JP7217073B2 - 安全性の向上したバッテリーパック - Google Patents

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Description

本出願は２０２０年１月６日付の韓国特許出願第２０２０－０００１３４５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この明細書の一部として含まれる。
本発明は安全性の向上したバッテリーパック及びこれを含む二次電池に関するものであり、より詳しくは電極組立体及び上記電極組立体から突出している電極リードを含む複数の単位セルが配置されている二つ以上のサブモジュール、上記サブモジュールを収納するためのパックケース、上記サブモジュールの電極リードを電気的に連結するためのバスバー及びこれに連結されるバスバーフレームを含むバスバー組立体、上記サブモジュールの間を連結するための連結バスバー、上記バスバーによって電気的に連結された電極リードが集まってなり、上記連結バスバーに連結されるためのターミナル部、及び上記ターミナル部、上記バスバー組立体及び上記ターミナル部と連結される部分の連結バスバーの上端及び側面を取り囲む遮断構造物を含むバッテリーパック及びこれを含む二次電池に関するものである。
携帯電話、ノートブック型ＰＣ、カムコーダー、デジタルカメラなどのモバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するのに伴い充放電の可能な二次電池に関する技術が活発に研究されている。また、二次電池は大気汚染物質を発生する化石燃料の代替エネルギー源であり、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などに適用されているので、二次電池に対する開発の必要性が段々高くなっている状況である。
二次電池に対する需要が高くなって高容量電池の必要性により、二次電池自体の容量を増やそうとする多様な試みがある。１個の電池セル自体の容量を増加させて使用する場合もあるが、多数の電池セルを電気的に連結して単一のバッテリーとして使用する形態が一般的である。多数の電池セルを互いに直列又は並列の形態に電気的に連結したバッテリーモジュールを形成し、電池ケースに多数の上記バッテリーモジュールを収納してバッテリーパックの形態にして使用する形態が一般的に好まれる。
しかし、高容量の電池やバッテリーパックの場合、単一の電池セルに比べてバッテリー内の熱が冷却されにくいため、熱暴走、火災、爆発のおそれがもっと大きい。このために、バッテリーパック全体の安全性を向上させるために、別途のアラームシステムを備えるか、冷却又は消火可能な構成を付け加えることもある。
このように、別途の部材をバッテリーパックに付け加えるかバッテリーパックの構造を変更してバッテリーパックの安全性を確保しているが、これは異常が発生した電池モジュールの火災や異常を防止するためのものであり、既に異常が発生した電池モジュールの隣接したモジュールに火災などが伝播されないようにして熱暴走の転移を防止するための考慮はしていない。
図１は従来技術によるバッテリーパックの斜視図を示している。従来のバッテリーパックは、複数の単位セルが配置されている二つ以上のサブモジュール１０、上記サブモジュール１０の電極リードが集まって形成されたターミナル部２０、及び上記ターミナル部２０と連結され、上記サブモジュール１０を連結するための連結バスバー３０を含み、上記ターミナル部２０と上記連結バスバー３０は絶縁のためにボルトカバー４０で覆われている構成を持っている。
このようなボルトカバー４０は絶縁のために備えられる構成であり、ターミナル部２０とこれと連結された連結バスバー３０の一部のみ板状で覆っているか、図１のように、ターミナル部２０に対応するキャップ形態を被せる形態として構成される。
しかし、上記のようなボルトカバー４０は、上記ターミナル部２０及び上記サブモジュール１０の電極リードと結合するバスバー組立体５０を保護することができない。特に、図１に示す従来技術によるバッテリーパックのように、隣接モジュールで火災が発生する場合、他の部位に比べて相対的に露出されている上記ターミナル部２０と上記連結バスバー３０の連結部品を介して熱が伝達されて連鎖的に火災が発生しやすい。また、火災によって損傷されたモジュールから出た伝導性汚染物質が上記ターミナル部２０と上記連結バスバー３０の連結部品に浸透してサブモジュール１０を損傷させるか断線させて火災などを発生させる。
特許文献１では、電極ターミナル部を保護するためにターミナルカバーを備えているが、これは外部機器と連結されるためのものである。また、特許文献１のターミナルカバーはターミナルのみカバーすることができるキャップ形態を有し、着脱しやすくするためにＯリングのみ備えているだけ、火災や汚染物質から保護するための別途の構造を持っていない。
特許文献２では、電極ターミナル部を保護するためのターミナルカバーを備えているが、これは弾性変形可能な軟性素材からなり、火災や汚染物質からターミナル部を保護するための構造ではない。また、ターミナルカバーはバッテリーパックの外部のターミナルを保護するための構成であり、バッテリーモジュールとモジュールとの間の連結部を保護するための構成ではない。
