JP2024517896A - バッテリーモジュールおよびそれを含むバッテリーパック - Google Patents

Abstract

本発明に係るバッテリーモジュールは、長手方向両端に電極リードが形成された電池セルが長手方向に２個以上一列に配列されて長手方向単位セルを形成し、上記長手方向単位セルが上記電池セルの厚さ方向に２列以上積層されてからなる電池セル組立体と、上記電池セル組立体に含まれた電池セルに結合されるターミナルバスバーと、上記長手方向単位セルの列の間に設置され、内部にガスベンティングチャネルが形成されたベンティングプレートと、上記電池セル組立体および上記ベンティングプレートが収容されるモジュールケースと、を含む。そして、上記電池セル組立体の電池セルのうち、ターミナルバスバーと結合される電池セルを除いた隣接する電池セルは、電極リード同士が直接連結され、上記モジュールケースに上記ガスベンティングチャネルと連通するベンティングホールが形成されることを特徴とする。

Description

本発明はバッテリーモジュールに関するものである。

より詳細には、拡張性があるように構成したバッテリーモジュールにおいて、バッテリーモジュール内に含まれた電池セル組立体の電気連結構造を簡素化し、モジュール内のガスを排出し得るバッテリーモジュールに関するものである。

また、本発明は、上記バッテリーモジュールを含むバッテリーパックに関するものである。

本出願は、２０２１年１１月１２日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１５５９４１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すべての内容は、本明細書の一部として含まれる。

近年、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広く使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車、ディーゼル車などに起因する大気汚染などを解決するための対策として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。したがって、二次電池を使用するアプリケーションの種類は二次電池の長所により非常に多様化しており、今後は今より多くの分野と製品に二次電池が適用されると予想される。

また、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）および電気自動車などの動力源として、電気的に直列または並列に連結された多数の二次電池を内部に収容したバッテリーモジュールおよび上記バッテリーモジュールで構成されたバッテリーパックに対する需要が増加している。

このようなバッテリーモジュールやバッテリーパックは、複数の二次電池を外部衝撃から保護したり収納保管したりするために、金属材質の外部ハウジングを備えている。

図１は従来の一般的なバッテリーモジュール１の部分斜視図である。図示されたように、上記バッテリーモジュール１は内部に数十個の電池セルが積層されてからなる電池セル組立体が１つのモジュールケース２内に収容されている。また、電池セル組立体の電池セルを電気的に連結するために複数個のインターバスバー３をモジュールの前端に設置している。

このような従来のバッテリーモジュールは次のような問題点を有している。

第１に、単一の電池セルをその厚さ方向にのみ積層しているので、電池セル配置の空間活用度および設計自由度が低い。そのため、このような形態のモジュールを束ねてバッテリーパックを構成することには限界があった。すなわち、自動車などの制限された空間または多様な形態の空間に符合するように、バッテリーモジュールまたはバッテリーパックを構成することが容易ではなかった。また、１つのモジュールに数十個程度の多数の電池セルを積層しているので、１つの電池セルに発火が発生したときに、他の電池セルに火炎が伝播されやすく、モジュールが短時間で全焼する危険性がある。

第２に、モジュールケース２の前端にバスバーフレームを設置し、上記バスバーフレームに各電池セルと連結されるインターバスバー３を設置する構造であるので、上記バスバーを設置する空間を提供するために上記バスバーフレームの形状を複雑に成形するしかなかった。また、電池セルの数に応じて必要なインターバスバー３の数も増加し、原価上昇の要因となった。

第３に、モジュール単位でガスを安全に外部へ排出するための経路が存在しないので、内部ベンティング現象が発生した場合には、モジュール内部の温度上昇をもたらし、火災および爆発の危険性が大きい。

したがって、バッテリーモジュールおよびバッテリーパックの設計自由度を高めることができるのみならず、電池セルの結合構造を簡素化しながらもモジュール内部のガスを効率的に排出して火炎伝播を阻止し得るバッテリーモジュール関連技術の開発が要望される。

韓国登録特許第１０－２２５９４１６号公報

本発明は、上記のような問題点を解決するために作られたものであって、電池セルを厚さ方向の他にも長手方向に連結してバッテリーモジュールおよびバッテリーパックの空間活用を向上させた拡張性バッテリーモジュールを提供することを目的とする。

また、電池セルの電気的連結時にインターバスバーがなくても簡易に電池セルを連結して組立工程および製造コストを低減し得る構造のバッテリーモジュールを提供することを目的とする。

また、本発明は、拡張性バッテリーモジュールにおいて、内部発生ガスを効率的に排出し得るガスベンティング構造を有するバッテリーモジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係るバッテリーモジュールは、長手方向両端に電極リードが形成された電池セルが長手方向に２個以上一列に配列されて長手方向単位セルを形成し、上記長手方向単位セルが上記電池セルの厚さ方向に２列以上積層されてからなる電池セル組立体と、上記電池セル組立体に含まれた電池セルに結合されるターミナルバスバーと、上記長手方向単位セルの列の間に設置され、内部にガスベンティングチャネルが形成されたベンティングプレートと、上記電池セル組立体および上記ベンティングプレートが収容されるモジュールケースと、を含む。そして、上記電池セル組立体の電池セルのうち、ターミナルバスバーと結合される電池セルを除いた隣接する電池セルは、電極リード同士が直接連結され、上記モジュールケースに上記ガスベンティングチャネルと連通するベンティングホールが形成されることを特徴とする。

一例として、上記ターミナルバスバーは、上記電池セル組立体の長手方向前端または後端に位置した電池セルの電極リードに結合され得る。

具体的には、上記長手方向単位セルの長手方向に互いに対向する電池セルの電極リード同士が溶接されて連結され、上記電池セル組立体のうち、ターミナルバスバーが結合されない長手方向前端または後端の隣接する列の長手方向単位セルに含まれた電池セルの電極リードは、電池セルの厚さ方向に折曲されて互いに溶接結合され得る。

