JP2022512496A - 移動可能なバスバー組立体を備えたバッテリーパック及びこれを含む二次電池 - Google Patents

Abstract

本発明は移動可能なバスバー組立体を備えたバッテリーパック及びこれを含む二次電池に関するものであり、より詳しくはパックケースの前面部に位置する第１バスバーフレーム、パックケースの後面部に位置する第２バスバーフレーム、第１バスバーフレームに連結される第１バスバー、及び第２バスバーフレームに連結される第２バスバーのいずれか一つ以上がパックケースの側面プレートの方向に移動可能であり、リードの短絡を最小化することができる移動可能なバスバー組立体を備えたバッテリーパック及びこれを含む二次電池に関するものである。

Description

本出願は２０１９年０８月０２日付の韓国特許出願第２０１９－００９４５６４号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。

本発明は移動可能なバスバー組立体を備えたバッテリーパック及びこれを含む二次電池に関するものであり、より詳しくはパックケースの前面部に位置する第１バスバーフレーム、パックケースの後面部に位置する第２バスバーフレーム、第１バスバーフレームに連結される第１バスバー、及び第２バスバーフレームに連結される第２バスバーのいずれか一つ以上がパックケースの側面プレートの方向に移動可能であり、リードの短絡を最小化することができる移動可能なバスバー組立体を備えたバッテリーパック及びこれを含む二次電池に関するものである。

携帯電話、ノートブック型パソコン、カムコーダー、デジタルカメラなどのモバイル機器に対する技術開発と需要が増加するのに従って、充放電の可能な二次電池に対する技術が活発に開発されている。また、二次電池は大気汚染物質を発生させる化石燃料の代替エネルギー源であり、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（Ｐ－ＨＥＶ）などに適用されており、二次電池の開発の必要性が次第に高くなっている状況である。

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るが、この中で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効果がほとんど起きないので、充放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高い利点のため脚光を浴びている。

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陽極活物質と陰極活物質として使い、陽極活物質と陰極活物質がそれぞれ塗布された陽極板と陰極板がセパレーター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密封状態で収納する外装材、つまり電池ケースとを含んでなる。

二次電池は、電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒形又は角形の金属カンに内蔵されている円筒型電池及び角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ形ケースに内蔵されているパウチ型電池とに分類されることができる。

小型機器に用いられる二次電池は数個の電池セルが配置されるが、自動車などには多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュールが用いられる。このような電池モジュールには多数の電池セルが互いに直列及び並列で連結されることによって容量及び出力を増加させる。ここで、電池モジュールは、多数の二次電池、すなわち電池セルが積層され、これらの電池セルの間の電気的連結のためのバスバーモジュール（Ｂｕｓｂａｒ ｍｏｄｕｌｅ）を含むことが一般的である。バスバーモジュールは、各電池セルと連結された電極リードを連結するためのバスバーを含み、電池モジュールの一側面に形成されることができる。

図１は従来技術によるバッテリーパックの斜視図である。図１に示すように、従来のバッテリーパックは、電極組立体１１及び上記電極組立体１１から両側に突出している陽極リード１２及び陰極リードを含む少なくとも二つ以上の単位セル１０が並列で配置されているサブモジュールと、サブモジュールのリードと電気的に連結されるバスバー２２及びバスバー２２を支持するバスバーフレーム２１を含むバスバー組立体２０と、サブモジュールを収容し、バスバー組立体２０を支持するためのパックケース３０とを含んでいる。

すなわち、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの高容量を満たすように多量の電池を図１のように連結している。ここで、リードは溶接によってバスバー２２に固定され、バスバー２２はバスバーフレーム２１を介してパックケース３０に固定される構造を有する。

一方、繰り返される充放電、過充電、外部衝撃などの多様な原因によって単位セル自体が膨れ上がるバッテリースウェリング現象が発生し、これは隣り合っている単位セルをパックケースの側面プレート３１、３２の方向に押し出し、結果として内部短絡による火災や爆発につながるかバッテリーパックが設置された許容空間以上に膨張して周辺構造物の安全性を毀損することがある。

より詳細に説明すれば、一般的にセルスタックは少なくは数個、多くは数十個が並んで積層されており、スウェリングの際にそれぞれの単位セルが厚くなれば、スタックの縁部に位置するセルは元の位置からかなり側方に押し出される。しかし、バスバーとバスバーフレームは元の位置に固定されているから、単位セルとバスバーとの間を連結するリードに大きな張力が発生してリード断線などの問題が発生し、結果として単位セルと電池パックの性能低下が発生する、

上記のような問題点を解決するために、特許文献１では、複数のバスバーがインサート成形によって一体化している支持部材の支持型部との間に逆Ｕ字形の連結片を仮設することにより、連結片が撓うか変形することができるバスバーモジュールが開示されている。

