JP2022542452A - 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

本発明は、製造コストを節減したバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックを開示する。上記の目的を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、複数の二次電池を備えるセルアセンブリ、及びセルアセンブリを収納するモジュールハウジングを含み、モジュールハウジングは、セルアセンブリの大きさに応じてモジュールハウジングの長さを変更可能な少なくとも二つのフレームを備える。

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、製造コストを節減したバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックに関する。

本出願は、２０２０年５月１１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００５６１３４号に基づく優先権を主張し、当該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。

現在、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、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。

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が塗布された正極板と負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介在して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収納する外装材、すなわち電池パウチ外装材を備える。

近年、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く適用されている。中大型装置に適用される場合、容量及び出力を高めるため、多数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中大型装置には、積層し易いという長所からパウチ型二次電池が多く用いられる。

一方、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造の必要性が高まるにつれて、複数の二次電池が直列及び／または並列で接続されたバッテリーモジュールを複数個集合させた構造のバッテリーパックに対する需要が増加している。

さらに、製品が要求するバッテリーモジュールの容量に応じて多様な大きさの二次電池が適用される。二次電池の大きさが変わると、複数の二次電池を内部に収容するモジュールハウジングの大きさも変更されねばならず、それによりモジュールハウジングの設計及びその製造機器の変更も必要となる。このような設計変更によってバッテリーモジュールまたはバッテリーパックの製造コストが大幅に増大し、製品単価を低減し難くする要因になる。

本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、製造コストを節減した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。

本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態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。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、複数の二次電池を備えるセルアセンブリと、セルアセンブリを収納するモジュールハウジングと、を含み、モジュールハウジングは、セルアセンブリの大きさに応じてモジュールハウジングの長さを変更可能な少なくとも二つのフレームを備える。

また、少なくとも二つのフレームは、一方のフレームの内部空間に他方のフレームが収容されるか、または、一方のフレームの内部空間から他方のフレームが引き出されるように構成され得る。

また、少なくとも二つのフレームは、それぞれ、セルアセンブリの上部及び水平方向の側部を覆うカバープレートと、カバープレートの下部と結合され、セルアセンブリを載置するように構成された下部プレートと、を備え得る。

さらに、少なくとも二つのフレームは、それぞれ、他のフレームの一部分が挿入される結合溝、及び他のフレームの結合溝に挿入されるように構成された挿入部を有し得る。

そして、結合溝及び挿入部は、それぞれ、モジュールハウジングの長さが変更される長手方向に延びた形態を有し、少なくとも二つのフレームは、結合溝と挿入部とが互いに結合された状態で長手方向に移動可能に構成され得る。

さらに、少なくとも二つのフレームのうちいずれか一方のフレームは、結合溝と挿入部との結合によって他の一つ以上のフレームを内部に収容するように構成され得る。

また、カバープレート及び下部プレートは、互いに結合されるように内側に凹んだ嵌合溝、及び嵌合溝に挿入されるように構成された結合突起を備え得る。

さらに、モジュールハウジングの長さの変更を制限するように構成された固定部材をさらに含み得る。

そして、挿入部が挿入されていない結合溝の空いた空間を充填するように構成された充填材をさらに含み得る。

一方、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、上述したバッテリーモジュールを少なくとも二つ含み、少なくとも二つのバッテリーモジュールは、モジュールハウジングの側部が互いに対面するように配列される。

また、バッテリーモジュールの少なくとも二つのフレームは、いずれか一方のフレームが他方のフレームを内部に収容するように他方のフレームよりも大きく、バッテリーモジュールの相対的に大きい一方のフレームはバッテリーモジュールの相対的に小さい他方のフレームと対面するように配置され得る。

また、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含む。

本発明の一態様によれば、本発明のバッテリーモジュールは、モジュールハウジングがセルアセンブリの大きさに応じてモジュールハウジングの長さを変更可能な少なくとも二つのフレームを備えることで、セルアセンブリの大きさに応じてモジュールハウジングの長さを調節できるため、多様な大きさのバッテリーモジュールに一種類のモジュールハウジングを適用可能であるため、バッテリーモジュールの大きさ毎にモジュールハウジングを別途に制作する必要がない。これにより、本発明のバッテリーモジュールは、カスタマイズが容易であり、大量生産し易く、製品デザインの変更が不要であり、製造単価を画期的に下げることができる。