バッテリーパック内のサブモジュールの熱暴走の転移を防止し、電池モジュールを外部から保護するための構成が必要である。
韓国公開特許第２０１８－００５８５５２号公報 韓国公開特許第２０１９－００８８６７５号公報
本発明は上記のような問題点を解決するためのものであり、本発明はサブモジュールのターミナル部及びサブモジュールを電気的に連結するための連結バスバー及びバスバー組立体を保護するための遮断構造物で各サブモジュールの露出部位を取り囲んでサブモジュールを保護することを目的とする。
また、上記遮断構造物を耐熱性及び耐化学性素材から構成して、特定のサブモジュールに異常が発生してもそれに隣接したサブモジュールに影響を与えないようにすることを目的とする。
さらに、サブモジュールをそれぞれ保護することにより、連鎖的な火災又は爆発を防止して財産的及び非財産的損害を防止することを目的とする。
上記のような問題点を解決するための本発明によるバッテリーパックは、電極組立体及び前記電極組立体から突出している電極リードを含む複数の単位セルが配置されている二つ以上のサブモジュールと、前記サブモジュールを収納するためのパックケースと、前記サブモジュールの電極リードを電気的に連結するためのバスバー及びこれに連結されるバスバーフレームを含むバスバー組立体と、前記サブモジュールの間を連結するための連結バスバーと、前記バスバーによって電気的に連結された電極リードが集まって形成され、前記連結バスバーに連結されるターミナル部と、前記ターミナル部、前記バスバー組立体及び前記ターミナル部と連結される部分の連結バスバーの上端及び側面を取り囲む遮断構造物とを含むことができる。
前記遮断構造物は耐化学性及び断熱性を有する絶縁素材からなることができる。
前記絶縁素材は珪酸塩を含むことができる。
前記絶縁素材は雲母又はセラミックを含むことができる。
前記遮断構造物は、前記バスバー組立体に対応する形態を有するように構成され、前記バスバー組立体の上端に位置する上部構造物と、前記上部構造物から前記ターミナル部及び前記連結バスバーに対応する形態に突出しているターミナル保護部と、前記バスバーフレームの他のサブモジュール対面部をもっと保護する側面構造物と、前記上部構造物の下部に位置し、前記ターミナル部及び前記連結バスバーの両側面を保護する汚染物質浸透防止部とを含むことができる。
前記汚染物質浸透防止部は、前記バスバー及び前記ターミナル部とこれらに連結された前記連結バスバーとの間の空間に結合されることができる。
前記遮断構造物は、前記遮断構造物を保護するための断熱カバーをさらに含むことができる。
前記断熱カバーは、前記バスバー組立体及び前記遮断構造物が位置するバッテリーパックの上部に備えられる上端カバーと、前記バスバー組立体の他のサブモジュール対面部に備えられる側面カバーとを含むことができる。
前記断熱カバーは断熱素材からなることができる。
前記断熱素材は珪酸塩を含むことができる。
前記断熱素材は雲母又はセラミックを含むことができる。
前記断熱カバーは前記連結バスバーを完全に覆うことができる。
前記断熱カバーは、前記側面カバーに平行に備えられ、前記連結バスバー及び前記遮断構造物の後面を保護する後面カバーをさらに含むことができる。
また、本発明は、前記記載のいずれか一つに相当するバッテリーパックをエネルギー源として使用するデバイスを提供する。
前記デバイスは、携帯電話、タブレット型パソコン、ノートブック型パソコン、動力工具、ウェアラブル電子機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置からなる群から選択されるいずれか一つであることができる。
本発明は上記のような構成の中で相反しない構成を一つ又は二つ以上選択して組み合わせることができる。
従来技術によるバッテリーパックの斜視図である。 本発明の好適な第１実施例によるバッテリーパックの斜視図である。 本発明の好適な第１実施例による遮断構造物を後面から見た斜視図である。 本発明の好適な第１実施例による遮断構造物の正面図である。 本発明の好適な第１実施例による遮断構造物の側面図である。 本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックの斜視図である。 本発明の好適な第３実施例によるバッテリーパック内に備えられる断熱カバーの斜視図である。 本発明の好適な第３実施例によるバッテリーパックの結合前の斜視図である。 本発明の好適な第３実施例によるバッテリーパックの結合後の斜視図である。 本発明の好適な第３実施例の変形例を示す図である。 本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックと比較例の抵抗測定グラフである。 本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックと比較例の抵抗測定のためのサブモジュールの配置の模式図である。
