JP2020517080A - バッテリーセル加圧型エンドプレート及び拡張型センシングハウジング構造が適用されたバッテリーモジュール - Google Patents
バッテリーセル加圧型エンドプレート及び拡張型センシングハウジング構造が適用されたバッテリーモジュール Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、バッテリーモジュールを開示する。本発明によるバッテリーモジュールは、広い面が立てられて一方向へ積層配列される複数個のパウチ型バッテリーセルで構成されたセルアセンブリーを備えたバッテリーモジュールであって、前記セルアセンブリーの両側面部に配置される一対の緩衝パッドと、前記セルアセンブリーの上部及び下部を各々覆う上部プレート及び下部プレートと、前記一対の緩衝パッド及び前記セルアセンブリーを間に介在し、前記上部プレート及び前記下部プレートの両端部に圧入または嵌込結合する一対のサイドプレートと、を含み得る。
Description
本発明は、バッテリーモジュールに関し、より詳しくは、モジュール内部のバッテリーセルを加圧してこれらをパッケージングすることができるエンドプレート、及びバッテリーセルの個数に応じて拡張性を有するセンシングハウジング構造が適用されたバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０１７年１１月１４日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１５１５８９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、すべて本出願に組み込まれる。
最近、二次電池は、携帯用器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）などに普遍的に応用されている。
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、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ〜４．６Ｖ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、バッテリーモ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、上記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、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することができる。
一方、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、複数の二次電池セルの集合体であるセルアセンブリーと、セルアセンブリーを固定し、外部の衝撃から保護する役割を果すエンドプレートと、二次電池セルの電気的接続のためのセンシングハウジングと、を含むバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が通常である。ここで、バッテリーモジュールやバッテリーパックを構成する二次電池セルは通常、容易に相互積層可能であるとの利点を有するパウチ型二次電池であり得る。
最近、よく使われるリチウム−ポリマーパウチ型二次電池の場合、反復的な充電及び放電の副反応で内部電解質が分解されてガスが発生し得る。この際、発生したガスによって二次電池セルの外形が変形される現象を「スウェリング現象」と言う。
二次電池セルにスウェリング現象が発生する場合、体積膨張による圧力によってバッテリーモジュールの外形が変形し得る。外形の変化はバッテリーモジュールの安全性及び隣接する他の装置の安定性に影響を及ぼし得るため、スウェリング現象が起こらないように防止しなくてはならない。一例で、エンドプレートにストラップを巻いてバッテリーモジュールを圧迫する従来技術があるが、この場合、ストラップで巻いた部分のみが重点的に圧迫され、他の部分は相対的にそうではないという短所がある。
一方、従来のバッテリーモジュールにおいて、センシングアセンブリーは通常一つのハウジング構造からなり、二次電池セルの電極リードが突出した部分を覆う構造で設けられる。
このような単一のハウジング構造を有する従来のセンシングアセンブリーの場合、バッテリーモジュールやバッテリーパックの容量可変によって相互積層される二次電池セルの個数が増加または減少するなど、バッテリーモジュールの全体サイズが変更される場合、変更されたサイズに適したハウジングに新たに設計しなければならないという問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュール内に位置したバッテリーセルを外部から保護し、均一な圧力で加圧できるエンドプレートと、簡便かつ容易な拡張性を有するセンシングアセンブリーと、を備えたバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
本発明の一面によるバッテリーモジュールは、広い面が立てられて一方向へ積層配列される複数個のパウチ型バッテリーセルで構成されたセルアセンブリーを備えたバッテリーモジュールであって、前記セルアセンブリーの両側面部に配置される一対の緩衝パッドと、前記セルアセンブリーの上部及び下部を各々覆う上部プレート及び下部プレートと、前記一対の緩衝パッド及び前記セルアセンブリーを間に介在し、前記上部プレート及び前記下部プレートの両端部に圧入または嵌込結合する一対のサイドプレートと、を含むバッテリーモジュールを提供できる。
