JP5203729B2 - 二次電池及び電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池及び電池モジュールに関し、より詳細には、二次電池の間の短絡を防止することができるようにスペーサが設けられた二次電池及び電池モジュールに関する。
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは違って充電及び放電が可能な電池である。一つのセルで形成された低容量二次電池の場合、携帯電話機やノートパソコン、または小型ＶＴＲのように携帯が可能な小型電子機器に使用される。複数のセルがパック形態で連結された大容量二次電池はハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
このような二次電池は色々な形状に製造されているが、代表的な形状としては円筒形、角型を挙げることができる。そしてこのような二次電池は大電力を必要とする電気自動車などのモータ駆動に用いることができるように直列に連結されて、大容量の二次電池モジュールを構成するようになる。
二次電池は、正極と負極がセパレータを間において位置する電極群と、電極群が収納される空間を備えたケースと、ケースを密閉するキャップ組立体とを含む。二次電池が円筒形で形成される場合、電極群の正極及び負極には活物質が塗布されない無地部が形成され、正極無地部と負極無地部は互いに異なる方向に向かうように配置される。
負極無地部には負極集電板が付着して、正極無地部には正極集電板が付着し、正極集電板及び負極集電板はケースまたはキャップ組立体と電気的に連結されて、外部に電流を誘導するようになる。この時、負極集電板はケースと電気的に連結され、正極集電板はキャップ組立体と電気的に連結されてもよく、これとは反対に連結されもよい。
負極集電板がケースと電気的に連結される場合、ケースは負極端子の役割を果たす。また、正極集電板がキャップ組立体と電気的に連結される場合には、キャップ組立体に設けられたキャッププレートが正極端子の役割を果たす。二次電池が直列に連結される時、一つの二次電池のキャッププレートはこれに隣接する二次電池のケースと接触する。この時、隣接する二次電池のケースが電気的に連結されないように二次電池を離隔させる離隔部材が必要である。このような離隔部材は二次電池のケースを嵌合して、ケースから離脱されることなく安定的に付着することが何より重要である。もし離隔部材がケースから離脱すれば、ケースの間に短絡が発生する恐れがある。
一方、円筒形二次電池の場合、通常キャップ組立体をケースに嵌合した状態で、クランピングで固定するが、ケースが適正なクランピング圧力を耐えるためには一定の厚さを持たなければならない。しかしながら、ケースが過度に厚くなれば電池モジュール全体の荷重が増加して、電池モジュールが装着される装置の性能を低下させる問題がある。特に、電池モジュールが電気自動車など移動可能な装置に装着される場合には荷重を減少させることが何より重要である。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、二次電池に安定的に固定できるスペーサを含み、かつ、部分強度が向上したケースを有する二次電池を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、正極及び負極と、正極と負極との間に配置されるセパレータとを含む電極群と、電極群が挿入される開口が形成され、第１厚さ部及び第１厚さ部より薄い厚さを有する第２厚さ部を含むケースと、ケースの開口に結合し、電極群と電気的に連結されたキャップ組立体と、ケースの一側端部を嵌合し、第１厚さ部と第２厚さ部との接合部にかかる支持突起を有するスペーサとを含むことを特徴とする、二次電池が提供される。
第１厚さ部と前記第２厚さ部との接合部には段差部が形成されてもよい。また、スペーサは、ケースの側面を囲む第１部分と、第１部分の上端から内側に折り曲げられて形成された第２部分と、第２部分から下部に突出した第３部分とを更に含み、支持突起は、第１部分の内面から突出して段差部にかかってもよい。
