣ２が配列される場合、第１種バッテリーセルＣ１の弧と接し、かつ互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間には、余裕空間あるいは死空間ＴＳが形成されるが、本明細書を通じて、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇとは、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２が互いに対向する外周面、すなわち、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２が互いに対向する方向（第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に該当する）に沿って互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２が互いに対向する外周面の間のギャップｇを意味する。そのように、本発明の多様な実施形態において、前記ギャップｇは、第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に沿って互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の互いに対向する外周面の間に存在するギャップｇを意味するが、前記ギャップｇは、第２種バッテリーセルＣ２と、第２種バッテリーセルＣ２により取り囲まれた第１種バッテリーセルＣ１との間にも存在する。その場合、第１種バッテリーセルＣ１の弧と接し、かつ隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間に存在する死空間ＴＳは、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇを含む。例えば、前記第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇを含む死空間ＴＳは、第１種バッテリーセルＣ１の弧と接し、かつ互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間に存在することができ、前記死空間ＴＳは、第１種バッテリーセルＣ１と、互いに隣接した二つの第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇに向かって凹状に収斂する三つの部分を含み、第１種バッテリーセルＣ１の長手方向に沿って柱状に形成された空間を含む。

本発明の多様な実施形態において、前記ギャップｇとは、互いに隣接したバッテリーセルＣ１、Ｃ２の間に存在する最小限の空間を意味し、より具体的には、前記ギャップｇは、第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に沿って互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間に存在するギャップｇ（第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップ）を含んでもよく、第２種バッテリーセルＣ２と、第２種バッテリーセルＣ２により取り囲まれた第１種バッテリーセルＣ１との間に存在するギャップｇ（第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップ）を含んでもよく、かかる意味で、前記ギャップｇは、バッテリーパックＰを形成する互いに隣接したバッテリーセルＣ１、Ｃ２の間に存在する最小限の空間を意味する。前記ギャップｇと関連し、バッテリーパックＰを形成する互いに隣接したバッテリーセルＣ１、Ｃ２の間に存在する最小限の空間とは、相異なるバッテリーセルＣ１、Ｃ２の間の熱的及び電気的干渉を遮断するために、互いに隣接したバッテリーセルＣ１、Ｃ２の間に確保された最小限の空間を意味する。言い換えれば、前記ギャップｇにより、互いに隣接したバッテリーセルＣ１、Ｃ２の間の熱的及び電気的干渉が遮断され、例えば、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇにより、相対的に高い発熱特性を有する第１種バッテリーセルＣ１から、相対的に低い発熱特性を有する第２種バッテリーセルＣ２に向かう熱的干渉が遮断される。後述するように、本発明の一実施形態においては、相対的に高い発熱特性を有する第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って、相対的に低い発熱特性を有する第２種バッテリーセルＣ２を配置することにより、相対的に高い発熱特性の第１種バッテリーセルＣ１から、相対的に低い発熱特性の第２種バッテリーセルＣ２に向かう熱伝播を促進することができる。このとき、前記第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇにより、第１種バッテリーセルＣ１からの過度な熱伝播によって第２種バッテリーセルＣ２が劣化することを遮断することができる。

本発明の一実施形態において、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇ、及び第１種バッテリーセルＣ２と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇは、同じ寸法に形成される。後述するように、下記の数式１において、ギャップｇとは、第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇ、及び第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇをいずれも意味する。より具体的には、前記ギャップｇは、第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇであると共に、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇを意味する。このとき、前記第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇ、及び第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇは、下記の数式１で表現された関係により、同じ寸法に設定される。本明細書に添付された図面において、第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇ、及び第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇには、同じ符号が付与されているが、それは、理解の便宜のためのものであり、本発明の多様な実施形態において、例えば、図５Ｂに示された実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇ１、及び第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇ２は、相異なる寸法に設定することもできる。

互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇは、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置された第２種バッテリーセルＣ２の配列個数と関連があり、第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２と、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数から設定される。以下、別途の特別な断りのない限り、ギャップｇとは、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置された第２種バッテリーセルＣ２の配列個数と関連のある第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇを意味する。

本発明の多様な実施形態において、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇは、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２、並びに第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配列される第２種バッテリーセルＣ２の個数によって存在することもあり、存在しないこともある。後述するように、第１及び第２直径Ｄ１、Ｄ２が同じ寸法に設計されつつ、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って６個の第２種バッテリーセルＣ２が配列される場合、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇは存在しないこともある（図６Ａ参照）。

図５Ａを参照すれば、前記第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数ｎ、第１種バッテリーセルＣ１、及び第２種バッテリーセルＣ２の第１Ｄ１及び第２直径Ｄ２、並びに互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇは、下記の数式１の関係を満足する。ここで、図５Ａ及び数式１において、第１半径Ｒ１及び第２半径Ｒ２は、それぞれ第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第１Ｄ１及び第２直径Ｄ２の半分に該当する値を有する。

図５Ａを参照すれば、前記の数式１は、第１種バッテリーセルＣ１の中心と、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って互いに隣接して配列される第２種バッテリーセルＣ２の二つの中心とを連結する三角形を二分する直角三角形に対して、三角関数を適用することによって得られる。

図５Ｂは、本発明の他の実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの配置関係を説明するための図面である。図５Ｂを参照すれば、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇ１、及び第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇ２は、相異なる寸法に形成される。例えば、第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇ１、及び第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇ２は、前記第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との相異なる発熱特性を考慮して、相異なる値に設定可能である。

図５Ｂを参照すれば、前記第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数ｎ、第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇ１、並びに第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇ２は、下記の数式２の関係を満足する。ここで、図５Ｂ及び下記の数式２において、第１及び第２半径Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第１及び第２直径Ｄ１、Ｄ２の半分に該当する値を有する。

図５Ｂを参照すれば、前記の数式２は、第１種バッテリーセルＣ１の中心と、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って互いに隣接して配列される第２種バッテリーセルＣ２の二つの中心とを連結する三角形を二分する直角三角形に対して、三角関数を適用することによって得られる。

図６Ａないし図６Ｄは、本発明の多様な実施形態によるバッテリーパックの構造を示す図面である。

図６Ａないし図６Ｄを参照すれば、本発明の多様な実施形態において、第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は多様に変形可能であり、配列個数によって、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２が多様に変化する。ここで、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は多様に変化するが、前記第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２は、任意に選択された寸法というよりは、商用化されたバッテリーセルの寸法に該当する。すなわち、図６Ａないし図６Ｄに示された多様なサイズの第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２は、商用化されたサイズを有するバッテリーセルに該当する。