具体例として、上記モジュールケースは、上記電池セル組立体の前端および後端を覆う前端板および後端板を含み、上記ターミナルバスバーは、上記前端板または後端板に結合され得る。

他の例として、上記ターミナルバスバーは、上記長手方向単位セルの長手方向に対向する電池セルの電極リードに結合され得る。

具体的には、上記ターミナルバスバーと結合されない列の長手方向単位セルの長手方向に互いに対向する電池セルは、電極リード同士が溶接されて連結され、長手方向前端および後端の隣接する列の長手方向単位セルに含まれた電池セルの電極リードは、電池セルの厚さ方向に折曲されて互いに溶接結合され得る。

一例として、上記電池セルの長手方向を基準にして上記ベンティングプレートの両側にそれぞれ同じ個数の列の長手方向単位セルが配置され、上記ベンティングプレートは、上記モジュールケースの前端と後端にわたって上記電池セルの長手方向に延長設置され得る。

具体例として、上記ガスベンティングチャネルは、上記ベンティングプレートの長手方向に延長される長手方向チャネルと、上記長手方向チャネルと連通され、ベンティングプレートの外部に開口される幅方向チャネルと、を含み、上記幅方向チャネルは、上記長手方向単位セルに含まれた電池セルの両端の電極リードと電極リードとの間の中間地点に対応される位置に形成され得る。

また、上記ベンティングプレートは、上記長手方向単位セルに含まれた電池セルの電極リードとつながるガスポケット部に対応される位置に上記長手方向チャネルと連通するベンティング用貫通孔を備え得る。

一例として、上記ベンティングプレートは、電池セルの長手方向に延長される本体部と、上記長手方向単位セルの長手方向に対向する電池セルの電極リードとの間に対応する位置で上記本体部に垂直に設置される熱伝播防止板を含み得る。

具体的には、上記ベンティングプレートの本体部の前端および後端と、上記熱伝播防止板に上記電池セルの電極リードが通過および支持されるリード結合用貫通孔が形成され得る。

本発明の他の側面としてのバッテリーパックは、上記バッテリーモジュールを、上記電池セルの長手方向および厚さ方向のうち少なくとも１つの方向に複数個を積層して形成されるバッテリーモジュール積層体を含み得る。

本発明によると、電池セルを厚さ方向の他にも長手方向に連結してバッテリーモジュールおよびバッテリーパックの空間活用を向上させた拡張性バッテリーモジュールを得ることができる。

また、本発明は、このような拡張性バッテリーモジュールに好適な簡易な電池セルの電気連結構造を実現することができる。

また、本発明は、拡張性バッテリーモジュールにおいて、内部発生ガスを効率的に排出し得るガスベンティング構造を具現してバッテリーモジュールの安全性を向上させることができる。

従来の一般的なバッテリーモジュールの部分斜視図である。 本発明の一実施形態のバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図２のバッテリーモジュールの構成要素である電池セル組立体の結合関係を示した斜視図および平面図である。 図２のバッテリーモジュールに含まれるベンティングプレートの構造を示す斜視図および正面図である。 図２の実施形態のバッテリーモジュールの電池セル組立体の具体的な結合関係を示す斜視図である。 図２のバッテリーモジュールが組み立てられた外観を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態のバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図７のバッテリーモジュールの構成要素である電池セル組立体の結合関係を示した平面図である。 図７のバッテリーモジュールに含まれるベンティングプレートの構造を示す斜視図および正面図である。 図７の実施形態の長手方向単位セルの長手方向に対向する電池セル間の具体的な結合関係を示す斜視図である。 図７の実施形態の長手方向単位セルの端部に位置した電池セル間の具体的な結合関係を示す斜視図である。 図７のバッテリーモジュールが組み立てられた外観を示す斜視図である。 本発明のバッテリーモジュールで構成されたバッテリー積層体を含むバッテリーパックの概略図である。

〔符号の説明〕
１０：電池セル
１１、１２：電極リード
１００：電池セル組立体
１１０：長手方向単位セル
２００、２００’：ターミナルバスバー（第１実施形態）
２１０、２１０’：ターミナルバスバー（第２実施形態）
２２０、２２０’：ターミナルバスバー支持ブロック
３００：ベンティングプレート
３１０：本体部
３１１：ガスベンティングチャネル
３１１ａ：長手方向チャネル
３１１ｂ：幅方向チャネル
Ｗ：隔壁
Ｏ：チャネル出口
Ｅ：チャネル入口
３１２：ベンティング用貫通孔
３１３：リード結合用貫通孔
３２０：熱伝播防止板
３２１：リード結合用貫通孔
４００：モジュールケース
４１０：Ｃ字型ウォール
４１１：ベンティングホール
４２０：Ｉ字型ウォール
４３０、４３０’：前端板
４４０、４４０’：後端板
１０００、１０００’：バッテリーモジュール
１１００：バッテリーモジュール積層体
２０００：バッテリーパック
２１００：バッテリーパックケース

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に使用される用語や単語は、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、発明者が彼自身の発明を最善の方法により説明するために用語の概念を適切に定義し得るという原則に基づいて、本発明の技術的な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。

本発明の明細書全体で使用される「含む」や「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする場合、これは他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あるとする場合、それは他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。また、本発明の明細書において「上に」配置されるということは、上部のみならず下部に配置される場合も含むものであり得る。

本発明に係るバッテリーモジュールは、長手方向両端に電極リードが形成された電池セルが長手方向に２個以上一列に配列されて長手方向単位セルを形成し、上記長手方向単位セルが上記電池セルの厚さ方向に２列以上積層されてからなる電池セル組立体と、上記電池セル組立体に含まれた電池セルに結合されるターミナルバスバーと、上記長手方向単位セルの列の間に設置され、内部にガスベンティングチャネルが形成されたベンティングプレートと、上記電池セル組立体および上記ベンティングプレートが収容されるモジュールケースと、を含む。そして、上記電池セル組立体の電池セルのうち、ターミナルバスバーと結合される電池セルを除いた隣接する電池セルは、電極リード同士が直接連結され、上記モジュールケースに上記ガスベンティングチャネルと連通するベンティングホールが形成されることを特徴とする。

