JP2020528649A - バッテリーモジュール及びバッテリーパック - Google Patents

Abstract

本発明は、バッテリーモジュール及びバッテリーパックに係り、さらに詳しくは、側面配列された構造からなるバッテリーセルを包み込むモジュールケースに所定の長さの沿面距離が形成されるように結合部が形成されたバッテリーモジュール及びバッテリーパックに関する。

Description

本発明は、バッテリーモジュール及びバッテリーパックに係り、さらに詳しくは、側面配列された構造からなるバッテリーセルを包み込むモジュールケースに所定の長さの沿面距離が形成されるように結合部が形成されたバッテリーモジュール及びバッテリーパックに関する。

バッテリーパックを構成する単位電池としてのリチウム二次電池は、柔軟性を有してその形状が比較的自由であり、軽量である他、安全性に優れていることから、携帯電話、ビデオ付きカメラ、ノート型パソコンなどの携帯用の電子機器の電源としての需要が高まりつつある。

また、前記二次電池の形状は、バッテリーケースの形状に応じて区別されるが、電極組立体が円筒状又は角状の金属缶に内蔵されている場合は、円筒型バッテリー及び角型バッテリーに分類され、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されている場合は、パウチ型バッテリーに分類される。

さらに、バッテリーケースに内蔵される電極組立体は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に挟持されたセパレーターの構造となっていて、充／放電が行え、円筒型電極組立体は、電極活物質が塗布された長尺のシート状の正極、セパレーター及び負極をこの順に積層して巻き取ったジェリーロール状に形成される。

上述したようなバッテリーは、一つのバッテリーセルとして分類して、複数のバッテリーセルが直列及び／又は並列に接続されて一つのモジュールを形成し、このようなモジュールが複数接続されれば、一つのバッテリーパックとして形成される。

一方、バッテリーパックは、発火の原因であるスパークを防止するために、所定の長さの沿面距離（creepage distance）を確保しなければならないが、ここで、沿面距離（creepage distance）とは、導体と導体との間の距離を表面（surface of the insulating material）に沿って測った最短距離のことをいう。

上記の問題を解決するために、従来には、バッテリーパックを絶縁していたが、このような従来の解決方案については、図１に基づいて詳しく説明する。

図１は、従来のバッテリーセル及びパックの構造図である。

図１を参照すると、図１（ａ）は、絶縁性チューブが適用されたバッテリーセルであり、図１（ｂ）は、複数のバッテリーセルを単にボックス状のモジュールケースの内側に配置した後、モジュールケースの結合部分に絶縁部材を取り付けたバッテリーモジュールが収容されたバッテリーパックの側面構造図である。

前記図１（ａ）におけるバッテリーセルは、それぞれのセルに絶縁性チューブが適用されなければならないため、これに伴う生産時間が延び、且つ、絶縁性チューブの部材費用による生産コストが高騰する。

また、図１（ｂ）においては、バッテリーセルとパックケースとの間の沿面距離が短い（ケースの厚さ）ことにより、さらに絶縁部材を取り付けなければならないため、生産時間が延び、且つ、このような絶縁部材に伴う生産コストも高騰する。

さらに、絶縁部材が取り付けられることにより、パックケースと当接するモジュールケースの底面が平らではなく、モジュールケースの平坦度を合わせるためには、別途のさらなる構成要素が必要である。

したがって、絶縁部材によるバッテリーパックの生産時間及び生産コストを低減させることのできる方案が必要である。

韓国公開特許第２００７−００９７１５０号公報

本発明は、絶縁部材のバッテリーモジュールへの適用または取付けに際して生じる生産時間及び生産コストの増大を抑えるバッテリーモジュール及びバッテリーパックを提供する。