本出願で、“含む”、“有する”又は“備える”などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、構成要素、部分品又はこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品又はこれらの組合せなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その間にさらに他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというとは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
以下、本発明による遮断構造物を含むバッテリーパック及びこれを含む二次電池について添付図面を参照して説明する。
図２は本発明の好適な第１実施例によるバッテリーパックの斜視図、図３は本発明の好適な第１実施例による遮断構造物を後面から見た斜視図、図４は本発明の好適な第１実施例による遮断構造物の正面図、図５は本発明の好適な第１実施例による遮断構造物の側面図である。
図２を参照して説明すると、本発明の第１実施例によるバッテリーパックは、電極組立体、上記電極組立体から突出している電極リードを含む複数の単位セルが配置されている二つ以上のサブモジュール１００、上記サブモジュールを収納するためのパックケース６００、上記サブモジュールの電極リードを電気的に連結するためのバスバー５１０及びこれに連結されるバスバーフレーム５２０を含むバスバー組立体５００、上記サブモジュールの間を連結するための連結バスバー３００、上記バスバーによって電気的に連結された電極リードが集まって形成され、上記連結バスバーに連結されるターミナル部、及び上記バスバーフレームを固定させるためのバスバーフレームカバーを含み、上記ターミナル部、上記バスバー組立体５００及び上記ターミナル部と連結される部分の連結バスバーの上端及び側面を取り囲む遮断構造物４００を含む。
サブモジュール１００は、電極組立体及び上記電極組立体から突出している電極リードを含む複数の単位セルが配置されている。
上記電極組立体は、長いシート状の正極及び負極の間に分離膜が介在されてから巻かれた構造を有するゼリーロール型電極組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を挟む状態で積層される構造の単位セルからなるスタック型電極組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻かれるスタック－フォルディング型電極組立体、又は単位セルが分離膜を挟む状態で積層されて互いに付着されるラミネーション－スタック型電極組立体などからなることができるが、これに制限されない。
上記のような電極組立体はパックケース６００に内蔵され、パックケース６００は通常内部層と外部層の素材が同一であることができるが、各部分が互いに異なる素材を使うことができる。電極組立体と直接的に接触する内部層は絶縁性及び耐電解液性を有するとともに、外部からの密閉のためにシーリング性、すなわち内部層どうし熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性に優れたポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンアクリル酸、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂から選択されることができるが、これに限定されない。より詳細に、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性及び耐化学性に優れたポリプロピレンを使うことができる。
上記外部層は電極組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができ、一例としてナイロン又はポリエチレンテレフタレートを使うことができるが、これらに制限されない。
一方、正極リード及び負極リードからなる電極リードは、電極組立体の正極タブと負極タブがそれぞれ電気的に連結された後、パックケースの外部に露出される構造を有することができ、正極タブ及び負極タブなしにリードが直接電極組立体とパックケースの外部を連結する構造を有することもできるが、これらに制限されない。ここで、電極リードが集まってパックケースの外部に露出される部位をターミナル部（図２に図示せず、図１参照）と言い、このようなターミナル部（図２に図示せず、図１参照）はサブモジュールを電気的に連結するための連結バスバー３００に連結される。上記のような電池セルは一般的に知られている構成に相当するので、より詳細な説明は省略する。
上記サブモジュール１００は、バッテリーパックの容量や出力を所望値にするために電極組立体及び電極組立体から延びた電極リードを含む複数の単位セルが水平方向又は垂直方向に並んで積層されて形成されたものを意味する。
上記のようなサブモジュール１００は、さらに複数が並んで整列された後、パックケース６００に収納される。
バスバー組立体５００は上記サブモジュール１００を構成する単位セルを直列又は並列で連結してパックケース６００に固定するためのものであり、１個以上のバスバーフレーム５２０、１個以上のバスバー５１０及び連結バスバー３００を含んでなる。
