JP5779657B2 - バッテリーモジュールケース - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーモジュールケースに関し、より詳細には、上面、下面、側面分離型の組立式構造に形成することで必要なだけの数量でパウチ型二次電池をモジュール化して活用度を向上させ、組立が簡単で、かつ放熱効果を高めながらも外部から加えられる衝撃を最小化することができるバッテリーモジュールケースに関する。
通常、一次電池とは異なり、充電および放電が可能な二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン、ハイブリッドカーなどの先端分野に使用するための研究が活発に行われている。二次電池としては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル‐メタルハイドライド電池、ニッケル‐水素電池、リチウム二次電池が挙げられる。
このうち、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であり、携帯用電子機器の電源として使用されるか、数個を直列連結して高出力のハイブリッドカーに使用される。また、リチウム二次電池は、ニッケル‐カドミウム電池やニッケル‐メタルハイドライド電池より作動電圧が３倍高く、単位重量当たりエネルギー密度の特性にも優れており、使用が急速に増加している。
前記リチウム二次電池は多様な形態に製造できるが、代表的な形状としては、リチウムイオン電池に主に使用される円筒型（cylinder type）および角型（prismatic type）が挙げられる。近年、脚光を浴びているリチウムポリマー電池は柔軟性のあるパウチ型（pouched type）に製造され、比較的自由な形状を有する。また、リチウムポリマー電池は、安全性に優れており、軽量であるため携帯用電子機器のスリム化および軽量化に有利であると言える。
図１は従来のパウチ型リチウム二次電池１の構造を示す図であり、従来のパウチ型リチウム二次電池１は、電池部２と、前記電池部２が収容される空間を提供するケース３と、を含んでいる。
一方、ハイブリッドカーなどの高出力のリチウム電池が要求される場合には、図１に示されたパウチを数十個から数百個積層し、これを直列連結または並列連結して高電圧を得る。
上述したように、多数のパウチ型リチウム二次電池を使用して中大型バッテリーモジュールを構成する場合、一般的に、これらの機械的締結および電気的接続のために多くの部材が必要であるため、このような部材を組み立てる過程は非常に複雑である。さらに、機械的締結および電気的接続のための多数の部材の結合、溶接、はんだ付けなどを行うための空間が要求され、そのため、システム全体の大きさが増加する。このような大きさの増加は、中大型バッテリーモジュールが装着される装置またはデバイスの空間における限界の面において好ましくない。
したがって、車両などの限定された内部空間に効率的に装着するためには、多数のパウチ型リチウム二次電池をより堅固で安定的に積層できるよりコンパクトな構造の中大型バッテリーモジュールケースが要求される。
また、中大型バッテリーモジュールを構成するパウチ型リチウム二次電池の一部に欠陥が発生した場合、これを取り替えるための分解および組立の過程に多くの時間と工程が要求されるため、簡単な構造で容易に組立および分解が可能なバッテリーモジュールケースに対する必要性が高まっている。
本発明は、上述したような問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、必要なだけの数量でパウチ型二次電池をモジュール化して活用度を向上するためのバッテリーモジュールケースを提供することにある。
また、本発明の目的は、組立が簡単で、かつ放熱効果を高めながらも外部から加えられる衝撃を最小化するためのバッテリーモジュールケースを提供することにある。