また、本発明の一態様によれば、本発明の少なくとも二つのフレームのうちいずれか一つのフレームが結合溝と挿入部との結合によって他の一つ以上のフレームを内部に収容するように構成されることで、適用されたセルアセンブリの大きさに応じてモジュールハウジングを縮小させることができる。また、本発明のバッテリーモジュールは、モジュールハウジングの運搬中にはモジュールハウジングの大きさを最小化してコンパクトな大きさで運送し、組み立て時にはセルアセンブリの大きさに応じて１次変形又は２次変形を行ってバッテリーモジュールを製造することができる。これにより、バッテリーモジュールの運送コストまたは保管コストを節減することができる。

さらに、本発明のバッテリーパックは、一つのバッテリーモジュールの相対的に大きいフレームが他の一つのバッテリーモジュールの相対的に小さいフレームと対面するように配置されることで、複数のバッテリーモジュール間の離隔した空間を最小化することができ、バッテリーパックのエネルギー密度を効果的に高めることができる。そして、複数のバッテリーモジュール同士が接触するように配置される場合、空いた空間がないため、外部衝撃によってバッテリーモジュールの配列が崩れることを防止することができる。これにより、バッテリーパックの耐久性を効果的に高めることができる。

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形態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ものであるため、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。

本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した分解斜視図である。 図１に示されたバッテリーモジュールが１次変形された様子を概略的に示した斜視図である。 図１に示されたバッテリーモジュールが２次変形された様子を概略的に示した斜視図である。 図１のモジュールハウジングのフレームの変形形態を概略的に示した底面斜視図である。 図４のモジュールハウジングのカバープレートの変形形態を概略的に示した底面斜視図である。 図４のモジュールハウジングの下部プレートの変形形態を概略的に示した斜視図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーモジュールのカバープレートを概略的に示した底面斜視図である。 本発明の一実施形態による複数のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 本発明の他の一実施形態による複数のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 本発明のさらに他の一実施形態による複数のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。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形態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形態に過ぎず、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は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した分解斜視図である。参考までに、図１のＸ軸方向が右方であり、Ｙ軸方向が後方であり、Ｚ軸方向が上方である。

図１及び図２を参照すると、本発明のバッテリーモジュール２００は、セルアセンブリ１００及びモジュールハウジング２１０を含む。具体的には、セルアセンブリ１００は、複数の二次電池１１０を備え得る。このとき、二次電池１１０は、パウチ型二次電池１１０であり得る。特に、パウチ型二次電池１１０は、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を備え得る。

ここで、電極組立体は、一つ以上の正極板と一つ以上の負極板とがセパレータを介在して配置された形態で構成され得る。より具体的には、電極組立体は、一つの正極板と一つの負極板とがセパレータと一緒に巻き取られた巻取型、及び複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介在して交互に積層された積層型などに区分され得る。

また、パウチ外装材は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備える形態で構成され得る。このようなパウチ外装材は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などの向上のため、金属薄膜、例えばアルミニウム薄膜が含まれた形態で構成され得る。そして、このようなアルミニウム薄膜は、電極組立体及び電解液のような二次電池１１０内部の構成要素や二次電池１１０外部の他の構成要素との電気絶縁性を確保するため、絶縁物質から形成された絶縁層の間に介在され得る。

特に、パウチ外装材は、２個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形態の内部空間が形成され得る。そして、パウチの内部空間には電極組立体が収納され得る。そして、２個のパウチの外周面にはシーリング部が備えられ、シーリング部が互いに融着されることで、電極組立体が収容された内部空間を密閉することができる。

それぞれのパウチ型二次電池１１０には電極リード１１１が備えられ、電極リード１１１には正極リード及び負極リードが含まれ得る。

より具体的には、電極リード１１１は、パウチ外装材の前側または後側の外周面に位置したシーリング部から前方または後方に突出するように構成され得る。そして、電極リード１１１は二次電池１１０の電極端子として機能し得る。例えば、図２に示されたように、一つの電極リード１１１が二次電池１１０から前方に突出する形態で構成されることができ、他の一つの電極リード１１１が二次電池１１０から後方に突出する形態で構成され得る。

