JP6114276B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに関し、より詳細には、載置溝の内部に切開手段が形成されることで、正常作動状態では、上記切開手段とサブ電池モジュールとが接触されずに安定して駆動され、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態でのみ、前記サブ電池モジュールのポーチを前記切開手段により切開することで、発火または爆発を予め防止し、安全性を高めることができる電池に関する。

エネルギー及び環境に関する関心の増加に伴い、二次電池の需要が急激に増加している。その中でも、高いエネルギー密度及び放電電圧を有するリチウム二次電池に関する研究開発が活発に行われている。

特に、リチウム二次電池は、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ、及び電気自動車の電源として主に用いられている。

ところが、前記リチウム二次電池は、優れた電気的特性を有するものの、安全性が低いという欠点がある。

より詳細には、前記リチウム二次電池は、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態で電気分解反応が起こり続ける場合、熱及びガスが発生する。その結果、高温高圧条件で電気分解反応がさらに促進されると、発火または爆発が発生する恐れがある。

特に、上記の問題点は、複数個の電池セルが備えられた中大型の電池パックの場合に、さらに深刻な重大事故をもたらす。

前記中大型の電池パックは、所定空間を有するフレームの内部に複数個の電池セルまたは単位モジュールが備えられており、前記複数個の電池セルまたは単位モジュールの膨張につれて、ケースの内部の圧力が急激に上昇する。

このような問題点を解決するために、二次電池モジュールには、ヒューズ、バイメタル、及びＢＭＳ（Battery Management System）が備えられるが、上記の構成だけでは十分な安全性を確保することができない。

特に、定常状態では、前記ＢＭＳが電気的欠陥（過放電、過充電、過電流）を検知し、全体モジュールを制御することで、安全性を確保することができるが、異常状態で前記ＢＭＳが作動されない際には、全体モジュールの制御が困難であって、複数個の電池セルが膨張して発火または爆発が起こる危険性が高くなる。

上記の問題点を解決するために、韓国公開特許公報第１０‐２００４‐０１１０５３５号（発明の名称：破裂機構を備えた二次電池組立体）が提案されており、これを図１に図示した。

前記破裂機構を備えた二次電池組立体は、ケース１１と、前記ケース１１の内部に収容される電極組立体２４を含む二次電池１０と、前記二次電池１０が内蔵される二次電池用パック１５と、前記二次電池用パック１５の内部に形成された突出形状の破裂機構５１と、を含んで形成される。

図１で、二次電池の異常作動状態の体積変化を点線で示した。

前記図１に示した破裂機構を備えた二次電池組立体は、異常作動により単位電池が膨張すると、前記破裂機構によって前記ポーチ型電池ケースが破裂されることで、安全性が確保される長所を有する。

しかし、前記破裂機構は前記二次電池が収納される空間に形成されるため、前記単位電池を組み立てる際にケースが損傷される可能性が高く、装着後に、移動される場合や振動が多い環境で用いられる場合に、異常作動状態ではない状況でも前記ポーチ型電池ケースが前記破裂機構によって損傷される恐れがあるという短所がある。

即ち、前記破裂機構を備えた二次電池組立体は、組み立て工程または正常使用状態で前記二次電池の耐久性を阻害する要素として作用する恐れがあるという問題点がある。

韓国公開特許公報第１０‐２００４‐０１１０５３５号（２００４．１２．３１．）

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、載置溝の内部に切開手段を形成することで、正常作動状態では、前記切開手段とサブ電池モジュールとが接触されずに安定して駆動され、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態でのみ、前記サブ電池モジュールのポーチを前記切開手段により切開することで、発火または爆発を予め防止し、安全性を高めることができる電池を提供することにある。

また、本発明の目的は、前記切開手段が露出しないように載置溝の内部に形成することで、サブ電池モジュールと電池モジュールケースとを組み立てる工程で前記サブ電池モジュールが損傷されないため、製造性が向上される電池を提供することにある。