特許文献２では、電池セルの端子と接触する導電性円錐状弾性体から構成される第１端子接続部と、他の電池セルの端子と接触する導電性の円錐状弾性体から構成される第２端子接続部とを端子間の距離に合わせて離隔して配置したバスバー及びバッテリーモジュールが開示されている。

特許文献３では、過充電によるスウェリング現象が発生する場合、バッテリーセルモジュールに供給される電源を遮断するバッテリーシステムが開示されている。

しかし、上記特許文献１及び２では、バッテリースウェリングによる十分な移動距離を確保することが難しく、特許文献３では電池の寿命が残っているにもかかわらず、これを使うことができないという問題点が依然として残っている。

特開第２０１５－１５９０２４号公報 特開第２０１６－２１９２７０号公報 韓国公開特許第２０１４－００１２２６４号公報

本発明は上記のような問題点を解決するために、スウェリング現象が発生しても単位セルのタブ、リード、及びリードとバスバーの連結部品に加わる荷重を減らして、これらのタブ、リード及びリードとバスバーの連結部の破損を防止することができるバッテリーパック及びこれを含む二次電池を提供することを目的とする。

また、本発明は、反復的な充放電などの電池の使用及び自然的な現象によるスウェリング発生の際に現れる一部単位セルの機能異常による電池の性能低下を防止し、さらにこれによる火災や爆発を防止することができるバッテリーパック及びこれを含む二次電池を提供することを目的とする。

上記のような問題点を解決するための本発明によるバッテリーパックは、電極組立体（１１１）及び前記電極組立体（１１１）の両側の陽極リード（１１２）及び陰極リード（１１３）を含む一つ以上の単位セル（１１０）が配置されているサブモジュール（１００）と、前記サブモジュール（１００）を直列又は並列で連結するために、第１バスバーフレーム（２１０）、第２バスバーフレーム（２２０）及び前記第１バスバーフレーム（２１０）に連結される第１バスバー（２３０）及び前記第２バスバーフレーム（２２０）に連結される第２バスバー（２４０）を含むバスバー組立体（２００）と、前記サブモジュール（１００）を収納するとともに前記バスバー組立体（２００）を支持するために、前記サブモジュール（１００）の一側に並んで位置する第１側面プレート（４１０）、前記サブモジュール（１００）の他側に並んで位置する第２側面プレート（４２０）、及び前記サブモジュール（１００）の底に位置する底プレート（４３０）を含むパックケース（４００）とを含み、前記第１バスバーフレーム（２１０）、第２バスバーフレーム（２２０）、第１バスバー（２３０）及び第２バスバー（２４０）のいずれか一つ以上は前記第１側面プレート（４１０）及び／又は第２側面プレート（４２０）の方向に移動することができる。

本発明によるバッテリーパックにおいて、前記サブモジュール（１００）は二つ以上の単位セル（１１０）が並列で配置されている３以上の自然数であるＮ個からなり、前記Ｎ個のサブモジュール（１００）を直列で連結することができるように、前記パックケース（４００）の前面には第１バスバーフレーム（２１０）、第１バスバー（２３０）及び第Ｎ－２サブモジュール（１００）以後の互いに隣接した二つずつのサブモジュール（１００）を直列で連結するための連結バスバー（２５０）が位置し、パックケース（４００）の後面には第２バスバーフレーム（２２０）及び第Ｎ－２サブモジュール（１００）から互いに隣接した二つずつのサブモジュール（１００）を直列で連結する第２バスバー（２４０）が位置することができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記サブモジュール（１００）は陽極端子と陰極端子が互いに対向して位置する二つの単位セル（１１０）からなる２以上の自然数であるＮ個からなり、前記単位セル（１１０）を直列で連結することができるように、一側方向に向かう陽極リード（１１２）と陰極リード（１１３）は所定距離だけ離隔して位置する複数の第１バスバー（２３０）にそれぞれ固定され、他側の陰極リード（１１３）と陽極リード（１１２）は同じ第２バスバー（２４０）に固定されることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記サブモジュール（１００）は一つの単位セル（１１０）からなる２以上の自然数であるＮ個からなり、前記単位セル（１１０）を直列で連結することができるように、隣接した一側の陽極リード（１１２）と陰極リード（１１３）は第１バスバー（２３０）に固定され、隣接した他側の陰極リード（１１３）と陽極リード（１１２）は第２バスバー（２４０）に固定されることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第１バスバー（２３０）と第２バスバー（２４０）はそれぞれ第１バスバーフレーム（２１０）と第２バスバーフレーム（２２０）に固定されたままで、第１バスバーフレーム（２１０）及び／又は第２バスバーフレーム（２２０）のみ移動可能である。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第１側面プレート（４１０）と第２側面プレート（４２０）との間には固定シャフトが備えられ、前記第１バスバーフレーム（２１０）及び／又は第２バスバーフレーム（２２０）には前記固定シャフトと連結される第１係止突起が形成されることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記底プレート（４３０）にはレール４３１が形成され、前記第１バスバーフレーム（２１０）及び／又は第２バスバーフレーム（２２０）には前記レール４３１と連結される第２係止突起が形成されることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第１バスバーフレーム（２１０）、第２バスバーフレーム（２２０）、第１バスバー（２３０）及び第２バスバー（２４０）のいずれも独立的に前記第１側面プレート（４１０）及び／又は第２側面プレート（４２０）の方向に移動することができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第１バスバー（２３０）及び／又は第２バスバー（２４０）が移動することができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第１バスバーフレーム（２１０）には第１ガイドポール（２１３）が形成され、前記第１バスバー（２３０）は前記第１ガイドポール（２１３）を収容する長孔形の第１ホール（２３２）が形成されることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第１ガイドポール（２１３）に装着される第１締結具（２３３）をさらに備えることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第２バスバーフレーム（２２０）には第２ガイドポールが形成され、前記第２バスバー（２４０）には前記第２ガイドポールを収容する長孔形の第２ホールが形成されることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第２ガイドポールに装着される第２締結具をさらに備えることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記連結バスバー（２５０）は伝導性素材からなる蛇腹構造を有することができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記連結バスバー（２５０）は伝導性及び弾性素材からなることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記連結バスバー（２５０）はコイル形状を有することができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第１バスバー（２３０）及び前記第２バスバー（２４０）には単位セル（１１０）と同じ個数のスリットが形成され、各単位セル（１１０）の電極は各スリットを貫通した後、互いに異なる位置に固定されることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記第１バスバー（２３０）及び前記第２バスバー（２４０）には単位セル（１１０）より少ない個数のスリットが形成され、二つ以上の電極がバスバーの同じ地点に順次積層されて固定されることができる。