本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールは、電気伝導特性を有する金属性パックケース内に配置されるバッテリーモジュールにおいて、一方の側が開口された形状に形成され、開口された一方の側の終端に「Ｌ」字状の第１の結合部が形成される第１のモジュールケースと、一方の側が開口された形状に形成され、前記第１のモジュールケースの第１の結合部に対応する第２の結合部が形成される第２のモジュールケースと、前記第１のモジュールケースと第２のモジュールケース内に幅方向に収容される複数の円形バッテリーセルと、を備えており、前記第１のモジュールケースの第１の結合部は、第２のモジュールケースの第２の結合部の内側に収容されて嵌合をなす。

前記第１のモジュールケースと第２のモジュールケースは、前記パックケース内に配置できるようにそれぞれ下部に固定部をさらに備える。

前記第１のモジュールケースと第２のモジュールケースは、円形バッテリーセルの一方の端が嵌着できるように水平方向に連通された複数の貫通溝をさらに備える。

前記貫通溝は、貫通溝に嵌まり込んだ円形バッテリーセルの終端と出会う部分の直径が円形バッテリーセルの胴体直径よりも小さく形成される。

前記第１のモジュールケースと第２のモジュールケースは、電気絶縁性素材からなる。

本発明の実施形態に係るバッテリーパックは、複数の円形バッテリーセルが幅方向に配置され、バッテリーセルとパックケースとの間に所定の長さの沿面距離が形成されるように一対のモジュールケースが嵌合する結合部が形成されたモジュールケースが構成された第１のバッテリーモジュールと、複数の円形バッテリーセルが幅方向に配置され、バッテリーセルとパックケースとの間に所定の長さの沿面距離が形成されるように一対のモジュールケースが嵌合する結合部が形成されたモジュールケースが構成された第２のバッテリーモジュールと、前記第１のバッテリーモジュール及び第２のバッテリーモジュールを内側に収容するパックケースと、を備える。

前記第１のバッテリーモジュールと第２のバッテリーモジュールは、複数の円形バッテリーセルの負（−）極及び正（＋）極が同じ方向に配置されてそれぞれのバッテリーモジュール内の複数の円形バッテリーセルの正（＋）極が前記パックケースを眺めるように配置される。

前記パックケースは、前記第１のバッテリーモジュールと第２のバッテリーモジュールがパックケースに固定されるように内側に複数の揺動防止部が形成される。

前記パックケースは、電気伝導特性を有する金属性素材からなる。

前記第１のバッテリーモジュール及び第２のバッテリーモジュールのモジュールケースは、電気絶縁性素材からなる。

本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールは、従来のバッテリーモジュールケースの形状を大きく変形せずとも容易に製作することが可能であることから、絶縁部材による別途の生産コストがさらにかからず、且つ、所定の沿面距離をも確保しながら速やかにバッテリーモジュールを生産することが可能になることから、速やかに且つ安価にバッテリーパックを生産することができる。

従来のバッテリーセル及びパックの構造図。 本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図。 本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの側面切断構造図。 本発明の実施形態に係るバッテリーパックの斜視図。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態をより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。

本発明を説明するに当たって、この開示において用いられる「第１の」、「第２の」などの言い回しは、複数の構成要素を説明するうえで使用可能であるが、前記構成要素は、前記言い回しによって何等限定されない。「第１の」、「第２の」などの言い回しは、ある構成要素を他の構成要素から区別する目的でしか使えない。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲内において第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてもよく、同様に、第２の構成要素もまた第１の構成要素と命名されてもよい。単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。

本発明において用いられる用語としては、本発明における機能を考慮しつつ、できる限り現在汎広く用いられている一般的な用語を選択したが、これは、当分野に携わっている技術者の意図又は判例、新たな技術の出現などによって異なる。なお、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合、当該する発明の説明の部分の欄において詳しくその意味を記載する。よって、本発明において用いられる用語は、単なる用語の名称ではなく、その用語が有する意味と本発明の全般に亘っての内容を踏まえて定義されるべきである。