本発明のこのような構成によれば、一つの二次電池１１０において、正極リードと負極リードとが干渉しなくなって電極リード１１１の面積を広げることができ、電極リード１１１とバスバーアセンブリ２３０に備えられたバスバーとの間の溶接工程などをより容易に行うことができる。

パウチ型二次電池１１０は、バッテリーモジュール２００に複数個含まれ、少なくとも一方向に積層されるように配列され得る。例えば、図２に示されたように、複数のパウチ型二次電池１１０は左右方向に並んで積層された形態で構成され得る。このとき、それぞれのパウチ型二次電池１１０は、正面から眺めたとき、２個の広い面が左右側にそれぞれ位置し、上下側及び前後側にはシーリング部が位置するように、地面に略垂直に立てられた形態で配置され得る。換言すれば、それぞれの二次電池１１０は、上下方向に立てられた形態で構成され得る。

上述したパウチ型二次電池１１０の構成は、本願が属する技術分野の当業者に自明な事項であるため、詳細な説明を省略する。そして、本発明によるセルアセンブリ１００には、本願の出願時点で公知の多様な二次電池が採用され得る。

また、本発明のバッテリーモジュール２００は、セルアセンブリ１００の複数の二次電池１１０を電気的に接続するバスバーを備え得る。バスバーは、バスバーアセンブリのバスバーフレーム上に取り付けられ得る。バスバーは金属素材を含み得る。バスバーは、セルアセンブリ１００の前方及び後方のそれぞれに位置し得る。

一方、モジュールハウジング２１０は、バッテリーモジュール２００において、外装材の役割を果たすことができる。これにより、モジュールハウジング２１０は、バッテリーモジュール２００に構造的な安定性を与え、衝撃や物体など外部の他の物理的な要素から内部に収納されたセルアセンブリ１００のような構成要素を保護する役割を果たす。そのため、モジュールハウジング２１０は、スチールまたはアルミニウムのような金属材質または非伝導性のプラスチックを含み得る。

図３は図１に示されたバッテリーモジュールが１次変形された様子を概略的に示した斜視図であり、図４は図１に示されたバッテリーモジュールが２次変形された様子を概略的に示した斜視図である。

図１～図４を参照すると、モジュールハウジング２１０は、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６を備え得る。少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、セルアセンブリ１００の大きさに応じてモジュールハウジング２１０の長さを変更できるように構成され得る。例えば、図３に示されたバッテリーモジュール２００は、内部に収容されるセルアセンブリ１００の前後方向の長さが図２に示されたセルアセンブリ１００の長さよりも長い場合、モジュールハウジング２１０の前後方向の長さが約２倍長くなるように１次変形され得る。また、図４に示されたバッテリーモジュール２００のモジュールハウジング２１０は、図１に示されたモジュールハウジング２１０の長さを基準にして、前後方向（Ｙ軸方向）の長さが約３倍長くなるように２次変形され得る。

したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールハウジング２１０がセルアセンブリ１００の大きさに応じてモジュールハウジング２１０の長さを変更可能な少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６を備えることで、セルアセンブリ１００の大きさに応じてモジュールハウジング２１０の長さを調節できると共に、多様な大きさのバッテリーモジュール２００に一種類のモジュールハウジング２１０を適用可能であるため、バッテリーモジュール２００の大きさ毎にモジュールハウジング２１０を別途に制作する必要がない。これにより、本発明のバッテリーモジュール２００は、カスタマイズが容易であり、大量生産し易く、製品デザインの変更が不要であり、製造単価を画期的に下げることができる。

また、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、セルアセンブリ１００を内部に収容する内部空間を形成し得る。例えば、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、直方体の内部空間を形成するため、上側壁、左側壁、右側壁、及び下側壁を備え得る。さらに、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、前後方向にセルアセンブリ１００を挿入できるように、前後方向に開放された形態を有し得る。

さらに、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、一つのフレーム２１２の内部空間に少なくとも一つの他のフレーム２１４、２１６が収容され得る。または、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、一つのフレーム２１２の内部空間から少なくとも一つの他のフレーム２１４、２１６が引き出されるように構成され得る。例えば、図１のように、第１フレーム２１２は、その内部空間に第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６が収容され得る。例えば、図３のように、第２フレーム２１４は、その内部空間に第３フレーム２１６が収容され得る。また、第２フレーム２１４は、第１フレーム２１２の内部空間から後方に引き出された形態で位置し得る。

