JP7090725B2 - バッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置 - Google Patents

バッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置に関する。
本出願は、２０１９年２月１８日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００１８６６２号に基づく優先権を主張し、該当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。
製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数のバッテリーセルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数のバッテリーセルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、上記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定可能である。
なお、複数のバッテリーセルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が一般的である。ここで、多様な電圧と容量要求条件などによって、このようなバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含むバッテリーラックで備えられる電力貯蔵装置を構成することもある。
従来、電力貯蔵装置のバッテリーセルは、バッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置を構成するとき、複数個が各々または複数個が別の複数のセルカートリッジに装着された後、複数のセルカートリッジの積層によってバッテリーモジュール、バッテリーラックや電力貯蔵装置を構成する。
これによって、従来には、複数のバッテリーセルを積層するとき、別の複数のセルカートリッジがさらに求められるため、このような複数のセルカートリッジによってスリム化及びエネルギー密度の面で不利となるという問題がある。また、別の複数のセルカートリッジの追加は、費用や時間などの面で全体組立工程の効率を低下させるという問題がある。
そこで、よりスリムかつコンパクトであり、組立工程の効率を向上させることができるバッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供するための方案が求められる。
本発明は、よりスリムかつコンパクトな構造のバッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、組立工程の効率を向上させることができるバッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することを他の目的とする。
また、本発明は、より簡便な構造でバッテリーセルの固定、及び絶縁性能を確保することができるバッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することをさらに他の目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーセルであって、電極組立体と、前記電極組立体と電気的に接続される一対の電極リードと、前記一対の電極リードを少なくとも部分的に前記バッテリーセルの前後方向へ突出するように収容し、前記電極組立体を収容可能な収容空間を形成する電池ケースと、前記電池ケースの両側面及び上下面を統合的にカバーするテーピングユニットと、を含むことを特徴とする、バッテリーセルを提供する。
前記テーピングユニットは、前記電池ケースの両側面及び上下面に一体で付着されるメインテープと、前記メインテープに付着され、前記メインテープを前記電池ケースに付着するとき、前記メインテープを介在して前記電池ケースの上下面に対向して配置される一対の補助テープと、を含み得る。
前記電池ケースの上下面には、少なくとも一回折り畳まれるウィングフォールディング部が備えられ、前記テーピングユニットは、前記ウィングフォールディング部に付着され得る。
前記テーピングユニットは、前記電池ケースの両側面及び上下面の少なくとも一面に付着された後、前記電池ケースまたは前記テーピングユニットの少なくとも一つの回転動作によって前記電池ケースの両側面及び上下面に付着され得る。
前記メインテープは、両面テープであり得る。
前記一対の補助テープは、絶縁テープであり得る。
なお、本発明は、バッテリーモジュールであって、前述した実施例による複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、を含む、バッテリーモジュールを提供する。
前記複数個のバッテリーセルは、前記モジュールケース内で各々のバッテリーセルの両側面に向い合うように相互に積層され、前記テーピングユニットは、前記複数個のバッテリーセルの積層時、向い合うバッテリーセルのテーピングユニットに接着され、前記モジュールケース内で前記複数個のバッテリーセル同士を固定し得る。
また、本発明は、バッテリーラックであって、前述した実施例の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースと、を含む、バッテリーラックを提供する。
さらに、本発明は、電力貯蔵装置であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置を提供する。
