JP6578441B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、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し、より詳しくは、溶接せずにケーシングを容易に固定できる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、２０１６年７月２５日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００９４２２８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、すべて本出願に援用される。

モバイル機器に対する技術開発と需要の増加とともにエネルギー源としての二次電池の需要も急激に増加している。従来は二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が使用されたが、最近は、ニッケル系列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エネルギー密度が高いリチウム二次電池が多く使用されている。

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と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板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密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。

リチウム二次電池は、正極、負極、これらの間に介在されるセパレータ及び電解質からなり、如何なる正極活物質と負極活物質を使用するかによってリチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ、ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ、ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらリチウム二次電池の電極はアルミニウムまたは銅のシート、メッシュ、フィルム、ホイル状などの集電体に正極活物質または負極活物質を塗布した後、乾燥して形成される。

一般に、二次電池のバッテリーモジュールは振動または衝撃から内部の構成品を保護するため、ケーシングと結合され得る。しかし、ケーシングを固定するため溶接すれば、溶接熱によってケーシング内部のバッテリーセルに熱的損傷が生じ得、また、ケーシング内部のバッテリーセルに多様な原因による損傷が発生しても溶接で結合されたケーシングを分離し難いため、損傷されたバッテリーセルの交替または修理が容易ではないという問題がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、溶接せずにケーシングを固定することで、バッテリーセルの熱的損傷を防止できる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である。

また、ケーシングを分離し易くして、損傷されたバッテリーセルの交替または修理が容易な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である。

また、作業が単純化されて工程不良を減少できる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である。

本発明の一態様によれば、バッテリーセルを収納する多数のカートリッジを含むカートリッジ組立体；前記カートリッジ組立体を囲むケーシング；及び前記ケーシングを囲んで前記ケーシングを支持する支持部材を含むバッテリーモジュールが提供される。

また、前記支持部材は帯状のストラップを含み得る。

そして、前記ケーシングには、少なくとも１つの結合突起が形成され、前記支持部材には、前記結合突起が結合される少なくとも１つの結合溝が形成され得る。

また、前記ケーシングに形成された結合突起のうち第１結合突起は、前記支持部材に形成された結合溝のうち第１結合溝に挿入された後、折り曲げられて結合され得る。

そして、前記ケーシングに形成された結合突起のうち第２結合突起はフック状で形成され、前記支持部材に形成された結合溝のうち第２結合溝に結合され得る。

また、前記支持部材の両側端部のうち一端部には第３結合溝が形成され、他端部には前記第３結合溝に挿入された後、折り曲げられて結合される第３結合突起が形成され得る。

そして、前記ケーシングには、収容溝が形成された少なくとも１つの収容部が形成され得る。

また、前記支持部材の両側端部には、前記収容部の前記収容溝に挿入されて結合される係止部がそれぞれ形成され得る。

そして、前記係止部には、相互離隔して対向するように形成された一対の係止爪が備えられ得る。

また、前記係止爪には、前記収容溝に容易に挿入されるように傾斜部が形成され得る。

そして、前記係止爪の少なくとも一部には丸み部が形成され得る。

一方、本発明の他の態様によれば、上述したバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提供され、また、前記バッテリーモジュールを含む自動車が提供される。

本発明の実施例によれば、溶接せず、支持部材を使用してケーシングを固定するため、バッテリーセルの熱的損傷を防止することができる。

また、支持部材を除去してケーシングを容易に分離することができ、それによってケーシング内部の損傷されたバッテリーセルを容易に交替または修理でき、メンテナンスが容易である。

また、溶接工程が省かれて組み立てが簡単であって、作業が単純化され、熱的損傷の恐れがなくて工程不良を減少させることができる。

本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの分離斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングから分離されている様子を示した図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングに結合されている様子を示した図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングから分離されている様子を示した図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングに結合されている様子を示した図である。 本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングから分離されている様子を示した図である。 本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングに結合されている様子を示した図である。 本発明の第４実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングから分離されている様子を示した図である。 本発明の第４実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングに結合されている様子を示した図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例による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ついて詳しく説明する。

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例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例に過ぎず、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。

図面において、各構成要素またはその構成要素を成す特定部分の大きさは、説明の便宜上及び明確性のため、誇張、省略、または概略的に示された。したがって、各構成要素の大きさは実際の大きさを専ら反映するものではない。関連公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その説明は省略する。