キャップ組立体は、ケースにクランピングで固定して、ケースにはクランピング過程で上端を内側に曲げたクランピング部と、クランピング部の下から内側に湾曲したビーディング部とが形成され、段差部は、クランピング部に形成されてもよい。
キャップ組立体は、ケースにクランピングで固定して、ケースにはクランピング過程で上端を内側に曲げたクランピング部と、クランピング部の下から内側に湾曲したビーディング部とが形成され、段差部は、ビーディング部の下に形成されてもよい。また、スペーサは、ケースの上端を嵌合するように設置されてもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の二次電池と、二次電池の間に設けられるスペーサとを含み、二次電池は、第１厚さ部及び第１厚さ部より薄い厚さを有する第２厚さ部を含むケースを具備し、スペーサは、ケースの一側端部を嵌合し、第１厚さ部と第２厚さ部との接合部にかかる支持突起を備えることを特徴とする電池モジュールが提供される。
第１厚さ部と第２厚さ部との接合部には段差部が形成されてもよい。段差部は、角部を有し、角部を形成する面は直角または鋭角で会うように形成されてもよい。
スペーサは、ケースの側面を囲む第１部分と、第１部分の上端から内側に折り曲げられて形成された第２部分と、第２部分から下部に突出した第３部分とを更に含み、支持突起は、第１部分の内面から突出して段差部にかかってもよい。
キャップ組立体は、ケースにクランピングで固定して、ケースにはクランピング過程で上端を内側に曲げたクランピング部と、クランピング部の下から内側に湾曲したビーディング部とが形成され、段差部は、クランピング部に形成されてもよい。
キャップ組立体は、ケースにクランピングで固定して、ケースにはクランピング過程で上端を内側に曲げたクランピング部と、クランピング部の下から内側に湾曲したビーディング部とが形成され、段差部は、ビーディング部の下に形成されてもよい。スペーサは、ケースの上端を嵌合してもよい。
複数の二次電池は、互いに隣接する第１二次電池と第２二次電池とを含み、電池モジュールは、第１二次電池と第２二次電池との間に設けられたインターコネクタを更に含み、インターコネクタは、第１二次電池の上部に設けられたキャッププレートに接する下部突起と、第２二次電池のケースに接する内側突起とを有してもよい。
インターコネクタは、第２二次電池のケース下端を囲むボディー部と、及びボディー部の下に突出した延長部とを更に含み、内側突起は、ボディー部の内側に突出し、下部突起は、延長部の下面から突出されてもよい。
内側突起は、周辺より薄い厚さを有してもよい。内側突起は、複数に形成されてボディー部の周りに沿って離隔配列されてもよく、内側突起の周辺には溝形態の可変弾性部が形成されてもよい。
以上説明したように本発明によれば、スペーサが第１厚さ部と第２厚さ部とが連結される部分に形成された段差部にかかってケースに固定することにより、二次電池の間の短絡を安定的に防止することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態にかかる二次電池について説明する。図１は、本発明の一実施形態による二次電池を示した切開斜視図である。図１を参照すると、本実施形態による二次電池１００は、正極１１２と負極１１３とがセパレータ１１４を間において位置する電極群１１０と、電解液と一緒に電極群１１０を収容できるように一側先端に開口部が形成されたケース１２０を含む。そしてケース１２０の開口部にはケース１２０を密封するキャップ組立体１４０がガスケット１４４を媒介として設けられる。
まず、本発明の第１の実施形態にかかる二次電池について説明する。図１は、本発明の一実施形態による二次電池を示した切開斜視図である。図１を参照すると、本実施形態による二次電池１００は、正極１１２と負極１１３とがセパレータ１１４を間において位置する電極群１１０と、電解液と一緒に電極群１１０を収容できるように一側先端に開口部が形成されたケース１２０を含む。そしてケース１２０の開口部にはケース１２０を密封するキャップ組立体１４０がガスケット１４４を媒介として設けられる。
