JP2012099477A - バッテリモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリモジュールを提供すること。
【解決手段】本発明の一実施例によるバッテリモジュールは、バッテリセルを単位とするバッテリアレイと、固定部材とを含む。バッテリセルは、電極端子およびベント部が露出する端子面と、該端子面と反対側の底面とを備える。バッテリアレイは、前記底面が対向するように水平配置される一対のバッテリセルが少なくとも2層以上積層される。固定部材は、前記バッテリアレイを固定させる。本発明によれば、限定された高さを有する自動車などのバッテリ収納空間内に、出力および容量に符合するバッテリを効率的に備えることができる。
【選択図】図12

Description

本発明は、バッテリモジュールに関し、より詳細には、配置される空間に対する活用度を高めることができる横配置式バッテリモジュールに関する。
通常、二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電によって再使用可能である。二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、無停電電源供給装置(uninterruptible power supply)などのエネルギー源として使用され、適用される外部機器の種類によって単電池の形態で使用されたり、複数の電池を接続して1つの単位で束ねた電池モジュールの形態で使用されたりする。
携帯電話のような小型モバイル機器は、単電池の出力と容量で所定時間の間作動が可能であるが、電力消耗が多い電気自動車、ハイブリッド自動車のように長時間駆動、高電力駆動が必要な場合には、出力および容量の問題から電池モジュールが好まれる。電池モジュールは、出力および容量に応じて必要な数だけのバッテリを直列および並列に接続して使用する。
本発明の課題は、高さ自体を低くすることにより、自動車内部の配置空間に対する活用度を高めることができるバッテリモジュールを提供することにある。
本発明の一実施例によるバッテリモジュールは、バッテリセルを単位とするバッテリアレイと、固定部材とを含む。
まず、本発明のバッテリモジュールは、バッテリアレイを含むバッテリモジュールにおいて、前記バッテリアレイは、複数のバッテリセルを含み、前記バッテリセルは、電極端子が露出する第1端部の端子面と、前記第1端部に対向する第2端部の底面と、前記第1端部と第2端部との間に延びた側面とを含むが、前記複数のバッテリセルの第1および第2バッテリセルの底面は、互いに向かい合うことを特徴とするバッテリモジュールを提供する。
また、本発明において、前記バッテリセルの第1端部に隣接してバッテリアレイの対向する外側端部に位置し、電極端子を露出させる電極ホールを備えたエンドプレートと、前記エンドプレートを連結させる少なくとも1つの固定部材とをさらに含む。
さらに、本発明において、前記複数のバッテリセルの少なくとも1つの第1バッテリセルは、積層方向において他の第1バッテリセルと積層されるが、前記第1バッテリセルの側面は、互いに向かい合って配置され、前記複数のバッテリセルの少なくとも1つの第2バッテリセルは、積層方向において他の第2バッテリセルと積層されるが、前記第2バッテリセルの側面は、互いに向かい合って配置され、前記少なくとも1つの第1バッテリセルと第2バッテリセルの底面は、互いに向かい合って配置される。
また、本発明において、積層方向における前記バッテリアレイの高さは、第1端部と第2端部との間で延びる方向における複数のバッテリセルのいずれか1つのバッテリセルの高さより小さい。
さらに、本発明において、互いに隣接して積層された複数のバッテリセルの間には、絶縁プレートをさらに含む。
なお、本発明において、前記第1バッテリセルと第2バッテリセルの底面の間には、支持部材をさらに含む。
また、本発明において、前記バッテリセルの各々は六面体で、前記バッテリセルの各々は、第1側面と、前記第1側面に対向して前記第1端部と第2端部との間で延びた第2側面とをさらに含むが、前記バッテリモジュールは、積層されたバッテリセルの対向する第2側面に隣接する第1および第2固定部材をさらに含む。
さらに、本発明において、前記第1固定部材および第2固定部材の少なくとも1つは、複数のバーを含む。
また、本発明において、前記第1固定部材および第2固定部材の少なくとも1つは、プレートを含む。