本発明のバッテリーモジュールに含まれるターミナルバスバーの設置位置に応じて、次の実施形態に区分することができる。

（第１実施形態）
図２は、本発明の一実施形態のバッテリーモジュールの分解斜視図であり、図３は、図２のバッテリーモジュールの構成要素である電池セル組立体の結合関係を示した斜視図および平面図であり、図４は、図２のバッテリーモジュールに含まれるベンティングプレートの構造を示す斜視図および正面図である。

図２に図示されたように、本発明は、長手方向単位セル１１０を含む電池セル組立体１００と、上記電池セル組立体１００が収容されるモジュールケース４００と、を含む。図２では、両端に電極リード１１、１２が形成され、長手方向に長く延長された通常のパウチ型電池セル１０を基準にして、Ｘ方向が電池セル１０またはモジュールケース４００の長手方向、Ｙ方向が電池セル１０またはモジュールケース４００の厚さ方向（電池セルの積層方向）、Ｚ方向を上下方向とする。

本発明の電池セル１０は、長手方向両端に電極リード１１、１２が形成された電池セル（いわゆる両方向電池セル（両方向パウチセル））を対象とする。このような構成によると、１つの電池セル１０において両端に正極リード１１と負極リード１２がそれぞれ導出形成されるため、電極リード間の干渉がなくなって電極リードの面積を広げることができ、電極リードとバスバーの結合作業などをより容易に行い得る。

本発明の電池セル組立体１００は、このような両方向電池セル１０を長手方向に２個以上一列に配列し、長手方向に対向する電池セル１０の電極リード１１、１２同士を電気的に連結した電池セルの束を長手方向単位セル１１０として含む。図２および図３では、長手方向に電池セル１０を２個連結して長手方向単位セル１１０としたが、２個以上で電池セルを長手方向に連結することもできる。バッテリーモジュールケース４００あるいはバッテリーモジュール１０００が設置されるバッテリーパックの空間が許容される限り、上記長手方向に連結される電池セル１０の個数は、原則的に限定されない。ただし、実際的に自動車などに設置し得るバッテリーモジュール１０００やバッテリーパックの空間には限界があるため、約２～４個程度の電池セル１０を長手方向に連結することが好ましい。また、連結される電池セル１０のサイズ（長さ）に応じて、長手方向に連結される電池セル１０の個数は変動され得る。上述したように、本明細書において、長手方向両端に電極リード１１、１２が形成された２個以上の電池セル１０が一列に配列されて形成する電池セル１０の結合体を長手方向単位セル１１０と称する。

本発明のバッテリーモジュール１０００に含まれる電池セル組立体１００は、上記長手方向単位セル１１０を電池セル１０の厚さ方向（Ｙ方向）に再び２列以上積層してからなる。長手方向単位セル１１０が積層される列の個数も、バッテリーモジュール１０００およびバッテリーパックの許容空間、電池セル１０のサイズなどに左右される。また、上記電池セル１０の長手方向の個数、列の個数は、必要とする電気デバイスの所要容量などを考慮して決定され得る。このように、本発明は、モジュールケース４００内に収容される電池セル組立体１００の電池セルの長手方向の個数および列の個数を調整し得るため、設計自由度が向上される。また、上記電池セル組立体１００を従来のように、数十個で積層せずに例えば長手方向に２～４個程度、電池セルの厚さ方向に２～６列程度積層すると、電池セル組立体１００をよりコンパクトに構成し得る。また、このような少数の電池セル１０で構成された電池セル組立体１００をそれぞれ別個のモジュールケース４００に収容し、このようなモジュールケース４００を含むバッテリーモジュール１０００を電池セル１０の長手方向または厚さ方向に、まるでレゴブロックのように積層すれば、バッテリーモジュール１０００が設置される空間あるいはバッテリーパックの設置空間を考慮して自由にバッテリーパックを構成し得る。例えば、上記バッテリーモジュール１０００を長手方向に積層すると、上記長手方向単位セル１１０の電池セルを長手方向にさらに長く連結しなくても同一の効果を達成し得る。これにより、個別のバッテリーモジュール（単位モジュール）をよりコンパクトに構成し得る。また、バッテリーモジュール１０００を電池セルの厚さ方向に必要な個数ほど積層することにより、設計自由度を向上させ得る。図１のように、１つのモジュールケース２に数十個の電池セルが積層される構造では、望む通りにバッテリーパックを構成することが困難である。すなわち、バッテリーパックを構成するバッテリーモジュールに含まれた電池セルの最小単位が異なるため、従来のバッテリーモジュール１はその分の設計自由度が低下するしかない。

また、例えばバッテリーモジュール内に含まれた一部の電池セルに発火が発生した場合に、図１のバッテリーモジュール１は隣接する電池セルに火炎が伝播されやすい。しかしながら、図２のバッテリーモジュール１０００または後述する図１３に開示されたバッテリーパック２０００の構造は、少ない個数の電池セル組立体１００がそれぞれ別個にバッテリーモジュール１０００に収容されているため、１つのバッテリーモジュール１０００内の電池セル１０で発火が発生しても、他のバッテリーモジュール１０００に発火が伝播されにくい。

以上から、本発明の電池セル組立体１００は、長手方向および電池セルの厚さ方向に連結され、特定個数の電池セル１０からなる電池セル組立体１００がそれぞれのモジュールケース４００に収容される形態である。したがって、このような電池セル組立体１００を含むバッテリーモジュール１０００の積層（設計）方式に応じて、いくらでも多様な形態のバッテリーパックを製造し得るため、本発明のバッテリーモジュール１０００は拡張性モジュールと称し得る。

