JP2022532769A - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

Abstract

バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車が開示される。本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルが積層されたバッテリーセル積層体と、バッテリーセル積層体を収容するケースと、ケースに配置された回路基板と、回路基板の固定のためにスクリューが挿入されるように回路基板に形成された据付けホールと、据付けホールから延びる拡張ホールと、を含む。

Description

本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、据付けホールから延びた拡張ホールを通じて回路基板を冷却することができるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。

本出願は、２０１９年１１月２８日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１５５８５６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。

モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く用いられている。

このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。

リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。

二次電池、即ち、バッテリーセルをケースに積層してバッテリーモジュールを構成できるが、バッテリーモジュールにはバッテリーセルを電気的に接続して温度などのセンシングと制御のために、バスバー、リレー、回路基板などが備えられ得る。

ここで、回路基板は、締結部材などを使用してケースに結合し、回路基板をケースに結合するための据付けホールが回路基板に形成される。

図１は、従来のバッテリーモジュールの保護回路モジュールを模式的に示した図である。図１は、先行技術文献である韓国公開特許公開第１０－２０１５－００８９４８１号（以下、特許文献１とする。）の図４である。

図１を参照すると、印刷回路基板１にバイアホール２が形成されている。特許文献１を参照すると、印刷回路基板１に垂直に穿孔された一つ以上のバイアホール２を含む二次電池保護回路モジュールを使用する場合、保護回路モジュールの異常発熱状態及び異常温度状態を正確に感知できる。

ここで、図１を参照すると、ヒューズ３がバイアホール２を全て閉鎖しているため、バイアホール２を通じては空気の流動が不可能である。即ち、特許文献１は、バイアホール２を通じる空気の流動が目的ではなく、バイアホール２を通じて異常発熱状態を正確に感知してヒューズ３が迅速に破壊されるようにする発明である。

したがって、特許文献１には印刷回路基板１の温度が上昇する場合、ヒューズ３を通じて電気的接続を切ることは可能であっても、バイアホール２を通じて印刷回路基板１の温度上昇時に印刷回路基板１を冷却することができないという問題点がある。

韓国公開特許公開第１０－２０１５－００８９４８１号

本発明は、回路基板の温度が上昇する場合、回路基板を冷却できるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。

本発明の一面によると、複数のバッテリーセルが積層されたバッテリーセル積層体と、バッテリーセル積層体を収容するケースと、ケースに配置された回路基板と、回路基板の固定のために締結部材が挿入されるように回路基板に形成された据付けホールと、据付けホールから延びる拡張ホールと、を含む、バッテリーモジュールが提供され得る。

また、拡張ホールは、回路基板の全体を貫通する貫通ホールとして設けられ得る。

そして、締結部材はスクリューとして設けられ、スクリューは、回路基板の据付けホールに挿入されるスクリュー本体と、スクリュー本体に結合するスクリューヘッドと、を含み、スクリュー本体が据付けホールに挿入されて締結されると、拡張ホールの少なくとも一部がスクリューヘッドの外側に位置するように設けられ得る。

また、拡張ホールは複数個が設けられ、複数の拡張ホールは据付けホールから放射状で延びるように形成され得る。

また、拡張ホールは、据付けホールから延びる第１ホールと、第１ホールから延び、第１ホールと相異なる幅を有する第２ホールと、を含み得る。

また、第１ホールの幅が、第２ホールの幅よりも小さく形成され得る。

そして、据付けホールから放射状で延びる長手方向を基準にして、第１ホールの長さが第２ホールの長さよりも小さく形成され得る。

また、スクリューヘッドの周縁を基準にして、スクリューヘッド周縁の内側に第１ホールが配置され、スクリューヘッド周縁の外側に第２ホールが配置され得る。

なお、本発明の他面によると、前述したバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提供され得、また、バッテリーモジュールを含む自動車が提供され得る。

本発明の実施例は、据付けホールから延びる拡張ホールが形成されることで、回路基板の温度が上昇する場合、拡張ホールを通じて流動する空気によって回路基板を冷却することができる。

従来のバッテリーモジュールの保護回路モジュールを模式的に示した図である。 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分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの回路基板の平面図である。 図３のＡ－Ａに沿って見た図である。 図３のＢ－Ｂに沿って見た図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて拡張ホールの変形実施例を示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて拡張ホールの他の変形実施例を示した図である。

