JP7368617B2 - 電池モジュール、電池モジュールシステム及び電池モジュールを含む電池パック - Google Patents

電池モジュール、電池モジュールシステム及び電池モジュールを含む電池パック Download PDF

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Description

本発明は、電池モジュール、電池モジュールシステム及び電池モジュールを含む電池パックに関するものである。
本出願は、２０２０年０７月２２日付の韓国特許出願第１０－２０２０－００９０８８７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、本明細書の一部として含まれる。
最近、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格上昇、環境汚染に対する関心が増し、環境にやさしい代替エネルギー源に対する要求が将来生活のために不可欠な要因となっている。そこで、原子力、太陽光、風力、潮力などの多様な電力生産技術に対する研究が続いており、このように生産されたエネルギーをより効率的に使用するための電力貯蔵装置にも大きな関心が続いている。
特に、モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれて、エネルギー源としての電池に対する需要が急激に増しており、それにより、多様なニーズに応えられる電池に対する研究が行われている。
代表的に電池の形状面においては、薄い厚さで携帯電話などの製品に適用し得る角型二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が高く、材料面においては、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのリチウム二次電池に対する需要が高い。
このような二次電池は、電池ケースの内部に正極、負極及びこれらの間に配置される分離膜からなる電極組立体が内蔵されており、正極及び負極タブが２つの電極タブに溶接されて電池ケースの外部に露出されるようにシーリングされている構造 から成っている。このような電極タブは外部装置との接触を通じて電気的に連結される。また、二次電池は電極タブを介して外部装置に電力を供給するか、または外部装置から電力を供給されることになる。
図１は、従来の電池モジュールの断面図である。 図１に図示されたように、従来の電池モジュールは、ケース内部に電池セル積層体を含んで構成される。一方、電池セルは、充電と放電の過程で電池セルの内部にガスが発生され得る。そして、このように発生されたガスに起因して、電池セルが膨張及び収縮されるスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が繰り返して発生され得る。特に、電池セルの充電と放電の繰り返しで、電池セルの厚さが増加しながら電池モジュールのケースが変形されるという問題があった。
そこで、電池セルの充電及び放電に伴う膨潤力（ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を一定に保ち、ケースの変形を防止し得る技術が必要であるのが実情である。
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために、電池セルの面圧を一定に維持し得る電池モジュール、電池モジュールシステム及び電池モジュールを含む電池パックを提供することを目的とする。
本発明は、電池セルの面圧を一定に維持させることができる電池モジュールを提供する。一実施形態において、本発明に係る電池モジュールはモジュールケースと、モジュールケース内に収容されて、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電池セルが積層された電池セル積層体と、電池セル積層体の一面に積層されて、上記電池セル積層体とモジュールケースの一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入される構造を有するチューブと、チューブと流体連結されて、上記チューブに流体を供給する流体供給装置と、チューブと流体供給装置との間に連結されて、上記チューブに流入される流体の流入量を制御してモジュールケース内に収容される電池セルの面圧を一定に維持させる流体制御弁を含む。
一実施形態において、本発明に係る電池モジュールは、チューブと流体制御弁との間に連結されて、流体が流入されたチューブの圧力を測定する圧力センサーをさらに含む。
一実施形態において、上記チューブは軟質または弾性材料であり得る。そして、上記流体供給装置は流体ポンプまたは圧力水頭（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｄ）を用いる装置であり得る。さらに、上記チューブ内に流入される流体は、液体またはゲル状態であり得る。
他の一実施形態において、電池モジュールは、電池セル積層体の一面に積層される加圧プレートをさらに含む。具体的な例において、上記加圧プレートとモジュールケースの一面との間には、１つまたは複数個のストッパーブロックを含み、加圧プレートの積層方向の動きを制限する構造を有する。
一実施形態において、電池セル積層体の積層された電池セルの間には圧縮パッドが配置される。このとき、上記圧縮パッド間には、３～１０個の電池セルが配置される。
一実施形態において、上記電池セルスタックは、ｍ個（ｍは２以上の整数）の電池セルを相互に電気的に連結するバスバー組立体をさらに含む。
