JP2023500543A - 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

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 Download PDF

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Abstract

本発明は、振動や外部衝撃に対する耐久性が向上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、複数の電池セルと、前方及び後方にそれぞれ位置し、互いに結合されて複数の電池セルを収容する内部空間を形成し、所定大きさの貫通孔が備えられた第１セルフレーム及び第２セルフレームと、第１セルフレームの前面及び第２セルフレームの後面にそれぞれ位置し、第１セルフレーム及び第２セルフレームの前後方向の移動を制限するように構成された複数の固定バーと、貫通孔に挿入され、前端部が第１セルフレームの前面に位置した固定バーと結合され、後端部が第２セルフレームの後面に位置した固定バーと結合されるように構成された少なくとも一つの長尺ボルトと、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、耐久性が向上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４月９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００４３４９８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。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化されるにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
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。また、このようなリチウム二次電池は、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、及び該電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。
そして、リチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分類され得る。
そのうち、缶型二次電池は、電極組立体が収納される金属缶を円筒形に製作する場合がある。このような缶型二次電池は、複数の二次電池を収容するモジュールケース及び複数の二次電池を電気的に接続するように構成されたバスバーを備えたバッテリーモジュールの構成に使用され得る。
モジュールケースは、内部に複数の二次電池を収容可能な収容空間を有する複数のセルフレームを備える。複数のセルフレームは、複数の缶型二次電池の一側または他側を覆うように構成される。このような複数のセルフレームは、複数の二次電池の一側及び他側を囲むように互いに結合される。しかし、複数のセルフレーム同士の締結力が弱くて互いに結合された状態を安定的に維持できないと、バッテリーモジュールの使用中に複数のセルフレームが互いに離隔し、モジュールケースの内部に収容された缶型二次電池と収容空間との間に隙間が生じ得る。このとき、バッテリーモジュールに外部衝撃や頻繁な振動が加えられると、収容された缶型二次電池がモジュールケースの内部に固定されず、収容空間内で振動または移動するおそれがある。収容空間内で缶型二次電池が持続的に振動または移動する場合、缶型二次電池とバスバーとの間の接合部位が損傷され易くて断線するなどの問題を引き起こす。
さらに、従来、複数のセルフレーム間の締結力を高めるため、ネジボルトを用いて複数のセルフレームを締結したが、ネジボルトが過多に使用されて組み立て工程に時間がかかった。逆に、セルフレーム同士を締結するためのネジボルトの個数を減らすと、セルフレーム同士の締結力が所望の所定基準以下に低下し、上述したように、内部に収容された缶型二次電池と収容空間との間に隙間が生じ、外部衝撃と頻繁な振動が発生したとき、二次電池セルとバスバーとの断線につながるおそれがあった。
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、外部衝撃や振動に対する耐久性が向上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、
複数の電池セルと、
前方及び後方にそれぞれ位置し、互いに結合されて複数の電池セルを収容する内部空間を形成し、所定大きさの貫通孔が備えられた第１セルフレーム及び第２セルフレームと、
第１セルフレームの前面及び第２セルフレームの後面にそれぞれ位置し、第１セルフレーム及び第２セルフレームの前後方向の移動を制限するように構成された複数の固定バーと、
貫通孔に挿入され、前端部が第１セルフレームの前面に位置した固定バーと結合され、後端部が第２セルフレームの後面に位置した固定バーと結合されるように構成された少なくとも一つの長尺ボルトと、を含む。
また、複数の固定バーは、
第１セルフレームの前面に位置して上下に長く延びた第１固定バーと、
第２セルフレームの後面に位置して上下に長く延びた第２固定バーと、を備える。
さらに、第１セルフレーム及び第２セルフレームの上部を覆うように構成され、一部分が第１固定バー及び第２固定バーのそれぞれの上部に結合されるように構成された第１カバーと、
第１セルフレーム及び第２セルフレームの下部を覆うように構成され、第１固定バー及び第２固定バーのそれぞれの下部に結合されるように構成された第２カバーと、をさらに含み得る。
そして、第１カバーは、
第１セルフレーム及び第２セルフレームの上面を覆うように水平方向に延びた第１本体部と、
第１本体部から下方に段差付けられて第１本体部から前後方向に延び、第１固定バー及び第２固定バーのそれぞれの上部と結合されるように構成された第１結合部と、を備え得る。
また、第２カバーは、
第１セルフレーム及び第２セルフレームの下面を覆うように水平方向に延びた第２本体部と、
第２本体部から上方に段差付けられて第２本体部から前後方向に延び、第１固定バー及び第２固定バーのそれぞれの下部と結合されるように構成された第２結合部と、を備え得る。
