JP2024522151A - バッテリーパック - Google Patents

Abstract

本発明の一側面によれば、パックケース及びそれぞれ、円筒型電池セルと前記円筒型電池セルを収容するセルフレームを備え、相互間の前記セルフレームが組み合わせられて一体に前記パックケースに収納される２つのセルモジュールアセンブリを含み、前記２つのセルモジュールアセンブリは、少なくとも予め決定された最小の安全距離を隔てて相互間に前記円筒型電池セルのトップキャップが相対向するように構成されたバッテリーパックが提供され得る。

Description

本出願は、２０２１年７月１３日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００９１７９４号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

本発明は、バッテリー技術に関し、より詳細には、火災に対する安全性、電気的な安全性、組み立ての利便性、放熱性などが向上したバッテリーパック及びこれを含む装置に関する。

近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯型電子製品の需要が急激に伸び、ロボット、電気自動車などの商用化が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。

現在、商用化されている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挙げられるが、そ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効果が殆ど起きないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所で脚光を浴びている。

この種のリチウム二次電池は、主として、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負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一緒に封入する外装材、例えば、電池ケースと、を備える。

一般に、リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池と、に分類される。

最近には、携帯型電子機器などの小型装置のみならず、電動バイクや電気自動車、家庭用もしくは産業用のエネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）などの中大型装置にも駆動用やエネルギー貯蔵用として二次電池が広く用いられている。特に、多数の二次電池が１つのバッテリーパックを構成するとき、多数の二次電池は、セルモジュールアセンブリのような複数のグループにグループ分けされてバッテリーパックに含まれ得る。

図１は、従来のバッテリーパックの一部の構成を概略的に示す斜視図であり、図２は、図１のＡ１－Ａ１’矢視断面構成図である。

図１及び図２を参照すると、パックケース２０の内部に２つのセルモジュールアセンブリ１０が含まれる。そして、それぞれのセルモジュールアセンブリ１０には、円筒型電池のような電池セル１１が複数含まれる。このとき、それぞれの電池セル１１は、正極端子（＋）と負極端子（－）が両端部に位置し、このような正極端子（＋）と負極端子（－）が水平方向の両端に位置するように水平方向（Ｘ軸方向）に横たわった状態で上下方向（Ｚ軸方向）に積層され得る。

特に、１つのセルモジュールアセンブリ１０において隣り合う電池セル１１は、正極端子と負極端子とが互いに接続されて電気的に直列に接続された形態に構成され得る。このとき、２つの電池セル１１の間の電気的な接続は、金属板（ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅ）状のバスバーを正極端子及び／又は負極端子とスポット溶接するなどの方式により実現され得る。ところが、このような実現方式において、電気的な接続のしやすさのためには、図２に示すように、１つのセルモジュールアセンブリ１０において複数の電池セル１１は、正極端子と負極端子の位置が互い違いになる形状に配置され得る。そして、このような構成によって、図２中におけるＡ２にて示された部分のように、２つのセルモジュールアセンブリ１０の間においては、正極端子と負極端子とが向かい合う形状の構造ができることが可能である。

ところが、このような従来のバッテリーパックの構成によれば、２つのセルモジュールアセンブリ１０間の連鎖発火が起きやすいという問題が生じる場合がある。特に、いずれか１つの電池セル１１において異常発火が起きた場合、火炎ないし高温のガスが正極（＋）側にベントされる可能性があるが、ベントされた火炎やガスが他のセルモジュールアセンブリ１０の負極（－）側へ向かってしまうと、当該電池セル１１の温度を非正常的に上昇させてしまう虞がある。したがって、この場合、１つのセルモジュールアセンブリ１０において起きた火災は、他のセルモジュールアセンブリ１０に燃え移ったり燃え広がったりして、図３に示すように、セルモジュールアセンブリ１０の間の連鎖発火が起きて爆発してしまう可能性が高い。

従来のこのような問題を解決するために、図２に示すように、２つのセルモジュールアセンブリ１０の間に、防炎シート３０といったように、火炎ないし熱が遮断可能な部材を設ける方案が提案されている。しかしながら、このような構成の場合、防炎シート３０という部材によってコストが高騰し、しかも、工程が複雑になるという問題がある。また、このような構成の場合、いずれか１つの電池セル１１の正極から火炎が噴出された場合、噴出された火炎が防炎シート３０において反射されて同一のセルモジュールアセンブリ１０内の他の電池セル１１へ向かってしまうという問題が生じる虞がある。したがって、このような問題を防ぐためには、防炎シート３０とセルモジュールアセンブリ１０との間の空間が一定のレベル以上確保される必要がある。例えば、図２中におけるＡ３及びＡ３’にて示された部分のように、防炎シート３０とそれぞれのセルモジュールアセンブリ１０とは、一定の距離以上離れ合っている必要がある。例えば、Ａ３及びＡ３’にて示された距離は、５ｍｍ以上に設計される必要がある。したがって、この場合、防炎シート３０それ自体の厚さ、及び防炎シート３０と２つのセルモジュールアセンブリ１０との間のそれぞれの離隔空間によって、バッテリーパックの大きさが肥大化してしまう可能性がある。

それのみならず、従来のバッテリーパックの場合、内部のセルモジュールアセンブリ１０から噴出されたガスや火炎などは、パックケース２０の上端のベント部Ｖ１を介して外部に排出され得る。しかしながら、このような構成の場合、使用者がベント部Ｖ１から排出される火炎や高温のガスなどに直接的に露出されてしまうリスクが高くなる虞がある。

したがって、本発明は、上記のような問題を解決するために案出されたものであって、安全性が向上できるように構造が改善されたバッテリーパック及びこれを含む装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、火災に対する安全性のみならず、組み立ての利便性、放熱性に優れており、しかも、従来よりもバッテリーパックの幅を狭めることのできるバッテリーパックを提供することを他の目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記の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。

上記のような目的を達成するための本発明の一側面によるバッテリーパックは、パックケースと、それぞれ、円筒型電池セルと前記円筒型電池セルを収容するセルフレームを備え、一体に前記パックケースに収納される２つのセルモジュールアセンブリと、を含み、前記２つのセルモジュールアセンブリは、少なくとも予め決定された最小の安全距離を隔てて相互間に前記円筒型電池セルのトップキャップが相対向するように構成され得る。

前記２つのセルモジュールアセンブリは、相対向する各前記円筒型電池セルの前記トップキャップが前記パックケースの中央部分に配置され、各前記円筒型電池セルの電池缶の底面が前記パックケースの壁面と向かい合うように配置され得る。

前記最小の安全距離は、５ｍｍ以上であり得る。

前記２つのセルモジュールアセンブリは、第１セルモジュールアセンブリと第２セルモジュールアセンブリとを含み、前記第１セルモジュールアセンブリにおいて前記円筒型電池セルの前記トップキャップが露出された第１セルフレームの一面と、前記第２セルモジュールアセンブリにおいて前記円筒型電池セルの前記トップキャップが露出された第２セルフレームの一面とは、少なくとも前記最小の安全距離に見合う分だけ離れ合い、前記第１セルフレームの一面と前記第２セルフレームの一面との間に形成された空き空間は、前記パックケースにおいて底板と連通され、前記底板にはベント部が設けられ得る。

前記パックケースは、上端と下端とが開放された中空構造に設けられ、前記２つのセルモジュールアセンブリの周りを囲繞するミドルケースと、前記ミドルケースの上端の開放部を覆う上カバーと、前記ミドルケースの下端の開放部を覆う下カバーと、を含み、前記下カバーは、前記底板と前記ベント部とを備え得る。