あわせて、本発明は、電池セルの面圧を一定に維持させることができる電池モジュールシステムを提供する。一実施形態において、電池モジュールシステムは、電池セル積層体が収容されたモジュールケース部と、電池セル積層体の一面に積層されて、上記電池セル積層体とモジュールケース部の一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入されるチューブ状の面圧維持部と、面圧維持部と流体連結されて、上記面圧維持部に流体を供給する流体供給部と、面圧維持部と流体供給部との間に連結されて、面圧維持部の圧力を測定する圧力センシング部と、圧力センシング部と流体供給部との間に連結されて、圧力センシング部から測定された圧力に応じて面圧維持部に流入される流体の流入量を制御する流体制御部を含む。
一実施形態において、本発明に係る電池モジュールシステムは、圧力センシング部から測定された面圧維持部の圧力データを伝達されて流体供給部および流体制御部の作動の可否を決定するデータ処理部をさらに含む。
一実施形態において、上記データ処理部は、圧力センシング部から測定した面圧維持部の圧力データが基準値の範囲より低い場合、流体供給部と流体制御部の作動を決定する。具体的な例において、流体供給部と流体制御部は、面圧維持部の圧力が基準値の範囲に到達するときまで面圧維持部の内部に流体を供給し得る。
他の一実施形態において、上記データ処理部は、圧力センシング部から測定した面圧維持部の圧力データが基準値の範囲より高い場合、流体供給部と流体制御部の動作を決定する。具体的な例において、上記流体供給部と流体制御部は、面圧維持部の圧力が基準値の範囲に到達するときまで面圧維持部の内部の流体を排出し得る。
別の一実施形態において、上記データ処理部は、圧力センシング部から測定した面圧維持部の圧力データが基準値の範囲に含まれる場合、流体供給部と流体制御部の作動を停止し得る。
さらに、本発明は上述した電池モジュールを含む電池パックを提供する。
本発明に係る電池モジュール、電池モジュールシステム及び電池モジュールを含む電池パックは、電池モジュールに収容される電池セルにスウェリングが発生しても電池セルの面圧を一定に保つことができるという利点がある。
従来の電池モジュールの断面図である。 本発明による電池モジュールの模式図である。 本発明による電池モジュールの模式図である。 本発明による電池モジュールの模式図である。 本発明に係る電池モジュールシステムの構成を示したブロック図である。 本発明に係る電池モジュールシステムの構成を示したブロック図である。
以下、本発明について詳細に説明する。その前に、本明細書および特許請求の範囲で使用された用語または単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は彼自身の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を好適に定義し得るという原則に立脚して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈されるべきである。
本発明は、電池モジュール、電池モジュールシステム及び電池モジュールを含む電池パックに関するものである。まず、本発明に係る電池モジュールはモジュールケースと、モジュールケース内に収容されて、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電池セルが積層された電池セル積層体と、電池セル積層体の一面に積層されて、上記電池セル積層体とモジュールケースの一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入される構造を有するチューブと、チューブと流体連結されて、上記チューブに流体を供給する流体供給装置と、チューブと流体供給装置との間に連結されて、上記チューブに流入される流体の流入量を制御してモジュールケース内に収容される電池セルの面圧を一定に維持させる流体制御弁を含む。
一般的に、電池セルは、充電と放電の過程で電池セルの内部にガスが発生され得る。それにより、電池セルの膨張および収縮されるスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が繰り返して発生され得る。特に、電池セルの充電と放電の繰り返しにより電池セルの厚さが増加しながら、電池モジュールのケースが変形されるという問題があった。そこで、本発明においては、電池セルの面圧を一定に維持させることができる電池モジュール、電池モジュールシステムおよび電池モジュールを含む電池パックを提供する。より具体的に、本発明に係る電池モジュールは、流体が流入されるチューブを電池セル積層体に積層して、電池モジュールに収容されるｎ個の電池セルに一定の力で圧縮しながらスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）による膨張変位を許容し得る電池モジュールを提供する。
本発明において、「チューブ」とは、電池セル積層体の一面に積層されて、電池セル積層体とモジュールケースの一面との間を支持する構造物を意味する。上記チューブは、上記電池セル積層体と一面との間を支持し得るように平たい形態であり得る。そして、電池セルの前面を覆うことができる。特に、上記チューブの内部には流体を流入することができ、流体の流入量を制御してモジュールケース内に収容される電池セルの面圧を一定に保つことができる。すなわち、本発明の電池モジュールは、チューブがモジュールケースに収容される電池セルに常に一定の荷重で押している構造であり、電池セルのスウェリングが発生しても、上記電池セルに面圧が一定に維持され得る。