前記一対のサイドプレートは、予め決められた深さだけ凹んで形成されたビード部を備え、前記一対の緩衝パッドは、前記ビード部に形合わせになった一面を有し得る。
前記ビード部は、前記サイドプレートの中央領域に設けられる第１ビード部と、前記第１ビード部を挟んで前記サイドプレートの左／右側領域に前記第１ビード部から分離して位置し、前記第１ビード部よりも小さい分布面積及び深さで設けられる第２ビード部と、を含み得る。
前記上部プレート及び前記下部プレートは各々、水平面を形成する水平部と、前記水平部の両端で垂直に折り曲げられる垂直部と、を含み、前記一対のサイドプレートは各々、上端エッジ領域及び下端エッジ領域が前記上部プレート及び前記下部プレートの垂直部と圧入結合し得る。
前記一対のサイドプレートは、前記上端エッジ領域及び前記下端エッジ領域に突出して形成された圧入突起を備え、前記上部プレート及び前記下部プレートは、前記垂直部に前記圧入突起と締まりばめによって結合する圧入ホールを備え得る。
前記一対のサイドプレートの上端エッジ領域及び下端エッジ領域は、前記上部プレート及び前記下部プレートの垂直部の内側に重なって配置され得る。
前記セルアセンブリーの前面部及び後面部の少なくとも一側に配置され、前記パウチ型バッテリーセルから突出する電極リードを電気的に接続するセンシングアセンブリーをさらに含み、前記センシングアセンブリーは、前記電極リードと電気的に接続するバスバーと、前記バスバーが前面に取り付けられ、前記電極リードを前記バスバー側へ通過させ、相互脱着可能であり、一方向へ連続的に組み立てられる複数個のセンシングハウジングパーツで構成されたセンシングハウジングと、を含み得る。
前記複数個のセンシングハウジングパーツは、前記パウチ型バッテリーセルの個数に対応するように備えられ得る。
前記複数個のセンシングハウジングパーツは、相互対応する陽刻突起及び陰刻溝を備え、相互ブロック結合の形態で組み立てられ得る。
前記センシングハウジングは、前記一対のサイドプレート各々の一側端部に嵌め合わせられ、前記複数個のパウチ型バッテリーセルから所定間隔に離隔するように前記一対のサイドプレートによって支持され得る。
前記バスバーは、前記電極リードと接合されるプレートの形態で設けられる接合部と、前記接合部の一端で「Ｕ」字形状に曲げられた形態を有する末端曲げ部と、を備え、前記センシングハウジングは、いずれか一つのセンシングハウジングパーツと他の一つのセンシングハウジングパーツとの組立てによって形成され、前記バスバーの少なくとも一部を通過させるスリットと、前記末端曲げ部を収容するための内部空間を形成するスロットと、を含み得る。
前記センシングアセンブリーは、前記スロットに挟まれ、前記バスバーの末端曲げ部と電気的に接続可能に設けられる電圧センシング用のレセプタクル端子をさらに含み得る。
前記センシングアセンブリーは、前記センシングハウジングに備えられた前記スロットのいずれか一つにはナットが収容され、前記ナットに締結されるボルトで固定される外部パワー連結用部材をさらに含み得る。
前記上部プレート及び前記下部プレートは各々、水平面を形成する水平部と、前記水平部の両端で垂直に折り曲げられる垂直部と、前記垂直部の端部で前記セルアセンブリーに向けて折り曲げられる係爪部と、を含み、前記一対のサイドプレートは各々、上端エッジ領域及び下端エッジ領域に前記係爪部が挿入されるプレートホールが設けられ得る。
前記緩衝パッドの厚さは、下記の数式によって算定することができる。
Ｔ＝Ａ／２＋Ｂ
（Ｔ：緩衝パッドの厚さ、Ａ：バッテリーセルの個数×バッテリーセルのスウェリング時における最大変位量、Ｂ：緩衝パッドの最大圧縮時の厚さ）
（Ｔ：緩衝パッドの厚さ、Ａ：バッテリーセルの個数×バッテリーセルのスウェリング時における最大変位量、Ｂ：緩衝パッドの最大圧縮時の厚さ）
前述の本発明によるバッテリーモジュールは、これを一つ以上含むバッテリーパックまたは電力貯蔵装置に適用可能である。
本発明の一面によれば、組立便宜性に優れ、バッテリーセルを均一な圧力で加圧可能なエンドプレートを備えたバッテリーモジュールを提供することができる。
また、本発明の他面によれば、簡便かつ容易な拡張性を有するセンシングアセンブリーを備えたバッテリーモジュールを提供することができる。センシングアセンブリーは、拡張可能性を有するだけでなく、バスバーを含めて他の部品との組立て及び連結が容易であるという長所を有する。
本発明の効果は上述の効果に限定されず、言及していない効果は、本明細書及び添付の図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者に明確に理解されるだろう。
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。
本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、図面における構成要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさや比率は、実際の大きさや比率を完全に反映することではない。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な構成を示した斜視図であり、図２及び図３は、図１の部分分解斜視図である。図４は、図３の部分拡大図であり、そして、図５は、縦方向へ切断したバッテリーモジュールの斜視図である。