前記ミドルケースは、前記円筒型電池セルの前記電池缶の底面と向かい合い、互いに並ぶように前記パックケースの長手方向に沿って延びている第１壁面及び第２壁面と、前記第１セルフレームの一面と前記第２セルフレームの一面との間に形成された空き空間の両サイドと所定の距離だけ離れて前記空き空間の両サイドを覆っており、互いに並ぶように前記パックケースの長手方向に沿って延びている第３壁面及び第４壁面と、を含み得る。

前記バッテリーパックは、前記ミドルケースの内部に結合されて、前記下カバーに面する前記２つのセルモジュールアセンブリの下端部は覆いながら支持するボトムプレートを含み、前記ボトムプレートは、前記第３壁面及び前記第４壁面のうちの少なくとも一方とギャップ（ｇａｐ）を形成するガス通路部を備え得る。

前記ベント部は、前記底板に形成された貫通孔に締まり嵌め結合されるベントキャップ（ｃａｐ）を含み得る。

前記ベントキャップは、前記貫通孔に締まり嵌め結合されたキャップボディと、前記キャップボディの内側に結合され、液体に対して不透過性を有し、気体に対して透過性を有する膜構造体と、を含み得る。

前記円筒型電池セルは、前記トップキャップがいずれも同じ方向を向くように前記セルフレームに収納され得る。

前記セルフレームは、一面が開放されるように設けられており、前記円筒型電池セルを立てて収納可能な空間を形成し、前記円筒型電池セルの長さに対応する高さを有するように設けられた収容部と、前記電池缶の上端部の方向を覆う天板部と、前記天板部の反対面に前記電池缶の底面を露出させる開放部と、を含み、前記天板部は、前記電池缶の前記トップキャップまたは前記電池缶の上端周縁を部分的に露出させる端子接続孔を備え得る。

前記セルフレームの天板部の外面に金属材質のバスバープレートが取り付けられており、前記バスバープレートは、前記端子接続孔を介して露出された各前記円筒型電池セルの前記トップキャップまたは前記電池缶の上端周縁とワイヤーボンディングされ得る。

前記バッテリーパックは、前記電池缶の下端部の周りの全部または一部を包み込み、前記セルフレームの開放部に結合されたセルスペーサーを含み得る。

前記バッテリーパックは、一方の側は前記電池缶の底面と接触し、他方の側は前記パックケースの壁面と接触する熱伝導性部材を含み得る。

前記セルフレームの天板部の外面にポッティンググルー（ｐｏｔｔｉｎｇ ｇｌｕｅ）が塗布されて前記トップキャップ及び前記電池缶の上端周縁が前記ポッティンググルーにより覆われるように構成され得る。

本発明の他の態様によれば、上述したバッテリーパックを含む電動バイクが提供され得る。

本発明のさらに他の態様によれば、上述したバッテリーパックを含む電気自動車が提供され得る。

本発明の一側面によれば、２つのセルモジュールアセンブリが含まれるバッテリーパックにおいて、セルモジュールアセンブリの間の連鎖発火が起こることを効果的に防ぐことができる。

また、本発明の場合、別途の防炎ないし放熱シートがなくても、２つの相対向するセルモジュールアセンブリの間の連鎖発火が効果的に防かれることが可能になる。

したがって、このような防炎シートなどの除去によってコストが節減され、製造工程が簡素化されることが可能になる。

さらに、本発明の一側面によれば、セルモジュールアセンブリ同士の間の間隔が短くなることにより、バッテリーパックのサイズが小さくなることが可能になる。したがった、コンパクトなバッテリーパックを構成する上で有利になる。

さらにまた、本発明の一側面によれば、バッテリーの使用者への火炎の直接的な露出が回避されることが可能になるので、安全性が増大されることが可能になる。

また、本発明の他の側面によれば、電気的な安全性と放熱性に優れたセルモジュールアセンブリ及びこれを含むバッテリーパックが提供されることが可能になる。

敷衍すれば、本発明の一側面によるバッテリーパックは、電気的な接続のための部品及び電圧／温度のセンシングのための部品がパックケースの内側の中央領域に位置することにより、外部の衝撃に対する耐久性と電気的な安全性が増大されることが可能であり、すべての電池セルの底面がパックケースの壁面側に位置することにより、放熱が効果的に行われることが可能になる。

本発明の効果が上述した効果に何ら制限されるものではなく、言及されていない他の効果はこの明細書及び添付図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者にとって明確に理解できるものであろう。

従来のバッテリーパックの一部の構成を概略的に示す斜視図である。 図１のＡ１－Ａ１’矢視断面構成図である。 従来の防炎シートがないバッテリーパックにおいて、１つの電池セルを過充電して爆発させたとき、連鎖発火が起きて全焼されたバッテリーパックを示す写真である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの構成を概略的に示す透視斜視図である。 図４のＡ４－Ａ４’矢視断面構成の一例を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、１つの電池セルを過充電して爆発させたときのテスト結果を示す写真である。 図４のバッテリーパックの下部を拡大して示す斜視図である。 図４のＡ５－Ａ５’矢視断面構成の一例を概略的に示す断面図である。 図４のバッテリーパックの底板側を眺めた図である。 図９のベント部の領域を切開して示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの部分分解斜視図である。 図１１の第１セルモジュールアセンブリの斜視図である。 図１２の第１セルモジュールアセンブリのセルフレームを示す図である。 本発明の一実施形態によるセルスペーサーとセルフレームの開放部側を示す図である。 図１４のセルスペーサーとセルフレームとを組み立てた様子を示す図である。 図１５において、セルフレームの開放部側に熱伝導性部材を組み付けた様子を示す図である。 本発明の一実施形態によるセルフレームの天板部側を眺めた図である。 図１７のセルフレームの天板部及び側面の一部分を示す図である。 本発明の一実施形態による２つのセルモジュールアセンブリの組み立て前の様子を示す図である。 本発明の一実施形態による２つのセルモジュールアセンブリの組み立て後の様子を示す図である。 本発明の他の実施形態による２つのセルモジュールアセンブリのセルフレームの天板部を眺めた図である。

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を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の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るものではなく、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るものである。

したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを表すものではないため、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されたい。

図４は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの構成を概略的に示す透視斜視図であり、図５は、図４のＡ４－Ａ４'矢視断面構成の一例を概略的に示す断面図である。

図４から図５を参照すると、本発明のバッテリーパックは、セルモジュールアセンブリ１００と、ＢＭＳアセンブリ３００と、パックケース２００と、を含む。

まず、上記のパックケースについて述べると、前記パックケース２００は、ミドルケース２１０と、上カバー２２０と、下カバー２３０と、を含む。前記ミドルケース２１０は、上端と下端が開放され、前記セルモジュールアセンブリ１００とその下側に結合された前記ＢＭＳアセンブリ３００とを一体に摺動方式により内部に挿入することが可能な中空状に構成され得る。そして、前記上カバー２２０と前記下カバー２３０は、それぞれ前記ミドルケース２１０の開放された上端と下端に結合され、前記ミドルケース２１０の上端と下端を覆うように構成され得る。特に、前記ミドルケース２１０の場合には、外部の衝撃から前記セルモジュールアセンブリ１００とＢＭＳアセンブリ３００を保護できるように機械的な剛性が高く、しかも、放熱性に優れた素材であって、例えば、アルミニウム（Ａl）などの金属素材から設けられ得る。

