JP2022551798A - 電池パックの内部を貫通する補強ポールを含む電池パック、およびそれを含む自動車 - Google Patents

電池パックの内部を貫通する補強ポールを含む電池パック、およびそれを含む自動車 Download PDF

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Abstract

本発明は、電極リードが非対称構造で形成された電池セルおよびそれを含む電池モジュールに関するものであって、スペース効率に優れ、機械的強度を向上させた電池モジュールを提供する。

Description

本出願は、２０２０年０９月０８日付の韓国特許出願第１０-２０２０-０１１４８８２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、本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電極リードが非対称構造に形成された電池セルと電池パックの内部を貫通する補強ポールとを含む電池パック、及びそれを動力源として含む自動車に関するものである。
最近、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格上昇、環境汚染に対する関心が増し、環境にやさしい代替エネルギー源に対する要求が将来生活のために必要不可欠な要因となっている。ゆえに、原子力、太陽光、風力、潮力などの多様な電力生産技術に対する研究が続いており、このように生産されたエネルギーをより効率的に使用するための電力貯蔵装置にも大きな関心が寄せられている。
特に、モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれて、エネルギー源としての電池の需要が急激に増加しており、それに応じて多様なニーズに応えられる電池に対する研究が行われている。
代表的に、電池の形状面においては、薄い厚さで携帯電話などの製品に適用し得るパウチ型二次電池に対する需要が高く、材料面においては、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのリチウム二次電池に対する需要が高い。
このようなパウチ型電池は、ケースの内部に正極、負極、およびこれらの間に配置される分離膜からなる電極組立体が収容されており、正極タブおよび負極タブがそれぞれ電極リードに接合されてケースの外部に露出されるようにシーリングされた構造である。このような電極リードは外部装置との接触によって電気的に連結され、電池は電極リードを通じて外部装置に電力を供給するか、または外部装置から電力を供給されることになる。
しかし、複数の電池セルを組み合わせて電池モジュールを形成する場合に、パウチ型電池は、突出された電極リード、またはシーリング工程で形成されたテラス領域などにより、スペース効率が悪いという限界がある。併せて、電池モジュールの機械的強度を補強するための補強バーを形成するためには別途のスペースが要求されるという問題もある。
図１は、従来の電池セルを図示したものである。図１に図示されたように、従来のパウチ型電池セルは、電極組立体が内蔵されたセルボディー１１を基準として、両側面にそれぞれ第１電極リード２１及び第２電極リード２２が突出して形成された構造である。具体的に、セルボディー１１の第１電極リード２１が形成された側面を察してみると、第１電極リード２１を基準として電池セル１０の幅方向に、セルボディー１１の高さが低くなる肩ライン公差１２、１３が形成された構造である。また、第２電極リード２２を基準として、両幅方向にも肩ライン公差が形成された構造である。
図２は、図１に図示された電池セル１０を組み合わせて電池パック５０を形成した構造を図示したものである。図２を参照すると、複数の電池セル１０が収容された４個の電池モジュール３１、３２、３３、３４が集合されて１つの電池パック５０を形成する。この場合、電池パック５０内部の機械的強度を高めるために補強バー４０が形成される。上記補強バー４０は、左側に位置した電池モジュール３１、３２と右側に位置する電池モジュール３３、３４との間を横切る位置に形成される。従来の電池パック５０は、このような補強バー４０を形成するために別途のスペースが必要となり、これにより、スペース活用度が低下されるという問題がある。
したがって、電池パックを組み立てる際に、スペース効率を高めながらも機械的強度を向上させることができる新しい技術が必要であるのが実情である。
韓国特許公開公報第２０１９-００６９８７３号
上記のような従来技術の問題点を解決するために、パウチ型電池セルを用いて電池パックを形成する過程において、スペース効率を高めながらも機械的強度を向上させることができる技術が必要であるのが実情である。
本発明は、電極リードが非対称構造で形成された電池セルと上記電池セルとの間を貫通する補強ポールを含む電池パックを提供する。一例において、本発明に係る電池パックは、受容部が形成されたパックケースと、上記パックケースの受容部に一方向に配向されて収容された複数の電池セルと、パックケース内部の機械的強度を補強する補強ポールとを含む。上記電池セルは、セルボディーと上記セルボディーの互いに反対方向に突出して形成された第１及び第２電極リードとを含み、かつ上記第１電極リード及び第２電極リードは、それぞれ電池セルの長さ方向の中心軸を基準として、互いに反対となる側面方向に偏って形成された構造であるパウチ型電池セルである。上記電池セルは、収容された電池セルが配向した方向に、複数の電池セルが積層されたセル積層体ブロックをａ個（ａは２以上の整数）形成し、かつｐ番目（ｐは１～ａ－１の間の整数）のセル積層体ブロックの第２電極リードと、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとは、互いに対向する位置で接続される構造である。また、上記補強ポールは、電池セルが配向された方向と垂直方向に配置され、かつｐ番目（ｐは１～ａ－１の整数）のセル積層体ブロックの第２電極リードと、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である。
