JP5449236B2 - バッテリ・モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリ・モジュールに係り、さらに具体的には、複数個の単位電池セルを積層して形成されるバッテリ・モジュールに関する。
二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池をいう。二次電池は、携帯電話、ノート型パソコン、カムコーダなどの先端電子機器分野で広く使われており、自動車用電池にも使われている。
二次電池は、電極組立体及び電解液を含む。電極組立体は、正極板、負極板及びセパレータを具備する。電解液は、リチウムイオンを含む場合が多い。電極組立体の正極板と負極板は、外部に引き出される電極タブをそれぞれ具備しうる。
電極組立体は、ケースの内部に収納され、ケースの外部には、電極端子が露出しうる。電極タブは、電極組立体の外部に引き出されて、電極端子と電気的に連結されうる。ケースは、円筒形または角形になりうる。
複数個の二次電池の単位電池セルが、水平または垂直に積層されてバッテリ・モジュールが形成されうる。また、複数個のバッテリ・モジュールが上下及び／または横に積層されて１つのバッテリ・パックが形成されうる。
本発明は、複数個の単位電池セルを積層して形成され、その位置ずれ現象（ｓａｇｇｉｎｇ）を改善できるバッテリ・モジュールを提供するところにある。
本発明のある観点によれば、第１方向に積層される複数の電池セルと、第１方向に互いに離れて空間を形成し、空間に複数の電池セルを収容する１対のエンドプレートと、第１方向に延長され、第２方向に弾性的に付勢され、複数の電池セルの下方に配される弾性フレームとを備えるバッテリ・モジュールが提供される。
弾性フレームは、板バネ構造を有してもよい。
エンドプレートと弾性フレームの端部との間に配される支持突起をさらに備えてもよい。
弾性フレームは、エンドプレートに支持突起により締結されてもよい。
バッテリ・モジュールは、複数の電池セルの下面に配される下部フレームをさらに備えてもよい。
弾性フレームは、下部フレームに支持突起により締結されてもよい。
バッテリ・モジュールは、１対のエンドプレートの上面に締結される上部フレームと、１対のエンドプレートの横面に締結される側面支持部とをさらに備えてもよい。
複数の電池セルの下面に配される下部フレームをさらに備え、下部フレームと弾性フレームとの間に配され、支持突起に締結されるスペーサをさらに備えてもよい。
弾性フレームが支持端を有し、支持突起は、弾性フレームの支持端に締結されてもよい。
支持突起は、エンドプレートと下部フレームとのうちいずれか一方に固定されて形成されてもよい。
弾性フレームが弾性部を有し、弾性部が支持部より幅狭であってもよい。
弾性フレームが弾性部を有し、弾性部が支持部より幅広であってもよい。
弾性フレームは、弾性部、支持部及び支持部に設けられる支持端を有してもよい。
支持端は、終端が開放された支持溝であってもよい。
支持端は、支持部を貫通して形成される支持貫通ホールであってもよい。
複数の電池セルの下面に配される下部フレームをさらに備え、支持突起が下部フレームの終端に配され、支持端が弾性フレームの終端に配され、支持突起は、支持端に締結されてもよい。
弾性フレームがバッテリ・モジュールに組み込まれた後に反り、弾性的に付勢された状態になってもよい。
弾性フレームが反った状態でバッテリ・モジュールに組み込まれ、弾性的に付勢された状態になってもよい。
本発明の他の観点によれば、第１方向に積層される複数の電池セルと、第１方向に互いに離れて空間を形成し、空間に複数の電池セルを収容する１対のエンドプレートと、第１方向に延長され、複数の電池セルに向かってアーチを形成し、複数の電池セルの下方に弧状に配される支持フレームとを備えるバッテリ・モジュールが提供される。
本発明の他の観点によれば、第１方向に積層される複数の電池セルと、第１方向に互いに離れて空間を形成し、空間に複数の電池セルを収容する１対のエンドプレートと、第１方向に延長され、１対のエンドプレートのそれぞれに近接する一対の終端部と、終端部間に終端部に対して上側及び内側に配され、複数の電池セルに向かって第２方向に反った中間部とを有し、複数の電池セルの下方に複数の電池セルを支持できるように配される支持フレームとを備えるバッテリ・モジュールが提供される。
本発明によれば、複数個が積層される少なくとも１つの単位電池セルを支持することによって、バッテリ・モジュールの位置ずれ現象を改善できる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本発明の一実施形態によるバッテリ・パック１０は、少なくとも一つ以上のバッテリ・モジュール１００が、上下及び／または横に積層されて形成されうる。また、それぞれのバッテリ・モジュール１００は、少なくとも一つ以上の単位電池セル１１０が上下及び／または横に積層されて形成されうる。
このとき、バッテリ・パック１０は、複数個のバッテリ・モジュール１００が上下に積層されて形成されうる。それぞれのバッテリ・モジュール１００で、複数個の単位電池セル１１０の重さによって、バッテリ・モジュール１００で位置ずれ現象（ｓａｇｇｉｎｇ）が発生しうる。また、バッテリ・モジュール１００での位置ずれ現象による振動現象（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）が発生しうる。