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、本明細書及び特許請求の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。

図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性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は、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。

本明細書において使用される「結合」または「連結（接続）」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、直接連結（接続）される場合のみならず、一つの部材が継ぎ部材を介して他の部材に間接的に接合するか、間接的に連結（接続）される場合をも含む。

図２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分解斜視図であり、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回路基板の平面図であり、図４は、図３のＡ－Ａに沿って見た図であり、図５は、図３のＢ－Ｂに沿って見た図であり、図６は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて拡張ホールの変形実施例を示した図であり、図７は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて拡張ホールの他の変形実施例を示した図である。

図面を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、バッテリーセル積層体１００と、ケース２００と、回路基板３００と、据付けホール４００と、拡張ホール６００と、を含む。

バッテリーセル積層体１００は、電極リードが備えられたバッテリーセル１１０が複数設けられる。バッテリーセル１１０に備えられる電極リードは、外部に露出して外部機器に接続する一種の端子であって、伝導性材質からなり得る。電極リードは、正極リード及び負極リードを含み得る。正極リードと負極リードとは、バッテリーセル１１０の長手方向に対して互いに反対方向に位置するか、または互いに同じ方向に位置し得る。電極リードはバスバーに電気的に結合し得る。バッテリーセル１１０は、正極板／セパレータ／負極板の順に配列される単位セル（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）または正極板／セパレータ／負極板／セパレータ／正極板／セパレータ／負極板の順に配列されたバイセル（Ｂｉ－Ｃｅｌｌ）を電池容量に合わせて複数個を積層した構造を有し得る。

バッテリーセル積層体１００は、複数のバッテリーセル１１０が互いに積層されるように構成され得る。ここで、バッテリーセル１１０は多様な構造を有し得、また、複数のバッテリーセル１１０は、多様な方式で積層可能である。

バッテリーセル積層体１００は、各々のバッテリーセル１１０を収納するカートリッジ（図示せず）が複数で備えられ得る。各々のカートリッジ（図示せず）は、プラスチックの射出成形によって製造され得、バッテリーセル１１０を収納できる収納部が形成された複数のカートリッジ（図示せず）が積層され得る。複数のカートリッジ（図示せず）が積層されたカートリッジ組立体には、コネクター要素または端子要素が備えられ得る。コネクター要素は、例えば、バッテリーセル１１０の電圧または温度に関わるデータを提供し得る。コネクター要素には、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、図示せず）などに接続するための多様な形態の電気的接続部品または接続部材が含まれ得る。そして、端子要素は、バッテリーセル１１０に接続するメイン端子として正極端子及び負極端子を含み、端子要素は、ターミナルボルトが備えられて外部と電気的に接続し得る。一方、バッテリーセル１１０は、多様な形状を有し得る。

ケース２００は、バッテリーセル積層体１００を収容するように設けられる。ここで、ケース２００は、バッテリーセル積層体１００を囲むように設けられ得る。即ち、ケース２００には、バッテリーセル積層体１００またはバッテリーセル積層体１００が収納されたカートリッジ組立体が収納され得る。ケース２００は、バッテリーセル積層体１００または複数のカートリッジ組立体の全体を囲み、これによって外部の振動や衝撃からバッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体を保護する。

ケース２００は、バッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体の形状に対応する形状に形成され得る。例えば、バッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体が六面体形状に設けられる場合、ケース２００も、これに対応して六面体形状に設けられ得る。

ケース２００は、例えば、金属材質のプレートを折り曲げて製造でき、または、プラスチック射出物によって製造することもできる。そして、ケース２００は、一体型に製造することもでき、または、分離型に製造することもできる。

ケース２００には、前述のコネクター要素または端子要素が外部に露出する貫通部（図示せず）が形成され得る。即ち、コネクター要素または端子要素は、外部の所定部品または部材と電気的に接続でき、このような電気的接続がケース２００によって妨げられないようにケース２００に貫通部を形成してもよい。

ケース２００は、上部ケース２１０と、下部ケース２２０と、側面ケース２３０から構成され得るが、これに限定されない。

回路基板３００は、ケース２００に配置されて結合する。回路基板３００は、ケース２００の多様な位置に結合し得る。図２を参照すると、回路基板３００が上部ケース２１０に結合するが、これは一例であり、これに限定されない。回路基板３００が上部ケース２１０に結合する場合、ケース２００を保護するためのハウジング（図示せず）がさらに備えられ得る。