また、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記サブモジュール（１００）の間にクッション部材（３００）をさらに備えることができる。

また、本発明は前記記載のいずれか一つのバッテリーパックを含む二次電池であり得る。

従来技術によるバッテリーパックの斜視図である。 本発明の好適な第１実施例によるバッテリーパックを一側方向に見た斜視図である。 本発明の好適な第１実施例によるバッテリーパックを他側方向に見た斜視図である。 図２に示すバッテリーパックの平断面図である。 図２で点線部分を拡大した図で、バスバーフレームとバスバーとの結合構造を説明するための斜視図である。 図５のバスバーフレームとバスバーとの変形結合構造を説明するための斜視図である。 図５の連結バスバーの第１変形例を説明するための図である。 図５の連結バスバーの第２変形例を説明するための図である。 本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックを一側方向に見た斜視図である。 本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックを他側方向に見た斜視図である。 図９のＡ部を拡大した図である。 図９のＢ部を拡大した図である。 本発明の好適な第３実施例によるバッテリーパックにおいてバスバーと電極リードとの結合構造を説明するための断面図である。 本発明の好適な第４実施例によるバッテリーパックにおいてバスバーと電極リードとの結合構造を説明するための断面図である。 本発明の好適な第５実施例によるバッテリーパックにおいてバスバーと電極リードとの結合構造を説明するための断面図である。

本出願で、“含む”、“有する”又は“備える”などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、構成要素、部分品又はこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品又はこれらの組合せなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。

また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その間にさらに他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというとは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

以下、本発明による移動可能なバス組立体を備えたバッテリーパック及びこれを含む二次電池について添付図面を参照して説明する。

図２は本発明の好適な第１実施例によるバッテリーパックを一側方向に見た斜視図、図３は本発明の好適な第１実施例によるバッテリーパックを他側方向に見た斜視図、そして図４は図２に示すバッテリーパックの平断面図である。

図２～図４を参照して説明すれば、本発明の第１実施例によるバッテリーパックは、サブモジュール１００、バスバー組立体２００、クッション部材３００及びパックケース４００を含んでなる。

まず、サブモジュール１００について説明すれば、サブモジュール１００は、電極組立体１１１、電極組立体１１１の両側の陽極リード１１２及び陰極リード１１３を含んでなる少なくとも三つ以上の単位セル１１０が並列で配置されている。

一方、電極組立体１１１は、長いシート状の陽極及び陰極の間に分離膜が介在された後、巻き取られる構造を有するゼリーロール型組立体、又は長方形の陽極及び陰極が分離膜を挟む状態で積層される構造の単位セルからなるスタック型組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタックフォルディング型組立体、又は単位セルが分離膜を挟む状態で積層されて互いに付着されるラミネーションスタック型組立体などからなることができるが、これらに制限されない。