図６Ａに示されたように、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個である場合、第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に沿って互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間のギャップｇは存在せず、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の互いに対向する外周面は互いに当接する。ここで、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の外周面は、第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に沿って互いに対向する外周面を意味する。より具体的には、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個である場合、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は同じであり、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の外周面は互いに当接する。

図６Ｂないし図６Ｄに示されたように、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が７個ないし９個である場合、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の外周面の間にはギャップｇが形成され、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の外周面は互いに当接しないのである。本発明の多様な実施形態において、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最小７個以上から最大９個以下に設定される。図６Ａに示されたように、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個である場合は、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の外周面が互いに当接することになるので、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間の当接により熱伝播が行われ、例えば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って互いに当接して配列された第２種バッテリーセルＣ２のいずれか一つの第２種バッテリーセルＣ２が高温劣化する場合、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って熱暴走（thermal runaway）が発生しうる。また、第２種バッテリーセルＣ２の外周面は、第２種バッテリーセルＣ２のいずれか一つの極性を有し、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の外周面同士の当接により、電気的な短絡が発生しうる。本発明の一実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２同士は互いに並列に連結されているが、第２種バッテリーセルＣ２の外周面同士の当接により短絡が発生する場合、制御されない充放電経路を通じて、充放電電流の漏れが引き起こされる危険があり得る。一方、図６Ａに示されたように、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個である場合、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２は互いに当接し、第１種バッテリーセルＣ１の外周面に沿って第２種バッテリーセルＣ２が当接しつつ、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との間にはギャップが存在しないのである。そのような実施形態において、相対的に高温発熱特性の第１バッテリーセルＣ１から、相対的に低温発熱特性の第２バッテリーセルＣ２に向かって過度な熱伝播が行われ、制御されない充放電経路を通じて、充放電電流の漏れや互いの電気的な干渉が引き起こされてしまう。

本発明の多様な実施形態においては、第２種バッテリーセルＣ２同士および／または第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との熱的接触や電気的接触を回避することにより、熱的接触による熱伝播や熱暴走を遮断し、電気的接触による短絡を防止するために、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最小７個以上から最大９個以下に設計される。

図６Ａないし図６Ｄを参照すれば、概ね第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにつれて、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１が、第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２よりも増加する傾向を有する。例えば、より増加した第１直径Ｄ１の外周面上に、さらに多い個数の第２種バッテリーセルＣ２が配列される。例えば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにつれて、第１種バッテリーセルＣ１の断面積の比重が、第２種バッテリーセルＣ２の断面積の比重よりも大きく増加し、それは、相対的に高い出力密度で形成された第１種バッテリーセルＣ１の比重が増加し、相対的に高いエネルギー密度で形成された第２種バッテリーセルＣ２の比重が減少することを意味するものであり、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増減するにつれて、バッテリーパックＰの出力及び容量が変化することになるということを意味する。

本発明の多様な実施形態において、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って、同じ個数の第２種バッテリーセルＣ２が配列されても、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は、相異なる寸法に設計され、図７に示すように、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数がそれぞれ同一な７個、８個、９個でも、それぞれ第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は、相異なる寸法に設計され、例えば、配列個数が同一な８個でも、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は、それぞれ３３．５ｍｍと２１ｍｍの組み合わせ、それぞれ４１ｍｍと２６ｍｍの組み合わせと相異なって設計される。そのように、それぞれ相異なる第１Ｄ１及び第２直径Ｄ２によって、第１種バッテリーセルＣ１の断面積の比重及び第２種バッテリーセルＣ２の断面積の比重が異なり、例えば、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が８個と同じであるとしても、バッテリーパックＰの出力及び容量は相異なって設計されるのである。

図７は、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルとの個数の割合によって、バッテリーパックの出力密度及びエネルギー密度が変化する様相を示す図面である。

図７を参照すれば、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との個数の割合は、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置される第２種バッテリーセルＣ２の配列個数を意味する。また、図７には、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との個数の割合と共に、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２も表示されている。前述のように、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との個数の割合が同じであるとしても、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は、相異なる組み合わせで設計されることもあり、それによって、出力密度及びエネルギー密度が変化するという点を考慮して、図７では第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２を共に示している。

図７を参照すれば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにつれて、概ね出力密度は向上する傾向を見せ、エネルギー密度は低下する傾向を見せる。ここで、出力密度及びエネルギー密度は、それぞれ第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２を含む全体のバッテリーパックＰの出力密度及びエネルギー密度を表すものである。

第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加し、かつ出力密度が向上する傾向は、瞬時に高出力を発生させるように、相対的に高い出力密度で形成された第１種バッテリーセルＣ１の比重が増加するので、全体のバッテリーパックＰの出力密度が向上する傾向を有するものと解される。

第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加し、かつエネルギー密度が低下する傾向は、長期的に高容量を受け持つように、相対的に高いエネルギー密度で形成された第２種バッテリーセルＣ２の比重が相対的に減少するので、全体のバッテリーパックＰのエネルギー密度が低下する傾向を有するものと解される。

図７を参照すれば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が同じ場合でも、具体的な実施形態によって、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２が相異なる場合には、第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２の相対的な比重が相異なり、それによって、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が同じ場合にも、バッテリーパックＰの出力密度及びエネルギー密度が相異なるのである。

図７を参照すれば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個から７個に増加するにつれて、出力密度が向上することはいうまでもなく、エネルギー密度も共に向上することを確認することができる。そのように、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにもかかわらず、エネルギー密度が向上することは、本発明の多様な実施形態において、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は、商用化されたバッテリーセルのサイズに合わせて選択可能であり、それによって、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個及び７個である場合、第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２が同一に維持されうる。例えば、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個及び７個である場合、第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は、２１ｍｍと同一に維持され、それによって、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が７個である場合に、配列個数が６個である場合よりも相対的に高いエネルギー密度を有することができる。すなわち、前述のように、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにもかかわらず、第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２が減少せずに同一に維持されるので、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個である場合よりも、配列個数が７個である場合に、相対的に高いエネルギー密度を有することができる。

前記第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個である場合よりも、配列個数が７個である場合に、出力密度はいうまでもなく、エネルギー密度も共に向上するので、本発明の一実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最小７個以上に選択されることが好ましい。より具体的には、本発明の多様な実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最小７個以上から最大９個以下に設定可能である。

図７を参照すれば、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が８個である場合よりも、配列個数が９個である場合に、エネルギー密度が急激に低下するので、本発明の一実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最大８個以下に選択される。例えば、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が８個である場合よりも、配列個数が９個である場合に、出力密度は向上する一方、エネルギー密度は低下するが、このとき、出力密度の増加分に比べて、エネルギー密度の減少分が著しく表されるので、本発明の一実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最大８個以下に選択される。より具体的には、本発明の多様な実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最小７個以上から最大８個以下に設定可能である。

