JP2023538386A - 多並列バッテリーセルを含むバッテリーモジュール - Google Patents

多並列バッテリーセルを含むバッテリーモジュール Download PDF

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Abstract

本発明によるバッテリーモジュールは、二列以上に配置される第１円筒型バッテリーセルから構成された第１バンクセル群と、前記第１バンクセル群と平行する第１方向へ二列以上に配置される第２円筒型バッテリーセルから構成された第２バンクセル群と、を含み、前記バスバーユニットは、前記第１バンクセル群の上部に配置され、各前記第１円筒型バッテリーセルの正極と電気的に接続される第１端子バスバーと、前記第２バンクセル群の上部に配置され、各前記第２円筒型バッテリーセルの負極と電気的に接続される第２端子バスバーと、前記第１バンクセル群及び前記第２バンクセル群の上部に配置され、各前記第１円筒型バッテリーセルの負極及び各前記第２円筒型バッテリーセルの正極と電気的に接続されるフィッシュボーンバスバーと、を含む。

Description

本発明は、バッテリーモジュールに関し、より詳しくは、多並列バッテリーセルの電気的な接続構造を効率化したバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０２０年１２月２８日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１８５３０８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。
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充放電が可能な電池をいい、携帯電話、ＰＤＡ、ノートブックＰＣなどの小型先端電子機器分野だけではなく、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ）のエネルギー源として使用されている。
現在、一つの二次電池（セル）では、電気自動車を駆動するに足る出力が得られない。電気車のエネルギー源として二次電池を適用するためには、複数個の二次電池セルを直列及び／または並列で接続したバッテリーモジュールを構成しなければならず、通常、直列形態で前記バッテリーモジュールを接続し、それを機能的に維持させるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，バッテリーマネジメントシステム）と冷却システム、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ，バッテリーディスコネクトシステム）などを含むバッテリーパックを構成する。
一方、リチウムイオン電池セルは、電池ケースの種類によって、電極組立体が金属缶に内蔵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内蔵されているパウチ型二次電池に分けられ得る。そして、缶型二次電池は、さらに金属缶の形態によって円筒型電池と角形電池に分けられ得る。このような角形または円筒型電池の外装材は、開放端が形成されたケース、即ち、電池缶及び電池缶の開放端に密封結合する上キャップを備える。
前記円筒型電池を使用してバッテリーモジュールを構成する場合、例えば、図１のように、一つのバンク（並列の集まり）の円筒型電池１を一列ずつ並べて配置し、一つのバンクと隣接する他の一つのバンクとの間に一字型のバスバー２を配置する。そして、一つのバンクに属する各円筒型電池１の上キャップ１ａ（正極）を前記バスバー２にワイヤＷボンディングし、他の一つのバンクに属する各円筒型電池１の電池缶の上端１ｂ（負極）を前記バスバー２にワイヤＷボンディングして二つのバンクを直列に接続する。
ところが、一つのバンクに属する円筒型電池１の個数が少ない場合は、上記のような接続方式が可能であるが、一つのバンクに属する円筒型電池１の個数が非常に多い場合、一つのバンクの長さが余りに長くなり、予め決めたバッテリーモジュールの寸法を超えてしまい、円筒型電池セルの配置及び電気的接続構成が困難である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、一つのバンクに複数の円筒型バッテリーセルが含まれていても、予め決めたバッテリーモジュールの寸法内で円筒型バッテリーセルを配置し、バンク同士を直列に接続可能な多並列バッテリーセルを含むバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の課題に制限されず、言及していないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者にとって明確に理解されるものである。