上記のような電極組立体はケースに内蔵され、ケースは通常に内部層／金属層／外部層のラミネートシート構造を有する。内部層は電極組立体と直接的に接触するので、絶縁性と耐電解液性を有しなければならなく、さらに外部との密閉のために、シーリング性、すなわち内部層同士熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部層の材料としては、耐化学性に優れるとともにシーリング性に優れたポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンアクリル酸、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂から選択されることができるが、これらに限定されなく、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性と耐化学性に優れたポリプロピレンが最も好ましい。

内部層に接している金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好ましい材料としては軽いながらも成形性に優れたアルミニウム膜を使うことができる。

そして、金属層の他側面には外部層が備えられ、このような外部層は、電極組立体を保護するとともに耐熱性と耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができ、一例としてナイロン又はポリエチレンテレフタレートを使うことができるが、これらに制限されない。

一方、陽極リード１１２と陰極リード１１３とからなるリードは、電極組立体の陽極タブと陰極タブがそれぞれ電気的に連結された後、ケースの外部に露出される構造を有することができ、陽極タブ及び陰極タブなしにリードが直接電極組立体とケースの外部を連結する構造を有することもできるが、これに制限されない。上記のような電池セルは一般的に知られている構成に相当するので、より詳細な説明は省略する。

上記サブモジュール１００は、バッテリーパックの容量又は出力を合わせるために、電極組立体１１１、及び電極組立体１１１から伸びた電極リード１１２、１１３を含む複数の単位セル１１０が水平方向に又は垂直方向に並んで積層されて形成されたものを意味する。添付図面の図２及び図３では一つのサブモジュール１００が三つの単位セル１１０からなるものとして示しているが、これは一例示に過ぎないものであり、二つ、又はそれ以上の単位セル１１０からなることができることは明らかである。

上記のようなサブモジュール１００は、さらに複数が並んで整列された後、パックケース４００に収納される。

バスバー組立体２００は上記サブモジュール１００を構成する単位セル１１０を直列又は並列で連結しながらパックケース４００に固定するためのものであり、一つ以上のバスバーフレーム、一つ以上のバスバー及び／又は連結バスバーを含んでなる。

具体的には、バッテリーパックの前面部である図２の場合には、三つの単位セル１１０を並列で連結するための複数の第１バスバー２３０、及びこれらの第１バスバー２３０を支持して固定するための第１バスバーフレーム２１０が位置する。

すなわち、各単位セル１１０の電極組立体１１１から伸びた陽極リード１１２又は陰極リード１１３は第１バスバー２３０の第１スリット２３１を貫通して折り曲げられた後、レーザー溶接、抵抗溶接などの公知の固定方法によって第１バスバー２３０の外側面に固定される。

また、サブモジュール１００を直列で連結するために、隣接したサブモジュール１００の間には所定形状に折り曲げられた連結バスバー２５０を備え、陽極リード１１２及び第１バスバー２３０と同様に、公知の固定手段で第１バスバー２３０を互いに連結する。

一方、バッテリーパック１の最左側（図２では最上端部）に位置する一番目の第１バスバーと二番目の第１バスバーとの間には連結バスバー２５０が位置しない。これは各サブモジュール１００を直列で連結するためのものであり、これらはバッテリーパックの後面部で第２バスバー２４０によって電気的に連結される。

図３を参照してバッテリーパックの後面について具体的に説明すれば、本発明によるバッテリーパックの後面には、サブモジュール１００を構成する単位セル１１０を直列で連結するための複数の第２バスバー２４０と、これらの第２バスバー２４０を支持固定するための第２バスバーフレーム２２０とが位置する。

したがって、一つのサブモジュール１００内の単位セル１１０は電気的に並列で連結されるが、それぞれのサブモジュール１００は第１バスバー２３０又は第２バスバー２４０によって直列で連結される構造である（図４参照）。

サブモジュール１００とサブモジュール１００との間には弾性力を有するクッション部材３００を含むことができる。上記クッション部材３００は、特定単位セル１１０のスウェリングの際、隣接して位置するサブモジュール１００に外圧が伝達されることを最小化するためにリードの短絡を防止するためのものである。

次に、パックケース４００は、上記サブモジュール１００を収容するとともにバスバー組立体２００を支持する役割をする。このようなパックケース４００は、サブモジュール１００の一側に並んで位置する第１側面プレート４１０、サブモジュール１００の他側に並んで位置する第２側面プレート４２０、及びサブモジュール１００の底に位置する底プレート４３０を含んでなる。

上記第１側面プレート４１０、第２側面プレート４２０及び底プレート４３０は締まりばめ方式、ボルト締結方式又は溶接方式などの公知の固定方式によって組み立てられることができ、組立部位ごとに接着性シーリング材がさらに介在されることができる。

