JP2009529216A - 中型又は大型のバッテリーモジュール - Google Patents

中型又は大型のバッテリーモジュール Download PDF

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Abstract

合成樹脂又は金属から作られた高強度外装部材によって囲繞された１つ又は複数の板状バッテリーセルを各々ユニットセルとして有する２以上のユニットモジュールと、ユニットモジュールが上部及び下部フレーム部材の中に垂直に取り付けられるように、組立式結合構造で互いに結合された分離可能な上部及び下部フレーム部材と、を備える中型又は大型のバッテリーモジュールが、本明細書で開示される。本発明は、バッテリーセルの低機械強度を効果的に補強しながら、バッテリーセルの重量及びサイズを最小限にし、かつバッテリーセルの動作状態を感知することができる感知ユニットを中型又は大型のバッテリーモジュールに容易に取り付ける効果を有する。さらに、本発明は、機械的結合及び電気的接続のために複数の部材を使用することなしに簡単な組立プロセスによってバッテリーモジュールを製造する効果を有し、それによって、バッテリーモジュールの製造コストを下げ、かつバッテリーモジュールの製造又は動作中にバッテリーモジュールが短絡又は損傷されるのを効果的に防止する。さらに、本発明は、本バッテリーモジュールをユニットボディとして使用して所望の出力及び容量を有する中又は大型バッテリーシステムを製造する効果を有する。

Description

本発明は、中型又は大型のバッテリーモジュールに関し、より詳細には、合成樹脂又は金属から作られた高強度外装部材で囲繞された１つ又は複数の板状バッテリーセルを各々ユニットセルとして有する２以上のユニットモジュールと、ユニットモジュールが上部及び下部フレーム部材の中に垂直に取り付けられるように組立式結合構造で互い結合された分離可能な上部及び下部フレーム部材と、を含む中型又は大型のバッテリーモジュールに関する。
最近、無線移動デバイス用のエネルギー源として、充放電可能である二次バッテリーが広く使用されている。また、二次バッテリーは、化石燃料を使用する既存のガソリン及びディーゼル自動車によって引き起こされる空気汚染などの問題を解決するために開発された電気自動車（ＥＶ）及びハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）用のエネルギー源としてかなりの注意を集めている。
小型移動デバイスは、各デバイスに１つ又はいくつかの小型バッテリーセルを使用する。他方で、自動車などの中又は大型デバイスは、高出力大容量が中又は大型デバイスに必要なので、互いに電気的に接続された複数のバッテリーセルを備える中型又は大型のバッテリーモジュールを使用する。
好ましくは、中型又は大型のバッテリーモジュールは、可能であれば小サイズかつ小重量で製造される。この理由のために、通常、高集積に積み重ね可能で小さな重量対容量比を有する角形バッテリー又はポーチ状バッテリーが、中型又は大型のバッテリーモジュールのバッテリーセルとして使用される。特に、外装部材としてアルミニウム積層シートを使用するポーチ状バッテリーに、現在多くの関心が生じている。その理由は、ポーチ状バッテリーの重量が小さく、かつポーチ状バッテリーの製造コストが低いからである。
図１は、従来の代表的なポーチ状バッテリーを典型的に示す透視図である。図１に示されたポーチ状バッテリー１０は、２つの電極リード線１１及び１２がバッテリー本体１３の上端部及び下端部からそれぞれ突き出し、一方で、これらの電極リード線１１及び１２は互いに反対側にある構造で組み立てられる。外装部材１４は、上部外装部分及び下部外装部分を備える。すなわち、外装部材１４は、２ユニット部材である。電極組立体（図示されない）は、外装部材１４の上部外装部分と下部外装部分の間に画定される収容部分に収容される。外装部材１４の上部外装部分と下部外装部分の接触領域である相対する側部１４ａ及び上端部１４ｂ及び下端部１４ｃは、互いに接着され、それによってポーチ状バッテリー１０が製造される。