さらに、本発明において、前記第1バッテリセルと第2バッテリセルとの間に支持部材をさらに含み、前記支持部材は、前記第1固定部材と第2固定部材との間で固定される。
また、本発明において、前記支持部材は、ねじ固定部を含み、前記第1および第2固定部材は、前記ねじ固定部に前記第1および第2固定部材を締結するための貫通ホールを備える。
さらに、本発明において、前記支持部材は、絶縁物質を含み、前記ねじ固定部は、金属層を含む。
また、本発明において、前記バッテリセルの各々は、前記第1および第2端部の間と前記第1および第2側面の間で延び、互いに対向する一対の第3側面をさらに含み、前記バッテリモジュールは、積層されたバッテリセルの第3側面に隣接した第3固定部材をさらに含む。
さらに、本発明において、前記第3固定部材の各々は、長手方向に沿って離隔して配置された複数の放熱ホールを含む。
また、本発明において、前記バッテリセルの第1端部に隣接したバッテリアレイの互いに対向する外側端部には、エンドプレートがさらに備えられ、前記エンドプレートは、電極端子を露出する電極ホールをさらに含み、前記バッテリセルの各々は、第1端部にベントをさらに含み、前記エンドプレートは、前記ベントに対応する位置上に排気ホールをさらに含む。
なお、本発明において、前記バッテリモジュールは、電気自動車またはハイブリッド電気自動車のモータを駆動させるか、前記バッテリモジュールは、少なくとも1つの他のバッテリモジュールと電気的に接続できる。
本発明によれば、限定された高さを有する自動車などのバッテリ収納空間内に、出力および容量に符合するバッテリを効率的に備えることができる。
比較例によるバッテリモジュールの一部を示す斜視図である。 バッテリセルの一例を示す斜視図である。 一対のバッテリが配列された様子を示す斜視図である。 一対のバッテリが積層されたバッテリアレイの様子を示す分解斜視図である。 横配置式バッテリモジュールと縦配置式バッテリモジュールとの高さを比較するための概略図である。 エンドプレートの一例を示す斜視図である。 エンドプレートとバッテリセルとの間の連結構造の一例を示す側面図である。 上下固定部材の一例を示す斜視図である。 上下固定部材の一例を示す斜視図である。 側面固定部材の一例を示す正面図である。 垂直絶縁部材の一例を示す斜視図である。 図11(a)の垂直絶縁部材の断面図である。 一実施例によるバッテリモジュールの様子を示す分解斜視図である。 図12のバッテリモジュールが結合された様子を示す斜視図である。 バッテリモジュール間の接続構造の一例を示す正面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。特別な定義や言及がない場合に、本説明における「上下左右」などの方向を表示する用語は、図面に表示された状態を基準とする。また、各実施例を通じて、同一の図面符号は同一の部材を指し示す。
一方、本発明の比較例および実施例を通じて、バッテリアレイは、一定の規則で配列および積層されたバッテリセルのバンドルを意味する用語として定義する。
<比較例>
図1を参照して、比較例によるバッテリモジュールを説明する。図1は、比較例によるバッテリモジュールの一部を示す斜視図である。
図1に示すように、比較例1のバッテリモジュール100aは縦配置式である。各バッテリは、上端に正極端子11bおよび負極端子11aを備えている。各バッテリは、各電極端子11a、11bが一定の方向を有するように縦に配置および整列される。このような配置状態において、各電極端子11a、11bを、必要に応じて直列または並列に接続する。ユーザはこのような方式で必要とする出力や容量を有する縦配置式バッテリモジュール100aを実現するようになる。
一方、一般的に、電気自動車の場合、既存のガソリンまたはディーゼル燃料タンクの位置にバッテリモジュールを備えるようになる。しかし、重量配分または追加の積置空間を必要とする場合、自動車の座席下部などにまでバッテリモジュールを積置する場合が発生することがある。この場合、積載される空間の高さなどの制限によってバッテリモジュールの縦の高さが問題となり得る。
<実施例>
図2を参照して、一実施例によるバッテリセルについて説明する。図2は、バッテリセルの一例を示す斜視図である。
本実施例によるバッテリセル10は、六面体形状に形成されることが好ましい。端子面16には、両電極端子11(正極端子11b、負極端子11a)と、ベント部17とが備えられている。