本発明の一実施形態によるバッテリ・パック１０のバッテリ・モジュール１００は、積層される電池セル１１０を、弾性フレーム１６０によって、下部から支持できる。このとき、弾性フレーム１６０は、積層される電池セル１１０の荷重を下部から上部に弾性的に付勢する（ｅｌａｓｔｉｃａｌｌｙ ｂｉａｓｅｄ）ように支持できる。
このために、弾性フレーム１６０は、積層される電池セル１１０の下部に、あらかじめ上部方向に曲がるように設けられ、積層される電池セル１１０の荷重によって水平を維持したり、あるいは若干上部方向に反った状態で組み込まれたりする。
従って、弾性フレーム１６０が、バッテリ・モジュール１００で位置ずれ現象が発生する部分を弾性支持することによって、弾性フレーム１６０がバッテリ・モジュール１００の位置ずれ現象及び振動現象を緩和させることができる。
図１には、本発明の一実施形態によるバッテリ・パックにおいて、複数個の電池セル１１０が水平に積層されて形成されるバッテリ・モジュール１００が図示されている。図２では、図１のバッテリ・モジュール１００を分解し、それぞれの構成要素をさらに詳細に図示した。バッテリ・パックは、複数個のバッテリ・モジュール１００を、上下及び／または横に積層して形成される。
図１及び図２を参照すれば、バッテリ・モジュール１００は、複数個の単位電池セル１１０、上部フレーム１２０、下部フレーム１３０、側面支持部１４０、エンドプレート１５０及び弾性フレーム１６０を具備できる。
複数個の単位電池セル１１０が第１方向に積層され、バッテリ・モジュール１００が形成されうる。下部フレーム１３０は、第１方向に積層される単位電池セル１１０下に配され、積層される単位電池セル１１０を下部から支持する。
上部フレーム１２０は、第１方向に積層される単位電池セル１１０上に配され、積層される単位電池セル１１０を第２方向から支持する。上部フレーム１２０は、エンドプレート１５０の上面に締結されうる。
側面支持部１４０は、第１方向に積層される単位電池セル１１０の側面に配され、積層される単位電池セル１１０を側面から第３方向に支持する。１対のエンドプレート１５０は、それぞれ第１方向に積層される単位電池セル１１０の両終端に配され、積層される単位電池セル１１０を両端から支持する。側面支持部１４０は、１対のエンドプレート１５０の横面に締結される。
弾性フレーム１６０は、第１方向に延長されて電池セル１１０下部に配され、積層される電池セル１１０を第２方向に弾性支持できる。すなわち、弾性フレーム１６０が第２方向に弾性付勢されるように、エンドプレート１５０及び／または下部フレーム１３０に組み込まれる。このとき、弾性フレーム１６０は、板スプリング構造を有することができる。
ここで、第１方向は、図面でＸ方向になり、第２方向は、図面でＺ方向になり、第３方向は、Ｙ方向になりうる。このとき、バッテリ・モジュール１００が水平に配される場合、Ｘ方向は水平方向になり、Ｚ方向は垂直方向になりうる。ただし、本発明は、これに限定されるものではなく、バッテリ・モジュール１００の配置位置によって異なるように解釈されうる。
積層されて形成される複数個の単位電池セル１１０の重さを含んだバッテリ・モジュール１００の自重による静的荷重によって、バッテリ・モジュール１００が位置ずれする現象が発生しうる。また、バッテリ・モジュール１００に加えられる衝撃または振動などの動的荷重による、バッテリ・モジュール１００の位置ずれ現象または揺れが発生しうる。このとき、このような静的荷重及び／または動的荷重による位置ずれまたは振動によって、バッテリ・モジュール１００の性能が低下しうる。
下部フレーム１３０は、単位電池セル１１０下に配されうる。この場合、下部フレーム１３０上には、積層される単位電池セル１１０が置かれる。このとき、下部フレーム１３０は、積層される単位電池セル１１０を下部からＺ方向に支持できる。下部フレーム１３０は、積層される単位電池セル１１０の静的荷重をさらに効果的に支持できる。
また、本発明の一実施形態による、弾性フレーム１６０が積層される電池セル１１０を、下部からＺ方向に弾性支持できる。このとき、弾性フレーム１６０は弾性支持され、バッテリ・モジュール１００の位置ずれを支え、減衰（ｄａｍｐｅｒ）の役割を担うことができる。従って、弾性フレーム１６０は、積層される単位電池セル１１０による動的荷重をさらに効果的に支持できる。
本実施形態では、下部フレーム１３０及び弾性フレーム１６０のそれぞれが、別途に備わりうる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、バッテリ・モジュール１００が下部フレーム１３０と弾性フレーム１６０とのうちいずれか一つだけ具備できる。その場合、下部フレーム１３０が弾性フレーム１６０の機能を共に遂行するか、あるいは弾性フレーム１６０が下部フレーム１３０の機能を共に行うことができる。
一方、図３には、図１のバッテリ・モジュール１００に含まれる単位電池セル１１０の外観が図示されている。電池セル１１０は、複数個が水平方向に積層されてバッテリ・パックを形成でき、図面に図示されているように、通常の角形電池セルが適用されうる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、円形電池セルまたはポーチ型電池セルを含んだ多種の電池セルが適用されうる。
電池セル１１０は、通常の二次電池が適用されうる。二次電池は、電極組立体及び電解液を含むことができる。電極組立体は、正極板、負極板及びセパレータを具備できる。電解液は、リチウムイオンを含むことができる。電極組立体の正極板と負極板は、それぞれ外部に引き出されるために、集電部（図示せず）と電気的に連結されうる。