図２をさらに参照すると、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、カバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａ及び下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂを備え得る。カバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａは、セルアセンブリ１００の上部及び水平方向の側部を覆うように構成され得る。例えば、図２に示されたように、モジュールハウジング２１０のカバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａは、それぞれ、セルアセンブリ１００の上部及び左右方向の側部を覆うように上側壁、左側壁、右側壁を備え得る。

また、下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂは、セルアセンブリ１００を上面に載置するように構成され得る。下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂは、セルアセンブリ１００の下面と対応する大きさを有し得る。さらに、下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂは、それぞれカバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａの下部と結合され得る。例えば、下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂは、カバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａのそれぞれの左側壁及び右側壁の下端部と結合され得る。例えば、カバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａと下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂとは、それぞれの一部分同士が雌雄結合方式で結合され得る。

したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールハウジング２１０がカバープレートと下部プレートとに分離された構成を有するため、内部にセルアセンブリ１００を容易に搭載することができる。例えば、下部プレート上にセルアセンブリ１００を載置し、カバープレートを下部プレートと結合させることで、セルアセンブリ１００をモジュールハウジング２１０の内部に搭載することができる。

図５は図１のモジュールハウジングのフレームの変形形態を概略的に示した底面斜視図であり、図６は図４のモジュールハウジングのカバープレートの変形形態を概略的に示した底面斜視図であり、図７は図４のモジュールハウジングの下部プレートの変形形態を概略的に示した斜視図である。

図３及び図４とともに図５～図７を参照すると、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、結合溝２１２ｈ、２１４ｈ及び挿入部２１２ｉ、２１４ｉ、２１６ｉを備え得る。具体的には、一つのフレーム２１２の結合溝２１２ｈには、他のフレーム２１４の挿入部２１４ｉが挿入されるように構成され得る。逆に、他のフレーム２１４の挿入部２１４ｉは、一つのフレーム２１２の結合溝２１２ｈに挿入されるように構成され得る。

例えば、図５及び図６を参照すると、本発明のモジュールハウジング２１０は、第１フレーム２１２、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６を備え、第１フレーム２１２はカバープレート２１２ａ及び下部プレート２１２ｂを備えている。第２フレーム２１４は、カバープレート２１４ａ及び下部プレート２１４ｂを備えている。第３フレーム２１６は、カバープレート２１６ａ及び下部プレート２１６ｂを備えている。バッテリーパック３００は、大きさの順に、３個のフレーム２１２、２１４、２１６のうち相対的に最も大きい第１フレーム２１２、中間サイズの第２フレーム２１４、最も小さい第３フレーム２１６を備え得る。

また、第１フレーム２１２のカバープレート２１２ａは、結合溝２１２ｈ及び挿入部２１２ｉを備え得る。第２フレーム２１４のカバープレート２１４ａは、結合溝２１４ｈ及び挿入部２１４ｉを備え得る。そして、第３フレーム２１６のカバープレート２１６ａは、結合溝及び挿入部２１６ｉを備え得る。

例えば、図５及び図６に示されたように、第１フレーム２１２のカバープレート２１２ａは、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６の少なくとも一つのカバープレート２１４ａの挿入部２１４ｉが挿入されるように構成された結合溝２１２ｈを備え得る。第２フレーム２１４のカバープレート２１４ａは、第３フレーム２１６のカバープレート２１６ａの挿入部２１６ｉが挿入されるように構成された結合溝２１４ｈを備え得る。第３フレーム２１６のカバープレート２１６ａは、第１フレーム２１２及び第２フレーム２１４の少なくとも一つのカバープレート２１２ａの結合溝２１２ｈに挿入されるように構成された挿入部２１６ｉを備え得る。