図８は、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルとの個数の割合によって、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルとの発熱量の割合が変化する様相を示す図面である。ここで、発熱量の割合は、第２種バッテリーセルＣ２の発熱に対する、第１種バッテリーセルＣ１の発熱の相対的な割合を表すものであり、第２種バッテリーセルＣ２に対する第１種バッテリーセルＣ１の発熱の倍数、すなわち、第１種バッテリーセルＣ１の発熱が、第２種バッテリーセルＣ２の発熱の何倍に該当するかを表す。

図８を参照すれば、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との個数の割合は、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置される第２種バッテリーセルＣ２の配列個数を意味する。また、図８には、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との個数の割合と共に、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２も表示されている。前述のように、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との個数の割合が同じであるとしても、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１及び第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２は、相異なる組み合わせで設計され、それによって、発熱量の割合が変化するという点を考慮して、図８では第１直径Ｄ１及び第２直径Ｄ２を共に示している。

前記第１種バッテリーセルＣ１は、ピークロードに対応して瞬時に迅速に高出力を発生させるので、大量の熱を発生する。それに対し、前記第２種バッテリーセルＣ２は、長期的に第１種バッテリーセルＣ１の容量を補充するか、またはベースロードに対応するので、第１種バッテリーセルＣ１よりは相対的に低い発熱を起こす。本発明の一実施形態においては、第１種バッテリーセルＣ１により、迅速に高出力を発生させつつも、第２種バッテリーセルＣ２により、第１種バッテリーセルＣ１の容量を補充することができ、例えば、相対的に高い発熱特性を有する第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って、相対的に低い発熱特性を有する第２種バッテリーセルＣ２を配列することにより、第１種バッテリーセルＣ１の高い発熱が局部的に蓄積されず、第１種バッテリーセルＣ１を取り囲む第２種バッテリーセルＣ２を通じて、熱拡散が行われるようにする。すなわち、高い発熱特性を有する第１種バッテリーセルＣ１の周辺に、低い発熱特性を有する第２種バッテリーセルＣ２を配列することにより、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との温度偏差（または、発熱量の割合）によって、第１種バッテリーセルＣ１から第２種バッテリーセルＣ２に向かう熱拡散が行われる。例えば、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との温度偏差（または、発熱量の割合）が大きくなるほど、第１種バッテリーセルＣ１から第２種バッテリーセルＣ２に向かう熱拡散が促進される。

図８を参照すれば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配列される第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにつれて、第１種バッテリーセルＣ１の発熱量の割合が増加することを確認することができる。すなわち、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個から９個に増加するにつれて、第１種バッテリーセルＣ１の断面積の比重が、第２種バッテリーセルＣ２の断面積の比重よりも増加し、かつ第１種バッテリーセルＣ１の発熱が相対的に著しくなり、第１種バッテリーセルＣ１の発熱が、第２種バッテリーセルＣ２の発熱よりも１.６倍から４．２倍まで増加することが分かる。

例えば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配列される第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにつれて、第１種バッテリーセルＣ１の第１直径Ｄ１が、第２種バッテリーセルＣ２の第２直径Ｄ２に比べて相対的に増加し、かつ第１種バッテリーセルＣ１の断面積の比重が増加し、相対的に高い発熱の第１種バッテリーセルＣ１の断面積の比重が増加し、かつ第１種バッテリーセルＣ１の発熱量の割合が増加するものと解される。このとき、第１種バッテリーセルＣ１の発熱量の割合が増加することは、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との発熱量の差が増加するというものであり、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との温度偏差が増加し、かつ高い発熱の第１種バッテリーセルＣ１から、低い発熱の第２種バッテリーセルＣ２に向かう熱拡散が促進されうる。言い換えれば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにつれて、相対的に高い発熱特性を有する第１種バッテリーセルＣ１の発熱量が増加するが、高い発熱特性を有する第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って、低い発熱特性を有する第２種バッテリーセルＣ２を配列することにより、第１種バッテリーセルＣ１から第２種バッテリーセルＣ２に向かう熱拡散が促進されうる。本発明の多様な実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最小７個以上に設計されてもよい。図８に示すように、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が６個である場合、第１種バッテリーセルＣ１の発熱量は、第２種バッテリーセルＣ２の発熱量の１.６倍のレベルであり、第１種バッテリーセルＣ１から第２種バッテリーセルＣ２に向かう熱拡散を促進するのには、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との発熱量の割合あるいは温度偏差が十分に大きくないので、本発明の多様な実施形態において、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最小７個以上に設計されてもよい。

図９は、第１種バッテリーセルの周りに沿って第２種バッテリーセルの配列個数によって、面積利用率の増加（％）が変化する様相を示す図面である。ここで、面積利用率は、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２を取り囲むセル領域Ｓ（図１及び図２）の断面積に対して、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２が占める断面積の相対的な割合を意味する。また、面積利用率の増加は、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２を取り囲むセル領域Ｓ（図１及び図２）の断面積に対して、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２が占める断面積が増加する相対的な割合（％）を表す。

本発明の一実施形態において、バッテリーパックＰの容量と関連した単位体積当たりエネルギー密度は、エネルギー生産や変換に寄与しない死空間ＴＳ（図１及び図２）を取り除くことによって向上する。例えば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って複数の第２種バッテリーセルＣ２が配列され、このとき、第１種バッテリーセルＣ１の弧と接し、かつ隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間には、第１種バッテリーセルＣ１の長手方向に沿って柱状に形成された死空間ＴＳが形成される。例えば、前記死空間ＴＳは、第１種バッテリーセルＣ１と、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇを含み、第１種バッテリーセルＣ１と、互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２とのギャップｇに沿って収斂する凹状の三つの部分を含み、第１種バッテリーセルＣ１の長手方向に沿って延びる柱状の空間を含むのである。

本発明の一実施形態においては、前記死空間ＴＳを減らすための構成として、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置される第２種バッテリーセルＣ２の配列個数を増加させることができる。例えば、第１種バッテリーセルＣ１の大きさ（第１直径Ｄ１）を、第２種バッテリーセルＣ２の大きさ（第２直径Ｄ２）よりも増加させつつ、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って、相対的に多くの個数の第２種バッテリーセルＣ２を配列することにより、第１種バッテリーセルＣ１の弧と接し、かつ隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間に形成される死空間ＴＳを減らすことができる。

