JP6827538B2 - バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、２０１７年６月２７日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００８１３４８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。
多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）、ハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）またはゴルフカート（Ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が一切発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ〜４．６Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーモパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、前記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
一方、複数の二次電池セルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が通常である。
マルチモジュール構造のバッテリーパックは、複数の二次電池が狭い空間に密集する形態に製造されるため、各二次電池で発生する熱を容易に放出させることが重要となる。二次電池バッテリーの充電または放電の過程は、電気化学的反応によって行われるため、充放電過程で発生したバッテリーモジュールの熱が効果的に除去されなければ、熱蓄積が起こり、結果としてバッテリーモジュールの劣化が促進してしまい、場合によっては発火または爆発に繋がり得る。
したがって、高出力・大容量のバッテリーモジュール及びそれが装着されたバッテリーパックには、それに内蔵されているバッテリーセルを冷却する冷却構造が必ず必要である。このために、従来のバッテリーモジュールには、冷却のためにバッテリーセルを収容するセルハウジング内に熱伝導物質や冷却液などが設けられる。また、従来のバッテリーモジュールには、セルハウジングの内部への外部異物などの浸透及び冷却液などの蒸発や外部への放出などを防ぐために、セルハウジングの周辺に気密処理が共に行われる。
しかし、従来のバッテリーモジュールにおいては、セルハウジングの上側を覆うようにセルハウジングに結合し、外部の大電流端子の接続のために接続部露出開口が備えられるカバーハウジング側で相対的に気密性が劣るという問題がある。例えば、接続部露出開口の場合、カバーハウジングの外に常に露出しているためである。
これによって、従来のバッテリーモジュールにおいては、冷却のための冷却液などが相対的に蒸発しやすく、または外部に放出され、冷却性能が低下する恐れが大きいという問題がある。
そこで、バッテリーモジュールの気密性を高めて冷却液の蒸発による損失を防止することができる方案の模索が求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セルハウジングとカバーハウジングとの気密性を高めることができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することを目的とする。
また、本発明は、外部大電流端子の接続のための露出部分の気密性を高めることができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することを他の目的とする。
さらに、本発明は、冷却液の蒸発や外部への放出を防止することができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することを他の目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーモジュールとして、複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するセルハウジングと、前記セルハウジングの上側を覆うカバーハウジングと、を含み、前記カバーハウジングが、前記カバーハウジングの上部を形成する上部カバーと、前記上部カバーとボルト締結され、前記セルハウジングの上側に配置される下部カバーと、前記下部カバーと前記上部カバーとの間に配置され、前記複数個のバッテリーセルの電極と電気的に接続し、前記上部カバー及び前記下部カバーの少なくとも一つと封止結合するバスバーユニットと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
前記バスバーユニットは、前記複数個のバッテリーセルの電極と接続する電極接続部及び外部の大電流端子と接続する端子接続部を備えるバスバー本体と、前記バスバー本体及び前記端子接続部の縁部を囲み、前記上部カバーと封止結合するバスバー封止部と、を含み得る。
前記上部カバーは、前記下部カバーとボルト結合し、前記バスバーユニットの上側を覆い、前記端子接続部を露出するための接続部露出開口を備えるカバープレートと、前記カバープレートの底面に備えられ、前記バスバー封止部と封止結合するカバー封止部と、を含み得る。
前記バスバー封止部と前記カバー封止部とは、相互フック結合し得る。
前記バスバー封止部と前記カバー封止部とは、弾性変形可能な圧縮素材として備えられ得る。
前記下部カバーには、前記バッテリーセルの電極と前記電極接続部との接続のための開口を形成し、前記バスバー本体が装着されるバスバー装着溝が形成され得る。
前記バスバー装着溝には、前記バスバー封止部を固定するための固定部が設けられ得る。
前記ボルト締結は、前記バスバー封止部と前記カバー封止部の外側で行われ得る。