据付けホール４００は、回路基板３００の固定のために締結部材５００が挿入されるように回路基板３００に形成される。据付けホール４００は多様に設けられ得、例えば、円形のホールとして設けられ得る。

そして、締結部材５００も多様に設けられ得るが、以下では、締結部材５００がスクリュー５１０である場合を中心にして説明する。そして、回路基板３００には、スクリュー５１０に締結可能なねじ山が形成されるが、図面には回路基板３００のねじ山が省略されている。スクリュー５１０は、スクリュー本体５１１と、スクリューヘッド５１２と、を含んで構成され得る。スクリュー本体５１１は、回路基板３００を固定するために回路基板３００の据付けホール４００に挿入される。スクリューヘッド５１２は、スクリュー本体５１１に結合する。

図３を参照すると、拡張ホール６００は、据付けホール４００から延びる。そして、図５を参照すると、拡張ホール６００は、回路基板３００の全体を貫通するように貫通ホールとして設けられる。ここで、図３及び図５を参照すると、前述したスクリュー本体５１１が据付けホール４００に挿入されて締結される場合、拡張ホール６００の少なくとも一部はスクリューヘッド５１２の外側に位置する。

このように、据付けホール４００から延びる拡張ホール６００がスクリューヘッド５１２の外側に位置すると、図５のように拡張ホール６００を通じて空気が流動可能である。即ち、対流によって流動する空気が拡張ホール６００を通じて移動（図５の矢印Ｘ参照）しながら、温度が高くなった回路基板３００を冷却できる。

図３を参照すると、拡張ホール６００は複数個が設けられ、複数の拡張ホール６００が据付けホール４００から放射状で延びるように形成され得る。このように複数の拡張ホール６００が放射状で形成されることは、後述する図６及び図７の変形実施例も同様である。但し、複数の拡張ホール６００が必ずしも放射状で配置される必要はない。

拡張ホール６００の変形実施例である図６を参照すると、拡張ホール６００は、第１ホール６１０及び第２ホール６２０を含んで構成され得る。ここで、第１ホール６１０は、据付けホール４００から延びるホールであり、第２ホール６２０は第１ホール６１０から延びるホールであり、第１ホール６１０及び第２ホール６２０は、相異なる幅を有するように形成され得る。

例えば、図６のように、第１ホール６１０の幅が第２ホール６２０の幅よりも小さく形成され得る。図３のように、拡張ホール６００の全幅が同じ場合、拡張ホール６００の幅が大きすぎると、スクリュー本体５１１と締結される回路基板３００のねじ山の全面積が減少するので、スクリュー本体５１１の締結強度が減少する。一方、スクリュー本体５１１の締結強度のために、拡張ホール６００の幅を余りにも小さくすると、空気の流動が円滑にならないという問題点がある。

これを考慮して、拡張ホール６００は、幅が相異なる第１ホール６１０及び第２ホール６２０を含んで構成され、スクリュー本体５１１の締結強度のために第１ホール６１０の幅は、第２ホール６２０の幅よりも小さく形成し、空気の円滑な流動のために第２ホール６２０の幅は、第１ホール６１０の幅よりも大きく形成する。

即ち、図６において、回路基板３００のうちスクリュー本体５１１に締結される部分（図６のＰ部分参照）の面積を大きくするために、第１ホール６１０の幅を第２ホール６２０よりも相対的に小さく形成して、スクリュー本体５１１と回路基板３００との締結強度を増大させる。

但し、スクリュー５１０の締結強度と空気流動に大きい問題がなければ、図３のように製作が簡便な同じ幅の拡張ホール６００を使用してもよい。

また、据付けホール４００から放射状で延びる長手方向（図６の矢印Ｙ方形参照）を基準にして、第１ホール６１０の長さが第２ホール６２０の長さよりも小さく形成され得る。前述したように、第１ホール６１０の幅が第２ホール６２０の幅よりも小さいため、第２ホール６２０の長さが長いほど、空気が流動可能な流動空間が広くなる。

図６において、第２ホール６２０の一部がスクリューヘッド５１２によって遮られるが、スクリューヘッド５１２の下部には第２ホール６２０による貫通ホールが形成されており、その部分を通じて空気が流動可能であるので、第２ホール６２０の一部がスクリューヘッド５１２によって遮られても、円滑な空気流動が可能である。