一方、スウェリングによって単位セル１１０が膨れ上がっても第１側面プレート４１０と第２側面プレート４２０との離隔距離を維持することができるように前面部と後面部のそれぞれに一対の第１固定シャフト４４０と第２固定シャフト４５０をさらに備えることができる。

本発明によるバッテリーパックは、第１バスバーフレーム２１０、第２バスバーフレーム２２０、第１バスバー２３０及び第２バスバー２４０のいずれか一つ以上が第１側面プレート４１０及び／又は第２側面プレート４２０の方向に移動可能な構造であることができる。

まず、図５～図８を参照して、第１バスバーフレーム２１０と第２バスバーフレーム２２０はパックケース４００に固定されたままで第１バスバー２３０と第２バスバー２４０が移動することができる構造について説明する。

図５は図２の点線部分を拡大した図で、バスバーフレームとバスバーとの結合構造を説明するための斜視図である。

多数の第１スリット２３１を備えている第１バスバー２３０は上部と下部にそれぞれ一つ以上の長孔形状を有する第１ホール２３２を備えており、第１バスバーフレーム２１０から突出している第１ガイドポール２１３は上記第１ホール２３２に挿入される。ここで、第１ガイドポール２１３が第１ホール２３２に案内されて左右に移動することができるように、第１ガイドポール２１３の高さは第１ホール２３２の外径より少し大きいことが好ましく、より詳細には第１ホール２３２の外径より１～１０ｍｍ大きいことができる。

図５では長楕円形の長孔として示しているが、長方形などの多様な形状の長孔構造を有することができるというのは明らかである。

一方、第１バスバーフレーム２１０に第１バスバー２３０を着脱することができるように、第１ガイドポール２１３の内側面には雌ネジ部が形成されており、雌ネジ部に雄雌螺合方式で締結できるように、円柱の外側面に雄ネジ部が形成された第１締結具２３３を備えることが好ましく、“Ｔ”字形又は“Ｌ”字形になるように円柱の一側には頭部を備えることがより好ましい。

上記のような構成により、電極組立体１１１のスウェリング発生の際、第１バスバーフレーム２１０全体が第１ホール２３２に沿って左右に所定距離だけ移動することができるから、リードの短絡を最小化することができ、また第１バスバーフレーム２１０と第１バスバー２３０の着脱が非常に容易である利点がある。

図６は図５のバスバーフレームとバスバーとの変形結合構造を説明するための斜視図である。図５に示す結合構造とは第１ガイドポール２１３と第１締結具２３３のみ違うだけで、残りの構成は同一であるので、これらの構成のみについて説明する。

第１ガイドポール２１３と第１締結具２３３は締まりばめ式で結合することができる。具体的には、第１ガイドポール２１３は内部が空いている四角柱形を有し、第１締結具２３３は、上記第１ガイドポール２１３の内部に挿入されることができるように、四角柱の挿入部と頭部からなることができる。

もちろん、第１締結具２３３があまり緩くないように第１ガイドポール２１３の内部の断面より第１締結具２３３の挿入部の断面が少し大きくなければならないことは明らかであり、図面では四角形のものとして示しているが、三角形、五角形など、多様に変更することができるというのは明らかである。

一方、第１ガイドポール２１３が第１締結具２３３に挿入される構造も可能であるが、第１ガイドポール２１３と第１締結具２３３との組立容易性を保障し、第１バスバー２３０の動きを妨げないように第１締結具２３３に第１ガイドポール２１３が挿入されることが好ましい。

図７は図５の連結バスバーの第１変形例を説明するための図である。図５に示す結合構造とは連結バスバー２５０のみ違うだけで、残りの構成は同一であるので、連結バスバー２５０のみについて説明する。

第１変形例による連結バスバー２５０は伝導性素材の蛇腹構造を有してもよい。第１ガイドポール２１３に沿って第１バスバー２３０が移動してもクッション部材３００の緩衝力と所定形状に折り曲げられた連結バスバー２５０のみでは十分な移動距離を確保しにくい。しかし、第１変形例のように蛇腹構造を有する連結バスバー２５０を採用する場合、より長い移動距離を確保することができるので、リードの短絡を防止することができる。ここで、伝導性素材は通電可能であれば特に制限されない。

図８は図５の連結バスバーの第２変形例を説明するための図である。図５に示す結合構造とは連結バスバー２５０のみ違うだけで、残りの構成は同一であるので、連結バスバー２５０のみについて説明する。

第２変形例による連結バスバー２５０は伸縮可能な伝導性素材であれば特に制限されなく、一例として蛇腹構造、コイル形状を有する。ここで、伝導性素材のコイルの場合であれば、伝導性ゴム又は銀ナノ線の表面を金で被覆した後、ＳＢＳ（ｐｏｌｙ Ｓｔｙｒｅｎｅ－Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ－Ｓｔｙｒｅｎｅ）と混ぜた金銀ナノ複合体、炭素ナノチューブ、炭素ゴム複合体であることができる。

