JP2015011989A - バッテリモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】安定的にバッテリモジュールを固定することができる固定構造を含むバッテリモジュールを提供する。【解決手段】第1方向に整列された複数のバッテリセル110と、複数のバッテリセル110のうち各々の最外郭のバッテリセル110と隣接して備えられ、第1方向と垂直な第2方向に延びて形成される一対のエンドプレート160と、エンドプレート160に結合される少なくとも一つのブッシュ部材140を含む。【選択図】図1

Description

本発明は、バッテリモジュールに関する。
近年、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力のバッテリモジュールが開発されている。このような高出力のバッテリモジュールは、高出力を必要とする機器、例えば電気自動車などのモータ駆動に使用できるように、複数のバッテリセルを直列に連結して大容量のバッテリモジュールを構成する。
バッテリモジュールをバッテリモジュールが取り付けられる機具の基部に固定する場合、従来には、最外郭のバッテリセルに隣接して配置されるエンドプレートの拡張によってボルト締め(bolting)のためのホールを提供する方式を利用した。
しかし、このような設計は、バッテリモジュールの重量と環境のスペックに応じた剛性を確保するために、エンドプレート母材の過設計を誘発しえる。さらに、局部的なモジュールの固定構造によるストレス集中の危険性が高くなるという問題があった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、安定的にバッテリモジュールを固定することができる固定構造を含むバッテリモジュールを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、第1方向に整列された複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルのうち各々の最外郭のバッテリセルと隣接して備えられ、前記第1方向と垂直な第2方向に延びて形成される一対のエンドプレートと、前記エンドプレートに結合される少なくとも一つのブッシュ部材と、を含むことを特徴とするバッテリモジュールが提供される。ここで、ブッシュ部材は、前記第2方向に沿って形成されてもよい。
また、前記ブッシュ部材は、前記エンドプレートから前記バッテリモジュールが取り付けられる機具の基部の方向に突出し、前記エンドプレートを前記基部に固定することができる。
また、前記ブッシュ部材は、第1ホールを含み、前記第1ホールを通過して前記基部の方向に突出することにより、前記エンドプレートを前記基部に固定する固定部材をさらに含むことができる。
また、前記固定部材は、ボルトであってもよい。
また、前記ブッシュ部材は、一対のブッシュ部材で構成され、前記一対のブッシュ部材は、前記第1方向及び前記ブッシュ部材の軸方向と垂直な第3方向に沿って離隔され、前記エンドプレートと結合されてもよい。
また、前記ブッシュ部材は、前記エンドプレートの前記第3方向上の両端に結合されてもよい。
また、前記エンドプレートは、前記エンドプレートの前記第3方向上の両端から前記最外郭のバッテリセルの方向に前記第1方向に沿って延びた延長部をさらに含み、前記ブッシュ部材は、延長部に結合されてもよい。
また、前記ブッシュ部材は、前記基部の反対の方向に延びて、前記エンドプレートから突出し、前記第1方向に沿って前記エンドプレート上にガイドされ、前記第3方向に沿って前記延長部上にガイドされるガイド部をさらに含むことができる。
また、前記ブッシュ部材と前記延長部とは、レーザー溶接または超音波溶接によって結合されてもよい。
また、前記最外郭のバッテリセルと、前記エンドプレートとの間に配置されるエンドブロックをさらに含むことができる。
また、前記エンドブロックには、前記ブッシュ部材が安着される安着領域が設けられてもよい。
また、前記エンドブロックは、前記エンドプレートと前記最外郭のバッテリセルと面接触するように配置されてもよい。
また、前記エンドプレートは、第1結合領域を含み、前記エンドブロックは、前記第1結合領域と結合される第2結合領域とを含むことができる。
また、前記第1結合領域は、前記エンドプレートから前記最外郭のバッテリセルの方向に突出して形成されてもよい。
また、前記エンドブロックは、前記エンドプレートより軽い材質で形成されてもよい。