電極組立体は、ケース１１１の内部に収納され、ケース１１１の外部には、電極端子１１２が露出されうる。正極板及び負極板と電気的に連結される集電部（図示せず）は、ケース１１１内部で、電極端子１１２と電気的に連結されうる。ケース１１１は、円筒形または角形になりうる。単位電池セル１１０は、１つのケース１１１内部に、複数個の電極組立体を含むことができる。
複数個の単位電池セル１１０が水平に積層され、バッテリ・モジュール１００が形成されうる。電池モジュール１００で隣接して積層される二次電池は、電極端子１１２が電気的に相互連結されうる。このとき、隣接する電池セル１１０の電極端子１１２がバスバー１１６によって電気的に連結されうる。
隣接する電池セル１１０は、電極が交互に正極と負極とが互いに交差するように配列されうる。複数個の電池セル１１０は、並列に連結されたり、直列に連結されたり、直列及び並列が混合されて連結されうる。これにより、複数の電池セル１１０は連続的に連結され、１つのバッテリ・モジュール１００を形成できる。前記積層される電池セル１１０の連結構造及び個数は、設計時に要求される充電容量及び放電容量を考慮して決まりうる。
ケース１１１の開口部には、キャップ・プレート１１３が結合されうる。 キャップ・プレート１１３は、薄板からなりうる。キャップ・プレート１１３には、電解液が注入される電解液注入口が形成されうる。電解液注入口は、電解液が注入された後、密封栓１１４で密封されうる。
また、キャップ・プレート１１３には、設定された内部圧力によって破断されうるように、溝が形成されたベント部材１１５が形成されうる。複数個の単位電池セル１１０が水平に積層された上に、上部フレーム１２０が配される場合に、ベント部材１１５上には、上部フレーム１２０の排気口１２１が位置しうる。
本実施形態による電池セル１１０は、前述のように、リチウムイオン電池になりうる。ただし、本発明はこれに限定されるものでなく、電池セル１１０として、リチウムイオン二次電池以外にも、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル−水素二次電池、あるいは他の形態のリチウム二次電池を含んだ多種の電池が適用されうる。
一方、リチウムを含むそれぞれの単位電池セル１１０は、充放電時に、電極組立体が膨脹または収縮する。このとき、電極組立体の膨脹と収縮は、ケース１１１に物理力として作用しうる。それにより、ケース１１１は、電極組立体の膨脹または収縮によって、物理的な膨脹と収縮とを行う。
ケース１１１の変形が反復される膨脹と収縮とによって、そのどちらかの状態で固着化されもする。かような体積の膨脹は、抵抗を増加させ、電池セル１１０の効率を落としうる。従って、エンドプレート１５０は、水平及び／または垂直方向に配列し、相互間に電気的に連結された複数個の電池セル１１０の両終端に、１対で配されうる。
このとき、上部フレーム１２０、下部フレーム１３０及び側面支持部１４０は、それぞれエンドプレート１５０の上下面または側面に支持され、複数個の電池セル１１０が、膨脹と収縮とによって、水平方向にさらに延びないように圧縮固定できる。
エンドプレート１５０は、バッテリ・モジュール１００の両終端にそれぞれ設けられうる。１対のエンドプレート１５０は、それぞれ一面がバッテリ・モジュール１００の最外郭両側に配された電池セル１１０の外面にそれぞれ密着されることで積層される電池セル１１０を支持できる。
エンドプレート１５０は、ベースプレート１５１とフランジ部１５２、１５３、１５４を具備できる。ベースプレート１５１は、電池セル１１０の外形をカバーできる大きさを有する。本実施形態では、ベースプレート１５１はほぼ四角形であるが、これに限定されるものではない。
フランジ部１５２、１５３、１５４は、ベースプレート１５１から電池セル１１０と接触する面の反対側にベンディングされて形成されうる。フランジ部１５２、１５３、１５４は、上面フランジ部１５２、下面フランジ部１５３及び側面フランジ部１５４を具備できる。上面フランジ部１５２は、上部フレーム１２０と締結される。下面フランジ部１５３は、下部フレーム１３０と締結される。側面フランジ部１５２は、それぞれ対応する側面支持部１４０と締結される。
一方、バッテリ・モジュール１００は、上下及び／または横に積層されてバッテリ・パック１０を形成できる。このとき、隣接して積層されるバッテリ・モジュール１００は、エンドプレート１４０同士で締結されて互いに支持されうる。
上面フランジ部１５２は、上に積層されるバッテリ・モジュール１００の下部フレーム１３０と締結されうる。下面フランジ部１５３は、下に下部フレーム１３０と締結されうる。
このとき、上面フランジ部１５２、下面フランジ部１５３及び側面フランジ部１５４のそれぞれには、上部フレーム１２０、下部フレーム１３０及び側面支持部１４０と、ボルトとナットとによる螺合で締結されうる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、溶接などの方法を含んだ多様な方法によって締結されうる。
上部フレーム１２０は、水平方向に積層される複数個の電池セル１１０上部に配され、エンドプレート１５０の上面の上面フランジ部１５２に締結されうる。このとき、上部フレーム１２０には、電池セル１１０のベント部材１１５に対応する位置を貫通して、排気口１２１が形成される。
上部フレーム１２０は、長手方向両側にベンディングされる上部フレーム曲折部１２２を有することができる。上部フレーム曲折部１２２の内側には、密封部材１２３を具備できる。このとき、密封部材１２３は、ゴムなどの弾性部材で形成されうる。このとき、上部フレーム１２０は、別途に備わるカバー１２５と密封部材１２３とが介在されて結合され、密封されたガス排出通路を形成できる。