図２および図３に図示された本発明の電池セル組立体１００は、電池セル１０が長手方向に２個連結され、上記長手方向単位セル１１０が２列に積層され、いわゆる１Ｐ４Ｓの連結構造として合計４個の電池セル１０で電池セル組立体１００が構成されている。

しかしながら、長手方向に２個連結される長手方向単位セルの列の個数を異なるようにして、偶数列の４列積層（２Ｐ４Ｓ）、６列積層（３Ｐ４Ｓ）、８列積層（４Ｐ４Ｓ）などの電池セル組立体も可能である。また、長手方向に２個ではなく３個を連結する構造（１Ｐ６Ｓ、２Ｐ６Ｓ、３Ｐ６Ｓ、、、、）、４個連結する構造（１Ｐ８Ｓ、２Ｐ８Ｓ、３Ｐ８Ｓ、、、、）の他それ以上連結する構造も可能である。要するに、上述したバッテリーモジュールおよびバッテリーパックの設計要請に応じて、長手方向単位セルと電池セル組立体の積層構造を多様かつ拡張性があるように変更させ得るということが本発明の長所である。

図示されないが、上記長手方向単位セル１１０の列の間には断熱板や絶縁シートなどを設置し得る。本発明の一実施形態では、上記長手方向単位セル１１０の列の間に断熱板の代わりにベンティングプレート３００を設置している。

本発明のバッテリーモジュール１０００は、上記電池セル組立体１００に含まれた電池セル１０に結合されるターミナルバスバー２００、２００’を含む。ターミナルバスバー２００、２００’は、隣接する他のバッテリーモジュール１０００または外部デバイスと接続し得る端子である。本実施形態は、上記ターミナルバスバー２００、２００’が電池セル組立体１００の長手方向前端または後端に位置した電池セル１００の電極リード１１、１２に結合される。

図２を参照すると、本実施形態において、上記ターミナルバスバー２００、２００’は、電池セル組立体１００の前端を覆う前端板４３０に結合されている。選択的に上記ターミナルバスバー２００、２００’を電池セル組立体１００の後端側にも設置し得、この場合には、上記電池セル組立体１００の後端を覆う後端板４４０に上記ターミナルバスバー２００、２００’が結合され得る。図２では、上記前端板４３０のターミナルバスバー２００、２００’は極性に応じて２つが備えられ、上記前端板４３０の裏面側で、長手方向単位セル１１０の前端に位置した電池セル１０の電極リード１１、１２と結合される。

本発明の電池セル組立体１００の電池セル１０のうち、ターミナルバスバー２００、２００’と結合される電池セルを除いた隣接する電池セルは、電極リード同士が直接連結されることを特徴とする。すなわち、従来の電池セルの電極リードを連結するときに使用されるインターバスバーなしで直接電極リード同士を連結することにより、電池セルの電気接続構造を大幅に簡素化している。電極リード１１、１２の連結は、例えばレーザー溶接、スポット溶接などの溶接によって行い得る。

図３は、図示の便宜のために、後述するベンティングプレート３００の図示を省略し、本実施形態の電池セル組立体１００の電池セル１０の電気的接続関係を概略的に示した図面である。

図３の斜視図および平面図に示されたように、長手方向単位セル１１０の互いに対向する電池セル１０の電極リード同士１１、１２が直接溶接されて結合される。また、上記電池セル組立体１００のうち、ターミナルバスバー２００、２００’が結合されない長手方向前端または後端の隣接する列の長手方向単位セル１１０に含まれた電池セルの電極リード１１、１２は、電池セルの厚さ方向に折曲されて互いに溶接結合され得る。図３では、ターミナルバスバー２００、２００’が長手方向単位セル１１０の前端に結合されるため、長手方向単位セル１１０の後端の隣接する電池セルの電極リード１１、１２が互いに向かって折曲されて結合されたことが図示されている。ターミナルバスバー２００、２００’に結合される電池セルの電極リード１１、１２が互いに電気的に連結されるとショートが発生するため、ターミナルバスバー２００、２００’には隣接する長手方向単位セル１１０の電極リードが、それぞれ前端板４３０に設置された２つのターミナルバスバー２００、２００’に結合される。ターミナルバスバー２００、２００’は極性に応じて２つが備えられる。

本発明のバッテリーモジュール１０００はまた、上記長手方向単位セル１１０の列の間に配置され、内部にガスベンティングチャネルが形成されたベンティングプレート３００を含む。

図２および図４、特に図４には、そのようなベンティングプレート３００の一実施形態が図示されている。

上記ベンティングプレート３００は、長手方向単位セル１１０の列の間に配置され、電池セルの内部に過熱などによる火炎発生時に電池セルの厚さ方向への熱および火炎の伝播を防止し得る。好ましくは、電池セル１０の長手方向を基準にして上記ベンティングプレート３００の両側にそれぞれ同じ個数の長手方向単位セル１１０が配置されることが良い。本実施形態では、ベンティングプレート３００を基準として左右に１個ずつの長手方向単位セル１１０が配置されている。上記ベンティングプレート３００は、できるだけ電池セルの面積をすべて覆い得るように、電池セル１０より大きいサイズを有することが良い。すなわち、ベンティングプレート３００の幅は、電池セルの幅をすべて覆い得る程度であることが良い。ベンティングプレート３００の長さは長手方向単位セル１１０をすべて覆い得る程度で、モジュールケース４００の前端と後端にわたって電池セルの長手方向に長く延長され得る。