前記のような課題を果たすための本発明のバッテリーモジュールケースは、サブバッテリーモジュールがそれぞれ垂直または水平に摺動装着され、前記サブバッテリーモジュールの外周面と結合するように組立式構造に形成され、サブバッテリーモジュールそれぞれは、少なくとも一つのバッテリーセルと、それぞれのバッテリーセルから一方向に延在した複数の電極タブと、前記バッテリーセルの電極タブが形成された面以外の面を被覆するアルミニウムラミネートシートで形成されたパウチ型ケースと、を含み、前記外周面は電極タブが形成された面を含み、前記電極タブが存在する面が同一方向に少なくとも二つが積層されて並行に配置されており、前記サブバッテリーモジュールの前記複数の電極タブが形成された面に結合する上部ハウジングと、各サブバッテリーモジュールが垂直または水平に摺動装着されるようにガイドする隔壁部が内側面に複数形成され、前記サブバッテリーモジュールの前記複数の電極タブが存在する面の対向面およびこれに隣接した一つの外周面に結合する下部ハウジングと、前記サブバッテリーモジュールの面のうち前記上部ハウジングおよび前記下部ハウジングに結合されていない他の外周面であって前記下部ハウジングに結合される前記一つの外周面の対向面に結合する側面ハウジングと、を備え、前記上部ハウジング、前記下部ハウジングおよび前記側面ハウジングが互いに結合していることを特徴とする。
また、前記バッテリーモジュールケースは、前記上部ハウジングおよび側面ハウジングの内側面に前記サブバッテリーモジュールそれぞれが装着されて固定される隔壁部が形成されることを特徴とする。
また、前記バッテリーモジュールケースは、前記下部ハウジングの前記側面ハウジングが結合する部分に第１挿入溝が形成され、前記側面ハウジングには前記第１挿入溝に対応する第１突出部が形成されて挿入結合し、前記下部ハウジングおよび前記側面ハウジングの上側端部には第２挿入溝が形成され、前記上部ハウジングには前記第２挿入溝に対応する第２突出部が形成されて挿入結合することを特徴とする。
また、前記バッテリーモジュールケースは、前記上部ハウジングの長さ方向に関する両側端部に第１中空部が形成され、前記下部ハウジングおよび前記側面ハウジングの長さ方向に関する両側端部の前記第１中空部に対応する位置に、内周面にねじ山が形成された第２中空部が形成され、前記第１中空部および第２中空部にボルトが挿入されて前記上部ハウジング、前記下部ハウジングおよび前記側面ハウジングが互いに結合されていることを特徴とする。
また、前記バッテリーモジュールケースの外側面には、所定領域が中空となっている空気流動部が形成されることを特徴とする。
また、前記バッテリーモジュールケースの内側面には、前記サブバッテリーモジュールそれぞれが装着されて固定される隔壁部の間の空間に緩衝部材が所定間隔離隔して少なくとも一つ設けられることを特徴とする。
また、前記バッテリーモジュールケースは、幅方向に関する一側面と他側面が開放されて形成されることを特徴とする。
本発明のバッテリーモジュールケースは、パウチ型二次電池が少なくとも二つ積層されて並行に配置されるにあたり、電極タブが存在する面が同一方向に配置され、前記パウチ型二次電池それぞれが垂直または水平に摺動装着され、前記パウチ型二次電池の電極タブが存在する面を含む外周面と結合するように形成されることで、必要なだけの数量でパウチ型二次電池を容易にモジュール化することができ、活用度を向上させることができるという利点がある。
また、本発明のバッテリーモジュールケースは、上面、下面、側面分離型の組立式構造に形成され、内側に緩衝部材が設けられることで、組立が簡単で、かつ放熱効果を高めながらも外部から加えられる衝撃を最小化することができるという利点がある。
また、本発明のバッテリーモジュールケースは、アルミニウムラミネートシートで形成されたケースで包まれたパウチ型二次電池の外周面を被覆するように形成されることで、剛性を補完することができ、かつ最小限の空間のみを占めるという利点がある。
従来のパウチ型リチウム二次電池を示す平面図である。 本発明のサブバッテリーモジュールを示す分解斜視図である。 本発明のバッテリーモジュールケースを示す部分分解斜視図である。 本発明のバッテリーモジュールケースを示す斜視図である。 本発明の他のバッテリーモジュールケースを示す部分分解斜視図である。 本発明の他のバッテリーモジュールケースを示す分解斜視図である。 本発明のバッテリーモジュールケースとサブバッテリーモジュールが組み立てられた斜視図である。
以下、上述したような特徴を有する本発明のバッテリーモジュールケース１０を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は従来のパウチ型リチウム二次電池を示す平面図である。
図２は本発明のサブバッテリーモジュールを示す分解斜視図である。
図３は本発明のバッテリーモジュールケースを示す部分分解斜視図である。
図４は本発明のバッテリーモジュールケースを示す斜視図である。
図５は本発明の他のバッテリーモジュールケースを示す部分分解斜視図である。
