JP2016505205A - 自動車用バッテリーパックに含まれるバッテリーモジュール - Google Patents

Abstract

自動車用バッテリーパックに含まれるバッテリーモジュールを開示する。本発明によれば、複数の二次電池セルを含む安定的かつ経済的なバッテリーモジュールを提供する。また、複数バッテリーモジュール集合体の構成にあたり、機械的に安定的な連結の可能なバッテリーモジュールを提供することができる。

Description

本発明は、バッテリーモジュールに関し、より詳しくは、自動車用バッテリーパックに含まれるバッテリーモジュールに関する。

本出願は、２０１３年４月２９日出願の韓国特許出願第１０−２０１３−００４７４７５号及び２０１３年５月３１日出願の韓国特許出願第１０−２０１３−００６３０８８号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

二次電池は、製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有するため、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに適用されつつある。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率を向上できるため、新しいエネルギー源として注目を集めている。

現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セルの作動電圧は約２．５Ｖ〜４．２Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、前記バッテリーパックに含まれる二次電池セルの数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定し得る。

なお、複数の二次電池セルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、バッテリーパックに含まれた二次電池セルは、電気的かつ機械的に堅固に接続する必要がある。したがって、このように二次電池セルの接続が堅固になされるようにする安定的かつ経済的なバッテリーモジュール及びバッテリーパックのデザインが要求される。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、自動車用バッテリーパックに含まれるバッテリーモジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、複数の円筒型二次電池セル（以下、「セル」とする）と、前記セルの外観形状に対応する複数の溝が形成され、前記溝は前記セルの電極が外部に露出するように開放されている、上部フレームと、前記セルの外観形状に対応する複数の溝が形成され、前記溝は前記セルの電極が外部に露出するように開放されている、下部フレームと、を含み、前記上部フレームに形成された溝の上端及び前記下部フレームに形成された溝の下端には、前記セルの上端及び下端の一部を覆うことで前記セルが溝から離脱しないようにするセルストッパーが形成されている。

本発明の一実施例によれば、前記セルは３行に配列されることができる。この際、前記セルは１０列に配列されることができる。

本発明の他の実施例によれば、前記セルは３行及び２行の配置が繰り返される形態に配列されることができる。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレーム及び前記下部フレームには相互対応する位置に螺線が形成され、前記上部フレーム及び前記下部フレームは前記螺線及びねじによって結合されることができる。

本発明の一実施例によれば、前記セルストッパーは、前記溝の間の空間に位置し、四角形にすることができる。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレーム及び下部フレームにそれぞれ形成された溝は、２ｍｍないし１０ｍｍの間隔で配置されることができる。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレームの上端部には突出部が形成されることができ、前記下部フレームの下端部には前記突出部の形状及び位置に対応する凹溝部が形成されることができる。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレームに形成されたセルストッパーには突出部が形成されることができ、前記下部フレームに形成されたセルストッパーには、前記突出部の形状に対応する凹溝部が形成されることができる。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレームまたは前記下部フレームの一側面には、他のバッテリーモジュールとの結合のための連結部が形成されることができる。ここで、前記連結部は、“「”または“」”形状を有し得る。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレームまたは前記下部フレームの一側面には内部ケースとの連結のための螺線が形成されることができる。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレーム及び前記下部フレームは、互いに異なる色を有することができる。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレーム及び前記下部フレームは、高分子物質からなることができる。ここで、前記高分子物質は、ポリカーボネート（ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−Ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｅｓｉｎ）またはハロゲン族元素が含まれていないポリカーボネート（ＰＣ）と、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）との混合物であり得る。

本発明の一側面によれば、複数の二次電池セルを含む安定的かつ経済的なバッテリーモジュールを提供することができる。

本発明の一側面によれば、複数のバッテリーモジュール集合体の構成にあたり、機械的に安定的な連結の可能なバッテリーモジュールを提供することができる。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを含むバッテリーパックを示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを含むバッテリーパックの分解斜視図である。 図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。 図４は、本発明の他の実施例によるセルの配置を示した例示図である。 図５は、図３に示したバッテリーモジュールをＡ−Ａ’切断線に沿って見た断面図である。 図６は、図３に示したバッテリーモジュールのＢ部分を拡大した拡大図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール６０を含むバッテリーパック１を示す斜視図である。