特に、上記ベンティングプレート３００は、内部にガスおよび火炎を排出し得るガスベンティングチャネル３１１が形成された中空型構造を有する。

バッテリーモジュール１０００内部のガスは、ほとんどが電池セル１０の電極リード付近、パウチセルを基準にしたときに、電極リード１１と電池セル本体部との間のテラス部であるガスポケット付近で発生する。したがって、上記ベンティングチャネル３１１は、上記ガスポケット部に該当するベンティングプレート３００の位置にバッテリーモジュール１０００の内部と連通するガス流入口Ｅ（ベンティング用貫通孔３１２またはそれと連通する開口）を備えることが好ましい。図４を参照すると、上記ベンティングプレート３００には、電池セル組立体１００に含まれた電池セルのガスポケット部に対応される位置に合計４つのベンティング用貫通孔３１２を備えており、このベンチャング用貫通孔３１２と上記ガスベンティングチャネル３１１とが連通される。

また、上記ガスベンティングチャネル３１１は、上記ガスおよび火炎を排出し得る出口Ｏを有する。上記ガスポケット部に該当するガス流入口Ｅから流入されるガスおよび火炎は高温であるため、ベンティングチャネルの出口Ｏはそこから遠く離れてガスなどの温度を下げて外部へ排出する必要がある。このために、本発明のガスベンティングチャネル３１１は、上記ガス流入口Ｅから出口Ｏまで長く延長される流路を有する。

具体的には、上記ガスベンティングチャネル３１１は、ベンティングプレート３００の長手方向に延長される長手方向チャネル３１１ａと、上記長手方向チャネル３１１ａと連通され、ベンティングプレート３００の外部に開口される幅方向チャネル３１１ｂとを含み得る。このとき、上記幅方向チャネル３１１ｂは、ベンティングプレート３００に電池セル組立体が結合されるときに、長手方向単位セル１１０に含まれた電池セルの両端の電極リードと電極リードとの間の中間地点に対応される位置に形成されることが好ましい。これにより、図４に図示されたように、電池セル端部の電極リード１１、１２付近のガスポケット部からのガスが長手方向チャネル３１１ａを介して上記中間地点に対応される位置に移動し、その位置から幅方向チャネル３１１ｂを介してガスおよび火炎を容易に排出し得る。

上記ガスベンティングチャネル、特に長手方向チャネル３１１ａは、ベンティングプレート３００の長手方向に沿って複数個が形成され得る。図４の正面図を参照すると、ベンティングプレート３００の長手方向チャネル３１１ａは隔壁Ｗによって区分されて５つが形成されている。このような複数個の長手方向チャネル３１１ａを通過したガスは、幅方向チャネル３１１ｂで合流してベンティングプレート３００の幅方向上部および下部のうち少なくとも１つに向かって外部へ排出され得る。

一方、本実施形態の上記ベンティングプレート３００は、電池セルの長手方向に延長される本体部３１０の他に、上記本体部３１０に垂直に設置される熱伝播防止板３２０を備える。上記熱伝播防止板３２０は、長手方向単位セル１１０の長手方向に対向する電池セル１０の電極リード１１、１２の間に対応する位置に設置される。したがって、上記熱伝播防止板３２０により、長手方向単位セル１１０の長手方向に配列された電池セル１０間の熱伝播を遮断し得る。

図３に図示されたように、上記電池セル組立体１００の電池セルのうち、ターミナルバスバーと結合されない隣接する電池セルは、電極リード同士１１、１２が直接連結される。ベンティングプレート３００は、そのような電極リードと結合されるか、または上記結合される電極リード部を支持するための別途の貫通孔を含む。本実施形態では、上記ベンティングプレート３００を中心に２個の列の長手方向単位セル１１０が備えられるため、長手方向に互いに対向する電池セルの電極リード１１、１２が通過して溶接結合されるように、上記熱伝播防止板３２０の左右にリード結合用貫通孔３２１が形成されている。また、長手方向単位セル１１０の前端または後端の電池セル１０の電極リード１１、１２が折曲されて溶接結合される空間を設けるために、ベンティングプレート３００の前端および後端に、上記電池セルの電極リードが通過し得るリード結合用貫通孔３１３が形成されている。上記リード結合用貫通孔３１３のサイズは、電極リード間の結合が容易なサイズまたは結合された電極リードを支持し得る程度のサイズなど、目的に応じて多様に変更し得る。

本発明はまた、上記電池セル組立体１００およびベンティングプレート３００が収容されるモジュールケース４００を含む。

すなわち、図２に図示されたように、本発明は、上記電池セル組立体１００を包んで収容するモジュールケース４００を含む。モジュールケース４００は、本発明特有の電池セル組立体を収容し得るように長手方向に長く延長された直六面体の構造を有する。図２では、上記モジュールケース４００が、Ｃ字型ウォール（ｗａｌｌ）４１０とＩ字型ウォール（ｗａｌｌ）４２０との結合からなるが、これに限定されるものではない。例えば、左右または上下に配置される２つのＣ字型ウォールが結合される形態も可能であり、上下左右のケースがそれぞれ分離されて溶接、フッキング結合、締結部材で結合される形態も可能である。

また、本発明のモジュールケース４００は、前端板４３０と後端板４４０とを備える。上記前端板４３０、後端板４４０は、Ｃ字型ウォール４１０－Ｉ字型ウォール４２０の結合体にそれぞれ結合され、モジュールの前方と後方を閉鎖する。上述したように、上記前端板４３０または後端板４４０にターミナルバスバー２００、２００’を結合し、このターミナルバスバー２００、２００’に長手方向単位セル１１０の前端または後端に位置した電池セルの電極リード１１、１２を接続させ得る。

上記モジュールケース４００は、上記ベンティングプレート３００のガスベンティングチャネル３１１と連通する位置にベンティングホール４１１を備える点が特徴である。例えば、図４のベンティングプレート３００がガスベンティングチャネル３１１の部分である幅方向チャネル３１１ｂの出口Ｏとつながる位置のモジュールケース４００の上部面または下部面に上記ベンティングホール４１１を形成し得る。上記ガスベンティングチャネル３１１およびモジュールケース４００のベンティングホール４１１を介してバッテリーモジュール内のガスおよび火炎を迅速に排出させ得るため、拡張性があるバッテリーモジュールの安全性を一層向上させることができる。