ベント部17が端子面16の中央に形成されている。ベント部17は、バッテリセル10の内部で発生したガスを排出できるように形成される。ベント部17の両側面には、電極端子11が備えられる。両電極端子11は、バッテリセル10の内部で生成された電流が外部と接続される通路の役割を果たす。一方、バッテリセル10内部の電極集合体(図示せず)やキャップ組立体(図示せず)など、バッテリセル10内部の構成は、本発明の核心ではないので、詳細な説明を省略する。また、以下では、バッテリセルにおいて、電極端子が露出する面を第1端部の端子面といい、前記第1端部に対向する第2端部の第2面を底面15という。
さらに、前記バッテリセルは、前記第1端部と第2端部との間に延びた側面を含むが、前記側面は、第1側面に対向する第2側面を含む。
図3ないし図5を参照して、本実施例によるバッテリアレイについて説明する。図3は、一対のバッテリが配列された様子を示す斜視図であり、図4は、一対のバッテリが積層されたバッテリアレイの様子を示す分解斜視図であり、図5は、縦配置式バッテリモジュールとの高さを比較するための概略図である。
図3に示すように、バッテリセル10は、2つのバッテリセル10が第2端部の第2面である底面15が向かい合うように横に配置される。このとき、各電極端子11は、外側に向かうように配置される。このように配置された一対のバッテリセル10は、図4に示すように、2層以上に積層される。すなわち、前記複数のバッテリセルの少なくとも1つの第1バッテリセルは、積層方向において他の第1バッテリセルと積層されるが、前記第1バッテリセルの側面は、互いに向かい合って配置され、前記複数のバッテリセルの少なくとも1つの第2バッテリセルは、積層方向において他の第2バッテリセルと積層されるが、前記第2バッテリセルの側面は、互いに向かい合って配置される。そして、前記少なくとも1つの第1バッテリセルと第2バッテリセルの底面は、互いに向かい合って配置される。このとき、積層された上部および下部のバッテリセル10の電極端子11は、その極性を一致させることもでき、反対の極性を有するように備えることもできる。これに関しては、本実施例によるバッテリモジュール間の接続に関する説明で詳細に説明する。
また、上下に積層されたバッテリセル10の間には、電気的絶縁のために絶縁プレート600を備えることができる。絶縁プレート600は、接するバッテリセル10間の直接的な接触を防止し、電気的に絶縁させることでバッテリセル10間の短絡が生じるのを防止する。
図5に示すように、一般的なバッテリセルは、内部の電極集合体(図示せず)などの構成によって、縦長さH1が横長さH2の2倍ないし3倍程度に達するようになる。すなわち、2層にバッテリセルを積層する横配置式バッテリモジュールの場合、縦配置式バッテリモジュールに比べて、バッテリモジュール自体の高さが低くなる。一方、3層にバッテリセルを積層する横配置式バッテリモジュールの場合にも、縦配置式バッテリモジュールの電極端子11および各電極端子11を接続する接続部材(図示せず)や絶縁部材(図示せず)を考慮すると、高さの面で有利であり得る。すなわち、本発明においては、積層方向における前記バッテリアレイの高さが、バッテリセルの第1端部と第2端部との間で延びる方向におけるバッテリセルのいずれか1つのバッテリセルの高さより小さくなるように形成される。
図6および図7を参照して、エンドプレートを説明する。図6は、エンドプレートの一例を示す斜視図であり、図7は、エンドプレートとバッテリセルとの間の連結構造の一例を示す側面図である。
エンドプレート200は、前記積層されたバッテリセル10を固定するための固定部材の一種である。エンドプレート200は、積層されたバッテリセル10の端子面16(図4参照)に備えられ、他の構成とともに、バッテリセル10を固定させる役割を果たす。本実施例では、2層に積層された横配置式バッテリモジュールに用いられるエンドプレート200を説明する。
エンドプレート200の上端および下端には、ねじ方式などの締結のための第1締結ホール221がそれぞれ一対ずつ形成される。このとき、第1締結ホール221を容易に形成するために、エンドプレート200の上端および下端から直角方向に延設された第1延長部220をさらに形成することができる。第1締結ホール221が第1延長部220の上下を貫通するように形成される。