外装部材１４は、樹脂層／金属膜層／樹脂層の積層構造で組み立てられる。結果として、互いに接触する外装部材１４の上部外装部分及び下部外装部分の相対する側部１４ａ及び上端部１４ｂ及び下端部１４ｃを、これらの部分の樹脂層を互いに溶着するように外装部材１４の上部外装部分及び下部外装部分の相対する側部１４ａ及び上端部１４ｂ及び下端部１４ｃに熱及び圧力を加えることによって、互いに接着することができる。状況に応じて、外装部材１４の上部外装部分及び下部外装部分の相対する側部１４ａ及び上端部１４ｂ及び下端部１４ｃは、接着剤を使用して互いに接着されることがある。外装部材１４の相対する側部１４ａでは、外装部材１４の上部外装部分と下部外装部分の同じ樹脂層が互いに直接接触し、それによって、外装部材１４の相対する側部１４ａでの一様な密封が溶着によって達成される。他方で、外装部材１４の上端部１４ｂ及び下端部１４ｃでは、電極リード線１１及び１２が、外装部材１４の上端部１４ｂ及び下端部１４ｃからそれぞれ突き出ている。この理由のために、外装部材１４の上部外装部分及び下部外装部分の上端部１４ｂ及び下端部１４ｃは互いに熱的に溶着され、一方で、電極リード線１１及び１２の厚さ及び電極リード線１１及び１２と外装部材１４の間の材料の違いを考慮して、外装部材１４の密封能力を高めるために、電極リード線１１及び１２と外装部材１４の間に膜状密封部材１６が挿入される。
しかし、外装部材１４の機械的強度は低い。この問題を解決するために、安定な構造を持つバッテリーモジュールを製造するようにバッテリーセル（ユニットセル）をカートリッジなどのパックケース中に取り付ける方法が提案された。しかし、中型又は大型のバッテリーモジュールが設置されるデバイス又は自動車は、限られた設置スペースを有している。結果として、カートリッジなどのパックケースの使用によってバッテリーモジュールのサイズが大きくなるとき、空間利用率は低下する。また、低機械強度のために、バッテリーセルの充放電中に、バッテリーセルは繰り返して膨張し収縮する。その結果として、外装部材の熱溶着領域は、容易に、互いに分離することがある。
また、バッテリーモジュールは、互いに組み合わされた複数のバッテリーセルを含む構造体であるので、バッテリーセルのいくつかで過電圧、過電流及び過熱が生じたとき、バッテリーモジュールの安全性及び動作効率が低下する。したがって、過電圧、過電流及び過熱を感知する感知ユニットが必要とされる。特に、実時間又は所定の時間間隔でバッテリーセルの動作を感知し制御するように、電圧又は温度センサがバッテリーセルに接続される。しかし、感知ユニットの取付け又は接続は、バッテリーモジュールの組立プロセスを複雑にする。さらに、感知ユニットの取付け又は接続のために必要な複数の線を取り付けるために、短絡が起こることがある。
さらに、複数のバッテリーセル又は、所定の数のバッテリーセルを各々含む複数のユニットモジュールを使用して、中型又は大型のバッテリーモジュールが組み立てられるとき、バッテリーセル又はユニットモジュール間の機械的結合及び電気的接続を行うための複数の部材が必要とされ、機械的結合及び電気的接続用部材を組み立てるプロセスは、非常に複雑である。さらに、機械的結合及び電気的接続用部材を結合、溶着、又は半田付けするためのスペースが必要とされ、その結果、システムの全体的なサイズは増すことになる。システムのサイズの増大は、上述の態様では好ましくない。したがって、コンパクトで構造的に安定な中型又は大型のバッテリーモジュールの必要性が高い。
国際特許出願第ＰＣＴ／ＫＲ２００４／００３３１２号
したがって、上記の問題及びまだ解決されていない他の技術的問題を解決するために、本発明がなされた。
特に、本発明の目的は、バッテリーセルの低機械強度を効果的に補強しながら、バッテリーセルの重量及びサイズを最小限にし、かつバッテリーセルの動作状態を感知することができる感知ユニットが容易に取り付けられる中型又は大型のバッテリーモジュールを提供することである。