本明細書で使われる用語「結合」または「連結」は、ある部材と他の部材とが直接結合、または、直接連結される場合だけでなく、ある部材が接続部材を通じて他の部材に間接的に結合、または、間接的に連結される場合も含む。

図１は本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの分離斜視図であり、図２は本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングから分離されている様子を示した図である。図３は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングに結合されている様子を示した図である。

図１を参照すれば、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュール１０は、カートリッジ組立体１００、ケーシング２００及び支持部材３００を含む。

図１を参照すれば、カートリッジ組立体１００は、バッテリーセル１１０を収納する多数のカートリッジを備える。カートリッジ組立体１００は、プラスチックの射出成形で製造され、バッテリーセル１１０を収納可能な収納部が形成された多数のカートリッジが積層され得る。カートリッジ組立体１００がケーシング２００の空間内部に収容されることで、カートリッジに収納されたバッテリーセル１１０は前記空間内部に収容されて保護される。カートリッジ組立体１００にはコネクタ要素１２０または端子要素１３０が備えられ得る。コネクタ要素１２０は、例えば、バッテリーセル１１０の電圧または温度についてのデータを提供するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、図示せず）などに連結されるため、多様な形態の電気的連結部品または連結部材を含み得る。そして、端子要素１３０は、バッテリーセル１１０に連結されるメイン端子として正極端子と負極端子を含み、ターミナルボルトを備えて外部と電気的に連結され得る。

図１を参照すれば、ケーシング２００はカートリッジ組立体１００を囲むことで、外部の振動や衝撃からカートリッジ組立体１００を保護する。ケーシング２００は、カートリッジ組立体１００の形状に対応する形状で形成され得る。例えば、カートリッジ組立体１００が立方体状である場合、ケーシング２００もそれに対応するように立方体状で形成される。ケーシング２００は、例えば、金属材質のプレートを重ねて製造され得る。ここで、複数のプレートを重ねて配置した後、後述する支持部材３００によって複数のプレートを結合することで、溶接工程がなくてもケーシング２００を固定することができる。

図１〜図３を参照すれば、支持部材３００は、カートリッジ組立体１００がケーシング２００に収容された後、ケーシング２００の外側を囲むように設けられてケーシング２００を支持することができる。ここで、支持部材３００は多様な形状または多様な材質でなり得、例えば、帯状のストラップ３００ａ、特に、金属材質のストラップ３００ａであり得る。以下、説明の便宜上、支持部材３００が金属材質のストラップ３００ａである場合を中心に説明するが、支持部材３００がこれに限定されないことを明らかにしておく。ケーシング２００には、結合突起２１０が形成され、ストラップ３００ａにはケーシング２００に形成された結合突起２１０が結合される結合溝３１０が形成される。すなわち、ストラップ３００ａがケーシング２００を囲めば、ケーシング２００の結合突起２１０がストラップ３００ａの結合溝３１０に結合され、このように結合されたストラップ３００ａがケーシング２００を固定するようになる。ストラップ３００ａは、１つ以上備えて、ケーシング２００の多様な部分に結合することができる。例えば、図１のように、ストラップ３００ａを３つ備えて、ケーシング２００の両端部と中心部の３部分にそれぞれ結合することができる。ただし、これは一例示に過ぎず、ストラップ３００ａの個数と結合部分は多様であり得る。ケーシング２００には、多様な種類の結合突起２１０が設けられる。例えば、ケーシング２００には、ストラップ３００ａに形成された第１結合溝３１１に挿入された後、折り曲げられて結合される第１結合突起２１１が設けられる。具体的に、図２を参照すれば、ケーシング２００には図２を基準に上方に向かって設けられた第１結合突起２１１が形成され、ストラップ３００ａには第１結合突起２１１に対応する大きさを有する第１結合溝３１１が形成され得る。そして、ストラップ３００ａの第１結合溝３１１にケーシング２００の第１結合突起２１１が挿入されるようにストラップ３００ａをケーシング２００に結合させた後、図３のように第１結合突起２１１を折り曲げてストラップ３００ａでケーシング２００を固定する。また、ケーシング２００には、ストラップ３００ａに形成された第２結合溝３１２に結合されるようにフック状で形成された第２結合突起２１２が設けられる。具体的に、図２を参照すれば、ケーシング２００にはケーシング２００から斜めに突出したフック状の第２結合突起２１２が形成され、図３のように、ストラップ３００ａがケーシング２００を囲めば、ストラップ３００ａに形成された第２結合溝３１２が第２結合突起２１２に結合されてケーシング２００を固定する。ここで、ケーシング２００には第１結合突起２１１と第２結合突起２１２の一方のみが形成されても良く、または、第１結合突起２１１と第２結合突起２１２が全て形成されても良い。同様に、第１結合突起２１１と第２結合突起２１２に対応するように、ストラップ３００ａには第１結合溝３１１と第２結合溝３１２の一方のみが形成されても良く、または、第１結合溝３１１と第２結合溝３１２が全て形成されても良い。一方、必要に応じて、ストラップ３００ａに結合突起が形成されても良く、ケーシング２００に結合溝が形成されても良い。