＜実施形態１＞
次いで、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールについて説明する。

本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルから構成されたバッテリーモジュールの間に伝熱部材が両側に接するように配置された冷却部材が形成されることにより、バッテリーセルから発せられる熱が有効に冷却されてバッテリーパック内の温度が一定に保たれるようにする。

図２は、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図である。

図３は、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの側面切断構造図である。

図２及び図３を参照すると、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュール１１００は、電気伝導特性を有する金属性パックケース内に配置され、一方の側が開口された形状に形成され、開口された一方の側の終端に「Ｌ」字状の第１の結合部が形成される第１のモジュールケース１１１０、一方の側が開口された形状に形成され、前記第１のモジュールケースの第１の結合部に対応する「□」字状の第２の結合部が形成される第２のモジュールケース１１２０、及び第１のモジュールケース１１１０と第２のモジュールケース１１２０内に収容される複数の円形バッテリーセル１１３０を備える。

前記第１のモジュールケース１１１０の第１の結合部１１１１は、前記第２のモジュールケース１１２０の第２の結合部１１２１の内側に収容されて嵌合をなす。

以下、このようなバッテリーモジュール１１００に対する構成について、さらに詳しく説明する。

前記第１のモジュールケース１１１０は、一方の側が開口された形状に形成され、開口された一方の側の終端に「Ｌ」字状の第１の結合部１１１１が形成される構成であり、一方の側が開口された形状に形成され、前記第１のモジュールケース１１１０の第１の結合部１１１１に対応する「□」字状の第２の結合部１１２１が形成される構成であって、前記第１の結合部１１１１と第２の結合部１１２１は、嵌合する。

また、前記第１の結合部１１１１と第２の結合部１１２１との嵌合により前記バッテリーセル１１３０とパックケースとの間の所定の長さの沿面距離を確保してスパークの発生リスクを低減できるようにする。ここで、沿面距離（creepage distance）とは、導体と導体との間の距離を表面（surface of the insulating material）に沿って測った最短距離のことをいう。

さらに、単にモジュールケースの厚さを厚くして沿面距離を増大させるよりは、ケースが接する結合面を増加させて沿面距離を増大させるので、より一層効率的であり、従来のケースの構造において一部のみ変更されることにより、通常のケースの構造の変更に伴う所要コストをさらに節減することができる。

これにより、第１のモジュールケース１１１０及び第２のモジュールケース１１２０は、電気絶縁性素材からなる必要がある。

さらにまた、前記第１の結合部１１１１及び第２の結合部１１２１の形状は、「□」字状、「Ｌ」字状だけではなく、互いに結合される千鳥状及び一つの結合部に凹部が形成され、他の結合部に凸部が形成される形状などに形成可能であり、互いに交換・変更されて形成されてもよい。

これらに加えて、前記第１のモジュールケース１１１０及び第２のモジュールケース１１２０は、前記パックケース内に配置できるようにそれぞれ下部に固定部１１１２、１１２２をさらに備えてなり、前記固定部１１１２は、パックケースの固定部の形状と対応する形状に多種多様に形成できるようにする。

一実施形態によれば、前記固定部１１１２、１１２２は、斜めに下端に向かって広がる形状であって、底辺が平らである長い三角形状に形成されてもよい。これにより、前記固定部１１１２、１１２２に対応するパックケースの固定部もまた、同じ三角形がひっくり返された形状に形成されて、パックケースの固定部に前記固定部１１１２、１１２２が摺動して締結されることが可能になる。

また、前記第１のモジュールケース１１１０及び第２のモジュールケース１１２０は、円形バッテリーセルの一方の端が嵌着できるように水平方向に連通された複数の貫通溝１１１３、１１２３をさらに備える。

さらに、前記貫通溝１１１３、１１２３は、貫通溝１１１３、１１２３に嵌まり込んだ円形バッテリーセルの終端と出会う部分の直径が円形バッテリーセルの胴体の直径よりも小さく形成されてバッテリーセルが外部に排出されないようにする。