本発明の他の目的は、機械的結合及び電気的接続に複数の部材を使用することなしに簡単な組立プロセスによって製造され、それによって中型又は大型のバッテリーモジュールの製造コストが下げられ、さらに、中型又は大型のバッテリーモジュールの製造又は動作中の短絡又は損傷が効果的に防止された中型又は大型のバッテリーモジュールを提供することである。
本発明のさらなる目的は、中又は大型バッテリーシステムが所望の出力及び容量を有するように、中型又は大型のバッテリーモジュールをユニットボディとして使用して製造される中又は大型バッテリーシステムを提供することである。
本発明の一態様に従って、上述及び他の目的は、合成樹脂又は金属から作られた高強度外装部材で囲繞された１つ又は複数の板状バッテリーセルを各々ユニットセルとして有する２以上のユニットモジュールと、ユニットモジュールが上部及び下部フレーム部材の中に垂直に取り付けられるように組立式結合構造で互い結合された分離可能な上部及び下部フレーム部材と、を備える中型又は大型のバッテリーモジュールを実現することによって達成することができる。
板状バッテリーセルは、二次バッテリーがバッテリーモジュールを組み立てるように積み重ねられたとき二次バッテリーの全体的なサイズが最小限であるような具合に、小さな厚さ及び比較的大きな幅と長さを有する二次バッテリーである。好ましい実施形態では、各板状バッテリーセルは、樹脂層及び金属層を含む積層シートから作られたバッテリーケース中に電極組立体が取り付けられる構造で組み立てられた二次バッテリーであり、電極端子は、バッテリーケースの上端部及び下端部から突き出ている。特に、各バッテリーセルは、アルミニウム積層シートから作られたポーチ状バッテリーケースの中に電極組立体が取り付けられる構造で組み立てられる。以後、上述の構造を有する二次バッテリーはポーチ状バッテリーセルと呼ばれる。
ポーチ状バッテリーセルのケースは、様々な構造で組み立てられることがある。例えば、ポーチ状バッテリーの外装部材は、電極組立体が２ユニット部材の上部内部表面及び／又は下部内部表面に形成された収容部分の中に収容され、さらに上部接触領域と下部接触領域が密封される構造で組み立てられることがある。上述の構造を有するポーチ状バッテリーセルは、特許文献１に開示され、この出願は、本特許出願の出願者の名前で出願された。上述の特許出願の開示は、これによって、あたかも本明細書で完全に示されたかのように参照して組み込まれる。
電極組立体は陰極及び陽極を備え、これらによってバッテリーの充電及び放電が可能である。電極組立体は、陰極と陽極が積み重ねられ、また陰極と陽極の間にセパレータがそれぞれ配置される構造で組み立てられることがある。例えば、電極組立体は、折り重ね（ジェリーロール）型構造、スタック型構造、又はスタック／折り重ね型構造で組み立てられることがある。電極組立体の陰極及び陽極は、陰極の電極タップと陽極の電極タップがバッテリーから直接外に突き出るように組み立てられることがある。代わりに、電極組立体の陰極及び陽極は、陰極の電極タップと陽極の電極タップが追加のリード線に接続され、そのリード線がバッテリーから外へ突き出るように組み立てられることがある。
バッテリーセルは、ユニットモジュールを構成するように、合成樹脂又は金属から作られた高強度外装部材で１つずつ、又は２つずつ囲繞される。この高強度外装部材は、低機械強度を有するバッテリーセルを保護しながら、バッテリーセルの充放電中のバッテリーセルの繰返し膨張収縮変化を抑制し、それによって、バッテリーセルの密封領域間の分離を防止する。
バッテリーセルは、１つのユニットモジュールの中で互い直列及び／又は並列に接続され、又は、１つのユニットモジュール中のバッテリーセルは、他のユニットモジュールのバッテリーセルと直列及び／又は並列に接続される。好ましい実施形態では、バッテリーセルの電極端子が連続して互いに隣接するような具合にバッテリーセルを長手方向に直列に配列し、バッテリーセルが互いに接触しながら積み重ねられるようにバッテリーセルを２箇所以上で曲げ、さらに積み重ねられたバッテリーセルを所定の数ずつ外装部材で囲繞しながら、バッテリーセルの電極端子を互いに結合することによって、複数のユニットモジュールが製造される。