一例において、上記電池パックは、収容された電池セルが配向された方向に２又はそれ以上の電池モジュールが収容された構造である。また、上記補強ポールは、電池モジュール内の電池セルと電池セルとの境界領域、および電池モジュールと電池モジュールとの境界領域のうちのいずれか１つ以上の位置に配置される。
具体例において、本発明に係る電池パックに収容された電池モジュールのそれぞれは、収容された電池セルが配向された方向に、複数の電池セルが積層されたセル積層体ブロックをｂ個（ｂは２～ａの間の整数）を含み、かつｑ番目（ｑは１～ｂ－１の間の整数）のセル積層体ブロックの第２電極リードと、ｑ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとは、互いに対向する位置で接続される構造であり、上記補強ポールは、電池セルが配向された方向と垂直方向に配置され、かつｑ番目（ｑは１～ｂ－１の整数）のセル積層体ブロックの第２電極リードと、ｑ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である。
別の具体例において、上記電池パックは、収容された電池セルが配向された方向に配列された電池モジュールをｃ個（ｃは２～ａの間の整数）を含み、かつｒ番目（ｒは１～ｃ－１の間の整数）の電池モジュールの末端の第２電極リードとｒ＋１番目の電池モジュールの末端の第１電極リードは、互いに対向する位置で接続される構造であり、上記補強ポールは、電池セルが配向された方向に対して垂直な方向に配置され、かつｒ番目（ｒは１～ｃ－１の間の整数）電池モジュール端部の第２電極リードとｒ＋１電池モジュール端部の第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である。
一例において、上記電池パックは、補強ポールが形成される方向に２またはそれ以上の電池モジュールが収容された構造であり、上記補強ポールは、上記２またはそれ以上の電池モジュールを貫通する構造である。
別の一例において、上記電池パックは、補強ポールが形成された方向と垂直方向に配置された補強バーをさらに含む。
具体例において、上記補強ポールの断面形状は、円形、楕円形または三角形である。また、上記補強バーの断面形状は、四角形または台形の形状である。
一例において、上記電池パックは、収容された電池セルが配向された方向と垂直方向に配置された第１電池モジュールおよび第２電池モジュールを含み、上記補強ポールは第１電池モジュールおよび第２電池モジュールを貫通する構造である。
別の一例において、上記電池パックは、第１電池モジュールおよび第２電池モジュールの間に配置され、上記補強ポールと垂直方向に位置する補強バーをさらに含む。
別の一例において、上記電池パックは、収容された電池セルが配向された方向と垂直方向に配列された第１電池モジュールおよび第２電池モジュール、並びに第１モジュールおよび第２モジュールに対してそれぞれ平行に配列された第３電池モジュールおよび第４電池モジュールを含む。また、上記補強ポールは、第１電池モジュールおよび第３電池モジュールを貫通する位置と、第２電池モジュールおよび第４電池モジュールを貫通する位置と、第１電池モジュールおよび第２電池モジュールの間と第３電池モジュールおよび第４電池モジュールとの間を通る位置のうちの何れか１つ以上に配置された構造である。
具体例において、上記電池パックは、第１電池モジュールおよび第３電池モジュールの間と、第２電池モジュールおよび第４電池モジュールの間とを通る位置に配置された補強バーをさらに含む。
一例において、上記電池パックは、電池パック内に位置するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）をさらに含む。
また、本発明は、上述した電池パックを動力源として含む自動車を提供する。
本発明に係る電池パックは、スペース効率に優れ、機械的強度を向上させることができ、自動車などの動力源として活用可能である。
従来の電池セルを図示した模式図である。 従来の電池モジュールを図示した模式図である。 本発明の一実施形態に係る電池セルを図示した模式図である。 本発明の別の一実施形態に係る電池モジュールの断面構造を図示した模式図である。 本発明の別の一実施形態に係る電池パックの構造を図示した模式図である。 本発明の別の一実施形態に係る電池パックの構造を図示した模式図およびその断面図である。 本発明の別の一実施形態に係る電池パックの構造を図示した模式図およびその断面図である。 本発明の別の一実施形態に係る電池パックの構造を図示した模式図およびその断面図である。 本発明の別の一実施形態に係る電池パックの構造を図示した模式図およびその断面図である。
以下、本発明について詳細に説明する。その前に、本明細書および特許請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈されるべきではならず、発明者が彼自身の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義し得るという原則に基づいて、本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈されるべきである。
本発明は、機械的強度が強化され、機械的強度を強化するためのスペースを最小化にした電池パックを提供する。一実施形態において、本発明に係る電池パックは、受容部が形成されたパックケースと、上記パックケースの受容部に一方向に配向して収容された複数の電池セルと、パックケース内部の機械的強度を補強する補強ポールを含む。上記電池セルは、セルボディー、および上記セルボディーの互いに反対方向に突出して形成された第１電極リード及び第２電極リードを含み、上記第１電極リード及び第２電極リードはそれぞれ、電池セルの長さ方向の中心軸を基準として、互いに反対となる側面方向に偏って形成された構造であるパウチ型電池セルである。
一般的に、パウチ型電池セルは、電極リードの形成によってデッドスペースが発生し、それがスペース効率を低下させる原因となる。本発明では、電極リードの形成に伴うデッドスペースを活用し得る新しい構造の電池セルを含む。本発明に適用されたパウチ型電池セルは、第１電極リード及び第２電極リードが互いに非対称構造である。
一実施形態において、本発明に係るパウチ型電池セルは、電極組立体が収容されたセルボディーと、上記セルボディーの一方向に突出して形成された第１電極リードと、上記セルボディーの第１電極リードが形成された方向とは反対方向に突出して形成された第２電極リードとを含む。具体的に、上記電極組立体は、正極、負極、及び正極と負極との間に介在された分離膜を含む構造である。また、上記パウチ型電池セルは、パウチ型ケースによって電極組立体をシーリングし、かつ第１電極リード及び第２電極リードが互いに反対方向に突出して形成された構造である。
また、上記パウチ型電池セルにおいて、上記第１電極リードは、電池セルの長さ方向の中心軸を基準として、何れか一側面の方向に偏って他側面にデッドスペースを形成する。同時に、上記第２電極リードは、電池セルの長さ方向の中心軸を基準として、第１電極リードとは反対方向に偏って他側面にデッドスペースを形成する。既存の電池セルは一側面と他側面の中央部にそれぞれ、電極リードが形成された対称構造であるのに比べて、本発明に係るパウチ型電池セルは各電極リードが一側方に偏って形成し、かつ第１電極リード及び第２電極リードが互いに異なる方向に偏って形成された非対称構造である。
一実施形態において、上記セルボディーは、第１電極リードおよび第２電極リードを基準として、それぞれ幅方向両側に高さが低くなる肩ライン公差が形成された構造である。上記肩ライン公差は、電極リードから外側方向に高さが低くなる構造であり、その高さが順次又は連続的に低くなる場合を含む。例えば、第１電極リードは左に偏って形成された構造であり、この場合に、右側は肩ライン公差が長く形成され、左側は肩ライン公差が短く形成される。右側に形成された肩ライン公差は、直線状に高さが順次に低くなる区間を含む構造であり得る。また、左側に形成された肩ライン公差は、凸状の弧を描く曲線状に高さが低くなる区間を含む構造であり得る。
具体的な実施例において、上記セルボディーは、第１電極リードおよび第２電極リードを基準として、それぞれ幅方向両側に形成された肩ライン公差の幅の比が１：２～１：１０の範囲にある。具体的に、上記セルボディーは、第１電極リード及び第２電極リードを基準として、それぞれ幅方向両側に形成された肩ライン公差の幅方向長さの比が１：２～１：１０の範囲、１：３～１：１０の範囲、１：５～１：１０の範囲、または１：３～１：６の範囲にある。例えば、第１電極リードは左に偏って形成された構造であり、この場合、右側は肩ライン公差が長く形成され、左側は肩ライン公差が短く形成される。この場合、左側に形成された肩ライン公差は、綾部分をシーリングするための最小幅を確保される必要があり、右側に形成された肩ライン公差は、十分なるデッドスペースを確保するために広い幅で形成される。
上記電池セルは、収容された電池セルが配向された方向に、複数の電池セルが積層されたセル積層体ブロックをａ個（ａは２以上の整数）形成し、かつｐ番目（ｐは１～ａ－１の間の任意の整数）セル積層体ブロックの第２電極リードと、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとは、互いに対向する位置で接続される構造である。具体的な実施例において、上記セル積層体ブロックは、ｘ軸方向（収容された電池セルが配向された方向）にａ個配置された構造であり、その中でｐ番目に配置されたセル積層体ブロックの各第２電極リードと、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの各第１電極リードは、互いに対向する位置で接触して電気的に直列に連結された構造である。具体的には、ｘ軸方向に配置されたセル積層体ブロックは互いに電気的に直列接続されて、電池モジュールで要求される電圧レベルを満たすことになる。例えば、ｐ番目のセル積層体ブロックは、垂直に収容された位置を基準として、第２電極リードが上方に偏って配置され、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードも上方に偏って配置される。この場合、ｐ番目のセル積層体ブロックの第２電極リードと、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとは、互いに等しい高さで対向することになり、両電極リードが接触して電気的に直列に連結を形成する。上記ａは、２以上の整数であり、例えば、２～１０の範囲にある。