本発明の発明者らは、多様で反復的な実験と観測を通じて、流体が流入されるチューブを電池セル積層体に積層することによって、電池セルのスウェリングが発生しても電池セルに面圧が一定に維持されることを確認した。
一実施形態において、本発明のモジュールケースは電池セル積層体を収容するためのハウジングであって、モジュールケースの内部には電池セル積層体が収容される収容空間を含む。一方、上記電池セル積層体は、ケースに収容されるとき、ケースの底面と電池セル積層体の積層面が水平を成すように収容され得る。他の一実施形態において、上記モジュールケースは、一面が開放された構造であり得る。また、モジュールケースの一面には、カバーが溶接されて結合され得る。ここで、「モジュールケースの一面」とは、モジュールケースにおける１つの壁を意味し、電池積層体の積層方向に位置したモジュールケースの壁を意味する。
一実施形態において、電池セル積層体は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電池セルが積層された構造である。電池セルの積層数（ｎ）は、電気的連結が必要な電池セルの個数に応じて変わり得る。あるいは、電池モジュールの容量に応じて変わり得る。例えば、電池セル積層体の電池セル積層数（ｎ）は、２～１００、２～５０、２～１０または３～７の範囲である。
一方、上記電池セルは、充放電が可能な二次電池であれば特に制限されない。具体的な実施形態において、上記電池セル積層体を構成するそれぞれの電池セルは、パウチタイプの単位セルであって、ラミネートシート外装材に正極／分離膜／負極構造の電極組立体が上記外装材の外部に形成された電極リードと連結された状態で内蔵されている。上記電極リードはシートの外側に引き出され、かつ互いに同じ方向または反対方向に延長され得る。
併せて、上記電池セル積層体は、ｎ個の電池セルを相互に電気的に連結するバスバー組立体をさらに含む。一実施形態において、上記バスバー組立体はバスバーまたは絶縁バーを含み、各電池セルはそれらによって電気的に連結される。一方、上記バスバー組立体は、バスバーと絶縁バーの配置される位置に応じて、電池セル積層体は電気的に直列または並列に連結し得る。上記バスバー組立体は通常的なバスバー組立体であり得る。
一実施形態において、上記チューブは、上述したように、電池セル積層体の一面に積層されて、電池セル積層体とモジュールケースとの間を支持する構造物を意味する。
上記チューブは軟質または弾性材料からなっており、上記チューブはゴム材料で形成された構造であり得る。弾性のあるゴム材料で上記チューブを形成し、それにより、電池セル間の圧力分散効果を高めることができる。さらに、上記チューブは、電池セルの一面に積層され得るように平たい形態のチューブであり得る。
さらに、上記チューブの内部に流入される液体またはゲル状態の流体であり得る。例えば、上記流体は冷却水または水である。チューブに冷却水または水を充填することによって、電池セルに対する冷却効果を具現し得る。併せて、上記流体がヒドロゲルである場合、特定の領域に集中される応力の分散および熱的平衡の維持に有利であり、電池モジュールの重量増加を最小限に抑えることができる。逆に、流体として気体を使用する場合も想定可能であるが、上記流体として気体を使用する場合には、加熱された気体によって電池セルの温度を全体的に上昇させるという問題があり得る。
一実施形態において、本発明に係る電池モジュールは、流体供給装置と流体制御弁とを含む。具体的に、上記流体供給装置は、チューブ内部に流体を供給する装置であり、通常的な流体ポンプであり得る。又は圧力水頭（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｄ）を利用する装置であり得る。
他の一実施形態において、上記圧力水頭を用いた流体供給装置は、上記チューブと流体連結された流体供給管を含む。このとき、上記流体供給管は、チューブの流体供給領域より高い位置に位置し、地面と垂直を成す構造を有する。そして、上記流体供給管の内部の流体の高さを調節してチューブに流入される流体の量を定めることができ、それによってチューブの圧力を制御し得る。このような場合、流体供給装置は、別途の動力源を必要とせずにチューブに流体圧力を印加することができる。
さらに、上記流体制御弁は通常的な弁であり得る。そそて、流体供給装置とチューブとの間に連結されて、上記チューブに流入される流体の流入量を制御してモジュールケース内に収容される電池セルの面圧を一定に維持させることができる。例えば、上記弁は、後述する圧力センサーから信号を伝達されて作動され、流路を開放又は閉鎖させることができる。具体的に、上記流体制御弁は、チューブの圧力が基準値の範囲を超過又は未満である場合、流路を開放して流体を供給又は排出することができ、チューブの圧力が基準値の範囲に含まれる場合、流路を閉鎖させることができる。
併せて、本発明に係る電池モジュールは圧力センサーを含む。上記圧力センサーは、チューブと流体制御弁との間又はチューブに連結され、上記流体が流入されたチューブの変化される圧力を測定する。そして、上記流体供給装置と流体制御弁は、上記圧力センサーから測定された測定圧力を基準として作動の可否などが設定される。
一実施形態において、電池セル積層体の一面に積層されたチューブに流体供給装置を用いて流体を供給する。具体的に、上記チューブに流体を供給することによって、上記チューブの圧力を高めることができ、初期加圧を所望の通りに与えることができる。一方、電池モジュール内部の電池セルのスウェリングが発生することになると、チューブが受ける圧力は高まることになる。このような場合、流体供給装置と流体制御弁は上記チューブの圧力値に応じて作動することができ、上記流体制御弁はチューブ内部の圧力が基準値に到達するまで開放させ、流体供給装置はチューブ内部の流体をチューブの外部に排出させることができる。