図１に示したバッテリーパック１は、自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車などに設けられ得る自動車用バッテリーパックである。

望ましくは、前記バッテリーパック１の大きさは、自動車用標準バッテリーの規格に準ずる。したがって、前記バッテリーパック１は、全体的に六面体の形状を有し得る。

さらに、望ましくは、前記バッテリーモジュール６０も、自動車用標準バッテリーの規格に準ずる大きさを有し得る。しかし、前記バッテリーパック１及びバッテリーモジュール６０の大きさは、前記例に制限されず、実施例によって、横、縦、高さの長さは多様に変更し得る。

図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール６０を含むバッテリーパック１の分解斜視図である。

本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、自動車用であって１２Ｖの作動電圧を有し得る。そして、本発明の一実施例による二次電池セル６２は、３Ｖの作動電圧を有し得る。したがって、４つのバッテリーモジュール６０は直列接続され、バッテリーモジュール集合体５０を構成し得る。

そして、前記バッテリーモジュール集合体５０及び内部ケース３０は、上部パックケース１０と下部パックケース７０との間に介され、バッテリーパック１を構成する。

以下、前記バッテリーパック１に含まれるバッテリーモジュール６０について説明する。

図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール６０の斜視図である。

図３を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール６０は、上部フレーム６１、複数の円筒型二次電池セル(６２、以下、「セル」とする)及び下部フレーム６３を含む。

前記セル６２の種類は、特に限定されない。それぞれのセル６２は、再充電が可能で、充電または放電電圧を考慮しなければならないリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などであり得る。

前記バッテリーモジュール６０に含まれるセルの数は多様に設定可能である。

本発明の一実施例によれば、前記セル６２は３行に配列される。また、前記セル６２は１０行に配列され得る。図３に示された実施例は３０個のセル６２を含むバッテリーモジュール６０であって、３０個のセル６２が３行１０列に配列された実施例である。

図４は、本発明の他の実施例によるセル６２の配置を示した例示図である。本発明の他の実施例によれば、前記セル６２は３行及び２行の配置が繰り返される形態に配列される。すなわち、図４に示したように、前記セル６２は、３行及び２行の配置が繰り返して配列される。図４は、理解の便宜のために、上部フレーム６１及び下部フレーム６３をなくし、セル６２の配置のみを示した。円筒型セルを配置する際、セル６２が占める空間を最小限にするために図４に示した実施例のように配列してもよい。

なお、図３及び図４に示したセル６２の配列方式は一例示に過ぎない。但し、説明の便宜のために図３に示した実施例を中心に説明する。

再度、図３を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール６０は、複数のセル６２が前記上部フレーム６１と前記下部フレーム６３との間に介されて構成される。即ち、前記上部フレーム６１及び前記下部フレーム６３は、複数のセル６２が配列される空間を定義する。そして、前記配列されたセル６２を機械的に固定する役割をする。

図５は、図３に示したバッテリーモジュール６０をＡ−Ａ’切断線に沿って見た断面図である。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレーム６１及び前記下部フレーム６３には、相互対応する位置に螺線６４が形成される。前記螺線６４を通じて、前記上部フレーム６１と前記下部フレーム６３は、ねじ６４−１によって結合され得る。前記螺線６４及びねじ６４−１の個数及び位置は、多様に設計可能である。

図６は、図３に示したバッテリーモジュール６０のＢ部分を拡大した拡大図である。

前記上部フレーム６１には、前記セル６２の外観形状に対応する複数の溝６５が形成されている。そして、前記溝６５は、前記セル６２の電極が外部に露出するように上端が開放されている。また、前記上部フレーム６１に形成された溝６５の上端にはセルストッパー６９が形成される。このようなセルストッパー６９は、前記セル６２の上端の一部を覆うことで、前記セル６２が溝６５から離脱しないようにし、さらに、前記セル６２の垂直方向の振動を防止する。