電極端子間の結合は、溶着、半田付け、及び機械的結合などの様々なやり方で達成される。好ましくは、電極端子間の結合は溶着によって達成される。
高集積に積み重ねられ、また電極端子が互いに接続されたユニットモジュールは、組立式結合構造で互いに結合された分離可能な上部及び下部フレーム部材の中に垂直に取り付けられる。
好ましくは、ユニットモジュールが上部及び下部フレーム部材に取り付けられた後で上部及び下部フレーム部材が互いに結合されたとき、ユニットモジュールの容易な熱放散を達成するために、上部及び下部フレーム部材は、ユニットモジュールの縁部を囲繞し、かつユニットモジュールの外部表面を外部に露出させる構造で組み立てられる。特に、上部及び下部フレーム部材は、ユニットモジュールの縁部が上部及び下部フレーム部材に固定されるように、横方向に開いている。
好ましい実施形態では、上部及び下部フレーム部材は、その内側に、それぞれのユニットモジュールの垂直方向取付け作業を案内する複数の仕切りを備える。これらの仕切りは、ユニットモジュールの縁部が溝に挿入されるように上部及び下部フレーム部材の内側に形成された溝及び／又はユニットモジュールの縁部が溝にしっかり取り付けられるのを手助けする仕切り壁を含むことがある。
ユニットモジュールを上部及び下部フレーム部材の一方（例えば、下部フレーム部材）に取り付け、かつ他方のフレーム部材（例えば、上部フレーム部材）をユニットモジュールが取り付けられるフレーム部材に結合することによって、上部フレーム部材と下部フレーム部材は、互いに結合される。上部フレーム部材と下部フレーム部材の間の結合は、様々なやり方で達成されることがある。例えば、フレーム部材の一方にフックが形成されることがあり、このフックに対応する結合穴が他方のフレーム部材に形成されることがあり、それによって、上部フレーム部材と下部フレーム部材の間の結合は、追加の結合部材を使用することなしに達成される。
複数のバッテリーセルを含むバッテリーパックでは、バッテリーモジュールの安全性及び動作効率を考慮してバッテリーセルの電圧及び温度を測定し制御することが必要である。特に、それぞれのバッテリーセル又はバッテリーセルのそれぞれの電気接続領域の電圧を測定することが必要である。この理由のために、バッテリーセルの電圧又は温度を測定する感知部材を取り付けることは、バッテリーモジュールの構造をさらに複雑にする主要な要素の１つである。
上述の問題は、本発明に従って、バッテリーセルの電圧及び／又は温度を感知するためにフレーム部材の１つに沿って取り付けられた感知ユニットを設けることによって、解決されることがある。
上部及び下部フレーム部材に取り付けられたユニットモジュールの中で最も外側のユニットモジュールの電極端子は、外部回路又は隣接したバッテリーモジュールの電極端子に電気的に接続される。この目的のために、入力及び出力端子バスバーが、最も外側のユニットモジュールの電極端子に接続される。好ましい実施形態では、これらのバスバーは結合穴を備え、フレーム部材の少なくとも１つが、その外側に、結合穴に対応する結合突出部を備え、それによって、バスバーは電極端子に容易にしっかり取り付けられる。
本発明に従ったバッテリーモジュールは、さらに、バッテリーモジュールの動作を制御するデバイス（いわゆるバッテリー管理システム）を備える。好ましくは、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）は、入力及び出力端子バスバーが位置付けされた側と反対の側（バッテリーモジュールの後ろ）に取り付けられる。中又は大型バッテリーシステムを組み立てるために複数のバッテリーモジュールが使用されるとき、以下で説明されるように、それぞれのバッテリーモジュールに取り付けられたＢＭＳは、「スレーブＢＭＳ」であると言われる。
本発明に従った中型又は大型のバッテリーモジュールは、コンパクト構造で組み立てられ、中型又は大型のバッテリーモジュールの機械的結合及び電気的接続は、複数の部材を使用することなしに安定して達成される。また、所定の数のバッテリーセル、例えば、４、６、８、又は１０個のバッテリーセルを使用してバッテリーモジュールを組み立て、それによって、必要な数のバッテリーモジュールを限られたスペースに効果的に取り付けることができる。