これらの図面を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、セルアセンブリー１００、一対の緩衝パッド２００、上部プレート及び下部プレート３００、４００、そして、一対のサイドプレート５００を含む。
先ず、バッテリーモジュール１０を構成するセルアセンブリー１００について簡略に説明すれば、セルアセンブリー１００は、複数のパウチ型バッテリーセル１１０の集合体であり得る。上記パウチ型バッテリーセル１１０は、広い面が地面に対して垂直に立てられ、水平方向へ積層して配列され得る。例えば、本実施例は、セルアセンブリー１００を７個のパウチ型バッテリーセル１１０を用いて構成したが、これは、単位バッテリーモジュール１０に要求される出力／容量に応じて可変的であり、セルアセンブリー１００は７個未満または８個以上のパウチ型バッテリーセル１１０を用いて構成され得る。
ここで、パウチ型バッテリーセル１１０は、パウチ外装材、上記パウチ外装材に収納可能に設けられた電極組立体及び電解質で構成されたものであり得る。
パウチ型外装材は、二つのパウチで構成され得、そのうち少なくとも一つには凹んだ内部空間が形成され得る。そして、このようなパウチの内部空間に電極組立体が収納され得る。二つのパウチの周縁は相互溶着することで、電極組立体が収容された内部空間が密閉され得る。上記電極組立体に電極リード１１１が取り付けられ得、このような電極リード１１１がパウチ外装材の溶着部の間に介在されてパウチ外装材の外部に露出することで、バッテリーセル１１０の電極端子として機能できる。
セルアセンブリー１００の両側面部には、一対の緩衝パッド２００が配置され得る。緩衝パッド２００は、充／放電によるパウチ型バッテリーセル１１０のスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）時、膨張圧及び外部衝撃を吸収する弾性及び絶縁素材から形成された構成物であり得る。例えば、緩衝パッド２００は、発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）またはエチレン酢酸ビニール共重合体（ＥＶＡ）として、パウチ型バッテリーセル１１０の広い面と対面するサイズのフォーム形態として製作され得る。
より具体的には、図２に示したように、緩衝パッド２００は、一面がセルアセンブリー１００で最外郭に配置されるパウチ型バッテリーセル１１０と対面し、その他面はサイドプレート５００と対面するようにセルアセンブリー１００とサイドプレート５００との間に介在される。このように、本発明のバッテリーモジュール１０は、緩衝パッド２００がセルアセンブリー１００の最外側のみに配置されることで、バッテリーセル１１０同士間に緩衝パッド２００を一つずつ介在する場合に比べてバッテリーモジュール１０の単位面積当たりのエネルギー密度がさらに高くなる。望ましくは、本発明のセルアセンブリー１００は、バッテリーセル１１０とバッテリーセル１１０との間に間隔が一切ないか、または両面テープのみを介在してバッテリーセル１１０を空間集約的に配置した構造を有し得る。
このようなセルアセンブリー１００は、後述するサイドプレート５００によって圧迫されるため、最外側に位置するパウチ型バッテリーセル１１０に圧縮応力が最も高く作用する。したがって、本実施例のように、緩衝パッド２００をパウチ型バッテリーセル１１０の膨張力とサイドプレート５００の加圧力とが対立する境界面に介在することで、サイドプレート５００の圧迫力及びパウチ型バッテリーセル１１０の膨張力を均一に分散させ、サイドプレート５００及びバッテリーセル１１０の損傷を防止することができる。
一方、緩衝パッド２００の厚さが厚いほど、サイドプレート５００の圧迫力またはバッテリーセル１１０の膨張力が効果的に分散するため、バッテリーセル１１０またはサイドプレート５００に作用する応力が減少できるが、厚すぎる緩衝パッド２００は、バッテリーモジュール１０のエネルギー密度面で望ましくない。したがって、本発明による緩衝パッド２００は、次のような数式によって厚さを算定することができる。
Ｔ＝Ａ／２＋Ｂ
（Ｔ：緩衝パッド２００の厚さ、Ａ：バッテリーセル１１０の個数×バッテリーセル１１０のスウェリング時における最大変位量、Ｂ：緩衝パッド２００の最大圧縮時の厚さ）
（Ｔ：緩衝パッド２００の厚さ、Ａ：バッテリーセル１１０の個数×バッテリーセル１１０のスウェリング時における最大変位量、Ｂ：緩衝パッド２００の最大圧縮時の厚さ）
因みに、本発明の緩衝パッド２００は二つを一対にして、各々セルアセンブリー１００の両側面部に配置されていることから、全体バッテリーセル１１０のスウェリング時、変形量を両分して吸収できる。したがって、緩衝パッド２００の厚さ算定数式において、変数Ａ／２を一つの緩衝パッド２００が圧縮可能な最大変形量にすることで、二つの緩衝パッド２００が全体バッテリーセル１１０のスウェリング時、最大変形量の１／２ずつを各々吸収するようにしたのである。
本発明は、このように緩衝パッド２００の厚さを算定することで、有効な効果を発揮する範囲内で最小限の厚さで緩衝パッド２００を構成してエネルギー密度を高めることができる。