図９を参照すれば、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置される第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにつれて、面積利用率は増加する一方、死空間ＴＳは減少する。例えば、面積利用率とは、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２を取り囲むセル領域Ｓの断面積に対して、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２が占める断面積の相対的な割合を意味し、全体のセル領域Ｓのうち、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２が占める断面積の比重が増加するほど、また、全体のセル領域Ｓのうち、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２を除いた死空間ＴＳに該当する断面積の比重が減少するほど、増加することができる。前記セル領域Ｓについてのより具体的な技術的内容は後述する。

図９を参照すれば、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が少ない場合は、面積利用率の増加が相対的に大きく、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が増加するにつれて、面積利用率の増加が急激に減少することを確認することができる。より具体的には、第２種バッテリーセルＣ２の配列個数が９個以上である場合は、面積利用率の増加がほぼ一定の値に収斂し、第２種バッテリーセルＣ２の個数を９個以上に増加させることは、面積利用率の増加あるいは死空間ＴＳの減少にほとんど影響を与えないということが分かる。以上のような考慮から、本発明の一実施形態において、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配列される第２種バッテリーセルＣ２の個数は、最大８個以下に設定される。

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施形態において、バッテリーパックＰを形成する複数のバッテリーセル、すなわち、第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２は、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配列された複数の第２種バッテリーセルＣ２を連続して取り囲む包絡線により定義されるセル領域Ｓ内に配置可能である。例えば、本発明の一実施形態において、セル領域Ｓを定義する包絡線は、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配列された複数の第２種バッテリーセルＣ２の外周面と連続して接し、かつ複数の第２種バッテリーセルＣ２を連続して取り囲む曲線状に形成される。本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１は、第１直径Ｄ１の断面を有する円形バッテリーセルとして設けられ、前記第２種バッテリーセルＣ２は、第２直径Ｄ２の断面を有する円形バッテリーセルとして設けられる。このとき、前記セル領域Ｓは、円弧状の包絡線により定義される円形に形成される。

本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１は、セル領域Ｓの中央位置に配置され、第２種バッテリーセルＣ２は、セル領域Ｓのエッジに沿って配列される。すなわち、本発明の一実施形態において、前記第１種バッテリーセルＣ１の中心は、セル領域Ｓの中央位置に整列され、前記第２種バッテリーセルＣ２の中心は、セル領域Ｓの中央位置を取り囲む円弧に沿って配列される。

本発明の一実施形態によるバッテリーパックＰは、前記第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２の両方を収容するパックケースＰＣをさらに含んでもよい。前記パックケースＰＣは、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との長手方向に沿って延び、かつ円形断面を有する円柱状のセル収容空間ＣＡを有することができる。

図１０Ａないし図１０Ｃは、本発明の多様な実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルの電気的な連結構造を説明するための相異なる図面である。

図１０Ａを参照すれば、前記第１種バッテリーセルＣ１と、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配列された複数の第２種バッテリーセルＣ２とは、互いに並列に連結可能である。第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２は、複数の連結配線Ｗ１を介して互いに並列に連結される。前記連結配線Ｗ１は、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置された第２種バッテリーセルＣ２の配列個数に該当する複数の連結配線Ｗ１を含んでもよい。このとき、それぞれの連結配線Ｗ１は、第１種バッテリーセルＣ１と、いずれか一つの第２種バッテリーセルＣ２との電気的連結を形成することができる。例えば、前記複数の連結配線Ｗ１は、第１種バッテリーセルＣ１の電極から放射状に延びつつ、それぞれ該当する第２種バッテリーセルＣ２の電極に連結される。複数の連結配線Ｗ１は、第１種バッテリーセルＣ１の電極上で共通接点を形成しつつ、第１種バッテリーセルＣ１と複数の第２種バッテリーセルＣ２とを並列に連結することができる。前記連結配線Ｗ１は、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２を互いに電気的に連結しつつ、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との容量を互いに補充することができ、例えば、第１種バッテリーセルＣ１は、ピークロードに対応して迅速に高出力を発生させ、第２種バッテリーセルＣ２は、連結配線Ｗ１を介して第１種バッテリーセルＣ１の容量の低下を補充することができる。

前記第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２は、互いに協力して外部負荷の出力要求に対応することが可能であり、第１種バッテリーセルＣ１に連結された抵抗と、第２種バッテリーセルＣ２に連結された抵抗との相対的な割合によって割り当てられた電流を発生させることができる。ここで、第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２に連結された抵抗とは、第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２の内部抵抗と外部抵抗を包括した全体抵抗を意味する。前記第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２は、それぞれ相対的に高い出力密度及びエネルギー密度で形成されるので、相異なる内部抵抗を有することができ、第１種バッテリーセルＣ１の内部抵抗よりも、第２種バッテリーセルＣ２の内部抵抗がさらに高い値を有するように形成される。そして、かかる内部抵抗の設計によって、第２種バッテリーセルＣ２よりも、第１種バッテリーセルＣ１が相対的に多くの電流を発生させることができる。例えば、前記内部抵抗は、リアクタンス成分を有し、ピークロードでは、第１種バッテリーセルＣ１が電流のほとんどを発生させ、ベースロードでは、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２が互いに協力して電流を発生させる。本発明の一実施形態において、前記バッテリーパックＰは、電気車両の駆動電源を供給することが可能であり、車両の加速時、ピークロードに対応して、第１種バッテリーセルＣ１が電流のほとんどを発生させ、車両の定速走行時、ベースロードに対応して、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２が互いに協力して電流を発生させる。

本発明の一実施形態においては、車両の減速時に発生する再生電流を利用してバッテリーパックＰを充電することが可能であり、第１種バッテリーセルＣ１に瞬時に発生する再生電流のほとんどを充電し、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２とを連結する連結配線Ｗ１を介して、第２種バッテリーセルＣ２の容量を補充することができる。第２種バッテリーセルＣ２を介して瞬時に高出力の電流を発生させるか、または瞬時に高出力の電流を充電する場合、第２種バッテリーセルＣ２の寿命短縮が引き起こされるので、瞬時に要求される高出力の電流や瞬時に発生する高出力の電流は、第１種バッテリーセルＣ１を介して放電または充電し、連結配線Ｗ１を介して第２種バッテリーセルＣ２との容量のバランスを取ることができる。