本発明の他の態様に従って、高出力大容量を有する中又は大型バッテリーシステムが提供され、このバッテリーシステムは、複数のバッテリーモジュールを接続することによって組み立てられる。
本発明に従った中又は大型バッテリーシステムは、所望の出力及び容量に基づいてユニットモジュールを組み合わせることによって製造されることがある。本発明に従ったバッテリーシステムは、好ましくは、本バッテリーシステムの設置効率及び構造的安定性を考慮して、限られた設置スペースを有し、かつ頻発する振動及び強い衝撃にさらされる電気自動車、ハイブリット電気自動車、電気オートバイ、又は電気自転車に使用される。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び他の有利点は、添付の図面にと共に解釈される以下の詳細な説明からいっそう明らかに理解されるであろう。
添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲が例示の実施形態に限定される訳ではないことに留意すべきである。
図２は、本発明の好ましい実施形態に従った中型又は大型のバッテリーモジュールを示す分解透視図である。図３〜図８は、中型又は大型のバッテリーモジュールの組立工程を示す例示的な図である。
図２を参照すると、中型又は大型のバッテリーモジュール１００は、複数のポーチ状バッテリーセル２００と、バッテリーセル２００を２つずつ囲む金属外装部材であるセルカバー３１０と、組立式結合構造で互いに結合された上部フレーム部材４００及び下部フレーム部材５００とを含んでいる。
図３に表わすように、バッテリーセル２００、２０１の電極端子２１０、２２０、２１１、２２１が溶着によって互いに結合される一方で、バッテリーセル２００、２０１は、バッテリーセル２００、２０１の電極端子２１０、２２０、２１１及び２２１が連続して互いに隣接するように長手方向に直列に配列されている。その後、バッテリーセル２００及び２０１は、電極端子２１０、２２０、２１１及び２２１の結合領域が外側に位置付けされるように、矢印で示される方向に曲げられる。その結果として、バッテリーセル２００及び２０１は、互いに密着接触しながら積み重ねられる。その後、スタックバッテリーセル２００及び２０１は、図２に示されるように、セルカバー３１０で２つずつ囲繞される。その結果として、図４に示された構造を有するユニットモジュール３００が組み立てられる。
図４を参照すると、各バッテリーセル２００の外部表面がポーチ状ケースで構成されているので、各バッテリーセル２００は低機械強度を有する。しかし、バッテリーセル２００は高強度セルカバー３１０で囲繞され、その結果、バッテリーセル２００は外部衝撃の危険がなくなる。また、バッテリーセル２００の体積の変化は、バッテリーセルの充放電中に、セルカバー３００によって抑制される。したがって、各バッテリーセル２００に取り付けられた電極組立体の電極間の分離及びポーチ状ケースの密封部分間の分離を効果的に防止することができる。
バッテリーセル２００及び２０１の電極端子２２０及び２１１は、溶着によって互いに接続される。したがって、バッテリーセル２００と２０１の間の電気接続は、追加の結合部材を使用することなしに安定して達成される。各セルカバー３１０の相対する主側面には、互いに所定の間隔を開けて配置された複数の溝３２０が形成される。したがって、バッテリーセル２００及び２０１が積み重ねられている限り冷却材チャネルが当然形成され、それによって、効果的な熱放散が達成される。
互いに結合されていない最も外側のユニットモジュール３００及び３０３の電極端子２１０は、後で、外部回路に接続される。