前記ミドルケース２１０と上カバー２２０との間の空間には、防炎板が配置され、前記ミドルケースと上カバーとが組み合わせられる外郭の周縁には、圧縮率の高いガスケット（ｇａｓｋｅｔ）、隙間埋め材などが適用可能である。そして、前記ミドルケース２１０と下カバー２３０とが組み合わせられる外郭の周縁には、上カバー２２０側に比べて相対的に圧縮率の低いガスケットが適用され、前記下カバー２３０は、ベント部２３３を備えるように構成され得る。したがって、電池セルの異常発火によってバッテリーパックの内部にガスと火炎が生じる場合、パックケースにおける気密性の弱い下カバー側へとガスと火炎を導くことができる。

前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂは、ｎＰｍＳ（ｎとｍは自然数）の形状に直列及び並列に接続された円筒型電池セル１１０と、前記円筒型電池セル１１０を収容するセルフレーム１２０と、を備え、相互間の前記セルフレーム１２０Ａ、１２０Ｂが組み合わせられて一体に前記パックケース２００に収納され得る。すなわち、前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂは、相互間に機構的に、かつ電気的に組み合わせられた状態で摺動ないし締まり嵌めの方式によりミドルケース２１０の内部に挿入される形態でパックケース２００の内部に収納され得る。

前記円筒型電池セル１１０は、円筒状の電池缶の中に電解液と電極組立体を入れ、前記電池缶の上部の開放端にトップキャップ１１２を結合して密封したものであり得る。前記円筒型電池セル１１０は、正極板と負極板との間にセパレーターを挟持し、ジェリー－ロール状に巻き取った電極組立体を有し得、前記正極板は、トップキャップと電気的に接続され、前記負極板は、電池缶と電気的に接続され得る。したがって、円筒型電池セルの場合、前記トップキャップが正極端子として機能し、前記電池缶が負極端子として機能することができる。ここで、電池缶は、特定の部分のみが負極端子として機能するように、前記特定の部分を除いた部分には、絶縁フィルムまたは絶縁物質によるコーティング処理が施される場合もある。

特に、本発明によるバッテリーパックにおいて、２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂは、相互間に円筒型電池セル１１０のトップキャップ１１２を挟んで相対向する方向を向くように構成され得る。

例えば、図５の構成を参照すると、２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂは、各電池セル１１０のトップキャップ１１２がバッテリーパックの中央部分を向き、各電池セル１１０の電池缶の底面１１１ｂがバッテリーパックの外側の部分を向くように構成され得る。より詳しく述べると、図中の左側（－Ｘ方向）に位置する第１セルモジュールアセンブリ１００Ａは、すべての電池セル１１０のトップキャップ１１２が右側を向き、電池缶の底面１１１ｂは左側を向くように配置され得る。そして、右側（＋Ｘ方向）に位置する第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂは、すべての電池セル１１０のトップキャップ１１２が左側を向き、電池缶の底面１１１ｂは右側を向くように配置され得る。

本発明のこのような構成によれば、各電池セル１１０のトップキャップ１１２が他の電池セル１１０のトップキャップ１１２の近くに配置され、他の電池セル１１０の電池缶の底面１１１ｂから遠ざかることが可能になる。したがって、いずれか１つの電池セル１１０からの火炎や高温のガスがトップキャップ１１２側から噴出された場合、噴出された火炎や高温のガスは他の電池セル１１０のトップキャップ１１２へ向かうことになり、他の電池セル１１０の電池缶の底面１１１ｂに対してはほとんど影響を及ぼさないことができる。

前記円筒型電池セル１１０は、その構造的な特性からみて、ほとんどが異常発火の際に、火炎やガスがトップキャップ１１２側に噴出される。このとき、爆発した電池セル１１０の向こう側に、他の電池セル１１０の電池缶の底面１１１ｂが位置している場合よりも、他の電池セル１１０のトップキャップ１１２が位置している場合の方において連鎖発火の可能性が低い。

敷衍すれば、円筒型電池セル１１０において、トップキャップ１１２は、電池缶よりも相対的に高い剛性を有しており、前記トップキャップ１１２の内側にはベントプレート、シール材または電流遮断装置（ＣＩＤ）などが配置されていて、電池缶の内部の電極組立体と電解液に熱や火炎が伝えられることを遮断する役割を果たすことができる。しかしながら、電池缶に熱と火炎が直接的に当たる場合、電池缶の温度が急激に上がって内部のセパレーターが溶け込んで消失され、これによって、正極板と負極板とが直接的に触れ合ってショートが起こる可能性が非常に高い。特に、電池缶の底面は、ジェリーロール状の電極組立体の下面に近づいていて、当該部分に熱と火炎が当たると、内部に熱がより一層速やかに伝えられてショートがさらに起こりやすい。したがって、ある１つの電池セル１１０から火炎とガスが噴出される場合、当該電池セル１１０の向こう側に他の電池セル１１０のトップキャップ１１２が向かい合うようにする場合の方が、電池缶の底面１１１ｂと向かい合うようにする場合よりも電池セル１１０の連鎖発火を防ぐ上で遥かに効果的であると言える。

このため、本発明による２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂは、相互間の電池セル１１０のトップキャップ１１２が相対向するように構成されている。

また、前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂは、相互間の電池セル１１０のトップキャップ１１２が最小の安全距離以上離れ合うように構成され得る。ここで、前記最小の安全距離とは、電池セルを過充電して爆発させる実験を通じて得られた距離であって、相対向する電池セル１１０のうちのどちらか一方が爆発したときに、向こう側に位置する電池セル１１０が連鎖発火しないことが可能な第１セルモジュールアセンブリ１００Ａと第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂとの間の最小限の離隔距離である。但し、前記最小の安全距離は、バッテリーパックの含まれる電池セルの種類、容量、諸元などによって僅かな差が出る場合があり得る。

例えば、図５に示すように、前記第１セルモジュールアセンブリ１１０Ａにおいて前記円筒型電池セル１１０のトップキャップ１１２が露出される第１セルフレーム１２０Ａの一面と、前記第２セルモジュールアセンブリ１１０Ｂにおいて前記円筒型電池セル１１０のトップキャップ１１２が露出される第２セルフレーム１２０Ｂの一面とは、図５中において「Ｄ１」にて示されたように、少なくとも最小の安全距離に見合う分だけ離れ合うように構成され得る。このとき、前記最小の安全距離は、「５ｍｍ」であり得る。

図６は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、１つの電池セルを過充電して爆発させたときの実験結果を示す写真である。

上記の図６中、（ａ）は、トリガーセルＣＭＡ（セルモジュールアセンブリ）（Ｃｅｌｌ Ｍｏｄｕｌｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）にて示されたセルモジュールアセンブリに含まれる電池セルの１つが爆発した後の２つのセルモジュールアセンブリの状態を示したものであり、図６の（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ２つのセルモジュールアセンブリを引き離した状態を示したものである。

最小の安全距離が５ｍｍ以上になるようにセットし、トリガーＣＭＡに含まれる電池セルの１つを過充電して爆発させた実験を行った結果、前記トリガーＣＭＡの電池セルの１つから火炎が噴出されても、図６に示すように、向こう側のＣＭＡの電池セルは連鎖発火しないということを確認することができた。しかしながら、上記の最小の安全距離が５ｍｍ未満である場合、向こう側のＣＭＡの他の電池セルの連鎖発火が観察された。このような実験結果を踏まえて、本発明のバッテリーパックは、相対向する電池セル１１０のトップキャップ１１２が少なくとも５ｍｍの間隔を保持するように構成されたものであるといえる。