また、前記一対のエンドプレートの間を連結するサイドプレートをさらに含み、前記サイドプレートは、前記複数のバッテリセルに沿って前記第1方向に延びて形成されてもよい。
また、前記サイドプレートは、前記基部と隣接した前記サイドプレートの端から前記バッテリセルに向かって前記第1方向及び前記ブッシュ部材の軸方向と垂直な第3方向に沿って延びた第2ホールを含む第1固定ホール部を含み、前記固定部材は、前記第1ホール及び前記第2ホールに挿入され、前記サイドプレートと前記ブッシュ部材とを締結することができる。
また、前記バッテリセルの上面を覆うトッププレートをさらに含むことができる。
また、前記トッププレートは、前記ブッシュ部材の第1ホールの上端に延びて形成され、内部に第3ホールを含む第2固定ホール部をさらに含み、前記固定部材は、前記第1ホール及び前記第3ホールに挿入され、前記トッププレートと前記ブッシュ部材とを締結することができる。
以上説明したように本発明によれば、安定的にバッテリモジュールを固定することができる固定構造を含むバッテリモジュールを提供することができる。
本発明の好ましい実施形態によるバッテリモジュールの斜視図である。 図1のバッテリモジュールの分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるエンドプレートとブッシュ部材及び固定部材間の連結関係を説明するために示す図である。 本発明の別の実施形態によるエンドプレートとブッシュ部材とを示す斜視図である。 本発明の別の実施形態によるエンドプレートとブッシュ部材とを示す斜視図である。 本発明の別の実施形態によるバッテリモジュールの斜視図である。 図6のエンドブロック、エンドプレート及びブッシュ部材の斜視図である。 本発明の別の実施形態によるエンドブロック、エンドプレート及びブッシュ部材の斜視図である。 本発明の別の実施形態によるエンドブロック及びエンドプレートを示した斜視図である。 本発明の別の実施形態によるエンドブロック及びエンドプレートを示した斜視図である。 本発明の別の実施形態によるバッテリモジュールの斜視図である。 図11のバッテリモジュールの分解斜視図である。
その他実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。また、本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる多様な形態で具現することができ、以下の説明ではある部分が他の部分と連結されているとしたとき、これは、直接連結されている場合のみならず、その中間に他の素子を間に置いて電気的に連結されている場合も含む。また、図面では、本発明と関係のない部分は、本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体を通じて類似した部分については同一の符号を付した。
以下、添付した図面を参照しながら本発明について説明する。図1は、本発明の好ましい実施形態によるバッテリモジュールの斜視図、図2は、図1のバッテリモジュールの分解斜視図である。
本発明の一実施形態によるバッテリモジュール100は、一方向に整列される複数のバッテリセル110を含むが、前記バッテリセル110は、隣接するバッテリセル110の広い面が互いに対面するように整列される。
前記バッテリモジュール100を構成するバッテリセル110は、一面が開口されたバッテリケースと前記バッテリケース内に収納された電極組立体及び電解液で構成されてもよい。電極組立体及び電解液は、電気化学的に反応してエネルギーを発生し、前記バッテリケースは、第1面118によって密閉されることができる。例えば、前記バッテリセル110の第1面118は、キャップ組立体を含むことができる。
前記第1面118には、互いに異なる極性を有するアノード端子112及びカソード端子113、ベント部114が具備されることができ、前記ベント部114は、バッテリセル110の安全手段としてバッテリセル110の内部で発生する気体を外部に放出する通路として作用する。
本実施形態では、前記バッテリセル110は、リチウムイオン二次バッテリであり、角型であることを一例として説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、リチウムポリマーなど様々な形のバッテリを適用することができる。