また、上記補強ポールは、電池セルが配向された方向と垂直方向に配置され、かつｐ番目（ｐは１～ａ－１の間の任意の整数）セル積層体ブロックの第２電極リードと、ｐ＋１番目セル積層体ブロックの第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である。具体的には、ｐ番目のセル積層体ブロックの第２電極リードと、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとが接する地点の下側は、両セル積層体ブロックのデッドスペースが会いながら補強ポールが通ることができる空スペースが形成される。
一実施形態において、上記セル積層体ブロックは、ｘ軸方向（収容された電池セルが配向された方向）に２個～１０個が配置される。また、各セル積層体ブロックは、５個～５０個の電池セルが積層された構造である。具体的に、上記セル積層体ブロックは、ｘ軸方向に２個～４個配置され、各セル積層体ブロックは、１０個～３０個の電池セルが積層された構造である。例えば、本発明に係る電池パックは、２個の電池モジュールがｙ軸方向（ｘ軸方向と垂直方向）に配列され、各電池モジュールは、２４個の電池セルが積層されたセル積層体ブロックがｘ軸方向には、２個が配置された構造であり得る。この場合、上記電池パックはそれぞれ、４８個の電池セルを含む電池モジュールを２個含み、合計９６個の電池セルを含む構造であり得る。
別の一実施形態において、本発明に係る電池パックは、収容された電池セルが配向された方向（ｘ軸方向）に２又はそれ以上の電池モジュールが収容された構造である。また、上記補強ポールは、電池モジュール内の電池セルと電池セルとの間の境界領域、および電池モジュールと電池モジュールとの間の境界領域のうちのいずれか１つ以上の位置に配置される。具体的に、上記補強ポールは、電池モジュール内の電池セルと電池セルとの間のデッドスペースに位置する場合を含み、あるいは電池モジュールと電池モジュールとの間のデッドスペースに位置する場合を含む。例えば、ｘ軸方向に１つの電池モジュールが配置された場合には、上記電池パックは、電池モジュール内の電池セルと電池セルとの間のデッドスペースに配置された１つの補強ポールを含む。別の例として、ｘ軸方向に２個の電池モジュールが配置された場合には、各電池モジュール内に１つずつの補強ポールが位置し、電池モジュールと電池モジュールとの間のデッドスペースに別の１つの補強ポールが位置し、上記電池パックは合計３個の補強ポールを含む。
一実施形態において、本発明に係る電池パックで、電池モジュールのそれぞれは、収容された電池セルが配向された方向に、複数の電池セルが積層されたセル積層体ブロックをｂ個（ｂは２～ａの間の整数）を含み、かつｑ番目（ｑは１～ｂ－１の間の任意の整数）のセル積層体ブロックの第２電極リードと、ｑ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとは、互いに対向する位置で接続される構造である。また、上記補強ポールは、電池セルが配向された方向と垂直方向に配置され、かつｑ番目（ｑは１～ｂ－１の間の整数）のセル積層体ブロックの第２電極リードと、ｑ＋１番目のセル積層体ブロックの第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である。本実施形態は、個別の電池モジュールを基準として、各電池モジュールを貫通する補強ポールを含む構造を示したものである。本発明では、各電池モジュールがｘ軸方向に２つ以上のセル積層体ブロックを含み、セル積層体ブロックの間を貫通する補強ポールを含む構造である。セル積層体ブロックと隣接するセル積層体ブロックとの間は電極リード間の電気的接続がなされており、これにより、既存の電池モジュールは補強体を形成し得る余裕スペースが確保されないという限界があった。本発明では、パウチ型電池セルの電極リードを非対称構造に形成することによって、電極リード間の接続部位に十分なるデッドスペースを確保した。これにより、本発明に係る電池モジュールは、電池モジュール内の機械的強度を高めることができる補強ポールを含む構造を提示する。
別の一実施形態において、上記電池パックは、収容された電池セルが配向された方向に配列された電池モジュールをｃ個（ｃは２～ａの間の整数）を含み、かつｒ番目（ｒは１～ｃの間の整数）の電池モジュールの末端の第２電極リードと、ｒ＋１番目の電池モジュールの末端の第１電極リードとは、互いに対向する位置で接続される構造である。また、上記補強ポールは、電池セルが配向された方向と垂直方向に配置され、かつｒ番目（ｒは１～ｃ－１の間の整数）の電池モジュールの末端の第２電極リードと、ｒ＋１番目の電池モジュールの末端の第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である。本実施形態は、電池パックが一方向（ｘ軸方向）に複数の電池モジュールを含み、かつ電池モジュールと電池モジュールとの間を貫通する補強ポールを含む構造を示したものである。本発明では、電池パックがｘ軸方向に２つ以上の電池モジュールを含み、電池モジュールの間を貫通する補強ポールを含む構造である。いずれか一つの電池モジュールと上記電池モジュールと隣接する電池モジュールとの間は、電極リード間の電気的接続がなされており、これにより、既存の電池パックは補強体を形成するために別途のスペースが要求される。本発明では、電極リードが非対称構造に形成されたパウチ型電池セルを適用することによって、電池モジュールと電池モジュールとの間の電極リード間の接続部位に十分なるデッドスペースを確保した。これにより、本発明に係る電池パックは、別途の空間を必要とせず、しかも電池モジュール間の機械的強度を高めてくれる補強ポールを含む構造を提示する。