上記の課題を達成するために、本発明の一実施形態によれば、上キャップが上部に向かうように立てられた円筒型バッテリーセルと、前記円筒型バッテリーセルを直列及び並列に接続するバスバーユニットと、を含み、記円筒型バッテリーセルは、二列以上に配置される第１円筒型バッテリーセルから構成された第１バンクセル群と、前記第１バンクセル群と平行する第１方向へ二列以上に配置される第２円筒型バッテリーセルから構成された第２バンクセル群と、を含み、前記バスバーユニットは、前記第１バンクセル群の上部に配置され、各前記第１円筒型バッテリーセルの正極と電気的に接続される第１端子バスバーと、前記第２バンクセル群の上部に配置され、各前記第２円筒型バッテリーセルの負極と電気的に接続される第２端子バスバーと、前記第１バンクセル群及び前記第２バンクセル群の上部に配置され、各前記第１円筒型バッテリーセルの負極及び各前記第２円筒型バッテリーセルの正極と電気的に接続されるフィッシュボーンバスバーと、を含むバッテリーモジュールが提供され得る。
前記フィッシュボーンバスバーは、前記第１バンクセル群と前記第２バンクセル群との間で第１方向へ延びる骨格部と、相互に所定の間隔で離隔し、前記骨格部から前記第１方向に交差する方向へ延びる複数個の第１枝部と、相互に所定の間隔で離隔し、前記骨格部から前記複数個の第１枝部と反対方向へ延びる複数個の第２枝部と、を含み得る。
前記第１端子バスバーは、前記第１円筒型バッテリーセルの列と列の間に前記複数個の第１枝部と交互に延びる複数個の第３枝部を備え、前記第２端子バスバーは、前記第２円筒型バッテリーセルの列と列の間に前記複数個の第２枝部と交互に延びる複数個の第４枝部を備え得る。
各前記第１円筒型バッテリーセルの上キャップは、前記複数個の第３枝部にワイヤボンディングされ、各前記第１円筒型バッテリーセルにおいて電池缶の上端は、前記複数個の第１枝部にワイヤボンディングされ、各前記第２円筒型バッテリーセルの上キャップは、前記複数個の第２枝部にワイヤボンディングされ、各前記第２円筒型バッテリーセルにおいて電池缶の上端は、前記複数個の第４枝部にワイヤボンディングされ得る。
前記円筒型バッテリーセルの下端部を挿入可能に上下方向へ貫通して形成された貫通孔を備える下部フレームと、前記円筒型バッテリーセルをカバーし、前記下部フレームの上部に結合する上部フレームと、を備えるセルケースをさらに含み得る。
前記上部フレームは、前記円筒型バッテリーセルの上部をカバーする上板部を含み、前記上板部は、その下部の各前記円筒型バッテリーセルの上キャップが位置する領域が穿孔されて形成された正極接続口と、その下部に各前記円筒型バッテリーセルにおいて電池缶の上端の周縁が位置する領域が穿孔されて形成された負極接続口と、を含み得る。
前記上部フレームは、前記上板部の表面から上方へ突出するように形成されたバスバー取付ガイドを含み、前記バスバー取付ガイドは、前記第１円筒型バッテリーセル及び前記第２円筒型バッテリーセルの上部で前記第１方向へ二列以上が配置され、前記正極接続口及び前記負極接続口と同じ列毎に一つ以上が備えられ得る。
前記下部フレームと前記上部フレームの各々は、コーナー領域とセンター領域に上下方向へ貫通して形成されたブッシングホールと、前記ブッシングホールに介在されるブッシングと、を含み得る。
前記下部フレームの下部に配置される放熱ユニットをさらに含み、前記放熱ユニットは、前記下部フレームの下部に配置される金属素材の冷却プレートと、前記冷却プレートの上面に配置される絶縁シートと、前記絶縁シートと各円筒型バッテリーセルの下面との間に介在される接着シートと、前記冷却プレートの下面に配置される熱伝導性物質と、を含み得る。
本発明の他の様態によれば、前記バッテリーモジュール二つと、内部に冷却水が流動する流路を備えるヒートシンクを含み、前記二つのバッテリーモジュールは、前記ヒートシンクを挟んで上下対称に層状で配置され、上部に位置した前記バッテリーモジュールの放熱ユニットは、前記ヒートシンクの上面に接触し、下部に位置した前記バッテリーモジュールの放熱ユニットは、前記ヒートシンクの下面に接触するように設けられたバッテリーモジュール積層が提供され得る。
本発明のさらに他の様態によれば、前述したバッテリーモジュールまたは前述したバッテリーモジュール積層体を一つ以上含むバッテリーパックが提供され得る。
本発明の一面によれば、複数の円筒型バッテリーセルを二列以上に配置して一つのバンクに属する円筒型バッテリーセルをバッテリーモジュールの寸法許容範囲で効率的に配置し、フィッシュボーンバスバーを用いてバンク同士を直列に接続した多並列の円筒型バッテリーセルを含むバッテリーモジュールを提供することができる。
本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は請求範囲の記載から当業者により明らかに理解されるだろう。
従来技術によるバッテリーモジュールの円筒型バッテリーセルの電気的接続構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な斜視図である。 図２のバッテリーモジュールにおいてバスバーユニットを分離した図である。 図２のバッテリーモジュールの分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールのワイヤボンディング状態を示した図である。 図５の部分拡大図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの切開斜視図である。 図７の部分拡大図である。 図８の放熱ユニットの部分拡大図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール積層体を示した図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。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。