さらに、下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂは、結合溝２１２ｈ、２１４ｈ、及び挿入部２１２ｉ、２１４ｉ、２１６ｉを備え得る。例えば、図７に示されたように、第１フレーム２１２の下部プレート２１２ｂは、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６の少なくとも一つの下部プレート２１４ｂの挿入部２１４ｉが挿入されるように構成された結合溝２１２ｈを備え得る。第２フレーム２１４の下部プレート２１４ｂは、第３フレーム２１６の下部プレート２１６ｂの挿入部２１６ｉが挿入されるように構成された結合溝２１４ｈを備え得る。第３フレーム２１６の下部プレート２１６ｂは、第１フレーム２１２及び第２フレーム２１４の少なくとも一つの下部プレート２１２ｂの結合溝２１２ｈに挿入されるように構成された挿入部２１６ｉを備え得る。

そして、結合溝２１２ｈ、２１４ｈは、それぞれ、モジュールハウジング２１０の長さが変更される長手方向に長く延びた形態を有し得る。挿入部２１２ｉ、２１４ｉ、２１６ｉは、それぞれ、モジュールハウジング２１０の長さが変更される長手方向に長く延びた形態を有し得る。

例えば、図６に示されたように、第１フレーム２１２及び第２フレーム２１４のカバープレート２１２ａ、２１４ａには、それぞれ前後方向に延びた結合溝２１２ｈ、２１４ｈが備えられ得る。第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６のカバープレート２１２ａ、２１４ａには、前後方向に延びた挿入部２１４ｉ、２１６ｉが備えられ得る。

例えば、図７に示されたように、第１フレーム２１２及び第２フレーム２１４の下部プレート２１２ｂ、２１４ｂのそれぞれには、前後方向に延びた結合溝２１２ｈ、２１４ｈが備えられ得る。第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６の下部プレート２１４ｂ、２１６ｂのそれぞれには、前後方向に延びた挿入部２１４ｉ、２１６ｉが備えられ得る。

さらに、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６は、結合溝と挿入部とが互いに結合された状態で長手方向に移動可能に構成され得る。例えば、図５及び図６に示されたように、第１フレーム２１２、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６のカバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａと下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂとは、結合溝２１２ｈ、２１４ｈと挿入部２１２ｉ、２１４ｉ、２１６ｉとが互いに結合された状態で前後方向に摺動可能に構成され得る。

したがって、本発明のこのような構成をよれば、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６が結合溝と挿入部とが互いに結合された状態で長手方向に移動可能に構成されることで、モジュールハウジング２１０に適用されるセルアセンブリ１００の大きさに応じてモジュールハウジング２１０の全体長さを容易に変更することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の製造コストを効果的に低減させることができる。

一方、図２及び図５～図７を参照すると、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６のうち少なくともいずれか一つ以上のフレーム２１４は、その挿入部２１４ｉが他のフレーム２１２の結合溝２１２ｈに挿入されることで、少なくともいずれか一つ以上のフレーム２１４が他のフレーム２１２の内部に収容されるように構成され得る。

例えば、図５に示されたように、第１フレーム２１２のカバープレート２１２ａは、備えられた結合溝２１２ｈに第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６のカバープレート２１４ａ、２１６ａの挿入部２１４ｉ、２１６ｉが挿入されることで、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６のカバープレート２１４ａ、２１６ａが第１フレーム２１２のカバープレート２１２ａの内部に収容され得る。また、第３フレーム２１６のカバープレート２１６ａは、結合溝２１４ｈと挿入部２１６ｉとの結合によって第２フレーム２１４のカバープレート２１４ａの内部に収容され得る。すなわち、３個のカバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａのうち、一つのカバープレート２１２ａが最も大きく、他の一つのカバープレート２１４ａが中間サイズであり、残り一つのカバープレート２１６ａが最も小さいと言える。

例えば、図２に示されたように、第１フレーム２１２の下部プレート２１２ｂは、備えられた結合溝２１２ｈに第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６の下部プレート２１４ｂ、２１６ｂの挿入部２１４ｉ、２１６ｉが挿入されることで、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６の下部プレート２１４ｂ、２１６ｂが第１フレーム２１２の下部プレート２１２ｂの内部に収容され得る。

また、第３フレーム２１６の下部プレート２１６ｂは、結合溝２１４ｈと挿入部２１６ｉとの結合によって第２フレーム２１４の下部プレート２１４ｂの内部に収容され得る。このとき、３個の下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂのうち、一つの下部プレート２１２ｂが最も大きく、他の一つの下部プレート２１４ｂが中間サイズであり、残り一つの下部プレート２１６ｂが最も小さいと言える。