前記第１種バッテリーセルＣ１には、外部負荷と連結され、バッテリーパックＰの充放電経路を形成するための入出力配線Ｗ２が連結されてもよい。前記入出力配線Ｗ２は、第１種バッテリーセルＣ１と外部負荷との間、及び第２種バッテリーセルＣ２と外部負荷との間で共通した充放電経路を形成することができる。例えば、前記入出力配線Ｗ２は、第１種バッテリーセルＣ１の電極上に連結されて、第１種バッテリーセルＣ１から外部負荷に向かって連結され、第１種バッテリーセルＣ１の充放電経路は、前記入出力配線Ｗ２を含む。また、前記入出力配線Ｗ２は、第１種バッテリーセルＣ１の電極上で連結配線Ｗ１と共通接点を形成し、第２種バッテリーセルＣ２の充放電経路は、第２種バッテリーセルＣ２の電極と第１種バッテリーセルＣ１の電極とを連結する連結配線Ｗ１と、第１種バッテリーセルＣ１の電極から外部負荷に向かって連結される入出力配線Ｗ２とを含む。

第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との充放電経路は、それらに共通した充放電経路を形成する入出力配線Ｗ２を含み、前記第２種バッテリーセルＣ２の充放電経路は、入出力配線Ｗ２に加えて、連結配線Ｗ１をさらに含んでもよい。言い換えれば、第１種バッテリーセルＣ１の充放電経路よりも、第２種バッテリーセルＣ２の充放電経路が相対的にさらに長く形成される。そのような第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２との配線構造上の差によって、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２から外部負荷に連結される外部抵抗を比較すると、第１種バッテリーセルＣ１の外部抵抗よりも、第２種バッテリーセルＣ２の外部抵抗が相対的に高い。

一方、前記第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２は、外部負荷の出力要求に対して、抵抗の相対的な割合によって割り当てられた電流を発生させ、前記のような外部抵抗の設計によって、第１種バッテリーセルＣ１が第２種バッテリーセルＣ２よりもさらに多くの電流を発生させる。前述のように、高出力の第１種バッテリーセルＣ１の内部抵抗は、高容量の第２種バッテリーセルＣ２の内部抵抗よりも低く形成され、内部抵抗に加えて、外部抵抗に対しても、第１種バッテリーセルＣ１に連結された外部抵抗が、第２種バッテリーセルＣ２に連結された外部抵抗よりも低く形成されるので、内部抵抗と外部抵抗を含む抵抗の割合によって、第１種バッテリーセルＣ１が第２種バッテリーセルＣ２よりもさらに多くの電流を分担することになる。

本発明では、第１種バッテリーセルＣ１に連結された抵抗と、第２種バッテリーセルＣ２に連結された抵抗（外部抵抗）とを異なるように設計することにより、第１種バッテリーセルＣ１でより多くの電流を分担するようにし、瞬時に要求されるピークロードでほとんどの電流を分担するようにすることにより、第２種バッテリーセルＣ２の寿命短縮を防止することができ、瞬時に高出力の発生が可能であり、かつ長期的に寿命短縮を防止することが可能な、高出力かつ高容量のバッテリーパックＰが提供される。

前記第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２に連結される抵抗（外部抵抗）を異なるように形成することは、第１種バッテリーセルＣ１に連結された入出力配線Ｗ２と、第２種バッテリーセルＣ２に連結された連結配線Ｗ１との抵抗を異なるように設計することによって具現可能である。

図１０Ａを参照すれば、前記入出力配線Ｗ２の断面積（例えば、厚さｔｗ２）は、前記連結配線Ｗ１の断面積（例えば、厚さｔｗ１）よりも大きく形成され、それによって、入出力配線Ｗ２の抵抗よりも、連結配線Ｗ１の抵抗がより高く形成される。前述のように、第１種バッテリーセルＣ１の充放電経路よりも、第２種バッテリーセルＣ２の充放電経路が相対的に長く形成されることにより、第１種バッテリーセルＣ１の電流負担を増やすことができ、さらに、入出力配線Ｗ２と連結配線Ｗ１との異なる断面積により、第１種バッテリーセルＣ１の電流負担をさらに増やすことができる。

図１０Ｂを参照すれば、入出力配線Ｗ２′及び連結配線Ｗ１′に対して異なる素材を適用することができる。例えば、入出力配線Ｗ２′には第１金属素材を適用し、連結配線Ｗ１′には第２金属素材を適用し、このとき、第１金属素材及び第２金属素材は、相異なる電気伝導度あるいは抵抗値を有する相異なる素材を含んでもよい。例えば、前記入出力配線Ｗ２′と連結配線Ｗ１′の両方は、電気伝導度に優れた金属素材で形成されるが、前記入出力配線Ｗ２′を形成する第１金属素材は、連結配線Ｗ１′を形成する第２金属素材よりも電気伝導度が高い素材を含んでもよい。より具体的には、本発明の一実施形態において、前記入出力配線Ｗ２′は、電気伝導度により優れた銅素材を含み、前記連結配線Ｗ１′は、電気伝導度が多少低いアルミニウムやニッケル素材を含む。例えば、前記入出力配線Ｗ２′は、銅や銅合金を含み、前記連結配線Ｗ１′は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金を含む。

図１０Ｃを参照すれば、前記連結配線Ｗ１は、追加抵抗ＡＲを含むことが可能であり、追加抵抗ＡＲにより、連結配線Ｗ１の抵抗が、入出力配線Ｗ２の抵抗よりも増加する。ここで、追加抵抗ＡＲとは、配線自体の線間抵抗以外に、電流の疎通を遅延させる構成であって、例えば、連結配線Ｗ１に追加抵抗ＡＲをさらに付加するか、または連結配線Ｗ１自体の一部の形状を屈曲して形成することにより、追加抵抗ＡＲを具現可能である。

本発明の一実施形態において、前記入出力配線Ｗ２及び連結配線Ｗ１は、異なる抵抗を有する以外に、電気的な連結が可能ないかなる構造や素材によっても形成可能であり、例えば、前記入出力配線Ｗ２及び連結配線Ｗ１は、金属バーのような剛性材料で形成されてもよく、金属ワイヤーのような可撓性材料で形成されてもよい。例えば、前記入出力配線Ｗ２及び連結配線Ｗ１は、第１種バッテリーセルＣ１の電極及び第２種バッテリーセルＣ２の電極上で、溶接、半田付け、ワイヤーボンディングなどにより、第１種バッテリーセルＣ１の電極及び第２種バッテリーセルＣ２の電極上に結合される。

本発明の一実施形態において、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２を含むバッテリーパックＰは、バスバーＢを介して外部負荷に連結される。このとき、前記第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２の共通した充放電経路を形成するための入出力配線Ｗ２は、第１種バッテリーセルＣ１の電極とバスバーＢとを連結する。