上部プレート及び下部プレート３００、４００及び一対のサイドプレート５００は、所定の面積を有するプレートの形態で構成され得、セルアセンブリー１００の上／下部、そして両側面部に位置され、セルアセンブリー１００の上部、下部、左側面部、右側面部を各々覆い得る。このような上部プレート及び下部プレート３００、４００、そして一対のサイドプレート５００は、セルアセンブリー１００の外郭を覆うものであって、通称エンドプレートとして理解され得る。
上記上部プレート及び下部プレート３００、４００及び一対のサイドプレート５００は、セルアセンブリー１００に対する機械的支持力を提供し、セルアセンブリー１００を外部の衝撃などから保護する役割を果す。したがって、上記上部プレート及び下部プレート３００、４００及び一対のサイドプレート５００は、剛性が確保できるようにスチールなどの金属材質から製作することが望ましい。
本発明による一対のサイドプレート５００は、上記セルアセンブリー１００と緩衝パッド２００を挟んで上部プレート及び下部プレート３００、４００と組立て可能に構成される。例えば、上部プレート及び下部プレート３００、４００と一対のサイドプレート５００とは相互組み立てられ、角管の形態をなし得る。
特に、上記一対のサイドプレート５００は、上記一対の緩衝パッド及びセルアセンブリーを間に介在して、上記上部プレート及び下部プレート３００、４００の両端部に圧入結合するように設けられ得る。
図１〜図４を参照して本発明の組立て構成を詳しく説明すれば、上記上部プレート及び下部プレート３００、４００は、各々水平面を形成する水平部３１０、４１０と、水平部３１０、４１０の両端部で垂直に折り曲げれる垂直部３２０、４２０を備え得る。そして、一対のサイドプレート５００は、各々上記上部プレート及び下部プレート３００、４００の垂直部３２０、４２０と圧入またはクリンチング（ｃｌｉｎｃｈｉｎｇ）方式で結合する上端エッジ領域及び下端エッジ領域５２０、５３０を備え得る。
より具体的には、サイドプレート５００の上端エッジ領域及び下端エッジ領域５２０、５３０には、外側へ突出して形成された圧入突起５２１、５３１が備えられ、上部プレート及び下部プレート３００、４００の垂直部３２０、４２０には、上記圧入突起５２１、５３１と締まりばめによって結合する圧入ホール３２１、４２１が備えられる。
サイドプレート５００の上端エッジ領域及び下端エッジ領域５２０、５３０が上部プレート及び下部プレート３００、４００の垂直部３２０、４２０の内側に重なって配置された状態で、上記圧入突起５２１、５３１を圧入ホール３２１、４２１に圧入すれば、サイドプレート５００が上部プレート及び下部プレート３００、４００に固定される。
図３を参照すれば、左／右側サイドプレート５００の下端エッジ領域５３０の二ヶ所が下部プレートの垂直部３２０、４２０の間に一体で圧入結合し、左／右側サイドプレート５００の上端エッジ領域５２０の二ヶ所は、上部プレート３００の垂直部３２０、４２０の間に一体で圧入結合する。
この場合、上記上部プレート及び下部プレート３００、４００の垂直部３２０、４２０の間隔は、セルアセンブリー１００の左右幅に対応する間隔である。したがって、上部プレート及び下部プレート３００、４００と左／右側サイドプレート５００とを上述したように圧入結合するとき、左／右側サイドプレート５００が上記上部プレート及び下部プレート３００、４００の垂直部３２０、４２０の内側に拘束されることで、左／右側サイドプレート５００によって緩衝パッド２００及びバッテリーセル１１０が圧迫される。この際、サイドプレート５００によって加えられる圧迫力は、緩衝パッド２００を介して均一にセルアセンブリー１００に伝達できる。
また、上記一対のサイドプレート５００は、板面から予め決められた深さだけ凹んで形成されたビード部を備え得、上記一対の緩衝パッド２００は、上記ビード部に形合わせになった相対面を有し得る。
ビード部は、外側からサイドプレート５００を見るとき、陰刻形態を有し得る。上記ビード部は、バッテリーセル１１０のスウェリング時、膨張力に対する機械的剛性をサイドプレート５００に付与することで、サイドプレート５００の反りや捩じれ変形などを防止することができる。
本実施例の場合、上記ビード部は、サイドプレート５００の中央領域に設けられる第１ビード部５１１と、第１ビード部５１１を基準で左右側に別に分離して設けられる第２ビード部５１２と、を含み得る。
例えば、図２及び図３に示したように、第１ビード部５１１は、サイドプレート５００の中央領域に広く分布し得る。即ち、第１ビード部５１１は、バッテリーモジュール１０の長手方向に沿ってサイドプレート５００を５等分したとき、中央３等分となる領域に形成され得る。上記第１ビード部５１１は、バッテリーセル１１０のスウェリング時、変形が最も大きく発生する中央部分に対応する。
そして、第２ビード部５１２は、第１ビード部５１１の左右側に対称的に別に分離して形成され得る。このような第２ビード部５１２は、第１ビード部５１１よりも小さい分布面積及び深さで設けられ得る。逆に言えば、バッテリーセル１１０のスウェリング時、最も大きく膨脹する中央部分に対面する第１ビード部５１１が、第２ビード部５１２よりも分布面積が広くて深く形成され得る。
このような本発明のビード部の構成によれば、サイドプレート５００は、バッテリーセル１１０のスウェリング時、中央部分に圧迫力がより強く作用することで、バッテリーセル１１０の膨張をより効果的に阻むことができる。
一方、本発明によるバッテリーモジュール１０は、セルアセンブリー１００の前面部及び後面部の少なくとも一側に配置され、パウチ型バッテリーセル１１０を電気的に接続するセンシングアセンブリー６００をさらに含み得る。