本発明のこのような実施構成によれば、各電池セル１１０のトップキャップ１１２が相対向するセルモジュールアセンブリ１００の間に連鎖発火が起こることをより一層確実に防ぐことができる。さらに、この場合、従来のバッテリーパックに比べて、２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂの間の距離が短くなるように形成されることが可能になる。例えば、従来のバッテリーパックの場合、どちらか一方のセルモジュールアセンブリに含まれる電池セルを過充電して爆発させる実験において、残りの他方のセルモジュールアセンブリに含まれる電池セルが連鎖発火しない条件として、図２中においてＡ３及びＡ３’にて示された距離がそれぞれ５ｍｍ以上ではなければならなかった。

すなわち、火炎などに対する安全性を確保するために、防炎シート３０と各セルモジュールアセンブリ１０との間の距離が５ｍｍのレベル以上に確保される必要がある。また、この場合、防炎シート３０それ自体の厚さも考慮しなければならない。これに対し、本発明の場合、防炎シート３０なしにセルモジュールアセンブリ１００の間の距離のみを５ｍｍ以上確保すればよい。そのため、本発明の上記の実施構成によれば、従来に比べて、セルモジュールアセンブリの間の距離が相当のレベル、たとえば、５０％未満に短縮されることができる。したがって、本発明のこのような側面によれば、バッテリーパックのサイズが減少することが可能になる。

また、本発明によるバッテリーパックは、図４及び図５に示すように、前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂに含まれるすべての円筒型電池セル１１０のトップキャップ１１２がパックケースの中央部分に配置され、電池缶の底面１１１ｂがミドルケース２１０の壁面の近くに対面するように配置されている。この場合、円筒型電池セル１１０の熱がミドルケース３１０に容易に放熱されることができる。さらには、前記円筒型電池セル１１０の底面１１１ｂとミドルケース２１０との間の空間に熱伝導性物質を配置して円筒型電池セル１１０からミドルケース２１０へと熱がより一層速やかに逃されるようにする場合もある。

図５に示すように、２つのセルモジュールアセンブリ１００がバッテリーパックに含まれる場合、２枚の放熱パッド１７０だけでも、すべての電池セル１１０に対して電池缶の底面１１１ｂがパックケース２００と熱的に接続されるようにすることができる。そのため、このような実施構成によれば、放熱パッド１７０の配置及び組み立てが簡単であり、少ない枚数の放熱パッド１７０をもって数多くの電池セル１１０に対して熱の伝導効果が成し遂げられるようにすることができる。のみならず、上記の実施構成によれば、放熱パッド１７０は、各電池セル１１０の電池缶の底面１１１ｂ側にしか配置されないので、放熱パッド１７０によりトップキャップ１１２側のベント機能が低下するという問題が防がれることが可能になる。

また、本発明によるバッテリーパックは、内部においてガスや火炎などが生じる場合、特定の方向に排出されるように構成され得る。前述したように、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａの第１セルフレーム１２０Ａの一面と、第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂの第２セルフレーム１２０Ｂの一面とは、少なくとも最小の安全距離に見合う分だけ離れ合っていて、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａと第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂとの間に空き空間Ｓが存在する。前記空き空間Ｓは、パックケース２００の底板２３１まで連通され、前記底板２３１にはベント部２３３が設けられ得る。ここで、パックケース２００の底板２３１は、下カバー２３０を意味する。そして、前記空き空間Ｓの上側（＋Ｚ方向）は、上カバー２２０により閉塞され、前記空き空間Ｓの両サイド（±Ｙ方向）は、ミドルケース２１０の壁面により遮蔽され得る。したがって、２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂに含まれる特定の電池セル１１０が異常発火してトップキャップ１１２からガスや火炎が噴出される場合、ガスや火炎が図４及び図７中において矢印にて示されたように、パックケース２００の下部の方向に移動し、前記ベント部２３３を介してバッテリーパックの下部の方向に排出されることができる。

以下では、図４から図５、及び図７から図９に基づいて、この実施形態によるバッテリーパックのガスまたは火炎の排出経路の構成についてより詳しく述べる。

図４及び図５に示すように、パックケース２００のミドルケース２１０は、前記円筒型電池セル１１０の電池缶の底面１１１ｂと向かい合い、互いに並ぶように前記パックケース２００の長手方向に沿って延びる第１壁面２１０ａ及び第２壁面２１０ｂと、前記第１セルフレーム１２０Ａの一面と前記第２セルフレーム１２０Ｂの一面との間に形成された空き空間Ｓの両サイドと所定の距離だけ離れて前記空き空間Ｓの両サイドを覆い、互いに並ぶように前記パックケース２００の長手方向に沿って延びる第３壁面２１０ｃ及び第４壁面２１０ｄと、を含む。

また、図４に示すように、２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂのセルフレーム１２０は、側面部に凸状パターンを備えていて、図５に示すように、前記凸状パターンの部分がミドルケースの第３壁面２１０ｃ及び第４壁面２１０ｄと接触して前記空き空間Ｓの両サイドとミドルケース２１０の壁面との間にギャップ（Ｇａｐ）が形成され得る。このようなギャップによって確保された余剰の空間を介してガスや火炎がミドルケース２１０の第３壁面２１０ｃまたは第４壁面２１０ｄに沿って下部の方向に移動することができる。

一方、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、ミドルケース２１０の内部において下カバー２３０に面する２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂの下端部を覆うボトムプレート１０１をさらに含む。

前記ボトムプレート１０１は、前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂの下側にＢＭＳアセンブリ３００を容易に固定できるようにするブラケットのような役割を果たす。また、前記ボトムプレート１０１は、ミドルケース２１０の内部に固定結合されて前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂが下カバー２３０に対して一定の高さに位置するように前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂを支持することにより、前記ＢＭＳアセンブリ３００が前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂの荷重を受けないようにする。

このようなボトムプレート１０１は、２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００ＢとＢＭＳアセンブリ３００との間に配置され、前記２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂを安定的に支持できるように概ねミドルケース２１０の断面積と対応する大きさの板状体の形状に構成され得る。特に、図８に示すように、前記ボトムプレート１０１は、ミドルケース２１０の第３壁面２１０ｃ及び第４壁面２１０ｄのうちの少なくとも一方とギャップ（Ｇａｐ）を形成するガス通路部１０３を備える。したがって、ガスや火炎は、ミドルケースの第３壁面２１０ｃ、第４壁面２１０ｄまたはパックケース２００の中央の空き空間Ｓにおいて下部の方向に移動していて、前記ボトムプレート１０１に達すると、前記ガスや火炎の流れが前記ガス通路部１０３を介して第３壁面２１０ｃまたは第４壁面２１０ｄの下側に導かれることが可能になる。

前記ベント部２３３は、図９に示すように、下カバー２３０の底板２３１において前記第３壁面２１０ｃまたは前記第４壁面２１０ｄに近い位置に設けられ得る。この実施形態は、ベント部２３３が１つであるが、２つ以上のベント部２３３が下カバー２３０の底板２３１に構成される場合もある。参考までに、この実施形態によるバッテリーパックは、底板２３１に外部装置との接続のための外部システム接続ユニット２３５を備える。前記外部システム接続ユニット２３５に、例えば、電源ケーブル（図示せず）を繋いでバッテリーパックの電源を外部装置に供給し得る。但し、前記外部システム接続ユニットは、必要に応じて、上カバー２２０側に配置されてもよいし、省略されてもよい。

より具体的には、前記ベント部２３３は、図１０の実施構成のように、前記下カバー２３０の底板２３１に形成された貫通孔Ｈ１に締まり嵌め結合されるベントキャップ（ｃａｐ）の形状に構成され得る。そして、前記ベントキャップは、前記貫通孔Ｈに締まり嵌め結合されるキャップボディ２３３ａと、前記キャップボディ２３３ａの内側に結合され、液体に対して不透過性を有し、気体に対して透過性を有する膜構造体２３３ｂと、を含み得る。