本発明の一実施形態において、前記バッテリーパックＰは、電気車両の駆動電源を供給することが可能であり、前記バッテリーパックＰは、互いに電気的に連結された他のバッテリーパックＰと共にモジュール単位を形成しつつ、複数のバッテリーパックＰにより、電気車両の駆動電源を供給するための高出力かつ高容量の駆動電源を供給することが可能である。このとき、複数のバッテリーパックＰは、バスバーＢを介して互いに電気的に連結される。すなわち、前記バスバーＢは、複数のバッテリーパックＰからの充放電電流を取り集めるためのものであり、それぞれのバッテリーパックＰから延びる入出力配線Ｗ２よりも低い抵抗あるいは優れた電気伝導度を有することができる。例えば、前記バスバーＢの断面積は、入出力配線Ｗ２の断面積よりも大きく、前記バスバーＢの第３金属素材は、入出力配線Ｗ２の第１金属素材よりも優れた電気伝導度を有する素材を含む。

図１１は、本発明の他の側面によるバッテリーモジュールを説明するための図面である。

図１１を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールＭは、複数のバッテリーパックＰ１、Ｐ２を含む。より具体的には、前記バッテリーモジュールＭは、第１バッテリーパックＰ１と、前記第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って前記第１バッテリーパックＰ１を取り囲むように配列される複数の第２バッテリーパックＰ２とを含む。そして、それぞれの第１及び第２バッテリーパックＰ１、Ｐ２は、第１種バッテリーセルＣ１と、前記第１種バッテリーセルＣ１と出力及び容量が相異なる第２種バッテリーセルＣ２として、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って第１種バッテリーセルＣ１を取り囲むように配列され、第１種バッテリーセルＣ１と並列に連結される複数の第２種バッテリーセルＣ２とを含む。

本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールＭは、第１バッテリーパックＰ１と、第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って第１バッテリーパックＰ１を取り囲む第２バッテリーパックＰ２とを含む。このとき、前記第１バッテリーパックＰ１及び第２バッテリーパックＰ２は、同じ構造で形成されてもよく、より具体的には、第１バッテリーパックＰ１と第２バッテリーパックＰ２は、それぞれ第１種バッテリーセルＣ１と、第１種バッテリーセルＣ１を取り囲む第２種バッテリーセルＣ２とを含む。また、前記第１バッテリーパックＰ１と第２バッテリーパックＰ２は、第１種バッテリーセルＣ１と第２種バッテリーセルＣ２を取り囲む円形断面を有し、それぞれ第３直径Ｄ３及び第４直径Ｄ４を有する円形断面を有する。本発明の一実施形態において、前記第１バッテリーパックＰ１と第２バッテリーパックＰ２は、同じ構造に形成され、かつ同じサイズに形成されてもよい。

例えば、前記第１バッテリーパックＰ１の第３直径Ｄ３及び第２バッテリーパックＰ２の第４直径Ｄ４は、同じ寸法に設計される。そのように、前記第１バッテリーパックＰ１と第２バッテリーパックＰ２は、同じ構造及び同じ形状、さらに同じサイズに形成可能であり、但し、その配置構造において、前記第２バッテリーパックＰ２は、第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って第１バッテリーパックＰ１を取り囲むように形成される。例えば、前記第１バッテリーパックＰ１が中央位置に配置されれば、第２バッテリーパックＰ２は、第１バッテリーパックＰ１を取り囲む周辺位置に配置される。前記第１バッテリーパックＰ１及び第２バッテリーパックＰ２の構造は、図１及び図２を参照して述べられたバッテリーパックＰと実質的に同様であるので、ここでの反復説明は省略する。

図１１を参照すれば、第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って複数の第２バッテリーパックＰ２が配列可能であり、本発明の一実施形態において、第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って配置される第２バッテリーパックＰ２の配列個数は６個である。このとき、前記第１バッテリーパックＰ１の第３直径Ｄ３及び第２バッテリーパックＰ２の第４直径Ｄ４は、同じ数値に設計される。本発明の一実施形態においては、第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って第２バッテリーパックＰ２を稠密に配列し、第１バッテリーパックＰ１の周囲方向に沿って互いに隣接した第２バッテリーパックＰ２の外周面が当接するように、第２バッテリーパックＰ２が稠密に配列される。参考として、それぞれの第１及び第２バッテリーパックＰ１、Ｐ２に備えられた第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２の配置構造において、第１種バッテリーセルＣ１の周りに沿って配置された第２種バッテリーセルＣ２の配列個数は、最小７個以上に設計され、それによって、第１種バッテリーセルＣ１の周囲方向に沿って互いに隣接した第２種バッテリーセルＣ２の間にはギャップｇが形成され、ギャップｇを介在して互いに隣接した第２バッテリーセルの間の熱伝播及び電気的短絡を遮断することができる（図６Ｂないし図６Ｄ参照）。前記第１種バッテリーセルＣ１及び第２種バッテリーセルＣ２の配置構造と異なり、第１バッテリーパックＰ１及び第２バッテリーパックＰ２の配置構造においては、第１バッテリーパックＰ１の周囲方向に沿って互いに隣接した第２バッテリーパックＰ２の間にはギャップｇが形成されず、互いに隣接した第２バッテリーパックＰ２の外周面は当接する。また、第１バッテリーパックＰ１と、前記第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って配列された第２バッテリーパックＰ２との間にもギャップｇが存在せず、第１バッテリーパックＰ１と第２バッテリーパックＰ２との外周面は当接する。

前記第１バッテリーパックＰ１と、第１バッテリーパックＰ１の周囲方向に沿って互いに隣接した第２バッテリーパックＰ２とは、それぞれパックケースＰＣにより取り囲まれて、相互間の熱伝播及び電気的短絡がある程度防止されるので、第１バッテリーパックＰ１及び第２バッテリーパックＰ２と、互いに隣接した第２バッテリーパックＰ２との間にはギャップｇが介在されず、第１バッテリーパックＰ１及び第２バッテリーパックＰ２同士の外周面及び第２バッテリーパックＰ２同士の外周面は当接する。すなわち、第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って第２バッテリーパックＰ２が当接するように稠密に配列されることにより、バッテリーモジュールＭの出力及び容量を向上させることができる。一方、図１１に示していないが、相異なる第１バッテリーパックＰ１及び第２バッテリーパックＰ２は、バスバーＢを介して互いに電気的に連結可能であり、互いに並列に連結されてもよく、直列に連結されてもよい。