最外郭のバッテリセル110に隣接して一対のエンドプレート160が具備され、バッテリセル110の側面には、前記一対のエンドプレート160の間を連結する一対のサイドプレート170が配置される。このとき、エンドプレート160とサイドプレート170との間は、レーザー溶接または超音波溶接によって結合することができる。複数のバッテリセル110は、一対のエンドプレート160と一対のサイドプレート170とによって区画された空間の中に、第1方向に整列されて具備されてもよい。
この時、前記バッテリセル110は、複数個が広い前面が互いに対向するように並んで整列されるため、隣接した二つのバッテリセル110のアノード端子112及びカソード端子113は、バスバー130を介して電気的に連結されることができる。バスバー130は、端子部111の間を電気的に連結できるように、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金等の導電性金属で構成することができる。また、バスバー130は、端子部111に溶接されて接合することができる。ここで、溶接とは、レーザ溶接または超音波溶接でありえる。バスバー130の形状は、端子部111の形状に応じて多様に形成されうることは勿論である。
エンドプレート160には、第1方向と垂直な第2方向に沿って延びて形成され、内部に第1ホール140aが具備されているブッシュ部材140が結合される。なお、図1では、第2方向は端子部111を含むバッテリセル上面に垂直な方向を示しているが、この方向は第1方向と垂直な方向の一例にすぎず、第2方向は他の方向となることができる。ブッシュ部材140は、エンドプレート160からバッテリモジュール100が取り付けられる機具の基部10方向に突出し、エンドプレート160が基部10に固定されるようにする。
より詳細には、ブッシュ部材140の第1ホール140aを通過して基部の方向に突出する固定部材150によって、バッテリモジュール100は、バッテリモジュール100が取り付けられる機具の基部10に締結されてもよい。
図3は、本発明の一実施形態によるエンドプレートとブッシュ部材及び固定部材の間の連結関係を説明するために示す図である。
図3を参照すると、ブッシュ部材140は、一対のブッシュ部材140で構成され、一対のブッシュ部材140は、第1方向及びブッシュ部材140の軸方向と垂直な第3方向に沿って離隔され、エンドプレート160と結合されることができる。この時、ブッシュ部材140は、エンドプレート160の第3方向上の両端に結合されることができる。
エンドプレート160は、バッテリセル110の方向にエンドプレート160の第3方向上の両端から最外郭のバッテリセルの方向に第1方向に沿って延びた延長部161を備え、ブッシュ部材140は、延長部161に結合される。
エンドプレート160とブッシュ部材140とは、いずれも鋼のような金属の材質で形成されることができ、ブッシュ部材140は、延長部161とレーザー溶接または超音波溶接によって堅固に結合されてもよい。
ブッシュ部材140には、ブッシュ部材140の軸方向に沿って貫通して形成される第1ホール140aが形成され、第1ホール140aを介して固定部材150が挿入される。
固定部材150は、長ボルトであってもよく、固定部材150の下端に形成された螺子線151が機具の基部10に形成されたホール11に締結されることにより、バッテリモジュール100を基部10に固定することができる。
以上のように、本発明は、エンドプレートの拡張により基部10とボルティングによるホールを提供する形態ではなく、別のブッシュ部材140を利用して基部10と締結する固定構造を提供することにより、バッテリモジュール100の基部10に堅固に締結することができる。
図4は、本発明の別の実施形態によるエンドプレートとブッシュ部材とを示す斜視図である。図4を参照すると、ブッシュ部材240の上端には前記ブッシュ部材240の位置をエンドプレート160の延長部161上にガイドするためのガイド部241が形成されることができる。
ガイド部241は、ブッシュ部材240から基部10の反対の方向に延びて、エンドプレートから突出し、第1方向に沿ってエンドプレート上にガイドされ、第3方向に沿って延長部161上にガイドされる。即ち、ガイド部241によってブッシュ部材240は、エンドプレート160の上端に引っかかることで位置がガイドされることができる。これにより、ブッシュ部材240をエンドプレート160に容易に溶接することができる。
図5は、本発明の別の実施形態によるエンドプレートとブッシュ部材とを示す斜視図である。図5を参照すると、エンドプレート260は、バッテリセル110の方向にエンドプレート260の両側から折り曲げて延びた第1延長部261と、上側及び下側から折り曲げて延びた第2延長部262とを備え、ブッシュ部材140は、第2延長部262に沿って結合されることができる。