本実施形態による電極群１１０は、正極１１２とセパレータ１１４と負極１１３とが積層された後、渦流状に巻かれた円筒形タイプで形成される。電極群１１０の構造は、必ずしもこの例に限定されるものではなく、他の構造で形成してもよい。例えば角形タイプで形成されてもよい。電極群１１０の中心には、空間が形成されて電極群１１０が円筒形の形状を維持できるようにこの空間にセンターピン１３６が設けられる。
そして正極１１２の上端（キャップ組立体が上へ向かうように二次電池を立てた時が基準、以下、同様）には、正極活物質が塗布されない正極無地部１１２ａが形成されて正極集電板１３８と電気的に連結される。また、負極１１３の下端には負極活物質が塗布されない負極無地部１１３ａが形成されて負極集電板１３２と電気的に連結される。
本実施形態では正極集電板１３８が上部に設置されて負極集電板１３２が下部に設置された構造を例示しているが、本発明がこれに制限されるものではなく、正極集電板が下部に設置されて負極集電板が上部に設置されてもよい。
キャップ組立体１４０は、突出した外部端子１４３ａ及び排気口１４３ｂが形成されたキャッププレート１４３と、キャッププレート１４３の下に設置され、設定された圧力条件で破損して、ガスを放出するベントプレート１４２とを含む。ベントプレート１４２は、設定された圧力条件で電極群１１０とキャッププレート１４３との電気的連結を遮断する役割を果たす。
キャッププレート１４３とベントプレート１４２との間には、正の温度素子１４１が設置される。この正の温度素子１４１は、一定の温度を越えれば電気抵抗がほとんど無限大まで大きくなる装置であって、二次電池１００が定められた値以上の温度になった時、充電及び放電電流の流れを遮断させる役割を果たす。
ベントプレート１４２は、下へ突出した構造で形成され、突出した部分の下面にはサブプレート１４７が付着する。ベントプレート１４２の周縁には、ミドルプレート１４６と絶縁板１４５とが設けられる。ミドルプレート１４６は、リード部を通じて電極群１１０と電気的に連結されてサブプレート１４７に固定される。絶縁板１４５は、このミドルプレート１４６とベントプレート１４２との間においてミドルプレート１４６とベントプレート１４２とを絶縁させる。
また、正極集電板１３８の上部には、正極集電板１３８とケース１２０とを絶縁させる絶縁部材１３５が設置されるが、絶縁部材１３５は、ビーディング部１２３の下で正極集電板１３８の周りを包むように設けられる。
ケース１２０は、アルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルが鍍金されたスチールのような導電性金属で作られる。ケース１２０の形状は、電極群１１０が位置する内部空間を有する円筒形で形成される。キャップ組立体１４０をケース１２０に嵌合した後、クランピングして、キャップ組立体１４０をケース１２０に固定させるが、この過程でケース１２０には、ビーディング部１２３とクランピング部１２５が形成される。
ケース１２０の上端には、所定の厚さを有する第１厚さ部１２４が形成され、第１厚さ部１２４の下には第１厚さ部１２４より薄い厚さを有する第２厚さ部１２６が形成される。従って、第１厚さ部１２４と第２厚さ部１２６とが接する接合部分には段差部１２７が形成される。第１厚さ部１２４と第２厚さ部１２６とは、一体的に形成されてもよいし、別個に形成されて接合されてもよい。また、段差部１２７は、角部が角ばるように形成され、好ましくは角部を構成する面が直角または鋭角をなすように形成される。
第１厚さ部１２４は、ケース１２０の上端からクランピング部１２５まで連結されて形成されるが、これにより、キャップ組立体１４０をケース１２０に挿入した状態でクランピング作業を実施する場合、第１厚さ部１２４がクランピング圧力を支持してキャップ組立体１４０をケース１２０に安定的に固定でき、キャップ組立体１４０とケース１２０との間に隙が生じることを防止することができる。
図２はケースの上部に設けられるスペーサを示した切開斜視図であり、図３は電池モジュールにスペーサが設けられた状態を示した切開斜視図である。図２及び図３を参照しながら説明すると、電池モジュールは、一側二次電池（以下、“第１二次電池”）１００の外部端子１４３ａと、第１二次電池１００に隣接する二次電池（以下、“第２二次電池”）２００のケース２２０とが接触するように設置されて、直列に連結される。この時、第１及び第２二次電池１００、２００のケース１２０、２２０同士が接触すれば、短絡が発生する問題がある。