したがって、本発明のこのような構成によれば、少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６のうち一つのフレーム２１２が結合溝２１２ｈと挿入部２１４ｉとの結合によって他の一つ以上のフレーム２１４、２１６を内部に収容するように構成されることで、適用されたセルアセンブリ１００の大きさに応じてモジュールハウジング２１０を縮小させることができる。

さらに、本発明のバッテリーモジュール２００は、モジュールハウジング２１０の運搬中にはモジュールハウジング２１０の大きさを最小化してコンパクトな大きさで運送し、組み立て時にはセルアセンブリ１００の大きさに応じて１次変形又は２次変形を行ってバッテリーモジュール２００を製造することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の運送コストまたは保管コストを節減することができる。

図６及び図７をさらに参照すると、カバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａと下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂとは互いに結合されるように構成され得る。カバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａは、本体の外面が内側に凹んで形成された嵌合溝２１２ｇ、２１４ｇ、２１６ｇを備え得る。下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂは、それぞれ、嵌合溝２１２ｇ、２１４ｇ、２１６ｇに挿入されるように構成された結合突起２１２ｐ、２１４ｐ、２１６ｐを備え得る。嵌合溝２１２ｇ、２１４ｇ、２１６ｇと結合突起２１２ｐ、２１４ｐ、２１６ｐとは、それぞれ互いに雌雄結合され得る。嵌合溝２１２ｇ、２１４ｇ、２１６ｇと結合突起２１２ｐ、２１４ｐ、２１６ｐとは互いに対面するように位置し得る。

例えば、図６及び図７に示されたように、第１フレーム２１２、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６のそれぞれのカバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａの下端面には、第１フレーム２１２、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６の下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂの結合突起２１２ｐ、２１４ｐ、２１６ｐが挿入されるように構成された嵌合溝２１２ｇ、２１４ｇ、２１６ｇが備えられ得る。

さらに、嵌合溝２１２ｇ、２１４ｇ、２１６ｇと結合突起２１２ｐ、２１４ｐ、２１６ｐとは、互いに結合された状態で一方向に移動可能に構成され得る。例えば、図６及び図７に示されたように、カバープレート２１２ａ、２１４ａ、２１６ａに備えられた嵌合溝２１２ｇ、２１４ｇ、２１６ｇは前後方向に延びた形態を有し得る。図７に示されたように、下部プレート２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂの結合突起２１２ｐ、２１４ｐ、２１６ｐは、前後方向に延びた形態を有し得る。

したがって、本発明のこのような構成によれば、嵌合溝及び結合突起を備えることで、第１フレーム２１２、第２フレーム２１４及び第３フレーム２１６のカバープレートをそれぞれの下部プレートに容易に結合できるだけでなく、それぞれのカバープレートと下部プレートとが互いに結合された状態で前後方向に移動しながらモジュールハウジング２１０の大きさを変化させることができる。

一方、図２及び図５をさらに参照すると、本発明のバッテリーモジュール２００は、モジュールハウジング２１０の長さの変更を制限するように構成された固定部材（図示せず）をさらに含み得る。例えば、固定部材は、接着剤であり得る。接着剤は、第１フレーム２１２と第２フレーム２１４と第３フレーム２１６との間の接触面に付け加えられ得る。

例えば、図６に示されたように、第１フレーム２１２の結合溝２１２ｈの内面と第２フレーム２１４の挿入部２１４ｉの外面との間には接着剤が付け加えられ、第１フレーム２１２と第２フレーム２１４とを結合させることができる。第２フレーム２１４の結合溝２１４ｈの内面と第３フレーム２１６の挿入部２１６ｉの外面との間には接着剤が付け加えられ、第２フレーム２１４と第３フレーム２１６とを互いに結合させることができる。

したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールハウジング２１０の長さの変更を制限するように構成された固定部材をさらに含むことで、バッテリーモジュール２００の製造が完了した後、モジュールハウジング２１０の長さが変更されることを防止することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の製造生産性を高めることができる。製品の製造後、外部衝撃によってモジュールハウジング２１０の大きさが変形されるなどの不良が発生することを防止することができる。