前記下部フレーム６３にも前記セル６２の外観形状に対応する複数の溝６５が形成されている。そして、前記溝６５も前記セル６２の電極が外部に露出するように下端が開放されている。また、前記下部フレーム６３に形成された溝６５の下端には、前記セル６２の下端の一部を覆うことで、前記セル６２が溝６５から離脱しないようにするセルストッパー(図示せず)が形成される。前記下部フレーム６３に形成されたセルストッパーは図示していないが、前記上部フレーム６１に形成されたセルストッパー６９と同一である。

本発明の一実施例によれば、前記セルストッパー６９は、前記溝６５間の空間に位置する。前記セルストッパー６９は、前記セル６２の電極を覆わないながらも、前記セル６２の一部を覆うように大きさ及び形態が設定され得る。図示した本発明の一実施例によるセルストッパー６９は、四角形であるが、前記セルストッパー６９の形態及び大きさは多様に設定可能である。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレーム６１及び下部フレーム６３にそれぞれ形成された溝６５は、２ｍｍないし１０ｍｍの間隔で配置される。前記溝６５間の間隔が形成されることにより、充電及び放電時に前記それぞれのセル６２から発生する熱が、隣接する他のセル６２に伝達されることを最小化することができる。望ましくは、前記溝６５は、４ｍｍの間隔で配置されることが望ましい。

再度、図５を参照すれば、本発明の一実施例による前記上部フレーム６１の上端部には突出部６６が形成される。そして、前記下部フレーム６３の下端部には、前記突出部６６の形状及び位置に対応する凹溝部６６−１が形成される。

上述のように、本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、４つのバッテリーモジュール６０がバッテリーモジュール集合体５０を構成する(図２の参照番号５０を参照)。ここで、前記突出部６６及び凹溝部６６−１は、前記バッテリーモジュール６０を垂直積層するとき、上部のバッテリーモジュール及び下部のバッテリーモジュールを固定することができる。前記突出部６６及び凹溝部６６−１によってバッテリーモジュール６０が積層されるとき、バッテリーモジュールは容易に積層され、上部バッテリーモジュール６０及び下部バッテリーモジュール６０が正位置から離脱することを防止することができる。

本発明の一実施例によれば、前記突出部６６は、前記上部フレーム６１に形成されたセルストッパー６９に形成される。この場合、前記凹溝部６６−１は、前記下部フレーム６３に形成されたセルストッパーに、前記突出部６６の形状に対応する形状に形成される。図３、図５及び図６は、前記セルストッパー６９上に前記突出部６６が形成された実施例を示している。なお、前記突出部６６の位置、形態、大きさは多様に設定可能であり、前記凹溝部６６−１は前記突出部６６に対応する位置、形態、大きさを有する。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレーム６１または前記下部フレーム６３の一側面には、他のバッテリーモジュールとの結合のための連結部(６７、６７−１)が形成される。

図３及び図６を参照すれば、前記上部フレーム６１及び前記下部フレーム６３の側面に形成された連結部(６７、６７−１)を確認することができる。上述のように、本発明によるバッテリーパック１は、４つのバッテリーモジュール６０がバッテリーモジュール集合体５０を構成する(図２の参照番号５０を参照)。この際、バッテリーモジュール６０は、前記連結部(６７、６７−１)によって側面に隣接配置された他のバッテリーモジュール６０と機械的に結合され得る。

本発明の一例示によれば、前記連結部(６７、６７−１)は、“「”または“」”形状を有する。前記“「”形状の連結部６７と“」”形状の連結部６７−１とが相互連結され、前記バッテリーモジュール６０の水平方向における離脱を防止することができる。このために、バッテリーモジュール集合体５０を構成する際、相互隣接するバッテリーモジュール６０には、前記“「”形状の連結部６７と“」”形状の連結部６７−１とが相互連結されるように配置され得る。