本発明の電池は、少なくとも一つ以上の電池セル、前記電池セルから一側方向に延びて形成される電極タップ、及び内部に前記電池セルを収容するポーチを有するサブ電池モジュールと、前記サブ電池モジュールを保護する電池モジュールケースと、を含む電池であって、前記電池モジュールケースの内面の所定領域に凹の載置溝が備えられており、前記載置溝の内部には、前記ポーチと接触する際に前記ポーチを切開するように、前記サブ電池モジュール側に突出した切開手段が備えられ、前記電池は、複数個の前記電池モジュールケースが並列に備えられ、前記サブ電池モジュールが前記電池モジュールケースにそれぞれ備えられており、前記電池は、前記電池モジュールケースの一面及び他面に、高さ方向に同一の位置に複数個の前記載置溝が形成されており、前記電池モジュールケースの前記一面に形成された前記載置溝と、前記電池モジュールケースの前記他面に形成された前記載置溝とは、幅方向に所定距離離間して形成される。

また、前記切開手段の高さが前記載置溝の深さより低く形成されて、前記電池の正常作動時には、前記サブ電池モジュールと前記切開手段とが互いに接触されず、前記電池の異常作動時には、前記サブ電池モジュールと前記切開手段とが互いに接触される。

また、前記電池は、複数個の前記載置溝が形成されており、前記切開手段が前記複数個の載置溝にそれぞれ形成される。

また、前記電池は、向い合う前記複数個の電池モジュールケースのうち一つの前記電池モジュールケースの前記載置溝の外面が、他の一つの前記電池モジュールケースの外面に接するように位置される。

これにより、本発明による電池は、載置溝の内部に切開手段が形成されることで、正常作動状態では、前記切開手段とサブ電池モジュールとが接触されずに安定して駆動され、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態でのみ、前記サブ電池モジュールのポーチを前記切開手段により切開することで、発火または爆発を予め防止し、安全性を高めることができる。

また、本発明による電池は、前記切開手段が露出しないように載置溝の内部に形成されることで、サブ電池モジュールと電池モジュールケースとを組み立てる工程で前記サブ電池モジュールが損傷することがないため、製造性が向上されることができる。

従来のベンティング治具（Venting Jig）を有する電池カートリッジを示した断面図である。 本発明の実施例による電池を示した斜視図である。 図２に図示した電池の側方向平面図である。 図２に図示した電池のＡＡ´方向断面図である。 本発明の実施例による電池のサブ電池モジュールを示した分解斜視図である。 本発明の他の実施例による電池を示した断面図である。

以下、上述の特徴を有する本発明の電池１０００を添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施例による電池１０００は、サブ電池モジュール１００と、電池モジュールケース２００と、を含み、前記電池モジュールケース２００に載置溝２１０及び切開手段２２０が備えられている（図２〜図４参照）。

サブ電池モジュール１００は、少なくとも一つ以上の電池セル１１０と、電池セル１１０から一側方向に延びて形成された電極タップ１２０と、内部に電池セル１１０を収容した状態でシールされたポーチ１３０と、を含む（図５参照）。この際、ポーチ１３０はシート状である。

電極タップ１２０は、電池セル１１０から一側方向に延びて形成される。

ポーチ１３０は、シート状であって、その内部に電池セル１１０を収容した状態でシールされる。より詳細には、ポーチ１３０は、電極タップ１２０が突出形成された部分を除いた電池セル１１０の残りの面を覆う形態であって、通常、アルミニウムラミネートシートで形成される。

図５には、内部にバイポーラプレート１４０が備えられたサブ電池モジュール１００の例を図示したが、本発明はこれに限定されない。サブ電池モジュール１００は、電池セル１１０が巻き取られた形態など、ポーチ１３０の内部に電池セル１１０が備えられた形態であれば、如何なる形態であってもよい。

一方、サブ電池モジュール１００は、正常作動時には、ポーチ１３０が一定の体積を有するように維持されるが、過充電、過放電、過電流などの異常作動時には、膨潤（swelling）により膨張する。

本発明の実施例による電池１０００は、上記のような異常作動時に、サブ電池モジュール１００のポーチ１３０を切開することで、発火または爆発を予め防止し、安全性をさらに高めることができる。

より詳細には、本発明の実施例による電池１０００は、電池モジュールケース２００の内面の所定領域に凹の載置溝２１０が備えられており、載置溝２１０の内部に、ポーチ１３０と接触する際にポーチ１３０を切開するように、サブ電池モジュール１００側に突出した切開手段２２０が備えられている。