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。また、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割合は、実際の大きさや割合を全的に反映することではない。
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概略的な斜視図であり、図３は、図２のバッテリーモジュールにおいてバスバーユニットを分離した図であり、図４は、図２のバッテリーモジュールの分解斜視図である。
これら図面を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１０は、缶型のバッテリーセル１００Ａ、１００Ｂ、バスバーユニット２００、セルケース３００及び放熱ユニット４００を含む。
前記缶型のバッテリーセルは円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂであり得る。前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂは、円筒状の電池缶１０２の中に電解液と電極組立体を入れて電池缶１０２の上部開放端に上キャップ１０１を配置し、電池缶１０２の上部開放端をクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）して密封する過程によって製作され得る。
円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの電極組立体は、正極と負極との間に分離膜を介した状態でゼリーロール型に巻き取った構造となっており、正極には正極タブが取り付けられ、前記正極タブは上キャップ１０１に接続される。負極板には負極タブが取り付けられ、電池缶１０２の下端に接続される。したがって、通常の円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂは、上キャップ１０１が正極端子として機能し、電池缶１０２が負極端子として機能できる。
本実施形態は、缶型バッテリーセルであって、円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂを採用しているが、直方体形状の角形バッテリーセルに代替可能である。参考までに、角形バッテリーセルは、円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂとは逆に上キャップ１０１が負極端子として機能し、電池缶１０２が正極端子として機能するように構成され得る。
前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂは、バッテリーモジュール１０に要求される出力及び容量に応じて直列及び／または並列に接続され得る。バッテリーモジュール１０の電気的接続構成を表すに際し、直列に接続されたバンクの数と、各バンクに属する円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの個数をｎＳ／ｍＰ（ｎ≧１の自然数、ｍ≧２の自然数）で表す。ここで、バンク（ｂａｎｋ）とは、互いに並列に接続された円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの集合体を意味する。
本実施形態によるバッテリーモジュール１０は、バンクが二つであり、各バンクに含まれた円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂが約６０～７０個であり、バンク間の直列接続の数に比べて一つのバンクに属する円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂが相対的に多い。
前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂは、図４のように、第１バンクセル群Ｂ１と第２バンクセル群Ｂ２に分けられる。前記第１バンクセル群Ｂ１は、二列以上に配置される第１円筒型バッテリーセル１００Ａを含み、前記第２バンクセル群Ｂ２は、前記第１バンクセル群Ｂ１と平行な第１方向（Ｘ軸方向）へ二列以上に配置される第２円筒型バッテリーセル１００Ｂを含む。
第１バンクセル群Ｂ１は、第１円筒型バッテリーセル１００Ａが１６列に構成され、各列当たり３～５個の第１円筒型バッテリーセル１００Ａが含まれ得る。例えば、前記第１バンクセル群Ｂ１に属する第１円筒型バッテリーセル１００Ａを全て一列に並べると仮定すると、バッテリーモジュール１０に要求される寸法を超えるようになるが、本実施形態のように構成すると、一つのバンクに属する円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂをバッテリーモジュール１０の寸法範囲内で配置可能である。