各単位セルの電極組立体から延びた正極リード又は負極リードは上記バスバー５１０を貫通して折り曲げられ、その後、レーザー溶接、抵抗溶接などの公知の固定方法によって上記バスバー５１０の外側面に固定される。
また、サブモジュール１００を直列で連結するために、隣接して位置するサブモジュール１００の間には所定形状に折り曲げられた連結バスバー３００が備えられ、上記バスバー５１０と同様に公知の固定手段によって上記バスバー５１０を互いに連結する。
図２に示すように、本発明によるバッテリーパックは、上記ターミナル部、上記バスバー組立体５００及び上記連結バスバー３００の上端及び側面を取り囲む遮断構造物４００を含んでいる。
上記遮断構造物４００は、図２～図５に示すように、上記バスバー組立体に対応する形態を有するように構成され、上記バスバー組立体の上端に位置する上部構造物４１０、上記上部構造物から上記ターミナル部及び上記連結バスバーに対応する形態に突出しているターミナル保護部４２０、上記バスバーフレーム５２０の他のサブモジュール対面部をもっと保護する側面構造物４３０、及び上記上部構造物４１０の下部に位置し、上記ターミナル部及び上記連結バスバー３００の両側面を保護する汚染物質浸透防止部４４０を含むことができる。
上記上部構造物４１０はバスバー組立体５００の上端に位置してバスバー５１０及びバスバーフレーム５２０を保護している。このために、上記上部構造物４１０の上部は板状を有し、断熱カバーや冷却板などのバッテリーパックの他の構成要素と結合しやすい形態に構成されている。
また、上記上部構造物４１０の下部は上記バスバー５１０及び上記バスバーフレーム５２０の上端に対応する形態を持っている。また、上記バスバー５１０及び上記バスバーフレーム５２０には上記上部構造物４１０を固定するための別途の固定部を備えることができる。
上部構造物４１０が上記のような形態を有することにより、上記バスバー５１０及び上記バスバーフレーム５２０の上部が外部に露出されないようにすることができる。
上記遮断構造物４００は上記ターミナル部及び上記連結バスバー３００に対応する形態を有するように突出しているターミナル保護部４２０を含むことができる。上記ターミナル保護部４２０は、上記ターミナル部及び上記ターミナル部と連結された上記連結バスバー３００の上端部及び側面を取り囲む形態を持っている。上記ターミナル保護部４２０は上記ターミナル部及び上記連結バスバー３００に対応する形態に突出して突出部位を最小にしている。これは、電池モジュールのサイズを減らしてバッテリーパックの全体容量を増加させるためのものである。
上記ターミナル保護部４２０は、上記ターミナル部と連結された部分及び図１に示すカートリッジ１１の連結バスバー収容部１２に備えられる連結バスバー３００部分を取り囲むように形成されている。
上記側面構造物４３０は上記バスバーフレーム５２０の他のサブモジュール対面部を保護する。上記側面構造物４３０のバスバーフレーム対面部はバスバーフレーム５２０及びバスバー５１０の形態に対応する形態を有するように形成される。上記側面構造物４３０の他のサブモジュール対面部は他の部材が結合するか他の部材に邪魔にならないように板状を有することが好ましい。このような形態はバッテリーパック及び電池モジュールの形態によって変わることができる。
上記側面構造物４３０は上記バスバー５１０及び上記バスバーフレーム５２０の全部又は一部を保護するように構成されることができるが、上記バスバー５１０と上記電極リードが連結される部位を保護することができる長さを有することが好ましい。また、上記バスバー及びバスバーフレームが熱や化学物質に弱いプラスチック素材から構成された場合、上記バスバー及びバスバーフレームのプラスチック素材部分を完全に保護することが好ましい。
上記汚染物質浸透防止部４４０は上記ターミナル部及び上記連結バスバー３００の両側面を保護する。上記汚染物質浸透防止部４４０は、図１に示す上記ターミナル部と上記連結バスバー３０の結合地点の両側面に備えられる上記ターミナル部２０に形成された空間を保護する。
上記汚染物質浸透防止部４４０は上記バスバー及び上記ターミナル部とこれらに連結された上記連結バスバーとの間の空間に結合されることができる。このために、本発明による汚染物質浸透防止部４４０は、図３に示すように、上記上部構造物４１０から下方に延びた形態を有することができる。また、汚染物質浸透防止部４４０は、汚染物質の浸透を防止しながら上記遮断構造物４００を固定するために、ターミナル部の非対面部の方向に突出した突出部を備えることができる。
上記汚染物質浸透防止部４４０は、図４に示すように、突出部の上部が上記上部構造物に平行に配置された直角三角形の形態を有することができる。上記突出部の上部が上部構造物に平行に配置され、汚染物質が内部に染み込んだとき、露出部位ではない部分に移動する。