しかしながら、バッテリーセルの保護構造により、バッテリーセルの正（＋）極のキャップが開かれることもあるため、バッテリーセルのキャップが開かれ易いように所定の直径範囲以上に形成する。

さらにまた、前記複数の円形バッテリーセル１１３０は、前記第１のモジュールケース１１１０及び第２のモジュールケース１１２０の内側に収容される構成要素であって、幅方向に配列できるようにする。

これらに加えて、前記複数の円形バッテリーセル１１３０は、電極端子の方向が同じくなるように一方向に配列して、組み立て易くする。

＜実施形態２＞
次いで、本発明の実施形態に係るバッテリーパックについて説明する。

本発明の実施形態に係るバッテリーパックは、内側に幅方向に複数のバッテリーセルが配列され、所定の長さの沿面距離を確保できるように嵌合可能な結合部が配備されたバッテリーモジュールを二つの列に構成して速やかに組立てできるようにし、冷却効率が増大されるように各バッテリーモジュールに構成されたバッテリーセルの負（−）極が相対向するように配列されることにより、バッテリーパックの駆動に際して安全に駆動できるようにする。

図４は、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの斜視図である。

図４を参照すると、本発明の実施形態に係るバッテリーパック１０００は、複数の円形バッテリーセルが幅方向に配置され、バッテリーセルとパックケースとの間に所定の長さの沿面距離が形成されるように一対のモジュールケースが嵌合する結合部が形成されたモジュールケースが構成された第１のバッテリーモジュール１１００、複数の円形バッテリーセルが幅方向に配置され、バッテリーセルとパックケースとの間に所定の長さの沿面距離が形成されるように一対のモジュールケースが嵌合する結合部が形成されたモジュールケースが構成された第２のバッテリーモジュール１２００及び前記第１のバッテリーモジュール１１００及び第２のバッテリーモジュール１２００を内側に収容するパックケース１３００を備える。

ここで、バッテリーモジュールは、説明のしやすさのために、二つのバッテリーモジュールである場合を想定して説明するが、それぞれバッテリーモジュールを基準として複数延長可能である。これは、二列をなして延びることを意味する。

また、ここには、各バッテリーモジュールを電気的に接続するバスバーがさらに配備されなければならず、これは、種々の形状に形成可能である。

以下、このようなバッテリーパック１０００に対する構成について、さらに詳しく説明する。

さらに、前記第１のバッテリーモジュール１１００及び第２のバッテリーモジュール１２００は、複数の円形バッテリーセルが幅方向に配置され、バッテリーセルとパックケースとの間に所定の長さの沿面距離が形成されるように一対のモジュールケースが嵌合する結合部が形成されたモジュールケースが構成された構成要素であり、複数の円形バッテリーセルの電極は、それぞれ同じ方向に配置される。

すなわち、前記円形バッテリーセルの負（−）極及び正（＋）極が同じ方向に配置されて正（＋）極方向が前記パックケース１３００を眺めるように配置される。

これにより、前記第１のバッテリーモジュール１１００の左側には複数のバッテリーセルの正（＋）極が配置され、右側には複数のバッテリーセルの負（−）極が配置される。

さらにまた、前記第２のバッテリーモジュール１２００の左側には複数のバッテリーセルの負（−）極が配置され、右側には複数のバッテリーセルの正（＋）極が配置される。

これらに加えて、バッテリーセルは、一般に、駆動に際して、バッテリーセルの側面から発せられる熱の量よりも、電流が流れる各電極端子から発せられる熱の量がさらに多いため、バッテリーセルの電極は、下部面が物体により閉塞されている上／下方向ではなく、大気にオープンされた左／右方向（幅方向）に配列する。