以下、図面を参照して本発明の第１実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明する。

図１を参照すれば、カートリッジ組立体１００はケーシング２００に収容されて保護され、ケーシング２００は支持部材３００に囲まれて固定される。支持部材３００は帯状の金属材質のストラップ３００ａであり、ストラップ３００ａは１つ以上設けられて、ケーシング２００の多様な部分に結合されてケーシング２００を固定することができる。ここで、ケーシング２００には、ストラップ３００ａに形成された第１結合溝３１１に挿入された後、折り曲げられてストラップ３００ａとケーシング２００とを固定する第１結合突起２１１が形成される。または、ストラップ３００ａに形成された第２結合溝３１２に結合されるようにケーシング２００から突出されるフック状の第２結合突起２１２が形成される。

すなわち、上述したように、溶接せずに１つ以上のストラップ３００ａがケーシング２００を固定できるため、溶接熱がケーシング２００内部に収容されたバッテリーセル１１０に伝達されず、バッテリーセル１１０の熱的損傷を防止することができる。また、上述したように、溶接工程が省かれて組み立てが簡単であって作業が単純化され、バッテリーセル１１０の熱的損傷の恐れがなくて工程不良を減少させることができる。また、バッテリーセル１１０などに破損または損傷などの異常が発生したとき、ストラップ３００ａを切断するなどでケーシング２００を容易に分離できるため、バッテリーセル１１０を容易に交替または修理でき、メンテナンスが容易である。

図４は、本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングから分離されている様子を示した図である。また、図５は、本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングに結合されている様子を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の第２実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュール１０で説明した内容と共通の部分は上述した説明をもって代替する。

本発明の第２実施例の場合、支持部材３００の両側端部に第３結合溝３１３と第３結合突起３１４がそれぞれ形成される点で第１実施例と相違する。

図４を参照すれば、ストラップ３００ｂの両側端部のうち一端部には第３結合溝３１３が形成され、他端部には第３結合突起３１４が形成される。そして、ストラップ３００ｂがケーシング２００を囲めば、ストラップ３００ｂの両側端部にそれぞれ形成された第３結合突起３１４と第３結合溝３１３とが結合されてケーシング２００を固定することができる。ここで、ストラップ３００ｂの他端部に形成された第３結合突起３１４は、図４を基準に上方に向かって設けられ、図５に示されたように、第３結合溝３１３に第３結合突起３１４が挿入されれば第３結合突起３１４が折り曲げられて相互固定されることで、ストラップ３００ｂがケーシング２００を固定することができる。

一方、第２実施例では、第１実施例と同様に、ケーシング２００にフック状の第２結合突起２１２が形成され、ストラップ３００ｂにはフック状の第２結合突起２１２が結合される第２結合溝３１２が形成され得る。これに対する詳細な説明は上述した第１実施例の説明をもって代替する。

図６は、本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングから分離されている様子を示した図である。図７は、本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングに結合されている様子を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の第３実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例または第２実施例によるバッテリーモジュール１０で説明した内容と共通の部分は上述した説明をもって代替する。