上記突出部は、図５に示すように、上記汚染物質浸透防止部４４０の０．１倍～０．７倍の長さを有することができる。上記突出部の長さが余りに短い場合、上記汚染物質浸透防止部４４０を固定することができないだけなく、少ない流動にも破損されるおそれがある。また、上記突出部の長さが余りに長い場合、上記汚染物質浸透防止部４４０のサイズが余りに大きくなって電池の出力又は容量のための電池の形状及び電池のサイズが制限されることがある。
上記汚染物質浸透防止部４４０は、図５に示すように、上記側面構造物４３０と連結されない形態として構成されることができる。上記側面構造物４３０と上記汚染物質浸透防止部４４０との空間に上記バスバー５１０の突出部を収容することにより、上記遮断構造物４００を上記バスバー組立体５００に固定することができるからである。
図３～図５に示すように、本発明による遮断構造物４００は、上記上部構造物４１０の下部の各側面に固定部４５０を備えることができる。上記固定部４５０は上記遮断構造物４００を上記バスバー組立体５００に固定させるか上記遮断構造物４００を支持する役割を果たす。
上記固定部４５０は、図５に示すように、他のモジュール対面部がより長く、連結されたモジュールの連結バスバー３００に近くなるほど短い形態を有することができる。これは、他のモジュールで発生した火炎が移動することができないように上記遮断構造物４００を配置するための構造である。
上記固定部４５０は、図４に示すように、上記汚染物質浸透防止部４４０より短い形態を有する。これは、上記汚染物質浸透防止部４４０とは違い、上記固定部４５０が上記バスバー組立体５００の陷沒部に結合されないので、深く構成される必要がないからである。また、上記固定部４５０が余りに長い場合、上記遮断構造物４００がバッテリーパック内で占める空間が余りに大きくなって非効率的であり、火炎防止効果が減少することがある。
本発明による遮断構造物４００は、図３及び図４に示すように、連結バスバー３００を収容するための連結バスバー収容部４６０を備えることができる。上記上部構造物４１０が上記連結バスバー収容部４６０、すなわち連結バスバーを収容するための空間を取り囲んでいる形態を有する。上記連結バスバー収容部４６０は上記連結バスバー３００のサイズと同じサイズを有するように形成され、上記連結バスバー３００が結合すれば、異物が浸透することができないようにすることができる。
上記遮断構造物４００は、隣接したサブモジュールの火災や汚染物によってサブモジュール１００が損傷されないようにするために、耐化学性及び断熱性を有する絶縁素材から構成されることができる。上記耐化学性及び断熱性を有する絶縁素材は電池に使用可能な全ての素材を使うことができるが、バッテリーパックの使用を考慮してみるとき、軽いながらも有毒物質が発生しない素材が好ましい。
このような素材の一例として、珪素を含む化合物を挙げることができる。このような珪素を含む化合物は、雲母（ｍｉｃａ）、セラミックなどを例として挙げることができる。その他にも、耐熱性ポリマーであるナイロン又はポリエチレンテレフタレートをコートして化学物に反応しないようにして遮断構造物４００の素材として使うことができる。
上記遮断構造物４００は１種の素材を使うこともできるが、各対面部位によって異なる素材を使うこともできる。その一例として、サブモジュール対面部は耐化学性にもっと優れた素材を使い、他のサブモジュール対面部及びサブモジュールの上部は耐熱性に優れた素材を使うこともできる。
また、上記遮断構造物４００は単一板から構成されることもできるが、二つ以上の層から構成されることができる。しかし、遮断構造物４００の厚さが余りに厚くならないように単一板であることが好ましい。上記遮断構造物４００が２枚以上の板の場合、防火壁のように板と板との間に蜂の巣状のコア（Ｃｏｒｅ）が形成されている形態を有することができる。また、板と板との間に断熱材を備えることもできる。このような断熱材としては、ミネラルボード、Ｃ．Ｆ．Ｂ、セラミックファイバーハードボード、Ｓｕｐｅｒ Ｈ．Ｔ．Ｂなどを例として挙げることができる。
上記遮断構造物の厚さは火炎及び汚染物質から上記サブモジュール１００を保護するための厚さが好ましい。その厚さはサブモジュール及びバッテリーパックの厚さ及び容量によって変わることができるが、０．２ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。０．２ｍｍ未満の場合、化学物質及び火炎に対してサブモジュール１００を保護することができなく、５０ｍｍ超過の場合、サブモジュール１００のサイズを増加させてバッテリーパックの密度及び容量を減少させるおそれがある。
図６は本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックの斜視図である。
本発明の第２実施例によるバッテリーパックは、第１実施例によるバッテリーパックの遮断構造物４００の上部構造物４１０の両側面部に側面保護部７００をさらに含むことができる。
上記側面保護部７００は、図６に示すように、上記上部構造物４１０のみならず汚染物質浸透防止部４４０の側面も保護する形態を有するように構成されることができる。また、上記側面保護部７００は、図６に示すように、上記上部構造物４１０の上端に備えられることができるが、上記上部構造物の下部に備えられることもできる。また、図６に示すように、別途の部材として構成されることができるが、遮断構造物４００と一体に構成されることができる。