さらに、第１固定バーは、少なくとも二つが備えられ、
第２固定バーは、少なくとも二つが備えられ、
第１固定バーは、第１セルフレームの前面に少なくとも二つが左右方向に離隔して備えられ、
第２固定バーは、第２セルフレームの後面に少なくとも二つが左右方向に離隔して備えられ、
左右方向に長く延び、両端部が少なくとも二つの第１固定バーまたは少なくとも二つの第２固定バーと結合された少なくとも一つの補強ボルトをさらに含み得る。
そして、第１カバーは、
第１本体部の左右方向の端部から第１セルフレーム及び第２セルフレームの外面に沿って下方に延びた第１折曲部を備え、
第２カバーは、
第２本体部の左右方向の端部から第１セルフレーム及び第２セルフレームの外面に沿って上方に延びた第２折曲部を備え得る。
また、第１カバーの第１折曲部の端部と第２カバーの第２折曲部の端部とは、互いに結合されるように構成され得る。
そして、上記の目的を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、
少なくとも一つの上述したバッテリーモジュールと、
上部ケース、下部ケース、及び上端が上部ケースと結合されて下端が下部ケースと結合される中間ケースを備えたパックハウジングと、を含む。
さらに、中間ケースの内面には、内側に突出して上下に延びた結合リブが備えられ、
結合リブは、第１カバー及び第２カバーのそれぞれと結合されるように構成され得る。
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、上述したバッテリーパックを少なくとも一つ含む。
本発明の一態様によれば、第１セルフレームの前面及び第２セルフレームの後面にそれぞれ位置し、第１セルフレーム及び第２セルフレームの前後方向の移動を制限するように構成された複数の固定バーと、貫通孔に挿入され、前端部が第１セルフレームの前面に位置した固定バーと結合され、後端部が第２セルフレームの後面に位置した固定バーと結合されるように構成された少なくとも一つの長尺ボルトと、を含むことで、複数の固定バーによって、第１セルフレームと第２セルフレームの前後方向の移動を制限できるため、第１セルフレームと第２セルフレームとの結合状態を安定的に維持することができる。
また、本発明の一態様によれば、第１セルフレーム及び第２セルフレームの上部を覆うように構成され、一部分が第１固定バー及び第２固定バーのそれぞれの上部に結合されるように構成された第１カバーと、第１セルフレーム及び第２セルフレームの下部を覆うように構成され、第１固定バー及び第２固定バーのそれぞれの下部に結合されるように構成された第２カバーと、をさらに含むことで、外部衝撃が発生した場合、バッテリーモジュールの上部及び下部を保護できるだけでなく、第１カバー及び第２カバーが第１固定バー及び第２固定バーのそれぞれの上部及び下部と結合されながら、第１固定バー及び第２固定バーをより堅固に固定することができる。
さらに、本発明の一態様によれば、中間ケースの内面には、内側に突出して上下に延びた結合リブが備えられ、結合リブはボルトを用いて第１カバー及び第２カバーのそれぞれと結合されるように構成されることで、ストッパなどの部材がなくても、第１カバー及び第２カバーの広い支持面積でパックハウジングの内部に収容されたバッテリーモジュールの上下方向の移動を制限することができる。また、本発明は、パックハウジングの内部に収容されるバッテリーモジュールを上部ケースまたは下部ケースと結合せず、中間ケースと結合させることができる。
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の一部構成を概略的に示した正面図である。 図２のバッテリーモジュールの一部分を拡大して示した部分拡大図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成である電池セ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の一部構成である複数の固定バー及び長尺ボルトを概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部を分解して概略的に示した分解斜視図である。 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後方底面斜視図である。 本発明の他の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。 本発明のさらに他の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左側斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの一部構成を分解して概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの中間ケースを概略的に示した平面図である。 振動試験後の実施例の放電グラフである。 振動試験後の比較例の放電グラフである。 実施例による電池の振動試験前後の内部抵抗（ＩＲ）値を示した表である。
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の一部構成を概略的に示した正面図であり、図３は図２のバッテリーモジュールの一部分を拡大して示した部分拡大図であり、図４は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成である電池セルを概略的に示した斜視図であり、図５は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成である複数の固定バー及び長尺ボルトを概略的に示した分解斜視図である。参考までに、図１において、＋Ｘ軸が左方であり、－Ｘ軸が右方であり、＋Ｙ軸が後方であり、－Ｙ軸が前方であり、＋Ｚ軸が上方であり、－Ｚ軸が下方である。
図１～図５を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００は、複数の電池セル１００、第１セルフレーム２１１、第２セルフレーム２１３、複数のモジュールバスバー２９０、複数の固定バー２３０、及び少なくとも一つの長尺ボルト２４０を含む。