これを防止するために、第１二次電池１００の上部には第２二次電池２００との短絡を防止するためにスペーサ１５０が設けられる。スペーサ１５０は、第１二次電池１００のケース１２０の側面を囲む第１部分１５１と、この第１部分１５１の上端から内側に折り曲げられて形成された第２部分１５２と、この第２部分１５２から前記第１部分１５１に向かって下に向かって突出した第３部分１５４とを含む。
第３部分１５４は、第１二次電池１００のケース１２０の端部とガスケット１４４の端部にかかって、スペーサ１５０が外側または下に離脱することを防止する役割を果たす。
また、第１部分１５１の内面には、ケース１２０の段差部１２７にかかることができるように内側面から突出した支持突起１５６が形成されている。このようにスペーサ１５０は、下部に支持突起１５６が形成されて段差部１２７で安定的に支持できる。特に、本実施形態の段差部は角部が尖っている角を有するように形成されているので、支持突起が段差部から簡単に離脱されなくて安定的にかかることができる。
また、本発明による二次電池は、ケースの上部の厚さを増加させてキャッププレートをケースに安定的に固定すると共に、他の部分の厚さは薄くして電池モジュールの荷重を適切に維持することができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態にかかる電池モジュールについて説明する。図４は、本実施形態による電池モジュールを示した正面図である。図４に示すように、二次電池１００の間の段差部１２７によって、スペーサ１５０が二次電池１００に締結されて位置すれば、二次電池１００のケース１２０と外部端子１４３ａが安定的に接触しながらも、ケース１２０が接触して短絡されることを防止することができる。
次に、本発明の第２の実施形態にかかる電池モジュールについて説明する。図４は、本実施形態による電池モジュールを示した正面図である。図４に示すように、二次電池１００の間の段差部１２７によって、スペーサ１５０が二次電池１００に締結されて位置すれば、二次電池１００のケース１２０と外部端子１４３ａが安定的に接触しながらも、ケース１２０が接触して短絡されることを防止することができる。
図５は、本発明の第２実施形態による電池モジュールの一部を示した切開斜視図である。図５を参照しながら説明すると、ケース１２０は、第１厚さ部１２４と、第１厚さ部１２４より厚さが更に薄い第２厚さ部１２６とを含むが、第１厚さ部１２４はケース１２０の上端からビーディング部１２３の下まで連結されて形成される。これにより、段差部１２７もビーディング部１２３の下に形成され、スペーサ１６０の支持突起１６６もビーディング部１２３の下に形成された段差部１２７にかかることができるように段差部１２７と対応する部分に形成される。
このような第２実施形態によれば、第１厚さ部１２４の形成範囲を拡張して、ケース１２０の上部の強度がより更に強化される。また、スペーサ１６０がビーディング部１２３の下に固定されることによって二次電池をより安定的に絶縁させることができる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかる電池モジュールについて説明する。図６は、本実施形態による電池モジュールの一部を示した切開斜視図であり、図７は、本実施形態によるインターコネクタを示した断面図である。
次に、本発明の第３の実施形態にかかる電池モジュールについて説明する。図６は、本実施形態による電池モジュールの一部を示した切開斜視図であり、図７は、本実施形態によるインターコネクタを示した断面図である。
図６を参照しながら説明すると、本実施形態による電池モジュールは、隣接する第１及び第２二次電池１００、２００の間に設置されて、二次電池を電気的に連結するインターコネクタ１８０を含む。
インターコネクタ１８０は、上部に配置された第２二次電池２００のケース２２０と下部に配置された第１二次電池１００のキャッププレート１４３とに接するように設置されて、第１及び第２二次電池１００、２００を直列に連結する。