同様に、エンドプレート200の両側面には、ねじ方式などの締結のための第2締結ホール231がそれぞれ一対ずつ形成される。このとき、第2締結ホール231を容易に形成するために、エンドプレート200の両側面から前記第1延長部220と同方向に第2延長部230を延設することができる。第2締結ホール231は、第2延長部230の左右を貫通するように形成される。
また、エンドプレート200の上部中央および下部中央には、排気ホール211が形成される。排気ホール211は、前記ベント部17(図3参照)に対応する形態に形成され、対応する位置に備えられる。
さらに、排気ホール211それぞれの両側面には、電極ホール212が形成される。本実施例のように、2層に積層されたバッテリモジュールの場合、電極ホール212は合わせて4個が備えられる。図7に示すように、各電極ホール212を介してバッテリセル10の電極端子11が露出する。このとき、電極端子11の外周面に雄ねじを加工し、エンドプレート200の両側面でナットを締めることにより、各バッテリセル10とエンドプレート200とを固定させることができる。
一方、図6に示すように、前記各々の電極ホール212と排気ホール211との間には、検針ホール213が形成できる。検針ホール213は、バッテリモジュールを形成する各バッテリセルの電圧などをテストするために、各種装置の探針部(図示せず)が出入する役割を果たすようになる。
図8および図9を参照して、上下固定部材を説明する。図8および図9は、それぞれ上下固定部材の一例を示す斜視図である。上下固定部材は、バッテリアレイの上部および下部に備えられて固定させる役割を果たす。
まず、前記上下固定部材は、それぞれ第1固定部材と第2固定部材と称することができる。前記上下固定部材は、図8に示すように、一定の長さを有するバーを含む2つの固定フレーム300aで形成されてもよく、図9に示すように、一定の長さを有する固定プレート300bで形成されてもよい。2つの場合とも、固定フレーム300aや固定プレート300bの両端に、それぞれ2つの第1貫通ホール310が形成される。各第1貫通ホール310は、前記第1締結ホール221(図6参照)に対応するものであって、同じくねじ締結方式などで固定される。また、各固定フレーム300aと固定プレート300bの中央部には、第2貫通ホール311が形成される。第2貫通ホール311は、第1貫通ホール310と同様に、他の部材との締結に用いられる。
図10を参照して、側面固定部材を説明する。図10は、側面固定部材の一例を示す正面図である。
本発明において、前記側面固定部材は、第3固定部材と称することができる。すなわち、側面固定部材400は、バッテリアレイの両側面に備えられて固定させる役割を果たす。側面固定部材400は、一定の長さを有するフレーム形状に形成できる。側面固定部材400の両端には、一対の第3貫通ホール410が形成される。第3貫通ホール410は、前記第2締結ホール231(図6参照)に対応するものであって、同じくねじ締結方式などで固定される。
一方、側面固定部材400には、放熱および重量減少のための放熱ホール420が形成できる。
図11(a)、図11(b)、および図12を参照して、垂直絶縁部材および水平絶縁部材を説明する。図11(a)および図11(b)は、垂直絶縁部材の一例を示す斜視図および断面図であり、図12は、一実施例によるバッテリモジュールの様子を示す分解斜視図である。
図12に示すように、垂直絶縁部材は、バッテリアレイの底面15の間に備えられて絶縁をするための構成であり、水平絶縁部材600は、積層されたバッテリセル10の間に備えられて絶縁をするための構成である。前記垂直絶縁部材は、支持部材の形態を有している。
垂直絶縁部材500は、プレート形状などの形態に関係なく、各バッテリセル10の底面15の間を絶縁させるように具備できる。一方、各バッテリセル10は、充電および放電を繰り返す場合、ある程度膨脹するようになる。このとき、本実施例によるバッテリモジュールは、1層に配置された両端子面16間の距離が遠く、上下固定部材300aが各バッテリセル10を十分に圧迫できない場合が発生することがある。このような問題が発生することを防止するために、垂直絶縁部材500を、図11(a)および図11(b)に示されたH型ビームで形成することができる。H型ビームは、断面がH型に形成されたビームを意味する。H型ビームの上端および下端には、上下固定部材300aと連結できるように、ねじ締結部510を形成することができる。このとき、ねじ締結部510の強度を補強するために、二重射出によって形成される金属層511をさらに形成することができる。本実施例の組立段階において、ねじ締結部510と前記第2貫通ホール311とをねじ締結方式で締結する。