もちろん、それ自体の長さが増えるか減ることはないが、柔軟性あるワイヤでバスバーをちょっと緩く連結しても同じ目的及び機能を達成することができる。

第２変形例のような連結バスバー２５０を採用する場合、移動距離の確保が容易であるだけでなく、小さな力でも第１バスバー２３０が移動することができるという利点がある

たとえ、図５～図８を参照して、バッテリーパックの前面部に第１バスバー２３０が移動可能な構造のみについて説明したが、第２バスバー２４０にも同じ構造を採用することによって第２バスバー２４０が移動することができるというのは明らかである。

次に、図９～図１２を参照して、第１バスバー２３０と第２バスバー２４０は第１バスバーフレーム２１０と第２バスバーフレーム２２０にそれぞれ固定されたままで第１バスバーフレーム２１０と第２バスバーフレーム２２０が移動可能な構造について説明する。

図９は本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックを一側方向に見た斜視図、図１０は本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックを他側方向に見た斜視図である。

図２及び図３の第１実施例によるバッテリーパックとは、バスバーフレームに係止突起が備えられ、底プレートにはレールが形成されているという構成のみ除き、残りは同一であるので、以下ではこの構成のみについて説明する。

本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックでは、第１バスバーフレーム２１０の上部に第１’係止突起２１１がさらに備えられ、下部には第２’係止突起２１２が形成されている。

図９のＡ部を拡大した図面である図１１を参照して、第１’係止突起２１１についてより詳細に説明すれば、“Ｃ”字形のフック形状の第１’係止突起２１１が第１バスバーフレーム２１０の上部に形成され、上記第１’係止突起２１１は第１固定シャフト４４０に締結されている。

また、図９のＢ部を拡大した図面である図１２を参照すると、“コ”字形の第２’係止突起２１２は第１バスバーフレーム２１０の下部に形成され、上記第２’係止突起２１２が締結できるように陷沒部が形成されたレール４３１が底プレート４３０に備えられている。

まとめると、図１１及び図１２のように、第１バスバーフレーム２１０の第１’係止突起２１１は第１固定シャフト４４０、第２’係止突起２１２は底プレート４３０のレール４３１にそれぞれ締結されることにより左右にスライド可能である。

たとえ、第２実施例によるバッテリーパックの後面部については具体的な図面及び説明を省略したが、前述した図１１及び図１２と同じ構造の係止突起及びレールを備えることができるというのは明らかである。

一方、第１バスバーフレーム２１０の第１’係止突起２１１及び 第２バスバーフレーム２２０の第１”係止突起２２１のいずれもＣ字形のフック形状を有し、これらの第１’係止突起２１１と 第１”係止突起２２１がそれぞれ第１固定シャフト４４０と第２固定シャフト４５０に締結されることもできる。

また、第１バスバー２３０と第２バスバー２４０が第１バスバーフレーム２１０及び第２バスバーフレーム２２０のそれぞれに固定されず、図５～図８を参照して説明した第１バスバー２３０と第２バスバー２４０が移動可能な構造を採用することもできる。

この場合、第１バスバーフレーム２１０、第２バスバーフレーム２２０、第１バスバー２３０、及び第２バスバー２４０がそれぞれ独立的に移動可能であるから、電極リードの短絡を最も効果的に防止することができる。

図１３は本発明の好適な第３実施例によるバッテリーパックにおいてバスバーと電極リードとの結合構造を説明するための断面図である。

本発明の第３実施例では、各サブモジュールの前面部と後面部には同じ形状を有するバスバーが連結され、一つのサブモジュールを成すリードは重畳したままでバスバーに固定されることができる。

具体的には、三つの単位セルからなるサブモジュールの間にはクッション部材３００が位置し、リードと同じ個数のスリットが形成された第１バスバー２３０と第２バスバー２４０は連結バスバー２５０を介して電気的に連結される形状である。また、各スリットを貫通した陽極リード１１２又は陰極リード１１３は所定距離だけ離隔した状態で位置する各バスバーの同じ位置で重畳するように固定される。

もちろん、図面に示していないが、バスバーのスリットの個数がリードの個数より小さいことができる。ここで、一つ以上のリードは一つのスリットを貫通した後、バスバーの同じ位置で重畳するように固定されることができる。