以上のような多様な実施例によって、よりスリムかつコンパクトな構造のバッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、組立工程の効率を向上させることができるバッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、より簡便な構造でバッテリーセルの固定及び絶縁性能を確保することができるバッテリーセル、これを含むバッテリーモジュール、バッテリーラック及び電力貯蔵装置を提供することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるバッテリーセルを説明するための図である。 図１のバッテリーセルのテーピングユニットを説明するための図である。 図１のバッテリーセルの前面図である。 図３のバッテリーセルの主要部の拡大図である。 図３のバッテリーセルの他の実施例によるウィングフォールディング部を説明するための図である。 図１のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。 図１のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。 図１のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。 図１のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。 図１のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。 本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である。 本発明の一実施例による電力貯蔵装置を説明するための図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーセルを説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーセルのテーピングユニットを説明するための図であり、図３は、図１のバッテリーセルの前面図であり、図４は、図３のバッテリーセルの主要部の拡大図であり、図５は、図３のバッテリーセルの他の実施例によるウィングフォールディング部を説明するための図である。
図１～図５を参照すれば、バッテリーセル１００は、二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池及び円筒型二次電池のいずれか一つで備えられ得る。以下、本実施例においては、上記バッテリーセル１００がパウチ型二次電池として備えられると限定して説明する。
このような上記バッテリーセル１００は、電極組立体１１０、一対の電極リード１３０、電池ケース１５０及びテーピングユニット１７０を含み得る。
上記電極組立体１１０は、正極板、負極板及びセパレーターなどから構成され得る。上記電極組立体１１０についてはよく知られているため、以下、詳しい説明を省略する。
上記一対の電極リード１３０は、上記電極組立体１１０と電気的に接続され、後述する電池ケース１５０の一側外部へ突出し得る。このような上記一対の電極リード１３０は、正極リード及び負極リードから構成され得る。
上記電池ケース１５０は、上記一対の電極リード１３０を少なくとも部分的に上記バッテリーセル１００の前後方向（図１参照）へ突出するように収容し、上記電極組立体１１０を収容できる収容空間を形成し得る。
このような上記電池ケース１５０の上下面には、上記バッテリーセル１００のスリム化、エネルギー密度及び密閉力の向上のために、少なくとも１回折り畳まれたウィングフォールディング部１５５、１５７が備えられ得る。例えば、図４に示したように、上記ウィングフォールディング部１５５は１回折り畳まれるか、または、図５に示したように、上記ウィングフォールディング部１５７が２回折り畳まれるように設けられ得る。
上記テーピングユニット１７０は、上記バッテリーセル１００を複数個積層するとき、隣接するバッテリーセル１００同士を固定及び支持するためのものであって、上記電池ケース１５０の両側面（図１参照）と上下面（図１参照）を統合的にカバーし得る。
このような上記テーピングユニット１７０は、メインテープ１７２及び補助テープ１７６を含み得る。
上記メインテープ１７２は、上記電池ケース１５０の両側面及び上下面に一体で付着され得る。上記メインテープ１７２は、上記電池ケース１５０の上下面への付着時、上記電池ケース１５０の上記ウィングフォールディング部１５５、１５７に付着され得る。このような上記メインテープ１７２は、上記電池ケース１５０の両側面及び上下面を全てカバーできる所定の長さで設けられ得る。
上記メインテープ１７２は、上記電池ケース１５０及び上記複数個のバッテリーセル１００同士の積層時、隣接するバッテリーセル１００との接着のために両面テープとして備えられ得る。
このような上記メインテープ１７２は、上記電池ケース１５０の両側面及び上下面の少なくとも一面に付着された後、上記電池ケース１５０または上記テーピングユニット１７０の少なくとも一つの回転動作によって上記電池ケース１５０の両側面及び上下面に付着され得る。
上記補助テープ１７６は、一対で備えられ得る。上記一対の補助テープ１７６は、上記メインテープ１７２に付着され、上記メインテープ１７２を上記電池ケース１５０に付着するとき、上記メインテープ１７２を介在して上記電池ケース１５０の上下面に対向して配置され得る。
このような上記一対の補助テープ１７６は、後述する複数個のバッテリーセル１００がバッテリーモジュール１０を構成するとき、上記複数個のバッテリーセル１００と後述するモジュールケース２００との絶縁を確保するように、絶縁テープであり得る。