参考までに、パウチ型バッテリーセル１１０は、電極リード１１１の突出方向によって偏方向セルと両方向セルとに分け得る。本実施例の場合（図１参照）、両方向パウチ型バッテリーセル１１０を用いていることから、センシングアセンブリー６００がセルアセンブリー１００の前面部及び後面部に取り付けられるように構成されている。即ち、本実施例とは異なり、偏方向パウチ型バッテリーセル１１０でバッテリーモジュール１０を構成する場合、センシングアセンブリー６００は、セルアセンブリー１００の前面部及び後面部のいずれか一ヶ所のみに装着され得る。
図６は、横方向に切断したバッテリーモジュールの部分斜視図であり、図７は、本発明の一実施例によるセンシングハウジングパーツの斜視図であり、図８は、図７のセンシングハウジングの部分分解斜視図であり、図９及び図１０は、各々センシングハウジングパーツの右側面図及び正面図であり、図１１は、本発明の一実施例によるセンシングハウジングパーツとバスバーとの組立て工程を説明するための図である。
これらの図面を参照すれば、センシングアセンブリー６００は、複数個のバッテリーセル１１０の電気的接続及び電圧センシングのための構成であって、複数のバスバー６１０及びセンシングハウジング６２０を含み得る。
上記バスバー６１０は、複数個のバッテリーセル１１０の電極リード１１１と電気的に接続するように電極リード１１１と溶接結合などによって結合し得る。
上記センシングハウジング６２０は、バスバー６１０を含めて各種部品などが設置可能な場所を提供し、セルアセンブリー１００の前面部及び後面部を覆う役割を果す構成である。上記バスバー６１０は、センシングハウジング６２０の前面に装着され、バッテリーセル１１０の電極リード１１１は、センシングハウジング６２０の本体を通して上記バスバー６１０と溶接され得る。
図６に示したように、上記センシングハウジング６２０は、上記一対のサイドプレート５００の各々の一側端部５４０に嵌め合わせられ、上記複数個のパウチ型バッテリーセル１１０から所定間隔ほど離隔するように一対のサイドプレート５００によって支持され得る。これによって、センシングハウジング６２０と複数個のパウチ型バッテリーセル１１０との間に所定の空間Ｇが形成される。
このように、センシングハウジング６２０は、外部衝撃時においてもサイドプレート５００によって支持されてバッテリーセルとの距離が一定に維持されるので、バスバー６１０と電極リード１１１との電気的接続の安全性を確保することができる。また、上記空間Ｇは、パウチ型バッテリーセル１１０のスウェリング時に発生し得るガス捕集空間として活用できる。有事の際、密閉した空間にガスが充填される場合、圧力が大きく上昇して爆発危険が大きくなり得るため、本実施例のように、ガス捕集空間を設ける場合、バッテリーモジュール１０の急激な圧力上昇を予防することができる。
特に、図７及び図８に示したように、本発明のセンシングハウジング６２０は相互脱着可能であり、一方向へ連続的に組立て可能に設けられた単位センシングハウジングパーツ６２０ａで構成され得る。上記単位センシングハウジングパーツ６２０ａは、パウチ型バッテリーセル１１０の個数に対応する個数で設けられ、相互対応する陽刻突起６２１及び陰刻溝６２２を備えて相互ブロック結合によって組み立てられ得る。
例えば、図８〜図１０に示したように、単位センシングハウジングパーツ６２０ａは、左側面に陽刻突起６２１が設けられ得、その反対側である右側面には陰刻溝６２２が設けられ得る。このような構成としていずれか一つの単位センシングハウジングパーツ６２０ａの左側面を、他の一つの単位センシングハウジングパーツ６２０ａの右側面に密着させれば、上記陽刻突起６２１が上記陰刻溝６２２の中に嵌合し、上記いずれか一つの単位センシングハウジングパーツ６２０ａの左側面と上記他の一つのセンシングハウジングパーツ６２０ａの右側面とは、相互当接した状態で組み立てられる。このようなパターンでさらに他の単位センシングハウジングパーツ６２０ａを予め組み立てられたセンシングハウジングパーツ６２０ａに追加で組み立てることで一つのセンシングハウジング６２０を構成することができる。
このような本発明のセンシングハウジングパーツ６２０ａによれば、要求される容量や全体サイズなどによってバッテリーモジュール１０のバッテリーセル１１０の個数が変わるとしても、別の新規なハウジング構造の設計なくバッテリーセル１１０の個数に対応するようにセンシングハウジングパーツ６２０ａの個数を調節するだけで、適切なセンシングハウジング６２０を具現することができる。即ち、本発明によるセンシングハウジング６２０は、単位センシングハウジングパーツ６２０ａの組立てによって簡便かつ容易な拡張性を有することができる。
一方、図１１に示したように、本発明によるバスバー６１０は、電極リード１１１が接合されるプレート形態の接合部６１１と、上記接合部６１１の少なくとも一端で「Ｕ」字形状で曲げられた形態を有する末端曲げ部６１２を含み得る。
このようなバスバー６１０は、別の締結部品によらず上記センシングハウジングパーツ６２０ａに組立て及び固定できる。このために、センシングハウジング６２０は、いずれか一つのセンシングハウジングパーツ６２０ａと他の一つのセンシングハウジングパーツ６２０ａとの組立てによって形成され、上記バスバー６１０の一部を通過させるスリット６２３と、上記バスバー６１０の末端曲げ部６１２を収容するための内部空間を形成するスロット６２４とをさらに含み得る。