図１２は、本発明のさらに他の側面による電源供給装置を説明するための図面である。

図１２を参照すれば、本発明の一実施形態による電源供給装置は、図１１に示したようなバッテリーモジュールＭを複数含み、複数のバッテリーモジュールＭを含むことにより、電気車両の駆動電源を供給することが可能な、高出力かつ高容量の電源供給装置を提供することができる。

図１２を参照すれば、前記第１バッテリーパックＰ１の周りに沿って複数に配列された第２バッテリーパックＰ２を含むバッテリーモジュールＭは、互い違いの位置に配置されることにより、稠密な配列を形成することができる。例えば、前記バッテリーモジュールＭが第１列Ｌ１及び第２列Ｌ２に沿って配列されれば、第１列Ｌ１のバッテリーモジュールＭ及び第２列Ｌ２のバッテリーモジュールＭは、互いの間に嵌め込まれつつ稠密に配列され、空間の無駄なくコンパクト化に有利な構造を提供することができる。本発明の一実施形態において、第１列Ｌ１のバッテリーモジュールＭ及び第２列Ｌ２のバッテリーモジュールＭは、互いに隣接する境界で、第１列Ｌ１のバッテリーモジュールＭの外郭を形成する第２バッテリーパックＰ２と、第２列Ｌ２のバッテリーモジュールＭの外郭を形成する第２バッテリーパックＰ２とが噛み合う形態に互いに挟まれつつ、複数の第１列Ｌ１のバッテリーモジュールＭと、複数の第２列Ｌ２のバッテリーモジュールＭとが互いに隣接するように稠密に配列される。

本発明の一実施形態においては、第１種バッテリーセルにより、迅速に高出力を発生させつつも、第２種バッテリーセルにより、全体のバッテリーパックの容量を向上させることができる。

本発明の一実施形態において、第１種バッテリーセルと第２種バッテリーセルは、互いに協力して外部負荷の出力要求に対応することが可能であり、第１種バッテリーセルに連結された抵抗と、第２種バッテリーセルに連結された抵抗との相対的な割合によって割り当てられた電流を発生させるが、特に、第１種バッテリーセルに連結された抵抗と、第２種バッテリーセルに連結された抵抗とが異なるように形成されることにより、第１種バッテリーセルにより、瞬時に要求されるピークロードでほとんどの電流を分担するようにし、それによって、第２種バッテリーセルの寿命短縮を防止することができ、瞬時に高出力の発生が可能であり、かつ長期的に寿命短縮を防止することが可能な、高出力かつ高容量のバッテリーパックが提供されうる。

本発明の一実施形態においては、相異なる出力特性によって製造コストが相異なる、高出力の第１種バッテリーセルと高容量の第２種バッテリーセルの両方が適用されるハイブリッド構造により、相対的に低いコストで高出力かつ高容量のバッテリーパックが提供されることができる。

本発明の一実施形態においては、相対的に高い発熱特性を有する高出力の第１種バッテリーセルの周りに沿って、相対的に低い発熱特性を有する高容量の第２種バッテリーセルを配列することにより、第１種バッテリーセルの高い発熱が局部的に蓄積されず、第１種バッテリーセルを取り囲む第２種バッテリーセルを通じて熱拡散が促進されるようにする。

本発明は、添付された図面に示した実施形態を参考として述べられたが、それは、例示的なものに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者ならば、それから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。

本発明は、例えば、電源供給装置関連の技術分野に適用可能である。

Ｃ１ 第１種バッテリーセル
Ｃ２ 第２種バッテリーセル
Ｃ１１ 第１種バッテリーセルの第１電極
Ｃ１２ 第１種バッテリーセルの第２電極
Ｃ２１ 第２種バッテリーセル第１電極
Ｃ２２ 第２種バッテリーセル第２電極
Ｄ１ 第１直径
Ｄ２ 第２直径
ＣＡ セル収容空間
ｇ ギャップ
Ｐ バッテリーパック
ＰＣ パックケース
Ｓ セル領域
ＴＳ 死空間

Claims (39)