図６は本発明の他のバッテリーモジュールケースを示す分解斜視図である。
図７は本発明のバッテリーモジュールケースとサブバッテリーモジュールが組み立てられた斜視図である。
本発明のバッテリーモジュールケース１０は、サブバッテリーモジュールがそれぞれ垂直または水平に摺動装着され、前記サブバッテリーモジュールの外周面と結合するように組立式構造に形成され、サブバッテリーモジュールそれぞれは、少なくとも一つのバッテリーセル２１と、それぞれのバッテリーセル２１から一方向に延在した電極タブ２２と、前記バッテリーセル２１の電極タブ２２が存在する面以外の他の面を被覆するアルミニウムラミネートシートで形成されたパウチ型ケース２３と、を含み、前記外周面は電極タブが形成された面を含み、前記電極タブが存在する面が同一方向に少なくとも二つが積層されて並行に配置される。
この際、前記サブバッテリーモジュール２０の電極タブ２２は、隣り合うサブバッテリーモジュール２０の電極タブ２２と溶接されることができる。
本発明のバッテリーモジュールケース１０は、前記サブバッテリーモジュール２０それぞれが垂直または水平に摺動装着され、前記サブバッテリーモジュール２０の電極タブ２２が存在する面を含む外周面と結合するが、上面、下面、側面分離型の組立式構造を有することができる。
この場合、図３から図７に示されたように、前記バッテリーモジュールケース１０は、大きく、上部ハウジング１００と、下部ハウジング２００と、側面ハウジング３００と、からなることができる。
この際、前記下部ハウジング２００は、前記サブバッテリーモジュール２０それぞれが垂直または水平方向に摺動装着されるようにガイドする隔壁部１１０が内側面に複数形成されて前記サブバッテリーモジュール２０の電極タブ２２が存在する面の対向面および隣接した一つの外周面、すなわち図２に示されたサブバッテリーモジュール２０の下面と左側面に結合する。
前記下部ハウジング２００は、略「Ｌ」状に形成され、前記サブバッテリーモジュール２０が垂直方向または水平方向に摺動装着されるように内側面に前記隔壁部１１０が複数形成される。
前記側面ハウジング３００は、前記下部ハウジング２００の一端部に結合するものであり、図２に示されたサブバッテリーモジュール２０の右側面に結合し、前記下部ハウジング２００と組み立てられて略反時計方向に９０度回転した「匚」状をなす。
前記上部ハウジング１００は、前記サブバッテリーモジュール２０の電極タブ２２が形成された面、すなわち図２に示されたサブバッテリーモジュール２０の上面に結合し、前記下部ハウジング２００および側面ハウジング３００の上端部に組み立てられて前記バッテリーモジュールケース１０が略「□」状をなすように形成される。
これにより、前記バッテリーモジュールケース１０は、図３から図７のように、幅方向に関する一側面と他側面が開放されて形成されることができる。
前記側面ハウジング３００および上部ハウジング１００は、前記下部ハウジング２００に形成される隔壁部１１０と同様に、前記上部ハウジング１００および側面ハウジング３００の内側面に前記サブバッテリーモジュール２０それぞれが装着されて固定される隔壁部１１０が形成されることができる。
これにより、前記下部ハウジング２００の内側面に形成された隔壁部１１０に沿って水平方向または垂直方向に摺動装着される複数のサブバッテリーモジュール２０は、前記下部ハウジング２００と結合していない他の外周面に結合する上部ハウジング１００および側面ハウジング３００に形成される隔壁部１１０によって互いに所定間隔を維持して並行に積層されることができ、前記バッテリーモジュールケース１０に安定して固定されることができる。
図５から図６に示されたように、前記バッテリーモジュールケース１０は、前記下部ハウジング２００の前記側面ハウジング３００が結合する部分に第１挿入溝２１０が形成され、前記側面ハウジング３００には前記第１挿入溝２１０に対応する第１突出部３１０が形成されて互いに挿入結合し、前記下部ハウジング２００および前記側面ハウジング３００の上側端部には第２挿入溝２２０が形成され、前記上部ハウジング１００には前記第２挿入溝２２０に対応する第２突出部１２０が形成されて互いに挿入結合されて固定されることができる。
これにより、前記バッテリーモジュールケース１０は別の締結部材なしに互いに結合して固定されることができる。