すなわち、本発明に係る電池モジュールは、電池セル積層体を支持するチューブ内部の流体の流入量を制御することができる。これにより、上記電池モジュールに収容される電池セルは一定の面圧を維持し得る。
一実施形態において、本発明に係る電池モジュールは、電池セル積層体の一面に積層される加圧プレートをさらに含む。上記加圧プレートは電池セル積層体の一面に積層されるものであって、上記電池セル積層体の上部の動きを制限し得る。上記加圧プレートは板状であってもよく、電気絶縁性素材であってもよい。
他の一実施形態において、本発明に係る電池モジュールは、加圧プレートとモジュールケースの一面との間には１つまたは複数個のストッパーブロックを含む。上記ストッパーブロックは、加圧プレートの積層方向の動きを制限するものであって、モジュールケースの一面の内側または加圧プレートの上部に付着される。
具体的な例において、電池セルのスウェリングが設計された荷重以上に作用することになると、加圧プレートが電池セルの積層方向に動くことになる。一方、上記モジュールケースの一面と加圧プレートとの間には所定の空間が存在するが、上記電池セルのスウェリング変位が上記空間以上に作用することになると、ストッパーブロックによって、加圧プレートの積層方向の動きを制限することができる。上記ストッパーブロックは、加圧プレートの動きを制限するための素材であれば、どのような素材でも構わない。例えば、絶縁性のプラスチックであってもよい。
一実施形態において、本発明に係る電池モジュールは圧縮パッドを含む。具体的な例において、上記圧縮パッド間には、３～１０個の電池セルが配置される。具体的に、圧縮パッドボディーは、５～１０個または５～８個の電池セルを間に置いて一定の間隔で配置された構造である。圧縮パッドボディーの配置間隔が狭くなると、圧力及び熱平衡を維持する側面においては有利であるが、電池モジュールの容量が低下されるという問題がある。上記圧縮パッドボディーの配置間隔は、電池モジュール内の圧力及び熱平衡の維持と経済的効率を考慮したものである。上記圧縮パッドは、ポリウレタン系列の素材であってもよく、電池セルのスウェリングによる厚み変形時に外部の衝撃による電池セルの変化を吸収し得る。
あわせて、本発明は、電池セルの面圧を一定に保つことができる電池モジュールシステムを提供する。一実施形態において、電池モジュールシステムは、電池セル積層体が収容されたモジュールケース部と、電池セル積層体の一面に積層されて、上記電池セル積層体とモジュールケース部の一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入されるチューブ形態の面圧維持部と、面圧維持部と流体連結されて、上記面圧維持部に流体を供給する流体供給部と、面圧維持部と流体供給部との間に連結されて、面圧維持部の圧力を測定する圧力センシング部と、圧力センシング部と流体供給部との間に連結されて、圧力センシング部で測定された圧力に応じて面圧維持部に流入される流体の流入量を制御する流体制御部と、を含む。
あわせて、本発明に係る電池モジュールシステムは、圧力センシング部で測定された面圧維持部の圧力データを伝達されて、流体供給部および流体制御部が動作するかどうかを決定するデータ処理部をさらに含む。
具体的に、上記データ処理部は、圧力センシング部で測定した面圧維持部の測定データを受け取る。そして、受け取った圧力データと基準データとを比較し、測定データが基準データの範囲に含まれるか否かを判断する。
このとき、データ処理部は、測定データが基準データの範囲に含まれないと、流体供給部と流体制御部が作動を行い得るように信号を伝達する。上記流体供給部は流体供給装置であり、流体制御部は流体制御弁である。
一実施形態において、圧力センシング部で測定した面圧維持部の圧力データが基準値の範囲より低い場合、データ処理部は圧力センシング部で測定した測定データを受け取り、上記流体供給部と流体制御部の作動を決定する。
そして、流体供給部と流体制御部を作動して、面圧維持部の内部に流体を供給する。このとき、流体供給部と流体制御部は、面圧維持部の圧力が基準値の範囲に達するときまで面圧維持部の内部に流体を供給する。すなわち、本発明に係る電池モジュールシステムは、上記面圧維持部の内部に流体を供給し、電池セル積層体４１０を加圧することによって、電池セルの充電及び放電に伴う膨潤力（ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を一定に維持し得る。そして、これにより、ケース部の変形などを防止し得る。
他の一実施形態において、圧力センシング部で測定した面圧維持部の圧力データが基準値の範囲より高い場合、データ処理部は圧力センシング部で測定した測定データを受け取り、上記流体供給部と流体制御部の作動を決定する。
そして、流体供給部と流体制御部を作動して面圧維持部の内部の流体を排出する。このとき、流体供給部と流体制御部は、面圧維持部の圧力が基準値の範囲に達するときまで面圧維持部の内の流体を排出する。すなわち、本発明に係る電池モジュールシステムは、上記面圧維持部の内部に流体を排出して、電池セルの充電及び放電に伴う膨潤力（ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を一定に維持し得る。
別の一実施形態において、圧力センシング部で測定した面圧維持部の圧力データが基準値の範囲に含まれる場合、上記データ処理部は圧力センシング部の測定圧力を受け取って、流体供給部と流体制御部の作動を中断する信号を送る。