図５は、図２の実施形態のバッテリーモジュールの電池セル組立体の具体的な結合関係を示す斜視図であり、図６は、図２のバッテリーモジュールが組み立てられた外観を示す斜視図である。

具体的には、図５は、モジュールケース４００が組み立てられない状態でベンティングプレート３００と関連された電池セル組立体１００の電気接続構造を具体的に示した斜視図である。

図５の（ａ）は、長手方向単位セル１１０の中間に該当する長手方向に対向する電池セル１０の電極リード間結合を図示したものであって、ベンティングプレート３００の熱伝播防止板３２０に形成されたリード結合用貫通孔３２１を介して両側の電池セルの電極リード１１、１２が溶接結合されることが図示されている。

図５の（ｂ）は、隣接する列の長手方向単位セル１１０の端部に位置した電池セルの電極リード間結合を図示したものであって、ベンティングプレート３００の前端に位置したリード結合用貫通孔３１３を介して電池セルの電極リードが溶接結合されることを示している。特に、図５の（ｂ）では、上記リード結合用貫通孔３１３の後方のベンティングプレート３００にベンティング用貫通孔３１２（長孔）が示されており、このベンティング用貫通孔３１２とガスベンティングチャネル、具体的には長手方向チャネル３１１ａが流入口Ｅを介して連通されることも示されている。

図６は、上記電池セル組立体１００、ベンティングプレート３００がモジュールケース４００内に収容されて組み立てられた状態を示し、モジュールケース４００の前端にターミナルバスバー２００、２００’が付着された前端板４３０が結合されたことが示されている。図示されたように、上記モジュールケース４００の上部面の所定の位置に、モジュール内のベンティングプレート３００のガスベンティングチャネル３１１と連通されるベンティングホール４１１が形成されている。

（第２実施形態）
図７は、本発明の他の実施形態のバッテリーモジュール１０００’の分解斜視図であり、図８は、図７のバッテリーモジュールの構成要素である電池セル組立体１００の結合関係を示した平面図であり、図９は、図７のバッテリーモジュール１０００’に含まれるベンティングプレート３００の構造を示す斜視図および正面図である。

本実施形態は、第１実施形態と異なり、ターミナルバスバーが電池セル組立体１００の長手方向端部に位置するのではなく、長手方向単位セル１１０の長手方向に対向する電池セルの電極リード１１、１２に結合される点が異なる。

また、第１実施形態と異なり、電池セル組立体１００の構造も、４個の長手方向単位セル１１０列が積層された２Ｐ４Ｓの構造である。ただし、第２実施形態においてもターミナルバスバーの位置が異なることを除いては、第１実施形態と同一の１Ｐ４Ｓの電池セル組立体を適用し得る。同様に、上記第１実施形態において、２Ｐ４Ｓ構造の電池セル組立体を適用し得る。その他に、上記第１、２実施形態において、電池セルの長手方向、厚さ方向に延長される多様な異なる構造の電池セル組立体を適用し得ることは上述した通りである。

本実施形態のバッテリーモジュール１０００’は、上記電池セル組立体１００に含まれた電池セルに結合されるターミナルバスバー２１０、２１０’を含む。本実施形態では、上記ターミナルバスバー２１０、２１０’は、電池セル組立体において長手方向単位セル１１０の長手方向に対向する電池セルの電極リード１１、１２に結合される。

図８は、図示の便宜のためにベンティングプレート３００を図示せず、電池セル組立体１００の電気接続構造のみを図示したものである。

図８では、４列の長手方向単位セル１１０において、上部２列の長手方向に対向する電池セルの電極リード１１、１２は互いに結合されず、それぞれ異なる極性のターミナルバスバー２１０、２１０’に結合される（図１０参照）。ただし、上部２列の電池セルの厚さ方向に隣接する電池セルの電極リード１１、１１、１２、１２は互いに結合され得、この結合された電極リードがターミナルバスバー２１０、２１０’に共に結合されることができる。一方、ターミナルバスバー２１０、２１０’と結合されない下部２列の長手方向単位セル１１０において、長手方向に互いに対向する電池セルの電極リード１１、１２は互いに結合される。具体的には、下部２列の長手方向単位セル１１０において、電池セルの厚さ方向に隣接する電池セルの電極リード同士１１、１１、１２、１２がそれぞれ結合された後に、長手方向に互いに対向する下部２列の他の電池セルの電極リード１２、１２、１１、１１に結合され得る。

一方、長手方向前端および後端の隣接する列の長手方向単位セル１１０に含まれた電池セルの電極リード１１、１２は、電池セルの厚さ方向に折曲されて互いに溶接結合される。

本実施形態のバッテリーモジュール１０００’も、上記長手方向単位セル１１０の列の間に配置され、内部にガスベンティングチャネル３１１が形成されたベンティングプレート３００を含む。

図７を参照すると、上記ベンティングプレート３００の両側にそれぞれ同じ個数の列（２列）の長手方向単位セル１１０が配置されている。

図９には、上記ベンティングプレート３００の一実施形態が図示されている。本実施形態のベンティングプレート３００の構造は、第１実施形態のベンティングプレート３００の構造とほぼ同じである。すなわち、長手方向チャネル３１１ａと幅方向チャネル３１１ｂとからなるガスベンティングチャネル３１１が上記ベンティングプレート３００の内部に形成される。