本発明によるバッテリーパックは、断熱カバー８００をさらに含むことができる。
図７は本発明の好適な第３実施例によるバッテリーパック内に備えられる断熱カバー８００の斜視図を示す。上記断熱カバー８００は上記遮断構造物４００を保護するために備えられる。もちろん、上記遮断構造物４００なしに一般的なターミナルカバーを保護するための構造も可能である。
上記断熱カバー８００は、上記バスバー組立体５００及び上記遮断構造物４００が存在するバッテリーパックの上部に備えられる上端カバー８１０、及び上記バスバー組立体５００の他のサブモジュール対面部に存在する側面カバー８２０を含むことができる。上記断熱カバー８００は、断熱カバー８００をバスバー組立体及びサブモジュール１００に結合するための締結装置８３０をさらに含むことができる。このような締結装置８３０はクリップの形態として断熱カバー８００に固定されるか断熱カバー８００の一部として形成されることができる。
上記上端カバー８１０の上部は平板状に構成され、下部は結合部位に対応する形態を有するように構成されているが、一般的に板状であることが好ましい。上記上端カバー８１０のサイズは、上記遮断構造物を覆うことができるサイズを有することが好ましい。すなわち、本発明によるサブモジュール１００の他のモジュール対面部の最側面から上記バスバー組立体５００の上端を含み、上記連結バスバー３００の表面に至るサイズを有することができる。また、本発明による断熱カバー８００は、図１０に示すように、上記サブモジュール１００の上端に備えられる上記連結バスバー３００を完全に覆う形態を有するか上記連結バスバー３００を一部のみ覆うこともできる。これは、火が発火地点に拡散する逆火現象（ｆｉｒｅ ｂａｃｋ）による火災や熱を防止することができるようにする。
上記側面カバー８２０は、上記上端カバー８１０の上部と同様に、上部は平板状を有するように構成され、下部は結合部位に対応する形態を有するように構成される。側面カバー８２０のサイズは上記遮断構造物４００の側面構造物４３０と同一であるか、これより大きいサイズを有することができる。上記遮断構造物４００は上記バスバー組立体５００と上記サブモジュール１００の電極端子を保護することができるサイズを有することができる。
上記締結装置８３０は上記断熱カバー８００の両側面に位置し、上記断熱カバー８００をバスバー組立体及びサブモジュール１００に固定することができる。上記締結装置８３０の位置は、上記断熱カバー８００が衝撃、火災、爆発などによって分離されないようにすることができる位置であればどの位置でもかまわない。
上記締結装置８３０の形態は、締結力を高めることができる形態であればその形態に制限がないが、上記断熱カバー８００の上記上端カバー８１０と上記側面カバー８２０の連結部に備えられて上記上端カバー８１０及び上記側面カバー８２０の両者をバスバー組立体及びサブモジュール１００に固定させることができるか、上記側面カバー８２０を固定することができる。また、上端カバーには所定の係止部のみ備えられ、側面カバーには固定されれば脱着不可な形態の固定部が備えられることもできる。これは上記上端カバー８１０に加わる重力によるものであり、上記サブモジュールの位置及び上記断熱カバー８００の位置によって変わることができる。
図８は本発明の好適な第３実施例によるバッテリーパックの結合前の斜視図、図９は本発明の好適な第３実施例によるバッテリーパックの結合後の斜視図である。
図８及び図９に示すように、本発明による締結装置８３０はバスバー組立体５００の上端に備えられる結合部５３０に結合することができる。上記締結装置の一例として、図９に示すように、上記側面カバー８２０を固定するための側面締結装置８３１と上記上端カバー８１０を固定するための上端締結装置８３２が単一の締結装置固定部８３３によって固定され、上記側面締結装置８３１と上記上端締結装置８３２は各バスバー組立体の上端又は上端及び側面に備えられる結合部５３０と結合してバッテリーパックに固定される。
上記のような締結装置８３０は上記断熱カバー８００の側面角部に近い一側面に位置することもできるが、固定力を高めるために、少なくとも上記断熱カバー８００の両側面に位置することが好ましい。
上記断熱カバー８００はバスバー組立体５００にある断熱カバー結合部と結合することができる。上記バスバー組立体５００を固定させるバスバーフレームカバーを備える場合、このような断熱カバー結合部はバスバーフレームカバーに備えられることができる。上記断熱カバー結合部は上記締結装置８３０に対応する形態を有するように構成されることができる。
上記断熱カバー８００は上記のような形態を有することができるが、上記遮断構造物４００を保護することができる形態であればどの形態でもかまわない。
上記断熱カバー８００は断熱素材からなることが好ましい。
これは火災の発生による熱の伝達を遮断するためである。また、上記断熱素材は耐化学性を有することができる。
上記断熱カバー８００に耐化学性及び断熱性を有する素材を使うことにより、上記断熱カバー８００で１次に保護し、上記遮断構造物４００で２次に保護することにより、上記サブモジュール１００をより一層保護することができる。