図６及び図７を参照して、インターコネクタ１８０についてより詳細にみて見れば、インターコネクタ１８０は、ケース２２０の側面を囲んで形成されて円筒状に形成されたボディー部１８１と、ボディー部１８１の下から突出した延長部１８２とを含んで構成される。ボディー部１８１の内周面には、第２二次電池２００のケース２２０と接する内側突起１８７が形成されている。内側突起１８７は、複数に形成されて離隔されてボディー部１８１の内周に沿って配列される。内側突起１８７は、第２二次電池２００と接して容易に弾性変形できるように、他の部分より厚さが薄く形成される。内側突起１８７の周りには凹むように陥没した可変弾性部１８８が形成される。また、内側突起１８７の間には切開面１８３が形成されていて、切開面１８３はボディー部１８１が外側に容易に変形できるようにする役割を果たす。
これにより、インターコネクタ１８０と第２二次電池２００が焼嵌め（ｓｈｒｉｎｋ ｆｉｔ）で結合される時、公差を大きくしても内側突起１８７及び可変弾性部１８８が弾性変形するので、容易に嵌合できる。
また、嵌合された後には弾性力を有する内側突起が第２二次電池２００の外周に密着するので、接触抵抗が減少する。また、この状態で内側突起１８７が第２二次電池２００に抵抗溶接によって固定されて安定した連結状態を維持する。
一方、延長部１８２の周りには、第１二次電池１００の内部で発生したガスを安定的に排出できるように通気孔１８５が形成されており、延長部１８２の下面には、下部に位置する第１二次電池１００のキャッププレート１４３と接する下部突起１８９が形成されている。
このような構造でインターコネクタ１８０は、隣接する第１及び第２二次電池１００、２００を電気的に連結することができ、インターコネクタ１８０の下に配置されたスペーサ１５０は、インターコネクタ１８０と第１二次電池１００のケース１２０とが接触することを遮断することによって電気的な安定性を確保することができる。
このように本実施形態による第１及び第２二次電池１００、２００の間にインターコネクタ１８０が設置されて、第１及び第２二次電池１００、２００を安定的に結合させることができるだけでなく、インターコネクタ１８０に通気孔１８５を形成して内部で発生したガスを安定的に排出させることができる。
すなわち、本発明による電池モジュールは、単位二次電池の間にインターコネクタを介在させて、単位二次電池を更に安定的に結合させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における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技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１００ 二次電池
１１０ 電極群
１２０ ケース
１２３ ビーディング部
１２４ 第１厚さ部
１２５ クランピング部
１２６ 第２厚さ部
１２７ 段差部
１３５ 絶縁部材
１４０ キャップ組立体
１５０、１６０ スペーサ
１５１ 第１部分
１５２ 第２部分
１５４ 第３部分
１５６ 支持突起
１８０ インターコネクタ
１１０ 電極群
１２０ ケース
１２３ ビーディング部
１２４ 第１厚さ部
１２５ クランピング部
１２６ 第２厚さ部
１２７ 段差部
１３５ 絶縁部材
１４０ キャップ組立体
１５０、１６０ スペーサ
１５１ 第１部分
１５２ 第２部分
１５４ 第３部分
１５６ 支持突起
１８０ インターコネクタ
Claims (13)
- 正極及び負極と、前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータとを含む電極群と、
前記電極群が挿入される開口が形成され、第１厚さ部及び前記第１厚さ部より薄い厚さを有する第２厚さ部を含むケースと、
前記ケースの開口に結合し、前記電極群と電気的に連結されたキャップ組立体と、
前記ケースの一側端部を嵌合し、前記第１厚さ部と前記第２厚さ部とが接する接合部にかかる支持突起を有するスペーサと、
を含み、
前記第１厚さ部と、前記第１厚さ部よりも外径が小さい前記第２厚さ部との接合部には、段差部が形成され、