また、電池セルのガスポケット部に対応される位置にガスベンティングチャネル３１１（長手方向チャネル）と連通されるベンティング用貫通孔３１２が形成され、その前方部分に電極リード結合用貫通孔３１３が形成される点も同じである。そして、電池セルの長手方向に延長される本体部３１０の他に、上記本体部に垂直に設置される熱伝播防止板３２０を備える点も同じである。第１実施形態では、ターミナルバスバーが長手方向単位セル１１０の端部に設置され、長手方向単位セル１１０の長手方向に対向する電池セルの間には設置されなかった。したがって、上記熱伝播防止板３２０の左側と右側のいずれにも、上記長手方向に対向する電池セルの電極リードが結合され得るリード結合用貫通孔３２１を備えた（図４参照）。しかしながら、本実施形態では、ベンティングプレート３００を中心に一側にはターミナルバスバー２１０、２１０’が設置され、このターミナルバスバー２１０、２１０’に長手方向に対向する電池セルの電極リード１１、１２がそれぞれ結合されるが、上記長手方向に対向する電池セルの電極リード１１、１２同士は互いに結合されない。したがって、熱伝播防止板３２０の一側部にはリード結合用貫通孔３２１が形成されず、他側部にのみ１つのリード結合用貫通孔３２１が形成される。このリード結合用貫通孔３２１を介してベンティングプレート３００の他側部に位置した長手方向に対向する電池セルの電極リード１１、１２が互いに結合され得る。

図７に図示されたように、本実施形態もまた、上記電池セル組立体１００およびベンティングプレート３００が収容されるモジュールケース４００を含む。本発明のモジュールケース４００は、前端板４３０’と後端板４４０’とを備える。上記前端板４３０’、後端板４４０’は、Ｃ字型ウォール４１０－Ｉ字型ウォール４２０の結合体にそれぞれ結合され、モジュールの前方と後方を閉鎖する。本実施形態の前端板４３０’または後端板４４０’にはターミナルバスバーが結合されない。

上記モジュールケース４００は、上記ベンティングプレート３００のガスベンティングチャネル３１１と連通する位置にベンティングホール４１１を備える。例えば、図９のベンティングプレート３００において、ガスベンティングチャネル３１１の部分である幅方向チャネル３１１ｂの出口Ｏとつながる位置のモジュールケース４００の上部面または下部面に上記ベンティングホール４１１を形成し得る。本実施形態のバッテリーモジュール１０００’も、上記ガスベンティングチャネル３１１およびモジュールケース４００のベンティングホール４１１を介してバッテリーモジュール内のガスおよび火炎を迅速に排出させ得るため、拡張性があるバッテリーモジュールの安全性を一層向上させることができる。

図１０は、図７の実施形態の長手方向単位セル１１０の長手方向に対向する電池セル間の具体的な結合関係を示す斜視図であり、図１１は、図７の実施形態の長手方向単位セル１１０の端部に位置した電池セル間の具体的な結合関係を示す斜視図である。

具体的には、図１０および図１１は、モジュールケース４００が組み立てられない状態でベンティングプレート３００と関連された電池セル組立体１００の電気接続構造を具体的に示した斜視図である。

図１０の（ａ）は、長手方向単位セル１１０の中間に該当する長手方向に対向する電池セル１０の電極リード間結合を図示したものである。上記ベンティングプレート３００の一側（前方側）には、熱伝播防止板３２０の左右部分に位置したベンティングプレート３００の本体部３１０に上記ターミナルバスバー２１０、２１０’が結合され、上記ターミナルバスバー２１０、２１０’には、前方２列の電池セルの電極リード１１、１２がそれぞれ結合される。ターミナルバスバー２１０、２１０’を上記ベンティングプレート３００に結合しやすくするように、上記ベンティングプレートにターミナルバスバー支持ブロック２２０、２２０’を設置し、上記支持ブロック２２０、２２０’にターミナルバスバーを嵌めて結合し得る（図１０の（ａ）参照）。

しかしながら、上記前方２列の電池セルにおいて、長手方向に対向する電池セルの電極リード１１、１２同士は互いに結合されない。

図１０の（ｂ）は、上記ベンティングプレート３００の他側（後方側）を示したものであって、ベンティングプレート３００の熱伝播防止板３２０に形成されたリード結合用貫通孔３２１を介して長手方向に対向する両側の電池セルの電極リードが１１、１２溶接結合されることが示されている。

図１１は、長手方向単位セル１１０の端部に位置した電池セルの電極リード結合関係を図示したものであり、図１１の（ａ）は結合前、図１１の（ｂ）は結合後の状態をそれぞれ示している。

図１１の（ａ）では、ベンティングプレート３００の一側（前方側）の２列の長手方向単位セル１１０の電極リード１２、１２が電池セルの厚さ方向にベンティングプレート３００側に折曲され、他側（後方側）の２列の長手方向単位セル１１０の電池セルの電極リード１１、１１もベンティングプレート３００側に折曲されている。

図１１の（ｂ）では、上記折曲された電池セルの電極リード１１、１２が、上記ベンティングプレート３００に形成されたリード結合用貫通孔３１３を介して互いに溶接結合されたことが示されている。

図１２は、図７のバッテリーモジュールが組み立てられた外観を示す斜視図である。上記電池セル組立体１００、ベンティングプレート３００がモジュールケース４００内に収容されて組み立てられた状態を示し、モジュールケース４００の前端および後端にターミナルバスバーが付着されない単純な端部板（前端板４３０’、後端板４４０’）が結合されたことが示されている。図示されたように、上記モジュールケース４００の上部面の所定の位置に、モジュール内のベンティングプレート３００のガスベンティングチャネルと連通されるベンティングホール４１１が形成されている。