ここで、図４のように、電池セル１００は、円筒形の電池缶１１６、及び電池缶１１６の内部に収容された電極組立体（図示せず）を含み得る。
また、電池缶１１６は、電気伝導性の高い材質を含み、例えば、アルミニウムまたは銅素材を含み得る。
さらに、図４のように、電池缶１１６は前後方向に横たわった形態で構成され得る。そして、電池缶１１６は、上下に延びた円筒形であり得る。横たわった電池缶１１６の前端部及び後端部には電極端子１１１、１１２が形成され得る。具体的には、電極端子は、正極端子１１１及び負極端子１１２を備え得る。電池缶１１６の前端部の扁平な面には正極端子１１１が形成され、電池缶１１６の後端部の扁平な円形の面には負極端子１１２が形成され得る。しかし、電池セル１００の配置は、必ずしもこのような形態のみに限定されることはなく、負極端子１１２が前端部に位置し、正極端子１１１が後端部に位置するように配置されてもよい。
さらに、電池セル１００は、左右方向と上下方向とに複数個が配列され得る。このような電池セル１００の構成は、本発明の出願時点で当業者に周知であるため、本明細書では詳細な説明を省略する。
一方、モジュールバスバー２９０は、複数の電池セル１００を電気的に接続するように構成され得る。複数のモジュールバスバー２９０は、第１セルフレーム２１１の前面及び第２セルフレーム２１３の後面にそれぞれ取り付けられ得る。
そして、図３のように、モジュールバスバー２９０は、第１接続部２９３及び第２接続部２９５を含み得る。例えば、第２接続部２９５は負極端子１１２と接触し、第１接続部２９３は正極端子１１１と接触し得る。すなわち、第２接続部２９５が接触する電極端子は、第１接続部２９３が接触する電極端子と反対極性である負極端子１１２であり得る。
図６は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部を分解して概略的に示した分解斜視図である。
図２とともに図６を参照すると、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３はそれぞれ前方及び後方に位置し得る。第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３とは互いに結合されるように構成され得る。第１セルフレーム２１１の後端と第２セルフレーム２１３の前端とが互いに重なった状態で結合され得る。そのため、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれには複数のフレーム孔Ｈ２が形成され得る。第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれに形成されたフレーム孔Ｈ２は、互いに前後方向で対面する位置に形成され得る。このとき、図２及び図６のように、ネジボルトＢ３が第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれに形成されたフレーム孔Ｈ２に挿入されることで、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３とが互いに結合された状態で固定され得る。すなわち、ネジボルトＢ３は、第２セルフレーム２１３に形成されたフレーム孔Ｈ２に形成されたメスネジとネジ結合され得る。
また、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３は、電池セル１００の少なくとも一部分を収容可能な収容空間を有し得る。例えば、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれには複数の電池セル１００が挿入される複数の中空が形成され得る。すなわち、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３とが互いに結合されると、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３とに形成された中空が互いに結合されることで、複数の電池セル１００を収容する内部空間を形成することができる。
さらに、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３は、電気絶縁性素材を含み得る。例えば、電気絶縁性素材は高分子プラスチックであり得る。より具体的には、電気絶縁性素材はポリ塩化ビニルであり得る。
また、図２のように、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれには所定大きさの貫通孔Ｐ１が備えられ得る。貫通孔Ｐ１は、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれの一部分が前後方向に打ち抜かれて形成され得る。すなわち、第１セルフレーム２１１の貫通孔Ｐ１と第２セルフレーム２１３の貫通孔（図示せず）とは前後方向に対応する位置に形成され得る。貫通孔Ｐ１は、長尺ボルト２４０が挿入されるように構成され得る。貫通孔Ｐ１は、長尺ボルト２４０の一部分と対応する大きさの内部構造を有し得る。
さらに、複数の固定バー２３０は、それぞれが第１セルフレーム２１１の前面及び第２セルフレーム２１３の後面に位置し得る。例えば、図１及び図５に示されたように、第１セルフレーム２１１の前面に二つの固定バー２３０が備えられ、第２セルフレーム２１３の後面に二つの固定バー２３０が備えられ得る。また、複数の固定バー２３０は、第１セルフレーム２１１の前面に密着して位置し得る。複数の固定バー２３０は、第２セルフレーム２１３の後面に密着して位置し得る。
また、複数の固定バー２３０は、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の前後方向の移動を制限するように構成され得る。すなわち、第１セルフレーム２１１の前面に固定された固定バー２３０と第２セルフレーム２１３の後面に固定された固定バー２３０とが互いの動きを拘束することで、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の前後方向の移動を制限することができる。
具体的には、複数の固定バー２３０は、長尺ボルト２４０を通じて相互拘束させることができる。例えば、長尺ボルト２４０は、前後方向に延びた円筒状であり得る。長尺ボルト２４０の前端部または後端部の外面にはオスネジＮ１が形成され得る。長尺ボルト２４０は前端部または後端部にボルト頭Ｂ１が形成され得る。