図９〜図１１を共に参照すれば、単位センシングハウジングパーツ６２０ａは、その左側面と右側面に上記バスバー６１０の厚さだけ部分的に切開された第１切開部６２３ａと、上記第１切開部６２３ａと隣接する位置に上記末端曲げ部６１２の幅に対応するサイズだけ部分的に切開された第２切開部６２４ａと、を有する。上記センシングハウジング６２０のスリット６２３及びスロット６２４は、単位センシングハウジングパーツ６２０ａの組立て時、相互対向する二つの第１切開部６２３ａ及び第２切開部６２４ａが相互当接することで形成されたものである。
このようなセンシングハウジング６２０とバスバー６１０との組立て構造を説明すれば、先ず、いずれか一つのセンシングハウジングパーツ６２０ａの右側面にバスバー６１０を側面方向へ取り付ける。この際、バスバー６１０のうち、接合部６１１で折り曲げられて延びた部位の一部が第１切開部６２３ａに側面方向へ挟み込まれ得、末端曲げ部６１２もその一部が第２切開部６２４ａに側面方向へ挟み込まれ得る。この状態で他の一つのセンシングハウジングパーツ６２０ａの左側面を上記いずれか一つのセンシングハウジングパーツ６２０ａの右側面に組み立てる。この際、上記接合部６１１で折り曲げられて延びた部分及び末端曲げ部６１２の残りの一部が各々他の一つのセンシングハウジングパーツ６２０ａの第１切開部６２３ａ及び第２切開部６２４ａに各々挟み込まれ得る。これによって、上記バスバー６１０は、センシングハウジングパーツ６２０ａの間に拘束され、バスバー６１０の接合部６１１は、センシングハウジング６２０の前面部に露出し、末端曲げ部６１２は、スロット６２４の内部空間に収容される。
このようにスロット６２４の内部空間に収容された末端曲げ部６１２は、図１２及び図１３に示したように、電圧センシング用レセプタクル端子６３０と電気的に接続し得る。上記電圧センシング用レセプタクル端子６３０は、上記スロット６２４に挿入及び分離可能であり、ＢＭＳボードの上に接続してバッテリーセル１１０の電圧情報をＢＭＳに伝達するコネクターの役割を果す構成である。
上記電圧センシング用レセプタクル端子６３０は、センシングハウジング６２０のスロット６２４に挟まれてバスバー６１０の末端曲げ部６１２と電気的に接続し、バッテリーセル１１０の電圧をセンシングし、電圧情報をＢＭＳに伝送する。このような本実施例によるセンシングハウジング６２０のスロット６２４と、それに収容されるバスバー６１０の末端曲げ部６１２と、これに挿入及び分離可能に設けられた電圧センシング用レセプタクル端子６３０との構成によれば、電気的安定性と連結便宜性とを共に充足することができる。
一方、図１４及び図１５を参照すれば、センシングアセンブリー６００は、センシングハウジング６２０に備えられたスロット６２４のいずれか一つにナット６４１が収容され、上記ナット６４１に締結されるボルトで固定される外部パワー連結用部材６４０をさらに含み得る。上記外部パワー連結用部材６４０は、バスバー６１０のように金属板の形態で設けられ得、本発明のバッテリーモジュール１０を他のバッテリーモジュール１０に電気的に接続するか、バッテリーパックの電極ターミナルに接続するための用途で使用可能である。
望ましくは、外部パワー連結用部材６４０は、センシングハウジング６２０の端部に位置したセンシングハウジングパーツ６２０ａにボルト／ナット６４１締結方式でセンシングハウジング６２０に取り付けられ得る。
上記外部パワー連結用部材６４０の組立て構造を見れば、前述のバスバー６１０の組立て方式のように、いずれか一つのセンシングハウジングパーツ６２０ａの第２切開部６２４ａにナット６４１の一部をはめ込んだ後、他の一つのセンシングハウジング６２０を組み立てて上記ナット６４１の残りの一部を上記他の一つのセンシングハウジング６２０の第２切開部６２４ａにはめ込むことで上記ナット６４１を二つのセンシングハウジングパーツ６２０ａに拘束させる。その後、ボルトを外部パワー連結用部材６４０を介してナット６４１に締結し、外部パワー連結用部材６４０をセンシングハウジング６２０に固定し得る。
図１６は、図２に対応する図面であって、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの部分分解斜視図であり、図１７は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの縦断面図である。
続いて、これらの図面を参照して本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールのバッテリーセル加圧用エンドプレートの組立て構造を説明する。前述の実施例と重複する構成についての説明は省略し、前述の実施例との差異点を中心にして説明する。
本実施例の場合、前述の実施例と比較すれば、上部プレート及び下部プレート３００’、４００’と一対のサイドプレート５００’との組立て構造に差がある。即ち、本実施例の場合、一対のサイドプレート５００’が上部プレート及び下部プレート３００’、４００’の両端部に嵌込結合するように構成される。
本実施例による上部プレート及び下部プレート３００’、４００’は、各々水平面を形成する水平部３１０’と、上記水平部３１０’の両端部で垂直に折り曲げられる垂直部３２０’と、上記垂直部３２０’の端部でバッテリーセル１１０に向けて折り曲げられる係爪部３２１’と、を含み得る。そして、上記一対のサイドプレート５００’は、各々上端エッジ領域及び下端エッジ領域５２０’、５３０’に上記係爪部３２１’が挿入されるプレートホール５２１’、５３１’を含み得る。