水平絶縁部材600は、プレート形状に形成され、上下に積層されたバッテリセル10の間に備えられる。水平絶縁部材600は、上下に積層された2つのバッテリセル10の直接的な接触を防止することで絶縁させる。
図12および図13を参照して、各構成の結合関係および作用を具体的に説明する。図12は、一実施例によるバッテリモジュールの様子を示す分解斜視図であり、図13は、図12のバッテリモジュールが結合された様子を示す斜視図である。
上述したように、各バッテリセル10は、底面15が対向するように備えられる一対のバッテリセル10を積層してバッテリアレイを形成する。このとき、積層された上下のバッテリセル10の間には、水平絶縁部材600が備えられて絶縁され、底面15が対向するように配置されたバッテリセル10の間には、垂直絶縁部材500が備えられて絶縁される。
このようなバッテリアレイの両端の端子面16には、エンドプレート200が結合される。このとき、各バッテリセル10の電極端子11は、エンドプレート200の電極ホール212を介して外部に露出する。また、各ベント部17が開放される場合、対応する各排気ホール211と当該ベント部17が連続した排気通路を形成するようになる。
上下固定部材300aは、上述したように、バッテリアレイの上端および下端でバッテリアレイの両端のエンドプレート200および垂直絶縁部材500と連結および固定される。また、側面固定部材400は、バッテリアレイの両側面に備えられ、エンドプレート200と連結および固定される。このとき、放熱ホール420を介して各バッテリセル10から発生する熱を容易に排出するようになる。
このような方式で組立られた状態のバッテリモジュール100を、図13に示した。
図14を参照して、各バッテリモジュール間の接続関係を説明する。図14は、バッテリモジュール100間の接続構造の一例を示す正面図である。
各バッテリモジュール100の電極間を、一定の導電性接続部材20を用いて接続する。図14に示されたバッテリモジュール間の接続は、直列接続の一例を示している。まず、各バッテリモジュール100は、上部には、左側に正極端子11bが、右側に負極端子11aが配置されるように、内部のバッテリセルを備える。また、各バッテリモジュール100の下部では、左側に負極端子11aが配置され、右側に正極端子11bが配置されるように、内部のバッテリセルを備える。すなわち、各バッテリモジュール100の電極端子11は、上部および下部が反対方向に形成されるようにしなければならない。
次いで、隣接するバッテリモジュール100間の電極端子11を、導電性接続部材20を用いて互いに接続させる。それ以上隣接する電極端子11がない場合には、上部および下部に備えられた電極端子11間を接続することで1つの電気的パスを形成する。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明の技術的思想が上述した好ましい実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって具体化された本発明の技術的思想を逸脱しない範疇で多様なバッテリモジュールで実現可能である。
10:バッテリセル
11:電極端子
15:底面
16:端子面
17:ベント部
100:バッテリモジュール
200:エンドプレート
211:排気ホール
212:電極ホール
213:検針ホール
220、230:延長部
400:側面固定部材
500:垂直絶縁部材
600:水平絶縁部材
300a、300b:上下固定部材

Claims (17)

  1. バッテリアレイを含むバッテリモジュールにおいて、
    前記バッテリアレイは、複数のバッテリセルを含み、前記バッテリセルは、電極端子が露出する第1端部の端子面と、前記第1端部に対向する第2端部の底面と、前記第1端部と第2端部との間に延びた側面とを含むが、前記複数のバッテリセルの第1および第2バッテリセルの底面は、互いに向かい合うことを特徴とするバッテリモジュール。
  2. 前記バッテリセルの第1端部に隣接してバッテリアレイの対向する外側端部に位置し、電極端子を露出させる電極ホールを備えたエンドプレートと、前記エンドプレートを連結させる少なくとも1つの固定部材とをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のバッテリモジュール。