複数の固定バー２３０には、前後方向に貫通した挿入孔Ｈ１が形成され得る。挿入孔Ｈ１の内面にはメスネジが形成され得る。すなわち、長尺ボルト２４０の終端部は挿入孔Ｈ１に挿入され、挿入孔Ｈ１の内部にネジ結合され得る。
そして、図２及び図５に示されたように、少なくとも一つの長尺ボルト２４０は、本体が第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれの貫通孔Ｐ１に挿入されて位置するように構成され得る。長尺ボルト２４０は、前端部が第１セルフレーム２１１の前面に位置した固定バー２３０と結合され、後端部が第２セルフレーム２１３の後面に位置した固定バー２３０と結合されるように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第１セルフレーム２１１の前面及び第２セルフレーム２１３の後面にそれぞれ位置し、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の前後方向の移動を制限するように構成された複数の固定バー２３０、及び貫通孔Ｐ１に挿入され、前端部が第１セルフレーム２１１の前面に位置した固定バー２３０と結合され、後端部が第２セルフレーム２１３の後面に位置した固定バー２３０と結合されるように構成された少なくとも一つの長尺ボルト２４０を含むことで、複数の固定バー２３０によって、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３の前後方向の移動を制限できるため、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３との結合状態を安定的に維持することができる。
図７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後方底面斜視図である。
図１及び図５とともに図７をさらに参照すると、複数の固定バー２３０は、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３を備え得る。第１固定バー２３１は、第１セルフレーム２１１の前面に密着して位置し得る。第１セルフレーム２１１の前面には、第１固定バー２３１が挟まれるように固定リブＲ２及び固定リブＲ２が形成され得る。固定リブＲ２と固定リブＲ２との間の空間は、第１固定バー２３１の外形と対応する大きさを有し得る。第１固定バー２３１は、上下に長く延びた直方体のバー形状であり得る。第１固定バー２３１は、第１セルフレーム２１１の外面と固定リブＲ２及び固定リブＲ２の外面に密着した形態であり得る。
また、第２固定バー２３３は、第２セルフレーム２１３の後面に密着して位置し得る。第２セルフレーム２１３の後面には、第２固定バー２３３が挟まれるように固定リブＲ２及び固定リブＲ２が形成され得る。固定リブＲ２と固定リブＲ２との間の空間は、第２固定バー２３３の外形と対応する大きさを有し得る。第２固定バー２３３は、上下に長く延びた直方体のバー形状であり得る。第２固定バー２３３は、第２セルフレーム２１３の外面と固定リブＲ２及び固定リブＲ２の外面に密着した形態であり得る。
また、第１固定バー２３１は少なくとも二つが備えられ得る。第２固定バー２３３は少なくとも二つが備えられ得る。例えば、図５に示されたように、第１固定バー２３１は、第１セルフレーム２１１の前面に少なくとも二つが左右方向に離隔して備えられ得る。第２固定バー２３３は、第２セルフレーム２１３の後面に少なくとも二つが左右方向に離隔して備えられ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３は、それぞれ、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれに形成された固定リブＲ２と固定リブＲ２との間に収容されて支持されることで、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３との前後方向の締結力を高めるだけでなく、固定リブＲ２及び固定リブＲ２によって第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３の左右方向の移動を制限することができる。
一方、図１とともに図６及び図７をさらに参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００は、第１カバー２２１及び第２カバー２２３をさらに含み得る。具体的には、第１カバー２２１は、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の上部を覆うように構成され得る。すなわち、第１カバー２２１は、水平方向に延びたプレート形態を有し得る。第１カバー２２１は、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれの上端と結合される第１締結部２２１ｄを備え得る。第１締結部２２１ｄは、ネジボルトを用いて第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれの上端に形成された締結孔Ｈ５に結合され得る。第２カバー２２３は、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれの下端と結合される第２締結部２２３ｄを備え得る。第２締結部２２３ｄは、ネジボルトを用いて第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３のそれぞれの下端に形成された締結孔（図示せず）に結合され得る。
また、図１のように、第１カバー２２１は、一部分が第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３のそれぞれの上部に結合されるように構成され得る。このとき、第１カバー２２１は、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３のそれぞれの上端部とネジボルトＢ２を使ってボルト結合され得る。