具体的な例において、データ処理部は、圧力センシング部の測定データを受け取り、上記測定データが基準値の範囲に含まれるか否かを判定する。そして、測定データが基準値の範囲に含まれると、流体供給部と流体制御部の作動を中断する。
これにより、電池セルの充電及び放電に伴う膨潤力（ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を一定に保つことができ、これによりケース部の変形等を防止し得る。
また、本発明は、上述した電池モジュールを含む電池パックを提供する。
具体的な例において、本発明に係る電池パックは、１つまたは２つ以上の電池モジュールを含む。
このとき、個別の上記電池モジュールは、電池セル積層体がモジュールケースに収容され、電池セル積層体の一面に流体が流入されるチューブを含む。あわせて、上記電池モジュールは、チューブに流体を供給する流体供給装置（図示せず）、流体の流入量を制御する流体制御弁およびチューブの圧力を測定する圧力センサーを含む。
上記チューブは、電池セル積層体の中端に積層されてもよく、各電池モジュールに含まれるチューブは、隣接する電池モジュールのチューブと流体連結されてもよい。一方、圧力センサーと流体制御弁はそれぞれの電池モジュールに連結されるものであって、各電池モジュールの内部に収容される電池セルのスウェリングレベルを間接的に把握することができる。
一方、火災等の危険が感知されたときには、上記チューブ内部の流体は、冷却流体に供給して熱伝播などを遮断するのに活用され得る。
上記電池パックは、多様な形態のエネルギー貯蔵装置ないし動力源として適用可能である。例えば、上記エネルギー貯蔵装置は、大容量の電気エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＳＳ）である。また、上記動力源は、移動手段、例えば、自動車の動力源として適用可能である。上記自動車は、補助動力源または主動力源として二次電池を使用する多様な形態の自動車を総称する。具体的に、上記自動車は、ハイブリッド（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド（ＰＨＥＶ）、または純粋な電気車（ＢＥＶ、ＥＶ）などを含む。
発明の実施のための形態
以下、図面や実施例等を通じて本発明をより詳細に説明する。本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することができる。そのため、特定の実施例を図面に例示し、本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術の範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を包含するものとして理解されるべきである。
第１実施形態
図２は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの模式図である。
図２を参照すると、本発明に係る電池モジュール１００は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電池セル１１１が積層された電池セル積層体１１０、電池セル積層体１１０が収容されるモジュールケース１２０、電池セル積層体１１０の一面に積層されて、上記電池セル積層体１１０とモジュールケース１２０一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入される構造を有するチューブ１３０、チューブ１３０と流体連結されて、上記チューブ１３０に流体を供給する流体供給装置１４０、およびチューブ１３０と流体供給装置１４０との間に連結され、上記チューブ１３０に流入される流体の流入量を制御してモジュールケース１２０内に収容される電池セル１１１の面圧を一定に維持せる流体制御弁１５０を含む。
一実施形態において、上記チューブ１３０は軟質または弾性材料らなる。具体的に、上記チューブ１３０はゴム材料で形成された構造であってもよい。弾性のあるゴム材料で上記チューブ１３０を形成し、これにより電池セル間の圧力分散効果を高めることができる。さらに、上記チューブ１３０は、電池セル１１１の一面に積層され得るように平たい形態のチューブであってもよい。
さらに、上記チューブ１３０の内部に流入される液体またはゲル状態の流体であり得る。
あわせて、上記電池セル積層体１１０は、積層された電池セル１１１の間に圧縮パッド１７０が介在された構造である。具体的に、上記圧縮パッド１７０は、３～１０個の電池セル１１１を間に置いて配置される構造を有する。上記圧縮パッド１７０は、ポリウレタン系列の素材であってもよい。特に、上記積層された電池セル１１１の間に圧縮パッド１７０を含むことによって、電池セル１１１のスウェリングによる厚さ変形時の電池セルの厚さ変化を吸収することができる。
一実施形態において、本発明に係る電池モジュール１００は圧力センサー１６０を含む。上記圧力センサー１６０は、チューブ１３０と流体制御弁１５０との間に連結され、上記流体が流入されたチューブ１３０の変化される圧力を測定する。
そして、上記流体供給装置１４０と流体制御弁１５０は、上記圧力センサー１６０で測定された測定圧力を基準にして作動の可否が設定される。このとき、上記流体供給装置１４０は流体ポンプであり得る。