このとき、上部フレーム１２０と、その上に結合されるカバー１２５は、密封した状態でガスを排出させることもでき、完全な密封ではないが、ガス排出を誘導する通路の役割を果たすこともできる。電池セル１１０からガスが発生する場合は、急激な化学反応を伴うので、発生するガスの量が短時間に大量に発生する。従って、バッテリ・パックに、ガス排出のためのダクトを形成すれば、ガスを容易に排出できる。
ベント部材１１５を介して、ガス発生時にガスが隣接した二次電池１０に影響を与えずに、上部フレーム１２０の排気口１２１を介して流出するように、上部フレーム１２０とベント部材１１５との間には、密封リング１１７が備わりうる。
このとき、密封リング１１７としては、例えばＯリングなどが使われうる。このとき、エンドプレート１５０の上部中央には、上部フレーム１２０を定着させることができるように、溝１５２ａが形成されうる。従って、上部フレーム１２０の排気口１２１を電池セル１１０に密着させることができる。また、上部フレーム１２０は、エンドプレート１５０と、溝１５２ａの部分に位置する上面フランジ部１５２と締結されうる。
また、電池セル１１０と上部フレーム１２０との間の密封リング１１７を十分な厚みを有するようにすることができる。それにより、上部フレーム１２０がエンドプレート１５０に結合されるときに、上部フレーム１２０が電池セル１１０の上部に圧力を発生させ、その間に介在された密封リング１１７を圧縮し、上部フレーム１２０と電池セル１１０とを密着させられる。
下部フレーム１３０は、複数個の電池セル１１０の荷重を支持するように、電池セル１１０の下部に配され、エンドプレート１５０の下部の下面フランジ部１５３に連結される。電池セル１１０の荷重に耐えるために、下部フレーム１３０は、電池セル１１０を支持する面の反対側にベンディングされて形成される下部フレーム曲折部１３２を具備できる。このとき、下部フレーム曲折部１３２は、下部に向かって開かれた構造を有することができる。
一方、バッテリ・モジュール１００は、単位電池セル１１０と弾性フレーム１６０の端部との間に配される支持突起１７０をさらに具備できる。この場合、弾性フレーム１６０がエンドプレート１５０に、支持突起１７０によって締結されうる。また、支持突起１７０が、下部フレーム１３０の終端に配され、支持端１６３が弾性フレーム１６０の終端に配され、支持突起１７０が支持端１６３に締結されうる。
下部フレーム１３０は、エンドプレート１５０の下面フランジ部１５３と、ボルト及びナットによって螺合によって締結されうる。このとき、ボルトは、弾性フレーム１６０を、エンドプレート１５０及び／または下部フレーム１３０に支持する支持突起１７０になりうる。
下部フレーム１３０と弾性フレーム１６０との間の支持突起１７０によって相互支持される部分に、スペーサ１７５が配されうる。スペーサ１７５は、単位電池セル１１０と弾性フレーム１６０との間に配され、支持突起１７０に締結されうる。
スペーサ１７５は、バッテリ・モジュール１００の両終端部で、下部フレーム１３０と弾性フレーム１６０との間隔が一定になるように維持することができる。このとき、スペーサ１７５の厚みを調節することによって、弾性フレーム１６０によって電池セル１１０に加えられる弾性力が調節されうる。一方、スペーサ１７５は、ワッシャのような形態で支持突起１７０に挟まれて結合されうる。
ただし、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、支持突起１７０が下部フレーム１３０及び／またはエンドプレート１５０に別途に固定されて形成されうる。支持突起１７０は、弾性フレーム１６０を、エンドプレート１５０及び／または下部フレーム１３０に固定または支持されうる。このとき、支持突起１７０は、弾性フレーム１６０に設けられる支持端１６３、例えば、支持溝または支持貫通ホールと接触しうる。
側面支持部１４０は、積層される単位電池セル１１０を側面から支持するように、積層された単位電池セル１１０の側面に配されうる。側面支持部１４０は、一端のエンドプレート１４０から他端のエンドプレート１４０に向かって、一定幅で延びて形成されうる。従って、水平支持部１４０ａは、バッテリ・モジュール１００で、水平方向に積層される単位電池セル１１０を、側面から内側に支持できる。
一方、側面支持部１４０には、少なくとも一つ以上の貫通ホール１４１が形成され、側面支持部１４０の荷重を減らすことができる。また、側面支持部１４０は、電池セル１１０を支持する面の反対側にベンディングされて形成される側面支持部曲折部１４２を具備し、側面支持部１４０のベンディングに対する強度を補強できる。
一方、バッテリ・モジュール１００には、上部フレーム１２０上を覆うカバー１２５がさらに備わりうる。このとき、カバー１２５は、バッテリ・モジュール１００の上部フレーム１２０上で上部フレーム１２０を覆い、その間にガス排出のためのガス排出ダクトを形成できる。
ただし、バッテリ・モジュール１００の上部フレーム１２０を覆い、ガス排出ダクトを形成する方法は、多様であってこれに制限されるものではない。例えば、上部フレーム１２０は、カバー１２５に覆われ、長手方向に一体に形成されうる。このとき、カバー１２５に覆われた上部フレーム１２０の高さは、バッテリ・モジュール１００の上部両端の延びた部分１５２ｂを超えないようにし、コンパクトに構成できる。
一方、弾性フレーム１６０は、弾性部１６１、支持部１６２及び支持端１６３を具備できる。弾性部１６１は、弾性フレーム１６０が下部フレーム１３０の下部に設けられるときに反って弾性を生じる部分である。