第２バンクセル群Ｂ２は、第２円筒型バッテリーセル１００Ｂが１６列から構成され、各熱当たり３～５個の第２円筒型バッテリーセル１００Ｂが含まれ得る。前記第２円筒型バッテリーセル１００Ｂは、前記第１円筒型バッテリーセル１００Ａと平行に第１方向（Ｘ軸方向）に沿って配列され、各列は互いに隣接して配置され得る。
前記バスバーユニット２００は、各円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂを通電させるために、例えば、銅などのような金属からなる構成要素として、第１端子バスバー２１０、第２端子バスバー２２０及びフィッシュボーンバスバー２３０を含む。
前記第１端子バスバー２１０は、前記第１バンクセル群Ｂ１の上部に配置され、各前記第１円筒型バッテリーセル１００Ａの正極と電気的に接続され得る。前記第２端子バスバー２２０は、前記第２バンクセル群Ｂ２の上部に配置され、各前記第２円筒型バッテリーセル１００Ｂの負極と電気的に接続され得る。そして、前記フィッシュボーンバスバー２３０は、前記第１バンクセル群Ｂ１と前記第２バンクセル群Ｂ２の上部に配置され、各前記第１円筒型バッテリーセル１００Ａの負極及び各前記第２円筒型バッテリーセル１００Ｂの正極と電気的に接続され得る。ここで、第１及び第２円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの正極は上キャップ１０１であり、第１及び第２円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの負極は電池缶１０２の上端の周縁を意味し、電気的接続の手段としてワイヤＷが使用され得る。
具体的には、図４及び図５を参照して、フィッシュボーンバスバー２３０について説明する。前記フィッシュボーンバスバー２３０は、前記第１バンクセル群Ｂ１と前記第２バンクセル群Ｂ２との間で第１方向（Ｘ軸方向）へ延びる骨格部２３１と、相互に所定の間隔で離隔して前記骨格部２３１から前記第１方向に交差する方向（＋Ｙ軸方向）へ延びる複数個の第１枝部２３２と、相互に所定の間隔で離隔して前記骨格部２３１から前記複数個の第１枝部２３２と反対方向（－Ｙ軸方向）へ延びる複数個の第２枝部２３３と、を含む。
前記第１端子バスバー２１０は、前記骨格部２３１から離れた位置で前記骨格部２３１と平行して第１方向へ延びて配置される第１幹部２１１と、前記第１幹部２１１と一体で形成され、前記第１円筒型バッテリーセル１００Ａの列と列の間に前記複数個の第１枝部２３２と交互に（－Ｙ軸方向へ）延びて配置される複数個の第３枝部２１２と、を含む。
そして、前記第２端子バスバー２２０は、前記骨格部２３１から離れた位置で前記骨格部２３１と平行して第１方向へ延びて配置される第２幹部２２１と、前記第２幹部２２１と一体で形成され、前記第２円筒型バッテリーセル１００Ｂの列と列の間に前記複数個の第２枝部２３３と交互に（＋Ｙ軸方向へ）延びる複数個の第４枝部２２２と、を含む。
第１バンクセル群Ｂ１に属する各第１円筒型バッテリーセル１００Ａの上キャップ１０１は、第１端子バスバー２１０の第３枝部２１２にワイヤＷボンディングされ、各前記第１円筒型バッテリーセル１００Ａの電池缶１０２の上端は、前記フィッシュボーンバスバー２３０の第１枝部２３２にワイヤＷボンディングされることで全て並列に接続される。
そして、第２バンクセル群Ｂ２に属する各第２円筒型バッテリーセル１００Ｂの電池缶１０２の上端は、第２端子バスバー２２０の第４枝部２２２にワイヤＷボンディングされ、各前記第２円筒型バッテリーセル１００Ｂの上キャップ１０１は前記フィッシュボーンバスバー２３０の第２枝部２３３にワイヤＷボンディングされることで全て並列に接続される。
この際、前記フィッシュボーンバスバー２３０の複数の第１枝部２３２に全ての第１円筒型バッテリーセル１００Ａの電池缶１０２の上端が接続され、前記フィッシュボーンバスバー２３０の複数の第２枝部２３３に全ての第２円筒型バッテリーセル１００Ｂの上キャップ１０１が接続されていることで、前記第１バンクセル群Ｂ１と前記第２バンクセル群Ｂ２は直列に接続される。
前記構成によると、一つのバンクに複数の円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂが含まれていても前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂをバッテリーモジュール１０に要求される寸法範囲内で二列以上に配置し、同じバンクに属する円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの並列接続及び相異なるバンク間の直列接続が可能である。
また、図３及び図４、図７及び図８を参照すると、セルケース３００は、円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂを把持し、外部衝撃などから円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂを保護するための構成であって、下部フレーム３１０及び上部フレーム３２０を含む。