一実施形態において、上記電池パックは、補強ポールが形成される方向に２又はそれ以上の電池モジュールが収容された構造であり、上記補強ポールは、上記２又はそれ以上の電池モジュールを貫通する構造である。上記補強ポールが形成された方向は、収容された電池セルが配向された方向（ｘ軸方向）と垂直な方向（ｙ軸方向）である。本発明では、互いに平行に配置された２つ以上の電池モジュールを含み、上記補強ポールは、平行に配置された２つ以上の電池モジュールを貫通する構造である。これにより、電池パックのｙ軸方向への機械的強度を高めることができる。
別の一実施形態において、上記電池パックは、補強ポールが形成された方向と垂直方向に配置された補強バーをさらに含む。上記電池パックは、互いに平行に配置された２つ以上の電池モジュールを含み、かつ平行に配置された電池モジュールと電池モジュールの間にｙ軸方向に配置された補強バーを含む。上記補強バーを形成することによって、電池パックのｘ軸方向への機械的強度を高めることができる。
一実施形態において、上記補強ポールの断面形状は、円形、楕円形または三角形である。これは、単純に正方形の断面構造を有する場合と比べて、電池セルの電極リード間の接続部位に隣接して形成されるデッドスペースを効果的に貫通することができる。例えば、上記補強ポールの断面形状は円形である。また、上記補強バーの断面形状は、特に限定されるものではないが、四角形または台形形状である。上記補強バーは、電池モジュールと電池モジュールとの間に平行に配置される。例えば、上記補強バーを長方形の断面形状を有するように形成することによって、機械的強度の向上を誘導し、該当の位置にギャップが発生することを防止し得る。
具体例において、上記電池パックは、収容された電池セルが配向された方向と垂直方向に配列された第１電池モジュールおよび第２電池モジュールを含み、上記補強ポールは第１電池モジュールおよび第２電池モジュールを貫通する構造である。例えば、上記電池パックは、ｙ軸方向に２個の電池モジュールが配置され、上記補強ポールは、２個の電池モジュールを貫通する構造である。具体例において、上記電池パックは、第１電池モジュールおよび第２電池モジュールの間に配置され、上記補強ポールと垂直方向に位置する補強バーをさらに含む。上記補強バーは、ｙ軸方向に配向された構造であり、第１電池モジュールおよび第２電池モジュールの間に配置される構造である。例えば、上記電池パックは２個の電池モジュールを含み、上記２個の電池モジュールは互いに平行に配置された構造である。
別の具体例において、上記電池パックは、収容された電池セルが配向された方向と垂直方向に配列された第１電池モジュールおよび第２電池モジュール、並びに第１電池モジュールおよび第２電池モジュールに対してそれぞれ平行に配置された第３電池モジュールおよび第４電池モジュールを含む。上記補強ポールは、第１電池モジュールおよび第３電池モジュールを貫通する位置と、第２電池モジュールおよび第４電池モジュールの間を貫通する位置と、第１電池モジュールおよび第２電池モジュールの間と第３電池モジュールおよび第４電池モジュールとの間を通る位置のうちの何れか一つ以上に配置された構造である。例えば、上記電池パックは、ｘ軸方向に２個の電池モジュールが配置され、ｙ軸方向に２個の電池モジュールが配置されて、合計４個の電池モジュールが配置された構造である。この場合、上記電池パックは、電池モジュールをｙ軸方向に貫通する補強ポールが２個位置し、電池モジュールと電池モジュールとの間をｙ軸方向に貫通する補強ポールが１個位置する。具体例において、上記電池パックは、第１電池モジュールおよび第３電池モジュールの間と、第２電池モジュールおよび第４電池モジュールの間とを通る位置に配置された補強バーをさらに含む。これにより、上記電池パックは、ｙ軸方向に機械的強度を補強する３個の補強ポールと、ｘ軸方向に機械的強度を補強する１個の補強バーとを含む。必要によって、上記電池パックは、電池パック内に位置するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などをさらに含む。
また、本発明に係る電池パックは、多様な形態のエネルギー貯蔵装置または動力源として適用可能である。例えば、上記エネルギー貯蔵装置は、大容量の電気エネルギーを貯蔵するＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）である。 また、上記動力源は、移動手段、例えば、自動車の動力源として適用可能である。上記自動車は、補助動力源または主動力源として、二次電池を用いる多様な形態の自動車を総称する。具体的に、上記自動車は、ハイブリッド（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド（ＰＨＥＶ）、または純電気車（ＢＥＶ、ＥＶ）などを含む。
以下、図面と実施形態などを通じて本発明をより詳細に説明する。 本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することができる。ゆえに、特定の実施形態を図面に例示し、本文に詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の開示形態に限定しようとすることではなく、本発明の思想および技術の範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解されるべきである。
第１実施形態
図３は、本発明の一実施形態に係る電池セルの模式図である。図３を参照すると、本発明に係る電池セル１００は、第１電極リード及び第２電極リード１２１、１２２が互いに非対称構造に形成されたパウチ型電池セル１００である。上記電池セル１００は、電極組立体が収容されたセルボディー１１０と、上記セルボディー１１０の一方向に突出して形成された第１電極リード１２１と、上記セルボディー１１０の第１電極リード１２１が形成された方向とは反対方向に突出して形成された第２電極リード１２２とを含む。