上で説明されたように積み重ねられたユニットモジュールは、内側に仕切りが形成された下部フレーム部材５００の中に垂直に嵌め込まれ、その結果、ユニットモジュールは下部フレーム部材５００の中にしっかり取り付けられる。仕切りは、溝５１０がユニットモジュール３００の上端部およぶ下端部に対応するサイズを有するように下部フレーム部材５００の上端部（図面の前面部分）の内側及び下部フレーム部材５００の下端部（図面の裏面部分）の内側に形成された溝５１０によって画定され、さらに、仕切り壁５２０がユニットモジュールの横側面の間に置かれるように、仕切り壁５２０は、下部フレーム部材５００の横側面（図面の底部分）の内側から突き出ている。下部フレーム部材５００は、ほぼ「［」状の構造で組み立てられる。したがって、下部フレーム部材５００に取り付けられたユニットモジュール３００の相対する主側面の大部分は、外側に露出され、それによって、ユニットモジュール３００からの熱の放散が達成される。
再び図２を参照して、下部フレーム部材５００は、それの一方の側に、フック５３０を備え、このフック５３０は、下部フレーム部材５００が上部フレーム部材４００と結合されるように上部フレーム部材４００に形成された結合穴４１０に挿入される。したがって、下部フレーム部材５００と上部フレーム部材４００の間の安定した結合が、追加の結合部材を使用することなしに、容易に達成される。
図６は、ユニットモジュール３００が取り付けられる下部フレーム部材５００と上部フレーム部材４００の間の結合を示す透視図である。また、上部フレーム部材４００は、それの内側に、仕切り壁（図示されない）を備え、その仕切り壁は、ユニットモジュール３００の横側面の間に置かれている。
最も外側のユニットモジュール３００及び３０３の一方の側の電極端子２１０及び２２３は、前の方へ突き出ている。これらの電極端子２１０及び２２３にバスバー６００及び６０１が結合され、これらのバスバー６００及び６０１は図２に示されている。電極端子２１０及び２２３を曲げることなしにバスバー６００及び６０１が電極端子２１０及び２２３に結合され得るように、バスバー６００及び６０１の各々は、一方の側が曲げられている。また、バスバー６００及び６０１は結合穴６１０を備え、バスバー６００及び６０１が上部フレーム部材４００にしっかり取り付けられ、一方で、バスバー６００及び６０１が電極端子２１０及び２２３に結合されるように、上部フレーム部材４００に形成された結合突出部４２０がこの結合穴６１０に貫通挿入される。
図７は、バスバーと電極端子の間の結合を典型的に示す透視図である。図７を参照すると、ユニットモジュール３００の電極端子２１０は、バスバー６００の垂直に曲げられた側６２０と密着接触し、したがって、抵抗溶着が容易に実行可能である。同時に、バスバー６００は、結合突出部４２０を結合穴６１０の中へ挿入することによって、上部フレーム部材４００に結合される。したがって、振動又は衝撃がバスバー６００に加えられるが、バスバー６００の安定な取付け状態が維持される。
再び図２を参照して、バッテリーセル２００及び２０１の電圧及び温度を感知するための感知線７００は、下部フレーム部材５００に接続される。特に、感知線７００は、ユニットモジュール３００の電圧を感知するための下部フレーム部材５００の上端部及び下端部の電極端子結合領域に、下部フレーム部材５００とほぼ同じ形で接続される。したがって、バッテリーモジュールは、簡単な構造で組み立てられる。
感知線７００は、下部フレーム部材５００の底に位置付けされ、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）８００に接続されている。図８は、ＢＭＳ８００が取り付けられた中型又は大型のバッテリーモジュール１００の裏面を典型的に示す透視図である。
所望の出力及び容量を有する中又は大型バッテリーシステムを組み立てるために、図９に示されるように、複数のバッテリーモジュールが積み重ねられることがある。
図９を参照すると、中又は大型バッテリーシステムは、複数のバッテリーモジュール１００及び１０１を積み重ねることによって製造される。バスバー６００及び６０１は、中又は大型バッテリーシステムの前面に位置付けされ、ＢＭＳ８００及び８０１は、中又は大型バッテリーシステムの裏面に位置付けされる。