他の実施例において、図３から図４に示されたように、前記バッテリーモジュールケース１０は、前記上部ハウジング１００の長さ方向に関する両側端部に形成される第１中空部１３０と、前記下部ハウジング２００および前記側面ハウジング３００の長さ方向に関する両側端部の前記第１中空部１３０に対応する位置に形成され、内周面にねじ山２３１が形成された第２中空部２３０と、を含んで形成されることができる。
この際、前記バッテリーモジュールケース１０において、前記第１中空部１３０および第２中空部２３０にボルト４００が挿入されて前記上部ハウジング１００、前記下部ハウジング２００および前記側面ハウジング３００が互いに結合されている。
前記バッテリーモジュールケース１０を構成する上部ハウジング１００と、下部ハウジング２００および側面ハウジング３００との結合方法は上述した結合方法に限定されず、より効率的なものに変更実施することができる。
一方、前記バッテリーモジュールケース１０は、内側に装着されてパッケージ化されるサブバッテリーモジュール２０の放熱のために、前記バッテリーモジュールケース１０の外側面に外部空気が流動するように所定領域が中空となっている空気流動部５００が形成されることが好ましい。
前記空気流動部は所定距離離隔して複数形成されることができ、その形状は特定形状に限定されない。
前記バッテリーモジュールケース１０は、前記サブバッテリーモジュール２０それぞれが装着されて固定される隔壁部１１０の間の空間に緩衝部材６００が所定間隔離隔して少なくとも一つ設けられることができる。
図３および図５に示されたように、前記緩衝部材６００は、前記バッテリーモジュールケース１０の内側面に形成される隔壁部１１０の間の空間に突起状に所定間隔で複数設けられることができ、軟質のプラスチックまたはゴムの材質からなり、外部からの衝撃を吸収することで前記サブバッテリーモジュール２０を保護するように形成される。
また、前記緩衝部材６００は、前記サブバッテリーモジュール２０の外周面が装着されて固定される隔壁部１１０の間の空間に設けられて前記サブバッテリーモジュール２０の外周面と前記バッテリーモジュールケース１０の内側面との間に空気が流動可能な所定空間が形成されるようにすることで、放熱効果を向上させることができる。
この際、前記隔壁部１１０には、前記緩衝部材６００によって前記サブバッテリーモジュール２０の外周面と前記バッテリーモジュールケース１０の内側面との間に形成される空き空間と連通するように所定領域が中空となって形成される空気流動孔１１１がさらに形成されることができる。
これにより、前記バッテリーモジュールケース１０は、パウチ型二次電池であるサブバッテリーモジュール２０が少なくとも二つ積層されて並行に配置されるにあたり、前記電極タブ２２が存在する面が同一方向に配置され、前記サブバッテリーモジュール２０それぞれが垂直または水平に摺動装着され、前記サブバッテリーモジュール２０の電極タブ２２が存在する面を含む外周面と結合するように形成されることで、必要なだけの数量でパウチ型二次電池を容易にモジュール化することができ、活用度を向上させることができるという利点がある。
また、前記バッテリーモジュールケース１０は、上面、下面、側面分離型の組立式構造に形成され、内側に緩衝部材６００が設けられることで、組立が簡単で、かつ放熱効果を高めながらも外部から加えられる衝撃を最小化することができるという利点がある。
また、前記バッテリーモジュールケース１０は、アルミニウムラミネートシートで形成されたケースで包まれたパウチ型二次電池の外周面を被覆するように形成されることで、剛性を補完することができ、かつ最小限の空間のみを占めるという利点がある。
また、前記バッテリーモジュールケース１０は、上部ハウジング１００と、下部ハウジング２００と、側面ハウジング３００と、からなる組立式構造を有しており、前記サブバッテリーモジュール２０を前記下部ハウジング２００に水平方向と垂直方向に摺動装着できるように形成することにより、狭い空間での組立と分解が可能であるという利点がある。
特に、前記バッテリーモジュールケース１０は、前記サブバッテリーモジュール２０の一部に欠陥が発生した場合、これを取り替えるために前記バッテリーモジュールケース１０を分解し、また組み立てなければならないが、前記バッテリーモジュールケース１０は、上部ハウジング１００と、下部ハウジング２００と、側面ハウジング３００のように三つの部分に分解することができ、水平方向と垂直方向にそれぞれ摺動装着可能であるため、狭い空間でも容易に組立および分解することができるという利点がある。