1. 第１種バッテリーセルと、
   前記第１種バッテリーセルと出力及び容量が相異なる第２種バッテリーセルであって、前記第１種バッテリーセルの周りに沿って前記第１種バッテリーセルを取り囲むように配列され、前記第１種バッテリーセルと並列に連結された複数の第２種バッテリーセルと、
   を含むバッテリーパック。
2. 前記第１種バッテリーセルの出力は、前記第２種バッテリーセルの出力よりも高く、
   前記第１種バッテリーセルの容量は、前記第２種バッテリーセルの容量よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記第１種バッテリーセルの出力密度は、前記第２種バッテリーセルの出力密度よりも高く、
   前記第１種バッテリーセルのエネルギー密度は、前記第２種バッテリーセルのエネルギー密度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記第１種バッテリーセルの内部抵抗は、前記第２種バッテリーセルの内部抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
5. 前記第１種バッテリーセル及び前記第２種バッテリーセルは、同じ第１放電条件で互いに異なる電圧降下を表すことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
6. 前記第１種バッテリーセル及び前記第２種バッテリーセルは、同じ第２放電条件で互いに異なる容量を表すことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
7. 前記第１種バッテリーセル及び前記第２種バッテリーセルは、同じ第１放電条件で互いに異なる電圧降下を表し、
   前記第１種バッテリーセル及び前記第２種バッテリーセルは、同じ第２放電条件で互いに異なる容量を表し、
   前記第１放電条件及び前記第２放電条件はそれぞれ、相対的に高率放電及び低率放電に該当することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
8. 前記第１種バッテリーセルは、互いに対向して配置された第１極板及び第２極板、並びに前記第１極板と前記第２極板との間に介在された第１セパレータを備える第１電極組立体を含み、
   前記第２種バッテリーセルは、互いに対向して配置された第３極板及び第４極板、並びに前記第３極板と前記第４極板との間に介在された第２セパレータを備える第２電極組立体を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
9. 前記第１極板は、第１正極基材上に形成された第１正極活物質層を含み、
   前記第２極板は、第１負極基材上に形成された第１負極活物質層を含み、
   前記第３極板は、第２正極基材上に形成された第２正極活物質層を含み、
   前記第４極板は、第２負極基材上に形成された第２負極活物質層を含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリーパック。
10. 前記第１正極活物質層の厚さは、前記第２正極活物質層の厚さよりも薄く形成され、
    前記第１負極活物質層の厚さは、前記第２負極活物質層の厚さよりも薄く形成されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーパック。
11. 前記第１正極活物質層の長さは、前記第２正極活物質層の長さよりも長く形成され、
    前記第１負極活物質層の長さは、前記第２負極活物質層の長さよりも長く形成されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーパック。
12. 前記第１正極活物質層の長さ及び前記第１負極活物質層の長さは、前記第１電極組立体の巻取方向に沿う長さに該当し、
    前記第２正極活物質層の長さ及び前記第２負極活物質層の長さは、前記第２電極組立体の巻取方向に沿う長さに該当することを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーパック。
13. 前記第１種バッテリーセルの周りに沿って配置される前記第２種バッテリーセルの配列個数は、最小６個以上から最大９個以下に設定されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
14. 前記第１種バッテリーセルの周りに沿って配置される前記第２種バッテリーセルの配列個数は、最小７個以上から最大９個以下に設定されることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリーパック。
15. 前記第１種バッテリーセルの周りに沿って配置される前記第２種バッテリーセルの配列個数は、最小７個以上から最大８個以下に設定されることを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーパック。
16. 前記第１種バッテリーセルの外周面に沿って互いに隣接した前記第２種バッテリーセルは、互いに離隔されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
17. 前記第１種バッテリーセルの周りに沿って隣接した前記第２種バッテリーセルの互いに対向する外周面の間に、ギャップが形成されることを特徴とする請求項１６に記載のバッテリーパック。
18. 前記第１種バッテリーセルと、前記第１種バッテリーセルを取り囲む前記第２種バッテリーセルとの間にも、他のギャップが形成されることを特徴とする請求項１７に記載のバッテリーパック。
19. 前記第１種バッテリーセルの外周面上かつ互いに隣接した前記第２種バッテリーセルの間には、互いに隣接した二つの第２種バッテリーセル間のギャップ、及び前記第１種バッテリーセルとの他のギャップに向かって凹状に収斂する三つの部分を含み、前記第１種バッテリーセルの長手方向に沿って延びる柱状の余裕空間が形成されることを特徴とする請求項１８に記載のバッテリーパック。
20. 前記第１種バッテリーセル及び前記第２種バッテリーセルはそれぞれ、第１直径及び第２直径の円形断面を有する円形バッテリーセルを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
21. 前記第１直径は、前記第２直径と同じであるか、または前記第２直径よりも大きいことを特徴とする請求項２０に記載のバッテリーパック。
22. 前記第１種バッテリーセルと前記第２種バッテリーセルとを互いに電気的に連結する連結配線をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
23. 前記連結配線は、前記第１種バッテリーセルの周りに沿って配置された前記第２種バッテリーセルの配列個数と同数に設けられた複数の連結配線を含むことを特徴とする請求項２２に記載のバッテリーパック。
24. 前記複数の連結配線それぞれは、前記第１種バッテリーセルと、複数の前記第２種バッテリーセルそれぞれとの電気的連結を形成することを特徴とする請求項２３に記載のバッテリーパック。
25. 前記複数の連結配線は、前記第１種バッテリーセルの電極上で共通接点を形成し、前記第１種バッテリーセルの電極から放射状に延びつつ、複数の前記第２種バッテリーセルの電極にそれぞれ連結されることを特徴とする請求項２４に記載のバッテリーパック。
26. 前記第１種バッテリーセルに連結され、外部負荷に向かう充放電経路を形成するための入出力配線をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のバッテリーパック。
27. 前記入出力配線は、前記第１種バッテリーセルと外部負荷との間、及び前記第２種バッテリーセルと外部負荷との間で共通的な充放電経路を形成することを特徴とする請求項２６に記載のバッテリーパック。
28. 前記第１種バッテリーセルの充放電経路は、前記入出力配線を含み、
    前記第２種バッテリーセルの充放電経路は、前記入出力配線に加えて、前記連結配線をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のバッテリーパック。
29. 前記第１種バッテリーセルの充放電経路よりも、前記第２種バッテリーセルの充放電経路が相対的にさらに長く形成されることを特徴とする請求項２８に記載のバッテリーパック。
30. 前記入出力配線よりも、前記連結配線が相対的に高い抵抗を有するように形成されることを特徴とする請求項２６に記載のバッテリーパック。
31. 前記入出力配線の断面積は、前記連結配線の断面積よりも広いことを特徴とする請求項３０に記載のバッテリーパック。
32. 前記入出力配線及び前記連結配線はそれぞれ、相異なる第１金属素材及び第２金属素材を含み、
    前記第１金属素材は、前記第２金属素材よりも高い電気伝導度を有することを特徴とする請求項３０に記載のバッテリーパック。
33. 前記連結配線は、追加抵抗を含むことを特徴とする請求項３０に記載のバッテリーパック。
34. 前記第１種バッテリーセル及び前記第２種バッテリーセルは、前記第１種バッテリーセルの周りに沿って配列された複数の前記第２種バッテリーセルの外周面と連続して接しつつ、複数の前記第２種バッテリーセルを連続して取り囲む円形の包絡線内に包囲されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
35. 前記第１種バッテリーセルと前記第２種バッテリーセルの両方を収容するパックケースであって、前記第１種バッテリーセルと前記第２種バッテリーセルとの長手方向に沿って延び、かつ円形断面を有する円柱状のセル収容空間を提供するパックケースをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
36. 第１バッテリーパックと、
    前記第１バッテリーパックの周りに沿って前記第１バッテリーパックを取り囲むように配列された複数の第２バッテリーパックと、
    を含むバッテリーモジュールであって、
    それぞれの前記第１バッテリーパック及び前記第２バッテリーパックは、
    第１種バッテリーセルと、
    前記第１種バッテリーセルと出力及び容量が相異なる第２種バッテリーセルであって、前記第１種バッテリーセルの周りに沿って前記第１種バッテリーセルを取り囲むように配列され、前記第１種バッテリーセルと並列に連結された複数の第２種バッテリーセルと、
    を含むバッテリーモジュール。
37. 前記第１バッテリーパック及び前記第２バッテリーパックはそれぞれ、第３直径及び第４直径の円形断面を有することを特徴とする請求項３６に記載のバッテリーモジュール。
38. 前記第３直径及び前記第４直径は同じであり、
    前記第１バッテリーパックの周りに沿って配置された前記第２バッテリーパックの配列個数は６個であることを特徴とする請求項３７に記載のバッテリーモジュール。
39. 請求項３６に記載のバッテリーモジュールを複数含む電源供給装置であって、
    前記バッテリーモジュールは、第１列及び第２列をなして配列され、
    前記第１列のバッテリーモジュール及び前記第２列のバッテリーモジュールは、互い違いに配置され、前記第１列のバッテリーモジュール及び前記第２列のバッテリーモジュールは、互いの間に嵌め込まれて稠密に配列されることを特徴とする電源供給装置。

Images