支持部１６２は、下部フレーム１３０に支持される部分である。支持端１６３は、支持部１６２の一端で下部フレーム１３０の支持突起１７０と接触し、支持部１６２が支持突起１７０に支持されるようにする部分である。
このとき、支持端１６３は、図２に図示されているような終端が開放された支持溝になりうる。この場合、弾性フレーム１６０は、一側で支持溝が支持突起１７０に支持されて反り、他側で他の支持突起１７０に支持されるので、容易にバッテリ・モジュール１００に組み込まれる。
他の実施形態として、支持端１６３は、図７に図示されているように、支持部２６２を貫通して形成される支持貫通ホールになりうる。この場合、支持突起１７０が、支持貫通ホールを貫通して締結されうる。従って、下部フレーム１３０に対してしっかりとバッテリ・モジュール１００に組み込まれて支持されうる。
図４には、図１のバッテリ・モジュール１００で、弾性フレーム１６０が下部フレーム１３０の下に設けられた様子が図示されている。
図４を参照すれば、弾性フレーム１６０が、下部フレーム１３０の下部に設けられうる。このために、下部フレーム１３０には、支持突起１７０が備わり、弾性フレーム１６０が支持突起１７０に固定及び／または支持されて下部フレーム１３０に設けられうる。
支持突起１７０は、下部フレーム１３０の下面に突出するように形成され、下部フレーム１３０の下面に少なくとも一部が接触するように設けられる弾性フレーム１６０を支持できる。支持突起１７０は、下部フレーム１３０の両終端部にそれぞれ形成され、その間に、弾性フレーム１６０が反りつつ設けられるようにする。それにより、弾性フレーム１６０がＺ方向に弾性付勢されて設けられるようにすることができる。
図４に図示された実施形態で、支持突起１７０は、エンドプレート１５０の下面フランジ部１５３と下部フレーム１３０とを締結するボルトになりうる。このとき、支持部１６２の支持突起１７０と接触する位置には、支持突起１７０との接触を自然にする支持溝が形成されうる。支持溝は、支持部１６２と支持突起１７０との相互接触面で、スライディングが発生することを防止できる。
一方、エンドプレート１５０の下面フランジ部１５３と下部フレーム１３０は、複数個のボルトとナットとによって締結されうる。図４に図示された実施形態では、エンドプレート１５０の下面フランジ部１５３と下部フレーム１３０とが相互に等間隔で配される３個のボルトとナットとによって締結されうる。このために、エンドプレート１５０の下面フランジ部１５３及び下部フレーム１３０のそれぞれに相互対応する位置に、ボルトが挿入されるホールが形成されうる。
このとき、支持突起１７０は、エンドプレート１５０の下面フランジ部１５３から下部フレーム１３０を貫通して露出し、支持突起１７０に支持端１６３が接触し、支持部１６２が支持突起１７０に支持されうる。
ここで、支持突起１７０の支持部１６２の下に露出する部分には、ナットが締結され、支持部１６２の一部が、下部フレーム１３０に固定されるようにすることによって、弾性フレーム１６０が、下部フレーム１３０にさらに安定的に支持されるようにすることができる。
ただし、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、図７に図示されているように、弾性フレーム２６０が弾性部２６１及び支持部２６２を具備し、支持部２６２の支持端１６３に、支持溝の代わりに支持貫通ホールが形成され、支持貫通ホールを貫通して支持突起１７０が挿入されうる。この場合、弾性フレーム２６０の下に露出した支持突起１７０にナットが締結され、弾性フレーム２６０が下部フレーム１３０にさらにしっかりと支持されるようにすることができる。
一方、図４に図示されているように、弾性を受ける部分である弾性部１６１が、支持部１６２より幅狭に形成されうる。また、上下に積層される他のバッテリ・モジュール１００を考慮し、支持突起１７０の下部フレーム１３０の下部に露出される部分の長さが、下部フレーム曲折部１３２の幅より狭い。ただし、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、弾性部１６１が支持部１６２より幅広に形成されうる。
一方、図５には、図１のバッテリ・モジュール１００で、弾性フレーム１６０が下部フレーム１３０の下に設けられた一断面の様子が図示されている。このとき、図５の（ｃ）には、組み立て前の弾性フレーム１６０”が図示されており、（ｂ）には、電池セル１１０が装着される前の下部フレームに組み込まれた弾性フレーム１６０’が図示されており、（ａ）には、弾性フレーム１６０が組み込まれた下部フレーム１３０上に、電池セル１１０が装着されたバッテリ・モジュール１００の一断面が図示されている。
弾性フレーム１６０が下部フレーム１３０に組み込まれるとき、弾性フレーム１６０の中央部が反って下部フレーム１３０に組み込まれる。すなわち、組み立て前は、弾性フレーム１６０の一端の支持溝から他端の支持溝までの距離がＬ２であるが、組み立て後には、一端の支持溝から他端の支持溝までの距離がＬ１になる。このとき、Ｌ２がＬ１より大きい。ここで、Ｌ２の長さによって、弾性フレーム１６０が耐えられる荷重を調節できる。
図５の（ｂ）のように、弾性フレーム１６０’の中央部がｄほど上に反るように、弾性フレーム１６０が下部フレーム１３０に組み込まれる。このとき、弾性フレーム１６０’の反りによって、Ｚ方向に付勢力が作用する。
図５の（ａ）のように、下部フレーム１３０上に電池セル１１０が積層されれば、弾性フレーム１６０に電池セル１１０によって、−Ｚ方向に荷重が作用し、積層された電池セル１１０がＺ方向に付勢力を受け、下部フレーム１３０上に積載されうる。