上記電池セル１００において、第１電極リード１２１は下側に偏って形成され、第２電極リード１２２は上側に偏って形成された非対称構造である。具体的に、上記セルボディー１１０は、第１電極リード１２１を基準として、両側幅方向に高さが低くなる肩ライン公差１１１、１１２が形成された構造である。上記肩ライン公差１１１、１１２は、電極リードから外側方向に高さが低くなる構造である。例えば、図３に図示された図面を参照すると、第１電極リード１２１は下側に偏って形成された構造であり、この場合、上側は肩ライン公差１１１が長く形成されて相対的に広い面積のデッドスペースが確保され、下側は肩ライン公差１１２が短く形成され、狭い面積のデッドスペースが確保される。
上記セルボディー１１０は、第１電極リード１２１を基準として、両側幅方向に形成された肩ライン公差１１１、１１２の幅Ｌ１、Ｌ２の比が約５：１のレベルである。併せて、上記セルボディー１１０は、第２電極リード１２２を基準として、両側幅方向に形成された肩ライン公差の幅の比も約１：５のレベルに形成される。 このように、本発明に係る電池セル１００は、電極リード１２１、１２２を側面一方向に偏るように形成することによって、より広い面積のデッドスペースを確保することができる。また、第１電極リード１２１と第２電極リード１２２とが互いに異なる側面方向に偏るように形成した非対称構造を形成する。
第２実施形態
図４は、本発明の別の実施形態に係る電池モジュールの断面を図示した模式図である。図４を参照すると、本発明に係る電池モジュール２００は、モジュールハウジング２０１、２０２内に複数個の電池セルが積層されたセル積層体２１０、２２０が収容された構造を含む。上記モジュールハウジングは、Ｕ型フレーム（２０２、側面部は省略）と、上記Ｕ形フレーム２０２の上面部を覆うモジュールハウジングの上部プレート２０１とを含む。図４では、説明の便宜上、Ｕ型フレーム２０２のうち、モジュールハウジングの下部プレート２０２のみを図示した。
上記電池モジュール２００内には、ｘ軸方向に２個のセル積層体２１０、２２０が配置され、各セル積層体２１０、２２０は、ｙ軸方向に２４個の電池セルが積層された構造（図示せず）である。したがって、上記電池モジュール２００は、４８個の電池セルが収容される。図４において、左側に形成されたセル積層体２１０は、セルボディー２１１を基準として、左側面の下側に第１電極リード２１２が形成され、右側面の上側に第２電極リード２１３がが形成される。また、右側に形成されたセル積層体２２０は、セルボディー２２１を基準として、左側の上側に第１電極リード２２２が形成され、右側の下側に第２電極リード２２３が形成される。
また、上記電池モジュール２００は、機械的強度を補強するためにセル積層体２１０、２２０の間を貫通する補強ポール２３０を含む構造である。上記補強ポール２３０は、ｘ軸方向に配置されたセル積層体２１０とセル積層体２２０との間のデッドスペースを貫通するように配置される。具体的に、上記電池モジュール２００において、ｘ軸方向に配置された左側セル積層体２１０の第２電極リード２１３と右側セル積層体２２０の第１電極リード２２２とが互いに対向する位置で接触して電気的に直列接続された構造である。左側セル積層体２１０は、第２電極リード２１３が上側に偏って配置され、右側セル積層体２２０の第１電極リードも上側に偏って配置される。この場合、左側セル積層体２１０の第２電極リード２１３と右側セル積層体２２０の第１電極リード２２２とは、互いに等しい高さで互いに対向する状態で電気的に接続され、その下側は広い面積のデッドスペースが形成される。上記デッドスペースを通じて補強ポール２３０が貫通することになる。
このように、本発明に係る電池モジュール２００は、補強ポール２３０を形成するために別途の追加スペースを必要とせず、優れたスペース活用度と高い機械的強度を同時に具現することができる。
第３実施形態
図５は、本発明の別の実施形態に係る電池パックを図示した模式図である。図５を参照すると、本発明に係る電池パック３００は、２個の電池モジュール３１０、３２０が集合された構造である。各電池モジュール３１０、３２０は、ｘ軸方向に２個のセル積層体３１１、３１２が配置され、各セル積層体３１１、３１２は、ｙ軸方向に２４個の電池セルが積層された構造である。また、左側に配置されたセル積層体３１１と右側に配置されたセル積層体３１２は、各電池セルが互いに電気的に直列に連結された構造である。また、上記電池パック３００において、補強ポール３３０は、左側に配置されたセル積層体３１１と右側に配置されたセル積層体３１２との間のデッドスペース領域を貫通し、かつｙ軸方向に配列された２個の電池モジュール３１０、３２０を貫通するように配置される。上記補強ポール３３０は、補強ポールストッパー３３１によって位置が固定される。
また、各電池モジュール３１０、３２０は、Ｕ型フレームによって前後側面と上部面が包まれた構造である。必要によって、下部プレート（図示せず）をさらに含むことも可能である。
第４実施形態
図６および図７は、本発明の一実施形態に係る電池パックを図示した模式図である。図６を参照すると、本発明に係る電池パック４００は、パックケース４０１内に互いに平行に配列された第１電池モジュール４１０及び第２電池モジュール４２０を含み、一側にはＢＭＳが形成された構造である。具体的に、図６の下端に図示された第１電池モジュール４１０は、２個のセル積層体４１１、４１２がｘ軸方向に配列された構造を含む。第１電池モジュール４１０は、ｘ軸方向に２個のセル積層体４１１、４１２が配置され、セル積層体４１１、４１２はそれぞれ２４個の電池セルを含む。また、左側のセル積層体４１１を形成する電池セルの電極リードは、右側のセル積層体４１２を形成する電池セルの電極リードと電気的に直列に連結された構造である。図６の上端に図示された第２電池モジュール４２０も同一の構造で形成される。