  3. 前記複数のバッテリセルの少なくとも1つの第1バッテリセルは、積層方向において他の第1バッテリセルと積層されるが、前記第1バッテリセルの側面は、互いに向かい合って配置され、
    前記複数のバッテリセルの少なくとも1つの第2バッテリセルは、積層方向において他の第2バッテリセルと積層されるが、前記第2バッテリセルの側面は、互いに向かい合って配置され、
    前記少なくとも1つの第1バッテリセルと第2バッテリセルの底面は、互いに向かい合って配置されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリモジュール。
  4. 積層方向における前記バッテリアレイの高さは、第1端部と第2端部との間で延びる方向における複数のバッテリセルのいずれか1つのバッテリセルの高さより小さいことを特徴とする請求項1に記載のバッテリモジュール。
  5. 互いに隣接して積層された複数のバッテリセルの間には、絶縁プレートをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のバッテリモジュール。
  6. 前記第1バッテリセルと第2バッテリセルの底面の間には、支持部材をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のバッテリモジュール。
  7. 前記バッテリセルの各々は六面体で、前記バッテリセルの各々は、第1側面と、前記第1側面に対向して前記第1端部と第2端部との間で延びた第2側面とをさらに含むが、前記バッテリモジュールは、積層されたバッテリセルの対向する第2側面に隣接する第1および第2固定部材をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のバッテリモジュール。
  8. 前記第1固定部材および第2固定部材の少なくとも1つは、複数のバーを含むことを特徴とする請求項7に記載のバッテリモジュール。
  9. 前記第1固定部材および第2固定部材の少なくとも1つは、プレートを含むことを特徴とする請求項7に記載のバッテリモジュール。
  10. 前記第1バッテリセルと第2バッテリセルとの間に支持部材をさらに含み、前記支持部材は、前記第1固定部材と第2固定部材との間で固定されることを特徴とする請求項7に記載のバッテリモジュール。
  11. 前記支持部材は、ねじ固定部を含み、前記第1および第2固定部材は、前記ねじ固定部に前記第1および第2固定部材を締結するための貫通ホールを備えることを特徴とする請求項10に記載のバッテリモジュール。
  12. 前記支持部材は、絶縁物質を含み、前記ねじ固定部は、金属層を含むことを特徴とする請求項11に記載のバッテリモジュール。
  13. 前記バッテリセルの各々は、前記第1および2端部の間と前記第1および第2側面の間で延び、互いに対向する一対の第3側面をさらに含み、前記バッテリモジュールは、積層されたバッテリセルの第3側面に隣接した第3固定部材をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のバッテリモジュール。
  14. 前記第3固定部材の各々は、長手方向に沿って離隔して配置された複数の放熱ホールを含むことを特徴とする請求項13に記載のバッテリモジュール。
  15. 前記バッテリセルの第1端部に隣接したバッテリアレイの互いに対向する外側端部には、エンドプレートがさらに備えられ、前記エンドプレートは、電極端子を露出する電極ホールをさらに含み、
    前記バッテリセルの各々は、第1端部にベントをさらに含み、前記エンドプレートは、前記ベントに対応する位置上に排気ホールをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のバッテリモジュール。
  16. 前記バッテリモジュールは、電気自動車またはハイブリッド電気自動車のモータを駆動させることを特徴とする請求項1に記載のバッテリモジュール。
  17. 前記バッテリモジュールは、少なくとも1つの他のバッテリモジュールと電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリモジュール。
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