本発明の第３実施例の場合、ケーシング２００に収容部２２０が形成され、支持部材３００の両側端部に係止部３２０が形成される点で第１実施例及び第２実施例と相違する。

図６を参照すれば、ケーシング２００には収容溝２２１が形成された収容部２２０が形成される。すなわち、収容部２２０はケーシング２００から収容溝２２１が形成されるように突出される。ストラップ３００ｃの端部には、収容部２２０の収容溝２２１に挿入されて結合されるように係止爪３２１が備えられた係止部３２０が設けられる。ここで、ストラップ３００ｃの両端部は対称的に設けられ得るが、これに限定されることはない。図６を参照すれば、係止爪３２１は一対で設けられ、一対の係止爪３２１ａ、３２１ｂは相互離隔して対向するように構成される。ここで、係止爪３２１には傾斜部３２２が形成され、係止爪３２１が収容溝２２１に挿入されるとき、傾斜部３２２が収容部２２０に沿ってガイドされながら収容溝２２１に挿入されるため、係止爪３２１の挿入が容易になる。そして、図７を参照すれば、一対の係止爪３２１が収容溝２２１に形成された収容部２２０に挿入されて結合されることで、ストラップ３００ｃはケーシング２００を固定することができる。

図８は、本発明の第４実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングから分離されている様子を示した図である。図９は、本発明の第４実施例によるバッテリーモジュールにおいて、支持部材がケーシングに結合されている様子を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の第４実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例、第２実施例または第３実施例によるバッテリーモジュール１０で説明した内容と共通の部分は上述した説明をもって代替する。

本発明の第４実施例の場合、係止爪３２１の少なくとも一部に丸みがつけられた点で第３実施例と相違する。

図８を参照すれば、ストラップ３００ｄに形成された係止爪３２１は、第３実施例と同様に、一対で設けられ、相互離隔して対向するように構成されるが、係止爪３２１の少なくとも一部には丸み部３２３が形成されている。このように、係止爪３２１に丸み部３２３が形成されれば、第３実施例に比べて、より滑らかな挿入が可能である。

一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、上述したような本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０を１つ以上含むことができる。また、前記バッテリーパック（図示せず）は、このようなバッテリーモジュール１０の外に、該バッテリーモジュール１０を収納するためのケース、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、ヒューズなどをさらに含むことができる。

そして、本発明の一実施例による自動車（図示せず）は、上述したバッテリーモジュール１０またはバッテリーパック（図示せず）を含むことができ、前記バッテリーパック（図示せず）は前記バッテリーモジュール１０を含むことができる。そして、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、前記自動車（図示せず）、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような電気を使用する所定の自動車（図示せず）に適用することができる。

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るものではなく、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。

本発明は、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し、特に、二次電池関連産業に利用可能である。

１０ バッテリーモジュール
１００ カートリッジ組立体
１１０ バッテリーセル
１２０ コネクタ要素
１３０ 端子要素
２００ ケーシング
２１０ 結合突起
２１１ 第１結合突起
２１２ 第２結合突起
２２０ 収容部
２２１ 収容溝
３００ 支持部材
３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ ストラップ
３１０ 結合溝
３１１ 第１結合溝
３１２ 第２結合溝
３１３ 第３結合溝
３１４ 第３結合突起
３２０ 係止部
３２１，３２１ａ，３２１ｂ 係止爪
３２２ 傾斜部
３２３ 丸み部

Claims (7)

1. バッテリーセルを収納する多数のカートリッジを含むカートリッジ組立体；
   前記カートリッジ組立体を囲むケーシング；及び
   前記ケーシングを囲んで前記ケーシングを支持する支持部材を含み、
   前記支持部材は、溶接せずに前記ケーシングを固定しており、
   前記支持部材の両側端部のうち一端部には第３結合溝が形成され、他端部には前記第３結合溝に挿入された後、折り曲げられて結合される第３結合突起が形成される、バッテリーモジュール。
2. 前記支持部材は、帯状のストラップ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. 前記ケーシングには、少なくとも１つの結合突起が形成され、
   前記支持部材には、前記結合突起が結合される少なくとも１つの結合溝が形成され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。
4. 前記ケーシングに形成された結合突起のうち第１結合突起は、前記支持部材に形成された結合溝のうち第１結合溝に挿入された後、折り曲げられて結合される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. 前記ケーシングに形成された結合突起のうち第２結合突起は、フック状で形成されて前記支持部材に形成された結合溝のうち第２結合溝に結合される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。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のバッテリーモジュールを含む自動車。

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