図6は、本発明の別の実施形態によるバッテリモジュールの斜視図、図7は、図6のエンドブロック、エンドプレート及びブッシュ部材の斜視図である。以下、これを参照して本実施形態によるエンドブロック、エンドプレート及びブッシュ部材について説明する。ここで、同一または対応する構成要素は同一の図面符号を付しており、以前の実施形態と重複する説明は省略する。
図6ないし図7を参照すると、最外郭バッテリセル110とエンドプレート160との間には、エンドブロック180が配置される。より詳細には、エンドブロック180は、ブッシュ部材140によってエンドプレート160とバッテリセル110との間に形成された空間を満たすようになる。このために、エンドブロック180の両側には、ブッシュ部材140が安着される安着領域181が設けられる。安着領域181は、ブッシュ部材140の形状に対応して形成されることができる。
エンドブロック180は、エンドプレート160と最外郭のバッテリセル110と面接触するように配置され、複数のバッテリセル110を内側へ加圧することにより、バッテリセル110から発生するスウェリング(Swelling)現象を防止する役目をする。従来のバッテリモジュール100の場合、エンドプレート160のみを利用してバッテリセル110を加圧した。この場合、エンドプレート160の厚さが薄いため、バッテリセル110を強く加圧するのに限界があった。しかし、本発明の場合、エンドブロック180がさらに具備されることにより、バッテリセル110を加圧する部分の厚さが増加し、これによってバッテリセル110をより強く加圧することができる。
また、エンドブロック180は、金属材料で形成されたエンドプレート160とは異なり、プラスチック素材の軽い材質で形成されることで、バッテリモジュール100の重量が増加することを防止する。
図8は、本発明の別の実施形態によるエンドブロック、エンドプレート及びブッシュ部材の斜視図である。以下、これを参照して本実施形態によるエンドブロックとエンドプレート及びブッシュ部材について説明する。ここで、同一または対応する構成要素は同一の符号を付しており、以前の実施形態と重複する説明は省略する。
図8を参照すると、エンドブロック280の上側及び下側には、ブッシュ部材140が装着される安着領域281が設けられる。安着領域281は、ブッシュ部材140の形状に対応して形成されることができる。
図9は、本発明の別の実施形態によるエンドブロック及びエンドプレートを示した斜視図である。以下、これを参照して本実施形態によるエンドブロック及びエンドプレートについて説明する。ここで、同一または対応する構成要素は同一の符号を付しており、以前の実施形態と重複する説明は省略する。
図9を参照すると、エンドプレート360の側面には、エンドブロック380の方向に突出する少なくとも一つの第1結合領域363が形成される。また、エンドブロック380の側面には、前記第1結合領域363を収容する少なくとも一つの第2結合領域383が形成される。前記第1結合領域363が前記第2結合領域383に収容されることにより、エンドブロック380とエンドプレート360との間の緊密な結合が可能であり、エンドプレート360の撓みに対する剛性を向上させることができる。
図10は、本発明の別の実施形態によるエンドブロックとエンドプレートを示した斜視図である。以下、これを参照して本実施形態によるエンドブロックとエンドプレートについて説明する。ここで、同一または対応する構成要素は同一の符号を付しており、以前の実施形態と重複する説明は省略する。
図10を参照すると、エンドプレート460の側面には、エンドブロック480の方向に突出する少なくとも一つの第1結合領域463が形成される。また、エンドブロック480の側面には、前記第1結合領域463を収容する少なくとも一つの第2結合領域483が形成される。前記第1結合領域463が前記第2結合領域483に収容されることにより、エンドブロック480とエンドプレート460との間の緊密な結合が可能であり、エンドプレート460の撓みに対する剛性を向上させることができる。
また、エンドプレート460は、バッテリセル110の方向にエンドプレート460の両側から折り曲げて延びた第1延長部461及びバッテリセル110の方向にエンドプレート460の上側及び下側から折り曲げて延びた第2延長部462を備え、ブッシュ部材140は、第2延長部462に沿って結合されることができる。これに対応してエンドブロック480の上側及び下側には、ブッシュ部材140が安着する安着領域481が設けられる。