載置溝２１０は、電池モジュールケース２００の内面の所定領域が凹んで形成される構成であって、その形成領域だけ外側に突出するように形成される。

また、載置溝２１０は、切開手段２２０が備えられる領域を形成するためのものである。載置溝２１０が形成されることにより、正常作動時には、切開手段２２０とポーチ１３０とが接触されずに電池の正常作動状態が維持され、異常作動時には、ポーチ１３０の膨張により切開手段２２０とポーチ１３０とが接触して、ポーチ１３０が切開されることで、電池の作動が停止される。

即ち、本発明の実施例による電池１０００は、切開手段の高さＨ２１０が載置溝の深さＨ２２０より低く形成される。

本発明において、載置溝の深さＨ２２０とは、図４に図示したように、電池モジュールケース２００の内面に垂直な方向に、電池モジュールケース２００の素材の厚さを含んで、最も長い部分を意味する。

また、切開手段の高さＨ２１０とは、電池モジュールケース２００の素材の厚さを含んで、切開手段２２０の最も長い部分を意味する。

換言すれば、切開手段２２０が載置溝２１０の内部に備えられることで、正常状態でサブ電池モジュール１００が正常体積領域を有する際には、切開手段２２０とポーチ１３０とが接触されず、異常状態でサブ電池モジュール１００が膨張した際には、切開手段２２０とポーチ１３０とが接触されて、ポーチ１３０が切開されることにより、電池の作動が停止される。

切開手段２２０は、図４に示すように、端部に向かって鋭く形成された円錐状を有する。また、切開手段２２０は、この他にも、刀のように平らな形状など、ポーチ１３０を切開することができる多様な形状を有することができる。

また、本発明の実施例による電池１０００には、複数個の載置溝２１０が形成されており、前記複数個の載置溝２１０に切開手段２２０がそれぞれ形成されることができる。

即ち、本発明の実施例による電池１０００は、異常作動時にポーチ１３０を容易に切開するために、一つのサブ電池モジュール１００を支持する電池モジュールケース２００に複数個の載置溝２１０が形成されており、切開手段２２０が載置溝２１０に対応するようにそれぞれ形成されることができる。

切開手段２２０のサイズは、載置溝２１０の形成領域及び形成個数などを考慮して適用されることができる。

切開手段２２０の高さが載置溝２１０の深さより低く形成されることで、電池１０００の正常作動時にはサブ電池モジュール１００と切開手段２２０とが接触されず、異常作動時にサブ電池モジュール１００と切開手段２２０とが接触される。

これにより、本発明の実施例による電池１０００は、載置溝２１０の内部に切開手段２２０が形成されることで、正常作動状態では、切開手段２２０とサブ電池モジュール１００とが接触されずに安定して駆動され、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態でのみ、サブ電池モジュール１００のポーチ１３０を切開手段２２０により切開することで、発火または爆発を予め防止し、安全性を高めることができる。

一方、従来の電池１０００では、異常作動時に電池の作動を停止させることが重要である。しかし、安全性を確保するために作動を停止させる装置が、むしろ電池の正常作動を妨害する場合がある。

特に、図１に図示したような従来の形態では、正常作動状態でも電池１０００の作動を停止させる可能性が高いため、連続的に振動が生じる環境を有する自動車などの電池に用いることが困難であるという問題点がある。

本発明の実施例による電池１０００は、このような問題点が解決できるものであって、電池モジュールケース２００によりサブ電池モジュール１００を安定して支持しながらも、異常作動時にのみサブ電池モジュール１００のポーチ１３０が切開手段２２０により切開されるようにすることで、全体的な安全性を向上させることができる。

また、本発明の実施例による電池１０００は、図６に図示したように、複数個の電池モジュールケース２００が並列に備えられており、サブ電池モジュール１００が前記電池モジュールケース２００にそれぞれ備えられることができる。

この際、電池モジュールケース２００は、その両側端部が互いに連結されて形成されてもよく、別の部材により固定されてもよい。

電池モジュールケース２００は、それぞれのサブ電池モジュール１００を支持する構成であり、隣接した電池モジュールケース２００の載置溝２１０が互いに対応する位置に形成される場合、電池モジュールケース２００の間の距離は、載置溝２１０の形成深さの２倍であることができる。