前記キャップボディ２３３ａは、中央が空いた中空状の栓の構造であり、分節された係止爪を有して、前記係止爪を縮めて前記貫通孔Ｈに嵌め込むと、前記係止爪が再び拡開されて貫通孔Ｈから抜脱されないように構成され得る。前記膜構造体２３３ｂは、前記キャップボディ２３３ａの中央に介在し得る。上記のようなベントキャップの構成によれば、日頃から空気が前記膜構造体２３３ｂを介してバッテリーパックの内外部に流入／流出することが可能であるので、バッテリーパックの内外部の圧力が釣り合った状態となって、パックケースの歪みを防ぐことができ、水分や異物がバッテリーパックに浸透することを防ぐことができる。また、非常時には、前記ベントキャップを介して電池セル１１０において生じたガスが外部に排出されることができ、さらに、ガスと火炎がさらに猛烈になると、熱と圧力により前記膜構造体２３３ｂが消失され、ガスと火炎がバッテリーパックの下部の方向に排出されることが可能になる。

本発明のこのような実施構成によれば、バッテリーの使用者などの火炎への直接的な露出を防ぐことができる。特に、電動バイクや電気自動車などの場合、バッテリーの使用者、たとえば、運転者は、バッテリーパックの上部に位置する可能性がある。このとき、上記の実施構成のように、火炎などが下部の方向に排出されるようにする場合、運転者が火炎に直接的に露出されることが防がれることが可能になる。そのため、この場合、バッテリーパックの安全性が向上することが可能になる。

以下では、図１１から図２１に基づいて、本発明のバッテリーパックに含まれるセルモジュールアセンブリについてさらに詳しく述べる。

本発明のバッテリーパックに含まれる第１セルモジュールアセンブリ１００Ａと第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂとは、主な構成が実質的に同様である。したがって、重複する説明を省略するために、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａに関する説明が第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂに関する説明に取って代わるものとする。

図１１から図１４を参照すると、本発明の一実施形態によるセルモジュールアセンブリ１００は、複数の円筒型電池セル１１０と、セルフレーム１２０と、バスバープレート１３０と、センシングユニット１４０と、を含む。

前記複数の電池セル１１０は、前述したように、電池缶の上端部にトップキャップ１１２が結合された円筒型二次電池であり、電池缶の上端部、すなわち、トップキャップ１１２がいずれも同じ方向を向くようにセルフレーム１２０に収容される。前記電池セル１１０はそれぞれ、セルフレーム１２０の内部のセルホルダー１２１ａに電池缶の上端部が部分的にはめ込まれて保持された状態で前記セルフレーム１２０の内部に起立配置され得る。

前記セルフレーム１２０は、図１３に示すように、一方の面が開放された概ねボックス状に設けられ得る。このようなセルフレーム１２０は、前記電池セル１１０を立てて収納可能な空間を形成する収容部１２１と、前記電池缶の上端部の方向に位置する天板部１２２と、前記電池缶の下端部の方向に位置する開放部１２３と、４面の壁体を形成する側面部１２４と、を含む。

前記収容部１２１は、前記天板部１２２と側面部１２４とにより取り囲まれたセルフレーム１２０の内部空間を意味し、前記電池セル１１０の長さ（または、高さ）に対応する高さを有するように構成され得る。換言すれば、この実施形態のセルフレーム１２０は、４面の側面部１２４が円筒型電池セル１１０の長さに見合う分だけ延びて形成された形状に設けられ得る。

前記セルフレームの天板部１２２は、端子接続孔１２２ａを備える。すべての電池セル１１０の電池缶の上端部は、前記端子接続孔１２２ａを介して前記セルフレームの天板部１２２の外側に部分的に露出され得る。すなわち、すべての電池セル１１０が前記セルフレーム１２０の内部に収容され、各電池セル１１０のトップキャップ１１２と電池缶の上端周縁１１１ａが前記端子接続孔１２２ａを介して前記セルフレームの天板部１２２の外側に部分的に露出され得る。

前述したように、円筒型電池セルの場合、トップキャップ１１２が正極端子として機能し、電池缶が負極端子として機能し得る（参考までに、電池缶を絶縁シートにて包み込んで電池缶の底面または上端周縁のみが負極端子として機能するように構成する場合もある）。したがって、前記各電池セル１１０のトップキャップ１１２または電池缶の上端周縁１１１ａをバスバープレート１３０と予め定められたパターンの通りに接続すれば、電池セル同士が互いに直列に及び／又は並列に接続されることが可能になる。ここで、前記バスバープレート１３０は、金属素材のものであって、前記セルフレームの天板部１２２の外側面に取り付け可能なように設けられ得る。前記電池セル１１０の電気的な接続構成の詳細については後述する。

前記セルフレームの開放部１２３は、前記セルフレームの天板部１２２の反対側に設けられ、図１３に示すように、外郭の周縁のみが残り、内側の領域は完全に開放された形状に設けられる。このようなセルフレームの開放部１２３によれば、円筒型電池セル１１０を挿入する組み立ての工程に際して、セルフレーム１２０の開放部１２３が上部の方向を向くようにし、セル挿入治具（図示せず）を用いて前記円筒型電池セル１１０を一体に前記セルフレーム１２０に挿入することができる。

また、図１４に示すように、電池缶の底面１１１ｂが前記セルフレームの開放部１２３を向くようにすべての円筒型電池セル１１０を前記セルフレーム１２０に挿入することにより、すべての電池セル１１０の底面１１１ｂが前記開放部１２３を介して前記セルフレーム１２０の外部に露出されることができる。したがって、このようなセルモジュールアセンブリ１００は、前記電池缶の底面１１１ｂ側に電池セル１１０の熱を放熱するための放熱構成または放熱構造を適用し易い。

図１４及び図１５を参照すると、本発明の一実施形態によるセルモジュールアセンブリ１００は、セルスペーサー１５０をさらに含む。前記セルスペーサー１５０は、セルフレーム１２０に収納された電池セル１１０の下端部の遊動を防ぎ、間隔を保持するために適用された構成要素である。
セルフレーム１２０に収納された電池セル１１０は、収容部１２１内においてセルホルダー１２１ａに各電池缶の上端部が部分的にはめ込まれて保持された状態で前記セルフレーム１２０の内部に起立配置され、各電池缶の下端部は、前記セルスペーサー１５０により保持され得る。より具体的には、前記セルスペーサー１５０は、絶縁性素材であり、前記セルフレームの開放部１２３の周縁部を形成する締まり嵌め結合されたベントキャップ部に着脱自在な板状体の形状であり、図１４に示すように、複数のスペーサー孔１５１を備える。前記スペーサー孔１５１は、電池缶の直径に対応する直径を有し、前記電池缶の下端部の周縁を包み込むように形成され得る。

このようなセルスペーサー１５０を、図１５に示すように、セルフレームの開放部１２３に装着することにより、例えば、外部の衝撃や振動がセルフレーム１２０に印加されても電池セル１１０の遊動を阻止して電池缶の下端部が相互間に接触ないし衝突しないようにすることができる。

図１６を参照すると、本発明の一実施形態によるセルモジュールアセンブリ１００は、前記セルスペーサー１５０と電池缶の下端部とを覆い、前記セルフレーム１２０の開放部１２３に結合される熱伝導性部材をさらに含み得る。前記熱伝導性部材は、放熱パッド１７０とスクリーンプレート１６０とから構成され得る。ここで、スクリーンプレート１６０は、アルミニウム素材のものであり、前記電池缶の底面１１１ｂにも伝導性接着剤により接着固定され得る。