図11は、本発明の別の実施形態によるバッテリモジュールの斜視図であり、図12は、図11のバッテリモジュールの分解斜視図である。以下、これを参照して本実施形態によるバッテリモジュールについて説明する。ここで、同一または対応する構成要素は同一の符号を付しており、以前の実施形態と重複する説明は省略する。
図11ないし図12を参照すると、バッテリセル110の側面に配置されたサイドプレート270は、基部10と隣接するサイドプレート270の端からバッテリセル110に向かって、第3方向に沿って延び、内部に第2ホール271aを含む第1固定ホール部271を含むことができる。
固定部材150は、ブッシュ部材140に形成された第1ホール140aと、第1固定ホール部271の第2ホール271aに挿入されて、サイドプレート270とブッシュ部材140とを一緒に締結することにより、サイドプレート270とエンドプレート160との間の結合をより堅固なものとすることができる。
バッテリモジュール100は、バッテリセル110の上部を覆うトッププレート290を含むことができる。ここで、トッププレート290は、バッテリセル110の第1面118、すなわち、端子部111が引き出されるバッテリセル110の面を覆うことができ、これにより、端子部111またはバスバー130が外部導体と短絡されることを防止することができる。トッププレート290は、サイドプレート270と超音波溶接またはレーザー溶接によって結合されることができる。
また、トッププレート290には、ブッシュ部材140の第1ホール140aの上端に延びて形成され、内部に第3ホール291aを含む第2固定ホール部291を含むことができる。固定部材150は、ブッシュ部材140に形成された第1ホール140a及び第3ホール291aに挿入されてトッププレート290とブッシュ部材140とを一緒に締結することにより、トッププレート290とエンドプレート160との間の結合をより堅固なものとすることができる。
上述したように、本発明は、バッテリモジュール100を固定するための別途のブッシュ部材140を備えることにより、バッテリモジュールを安定的に基部10に固定することができる。また、ブッシュ部材140が一対のエンドプレート160それぞれの両側、または上側及び下側に結合されるので、バッテリモジュール100全体に加えられる外部の衝撃をエンドプレート160に均等に分配することができる。これにより、一定の部分のみに衝撃が集中することを防止することができる。
以上のように、本発明は、具体的な構成要素と限定された実施形態及び図面によって説明されたが、これは、本発明のより全体的な理解のために提供されたものであり、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から様々な変更および変形が可能である。したがって、本発明の思想は、説明された実施形態に限定されてはならず、後述する特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等であるか、又は等価的変形のあるすべてのものは、本発明の思想の範疇に属すると言える。
100 バッテリモジュール、
110 バッテリセル、
111 端子部、
112 アノード端子、
113 カソード端子、
114 ベント、
130 バスバー、
140、240 ブッシュ部材、
140a、240a 第1ホール、
150 固定部材、
151 螺子線、
160、260、360、460 エンドプレート、
161、261、262、462 延長部、
170、270 サイドプレート、
180、280、380、480 エンドブロック、
181、281、381、481 安着領域、
241 ガイド部、
271 第1固定ホール部、
271a 第2ホール、
290 トッププレート、
291 第2固定ホール部、
291a 第3ホール、
363、463 第1結合領域、
383、483 第2結合領域

Claims (20)

  1. 第1方向に整列された複数のバッテリセルと、
    前記複数のバッテリセルのうち各々の最外郭のバッテリセルと隣接して備えられ、前記第1方向と垂直な第2方向に延びて形成される一対のエンドプレートと、
    前記エンドプレートに結合される少なくとも一つのブッシュ部材と、
    を含むことを特徴とするバッテリモジュール。
  2. 前記ブッシュ部材は、前記第2方向に沿って形成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。