したがって、第２ホール６２０の長さが第１ホール６１０の長さよりも大きく形成されると、空気の流動量が増加し、これによって冷却効率が増大する効果を奏する。

拡張ホール６００他の変形実施例である図７を参照すると、拡張ホール６００の第１ホール６１０の幅が第２ホール６２０の幅よりも小さく形成され、スクリューヘッド５１２の周縁を基準でスクリューヘッド５１２の周縁の内側に第１ホール６１０が配置され、スクリューヘッド５１２の周縁の外側に第２ホール６２０が配置される。図７は、図６に比べてスクリュー本体５１１の締結強度がさらに重要な場合である実施例である。

以下、図面を参照して本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明する。

回路基板３００に形成された据付けホール４００を通じてスクリュー５１０が挿入され、回路基板３００をケース２００に固定する。ここで、据付けホール４００から延びる拡張ホール６００が形成され、据付けホール４００はスクリューヘッド５１２によって上部が遮られた状態になるが、拡張ホール６００の少なくとも一部はスクリューヘッド５１２の外側に位置するため、開放された状態になる。

そして、拡張ホール６００は、回路基板３００の全体を貫通する貫通ホールとして設けられるため、開放された拡張ホール６００を通じて空気が流動しながら回路基板３００を冷却できる。

一方、第１ホール６１０は据付けホール４００から延び、第２ホール６２０は第１ホール６１０から延び、第１ホール６１０の幅が第２ホール６２０の幅よりも小さく形成されるように構成され得る。また、据付けホール４００から放射状で延びる長手方向を基準で、第１ホール６１０の長さが第２ホール６２０の長さよりも小さく形成され得る。

このような構成によって、スクリュー本体５１１が回路基板３００に十分な強度を有するように締結可能になるだけでなく、回路基板３００の効率的な冷却も可能な効果を奏する。

一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、前述したような本発明の一実施例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、バッテリーパック（図示せず）は、このようなバッテリーモジュール１０の外に、このようなバッテリーモジュール１０を収納するためのケース、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、ヒューズなどがさらに含まれ得る。

一方、本発明の一実施例による自動車（図示せず）は、前述したバッテリーモジュール１０またはバッテリーパック（図示せず）を含み得、バッテリーパック（図示せず）には、バッテリーモジュール１０が含まれ得る。そして、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、自動車（図示せず）、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような電気を使用するように設けられる所定の自動車（図示せず）に適用可能である。

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ず、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。

本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、特に、バッテリー関連産業に利用可能である。

Claims (10)

1. 複数のバッテリーセルが積層されたバッテリーセル積層体と、
   前記バッテリーセル積層体を収容するケースと、
   前記ケースに配置された回路基板と、
   前記回路基板の固定のために締結部材が挿入されるように前記回路基板に形成された据付けホールと、
   前記据付けホールから延びる拡張ホールと、を含む、バッテリーモジュール。
2. 前記拡張ホールが、前記回路基板の全体を貫通する貫通ホールとして設けられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記締結部材は、スクリューとして設けられ、
   前記スクリューは、
   前記回路基板の前記据付けホールに挿入されるスクリュー本体と、
   前記スクリュー本体に結合するスクリューヘッドと、を含み、
   前記スクリュー本体が前記据付けホールに挿入されて締結されると、前記拡張ホールの少なくとも一部が前記スクリューヘッドの外側に位置する、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記拡張ホールは複数個が設けられ、
   複数の前記拡張ホールは前記据付けホールから放射状で延びるように形成される、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記拡張ホールは、
   前記据付けホールから延びる第１ホールと、
   前記第１ホールから延び、前記第１ホールと相異なる幅を有する第２ホールと、を含む、請求項３または４に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記第１ホールの幅が、前記第２ホールの幅よりも小さく形成された、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記据付けホールから放射状で延びる長手方向を基準にして、前記第１ホールの長さが前記第２ホールの長さよりも小さく形成された、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記スクリューヘッドの周縁を基準にして、前記スクリューヘッドの周縁の内側に前記第１ホールが配置され、前記スクリューヘッドの周縁の外側に前記第２ホールが配置される、請求項６または７に記載のバッテリーモジュール。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、バッテリーパック。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、自動車。

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