本発明は、前記実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは言うまでもなく、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形実施が可能であることは言うまでもない。
１０ バッテリーモジュールケース
２０ サブバッテリーモジュール
２１ バッテリーセル
２２ 電極タブ
２３ パウチ型ケース
１００ 上部ハウジング
１１０ 隔壁部
１１１ 空気流動孔
１２０ 第２突出部
１３０ 第１中空部
２００ 下部ハウジング
２１０ 第１挿入溝
２２０ 第２挿入溝
２３０ 第２中空部
２３１ ねじ山
３００ 側面ハウジング
３１０ 第１突出部
４００ ボルト
５００ 空気流動部
６００ 緩衝部材

Claims (7)

  1. 複数のサブバッテリーモジュールがそれぞれ垂直または水平に摺動装着され、前記複数のサブバッテリーモジュールの外周面と結合するように組立式構造に形成されたバッテリーモジュールケースであって、
    各サブバッテリーモジュールは、少なくとも一つのバッテリーセルと、それぞれのバッテリーセルから一方向に延在した複数の電極タブと、前記少なくとも一つのバッテリーセルの前記複数の電極タブが形成された面以外の面を被覆する複数のアルミニウムラミネートシートで形成されたパウチ型ケースと、を含み、
    前記外周面は前記複数の電極タブが形成された面を含み、
    前記複数の電極タブが存在する面が同一方向となるように少なくとも二つの前記サブバッテリーモジュールが積層されて並行に配置されており、
    前記サブバッテリーモジュールの前記複数の電極タブが形成された面に結合する上部ハウジングと、
    各サブバッテリーモジュールが垂直または水平に摺動装着されるようにガイドする隔壁部が内側面に複数形成され、前記サブバッテリーモジュールの前記複数の電極タブが存在する面の対向面およびこれに隣接した一つの外周面に結合する下部ハウジングと、
    前記サブバッテリーモジュールの面のうち前記上部ハウジングおよび前記下部ハウジングに結合されていない他の外周面であって前記下部ハウジングに結合される前記一つの外周面の対向面に結合する側面ハウジングと、を備え、
    前記上部ハウジング、前記下部ハウジングおよび前記側面ハウジングが互いに結合していることを特徴とする、バッテリーモジュールケース。
  2. 前記上部ハウジングおよび前記側面ハウジングの内側面には、各サブバッテリーモジュールが装着されて固定される隔壁部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュールケース。
  3. 前記下部ハウジングの前記側面ハウジングが結合する部分に第１挿入溝が形成され、前記側面ハウジングには前記第１挿入溝に対応する第１突出部が形成されて挿入結合し、
    前記下部ハウジングおよび前記側面ハウジングの上側端部には第２挿入溝が形成され、前記上部ハウジングには前記第２挿入溝に対応する第２突出部が形成されて挿入結合す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ケース。
  4. 前記上部ハウジングの長さ方向に関する両側端部に第１中空部が形成され、前記下部ハウジングおよび前記側面ハウジングの長さ方向に関する両側端部の前記第１中空部に対応する位置に、内周面にねじ山が形成された第２中空部が形成され、
    前記第１中空部および前記第２中空部にボルトが挿入されて前記上部ハウジング、前記下部ハウジングおよび前記側面ハウジングが互いに結合されてい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ケース。
  5. 前記バッテリーモジュールケースの外側面には、所定領域が中空となっている空気流動部が形成されていることを特徴とする、請求項３または４に記載のバッテリーモジュールケース。
  6. 前記バッテリーモジュールケースの内側面には、各サブバッテリーモジュールが装着されて固定される前記複数の隔壁部の間の空間に、互いに所定間隔離隔した少なくとも一つの緩衝部材が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュールケース。
  7. 幅方向に関する一側面と他側面が開放されて形成されてい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ケース。
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