このような熱伝導性部材は（図５参照）、セルモジュールアセンブリ１００とミドルケース２１０とを組み立てたとき、前記ミドルケース２１０の壁面と接触するように構成され得る。このような構成によれば、電池セル１１０の熱が前記伝熱部材を介してミドルケース２１０に効果的に放熱されることが可能になる。

図１７は、本発明の一実施形態によるセルフレームの天板部側を眺めた図であり、図１８は、図１７のセルフレームの天板部及び側面部の一部分を示す図である。

次いで、前記図１７から図１８に基づいて、本発明の一実施形態によるセルモジュールアセンブリ１００における前記セルフレームの天板部１２２及び側面部１２４側に設けられる電池セル１１０の電気的な接続構成と、電圧／温度のセンシング構成について述べる。

図１７に示すように、複数枚のバスバープレート１３０は、セルフレーム１２０の外側の一方の面、換言すれば、セルフレームの天板部１２２に配置され得る。たとえば、図１７における＋Ｚ方向の終わりに正極バスバープレート１３０（＋）が配置され、－Ｚ方向の終わりに負極バスバープレート１３０（－）が配置され、前記正極バスバープレート１３０（＋）と前記負極バスバープレート１３０（－）との間に±Ｚ方向に所定の間隔おきにバスバープレート１３０が配置され得る。また、前記バスバープレート１３０は、セルフレームの天板部１２２に形成されている端子接続孔１２２ａの位置または突起１２２ｆの位置を回避するために直線状にまたは千鳥状に±Ｙ方向に延びた形状に設けられ得る。

このような複数枚のバスバープレート１３０は、端子接続孔１２２ａを介して露出される前記電池セル１１０のトップキャップ１１２または前記電池缶の上端周縁１１１ａとワイヤーボンディングされて電池セル１１０を電気的に接続する役割を果たす。ここで、ワイヤーボンディングは、金属ワイヤーＷの両端部をそれぞれ接合対象物に超音波にて圧着することを意味する。但し、ワイヤーボンディングには、必ずしも超音波が適用されるとは限らず、他の接合技術、例えば、レーザー溶接が適用される場合もある。

具体的には、図１５中において「Ｃ１」にて示された６個の電池セル１１０は、図１７に示すように、トップキャップ１１２が前記正極バスバープレート１３０（＋）にワイヤーボンディングされ、電池缶の上端周縁１１１ａは、前記正極バスバープレート１３０（＋）と－Ｚ方向に隣り合う２番目のバスバープレート１３０にワイヤーボンディングされる。そして、図１５中において「Ｃ２」にて示された６個の電池セル１１０は、トップキャップ１１２が前記２番目のバスバープレート１３０にワイヤーボンディングされ、電池缶の上端周縁１１１ａは、－Ｚ方向に３番目のバスバープレート１３０にワイヤーボンディングされる。このようなパターンの通りに電池セル１１０のトップキャップ１１２または電池缶の上端周縁１１１ａを対応するバスバープレート１３０にワイヤーボンディングし、最後に、図１５中において「Ｃ７」にて示された最後の６個の電池セル１１０の電池缶の上端周縁１１１ａを負極バスバープレート１３０（－）にワイヤーボンディングすれば、セルモジュールアセンブリ１００に含まれる電池セル１１０は７Ｓ６Ｐの形態で直列に及び並列に接続されることが可能になる。そして、前記正極バスバープレート１３０（＋）は、前記セルモジュールアセンブリ１００の正極ターミナルとして機能し、前記負極バスバープレート１３０（－）は、前記セルモジュールアセンブリ１００の負極ターミナルとして機能することができる。

図１８を参照すると、本発明の一実施形態によるセンシングユニット１４０は、プリント回路基板１４１と、複数枚のセンシングプレート１４２と、温度センシング部材１４３Ｂと、を含む。そして、前記センシングユニット１４０は、電池セル１１０への電気的な接続が前述したように構成された前記セルフレームの天板部１２２と交差するセルフレーム１２０の外側の他方の面に配置され、バスバープレート１３０とワイヤーボンディングにより電気的に接続されて電池セル１１０の電圧情報をセンシングする。

前記プリント回路基板１４１としては、硬性プリント回路基板１４１と軟性プリント回路基板１４１とが採用可能である。この実施形態におけるセルモジュールアセンブリ１００は、耐久性の強化のために硬性プリント回路基板１４１を含み、前記プリント回路基板１４１は、電池セル１１０の電圧情報または温度情報を伝送するための回路パターンを備える。また、前記プリント回路基板１４１は、前記セルフレーム１２０の側面部１２４に着脱自在に構成され得る。より詳しく述べると、図１８の実施構成のように、プリント回路基板１４１は、バスバープレート１３０が配置されたセルフレームの天板部１２２と交差する前記セルフレーム１２０の側面部１２４に配置され得る。このとき、前記プリント回路基板１４１は、板面がセルフレーム１２０の側面部１２４に対面し、前記プリント回路基板１４１の上端の辺縁部が前記セルフレームの天板部１２２と同じ高さに位置するように構成され得る。

このように、プリント回路基板１４１が前記セルフレーム１２０の側面部１２４に配置されるように、前記セルフレーム１２０の側面部１２４は、前記プリント回路基板１４１を前記セルフレーム１２０の側面部１２４と並ぶように所定の深さまで嵌め込むことができ、前記プリント回路基板１４１の板面が前記セルフレーム１２０の側面部１２４に密着されるように前記プリント回路基板１４１を支持する基板据え置きホルダー１２７を含む。

前記基板据え置きホルダー１２７は、セルフレーム１２０の長手方向（Ｚ方向）に沿って所定の間隔おきに設けられ、前記プリント回路基板１４１において温度センシング部材１４３やケーブルコネクター１４６と干渉されないように前記セルフレーム１２０の側面部１２４に設けられ得る。

前記複数枚のセンシングプレート１４２は、電池セル１１０の各バング（並列に接続された電池セル１１０）ごとの電圧をセンシングするために前記バスバープレート１３０とワイヤーボンディングにより接続される構成要素である。前記複数枚のセンシングプレート１４２は、前記バスバープレート１３０と一対一で対応する枚数で設けられ、それぞれ対応する前記バスバープレート１３０とワイヤーボンディングにより接続され得る。前記センシングプレート１４２は、ニッケル（ｎｉｃｋｅｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）など電気伝導性を有する金属から作製される場合もある。

前記複数枚のセンシングプレート１４２は、少なくとも１回以上折り曲げられた構造に設けられて、一方の側は前記プリント回路基板１４１に固定結合され、他方の側は前記バスバープレート１３０が配置された前記セルフレーム１２０の天板部１２２の表面に並ぶように配置され得る。

たとえば、前記複数枚のセンシングプレート１４２は、電気伝導性金属素材であり、概ね「┐」字状ないし「Ｌ」字状に設けられ、図１８の実施構成のように、プリント回路基板１４１に結合され得る。そして、センシングプレート１４２は、前記バスバープレート１３０の一方の端部と互いに交互に前記セルフレーム１２０の周縁部に配置され得る。上記の構成によれば、セルフレームの天板部１２２における周縁部の内側の領域に広く分布しているバスバープレート１３０と電池セル１１０とを接続したワイヤーボンディング領域と干渉されない状態で、対応するバスバープレート１３０の一方の端部にすぐ隣り合うように配置することができて、長さの短い金属ワイヤーＷでもいくらでもセンシングプレート１４２とバスバープレート１３０とを接続することができる。