下部フレーム３１０は、上下方向（±Ｚ軸方向）へ貫通して形成された貫通孔３１１を備えたほぼ直方体のブロック形状で設けられ得る。前記下部フレーム３１０の下面は、後述する放熱ユニット４００によってカバーされ得る。円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂは、底面が前記放熱ユニット４００に接触するように下端部が前記貫通孔３１１に一つずつ挿入され得る。前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの底面と接触する前記放熱ユニット４００の最上層は、接着シート４１０または接着剤から構成される。
下部フレーム３１０の貫通孔３１１に挿入された円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂは、その底面が接着シート４１０に接着され、その下端部は貫通孔３１１に介在されて固定される。したがって、前記下部フレームを使用すると、円筒型バッテリーセルを把持して電気的接続の信頼性を高めることができ、詳しくは後述するが、円筒型バッテリーセルの底面の冷却が容易になる。
上部フレーム３２０は、前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂをカバーし、前記下部フレーム３１０の上部に結合するように設けられ得る。
上部フレーム３２０の下端の周縁には、下方へ突出したインサートピン３２７が備えられ、下部フレーム３１０の上端の周縁には、前記インサートピン３２７が挿入されるインサートホール３１７が備えられ得る。また、前記下部フレーム３１０及び前記上部フレーム３２０の各々は、コーナー領域とセンター領域に上下方向へ貫通して形成されたブッシングホール３０１と、前記ブッシングホール３０１に介在されるブッシングと、を含む。図示していないが、前記ブッシングに長ボルト（図示せず）を挿入して下部フレーム３１０と上部フレーム３２０を堅固に固定結合してもよい。
上部フレーム３２０は、円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの上部をカバーする上板部３２１と、円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの側面部をカバーする側板部と、を含み、内側には下部フレーム３１０の各円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの上部を囲む形態のセル収容空間が形成される。前記セル収容空間は、下部フレーム３１０の貫通孔３１１に一対一に対応する。
バスバーユニット２００は、前記上板部３２１の上面に固定されるように取り付けられ得る。例えば、第１端子バスバー２１０は、第１幹部２１１を上板部３２１の一側のエッジにボルト３２８締結して固定し、第２端子バスバー２２０は、第２幹部２２１を上板部３２１の他側のエッジにボルト３２８締結して固定し得る。前記上板部３２１は、第１端子バスバー２１０と第２端子バスバー２２０をボルト３２８で締結するとき、損傷防止のためにボルト３２８締結箇所毎にインサートナットが備えられ得る。前記フィッシュボーンバスバー２３０は、接着剤を使用して上板部３２１の中心部に固定し得る。
前記上板部３２１は、その下部の各前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの上キャップ１０１が位置する領域が穿孔されて形成された正極接続口３２３と、その下部の各前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂにおいて電池缶１０２の上端の周縁が位置する領域が穿孔されて形成された負極接続口３２４と、を含み得る。前記正極接続口３２３及び前記負極接続口３２４は、前記セル収容空間と連通し得る。このような正極接続口３２３及び負極接続口３２４によって各円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの上キャップ１０１と電池缶１０２の上端を上板部３２１の上に露出し、これらを前述したように、バスバーユニット２００にワイヤＷボンディングする。
各前記正極接続口３２３は、上キャップ１０１部分のみが上面板の上に露出するように上キャップ１０１より小さいサイズの四角穴の形態であり、各前記負極接続口３２４は、電池缶１０２の上端の周縁の一部のラインのみが上面板の上に露出するように電池缶１０２の上端の曲率を反映した穴の形態に形成され得る。
このように正極接続口３２３及び負極接続口３２４を形成することで、各円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの正極部分と負極部分を明確に区分し、ワイヤＷボンディング時における予期せぬ短絡危険を減らすことができる。
前記上部フレーム３２０は、前記上板部３２１の表面から上方へ突出するように形成されたバスバー取付ガイド３２５をさらに含み得る。
前記バスバー取付ガイド３２５は、キューブ形状または四角の管状で設けられ得る。前記第１円筒型バッテリーセル１００Ａ及び前記第２円筒型バッテリーセル１００Ｂの上部で前記第１方向へ二列以上に配置され、前記正極接続口３２３及び前記負極接続口３２４と同じ列毎に一つ以上が備えられ得る。