前記スペーサは、
前記ケースの側面を囲む第１部分と、
前記第１部分の上端から内側に折り曲げられて形成された第２部分と、
前記第２部分から下部に突出した第３部分と、
を更に含み、
前記支持突起は、前記第１部分の内面から突出して前記段差部にかかり、
前記段差部は角部を有し、前記角部を形成する面は直角または鋭角であり、
前記キャップ組立体は、前記ケースの前記第１厚さ部にクランピングで固定されることを特徴とする、二次電池。 - 前記ケースにはクランピング過程で上端を内側に曲げたクランピング部と、前記クランピング部の下から内側に湾曲したビーディング部とが形成され、
前記段差部は、前記クランピング部に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。 - 前記ケースにはクランピング過程で上端を内側に曲げたクランピング部と、前記クランピング部の下から内側に湾曲したビーディング部とが形成され、
前記段差部は、前記ビーディング部の下に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。 - 前記スペーサは、前記ケースの上端を嵌合することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
- 複数の二次電池と、
前記二次電池の間に設けられるスペーサとを含み、
前記二次電池は、第１厚さ部及び前記第１厚さ部より薄い厚さを有する第２厚さ部を含むケースと、前記ケースの開口に結合するキャップ組立体とを具備し、
前記スペーサは、前記ケースの一側端部を嵌合し、前記第１厚さ部と第２厚さ部との接合部にかかる支持突起を有し、
前記第１厚さ部と、前記第１厚さ部よりも外径が小さい前記第２厚さ部との接合部には、段差部が形成され、
前記スペーサは、
前記ケースの側面を囲む第１部分と、
前記第１部分の上端から内側に折り曲げられて形成された第２部分と、
前記第２部分から下部に突出した第３部分と、
を更に含み、
前記支持突起は、前記第１部分の内面から突出して前記段差部にかかり、
前記段差部は角部を有し、前記角部を形成する面は直角または鋭角であり、
前記キャップ組立体は、前記ケースの前記第１厚さ部にクランピングで固定されることを特徴とする、電池モジュール。 - 前記ケースにはクランピング過程で上端を内側に曲げたクランピング部と、前記クランピング部の下から内側に湾曲したビーディング部とが形成され、
前記段差部は、前記クランピング部に形成されたことを特徴とする、請求項５に記載の電池モジュール。 - 前記ケースにはクランピング過程で上端を内側に曲げたクランピング部と、前記クランピング部の下から内側に湾曲したビーディング部とが形成され、
前記段差部は、前記ビーディング部の下に形成されたことを特徴とする、請求項５に記載の電池モジュール。 - 前記スペーサは、前記ケースの上端を嵌合することを特徴とする、請求項５に記載の電池モジュール。
- 前記複数の二次電池は、互いに隣接する第１二次電池と第２二次電池とを含み、
前記電池モジュールは、前記第１二次電池と前記第２二次電池との間に設けられたインターコネクタを更に含み、
前記インターコネクタは、第１二次電池の上部に設けられたキャッププレートに接する下部突起と、第２二次電池のケースに接する内側突起とを有することを特徴とする、請求項５に記載の電池モジュール。 - 前記インターコネクタは、第２二次電池のケース下端を囲むボディー部と、前記ボディー部の下に突出した延長部と、を更に含み、
前記内側突起は、前記ボディー部の内側に突出し、
前記下部突起は、前記延長部の下面から突出したことを特徴とする、請求項９に記載の電池モジュール。 - 前記内側突起は、周辺より薄い厚さを有することを特徴とする、請求項９に記載の電池モジュール。
- 前記内側突起は、複数に形成されて前記ボディー部の周りに沿って離隔配列されることを特徴とする、請求項１０に記載の電池モジュール。
- 前記内側突起の周辺に溝形態の可変弾性部が形成されたことを特徴とする、請求項１０に記載の電池モジュール。
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