上記断熱素材は電池に使える全ての素材を使うことができるが、バッテリーパックの使用を考慮して見るとき、所定程度の強度を有しながら有毒物質を発生させない素材が好ましい。
このような素材の一例として、珪素を含む化合物を挙げることができる。このような珪素を含む化合物は、雲母（ｍｉｃａ）、セラミックなどを例として挙げることができる。その他にも、耐熱性ポリマーであるナイロン又はポリエチレンテレフタレートをコートして化学物と反応しないようにして断熱カバー８００の素材として使うことができる。
本発明の好適な第３実施例において、図８の断熱カバー８００は上記サブモジュール１００の上端及び側部を取り囲むように結合している形態を有する。
上記断熱カバー８００の上記締結装置８３０は別途の断熱カバー結合部を備えることができるが、上記バスバー組立体５００の結合部に備えられるバスバー組立体の結合のための結合部５３０の空間を用いることもできる。
上記締結装置８３０は、上記結合部５３０の溝部に存在する空間に結合するかこれに挿入する方式で結合して上記断熱カバー８００を固定することができる。
図１０は本発明の好適な第３実施例の変形例を示す。
本発明による第３実施例の変形例は、上記断熱カバー８００が上記サブモジュール１００の上部に備えられる上記連結バスバー３００を完全に覆う形態を有するか又は上記連結バスバー３００の一部のみ覆う形態を有することができる。前述したように、火災が発生したとき、発火源に帰って拡散しようとする性質があるため、上記連結バスバー３００の全体を覆って上記連結バスバー３００を保護して火災の拡散を防止することができる。
また、逆火現象による火災の拡散を防止するために、本発明による断熱カバー８００は上記側面カバー８２０に平行に備えられながら上記連結バスバー３００及び上記遮断構造物４００の後面を保護する後面カバー８４０をさらに含むことができる。上記後面カバー８４０は、図１０に示すように、上記連結バスバー３００によって保護されない部分を保護する形態を有するように構成されるか、上記連結バスバー３００を保護する長い板状を有することもできる。また、本発明による後面カバー８４０は、図１０に示すように、後面に近接した側面部も保護する構造を有することもできる。これは、火災の一部がずれて戻って来る場合に備えるための構造である。
本発明の第２実施例による遮断構造物及び断熱カバーが適用された実施例（２）と本発明による遮断構造物を持っておらず断熱カバーのみ備える比較例（２６）のターミナル部とモノフレームとの間の抵抗値を図１１にグラフで表示した。ここで使用したサブモジュールはＬＧ化学社で市販しているＪＨ４モデルを使い、本発明による遮断構造物及び断熱カバーの素材としてマイカーを使った。
トリガーサブモジュール＃３３の両側面に実施例（２）と比較例（２６）のサブモジュールを配置した後、トリガーサブモジュール＃３３で火災が発生するようにした。図１２ではこのような本発明の好適な第２実施例によるバッテリーパックと比較例の抵抗測定のためのサブモジュールの配置について模式図で表現した。ここで、抵抗値は図１２にそれぞれ１、２で表示したターミナル部とサブモジュールとの間の抵抗値を測定した。図１１に示すように、本発明によるサブモジュールの実施例（２）は火災に影響されなくて抵抗値が最下５．Ｅ＋０３Ω以上を維持しているが、比較例によるサブモジュールは隣接したモジュールで火災が発生した後、一定時間が経てば（５６０秒）火災が隣接したモジュールに影響を与えて抵抗が０に収斂していることを示す。これから、本発明による遮断構造物を持っている場合、一定抵抗値、すなわち３０００Ω以上の状態を維持して発火による電気が通らなく、これから過電流による火災転移が発生しないことが分かる。
本発明は、過電流による火災の転移を防止するために、モジュールの間にコネクター又はヒューズを備えることもできる。
本発明のデバイスは、前述したものの中でいずれか一つに相当するバッテリーパックをエネルギー源として使用するデバイスであることができる。
上記デバイスは、携帯電話、タブレット型パソコン、ノートブック型パソコン、動力工具、ウェアラブル電子機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置からなる群から選択されるいずれか一つであることができる。
以上で本発明の内容の特定部分を詳細に記述したが、当該分野の通常の知識を有する者にこのような具体的技術はただ好適な実施様態であるだけであり、これによって本発明の範囲が制限されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であるというのは当業者に明らかであり、このような変形及び修正が添付の特許請求の範囲に属するというのは言うまでもない。
本発明によるバッテリーパックは、サブモジュールのターミナル部、バスバー組立体及び連結バスバーを取り囲む形態の遮断構造物を備えることにより、上記ターミナル部及び連結バスバーの連結部位から他の部位への電流の移動を防止するとともにサブモジュールの露出部位を保護して隣接したサブモジュールによるサブモジュールの連続的な破損を防止する。