図８は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーモジュールのカバープレートを概略的に示した底面斜視図である。

図８を参照すると、本発明の他の一実施形態によるバッテリーモジュール２００のモジュールハウジング２１０は、図６のモジュールハウジング２１０と比べて、結合溝２１２ｈ、２１４ｈのそれぞれに充填材２４０がさらに付け加えられ得る。例えば、図８に示されたように、挿入部２１２ｉ、２１４ｉ、２１６ｉが挿入されていない結合溝２１２ｈ、２１４ｈの空いた空間を充填するように構成された充填材２４０が付け加えられ得る。充填材２４０は、液体状態で結合溝２１２ｈ、２１４ｈのそれぞれに充填された後、硬化するように構成され得る。例えば、充填材２４０は高分子樹脂であり得る。例えば、充填材２４０はエポキシ樹脂であり得る。

図９は、本発明の一実施形態による複数のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。

図９を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００Ａは、少なくとも二つのバッテリーモジュール２００を含む。少なくとも二つのバッテリーモジュール２００は、モジュールハウジング２１０の側部が互いに対面するように配列され得る。例えば、図９に示されたように、２４個のバッテリーモジュール２００が４行６列で配置され得る。このとき、各行に配置された４個のバッテリーモジュール２００は、互いにモジュールハウジング２１０の側部が対面するように配置され得る。

図１０は、本発明の他の一実施形態による複数のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。

図３とともに図１０を参照すると、まず、図１０のバッテリーパック３００Ｂは、バッテリーモジュール２００Ａ、２００Ｂがそれぞれ備える少なくとも二つのフレーム２１２、２１４、２１６のうちいずれか一つのフレームが他の一つのフレームを内部に収容するように構成され得る。例えば、いずれか一つのフレーム２１２は、他のフレーム２１４またはさらに他のフレーム２１６よりも大きく形成され得る。

このような構造的特徴によって、本発明のバッテリーパック３００Ｂは、一つのバッテリーモジュール２００Ａが備える相対的に大きいフレーム２１２を他の一つのバッテリーモジュール２００Ｂの相対的に小さいフレーム２１４、２１６と対面するように配置し得る。複数のバッテリーモジュールをこのように配置する場合、複数のバッテリーモジュール間の離隔した空間を効果的に減らすことができる。

例えば、図１０を参照すると、他の一実施形態によるバッテリーパック３００Ｂは、図３に示したバッテリーモジュールのように、1次変形された１２個のバッテリーモジュール２００Ａ、２００Ｂを備え得る。１２個のバッテリーモジュール２００Ａ、２００Ｂは４行３列で配置され得る。一つのバッテリーモジュール２００Ａの第１フレーム２１２は、他の一つのバッテリーモジュール２００Ｂの第２フレーム２１４と対面するように配置され得る。すなわち、一つのバッテリーモジュール２００Ａと他の一つのバッテリーモジュール２００Ｂとは、互いに前後方向に対称的に配置され得る。換言して、一つのバッテリーモジュール２００Ａと他の一つのバッテリーモジュール２００Ｂとが、前方と後方とが反対側に位置するように配置され得る。

図１１は、本発明のさらに他の一実施形態による複数のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。

また、図４とともに図１１を参照すると、さらに他の一実施形態によるバッテリーパック３００Ｃは、図４に示されたように、２次変形された８個のバッテリーモジュール２００Ｃ、２００Ｄを備え得る。８個のバッテリーモジュール２００Ｃ、２００Ｄは４行２列で配置され得る。一つのバッテリーモジュール２００Ｃの第１フレーム２１２は、他の一つのバッテリーモジュール２００Ｄの第３フレーム２１６と対面するように配置され得る。一つのバッテリーモジュール２００Ｃの第２フレーム２１４は、他の一つのバッテリーモジュール２００Ｄの第２フレーム２１４と対面するように配置され得る。すなわち、一つのバッテリーモジュール２００Ｃと他の一つのバッテリーモジュール２００Ｄとは、互いに前後方向に対称的に配置され得る。