さらに、図７を参照すると、第２カバー２２３は、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の下部を覆うように構成され得る。すなわち、第２カバー２２３は水平方向に延びたプレート形態を有し得る。第２カバー２２３は、一部分が第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３のそれぞれの下部に結合されるように構成され得る。このとき、第２カバー２２３は、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３のそれぞれとネジボルトを用いてボルト結合され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の上部を覆うように構成され、一部分が第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３のそれぞれの上部に結合されるように構成された第１カバー２２１、及び第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の下部を覆うように構成され、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３のそれぞれの下部に結合されるように構成された第２カバー２２３をさらに含むことで、外部衝撃が発生した場合、バッテリーモジュール２００の上部及び下部を保護できるだけでなく、第１カバー２２１及び第２カバー２２３が第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３のそれぞれの上部及び下部と結合されながら、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３をより堅固に固定することができる。
これによって、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３は、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３との締結力を一層高めることができ、バッテリーモジュール２００の振動や外部衝撃によってモジュールバスバー２９０と電池セル１００との間の接触が損傷されるかまたは断線するなどの問題を防止することができる。
より具体的には、図６に示されたように、第１カバー２２１は、第１本体部２２１ａ及び第１結合部２２１ｂを備え得る。第１本体部２２１ａは、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の上面を覆うように水平方向に延びた部分であり得る。第１結合部２２１ｂは、第１本体部２２１ａから下方に段差付けられた部分であり得る。第１結合部２２１ｂは、第１本体部２２１ａから前方または後方に延びた形態であり得る。すなわち、第１カバー２２１の前端部には、第１本体部２２１ａの前端から下方に段差付けられて（折り曲げられて）前方に突出するように延びた第１結合部２２１ｂが備えられ得る。また、第１カバー２２１の後端部にも、第１本体部２２１ａの後端から下方に段差付けられて（折り曲げられて）後方に突出するように延びた第１結合部２２１ｂが備えられ得る。
また、第１結合部２２１ｂは、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３の上部とそれぞれ結合されるように構成され得る。例えば、図１に示されたように、第１カバー２２１の前方に突出した第１結合部２２１ｂは、第１固定バー２３１の上端と結合され得る。
さらに、第２カバー２２３は、第２本体部２２３ａ及び第２結合部２２３ｂを備え得る。第２本体部２２３ａは、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の下面を覆うように水平方向に延びた部分であり得る。第２結合部２２３ｂは、第２本体部２２３ａから上方に段差付けられた部分であり得る。第２結合部２２３ｂは、第２本体部２２３ａから前後方向に延びた形態であり得る。すなわち、第２カバー２２３の前端部には、第２本体部２２３ａの前端から上方に段差付けられて（折り曲げられて）前方に突出するように延びた第２結合部２２３ｂが備えられ得る。また、第２カバー２２３の後端部にも、第２本体部２２３ａの後端から上方に段差付けられて（折り曲げられて）後方に突出するように延びた第２結合部２２３ｂが備えられ得る。
また、第２結合部２２３ｂは、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３の下部とそれぞれ結合されるように構成され得る。例えば、図１に示されたように、第２カバー２２３の前方に突出した第２結合部２２３ｂは、第１固定バー２３１の下端と結合され得る。例えば、図７に示されたように、第２カバー２２３の後方に突出した第２結合部２２３ｂは、第２固定バー２３３の下端と結合され得る。このとき、ネジボルトＢ２を通じてボルト結合され得る。
このとき、第１カバー２２１及び第２カバー２２３は、射出成形で製作されたものよりも機械的剛性が高くなるように、圧縮成形で製造され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第１カバー２２１は第１本体部２２１ａ及び下方に段差付けられて前方または後方に延びた第１結合部２２１ｂを備え、第２カバー２２３は第２本体部２２３ａ及び上方に段差付けられて前方または後方に延びた第２結合部２２３ｂを備えることで、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３が上下方向に移動しないように堅固に固定することができる。すなわち、第１結合部２２１ｂ及び第２結合部２２３ｂの段差付けられた構造は、機械力学的に第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３の上下方向の移動を阻止できる強い力を発揮することができる。
図８は、本発明の他の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。
図７とともに図８を参照すると、図８のバッテリーモジュール２００Ａは、図１のバッテリーモジュール２００と比べて、少なくとも一つの補強ボルト２４５をさらに含み得る。