一実施形態において、電池セル積層体１１０の一面に積層されたチューブ１３０に流体供給装置１４０を用いて流体を供給する。具体的に、上記チューブ１３０に流体を供給することによって、上記チューブ１３０の圧力を高めることができ、初期加圧を所望のほど与えることができる。一方、電池モジュール１００内部の電池セル１１１のスウェリングが発生することになると、チューブ１３０が受ける圧力は高まることになる。このような場合、流体供給装置１４０と流体制御弁１５０は上記チューブ１３０の圧力値に応じて作動することができ、上記流体制御バルブ１５０はチューブ１３０内部の圧力が基準値に到達するときまで開放させ、流体供給装置１４０はチューブ１３０内部の流体をチューブ１３０外部に排出させることができる。
すなわち、本発明に係る電池モジュール１００は、電池セル積層体１１０を支持するチューブ１３０内部の流体の流入量を制御することができる。これにより、上記電池モジュール１００に収容された電池セル１１１は一定の面圧を維持することができる。
第２実施形態
図３は、本発明の他の一実施形態に係る電池モジュールの模式図である。
図３を参照すると、本発明に係る電池モジュール２００は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電池セル２１１が積層された電池セル積層体２１０、電池セル積層体２１０が収容されるモジュールケース２２０、電池セル積層体２１０の一面に積層され、上記電池セル積層体２１０とモジュールケース２２０一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入される構造をチューブ（２３０）、チューブ２３０と流体連結されて上記チューブ２３０に流体を供給する流体供給装置２４０、チューブ２３０と流体供給装置２４０の間に連結され、上記チューブ２３０に流入される流体の流入量を制御してモジュールケース２２０内に収容される電池セル２１１の面圧を一定に維持させる流体制御弁２５０を含む。
あわせて、本発明に係る電池モジュール２００は圧力センサー２６０を含む。圧力センサー２６０は、チューブ２３０と流体制御弁２５０との間に連結され、上記流体が流入されたチューブ２３０の変化される圧力を測定する。
他の一実施形態において、上記圧力供給装置２４０は圧力水頭（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｄ）を用いる装置である。具体的に、圧力供給装置２４０は、上記チューブ２３０と流体連結される流体供給管２４１を含む。そして、上記流体供給管２４１は、チューブ２３０の流体供給領域より高い位置に位置し、地面と垂直になす構造である。そして、上記流体供給管２４１内部の流体の高さを調節してチューブ２３０に流入される流体の量を定めることができ、これにより、チューブ２３０の圧力を制御することができる。このような場合、流体供給装置２４０は、別途の動力源を必要とせずにチューブ２３０に流体圧力を印加することができる。
各構成に対する説明は上述したので、各構成の具体的な説明は省略する。
第３実施形態
図４は、本発明の別の一実施形態に係る電池モジュールを示す模式図である。
図４を参照すると、本発明に係る電池モジュール３００は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電池セル３１１が積層された電池セル積層体３１０、電池セル積層体３１０が収容されるモジュールケース３２０、電池セル積層体３１０の一面に積層されて、上記電池セル積層体３１０とモジュールケース３２０の一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入される構造を有するチューブ３３０、チューブ３３０と流体連結されて、上記チューブ３３０に流体を供給する流体供給装置３４０、チューブ３３０と流体供給装置３４０との間に連結されて、上記チューブ３３０に流入される流体の流入量を制御してモジュールケース３２０内に収容される電池セル３１１の面圧を一定に維持させる流体制御弁３５０を含む。
あわせて、本発明に係る電池モジュール３００は圧力センサー３６０を含む。上記圧力センサー３６０は、チューブ３３０と流体制御弁３５０との間に連結され、上記流体が流入されたチューブ３３０の変化される圧力を測定する。
さらに、本発明に係る電池モジュール３００は、電池セル積層体３１０の上端に積層される加圧プレート３８０をさらに含む。そして、加圧プレート３８０とモジュールケース３２０の一面との間には、１つまたは複数個のストッパーブロック３９０を含む。図４では、上記ストッパーブロック３９０を一個含むものとして図示したが、それに制限されない。
上記ストッパーブロック３９０は、加圧プレート３８０の積層方向の動きを制限するものであって、モジュールケース３２０の一面内側または加圧プレート３８０の上部に付着される。
具体的に、電池モジュール３００内部の電池セル３１１のスウェリングが設計された荷重以上に作用することになると、各電池セル３１１の厚さが増加しつつ、加圧プレート３８０が電池セル積層体３１０の積層方向に動くことになる。一方、上記モジュールケース３２０の一面と加圧プレート３８０との間には所定の空間が存在するが、上記電池セル３１１のスウェリング変位が空間以上に作用することになると、ストッパーブロック３９０によって、加圧プレート２８０の積層方向の動きを制限することができる。
各構成に対する説明は上述したので、各構成の具体的な説明は省略する。
第４実施形態
図５は、本発明に係る電池モジュールシステムの各構成を示したブロック図である。
図５を参照すると、本発明に係る電池モジュールシステム４００は、電池セル積層体４１０が収容されたモジュールケース部４２０、電池セル積層体４１０の一面に積層され、上記電池セル積層体４１０とモジュールケース部４２０の一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入されるチューブ状の面圧維持部４３０、面圧維持部４３０と流体連結されて、上記面圧維持部４３０に流体を供給する流体供給部４４０、面圧維持部４３０と流体供給部４４０との間に連結されて、面圧維持部４３０の圧力を測定する圧力センシング部４６０、圧力センシング部４６０と流体供給部との間に連結され、圧力センシング部４６０で測定された圧力に応じて面圧維持部４３０に流入する流体の流入量を制御する流体制御部４５０を含む。