より具体的に説明すれば、前記バッテリーモジュールのそれぞれには所定の長さの沿面距離が形成されるように右側の外殻が所定の範囲だけ切削された第１の結合部が形成される第１のモジュールケース、第１のモジュールケースの第１の結合部と対応する位置に第１の結合部の切削された大きさと同様に内側に所定の範囲だけ切削された第２の結合部が形成される第２のモジュールケース及び第１のモジュールケースと第２のモジュールケース内に収容される複数の円形バッテリーセルを備える。

ここで、前記第１のモジュールケース１１１０及び第２のモジュールケース１１２０は、電気絶縁性素材からなって、前記バッテリーセルとパックケース１３００とが絶縁できるようにする。

また、前記第１の結合部及び第２の結合部の切削された形状により前記バッテリーセルの側面とパックケース１３００との間の伝導性表面距離（沿面距離）が増加してスパークの発生を防ぐ所定の長さが確保できるようにする。

さらに、前記第１のバッテリーモジュール１１００及び第２のバッテリーモジュール１２００の間には、前記円形バッテリーセルから発せられる熱を冷却させる冷却モジュールを設けて、従来それぞれのバッテリーモジュールごとに冷却モジュールが配備されていた構成とは異なり、一つの構成を通じて温度が制御され易いようにする。

これにより、前記第１のバッテリーモジュール１１００及び第２のバッテリーモジュール１２００のバッテリーセルの負（−）極端子が中央を基準として相対向するように形成されることにより、一般に、発熱量がさらに多い負（−）極が冷却モジュールの位置する個所に配置されるので、効率よく冷却可能である。

さらにまた、前記冷却モジュールは、第１のバッテリーモジュール１１００と第２のバッテリーモジュール１２００にそれぞれ隣設される第１の伝熱フレーム及び第２の伝熱フレームを備え、前記第１の伝熱フレーム及び第２の伝熱フレームの間には、第１及び第２の伝熱フレームが伝達する熱を冷却させる冷却部材が配備され、前記第１及び第２の伝熱フレームは、前記バッテリーセルから発せられる熱を前記冷却部材に伝達してもよい。

このような伝熱フレームの構成要素は、直接的な冷却によりバッテリーセルの性能が低下することを防ぐことができる。

そして、冷却モジュールだけではなく、加熱モジュールまたは温度制御モジュール（加熱部材＋冷却部材）が構成されてもよい。

なお、前記第１のバッテリーモジュール１１００及び第２のバッテリーモジュール１２００の下端には、前記パックケース１３００内に配置できるようにそれぞれ下部に固定部１１１２、１１２２がさらに備えられ、前記固定部１１１２は、パックケースの固定部の形状と対応する形状に種々に形成できるようにする。

一実施形態によれば、前記固定部１１１２、１１２２は、斜めに下端に向かって広がる形状であって、底辺が平らである長い三角形状に形成されてもよい。

また、前記パックケース１３００は、前記第１のバッテリーモジュール及び第２のバッテリーモジュールを内側に収容する構成要素であり、前記第１のバッテリーモジュール及び第２のバッテリーモジュールだけではなく、多数のバッテリーモジュールを収容するために、一般に、電気伝導特性を有する金属性素材からなる。これは、多数のバッテリーモジュールを収容する場合、耐えなければならない重さが大きいため、金属性素材からケースを形成するのである。

さらに、前記パックケース１３００は、前記第１のバッテリーモジュールと第２のバッテリーモジュールが前記パックケースに固定されるように複数の揺動防止部が形成されるが、これは、一つのバッテリーセルにおいて発火が起こる場合、他のバッテリーセルまたはモジュールに伝搬して爆発につながることを防ぐためである。

さらにまた、バッテリーモジュールを固定して当該バッテリーパック付き装置が移動する場合、バッテリーモジュールに生じる揺らぎ（揺動）を防止できるようにする。

そして、前記揺動防止部は、種々の形状に形成可能であり、単にバッテリーモジュールケースが揺動することを防ぐように間隔を埋めるブロック状に形成されてもよく、または、各セルまたはモジュールと隔壁をなす形状に形成されてもよい。