本発明の実施例による電池１０００は、電池モジュールケース２００の載置溝２１０が互いに異なる位置に形成され、一側の載置溝２１０の形成領域に対応する距離だけ、電池モジュールケース２００が離間するように形成される。

より詳細には、向い合う電池モジュールケース２００の載置溝２１０が互いに接するように位置される場合、限定された空間内に備えられる電池モジュールケース２００の数が減少する。したがって、本発明の実施例による電池１０００は、向い合う電池モジュールケース２００のうち一つの電池モジュールケース２００の載置溝２１０の外面が、他の一つの電池モジュールケース２００の外面に接するように位置されることで、限定された空間内に複数個の電池モジュールケース２００が備えられることができる。

図６に図示した例では、高さ方向に同一の部分で、一側の電池モジュールケース２００には一つの載置溝２１０が備えられ、他側の電池モジュールケース２００には、一側の電池モジュールケース２００の載置溝２１０を挟んで二つの載置溝２１０が備えられている。

即ち、図６に図示した電池１０００では、電池モジュールケース２００の一面及び他面に同一の高さを有する複数個の載置溝２１０が形成される。ここで、電池モジュールケースの一面に形成された載置溝２１０と、その他面に形成された載置溝２１０とは、幅方向に所定距離離間しており、特に、電池モジュールケースの一面に形成された載置溝２１０と、その他面に形成された載置溝２１０とは、互いに交互に配置されている。

図６に図示した電池１０００は、サブ電池モジュール１００のサイズが大きい場合にも、過充電、過放電、高温露出、電気的短絡などの異常作動状態で、サブ電池モジュール１００のポーチ１３０を切開手段２２０により容易に切開できるため、発火または爆発を予め防止し、安全性をさらに高めることができる。

尚、本発明による載置溝２１０はこれに限定されず、より多様な個数及びパターンを有することができる。

本発明の技術的思想を上記の実施例に限定して解釈してはならない。その適用範囲が多様であることは勿論、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れることなく、当業者の水準で多様な変形実施が可能である。したがって、このような改良及び変更が当業者にとって自明なものであるかぎり、それは本発明の保護範囲に属する。

１０００ 電池
１００ サブ電池モジュール
１１０ 電池セル
１２０ 電極タップ
１３０ ポーチ
１４０ バイポーラプレート
２００ 電池モジュールケース
２１０ 載置溝
Ｈ２２０ 載置溝の深さ
２２０ 切開手段
Ｈ２１０ 切開手段の高さ

Claims (4)

1. 少なくとも一つ以上の電池セル、前記電池セルから一側方向に延びて形成される電極タップ、及び内部に前記電池セルを収容するポーチを有するサブ電池モジュールと、
   前記サブ電池モジュールを保護する電池モジュールケースと、を含む電池であって、
   前記電池モジュールケースの内面の所定領域に凹の載置溝が備えられており、
   前記載置溝の内部には、前記ポーチと接触する際に前記ポーチを切開するように、前記サブ電池モジュール側に突出した切開手段が備えられ、
   複数個の前記電池モジュールケースが並列に備えられ、前記サブ電池モジュールが前記電池モジュールケースにそれぞれ備えられており、
   前記電池モジュールケースの一面及び他面に、高さ方向に同一の位置に複数個の前記載置溝が形成されており、
   前記電池モジュールケースの前記一面に形成された前記載置溝と、前記電池モジュールケースの前記他面に形成された前記載置溝とは、幅方向に所定距離離間して形成される、電池。
2. 前記切開手段の高さが前記載置溝の深さより低く形成されて、前記電池の正常作動時には、前記サブ電池モジュールと前記切開手段とが互いに接触されず、前記電池の異常作動時には、前記サブ電池モジュールと前記切開手段とが互いに接触される、請求項１に記載の電池。
3. 複数個の前記載置溝が形成されており、前記切開手段が前記複数個の載置溝にそれぞれ形成される、請求項２に記載の電池。
4. 向い合う前記複数個の電池モジュールケースのうち一つの前記電池モジュールケースの前記載置溝の外面が、他の一つの前記電池モジュールケースの外面に接するように位置される、請求項１に記載の電池。