また、前記バスバープレート１３０と前記センシングプレート１４２とは、２本の金属ワイヤーＷにより接続され得る。この場合、前記金属ワイヤーＷ２のうちの１本が短線されても電圧センシングを行うことが可能になって、電圧センシングの信頼性と耐久性が増大されることが可能になる。

この実施形態による電池セル１１０とバスバープレート１３０とを、またはセンシングプレート１４２とバスバープレート１３０とを接続する金属ワイヤーＷは、直径が０．１２ｍｍ～０．８ｍｍであり、長さが５ｍｍ～１０ｍｍであり、アルミニウム素材から設けられ得る。上記のような構成によれば、金属ワイヤーＷがバッテリーパックの外部の短絡の際にヒューズとして動作することが可能である。例えば、この実施形態によるセルモジュールアセンブリ１００は、金属ワイヤーＷが上記のように構成されていて、例えば、４７．４Ａ以上の電流が流れるときに少なくとも１つのバンクの電池セル１１０の金属ワイヤーＷがすべて途切れてセルモジュールアセンブリ１００への電流の流れが遮断されることが可能になる。一方、本発明の権利範囲が前記金属ワイヤーＷの直径、長さ、素材に何ら制限されるものではないということに留意されたい。前記金属ワイヤーＷは、必要に応じて、直径と長さが適宜に選択可能でり、その素材としても銅、ニッケルなどの金属が採用可能である。

一方、図１７と図１８を参照すると、温度センシング部材は、長さが互いに異なる２つの温度センシング部材を含む。前記２つの温度センシング部材のうち、相対的に長さの長いケーブル１４４ａを有する温度センシング部材は、セルモジュールアセンブリ１００の中心の温度の測定に用いられる第１温度センシング部材であり、相対的に長さの短いケーブル１４５ａを含む 温度センシング部材 は、セルモジュールアセンブリ１００の外郭の温度の測定に用いられる第２温度センシング部材１４３Ｂである。

バッテリーパックは、充放電の際に電池セル１１０から発せられる熱を正確に感知し、それに基づいて、充放電を管理したり冷却させたりする必要がある。そうではなければ、電池セル１１０の退化速度が速くなり、性能が低下する。したがって、セルモジュールアセンブリ１００に含まれる電池セル１１０の熱の管理を効果的に行うためには、前記電池セル１１０のうち、温度が最も高い電池セル１１０の温度と、温度が最も低い電池セル１１０の温度とを正確に把握する必要がある。したがって、この実施形態のセルモジュールアセンブリ１００は、セルフレーム１２０の内部において温度が最も高い中心領域にある電池セル１１０の温度と、セルフレームの内部における外郭にあって温度が最も低い電池セルの温度とを測定できるように構成される。

たとえば、第１温度センシング部材は、ケーブルが回路基板からセルフレームの天板部の中心領域に位置する温度センシング孔１２２ｂまで延び、前記ケーブルの終端に結合されたサーミスターが前記温度センシング孔１２２ｂを介して当該位置の電池セルの温度をセンシングするように構成され得る。

そして、第２温度センシング部材は、図１８に示すように、前記セルフレーム１２０の側面部１２４に穿設された側部切開孔１２８を介して外部に部分的に露出される電池セルに当接するようにケーブル１４５ａとサーミスター１４５ｂが構成され得る。このとき、前記サーミスター１４５ｂは、前記電池セル１１０の側部に熱伝導性接着剤（図示せず）により接着固定し得る。

上記の構成によれば、セルモジュールアセンブリ１００に含まれる電池セル１１０のうち、中心領域と外郭領域に位置する電池セル１１０の温度を測定することが可能であるのみならず、第１及び第２温度センシング部材の組み立てが非常に容易にかつ簡単に行われることが可能になる。

以上のような電圧センシング及び温度センシングの構成により、セルモジュールアセンブリ１００に含まれる電池セル１１０の電圧情報と温度情報がセンシングされ、前記電圧情報と温度情報は、プリント回路基板１４１からケーブルコネクター１４６を介してＢＭＳアセンブリ３００へと伝送されることが可能になる。

図１９及び図２０は、本発明の一実施形態による２つのセルモジュールアセンブリの組み立ての前と後の様子を示す図である。

次いで、図１９から図２０に基づいて、本発明の一実施形態による２つのセルモジュールアセンブリの組み立て構造について簡略に述べる。

２つのセルモジュールアセンブリ１００Ａ、１００Ｂは、相互間のセルフレームの天板部１２２が相対向するように相互間のセルフレーム１２０が組み合わせられるように構成され得る。図１９を参照すると、２つの前記セルフレーム１２０のうちのどちらか一方のセルフレームの天板部１２２は、組み合わせ方向に突設された１本以上の突起１２２ｆを備え、残りの他方のセルフレームの天板部１２２は、組み合わせ方向に突設され、前記突起１２２ｆを内側に嵌め込み可能なように設けられた１本以上の間隔保持コラム１２２ｇを備え得る。すなわち、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａのセルフレームの天板部１２２に前記突起１２２ｆが複数本設けられ、第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂのセルフレームの天板部１２２に前記間隔保持コラム１２２ｇが前記突起１２２ｆの本数と位置に対応するように設けられ得る。

このような構成により、図２０に示すように、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａの突起１２２ｆが第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂの間隔保持コラム１２２ｇに締まり嵌めにより結合され、このようにして結合された突起１２２ｆと間隔保持コラム１２２ｇにより、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａと第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂとは、図２０に示された「Ｄ１」のように、相互間に一定の間隔を保持しながら相対遊動しないように組み合わせられることが可能になる。したがって、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａのセルフレームの天板部１２２に設けられたワイヤーボンディング領域と、第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂのセルフレームの天板部１２２に設けられたワイヤーボンディング領域とは、互いに接触し合わない。そして、相互間に物理的に組み合わせられた２つのセルモジュールアセンブリ１００は、図１１のインターコネクションバスバー１８０により相互間に直結され得る。ここで、前記インターコネクションバスバー１８０は、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａの正極バスバープレート１３０（＋）及び前記第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂの負極バスバープレート１３０（－）と接触するように配置される金属板の形状に構成され得る。このように、２つのセルモジュールアセンブリが電気的に接続されれば、この実施形態によるバッテリーパックは、１４Ｓ６Ｐの形態で直列に及び並列に接続された電池セルを備えることになる。

次いで、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックについて簡略に説明する。前述した実施形態と同一の部材番号は、同一の部材を指し、同一の部材についての重複する説明は省略し、前述した実施形態との相違点に重点をおいて説明する。

本発明の他の実施形態によるバッテリーパックは、前述した実施形態によるバッテリーパックと比較したとき、図２１に示すように、セルフレームの天板部の外面に塗布されたポッティンググルー（ｐｏｔｔｉｎｇ ｇｌｕｅ）４００をさらに含んでいるという点で相違点があり、残りの構成は前述した実施形態と同様である。

前記ポッティンググルー４００の材質としては、例えば、シリコン系の樹脂が採用可能である。前記ポッティンググルー４００は、前記セルフレームの天板部１２２の外面のみならず、セルフレーム１２０の内部にも詰め込まれ得る。このようなポッティンググルー４００は、セルフレームの天板部に部分的に露出されているトップキャップ１１２及び電池缶の上端周縁１１１ａを覆って外部に露出させないように構成され得る。