バスバー６００及び６０１は、線、金属板、プリント回路基板（ＰＣＢ）、可撓性ＰＣＢなどの接続部材（図示されない）を介して互いに電気的に接続されることがある。さらに、バッテリーシステムの全体的な動作を制御するために、追加のＢＭＳ（図示されない）が中又は大型バッテリーシステムに取り付けられることがある。この場合、それぞれのバッテリーモジュール１００及び１０１に取り付けられたＢＭＳ８００及び８０１は、スレーブＢＭＳとして働く。
本発明の好ましい実施形態が例示の目的のために開示されたが、添付の特許請求の範囲に開示されるような本発明の範囲及び精神から逸脱することなしに、様々な修正物、追加物及び代替物が可能であることを、当業者は理解するであろう。
上述の説明から明らかなように、本発明は、バッテリーセルの低機械強度を効果的に補強しながら、バッテリーセルの重量及びサイズを最小限にし、かつバッテリーセルの動作状態を感知することができる感知ユニットを中型又は大型のバッテリーモジュールに容易に取り付ける効果を有する。さらに、本発明は、機械的結合及び電気的接続のために複数の部材を使用することなしに簡単な組立プロセスでバッテリーモジュールを製造する効果を有し、それによって、バッテリーモジュールの製造コストを下げ、バッテリーモジュールの製造又は動作中にバッテリーモジュールが短絡又は損傷されるのを効果的に防ぐ。さらに、本発明は、バッテリーモジュールをユニットボディとして使用して、所望の出力及び容量を有する中又は大型バッテリーシステムを製造する効果を有する。
従来の代表的なポーチ状バッテリーを示す透視図である。 本発明の好ましい実施形態に従った中型又は大型のバッテリーモジュールを示す分解組立透視図である。 図２に示された中型又は大型のバッテリーモジュールを組み立てるためのプロセスを示す典型的な図である。 図２に示された中型又は大型のバッテリーモジュールを組み立てるためのプロセスを示す典型的な図である。 図２に示された中型又は大型のバッテリーモジュールを組み立てるためのプロセスを示す典型的な図である。 図２に示された中型又は大型のバッテリーモジュールを組み立てるためのプロセスを示す典型的な図である。 図２に示された中型又は大型のバッテリーモジュールを組み立てるためのプロセスを示す典型的な図である。 図２に示された中型又は大型のバッテリーモジュールを組み立てるためのプロセスを示す典型的な図である。 複数のバッテリーモジュールを積み重ねることによって製造された中又は大型バッテリーシステムを示す典型的な図であり、それらのバッテリーモジュールの１つが図２に示されている。
符号の説明
１００ バッテリーモジュール
１０１ バッテリーモジュール
２００ ポーチ状バッテリーセル
２０１ ポーチ状バッテリーセル
２１０ 電極端子
２１１ 電極端子
２２０ 電極端子
２２１ 電極端子
２２３ 電極端子
３００ ユニットモジュール
３０３ ユニットモジュール
３１０ セルカバー
３２０ 溝
４００ 上部フレーム部材
４１０ 結合穴
４２０ 結合突出部
５００ 下部フレーム部材
５１０ 溝
５２０ 仕切り壁
５３０ フック
６００ バスバー
６０１ バスバー
６１０ 結合穴
７００ 感知線
８００ バッテリー管理システム（ＢＭＳ）
８０１ バッテリー管理システム（ＢＭＳ）

Claims (13)

  1. それぞれが合成樹脂又は金属から作られた高強度の外装部材によって囲繞された１つ又は複数の板状バッテリーセルをユニットセルとして有している２つ以上のユニットモジュールと、
    前記ユニットモジュールが上部フレーム部材及び下部フレーム部材内で垂直に取り付けられるように、組立式結合構造で互いに結合された分離可能な前記上部フレーム部材及び前記下部フレーム部材と、
    を備えていることを特徴とする中型又は大型のバッテリーモジュール。