上記のような構造を有することにより、バスバーのサイズを減らすことができ、さらにバスバーが動ける空間を確保することが容易である。

図１４は本発明の好適な第４実施例によるバッテリーパックにおいてバスバーと電極リードとの結合構造を説明するための断面図である。

本発明の第４実施例は全ての単位セルが直列で連結される構造を有し、一つのサブモジュール内で単位セルは陽極端子と陰極端子が互いに対向して位置する。具体的には、同じ方向に向かっている一側の陽極リード１１２と陰極リード１１３は所定距離だけ離隔している第１バスバー２３０にそれぞれ固定され、またこれらの第１バスバー２３０は連結バスバー２５０を介して電気的に連結される。一方、他側の陰極リード１１３と陽極リード１１２は同じ第２バスバー２４０に固定される。そして、それぞれのサブモジュールの間にはクッション部材３００が選択的に位置することができる。

図１５は本発明の好適な第５実施例によるバッテリーパックにおいてバスバーと電極リードとの結合構造を説明するための断面図である。

上記第４実施例と同様に、全ての単位セルが直列で連結される構造を有する。しかし、第５実施例で陽極リード１１２と陰極リード１１３は互いに異なる第１バスバー２３０又は第２バスバー２４０に固定される。

具体的には、同じ方向に向かっている一側の陽極リード１１２と陰極リード１１３は所定距離だけ離隔した第１バスバー２３０に固定され、他側の陰極リード１１３と陽極リード１１２も所定距離だけ離隔して位置する第２バスバー２４０にそれぞれ固定されている。そして、第１バスバー２３０と第２バスバー２４０は多数の連結バスバー２５０を介して連結される。

一方、第３実施例乃至第５実施例ではバスバーと電極リードの断面図のみ示したが、第１及び第２実施例で説明したバスバー移動構造、バスバーフレーム移動構造、伸縮可能な連結バスバーなどを適用することができるというのは明らかである。

以上で本発明の内容の特定部分を詳細に記述したが、当該分野の通常の知識を有する者にこのような具体的技術はただ好適な実施様態であるだけであり、これによって本発明の範囲が制限されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であるというのは当業者に明らかであり、このような変形及び修正が添付の特許請求の範囲に属するというのは言うまでもない。

本発明によるバッテリーパックは、バスバー及び／又はバスバーフレームが移動するから、スウェリング現象が発生しても単位セルのタブ、リード及びリードバスバー連結部の破損を防止することができるという利点がある。

また、本発明によるバッテリーパックは、単位セルのタブ、リード及びリードバスバー連結部の破損防止により、全体バッテリーパックの性能低下を予防することができるだけではなく、電池の安全性を向上させることができる。

さらに、本発明によるバッテリーパックは、電池の寿命を延ばすとともに電池が再使用できるようにして廃棄物を減らすことができるという利点がある。

１ バッテリーパック
１００ サブモジュール
１１０ 単位セル
１１１ 電極組立体
１１２ 陽極リード
１１３ 陰極リード
２００ バスバー組立体
２１０ 第１バスバーフレーム
２１１ 第１’係止突起
２１２ 第２’係止突起
２１３ 第１ガイドポール
２２０ 第２バスバーフレーム
２２１ 第１”係止突起
２３０ 第１バスバー
２３１ 第１スリット
２３２ 第１ホール
２３３ 第１締結具
２４０ 第２バスバー
２４１ 第２スリット
２５０ 連結バスバー
３００ クッション部材
４００ パックケース
４１０ 第１側面プレート
４２０ 第２側面プレート
４３０ 底プレート
４３１ レール
４４０ 第１固定シャフト
４５０ 第２固定シャフト

Claims (20)