すなわち、図２１に示すように、ポッティンググルー４００を適用した実施構成によれば、例えば、第１セルモジュールアセンブリ１００Ａに含まれる電池セル１１０が爆発して当該電池セル１１０の電極板の欠片や火炎、スパークなどが噴出されても、第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂの電池セル１１０のトップキャップ１１２がポッティンググルー４００により覆われていて、連鎖発火の防止効果がより一層増大されることが可能になる。また、前記ポッティンググルー４００によってバッテリーパックの中央領域の近くに分布している第１セルモジュールアセンブリ１００Ａの電気的な接続構成要素と第２セルモジュールアセンブリ１００Ｂの電気的な接続構成要素との間の絶縁性がより一層増大されることが可能になる。したがって、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの方が、前述した実施形態によるバッテリーパックに比べて、火災に対する安全性と電気的な絶縁性、さらには電池セルへの固定性の側面からみてより一層改善されたものであるといえる。

本発明によるバッテリーパックは、電動バイクや電気自動車などのような移動手段に適用可能である。あるいは、本発明によるバッテリーパックは、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用可能である。すなわち、本発明による装置、たとえば、電動バイクや電気自動車、エネルギー貯蔵システムなどは、本発明によるバッテリーパックを１つ以上含み得る。

一方、本明細書においては、上、下、左、右などの方向指示語が用いられたが、これらの用語は説明のしやすさのために用いられたものに過ぎず、対象となる物事の位置や観測者の位置などに応じて異なってくる可能性があるということは本発明の当業者にとって自明である。

以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する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様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１０ セルモジュールアセンブリ
１１ 電池セル
２０ パックケース
３０ 防炎シート
１００ セルモジュールアセンブリ
１０１ ボトムプレート
１０３ ガス通路部
１１０ 円筒型電池セル
１１２ トップキャップ
１２０ セルフレーム
１２１ 収容部
１２２ 天板部
１２３ 開放部
１２４ 側面部
１２７ ホルダー
１２８ 側部切開孔
１３０ バスバープレート
１４０ センシングユニット
１４１ プリント回路基板
１４２ センシングプレート
１４３ 温度センシング部材
１４４ ケーブル
１４６ ケーブルコネクター
１５０ セルスペーサー
１５１ スペーサー孔
１６０ スクリーンプレート
１７０ 放熱パッド
１８０ インターコネクションバスバー
２００ パックケース
２１０ ミドルケース
２２０ 上カバー
２３０ 下カバー
２３１ 底板
２３３ ベント部
２３５ 外部システム接続ユニット
３００ ＢＭＳアセンブリ
３１０ ミドルケース
４００ ポッティンググルー（ｐｏｔｔｉｎｇ ｇｌｕｅ）

Claims (17)

1. パックケースと、
   それぞれ、円筒型電池セルと前記円筒型電池セルを収容するセルフレームを備え、一体に前記パックケースに収納される２つのセルモジュールアセンブリと、
   を含み、
   前記２つのセルモジュールアセンブリは、少なくとも予め決定された最小の安全距離を隔てて相互間に前記円筒型電池セルのトップキャップが相対向するように構成された、バッテリーパック。
2. 前記２つのセルモジュールアセンブリは、
   相対向する各前記円筒型電池セルの前記トップキャップが前記パックケースの中央部分に配置され、各前記円筒型電池セルの電池缶の底面が前記パックケースの壁面と向かい合うように配置されている、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記最小の安全距離は、少なくとも５ｍｍである、請求項１に記載のバッテリーパック。
4. 前記２つのセルモジュールアセンブリは、第１セルモジュールアセンブリと第２セルモジュールアセンブリとを含み、
   前記第１セルモジュールアセンブリにおいて前記円筒型電池セルの前記トップキャップが露出された第１セルフレームの一面と、前記第２セルモジュールアセンブリにおいて前記円筒型電池セルの前記トップキャップが露出された第２セルフレームの一面とは、少なくとも前記最小の安全距離に見合う分だけ離れ合っており、
   前記第１セルフレームの一面と前記第２セルフレームの一面との間に形成された空き空間は、前記パックケースにおいて底板と連通されており、前記底板にはベント部が設けられている、請求項２に記載のバッテリーパック。
5. 前記パックケースは、
   上端と下端とが開放された中空構造に設けられ、前記２つのセルモジュールアセンブリの周りを囲繞するミドルケースと、
   前記ミドルケースの上端の開放部を覆う上カバーと、
   前記ミドルケースの下端の開放部を覆う下カバーと、
   を含み、
   前記下カバーは、前記底板と前記ベント部とを備える、請求項４に記載のバッテリーパック。
6. 前記ミドルケースは、
   前記円筒型電池セルの前記電池缶の底面と向かい合い、互いに並ぶように前記パックケースの長手方向に沿って延びている第１壁面及び第２壁面と、
   前記第１セルフレームの一面と前記第２セルフレームの一面との間に形成された空き空間の両サイドと所定の距離だけ離れて前記空き空間の両サイドを覆っており、互いに並ぶように前記パックケースの長手方向に沿って延びている第３壁面及び第４壁面と、
   を含む、請求項５に記載のバッテリーパック。
7. 前記ミドルケースの内部に結合されて、前記下カバーに面する前記２つのセルモジュールアセンブリの下端部は覆いながら支持するボトムプレートを含み、
   前記ボトムプレートは、前記第３壁面及び前記第４壁面のうちの少なくとも一方とギャップ（ｇａｐ）を形成するガス通路部を備える、請求項６に記載のバッテリーパック。
8. 前記ベント部は、前記底板に形成された貫通孔に締まり嵌め結合されるベントキャップ（ｃａｐ）を含む、請求項５に記載のバッテリーパック。
9. 前記ベントキャップは、前記貫通孔に締まり嵌め結合されたキャップボディと、前記キャップボディの内側に結合され、液体に対して不透過性を有し、気体に対して透過性を有する膜構造体と、を含む、請求項８に記載のバッテリーパック。
10. 前記円筒型電池セルは、前記トップキャップがいずれも同じ方向を向くように前記セルフレームに収納されている、請求項１に記載のバッテリーパック。
11. 前記セルフレームは、一面が開放されるように設けられており、
    前記円筒型電池セルを立てて収納可能な空間を形成し、前記円筒型電池セルの長さに対応する高さを有するように設けられた収容部と、
    前記円筒型電池セルの前記トップキャップの方向を覆う天板部と、
    前記天板部の反対面に前記円筒型電池セルの電池缶の底面を露出させる開放部と、
    を含み、
    前記天板部は、前記円筒型電池セルの前記トップキャップまたは前記円筒型電池セルの前記電池缶の上端周縁を部分的に露出させる端子接続孔を備える、請求項１０に記載のバッテリーパック。
12. 前記セルフレームの天板部の外面に金属材質のバスバープレートが取り付けられており、
    前記バスバープレートは、
    前記端子接続孔を介して露出された各前記円筒型電池セルの前記トップキャップまたは前記電池缶の上端周縁とワイヤーボンディングされている、請求項１１に記載のバッテリーパック。
13. 前記電池缶の下端部の周りの全部または一部を包み込み、前記セルフレームの開放部に結合されたセルスペーサーを含む、請求項１１に記載のバッテリーパック。
14. 一方の側は前記電池缶の底面と接触し、他方の側は前記パックケースの壁面と接触する熱伝導性部材を含む、請求項１３に記載のバッテリーパック。
15. 前記セルフレームの天板部の外面にポッティンググルー（ｐｏｔｔｉｎｇ ｇｌｕｅ）が塗布されて前記トップキャップ及び前記電池缶の上端周縁が前記ポッティンググルーにより覆われている、請求項１１に記載のバッテリーパック。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、電動バイク。
17. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、電気自動車。

Images