前記バスバー取付ガイド３２５は、バスバーユニット２００を上面板の上に取り付けるとき、第１端子バスバー２１０、第２端子バスバー２２０、フィッシュボーンバスバー２３０の取付位置をガイドする基準になり、外部衝撃や振動時、第１端子バスバー２１０／フィッシュボーンバスバー２３０または第２端子バスバー２２０／フィッシュボーンバスバー２３０の一定の間隔より狭くならないようにすることで、相互間の接触を防止する役割を果たし得る。
放熱ユニット４００は、円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの熱を外部へ放出して温度を低めるための手段であって、下部フレーム３１０の下部に配設され得る。
前記放熱ユニット４００は、図９に示したように、接着シート４１０と、絶縁シート４２０と、冷却プレート４３０と、熱伝導性物質４４０と、を含んで構成され得る。
前記接着シート４１０は、接着性と熱伝導性を有することが望ましい。接着シート４１０は、全ての円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂの電池缶１０２の底面と接触するように、前述した下部フレーム３１０の下部に介在される。前記接着シート４１０は、シート状ではなく硬化性接着剤に代替可能である。
前記絶縁シート４２０は、電気絶縁性と放熱性を有するシリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）またはグラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）素材などで設けられ得る。前記絶縁シート４２０は、円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂと冷却プレート４３０との絶縁性と熱伝導性の確保のために適用される。
前記冷却プレート４３０は、機械的剛性と熱伝導性を有する板状体であって、下部フレーム３１０の下部で円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂを支持し、前記円筒型バッテリーセル１００Ａ、１００Ｂで発生した熱を外部へ放熱する役割を果たす。例えば、前記冷却プレート４３０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成され得る。
前記熱伝導性物質４４０は、前記冷却プレート４３０の下面に介在される。前記熱伝導性物質４４０は、物体と物体との接触時に表面粗度差による隙間を満たして効果的に熱を伝導する役割を果たすものであって、後述するヒートシンク５００と前記冷却プレート４３０との熱交換を促進する作用をする。例えば、熱伝導性物質４４０としては、熱グリース（ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒｅａｓｅ）が採用され得る。
図１０は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール積層体を示した図である。
続いて、図１０を参照して、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール積層体について簡略に説明する。
前記バッテリーモジュール積層体は、前述した二つのバッテリーモジュール１０Ａ、１０Ｂと一つのヒートシンク５００を含む。前記ヒートシンク５００は、内部に冷却水が流れる流路と、前記流路に連結された冷却水供給／排出ポート５０１と、を備える板型で設けられ得る。
図示したように、前記二つのバッテリーモジュール１０Ａ、１０Ｂは、前記ヒートシンク５００を挟んで上下対称に層状で配置され、上部に位置した前記バッテリーモジュール１０Ａの放熱ユニット４００は、前記ヒートシンク５００の上面に接触し、下部に位置する前記バッテリーモジュール１０Ｂの放熱ユニット４００は、前記ヒートシンク５００の下面に接触するように構成され得る。図示していないが、前記二つのバッテリーモジュール１０Ａ、１０Ｂとヒートシンク５００の両側面部に各々板状のブラケット（図示せず）を取り付けて前記二つのバッテリーモジュール１０Ａ、１０Ｂとヒートシンク５００とを一体で固定し得る。
一方、本発明によるバッテリーパックは、本発明による前述した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、バッテリーモジュール１０の他に、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。
以上、本発明を限定された実施形態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。

Claims (11)

  1. 上キャップが上部に向かうように立てられた円筒型バッテリーセルと、前記円筒型バッテリーセルを直列及び並列に接続するバスバーユニットと、を含むバッテリーモジュールであって、
    前記円筒型バッテリーセルは、
    二列以上に配置される第１円筒型バッテリーセルから構成された第１バンクセル群と、
    前記第１バンクセル群と平行する第１方向へ二列以上に配置される第２円筒型バッテリーセルから構成された第２バンクセル群と、を含み、