1. 電極組立体（１１１）及び前記電極組立体（１１１）の両側の陽極リード（１１２）及び陰極リード（１１３）を含む一つ以上の単位セル（１１０）が配置されているサブモジュール（１００）と、
   前記サブモジュール（１００）を直列又は並列で連結するために、第１バスバーフレーム（２１０）、第２バスバーフレーム（２２０）及び前記第１バスバーフレーム（２１０）に連結される第１バスバー（２３０）及び前記第２バスバーフレーム（２２０）に連結される第２バスバー（２４０）を含むバスバー組立体（２００）と、
   前記サブモジュール（１００）を収納するとともに前記バスバー組立体（２００）を支持するために、前記サブモジュール（１００）の一側に並んで位置する第１側面プレート（４１０）、前記サブモジュール（１００）の他側に並んで位置する第２側面プレート（４２０）、及び前記サブモジュール（１００）の底に位置する底プレート（４３０）を含むパックケース（４００）とを含み、
   前記第１バスバーフレーム（２１０）、第２バスバーフレーム（２２０）、第１バスバー（２３０）及び第２バスバー（２４０）のいずれか一つ以上は前記第１側面プレート（４１０）及び／又は第２側面プレート（４２０）の方向に移動することができる、バッテリーパック。
2. 前記サブモジュール（１００）は二つ以上の単位セル（１１０）が並列で配置されている３以上の自然数であるＮ個からなり、
   前記Ｎ個のサブモジュール（１００）を直列で連結することができるように、前記パックケース（４００）の前面には第１バスバーフレーム（２１０）、第１バスバー（２３０）及び第Ｎ－２サブモジュール（１００）以後の互いに隣接した二つずつのサブモジュール（１００）を直列で連結するための連結バスバー（２５０）が位置し、パックケース（４００）の後面には第２バスバーフレーム（２２０）及び第Ｎ－２サブモジュール（１００）から互いに隣接した二つずつのサブモジュール（１００）を直列で連結する第２バスバー（２４０）が位置する、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記サブモジュール（１００）は陽極端子と陰極端子が互いに対向して位置する二つの単位セル（１１０）からなる２以上の自然数であるＮ個からなり、
   前記単位セル（１１０）を直列で連結することができるように、一側方向に向かう陽極リード（１１２）と陰極リード（１１３）は所定距離だけ離隔して位置する複数の第１バスバー（２３０）にそれぞれ固定され、
   他側の陰極リード（１１３）と陽極リード（１１２）は同じ第２バスバー（２４０）に固定される、請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記サブモジュール（１００）は一つの単位セル（１１０）からなる２以上の自然数であるＮ個からなり、
   前記単位セル（１１０）を直列で連結することができるように、隣接した一側の陽極リード（１１２）と陰極リード（１１３）は第１バスバー（２３０）に固定され、
   隣接した他側の陰極リード（１１３）と陽極リード（１１２）は第２バスバー（２４０）に固定される、請求項１に記載のバッテリーパック。
5. 前記第１バスバー（２３０）と第２バスバー（２４０）はそれぞれ第１バスバーフレーム（２１０）と第２バスバーフレーム（２２０）に固定されたままで、第１バスバーフレーム（２１０）及び／又は第２バスバーフレーム（２２０）のみ移動可能である、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
6. 前記第１側面プレート（４１０）と第２側面プレート（４２０）との間には固定シャフトが備えられ、前記第１バスバーフレーム（２１０）及び／又は第２バスバーフレーム（２２０）には前記固定シャフトと連結される第１係止突起が形成される、請求項５に記載のバッテリーパック。
7. 前記底プレート（４３０）にはレール（４３１）が形成され、前記第１バスバーフレーム（２１０）及び／又は第２バスバーフレーム（２２０）には前記レール（４３１）と連結される第２係止突起が形成される、請求項５又は６に記載のバッテリーパック。
8. 前記第１バスバーフレーム（２１０）、第２バスバーフレーム（２２０）、第１バスバー（２３０）及び第２バスバー（２４０）のいずれも独立的に前記第１側面プレート（４１０）及び／又は第２側面プレート（４２０）の方向に移動することができる、請求項１～７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
9. 前記第１バスバー（２３０）及び／又は第２バスバー（２４０）が移動することができる、請求項１～８のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
10. 前記第１バスバーフレーム（２１０）には第１ガイドポール（２１３）が形成され、前記第１バスバー（２３０）は前記第１ガイドポール（２１３）を収容する長孔形の第１ホール（２３２）が形成される、請求項９に記載のバッテリーパック。
11. 前記第１ガイドポール（２１３）に装着される第１締結具（２３３）をさらに備える、請求項１０に記載のバッテリーパック。
12. 前記第２バスバーフレーム（２２０）には第２ガイドポールが形成され、前記第２バスバー（２４０）には前記第２ガイドポールを収容する長孔形の第２ホールが形成される、請求項１０又は１１に記載のバッテリーパック。
13. 前記第２ガイドポールに装着される第２締結具をさらに備える、請求項１２に記載のバッテリーパック。
14. 前記連結バスバー（２５０）は伝導性素材からなる蛇腹構造を有する、請求項２に記載のバッテリーパック。
15. 前記連結バスバー（２５０）は伝導性及び弾性素材からなる、請求項２に記載のバッテリーパック。
16. 前記連結バスバー（２５０）はコイル形状を有する、請求項１５に記載のバッテリーパック。
17. 前記第１バスバー（２３０）及び前記第２バスバー（２４０）には単位セル（１１０）と同じ個数のスリットが形成され、各単位セル（１１０）の電極は各スリットを貫通した後、互いに異なる位置に固定される、請求項１～１６のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
18. 前記第１バスバー（２３０）及び前記第２バスバー（２４０）には単位セル（１１０）より少ない個数のスリットが形成され、二つ以上の電極がバスバーの同じ地点に順次積層されて固定される、請求項１～１６のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
19. 前記サブモジュール（１００）の間にクッション部材（３００）をさらに備える、請求項１～１８のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
20. 請求項１～１９のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、二次電池。

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