図１３は、本発明のバッテリーモジュール１０００、１０００’で構成されたバッテリーモジュール積層体１１００を含むバッテリーパック２０００の概略図である。

上述したように、本発明のバッテリーモジュール１０００、１０００’は、電池セル１０を長手方向単位セル１１０とし、その単位セルを所定の個数ほど電池セルの厚さ方向に積層した電池セル組立体１００を備え、これに対応する長手方向に長く延長されたモジュールケース４００を有する。したがって、レゴブロックのように、上記バッテリーモジュール１０００、１０００’を長手方向または厚さ方向に連結するに容易な形態となっている。図１３に図示されたように、１つのバッテリーパックケース２１００内で、電池セル１０の長手方向および／または厚さ方向に複数個の拡張性バッテリーモジュール１０００、１０００’を積層して、バッテリーモジュール積層体１１００を構成し得る。図１３に図示されたものの他にも、適用されるバッテリーパックケース２１００の形態に符合するように、上記拡張性バッテリーモジュール１０００、１０００’の積層方向（形態）を変更し得る。このような面から見た本発明の拡張性バッテリーモジュール１０００、１０００’は設計自由度が非常に高いと言える。特に、上述したように、本発明のバッテリーモジュール１０００、１０００’は、モジュールケース４００の上部面または下部面に所定のベンティングホール４１１を備える。したがって、例えば、バッテリーパックケース２１００に上記ベンティング経路と連通されるベンティング通路を形成すると、バッテリーパック２０００内部のガスも容易に除去し得るという効果がある。

以上、本発明に開示された図面は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。

なお、本明細書では上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が用いられているが、これらの用語は説明の便宜のためのものであり、対象となる物体の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは自明である。

Claims (17)

1. 長手方向両端に電極リードが形成された電池セルが長手方向に２個以上一列に配列されて長手方向単位セルを形成し、前記長手方向単位セルが前記電池セルの厚さ方向に２列以上積層されてからなる電池セル組立体と、
   前記電池セル組立体に含まれた電池セルに結合されるターミナルバスバーと、
   前記長手方向単位セルの列の間に設置され、内部にガスベンティングチャネルが形成されたベンティングプレートと、
   前記電池セル組立体および前記ベンティングプレートが収容されるモジュールケースと、
   を含み、
   前記電池セル組立体の電池セルのうち、前記ターミナルバスバーと結合される電池セルを除いた隣接する電池セルは、電極リード同士が直接連結され、
   前記モジュールケースに前記ガスベンティングチャネルと連通するベンティングホールが形成される、バッテリーモジュール。
2. 前記ターミナルバスバーは、前記電池セル組立体の長手方向前端または後端に位置した電池セルの電極リードに結合される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記長手方向単位セルの長手方向に互いに対向する電池セルの電極リード同士が溶接されて連結され、
   前記電池セル組立体のうち、前記ターミナルバスバーが結合されない長手方向前端または後端の隣接する列の長手方向単位セルに含まれた電池セルの電極リードは、前記電池セルの厚さ方向に折曲されて互いに溶接結合される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記モジュールケースは、前記電池セル組立体の前端および後端を覆う前端板および後端板を含み、
   前記ターミナルバスバーは、前記前端板または前記後端板に結合される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記電池セルの長手方向を基準にして前記ベンティングプレートの両側にそれぞれ同じ個数の列の長手方向単位セルが配置され、
   前記ベンティングプレートは、前記モジュールケースの前端と後端にわたって前記電池セルの長手方向に延長設置される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記ガスベンティングチャネルは、
   前記ベンティングプレートの長手方向に延長される長手方向チャネルと、
   前記長手方向チャネルと連通され、前記ベンティングプレートの外部に開口される幅方向チャネルと、
   を含み、
   前記幅方向チャネルは、前記長手方向単位セルに含まれた電池セルの両端の電極リードと電極リードとの間の中間地点に対応される位置に形成される、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記ベンティングプレートは、前記長手方向単位セルに含まれた電池セルの電極リードとつながるガスポケット部に対応される位置に前記長手方向チャネルと連通するベンティング用貫通孔を備えた、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記ベンティングプレートは、前記電池セルの長手方向に延長される本体部と、前記長手方向単位セルの長手方向に対向する電池セルの電極リードとの間に対応する位置で前記本体部に垂直に設置される熱伝播防止板を含む、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記ベンティングプレートの本体部の前端および後端と、前記熱伝播防止板に前記電池セルの電極リードが通過および支持されるリード結合用貫通孔が形成される、請求項８に記載のバッテリーモジュール。
10. 前記ターミナルバスバーは、前記長手方向単位セルの長手方向に対向する電池セルの電極リードに結合される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
11. 前記ターミナルバスバーと結合されない列の長手方向単位セルの長手方向に互いに対向する電池セルは、電極リード同士が溶接されて連結され、
    長手方向前端および後端の隣接する列の長手方向単位セルに含まれた電池セルの電極リードは、電池セルの厚さ方向に折曲されて互いに溶接結合される、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
12. 前記電池セルの長手方向を基準にして前記ベンティングプレートの両側にそれぞれ同じ個数の列の長手方向単位セルが配置され、
    前記ベンティングプレートは、前記モジュールケースの前端と後端とにわたって前記電池セルの長手方向に延長設置される、請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
13. 前記ガスベンティングチャネルは、
    前記ベンティングプレートの長手方向に延長される長手方向チャネルと、
    前記長手方向チャネルと連通され、前記ベンティングプレートの外部に開口される幅方向チャネルと、
    を含み、
    前記幅方向チャネルは、前記長手方向単位セルに含まれた電池セルの両端の電極リードと電極リードとの間の中間地点に対応される位置に形成される、請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
14. 前記ベンティングプレートは、前記長手方向単位セルに含まれた電池セルの電極リードとつながるガスポケット部に対応される位置に前記長手方向チャネルと連通するベンティング用貫通孔を備えた、請求項１３に記載のバッテリーモジュール。
15. 前記ベンティングプレートは、前記電池セルの長手方向に延長される本体部と、前記長手方向単位セルの長手方向に対向する電池セルの電極リードとの間に対応する位置で前記本体部に垂直に設置される熱伝播防止板を含む、請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
16. 前記ベンティングプレートの本体部の前端および後端と、前記熱伝播防止板に前記電池セルの電極リードが通過および支持されるリード結合用貫通孔が形成される、請求項１５に記載のバッテリーモジュール。
17. 請求項１～１６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを、前記電池セルの長手方向および厚さ方向のうち少なくとも１つの方向に複数個を積層して形成されるバッテリーモジュール積層体を含むバッテリーパック。

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