また、第１電池モジュール４１０のセル積層体４１１、４１２の間のデッドスペースには補強ポール４３０が通り、上記補強ポール４３０は第１電池モジュール４１０及び第２電池モジュール４２０をすべて貫通する構造である。第１電池モジュール４１０及び第２電池モジュール４２０は、互いに平行に配置された構造であり、その間には補強バー４４０が位置する。上記補強ポール４３０は、ｘ軸方向に電池パックの機械的強度を補強し、上記補強バー４４０は、ｙ軸方向に電池パックの機械的強度を補強する役割を果たす。
図７は、図６に図示された電池パックの断面構造を図示したものである。図７を参照すると、パックケース４０１の内部に受容された第１電池モジュール４１０を基準にして、ｘ軸方向に２個のセル積層体４１１、４１２が配置され、かつ互いに電気的に直列に連結された構造である。上記２個のセル積層体４１１、４１２の間のデッドスペースを通じて補強ポール３３０が配置される。また、電池パック４００内部の右側には、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が位置する。必要に応じて、電池パック４０１の左右側にはそれぞれ、外部との電気的連結のためのパック端子４０３、４０４を形成され得る。
第５実施形態
図８および図９は、本発明の別の実施形態に係る電池パックを図示した模式図である。図８を参照すると、本発明に係る電池パック５００は、パックケース５０１内に４個の電池モジュール５１０、５２０、５３０、５４０が２×２の形態で収容された構造である。第１電池モジュール５１０及び第２電池モジュール５２０は互いに電気的に直列に連結された構造であり、第３電池モジュール５３０及び第４電池モジュール５４０は互いに電気的に直列に連結された構造である。また、第１電池モジュール５１０及び第２電池モジュール５２０と第３電池モジュール５３０及び第４電池モジュール５４０とは、互いに平行に配置された構造である。上記４個の電池モジュール５１０、５２０、５３０、５４０はそれぞれ、２個のセル積層体がｘ軸方向に収容され、各セル積層体は２４個の電池セルが積層された構造である。
具体的に、上記電池パック５００は、第１電池モジュール５１０および第３電池モジュール５３０を貫通する位置と、第２電池モジュール５２０および第４電池モジュール５４０を貫通する位置と、第１電池モジュール５１０および第２電池モジュール５２０の間と第３電池モジュール５３０および第４電池モジュール５４０の間とを通る位置にそれぞれ、補強ポール５３１、５３２、５３３が位置する。また、第１電池モジュール５１０及び第３電池モジュール５３０の間と、第２電池モジュール５２０及び第４電池モジュール５４０の間とを通る位置に、補強バー５５０が配置される。
また、電池パック５００のパックケース５０１の内部には、ＢＭＳ５０２が位置する。
図９は、図８に図示された電池パックの断面構造を図示したものである。図９を参照すると、上記電池パック５００は、パックケース５０１の内部にｘ軸方向に収容された第１電池モジュール５１０及び第２電池モジュール５２０を含む。第１電池モジュールは２個のセル積層体５１１、５１２を含み、第２電池モジュールは２個のセル積層体５２１、５２２を含む。第１電池モジュール５１０内の２個のセル積層体５１１、５１２間のデッドスペースに補強ポール５３１が位置し、第１電池モジュール５２０内の２個のセル積層体５２１、５２２間のデッドスペースにも補強ポール５３３が位置する。また、第１電池モジュール５１０と第２電池モジュール５２０との間のデッドスペースにも補強ポール５３２が位置する。
以上、本発明の好ましい実施形態を図面を参照しながら説明した。しかし、当該技術分野の熟練した当業者又は当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更し得ることが理解する必要がある。
したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されず、特許請求の範囲によって定められるべきである。
１０、１００：電池セル
２１０、２２０、３１１、３１２、４１１、４１２、５１１、５１２、５２１、５２２：セル積層体
１１、１１０、２１１、２２１：セルボディー
１２、１３、１１１、１１２：肩ライン公差
２１、１２１、２２２：第１電極リード
２２、１２２、２２３：第２電極リード
３１、３２、３３、３４、２００、３１０、３２０、４１０、４２０、５１０、５２０、５３０、５４０：電池モジュール
４０、４４０、５５０：補強バー
５０、３００、４００、５００：電池パック
２０１：モジュールハウジングの上部プレート
２０２: モジュールハウジングの下部プレート
２３０、３３０、４３０、５３１、５３２、５３３：補強ポール
３３１：補強ポールストッパー
４０１、５０１：パックケース
４０２、５０２：ＢＭＳ
４０３、４０４、５０３、５０４：パック端子

Claims (13)

  1. 受容部が形成されたパックケースと、前記パックケースの受容部に一方向に配向されて収容された複数の電池セルと、前記パックケースの内部の機械的強度を補強する補強ポールとを含む電池パックであって、
    前記電池セルは、セルボディー、および前記セルボディーの互いに反対方向に突出して形成された第１電極リード及び第２電極リードを含み、前記第１電極リード及び前記第２電極リードはそれぞれ、前記電池セルの長さ方向の中心軸を基準として、互いに反対となる側面方向に偏って形成された構造であるパウチ型電池セルであり、