    前記バスバーユニットは、
    前記第１バンクセル群の上部に配置され、各前記第１円筒型バッテリーセルの正極と電気的に接続される第１端子バスバーと、
    前記第２バンクセル群の上部に配置され、各前記第２円筒型バッテリーセルの負極と電気的に接続される第２端子バスバーと、
    前記第１バンクセル群及び前記第２バンクセル群の上部に配置され、各前記第１円筒型バッテリーセルの負極及び各前記第２円筒型バッテリーセルの正極と電気的に接続されるフィッシュボーンバスバーと、を含む、バッテリーモジュール。
  2. 前記フィッシュボーンバスバーは、
    前記第１バンクセル群と前記第２バンクセル群との間で第１方向へ延びる骨格部と、
    相互に所定の間隔で離隔し、前記骨格部から前記第１方向に交差する方向へ延びる複数個の第１枝部と、
    相互に所定の間隔で離隔し、前記骨格部から前記複数個の第１枝部と反対方向へ延びる複数個の第２枝部と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記第１端子バスバーは、前記第１円筒型バッテリーセルの列と列の間に前記複数個の第１枝部と交互に延びる複数個の第３枝部を備え、
    前記第２端子バスバーは、前記第２円筒型バッテリーセルの列と列の間に前記複数個の第２枝部と交互に延びる複数個の第４枝部を備えることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 各前記第１円筒型バッテリーセルの上キャップは、前記複数個の第３枝部にワイヤボンディングされ、各前記第１円筒型バッテリーセルにおいて電池缶の上端は、前記複数個の第１枝部にワイヤボンディングされ、
    各前記第２円筒型バッテリーセルの上キャップは、前記複数個の第２枝部にワイヤボンディングされ、各前記第２円筒型バッテリーセルにおいて電池缶の上端は、前記複数個の第４枝部にワイヤボンディングされたことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記円筒型バッテリーセルの下端部を挿入可能に上下方向へ貫通して形成された貫通孔を備える下部フレームと、前記円筒型バッテリーセルをカバーし、前記下部フレームの上部に結合する上部フレームと、を備えるセルケースをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記上部フレームは、前記円筒型バッテリーセルの上部をカバーする上板部を含み、
    前記上板部は、
    下部の各前記円筒型バッテリーセルの上キャップが位置する領域が穿孔されて形成された正極接続口と、
    下部の各前記円筒型バッテリーセルにおいて電池缶の上端の周縁が位置する領域が穿孔されて形成された負極接続口と、を含むことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記上部フレームは、前記上板部の表面から上方へ突出するように形成されたバスバー取付ガイドを含み、
    前記バスバー取付ガイドは、前記第１円筒型バッテリーセル及び前記第２円筒型バッテリーセルの上部で前記第１方向へ二列以上が配置され、
    前記バスバー取付ガイドは、前記正極接続口及び前記負極接続口と同じ列毎に一つ以上が備えられることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記下部フレームと前記上部フレームの各々は、コーナー領域とセンター領域に上下方向へ貫通して形成されたブッシングホールと、前記ブッシングホールに介在されるブッシングと、を含むことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記下部フレームの下部に配置される放熱ユニットをさらに含み、
    前記放熱ユニットは、
    前記下部フレームの下部に配置される金属素材の冷却プレートと、
    前記冷却プレートの上面に配置される絶縁シートと、
    前記絶縁シートと各円筒型バッテリーセルの下面との間に介在される接着シートと、
    前記冷却プレートの下面に配置される熱伝導性物質と、を含むことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  10. 請求項９に記載のバッテリーモジュール二つと、
    内部に冷却水が流動する流路を備えるヒートシンクと、を含み、
    該二つのバッテリーモジュールは、前記ヒートシンクを挟んで上下対称に層状で配置され、上部に位置した前記バッテリーモジュールの放熱ユニットは、前記ヒートシンクの上面に接触し、下部に位置した前記バッテリーモジュールの放熱ユニットは、前記ヒートシンクの下面に接触するように設けられたことを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーモジュール積層体。
  11. 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一つ以上含む、バッテリーパック。
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