上記一対の補助テープ１７６は、上記テーピングユニット１７０が上記バッテリーセル１００に付着されるとき、上記電池ケース１５０の上下面を囲むように配置され得る。これによって、上記一対の補助テープ１７６は、上記バッテリーセル１００のスウェリング時、上記バッテリーセル１００の膨張を防止できる。
また、上記一対の補助テープ１７６は、上記バッテリーセル１００がバッテリーモジュール１０を構成するとき、上記電池ケース１５０の上記ウィングフォールディング部１５５、１５７の近所の電場品などと上記電池ケース１５０との間で隔壁構造を形成するため、上記バッテリーセル１００の冷却性能の低下も防止することができる。
以下、本実施例による上記バッテリーセル１００の上記テーピングユニット１７０の付着固定についてより具体的に説明する。
図６～図１０は、図１のバッテリーセルのテーピングユニットの付着工程を説明するための図である。
図６を参照すれば、製造者などは、上記バッテリーセル１００の上記電池ケース１５０の一側に上記テーピングユニット１７０の上記メインテープ１７２の一端部を付着し得る。
図７を参照すれば、その後、上記製造者などは、上記バッテリーセル１００を一方向へ９０°回転させて上記テーピングユニット１７０の上記メインテープ１７２を、上記バッテリーセル１００の上記電池ケース１５０のいずれか一つのウィングフォールディング部１５５側に付着し得る。これによって、上記テーピングユニット１７０の上記補助テープ１７６は、上記バッテリーセル１００の上記電池ケース１５０のいずれか一つのウィングフォールディング部１５５側をカバーし得る。
図８を参照すれば、その後、上記製造者などは、上記バッテリーセル１００を上記一方向へ９０°さらに回転させて上記テーピングユニット１７０の上記メインテープ１７２を上記バッテリーセル１００の上記電池ケース１５０の他側に付着し得る。
図９を参照すれば、その後、上記製造者などは、上記バッテリーセル１００を一方向へ９０°さらに回転させて上記テーピングユニット１７０の上記メインテープ１７２を上記バッテリーセル１００の上記電池ケース１５０の残りの一つのウィングフォールディング部１５５側に付着し得る。これによって、上記テーピングユニット１７０の上記補助テープ１７６は、上記バッテリーセル１００の上記電池ケース１５０の残りの一つのウィングフォールディング部１５５側をカバーし得る。
図１０を参照すれば、その後、上記製造者などは、上記バッテリーセル１００を上記一方向へ９０°さらに回転させて上記テーピングユニット１７０の上記メインテープ１７２を上記バッテリーセル１００の上記電池ケース１５０の一側に付着し得る。
このような付着固定によって、上記テーピングユニット１７０は、上記バッテリーセル１００の両側面及び上下面を全てカバーできるように上記電池ケース１５０の両側面及び上下面に一体で付着され得る。
図１１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
図１１を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、複数個の上記バッテリーセル１００と、上記複数個のバッテリーセル１００を収容するモジュールケース２００と、を含み得る。
上記複数個のバッテリーセル１００は、上記モジュールケース２００内で各々のバッテリーセル１００の両側面に向い合うように相互積層され得る。上記テーピングユニット１７０は、上記複数個のバッテリーセル１００の積層時、向い合うバッテリーセル１００のテーピングユニット１７０に接着され、上記モジュールケース２００内で上記複数個のバッテリーセル１００同士を固定し得る。
本実施例の場合、上記バッテリーセル１００の積層時、上記バッテリーセル１００に設けられるテーピングユニット１７０によって相互固定されるため、従来のような別の複数のセルカートリッジを省略してもよい。
これによって、本実施例の場合、上記モジュールケース２００内で従来の複数のセルカートリッジが上記モジュールケース２００内で占める体積だけ空間を確保できるため、上記バッテリーモジュール１０のスリム化及びエネルギー密度を大幅向上させることができる。
また、本実施例の場合、別の複数のセルカートリッジが省略されるので、別の複数のセルカートリッジの追加による製造コストや製造時間などを減らすことができ、上記バッテリーモジュール１０の全体組立工程の効率を大幅向上させることができる。
図１２は、本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である。
図１２を参照すれば、バッテリーラック１は、上記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０と、上記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０を収容するラックケース５０と、を含み得る。
本実施例による上記バッテリーラック１は、前述した実施例の上記バッテリーセル１００及び上記バッテリーモジュール１０を含むため、前述した実施例の上記バッテリーセル１００及び上記バッテリーモジュール１０による長所を全て有するバッテリーラック１を具現できる。
図１３は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置を説明するための図である。
図１３を参照すれば、電力貯蔵装置Ｅは、家庭用または産業用エネルギー源として用いられ得、上記少なくとも一つのバッテリーラック１と、上記少なくとも一つのバッテリーラック１を収容するラックケースＣと、を含み得る。
本実施例による上記電力貯蔵装置Ｅは、前述した実施例の上記バッテリーセル１００、上記バッテリーモジュール１０及び上記バッテリーラック１を含むことから、前述した実施例の上記バッテリーセル１００、上記バッテリーモジュール１０及び上記バッテリーラック１による長所を全て有する電力貯蔵装置Ｅが具現できる。