あわせて、本発明に係る電池モジュールシステム４００は、圧力センシング部４６０で測定された面圧維持部４３０の圧力データを受け取って流体供給部４４０および流体制御部４５０の作動可否を決定するデータ処理部４７０をさらに含む。
具体的に、上記データ処理部４７０は、圧力センシング部４６０で測定した面圧維持部４３０の測定データを受け取る。そして、受け取った圧力データと基準データを比較し、測定データが基準データの範囲に含まれるか否かを判断する。
このとき、データ処理部４７０は、測定データが基準データの範囲に含まれないと、流体供給部４４０と流体制御部４５０の動作を行い得るように信号を伝達する。上記流体供給部４４０は流体供給装置であり、流体制御部４５０は流体制御弁である。
一実施形態において、圧力センシング部４６０で測定した面圧維持部４３０の圧力データが基準値の範囲より低い場合、データ処理部４７０は圧力センシング部４６０で測定した測定データを受け取り、上記流体供給部４４０と流体制御部４５０の作動を決定する。
そして、流体供給部４４０と流体制御部４５０を作動して面圧維持部４３０の内部に流体を供給する。このとき、流体供給部４４０と流体制御部４５０は、面圧維持部４３０の圧力が基準値の範囲に達するときまで面圧維持部４３０の内部に流体を供給する。すなわち、本発明に係る電池モジュールシステムは、上記面圧維持部４３０の内部に流体を供給し、電池セル積層体４１０を加圧することにより、電池セル４１１の充電及び放電に伴う膨潤力（ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を一定に保つことができ、これにより、ケース部４２０の変形などを防止し得る。
第５実施形態
他の一実施形態において、圧力センシング部４６０で測定した面圧維持部４３０の圧力データが基準値の範囲より高い場合、データ処理部４７０は圧力センシング部４６０で測定した測定データを 受け取り、上記流体供給部４４０と流体制御部４５０の動作を決定する。
そして、流体供給部４４０と流体制御部４５０を作動して面圧維持部４３０の内部の流体を排出する。このとき、流体供給部４４０と流体制御部４５０は、面圧維持部４３０の圧力が基準値の範囲に達するときまで面圧維持部４３０内の流体を排出する。すなわち、本発明に係る電池モジュールシステムは、上記面圧維持部４３０の内部に流体を排出して、電池セル４１１の充電及び放電に伴う膨潤力（ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を一定に維持し得る。
第６実施形態
別の一実施形態において、圧力センシング部４６０で測定した面圧維持部４３０の圧力データが基準値の範囲に含まれる場合、上記データ処理部４７０は圧力センシング部４６０の測定圧力を受け取り、流体供給部４４０と流体制御部４５０の動作を中断する信号を送る。
具体的な例において、データ処理部４７０は、圧力センシング部４６０の測定データを受け取り、上記測定データが基準値の範囲に含まれるかの可否を決定する。そして、測定データが基準値の範囲に含まれると、流体供給部４４０と流体制御部４５０の作動を中断する。
これにより、電池セル４１１の充電及び放電に伴う膨潤力（ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を一定に保つことができ、これにより、ケース部４２０の変形などを防止し得る。
第７実施形態
図６は、本発明に係る電池パックの模式図である。
図６を参照すると、本発明に係る電池パックは電池モジュールを含んで構成される。具体的な例において、本発明に係る電池パック１０００は、１つまたは２つ以上の電池モジュール１００を含む。図６においては、３つの電池モジュール１００を含むものとして図示されたが、これに制限されるものではない。あわせて、図６には図示しなかったが、上記電池モジュール１００は電池パックケース内に収容され得る。
このとき、個々の上記電池モジュール１００は、電池セル積層体１１０がモジュールケース１２０に収容されて、電池セル積層体１１０の一面に流体が流入されるチューブ１３０を含む。あわせて、上記電池モジュール１００は、チューブ１３０に流体を供給する流体供給装置（図示せず）、流体の流入量を制御する流体制御弁およびチューブ１３０の圧力を測定する圧力センサーを含む。
上記チューブ１３０は、電池セル積層体１１０の中端に積層され得る。そして、各電池モジュール１００に含まれるチューブ１３０は、隣接する電池モジュール１００のチューブ１３０と流体連結され得る。
一方、圧力センサーと流体制御弁は、それぞれの電池モジュール１００に連結されるものであって、各電池モジュール１００の内部に収容される電池セル１１１のスウェリングレベルを間接的に把握し得る。
以上、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明したが、当該技術分野の熟練された当業者又は当該技術分野に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本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更させることができることを理解し得るだろう。
したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されず、特許請求の範囲によって定められるべきである。
１、１００、２００、３００：電池モジュール
１０、１１０、２１０、３１０：電池セル積層体
１１、１１１、２１１、３１１：電池セル
１１２、２１２、３１２：バスバー組立体
１２、１２０、２２０、３２０：モジュールケース
１３０、２３０、３３０：チューブ
１４０、２４０、３４０：流体供給装置
１５０、２５０、３５０：流体制御弁
１６０、２６０、３６０：圧力センサー
１７０、２７０、３７０：圧縮パッド
３８０: 加圧プレート
３９０: ストッパーブロック
４００：電池モジュールシステム
４１０: 電池セル積層体
４１１: 電池セル
４２０：ケース部
４３０: 面圧維持部
４４０: 流体供給部
４５０: 流体制御部
４６０：圧力センシング部
４７０: データ処理部
４８０: 貯蔵部
１０００: 電池パック

Claims (13)

  1. モジュールケースと、
    前記モジュールケース内に収容され、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電池セルが積層された電池セル積層体と、
    前記電池セル積層体の一面に積層されて、前記電池セル積層体と前記モジュールケースの一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入される構造を有するチューブと、
    前記チューブと流体連結されて、前記チューブに流体を供給する流体供給装置と、
    前記チューブと前記流体供給装置との間に連結されて、前記チューブに流入される流体の流入量を制御して、前記モジュールケース内に収容される前記電池セルの面圧を一定に維持させる流体制御弁と、
    前記電池セル積層体の一面に積層される加圧プレートと、
    を含み、
    前記加圧プレートと前記モジュールケースの一面との間には、１つまたは複数個のストッパーブロックを含んで、前記加圧プレートの積層方向の動きを制限する構造を有している、電池モジュール。
  2. 前記チューブと前記流体制御弁との間に連結されて、流体が流入された前記チューブの圧力を測定する圧力センサーをさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記チューブは、軟質または弾性材料である、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  4. 前記流体供給装置は、流体ポンプまたは圧力水頭を用いる装置である、請求項１～３の何れか一項に記載の電池モジュール。
  5. 前記チューブ内に流入される流体は、液体またはゲル状態である、請求項１～４の何れか一項に記載の電池モジュール。
  6. 前記電池セル積層体は、積層された前記電池セルの間に圧縮パッドが配置され、前記圧縮パッド間に、３～１０個の前記電池セルが配置される構造を有する、請求項１～５の何れか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記電池セル積層体は、ｍ個（ｍは２以上の整数）の前記電池セルを相互電気的に連結するバスバー組立体をさらに備える、請求項１～６の何れか一項に記載の電池モジュール。
  8. 電池セル積層体が収容されたモジュールケース部と、
    前記電池セル積層体の一面に積層されて、前記電池セル積層体と前記モジュールケース部の一面との間を支持し、かつ内部に流体が流入されるチューブ状の面圧維持部と、
    前記面圧維持部と流体連結されて、前記面圧維持部に流体を供給する流体供給部と、
    前記面圧維持部と前記流体供給部との間に連結されて、前記面圧維持部の圧力を測定する圧力センシング部と、
    前記圧力センシング部と前記流体供給部との間に連結されて、前記圧力センシング部から測定された圧力に応じて前記面圧維持部に流入される流体の流入量を制御する流体制御部と、
    前記電池セル積層体の一面に積層される加圧プレートと、
    を含み
    前記加圧プレートと前記モジュールケース部の一面との間には、１つまたは複数個のストッパーブロックを含んで、前記加圧プレートの積層方向の動きを制限する構造を有している、電池モジュールシステム。
  9. 電池モジュールシステムは、前記圧力センシング部から測定された前記面圧維持部の圧力データを伝達されて前記流体供給部および前記流体制御部の作動の可否を決定するデータ処理部をさらに含む、請求項８に記載の電池モジュールシステム。
  10. 前記データ処理部は、前記圧力センシング部から測定した前記面圧維持部の圧力データが基準値の範囲より低い場合、前記流体供給部と前記流体制御部の作動を決定し、
    前記面圧維持部の圧力が基準値の範囲に到達するまで前記面圧維持部の内部に流体を供給する、請求項９に記載の電池モジュールシステム。
  11. 前記データ処理部は、前記圧力センシング部から測定した前記面圧維持部の圧力データが基準値の範囲より高い場合、前記流体供給部と前記流体制御部の作動を決定し、
    前記面圧維持部の圧力が基準値の範囲に到達するまで前記面圧維持部の内部に流体を排出する、請求項９に記載の電池モジュールシステム。
  12. 前記データ処理部は、前記圧力センシング部から測定した前記面圧維持部の圧力データが基準値の範囲に含まれる場合、前記流体供給部と前記流体制御部の作動を停止する、請求項９に記載の電池モジュールシステム。
  13. 請求項１～７の何れか一項に記載の電池モジュールを含む、電池パック。
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