このとき、スペーサ１７５は、下部フレーム１３０と弾性フレーム１６０との間の支持突起１７０によって相互支持される部分に配されうる。スペーサ１７５は、バッテリ・モジュール１００の両終端部で、下部フレーム１３０と弾性フレーム１６０との間隔が一定に維持されるようにすることができる。このとき、スペーサ１７５の厚みを調節することによって、弾性フレーム１６０から電池セル１１０に加えられる付勢力が調節されうる。
このとき、弾性フレーム１６０によって形成される板スプリングのＺ方向の反りによってＺ方向に付勢力が作用し、積載される電池セル１１０による位置ずれ現象を緩和させることができ、加えられる衝撃または振動に対して、ダンパ（ｄａｍｐｅｒ）性能を具現できる。
従って、バッテリ・モジュール１００の静的荷重及び／または動的荷重に対して、位置ずれ現象及び／または振動現象を緩和させ、バッテリ・モジュール１００に積層された電池セル１１０が安定的に支持されうる。
一方、図６の（ｂ）には、他の実施形態による弾性フレーム１６０ａの一断面が図示され、（ａ）には、弾性フレーム１６０ａが組み込まれた下部フレーム１３０上に、電池セル１１０が装着されたバッテリ・モジュール１００の一断面が図示されている。
この場合、弾性フレーム１６０ａがバッテリ・モジュール１００に組み込まれる前に、（ｂ）に図示された形状のようにあらかじめ成形され、成形された弾性フレーム１６０ａが下部フレーム１３０の下部に組み込まれる。この場合、弾性フレーム１６０ａが、バッテリ・モジュール１００に反った状態で組み込まれて、弾性的な付勢状態になりうる。
また、弾性フレーム１６０は、反った形状を有することができ、それにより、バッテリ・モジュール１００の電池セル１１０に対して、弾性的に付勢されうる。その具体的な実施形態として、弾性フレーム１６０の反った形状は、弧状になりうる。また、図５に図示されているように、弾性フレーム１６０がバッテリ・モジュール１００に組み込まれて反り、弾性的な付勢状態になりうる。
ただし、本発明の実施形態は、これらに限定されるものではなく、弾性フレーム１６０の代わりに、Ｘ方向に延長され、電池セル１１０に向けてアーチを形成して弧状に、電池セル１１０の下部に配される支持フレームを具備できる。
また、下部フレーム１３０及び／または弾性フレーム１６０は、両終端部及び中間部を有することができる。終端部は、それぞれ１対のエンドプレートのうちの一つに近接する部分になりうる。中間部は、終端部に対して上側及び内側に配されるように、単位バッテリ１１０に向かってＺ方向に延長されるように、終端部間に配される部分になりうる。
このとき、弾性フレーム１６０の代わりに、終端部間の中間部に沿って、支持部１６２とエンドプレート１５０との付近に終端を有する支持フレームになりうる。このとき、中間部は、図６（ｂ）に距離「ｄ’」が図示された付近に位置しうる。中間部は、終端部に対して上側及び内側に配されうるように、単位電池セル１１０に向かうＺ方向に延長されうる。
バッテリ・パック１０は、バッテリ・モジュール１００が上下及び／または横に積層されて形成され、積層されたバッテリ・モジュール１００は、ベースフレーム１８０上に固定されるように設けられうる。図８には、図１のバッテリ・モジュール１００が垂直及び水平に積層されて形成されるバッテリ・パック１０が図示されている。
図９には、本発明の第３実施形態によるバッテリ・モジュール３００の概略的な斜視図が図示されている。図１０には、図９のバッテリ・モジュール３００で、弾性フレーム３６０が下部フレーム３３０の下に設けられたところが図示されている。
図９及び図１０を参照すれば、本実施形態によるバッテリ・モジュール３００は、以下で別途に説明される事項を除いては、図１ないし図５に図示されたバッテリ・モジュール１００と同一である。従って、図１のバッテリ・モジュール１００と同じ機能を行う同じ構成要素に対しては、類似の参照番号を使用し、それらについての詳細な説明は省略する。
図９及び図１０を参照すれば、バッテリ・モジュール３００は、複数個の単位電池セル３１０、上部フレーム３２０、下部フレーム３３０、側面支持部３４０、エンドプレート３５０及び弾性フレーム３６０を具備できる。バッテリ・モジュール３００が、上下及び／または垂直に積層されてバッテリ・パックが形成できる。
複数個の単位電池セル３１０が第１方向に積層され、バッテリ・モジュール３００が形成されうる。上部フレーム３２０は、第１方向に積層される電池セル３１０上に配され、積層される電池セル３１０を、第２方向から支持する。下部フレーム３３０は、第１方向に積層される電池セル３１０下に配され、積層される電池セル３１０を下部から支持する。
側面支持部３４０は、第１方向に積層される単位電池セル３１０の側面に配され、積層される単位電池セル３１０を側面から第３方向に支持する。１対のエンドプレート３５０は、それぞれ第１方向に積層される単位電池セル３１０の両終端に配され、積層される単位電池セル３１０を両端から支持する。
弾性フレーム３６０は、積層される電池セル３１０をＺ方向に弾性支持できる。すなわち、弾性フレーム３６０が、Ｚ方向に弾性的に付勢されるように、エンドプレート３５０及び／または下部フレーム３３０に組み込まれる。
本実施形態によるバッテリ・モジュール３００では、下部フレーム３３０が複数個の電池セル３１０の荷重を支持するように、電池セル３１０の下部に配され、エンドプレート３５０の下部の下面フランジ部３５３に連結される。電池セル３１０の荷重に耐えるために、下部フレーム３３０は、電池セル３１０を支持する面の反対側にベンディングされて形成される下部フレーム曲折部３３２を具備できる。