そして、補強ボルト２４５は、左右方向に長く延び、両端部が少なくとも二つの第１固定バー２３１と結合され得る。または、補強ボルト（図示せず）は、左右方向の両端部が少なくとも二つの第２固定バー２３３と結合され得る。例えば、補強ボルト２４５の両端部にはオスネジ（図示せず）が形成され得る。そして、第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３の左右方向の側部には、それぞれ補強ボルト２４５と結合されるように構成された連結溝Ｈ６が形成され得る。連結溝Ｈ６の内面には、補強ボルト２４５のオスネジと結合されるメスネジ（図示せず）が設けられ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、左右方向に長く延び、両端部が少なくとも二つの第１固定バー２３１または少なくとも二つの第２固定バー２３３と結合された少なくとも一つの補強ボルト２４５をさらに含むことで、少なくとも二つの第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３の左右方向の移動を制限することができる。これにより、このような第１固定バー２３１と第２固定バー２３３によって第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３との締結力を一層強化させることができる。
図９は、本発明のさらに他の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左側斜視図である。
図９を参照すると、図９のバッテリーモジュール２００Ｂは、図１のバッテリーモジュール２００と比べて、第１カバー２２１Ａに備えられた第１折曲部２２１ｃ、及び第２カバー２２３Ｂに備えられた第２折曲部２２３ｃをさらに含み得る。具体的には、第１折曲部２２１ｃは、第１本体部２２１ａの左右方向の端部から第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の外面に沿って下方に延びた形態を有し得る。また、第２折曲部２２３ｃは、第２本体部２２３ａの左右方向の端部から第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の外面に沿って上方に延長され得る。
例えば、図９に示されたように、第１折曲部２２１ｃは、第１本体部２２１ａの左端部から第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の左側面に沿って下方に延びた形態を有し得る。第２折曲部２２３ｃは、第２本体部２２３ａの左端部から第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の左側面に沿って上方に延長され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第１カバー２２１Ａは、第１本体部２２１ａの左右方向の端部から第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の外面に沿って下方に延びた第１折曲部２２１ｃを備え、第２カバー２２３Ｂは、第２本体部２２３ａの左右方向の端部から第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の外面に沿って上方に延びた第２折曲部２２３ｃを備えることで、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３の左側面または右側壁を外部衝撃から保護することができる。これにより、バッテリーモジュール２００Ｂの安全性を一層高めることができる。
また、第１カバー２２１Ａの第１折曲部２２１ｃの端部と第２カバー２２３Ｂの第２折曲部２２３ｃの端部とは互いに結合されるように構成され得る。例えば、バッテリーモジュール２００Ｂは、第１カバー２２１Ａの第１折曲部２２１ｃの端部と第２カバー２２３Ｂの第２折曲部２２３ｃの端部とが結合される結合部材２６０を備え得る。結合部材２６０は、上下方向に立てられたプレート形態を有し得る。結合部材２６０は、第１カバー２２１Ａの第１折曲部２２１ｃの端部と第２カバー２２３Ｂの第２折曲部２２３ｃの端部とそれぞれボルト締結され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第１カバー２２１Ａの第１折曲部２２１ｃの端部と第２カバー２２３Ｂの第２折曲部２２３ｃの端部とが互いに結合されるように構成されることで、第１セルフレーム２１１の第１折曲部２２１ｃと第２セルフレーム２１３の第２折曲部２２３ｃとが互いに結合された構造によって、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の上下方向の移動を制限することができる。これにより、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３との上下方向の締結力を一層強化させることができる。
図１０は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図であり、図１１は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの一部構成を分解して概略的に示した分解斜視図であり、図１２は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの中間ケースを概略的に示した平面図である。
図１０～図１２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３００は、上述したバッテリーモジュール２００を少なくとも一つ含み得る。そして、バッテリーパック３００は、バッテリーモジュール２００の充放電を制御するためのＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリー管理システム、図１の２８０）をさらに含み得る。
また、バッテリーパック３００は、パックハウジング２５０を含み得る。パックハウジング２５０は、上部ケース２５１、下部ケース２５５、及び中間ケース２５３を備え得る。中間ケース２５３は、上端が上部ケース２５１と結合され、下端が下部ケース２５５と結合されるように備えられ得る。このとき、中間ケース２５３は、ボルトを用いて上部ケース２５１及び下部ケース２５５のそれぞれと結合され得る。中間ケース２５３の上端及び下端には締結溝Ｈ３が形成され得る。上部ケース２５１の下端にも締結溝（図示せず）が形成され得る。下部ケース２５５の上端にも締結溝（図示せず）が形成され得る。