本発明の一例示によれば、前記上部フレーム６１または前記下部フレーム６３の一側面には、内部ケース３０との連結のための螺線６８が形成される。上述のように、本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、４つのバッテリーモジュール６０がバッテリーモジュール集合体５０を構成する(図２の参照番号５０を参照)。そして、前記バッテリーモジュール集合体５０には、内部ケース３０が連結される。したがって、前記バッテリーモジュール集合体５０は、前記上部フレーム６１または前記下部フレーム６３の一側面に形成された螺線６８に、ねじを用いて前記内部ケース３０に連結され得る。

本発明の一実施例によれば、前記上部フレーム６１及び前記下部フレーム６３は、互いに異なる色を有する。前記上部フレーム６１及び前記下部フレーム６３が互いに異なる色を有する場合、本発明によるバッテリーモジュール６０に含まれたセル６２の極性による混同を避けることができる。

本発明による前記上部フレーム６１及び前記下部フレーム６３は、高分子物質からなり得る。

選択的に、前記高分子物質はポリカーボネートである。

さらに、選択的に、前記高分子物質はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂である。

本発明のさらに他の実施例によれば、前記高分子物質はポリカーボネートとアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂との混合物であり、ハロゲン族元素が含まれていない。

本発明の一側面によれば、複数の二次電池セルを含む安定的かつ経済的なバッテリーモジュールを提供することができる。

本発明の一側面によれば、複数のバッテリーモジュール集合体を構成する際、機械的に安定的な連結の可能なバッテリーモジュールを提供することができる。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１ バッテリーパック
１０ 上部パックケース
３０ 内部ケース
５０ バッテリーモジュール集合体
６０ バッテリーモジュール
６１ 上部フレーム
６２ 二次電池セル（セル）
６３ 下部フレーム
６４ 螺線
６５ 溝
６６ 突出部
６６−１ 凹溝部
６７ 連結部
６７−１ 連結部
６８ 螺線
６９ セルストッパー
７０ 下部パックケース

Claims (17)

1. 複数の円筒型二次電池セル（以下、「セル」とする）と、
   前記セルの外観形状に対応する複数の溝が形成され、前記溝は前記セルの電極が外部に露出するように開放されている、上部フレームと、
   前記セルの外観形状に対応する複数の溝が形成され、前記溝は前記セルの電極が外部に露出するように開放されている、下部フレームと、を含み、
   前記上部フレームに形成された溝の上端及び前記下部フレームに形成された溝の下端には、前記セルの上端及び下端の一部を覆うことで前記セルが溝から離脱しないようにするセルストッパーが形成されていることを特徴とするバッテリーモジュール。
2. 前記セルは、３行に配列され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. 前記セルは、１０列に配列され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. 前記セルは、３行及び２行の配置が繰り返される形態に配列され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. 前記上部フレーム及び前記下部フレームには相互対応する位置に螺線が形成され、前記上部フレーム及び前記下部フレームは前記螺線及びねじによって結合され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. 前記セルストッパーは、前記溝の間の空間に位置し、四角形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。
7. 前記上部フレーム及び下部フレームにそれぞれ形成された溝は、２ｍｍないし１０ｍｍの間隔で配置されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記上部フレームの上端部には突出部が形成されており、
   前記下部フレームの下端部には前記突出部の形状及び位置に対応する凹溝部が形成され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。
9. 前記上部フレームに形成されたセルストッパーには突出部が形成されており、
   前記下部フレームに形成されたセルストッパーには、前記突出部の形状に対応する凹溝部が形成され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. 前記上部フレームまたは前記下部フレームの一側面には、他のバッテリーモジュールとの結合のための連結部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
11. 前記連結部は、“「”または“」”形状を有す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. 前記上部フレームまたは前記下部フレームの一側面には、内部ケースとの連結のための螺線が形成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
13. 前記上部フレーム及び前記下部フレームは、互いに異なる色を有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。
14. 前記上部フレーム及び前記下部フレームは、高分子物質からな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。
15. 前記高分子物質は、ポリカーボネートであることを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーモジュール。
16. 前記高分子物質は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂であることを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーモジュール。
17. 前記高分子物質は、ハロゲン族元素が含まれていないポリカーボネートと、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂との混合物であることを特徴とする請求項１４に記載のバッテリーモジュール。

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