下部フレーム曲折部３３２は、下部に向かって開かれた構造を有することができる。下部フレーム曲折部３３２は、下部に積層されるバッテリ・モジュール３００の上部フレーム３２０と結合されてガス通路を形成できる。このために、下部フレーム３３０は、上部フレーム３２０と対応する幅に形成されうる。このとき、上下に積層されるバッテリ・モジュール３００の下部フレーム３３０と上部フレーム３２０とが結合されて形成されるガス通路は、ガス発生時にガスを排出するダクトの役割を担うことができる。
一方、弾性フレーム３６０は、弾性部３６１、支持部３６２及び支持溝を具備できる。弾性部３６１は、弾性フレーム３６０が下部フレーム３３０の下部に設けられるときに反って、付勢力を生じさせる部分である。支持部３６２は、下部フレーム３３０に支持される部分である。支持溝は、支持部３６２の一端で、下部フレーム３３０の支持突起３７０と接触し、支持部３６２が支持突起３７０に支持されるようにする部分である。
エンドプレート３５０の下面フランジ部３５３と下部フレーム３３０は、１つのボルトとナットとによって締結されうる。この場合、１つの支持部３６２で両脇端部は、下部フレーム曲折部３３２に支持されうる。それにより、下部フレーム３３０に弾性フレーム３６０が効率的に支持されうる。
エンドプレート３５０は、ベースプレート３５１と、ベースプレート３５１から電池セル３１０と接触する面の反対側にベンディングされて形成されるフランジ部３５２、３５３、３５４とを具備できる。
フランジ部３５２、３５３、３５４は、上面フランジ部３５２、下面フランジ部３５３及び側面フランジ部３５４を具備できる。上面フランジ部３５２は、上部フレーム３２０と締結される。下面フランジ部３５３は、下部フレーム３３０と締結される。側面フランジ部３５２は、それぞれ対応する側面支持部３４０と締結される。
弾性フレーム３６０が、下部フレーム３３０の下部に設けられうる。このために、下部フレーム３３０には、支持突起３７０が備わり、弾性フレーム３６０が支持突起３７０に固定及び／または支持されて下部フレーム３３０に設けられうる。
支持突起３７０は、下部フレーム３３０の下面に突出するように形成され、下部フレーム３３０の下面に、少なくとも一部が接触するように設けられる弾性フレーム３６０を支持できる。支持突起３７０は、下部フレーム３３０の両終端部にそれぞれ形成され、その間に、弾性フレーム３６０が反りつつ設けられるようにする。それにより、弾性フレーム３６０が、Ｚ方向に弾性的に付勢されて設けられる。
図９及び図１０に図示された実施形態で、支持突起３７０は、エンドプレート３５０の下面フランジ部３５３と下部フレーム３３０とを締結するボルトになりうる。このとき、支持部３６２の支持突起３７０と接触する位置には、支持突起３７０との接触を自然にする支持溝が形成されうる。支持溝は、支持部３６２と支持突起３７０との相互接触面で、スライディングが発生することを防止できる。
一方、エンドプレート３５０の下面フランジ部３５３と下部フレーム３３０は、１つのボルトとナットとによって締結されうる。このために、エンドプレート３５０の下面フランジ部３５３及び下部フレーム３３０のそれぞれに相互対応する位置に、ボルトが挿入されるホールが形成されうる。
支持突起３７０の支持部３６２の下に露出する部分には、ナットが締結され、支持部３６２の一部が下部フレーム３３０に固定されるようにすることによって、弾性フレーム３６０が下部フレーム３３０にさらに安定的に支持されうる。
図１１には、バッテリ・パック１０が電気自動車１に適用された実施形態が図示されている。
電気自動車１は、車体５００内部にバッテリ・パック１０を装着できる。このとき、電気自動車１の運行によってバッテリ・パック１０に動荷重が伝達しうる。この場合、垂直及び／または水平に積層されるバッテリ・モジュール１００では、位置ずれ及び／または振動が発生しうる。
しかし、本発明の望ましい実施形態によるバッテリ・パック１０では、弾性フレーム１６０がバッテリ・モジュール１００で位置ずれ現象が発生する部分を弾性支持することによって、バッテリ・モジュール１００の位置ずれ現象及び振動現象を緩和させることができる。
本発明の実施形態によれば、複数個の単位電池セルを積層して形成されるバッテリ・モジュールの位置ずれ現象を改善できる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１０ バッテリ・パック
１００ バッテリ・モジュール
１１０ 電池セル
１１１ ケース
１１２ 電極端子
１１３ キャップ・プレート
１１４ 密封栓
１１５ ベント部材
１１６ バスバー
１１７ 密封リング
１２０ 上部フレーム
１２１ 排気口
１２２ 曲折部
１２３ 密封部材
１２５ カバー
１３０ 下部フレーム
１３２ 下部フレーム曲折部
１４０ 側面支持部
１４０ａ 水平支持部
１４１ 貫通ホール
１５０ エンドプレート
１５１ ベースプレート
１５２、１５３、１５４ フランジ部
１５２ａ 溝
１５２ｂ 上部両端に延長した部分
１６０、１６０’、１６０”、１６０ａ 弾性フレーム
１６１、２６１ 弾性部
１６２、２６２ 支持部
１６３ 支持端
１７０ 支持突起
１７５ スペーサ
１８０ ベースフレーム
１００ バッテリ・モジュール
１１０ 電池セル
１１１ ケース
１１２ 電極端子
１１３ キャップ・プレート
１１４ 密封栓
１１５ ベント部材
１１６ バスバー
１１７ 密封リング
１２０ 上部フレーム
１２１ 排気口
１２２ 曲折部
１２３ 密封部材
１２５ カバー
１３０ 下部フレーム
１３２ 下部フレーム曲折部
１４０ 側面支持部