一方、図１０～図１２をさらに参照すると、中間ケース２５３の内面には、内側に突出して上下に延びた結合リブＲ１が備えられ得る。ここで、「内側」とは、中間ケース２５３の内部構成が位置した方向であると言える。結合リブＲ１は、第１カバー２２１及び第２カバー２２３のそれぞれと結合されるように構成され得る。このとき、結合リブＲ１と第１カバー２２１の第１結合部２２１ｂとはボルト結合され得る。結合リブＲ１と第２カバー２２３の第２結合部２２３ｂとはボルト結合され得る。そのため、結合リブＲ１の上端と下端にはそれぞれボルトが挿入されるようにボルト孔Ｈ４が穿設され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、中間ケース２５３の内面には、内側に突出して上下に延びた結合リブＲ１が備えられ、結合リブＲ１はボルトを用いて第１カバー２２１及び第２カバー２２３のそれぞれと結合されるように構成されることで、ストッパなどの部材がなくても、第１カバー２２１及び第２カバー２２３の広い支持面積でパックハウジング２５０の内部に収容されたバッテリーモジュール２００の上下方向の移動を制限することができる。また、本発明は、パックハウジング２５０の内部に収容されるバッテリーモジュール２００を上部ケース２５１または下部ケース２５５と結合せず、中間ケース２５３と結合させることができる。
すなわち、従来技術では、バッテリーモジュール２００を中間ケース２５３の内部に挿入し、バッテリーモジュール２００の上端と上部ケース２５１とを結合し、バッテリーモジュール２００の下端と下部ケース２５５とを結合するなどと複数のケースを同時に取り扱って複雑であるが、本発明では、バッテリーモジュール２００が中間ケース２５３と結合された状態のまま中間ケース２５３と締結工程を行うことができ、組み立て工程が容易になる。
また、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車にも含まれ得る。例えば、自動車は、電気スクーター、電気自動車、及びハイブリッド自動車を含み得る。すなわち、本発明の一実施形態による自動車は、車体内に上述した本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００を少なくとも一つ含むバッテリーパック３００が搭載され得る。
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。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明が実施例によって制限されることはない。本発明による実施例は多くの他の形態に変形され得、本発明の範囲が後述する実施例に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業界で平均的な知識を持つ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る。
＜実施例＞
本発明の実施例によるバッテリーパックは、図１に示したバッテリーパック３００と同じ構成を含んでいる。特に、実施例のバッテリーパックは、図５に示されたように、第１セルフレーム２１１の前面及び第２セルフレーム２１３の後面にそれぞれ２個の第１固定バー２３１及び第２固定バー２３３が備えられている。また、フレーム孔Ｈ２にネジボルトＢ３を挿入して第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３とを結合した。さらに、第１固定バー２３１と第２固定バー２３３とは、前後方向に長く延びた長尺ボルト２４０を用いて結合されて、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３の前後方向の移動を制限するように構成されている。
また、図１のように、実施例のバッテリーパック３００は、上部及び下部にそれぞれ第１カバー及び第２カバーが備えられている。第１カバー２２１及び第２カバー２２３は、第１固定バー２３１、第２固定バー２３３、第１セルフレーム２１１及び第２セルフレーム２１３とそれぞれネジボルトを用いて結合されている。ここで、ネジボルトは、バッテリーパックの上部には２１個、下部には２５個が締結されている。このとき、ネジボルトの締結トルクは約２５ｋｇｆである。
＜比較例＞
比較例のバッテリーパックは、実施例のバッテリーパックと同様に、第１セルフレーム２１１と第２セルフレーム２１３とをフレーム孔Ｈ２にネジボルトＢ３を挿入して結合したが、実施例のバッテリーパックとは異なって、第１固定バー、第２固定バー、第１カバー及び第２カバーを備えていない。その他のバッテリーパックの構成は実施例のバッテリーパックと同様に構成した。
＜試験例＞
実施例及び比較例によるバッテリーパックの耐久性をテストするため、バッテリーパックの移動防止特性を評価した。試験方法は、例えば、微振動評価方式を用いた。微振動評価は、ＵＮマニュアルの第３章３８．３条に該当する振動試験（Ｔ．３）の小型電池に対する試験規格に従って行われた。このとき、振動試験条件は、重力加速度を８ｇｎにし、単位時間当り振動数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を２００Ｈｚまで増加させた。このような試験条件で、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの軸方向に振動試験を３時間行った。
そして、実施例及び比較例のバッテリーパックに収容された１５４個の電池セルを１１個ずつ１４つのグループ（Ｂａｎｋ）に分けた。振動試験の後、実施例による１４つのクループ（Ｂａｎｋ）の放電グラフを図１３に示した。そして、振動試験後の比較例による１４つのクループ（Ｂａｎｋ）の放電グラフを図１４に示した。そして、実施例による１４つのグループ（Ｂａｎｋ）のそれぞれに対し、試験前後のバッテリーパックの電池セルの内部抵抗（ＩＲ）を測定して図１５の表に示した。