遮断構造物を耐化学性及び断熱性素材から構成することにより、隣接したサブモジュールの破損による汚染物によってターミナル部及び連結バスバーが汚染されることを防止する。また、隣接したサブモジュールに火災が発生した場合、断熱性素材を使って即刻火災の拡散を防止し、一定程度の熱を防止してサブモジュールを保護することができる。これにより、バッテリーパック内の消火システムが作動する時間を確保するか使用者に警告を与えてより大きな損害を防止するようにする。
また、上記遮断構造物の側面部に汚染物質浸透防止部を備えるか、上記遮断構造物の他に断熱カバーを備えるなど、簡単な構成で電池全体の安全性を向上させることができる。
１０、１００ サブモジュール
１１ カートリッジ
１２ 連結バスバー収容部
２０ ターミナル部
３０、３００ 連結バスバー
４０ ボルトカバー
４００ 遮断構造物
４１０ 上部構造物
４２０ ターミナル保護部
４３０ 側面構造物
４４０ 汚染物質浸透防止部
４５０ 固定部
４６０ 連結バスバー収容部
５０、５００ バスバー組立体
５１０ バスバー
５２０ バスバーフレーム
５３０ 結合部
６００ パックケース
７００ 側面保護部
８００ 断熱カバー
８１０ 上端カバー
８２０ 側面カバー
８３０ 締結装置
８３１ 側面締結装置
８３２ 上端締結装置
８３３ 締結装置固定部
８４０ 後面カバー

Claims (14)

  1. 電極組立体及び前記電極組立体から突出している電極リードを含む複数の単位セルが配置されている二つ以上のサブモジュールと、
    前記サブモジュールを収納するためのパックケースと、
    前記サブモジュールの電極リードを電気的に連結するためのバスバー及びこれに連結されるバスバーフレームを含むバスバー組立体と、
    前記サブモジュールの間を連結するための連結バスバーと、
    前記バスバーによって電気的に連結された電極リードが集まって形成され、前記連結バスバーに連結されるターミナル部と、
    前記ターミナル部、前記バスバー組立体及び前記ターミナル部と連結される部分の連結バスバーの上端及び側面を取り囲む遮断構造物と、
    を含み、
    前記遮断構造物は、前記遮断構造物を保護するための断熱カバーをさらに含む、バッテリーパック。
  2. 前記遮断構造物は耐化学性及び断熱性を有する絶縁素材からなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記絶縁素材は珪酸塩を含む、請求項２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記絶縁素材は雲母又はセラミックを含む、請求項３に記載のバッテリーパック。
  5. 前記遮断構造物は、
    前記バスバー組立体に対応する形態を有するように構成され、前記バスバー組立体の上端に位置する上部構造物と、
    前記上部構造物から前記ターミナル部及び前記連結バスバーに対応する形態に突出しているターミナル保護部と、
    前記バスバーフレームの他のサブモジュール対面部をもっと保護する側面構造物と、
    前記上部構造物の下部に位置し、前記ターミナル部及び前記連結バスバーの両側面を保護する汚染物質浸透防止部と、
    を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  6. 前記汚染物質浸透防止部は、前記バスバー及び前記ターミナル部とこれらに連結された前記連結バスバーとの間の空間に結合される、請求項５に記載のバッテリーパック。
  7. 前記断熱カバーは、
    前記バスバー組立体及び前記遮断構造物が位置するバッテリーパックの上部に備えられる上端カバーと、
    前記バスバー組立体の他のサブモジュール対面部に備えられる側面カバーと、
    を含む、請求項１に記載のバッテリーパック。
  8. 前記断熱カバーは断熱素材からなる、請求項１に記載のバッテリーパック。
  9. 前記断熱素材は珪酸塩を含む、請求項８に記載のバッテリーパック。
  10. 前記断熱素材は雲母又はセラミックを含む、請求項９に記載のバッテリーパック。
  11. 前記断熱カバーは前記連結バスバーを完全に覆う、請求項７～１０のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  12. 前記断熱カバーは、前記側面カバーに平行に備えられ、前記連結バスバー及び前記遮断構造物の後面を保護する後面カバーをさらに含む、請求項７に記載のバッテリーパック。
  13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のバッテリーパックをエネルギー源として使用する、デバイス。
  14. 前記デバイスは、携帯電話、タブレット型パソコン、ノートブック型パソコン、動力工具、ウェアラブル電子機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置からなる群から選択されるいずれか一つである、請求項１３に記載のデバイス。
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