  2. 各板状のバッテリーセルは、電極組立体が樹脂層及び金属層を含む積層シートから作られたバッテリーケース内に取り付けられ、且つ、電極端子が前記バッテリーケースの上端部及び下端部から突出している構造で構成されている二次バッテリーであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 各前記バッテリーセルは、前記電極組立体がアルミニウム積層シートから作られたポーチ状のバッテリーケース内に取り付けられた構造で構成されているポーチ状バッテリーセルであることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記バッテリーセルの前記電極端子が連続的に互いに隣り合うように前記バッテリーセルを長手方向に直列に配列した状態で前記バッテリーセルの電極端子を互いに結合し、前記バッテリーセルが互いに緊密に接触した状態で積み重ねられるように前記バッテリーセルを２箇所以上で曲げ、且つ、所定数量単位で前記スタックバッテリーセルを前記外装部材で囲繞することによって、前記ユニットモジュールを製造することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記上部フレーム部材及び前記下部フレーム部材は、前記ユニットモジュールの縁部を前記上部フレーム部材及び前記下部フレーム部材に固定可能なように横方向に開口していることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記上部及び下部フレーム部材が、各前記ユニットモジュールを垂直に取付けることを誘導するために、複数の仕切りを内蔵していることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記ユニットモジュールの前記縁部が、溝内に挿入され、及び／又は前記ユニットモジュールの前記縁部を前記溝内に安定的に取り付けることを補助するための仕切り壁内に挿入されるように、前記仕切りが、前記上部フレーム部材及び前記下部フレーム部材の内側に形成された前記溝を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記組立式結合構造が、前記上部フレーム部材及び前記下部フレーム部材のうちいずれか一方のフレーム部材に形成されたフックと、前記フックに対応するように他方のフレーム部材に形成された結合穴とを含んでいる構造であることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記バッテリーセルの電圧及び／又は温度を感知するために前記上部フレーム部材及び前記上部フレーム部材のうち一方のフレーム部材に沿って取り付けられた感知ユニットをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  10. 隣接するバッテリーモジュールの外部回路又は電極端子に前記電極端子を電気的に接続するために最も外側の前記ユニットモジュールの電極端子に結合されているバスバーをさらに備えており、
    前記バスバーが、結合穴を備え、
    前記バスバーに対応する前記上部フレーム部材及び前記下部フレーム部材のうち一方のフレーム部材が、自身の外側に前記結合穴に対応する結合突出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  11. 入力端子バスバー及び出力端子バスバーが前記バッテリーモジュールの動作を制御するために配置されている側の反対側（前記バッテリーモジュールの裏側）に取り付けられたバッテリー管理システム（ＢＭＳ）をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
  12. 高出力及び大容量を有している中型又は大型バッテリーシステムであって、複数の請求項１〜１１のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを接続することによって構成されていることを特徴とするバッテリーシステム。
  13. 前記バッテリーシステムが、電気車両、ハイブリッド電気車両、電動二輪車両、又は電動自転車の電源として利用されることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーシステム。
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