試験の結果、図１３のグラフのように、実施例による１４つのグループ（Ｂａｎｋ）の放電電圧の変化は殆ど一致した。したがって、実施例では、放電特性の問題が生じるほどのバッテリーモジュールの損傷が発生していないと評価できる。また、図１５に示されたように、実施例のバッテリーパックは試験前後の内部抵抗値を比べても、有意な抵抗値の上昇はなかった。
一方、比較例によるバッテリーパックは、図１４のグラフのように、１４つの電池セルの放電電圧の変化に相違があり、一部異常が発生したバスバーと電池セルとの間が断線するか、または、バスバーと電池セルとの接続部分の損傷が電気抵抗の上昇を引き起こしたと考えられる。
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：バッテリーパック
２００：バッテリーモジュール
２９０：モジュールバスバー
２９３、２９５：第１接続部、第２接続部
２１１、２１３：第１セルフレーム、第２セルフレーム
Ｐ１：貫通孔
２２１：第１カバー
２２１ａ、２２１ｂ：第１本体部、第１結合部
２２３：第２カバー
２２３ａ、２２３ｂ：第２本体部、第２結合部
２２１ｃ、２２３ｃ：第１折曲部、第２折曲部
２３０、２３１、２３３：固定バー、第１固定バー、第２固定バー
２４０：長尺ボルト
Ｂ１：ボルト頭
Ｂ２、Ｂ３：ネジボルト
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６：挿入孔、フレーム孔、締結溝、ボルト孔、締結孔、連結溝
１００：電池セル
１１１、１１２：正極端子、負極端子
２４５：補強ボルト
２６０：結合部材
２５０：パックハウジング
２５１、２５３、２５５：上部ケース、中間ケース、下部ケース
Ｒ１：結合リブ
Ｒ２：固定リブ

Claims (10)

  1. 複数の電池セルと、
    前方及び後方にそれぞれ位置し、互いに結合されて前記複数の電池セルを収容する内部空間を形成し、所定大きさの貫通孔が備えられた第１セルフレーム及び第２セルフレームと、
    前記第１セルフレームの前面及び前記第２セルフレームの後面にそれぞれ位置し、前記第１セルフレーム及び前記第２セルフレームの前後方向の移動を制限するように構成された複数の固定バーと、
    前記貫通孔に挿入され、前端部が前記第１セルフレームの前面に位置した固定バーと結合され、後端部が前記第２セルフレームの後面に位置した固定バーと結合されるように構成された少なくとも一つの長尺ボルトと、
    を含む、バッテリーモジュール。
  2. 前記複数の固定バーは、
    前記第１セルフレームの前面に位置して上下に長く延びた第１固定バーと、
    前記第２セルフレームの後面に位置して上下に長く延びた第２固定バーと、
    を備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記第１セルフレーム及び前記第２セルフレームの上部を覆うように構成され、一部分が前記第１固定バー及び前記第２固定バーのそれぞれの上部に結合されるように構成された第１カバーと、
    前記第１セルフレーム及び前記第２セルフレームの下部を覆うように構成され、前記第１固定バー及び前記第２固定バーのそれぞれの下部に結合されるように構成された第２カバーと、をさらに含む、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記第１カバーは、
    前記第１セルフレーム及び前記第２セルフレームの上面を覆うように水平方向に延びた第１本体部と、
    前記第１本体部から下方に段差付けられて前記第１本体部から前後方向に延び、前記第１固定バー及び前記第２固定バーのそれぞれの上部と結合されるように構成された第１結合部と、を備え、
    前記第２カバーは、
    前記第１セルフレーム及び前記第２セルフレームの下面を覆うように水平方向に延びた第２本体部と、
    前記第２本体部から上方に段差付けられて前記第２本体部から前後方向に延び、前記第１固定バー及び前記第２固定バーのそれぞれの下部と結合されるように構成された第２結合部と、を備える、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記第１固定バーは、少なくとも二つが備えられ、
    前記第２固定バーは、少なくとも二つが備えられ、
    前記第１固定バーは、前記第１セルフレームの前面に少なくとも二つが左右方向に離隔して備えられ、
    前記第２固定バーは、前記第２セルフレームの後面に少なくとも二つが左右方向に離隔して備えられ、
    左右方向に長く延び、両端部が少なくとも二つの前記第１固定バーまたは少なくとも二つの前記第２固定バーと結合された少なくとも一つの補強ボルトをさらに含む、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記第１カバーは、
    前記第１本体部の左右方向の端部から前記第１セルフレーム及び前記第２セルフレームの外面に沿って下方に延びた第１折曲部を備え、
    前記第２カバーは、
    前記第２本体部の左右方向の端部から前記第１セルフレーム及び前記第２セルフレームの外面に沿って上方に延びた第２折曲部を備える、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記第１カバーの第１折曲部の端部と前記第２カバーの第２折曲部の端部とが互いに結合されるように構成された、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 少なくとも一つの、請求項３から７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールと、
    上部ケース、下部ケース、及び上端が前記上部ケースと結合されて下端が前記下部ケースと結合される中間ケースを備えたパックハウジングと、
    を含む、バッテリーパック。
  9. 前記中間ケースの内面には、内側に突出して上下に延びた結合リブが備えられ、
    前記結合リブは、前記第１カバー及び前記第２カバーのそれぞれと結合されるように構成された、請求項８に記載のバッテリーパック。
  10. 請求項９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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