１４０ａ 水平支持部
１４１ 貫通ホール
１５０ エンドプレート
１５１ ベースプレート
１５２、１５３、１５４ フランジ部
１５２ａ 溝
１５２ｂ 上部両端に延長した部分
１６０、１６０’、１６０”、１６０ａ 弾性フレーム
１６１、２６１ 弾性部
１６２、２６２ 支持部
１６３ 支持端
１７０ 支持突起
１７５ スペーサ
１８０ ベースフレーム
Claims (20)
- 第１方向に積層される複数の電池セルと、
前記第１方向に互いに離れて空間を形成し、前記空間に前記複数の電池セルを収容する１対のエンドプレートと、
前記第１方向に延長され、前記電池セルの下部から上部に向かう第２方向に弾性的に付勢され、前記複数の電池セルの下方に配される弾性フレームと
を備えるバッテリ・モジュール。 - 前記弾性フレームは、板バネ構造を有することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記エンドプレートと前記弾性フレームの端部との間に配される支持突起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・モジュール。
- 前記弾性フレームは、前記エンドプレートに前記支持突起により締結されることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記複数の電池セルの下面に配される下部フレームをさらに備えることを特徴とする、請求項３または４に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記弾性フレームは、前記下部フレームに前記支持突起により締結されることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記１対のエンドプレートの上面に締結される上部フレームと、
前記１対のエンドプレートの横面に締結される側面支持部と
をさらに備えることを特徴とする、請求項５または６に記載のバッテリ・モジュール。 - 前記下部フレームと前記弾性フレームとの間に配され、前記支持突起に締結されるスペーサをさらに備えることを特徴とする、請求項５から７のうちいずれか１項に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記弾性フレームが支持部を有し、前記支持突起は、前記弾性フレームの前記支持部に締結されることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記支持突起は、前記エンドプレートと前記下部フレームとのうちいずれか一方に固定されて形成されることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記弾性フレームが弾性部を有し、前記弾性部が前記支持部より幅狭であることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記弾性フレームが弾性部を有し、前記弾性部が前記支持部より幅広であることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記弾性フレームは、弾性部、支持部及び前記支持部に設けられる支持端を有することを特徴とする、請求項３に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記支持端は、終端が開放された支持溝であることを特徴とする、請求項１３に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記支持端は、前記支持部を貫通して形成される支持貫通ホールであることを特徴とする、請求項１３に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記複数の電池セルの下面に配される下部フレームをさらに備え、
前記支持突起が前記下部フレームの終端に配され、前記支持端が前記弾性フレームの終端に配され、前記支持突起は、前記支持端に締結されることを特徴とする、請求項１３に記載のバッテリ・モジュール。 - 前記弾性フレームがバッテリ・モジュールに組み込まれた後に反り、弾性的に付勢された状態になることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ・モジュール。
- 前記弾性フレームが反った状態でバッテリ・モジュールに組み込まれ、弾性的に付勢された状態になることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ・モジュール。
- 第１方向に積層される複数の電池セルと、
前記第１方向に互いに離れて空間を形成し、前記空間に前記複数の電池セルを収容する１対のエンドプレートと、
前記第１方向に延長され、前記複数の電池セルに向かってアーチを形成し、前記複数の電池セルの下方に弧状に配される支持フレームと
を備えるバッテリ・モジュール。 - 第１方向に積層される複数の電池セルと、
前記第１方向に互いに離れて空間を形成し、前記空間に前記複数の電池セルを収容する１対のエンドプレートと、
前記第１方向に延長され、前記１対のエンドプレートのそれぞれに近接する一対の終端部と、前記終端部間に前記終端部に対して上側及び内側に配され、前記複数の電池セルに向かって第２方向に反った中間部とを有し、前記複数の電池セルの下方に前記複数の電池セルを支持できるように配される支持フレームと
を備えるバッテリ・モジュール。
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