例えば、図１７に示したように、上部プレート３００’と、一対のサイドプレート５００’の上端エッジ領域５２０’とは、上部プレート３００’の両端部、言い換えれば、上部プレートの左／右側係爪部３２１’が左／右側サイドプレート５００’のプレートホール５２１’に挿入されて結合し得る。これと同様の方式で下部プレート４００’も一対のサイドプレート５００’の下端エッジ領域５３０’に結合し得る。
これによれば、本実施例によるバッテリーモジュールは、一対のサイドプレート５００’が上部プレート及び下部プレート３００’、４００’の両端部の間に結束されており、有事の際にも、バッテリーセル１１０がサイドプレート５００’の間で圧迫されてスウェリングが阻止される。特に、本実施例の場合、クリングチング結合構造が適用された前述の実施例のように組立てが容易でありながらも、前述の実施例よりも締結力がさらに強い。例えば、スウェリング時、バッテリーセル１１０の膨張力が強い場合、前述の実施例では、圧入が解けてしまう恐れがあるが、本実施例の場合、結合部位が破損しない限り、嵌合構造が解ける可能性がほとんどない。
一方、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュール１０を一つ以上含み得る。また、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュール１０に加え、バッテリーモジュール１０を収納するためのパックケース、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
本発明によるバッテリーモジュール１０は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車または電力貯蔵装置（ＥＳＳ）に適用可能であることは勿論である。
以上、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ず、本発明の属する技術分野で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。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
１０ バッテリーモジュール
１００ セルアセンブリー
１１０ バッテリーセル
１１１ 電極リード
２００ 緩衝パッド
３００ 上部プレート
３００’ 上部プレート
３１０ 水平部
３１０’ 水平部
３２０ 垂直部
３２０’ 垂直部
３２１ 圧入ホール
３２１’ 係爪部
４００ 下部プレート
４００’ 下部プレート
４１０ 水平部
４２０ 垂直部
４２１ 圧入ホール
５００ 右側サイドプレート
５００ サイドプレート
５００’ サイドプレート
５１１ 第１ビード部
５１２ 第２ビード部
５２０ 上端エッジ領域
５２０’ 上端エッジ領域
５２１ 圧入突起
５２１’ プレートホール
５３０ 下端エッジ領域
５３０’ 下端エッジ領域
５３１ 圧入突起
５３１’ プレートホール
５４０ 一側端部
６００ センシングアセンブリー
６１０ バスバー
６１１ 接合部
６１２ 末端曲げ部
６２０ センシングハウジング
６２０ａ センシングハウジングパーツ
６２１ 陽刻突起
６２２ 陰刻溝
６２３ スリット
６２３ａ 第１切開部
６２４ スロット
６２４ａ 第２切開部
６３０ 電圧センシング用レセプタクル端子
６４０ 外部パワー連結用部材
６４１ ナット
１００ セルアセンブリー
１１０ バッテリーセル
１１１ 電極リード
２００ 緩衝パッド
３００ 上部プレート
３００’ 上部プレート
３１０ 水平部
３１０’ 水平部
３２０ 垂直部
３２０’ 垂直部
３２１ 圧入ホール
３２１’ 係爪部
４００ 下部プレート
４００’ 下部プレート
４１０ 水平部
４２０ 垂直部
４２１ 圧入ホール
５００ 右側サイドプレート
５００ サイドプレート
５００’ サイドプレート
５１１ 第１ビード部
５１２ 第２ビード部
５２０ 上端エッジ領域
５２０’ 上端エッジ領域
５２１ 圧入突起
５２１’ プレートホール
５３０ 下端エッジ領域
５３０’ 下端エッジ領域
５３１ 圧入突起
５３１’ プレートホール
５４０ 一側端部
６００ センシングアセンブリー
６１０ バスバー
６１１ 接合部
６１２ 末端曲げ部
６２０ センシングハウジング
６２０ａ センシングハウジングパーツ
６２１ 陽刻突起
６２２ 陰刻溝
６２３ スリット
６２３ａ 第１切開部
６２４ スロット
６２４ａ 第２切開部
６３０ 電圧センシング用レセプタクル端子
６４０ 外部パワー連結用部材
６４１ ナット
Claims (15)
- 広い面が立てられて一方向へ積層配列される複数個のパウチ型バッテリーセルで構成されたセルアセンブリーを備えたバッテリーモジュールであって、
前記セルアセンブリーの両側面部に配置される一対の緩衝パッドと、
前記セルアセンブリーの上部及び下部を各々覆う上部プレート及び下部プレートと、
前記一対の緩衝パッド及び前記セルアセンブリーを間に介在し、前記上部プレート及び前記下部プレートの両端部に圧入または嵌込結合する一対のサイドプレートと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。 - 前記一対のサイドプレートは、予め決められた深さだけ凹んで形成されたビード部を備え、前記一対の緩衝パッドは、前記ビード部に形合わせになった一面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。