    前記電池セルは、収容された前記電池セルが配向された方向に、前記複数の電池セルが積層されたセル積層体ブロックをａ個（ａは２以上の整数）形成し、かつｐ番目（ｐは１～ａ－１の間の整数）のセル積層体ブロックの前記第２電極リードと、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの前記第１電極リードとは、互いに対向する位置で接続される構造であり、
    前記補強ポールは、前記電池セルが配向された方向に対して垂直な方向に配置され、かつｐ番目（ｐは１～ａ－１の間の整数）のセル積層体ブロックの前記第２電極リードと、ｐ＋１番目のセル積層体ブロックの前記第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である、電池パック。
  2. 前記電池パックは、収容された前記電池セルが配向された方向に２又はそれ以上の電池モジュールが収容された構造であり、
    前記補強ポールは、
    前記電池モジュール内の前記電池セルと前記電池セルとの間の境界領域、および
    前記電池モジュールと前記電池モジュールとの間の境界領域
    のうちのいずれか１つ以上の位置に配置された、請求項１に記載の電池パック。
  3. 電池モジュールはそれぞれ、収容された前記電池セルが配向された方向に、前記複数の電池セルが積層されたセル積層体ブロックをｂ個（ｂは２～ａの間の整数）を含み、かつｑ番目（ｑは１～ｂ－１の間の整数）のセル積層体ブロックの前記第２電極リードと、ｑ＋１番目のセル積層体ブロックの前記第１電極リードとは、互いに対向する位置で接続される構造であり、
    前記補強ポールは、前記電池セルが配向された方向に対して垂直な方向に配置され、かつｑ番目（ｑは１～ｂ－１の間の整数）のセル積層体ブロックの前記第２電極リードと、ｑ＋１番目のセル積層体ブロックの前記第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である、請求項１に記載の電池パック。
  4. 前記電池パックは、収容された前記電池セルが配向された方向に配列された電池モジュールをｃ個（ｃは２～ａの間の整数）含み、かつ
    ｒ番目（ｒは１～ｃ－１の間の整数）の前記電池モジュールの末端の前記第２電極リードと、ｒ＋１番目の電池モジュールの末端の前記第１電極リードとは、互いに対向する位置で接続される構造であり、
    前記補強ポールは、前記電池セルが配向された方向に対して垂直な方向に配置され、かつｒ番目（ｒは１～ｃ－１の間の整数）の電池モジュールの末端の前記第２電極リードと、ｒ＋１番目の電池モジュールの末端の前記第１電極リードとの間の接続される構造に隣接するデッドスペースを貫通する構造である、請求項１に記載の電池パック。
  5. 前記電池パックは、前記補強ポールが形成された方向に、２又はそれ以上の電池モジュールが収容された構造であり、
    前記補強ポールは、前記２又はそれ以上の電池モジュールを貫通する構造である、請求項１に記載の電池パック。
  6. 前記電池パックは、
    前記補強ポールが形成された方向に対して垂直な方向に配置された補強バーをさらに含む、請求項１に記載の電池パック。
  7. 前記補強ポールの断面形状は、円形、楕円形または三角形であり、
    前記補強バーの断面形状は、四角形または台形の形状である、請求項６に記載の電池パック。
  8. 前記電池パックは、
    収容された前記電池セルが配向された方向に対して垂直な方向に配列された第１電池モジュールおよび第２電池モジュールを含み、
    前記補強ポールは、前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールを貫通する構造である、請求項１に記載の電池パック。
  9. 前記電池パックは、
    前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの間に配置され、前記補強ポールに対して垂直な方向に位置する補強バーをさらに含む、請求項８に記載の電池パック。
  10. 前記電池パックは、
    収容された前記電池セルが配向された方向に対して垂直な方向に配置された第１電池モジュールおよび第２電池モジュールと、
    前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールに対してそれぞれ平行に配列された第３電池モジュールおよび第４電池モジュールとを含み、
    前記補強ポールは、
    前記第１電池モジュールおよび前記第３電池モジュールを貫通する位置、
    前記第２電池モジュールおよび前記第４電池モジュールを貫通する位置、並びに、
    前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールの間、および前記第３電池モジュールと前記第４電池モジュールの間を通る位置のうちの何れか一つ以上に配置された構造である、請求項１に記載の電池パック。
  11. 前記電池パックは、
    前記第１電池モジュールと前記第３電池モジュールの間、および前記第２電池モジュールと前記第４電池モジュールの間を通る位置に配置された補強バーをさらに含む、請求項１０に記載の電池パック。
  12. 前記電池パックは、前記電池パック内に位置するＢＭＳをさらに含む、請求項９に記載の電池パック。
  13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池パックを動力源として含む、自動車。
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