以上のような多様な実施例によって、よりスリムかつコンパクトな構造の上記バッテリーセル１００、これを含む上記バッテリーモジュール１０、上記バッテリーラック１及び上記電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、組立工程の効率を向上させることができる上記バッテリーセル１００、これを含む上記バッテリーモジュール１０、上記バッテリーラック１及び上記電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、より簡便な構造で上記バッテリーセル１００の固定及び絶縁性能を確保することができる上記バッテリーセル１００、これを含む上記バッテリーモジュール１０、上記バッテリーラック１及び上記電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
１ バッテリーラック
１０ バッテリーモジュール
５０ ラックケース
１００ バッテリーセル
１１０ 電極組立体
１３０ 電極リード
１５０ 電池ケース
１５５ ウィングフォールディング部
１５７ ウィングフォールディング部
１７０ テーピングユニット
１７２ メインテープ
１７６ 補助テープ
２００ モジュールケース

Claims (10)

  1. バッテリーセルであって、
    電極組立体と、
    前記電極組立体と電気的に接続される一対の電極リードと、
    前記一対の電極リードを少なくとも部分的に前記バッテリーセルの前後方向へ突出するように収容し、前記電極組立体を収容可能な収容空間を形成する電池ケースと、
    前記電池ケースの両側面及び上下面を統合的にカバーするテーピングユニットと、を含み、
    前記テーピングユニットは、
    前記電池ケースの両側面及び上下面をカバーするメインテープと、
    前記電池ケースの上下面を囲むように前記メインテープに付着される補助テープと、を含むことを特徴とする、バッテリーセル。
  2. バッテリーセルであって、
    電極組立体と、
    前記電極組立体と電気的に接続される一対の電極リードと、
    前記一対の電極リードを少なくとも部分的に前記バッテリーセルの前後方向へ突出するように収容し、前記電極組立体を収容可能な収容空間を形成する電池ケースと、
    前記電池ケースの両側面及び上下面を統合的にカバーするテーピングユニットと、を含み、
    前記テーピングユニットは、
    前記電池ケースの両側面及び上下面に一体で付着されるメインテープと、
    前記メインテープに付着され、前記メインテープを前記電池ケースに付着するとき、前記メインテープを介在して前記電池ケースの上下面に対向して配置される一対の補助テープと、を含むことを特徴とする、バッテリーセル。
  3. 前記電池ケースの上下面には、少なくとも一回折り畳まれるウィングフォールディング部が備えられ、
    前記テーピングユニットは、前記ウィングフォールディング部に付着されることを特徴とする、請求項１または２に記載のバッテリーセル。
  4. 前記テーピングユニットは、
    前記電池ケースの両側面及び上下面の少なくとも一面に付着された後、前記電池ケースまたは前記テーピングユニットの少なくとも一つの回転動作によって前記電池ケースの両側面及び上下面に付着されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリーセル。
  5. 前記メインテープが、両面テープであることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーセル。
  6. 前記一対の補助テープが、絶縁テープであることを特徴とする、請求項２または５に記載のバッテリーセル。
  7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の複数個のバッテリーセルと、
    前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、を含む、バッテリーモジュール。
  8. 複数個のバッテリーセルと、
    前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、を含む、バッテリーモジュールであって、
    前記バッテリーセルは、
    電極組立体と、
    前記電極組立体と電気的に接続される一対の電極リードと、
    前記一対の電極リードを少なくとも部分的に前記バッテリーセルの前後方向へ突出するように収容し、前記電極組立体を収容可能な収容空間を形成する電池ケースと、
    前記電池ケースの両側面及び上下面を統合的にカバーするテーピングユニットと、を含み、
    前記複数個のバッテリーセルは、
    前記モジュールケース内で各々のバッテリーセルの両側面に向い合うように相互に積層され、
    前記テーピングユニットは、
    前記複数個のバッテリーセルの積層時、向い合うバッテリーセルのテーピングユニットに接着され、前記モジュールケース内で前記複数個のバッテリーセル同士を固定することを特徴とする、バッテリーモジュール。
  9. 請求項７または８に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースと、を含む、バッテリーラック。
  10. 請求項９に記載の少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置。
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