なお、前記パックケース１３００下部面の内側は、前記バッテリーモジュール１１００、１２００と当接するが、バッテリーモジュール１１００、１２００と当接する面の終端は、前記バッテリーモジュール１１００、１２００の固定部１１１２、１１２２に対応する形状に形成される。

一実施形態によれば、前記固定部１１１２、１１２２が斜めに下端に向かって広がる形状であって、底辺が平らである長い三角形状であるので、パックケース１３００の固定部もまた同じ三角形がひっくり返された形状に形成されて、パックケースの固定部に前記固定部１１１２が摺動して締結されることが可能になる。

一方、本発明の技術的思想は、前記実施形態に基づいて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、叙述した特許請求の範囲の技術内において種々の実施形態が可能である筈である。

１０００：バッテリーパック
１１００：第１のバッテリーモジュール
１１１０：第１のモジュールケース
１１１１：第１の結合部
１１１２、１１２２：固定部
１１１３、１１２３：貫通溝
１１２０：第２のモジュールケース
１１２１：第２の結合部
１１３０：複数の円形バッテリーセル
１２００：第２のバッテリーモジュール
１３００：パックケース

Claims (10)

1. 電気伝導特性を有する金属性のパックケース内に配置されるバッテリーモジュールにおいて、
   一方の側が開口された形状に形成され、開口された一方の側の終端にＬ字状の第１の結合部が形成される第１のモジュールケースと、
   一方の側が開口された形状に形成され、前記第１のモジュールケースの第１の結合部に対応する第２の結合部が形成される第２のモジュールケースと、
   前記第１のモジュールケースと第２のモジュールケース内に幅方向に収容される複数の円形バッテリーセルと、
   を備えており、
   前記第１のモジュールケースの第１の結合部は、第２のモジュールケースの第２の結合部の内側に収容されて嵌合をなすことを特徴とするバッテリーモジュール。
2. 前記第１のモジュールケースと第２のモジュールケースは、前記パックケース内に配置できるようにそれぞれ下部に固定部をさらに備え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. 前記第１のモジュールケースと第２のモジュールケースは、円形バッテリーセルの一方の端が嵌着できるように水平方向に連通された複数の貫通溝をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記貫通溝は、貫通溝に嵌まり込んだ円形バッテリーセルの終端と出会う部分の直径が前記円形バッテリーセルの胴体直径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記第１のモジュールケースと第２のモジュールケースは、電気絶縁性素材からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
6. 複数の円形バッテリーセルが幅方向に配置され、バッテリーセルとパックケースとの間に所定の長さの沿面距離が形成されるように一対のモジュールケースが嵌合する結合部が形成されたモジュールケースが構成された第１のバッテリーモジュールと、
   複数の円形バッテリーセルが幅方向に配置され、バッテリーセルとパックケースとの間に所定の長さの沿面距離が形成されるように一対のモジュールケースが嵌合する結合部が形成されたモジュールケースが構成された第２のバッテリーモジュールと、
   前記第１のバッテリーモジュール及び第２のバッテリーモジュールを内側に収容するパックケースと、
   を備えることを特徴とするバッテリーパック。
7. 前記第１のバッテリーモジュールと第２のバッテリーモジュールは、複数の円形バッテリーセルの負（−）極及び正（＋）極が同じ方向に配置されてそれぞれのバッテリーモジュール内の複数の円形バッテリーセルの正（＋）極方向が前記パックケースを眺めるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック。
8. 前記パックケースは、前記第１のバッテリーモジュールと第２のバッテリーモジュールがパックケースに固定されるように内側に複数の揺動防止部が形成されたことを特徴とする請求項６または７に記載のバッテリーパック。
9. 前記パックケースは、電気伝導特性を有する金属性素材からなることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
10. 前記第１のバッテリーモジュール及び第２のバッテリーモジュールのモジュールケースは、電気絶縁性素材からなることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載のバッテリーパック。

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