したがって、本発明のこのような構成によれば、一つのバッテリーモジュールの相対的に大きいフレームが他の一つのバッテリーモジュールの相対的に小さいフレームと対面するように配置されることで、複数のバッテリーモジュール間の離隔した空間を最小化することができ、バッテリーパックのエネルギー密度を効果的に高めることができる。そして、複数のバッテリーモジュール同士が接触するように配置される場合、空いた空間がないため、外部衝撃によってバッテリーモジュールが配列が崩れることを防止することができる。これにより、バッテリーパックの耐久性を効果的に高めることができる。

本発明によるバッテリーパック３００は、上述した本発明によるバッテリーモジュール２００を少なくとも二つを含み得る。そして、このようなバッテリーパック３００は、バッテリーモジュール２００の他に、セルアセンブリ１００の充放電を制御するための各種の装置、例えばＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリー管理システム）、電流センサ、ヒューズなどをさらに含み得る。

また、本発明によるバッテリーモジュール２００は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用され得る。すなわち、本発明による自動車は、上述したバッテリーモジュール２００を含み得る。

一方、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。

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、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する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。

３００, ３００Ａ, ３００Ｂ, ３００Ｃ ：バッテリーパック
２００, ２００Ａ, ２００Ｂ, ２００Ｃ, ２００Ｄ：バッテリーモジュール
１１０：二次電池
１００：セルアセンブリ
２１０：モジュールハウジング
２３０：バスバーアセンブリ
２１２、２１４、２１６：第１フレーム、第２フレーム、第３フレーム
２１２ａ、２１４ａ、２１６ａ：カバープレート
２１２ｂ、２１４ｂ、２１６ｂ：下部プレート
２１２ｈ、２１４ｈ：結合溝
２１２ｉ、２１４ｉ、２１６ｉ：挿入部
２１２ｇ、２１４ｇ、２１６ｇ：嵌合溝
２１２ｐ、２１４ｐ、２１６ｐ：結合突起
２４０：充填材

Claims (12)

1. 複数の二次電池を備えるセルアセンブリと、
   前記セルアセンブリを収納するモジュールハウジングと、を含み、
   前記モジュールハウジングは、
   前記セルアセンブリの大きさに応じて前記モジュールハウジングの長さを変更可能な少なくとも二つのフレームを備える、バッテリーモジュール。
2. 前記少なくとも二つのフレームは、一方のフレームの内部空間に他方のフレームが収容されるか、または、一方のフレームの内部空間から他方のフレームが引き出されるように構成された、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記少なくとも二つのフレームは、それぞれ、
   前記セルアセンブリの上部及び水平方向の側部を覆うカバープレートと、
   前記カバープレートの下部と結合され、前記セルアセンブリを載置するように構成された下部プレートと、を備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記少なくとも二つのフレームは、それぞれ、
   他のフレームの一部分が挿入される結合溝、及び前記他のフレームの結合溝に挿入されるように構成された挿入部を有する、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記結合溝及び前記挿入部は、それぞれ、
   前記モジュールハウジングの長さが変更される長手方向に延びた形態を有し、
   前記少なくとも二つのフレームは、
   前記結合溝と前記挿入部とが互いに結合された状態で前記長手方向に移動可能に構成される、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記少なくとも二つのフレームのうちいずれか一方のフレームは、
   前記結合溝と前記挿入部との結合によって他の一つ以上のフレームを内部に収容するように構成される、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記カバープレート及び前記下部プレートは、
   互いに結合されるように内側に凹んだ嵌合溝、及び前記嵌合溝に挿入されるように構成された結合突起を備える、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記モジュールハウジングの長さの変更を制限するように構成された固定部材をさらに含む、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記挿入部が挿入されていない前記結合溝の空いた空間を充填するように構成された充填材をさらに含む、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも二つ含み、
    前記少なくとも二つのバッテリーモジュールは、
    前記モジュールハウジングの側部が互いに対面するように配列される、バッテリーパック。
11. 前記バッテリーモジュールの少なくとも二つのフレームは、
    いずれか一方のフレームが他方のフレームを内部に収容するように前記他方のフレームよりも大きく、
    前記バッテリーモジュールの相対的に大きい前記一方のフレームは前記バッテリーモジュールの相対的に小さい前記他方のフレームと対面するように配置される、請求項１０に記載のバッテリーパック。
12. 請求項１１に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車。

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