- 前記ビード部は、前記サイドプレートの中央領域に設けられる第１ビード部と、前記第１ビード部を挟んで前記サイドプレートの左／右側領域に前記第１ビード部から分離して位置し、前記第１ビード部よりも小さい分布面積及び深さで設けられる第２ビード部と、を含む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。
- 前記上部プレート及び前記下部プレートは各々、
水平面を形成する水平部と、前記水平部の両端で垂直に折り曲げられる垂直部と、を含み、
前記一対のサイドプレートは各々、
上端エッジ領域及び下端エッジ領域が前記上部プレート及び前記下部プレートの垂直部と圧入結合することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記一対のサイドプレートは、前記上端エッジ領域及び前記下端エッジ領域に突出して形成された圧入突起を備え、前記上部プレート及び前記下部プレートは、前記垂直部に前記圧入突起と締まりばめによって結合する圧入ホールを備えることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーモジュール。
- 前記一対のサイドプレートの上端エッジ領域及び下端エッジ領域は、前記上部プレート及び前記下部プレートの垂直部の内側に重なって配置されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のバッテリーモジュール。
- 前記セルアセンブリーの前面部及び後面部の少なくとも一側に配置され、前記パウチ型バッテリーセルから突出する電極リードを電気的に接続するセンシングアセンブリーをさらに含み、
前記センシングアセンブリーは、
前記電極リードと電気的に接続するバスバーと、
前記バスバーが前面に取り付けられ、前記電極リードを前記バスバー側へ通過させ、相互脱着可能であり、一方向へ連続的に組み立てられる複数個のセンシングハウジングパーツで構成されたセンシングハウジングと、を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記複数個のセンシングハウジングパーツは、
前記パウチ型バッテリーセルの個数に対応するように備えられることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。 - 前記複数個のセンシングハウジングパーツは、
相互対応する陽刻突起及び陰刻溝を備え、相互ブロック結合の形態で組み立てられることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のバッテリーモジュール。 - 前記センシングハウジングは、前記一対のサイドプレート各々の一側端部に嵌め合わせられ、前記複数個のパウチ型バッテリーセルから所定間隔に離隔するように前記一対のサイドプレートによって支持されることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 前記バスバーは、前記電極リードと接合されるプレートの形態で設けられる接合部と、前記接合部の一端で「Ｕ」字形状に曲げられた形態を有する末端曲げ部と、を備え、
前記センシングハウジングは、
いずれか一つのセンシングハウジングパーツと他の一つのセンシングハウジングパーツとの組立てによって形成され、前記バスバーの少なくとも一部を通過させるスリットと、前記末端曲げ部を収容するための内部空間を形成するスロットと、を含むことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記センシングアセンブリーは、
前記スロットに挟まれ、前記バスバーの末端曲げ部と電気的に接続可能に設けられる電圧センシング用のレセプタクル端子をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーモジュール。 - 前記センシングアセンブリーは、
前記センシングハウジングに備えられた前記スロットのいずれか一つにはナットが収容され、前記ナットに締結されるボルトで固定される外部パワー連結用部材をさらに含むことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のバッテリーモジュール。 - 前記上部プレート及び前記下部プレートは各々、
水平面を形成する水平部と、前記水平部の両端で垂直に折り曲げられる垂直部と、前記垂直部の端部で前記セルアセンブリーに向けて折り曲げられる係爪部と、を含み、
前記一対のサイドプレートは各々、
上端エッジ領域及び下端エッジ領域に前記係爪部が挿入されるプレートホールが設けられることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記緩衝パッドの厚さが下記の数式によって算定されることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
Ｔ＝Ａ／２＋Ｂ
（Ｔ：緩衝パッドの厚さ、Ａ：バッテリーセルの個数×バッテリーセルのスウェリング時における最大変位量、Ｂ：緩衝パッドの最大圧縮時の厚さ）
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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