  3. 前記ブッシュ部材は、前記エンドプレートから前記バッテリモジュールが取り付けられる機具の基部の方向に突出し、前記エンドプレートを前記基部に固定することを特徴とする請求項1または2に記載のバッテリモジュール。
  4. 前記ブッシュ部材は、第1ホールを含み、前記第1ホールを通過して前記基部の方向に突出することにより、前記エンドプレートを前記基部に固定する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。
  5. 前記固定部材は、ボルトであることを特徴とする請求項4に記載のバッテリモジュール。
  6. 前記ブッシュ部材は、一対のブッシュ部材で構成され、前記一対のブッシュ部材は、前記第1方向及び前記ブッシュ部材の軸方向と垂直な第3方向に沿って離隔され、前記エンドプレートと結合されることを特徴とする請求項4に記載のバッテリモジュール。
  7. 前記ブッシュ部材は、前記エンドプレートの前記第3方向上の両端に結合されることを特徴とする請求項6に記載のバッテリモジュール。
  8. 前記エンドプレートは、前記エンドプレートの前記第3方向上の両端から前記最外郭のバッテリセルの方向に前記第1方向に沿って延びた延長部をさらに含み、
    前記ブッシュ部材は、前記延長部に結合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。
  9. 前記ブッシュ部材は、前記基部の反対の方向に延びて、前記エンドプレートから突出し、前記第1方向に沿って前記エンドプレート上にガイドされ、前記第3方向に沿って前記延長部上にガイドされるガイド部をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のバッテリモジュール。
  10. 前記ブッシュ部材と前記延長部とは、レーザー溶接または超音波溶接によって結合されることを特徴とする請求項8に記載のバッテリモジュール。
  11. 前記最外郭のバッテリセルと前記エンドプレートとの間に配置されるエンドブロックをさらに含むことを特徴とする請求項1〜10のうちいずれかに記載のバッテリモジュール。
  12. 前記エンドブロックには、前記ブッシュ部材が安着される安着領域が設けられる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. 前記エンドブロックは、前記エンドプレートと前記最外郭のバッテリセルと面接触するように配置される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。
  14. 前記エンドプレートは、第1結合領域を含み、前記エンドブロックは、前記第1結合領域と結合される第2結合領域と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。
  15. 前記第1結合領域は、前記エンドプレートから前記最外郭のバッテリセルの方向に突出して形成されることを特徴とする請求項14に記載のバッテリモジュール。
  16. 前記エンドブロックは、前記エンドプレートより軽い材質で形成される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。
  17. 前記一対のエンドプレートの間を連結するサイドプレートをさらに含み、前記サイドプレートは、前記複数のバッテリセルに沿って前記第1方向に延びて形成されることを特徴とする請求項4〜10のうちいずれかに記載のバッテリモジュール。
  18. 前記サイドプレートは、前記基部と隣接した前記サイドプレートの端から前記バッテリセルに向かって前記第1方向及び前記ブッシュ部材の軸方向と垂直な第3方向に沿って延びた第2ホールを含む第1固定ホール部を含み、
    前記固定部材は、前記第1ホール及び前記第2ホールに挿入され、前記サイドプレートと前記ブッシュ部材とを締結することを特徴とする請求項17に記載のバッテリモジュール。
  19. 前記バッテリセルの上面を覆うトッププレートをさらに含むことを特徴とする請求項4〜10のうちいずれかに記載のバッテリモジュール。
  20. 前記トッププレートは、前記ブッシュ部材の前記第1ホールの上端に延びて形成され、内部に第3ホールを含む第2固定ホール部をさらに含み、
    前記固定部材は、前記第1ホール及び前記第3ホールに挿入され、前記トッププレートと前記ブッシュ部材とを締結することを特徴とする請求項19に記載のバッテリモジュール。

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