前記バスバー本体は、フレキシブル印刷回路基板として備えられ得る。
そして、本発明は、バッテリーパックとして、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、を含むことを特徴とするバッテリーパックを提供する。
また、本発明は、自動車として、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。
以上のような多様な実施例によって、セルハウジングとカバーハウジングとの気密性を高めることができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することができる。
また、本発明の多様な実施例によって、外部大電流端子の接続のための露出部分の気密性を高めることができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することができる。
また、本発明多様な実施例によって、冷却液の蒸発や外部放出を防止することができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することができる。
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例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。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。 図１のバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図２のバッテリーモジュールにおけるカバーハウジングの分解斜視図である。 図３のカバーハウジングにおける上部カバーの底面斜視図である。 図３のカバーハウジングにおける下部カバーの斜視図である。 図３のカバーハウジングにおけるバスバーユニットの斜視図である。 図２のバッテリーモジュールにおけるカバーハウジングの組立を説明するための図である。 図２のバッテリーモジュールにおけるカバーハウジングの組立を説明するための図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。
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を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーモジュールの分解斜視図であり、図３は、図２のバッテリーモジュールにおけるカバーハウジングの分解斜視図であり、図４は、図３のカバーハウジングにおける上部カバーの底面斜視図であり、図５は、図３のカバーハウジングにおける下部カバーの斜視図であり、図６は、図３のカバーハウジングにおけるバスバーユニットの斜視図である。
図１〜図６を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００、セルハウジング２００及びカバーハウジング３００を含み得る。
前記バッテリーセル１００は複数個が備えられ得、前記複数個のバッテリーセル１００は、円筒状の二次電池として備えられ得る。前記複数個のバッテリーセル１００は、相互積層されて電気的に接続し得る。このような前記複数個のバッテリーセル１００には、各々電気的接続のための電極１１０が設けられ得る。
前記セルハウジング２００は、前記複数個のバッテリーセル１００を収容し得る。このような前記セルハウジング２００には、収容部２１０及びハウジングボルティング部２３０が備えられ得る。
前記収容部２１０には、前記複数個のバッテリーセル１００を収容する収容空間が設けられ得る。このような前記収容部２１０には、前記複数個のバッテリーセル１００の冷却のための冷却液が満たされ得る。前記冷却液は、より高い冷却性能の確保のために相変化物質として設けられ得る。
前記ハウジングボルティング部２３０は、前記セルハウジング２００と後述するカバーハウジング３００との結合のためのものであって、前記セルハウジング２００の上部縁に備えられ得る。
このような前記ハウジングボルティング部２３０は複数個が備され得、前記複数個のハウジングボルティング部２３０は、前記上部縁に沿って所定の距離に離隔して配置され得る。前記複数個のハウジングボルティング部２３０には、各々ボルト部材Ｂが締結され得る。
前記カバーハウジング３００は、前記セルハウジング２００の上側を覆い得る。このような前記カバーハウジング３００は、気密性の確保のために前記ボルト部材Ｂによって前記セルハウジング２００とボルト結合し得る。
前記カバーハウジング３００は、上部カバー３１０、下部カバー３３０及びバスバーユニット３５０を含み得る。
前記上部カバー３１０は、前記カバーハウジング３００の上部を形成し得る。このような前記上部カバー３１０は、カバープレート３１１及びカバー封止部３１７を含み得る。
前記カバープレート３１１は、後述するバスバーユニット３５０の上側を覆い、後述する下部カバー３３０及び前記セルハウジング２００の前記ハウジングボルティング部２３０とボルト結合し得る。
このような前記カバープレート３１１には、上部ボルティング部３１３及び接続部露出開口３１５が設けられ得る。
前記上部ボルティング部３１３は、前記カバーハウジング３００と前記セルハウジング２００とのボルト結合のためのものであって、複数個が設けられ得る。このような前記複数個の上部ボルティング部３１３には、各々前記ボルト部材Ｂが貫通締結され得る。
前記接続部露出開口３１５は、後述のバスバーユニット３５０と外部大電流端子との円滑な接続のために、後述の端子接続部３５５を露出できるように前記カバープレート３１１の一側に形成され得る。
前記カバー封止部３１７は、気密性強化のためのものであって、前記カバープレート３１１の底面に備えられ、後述のバスバー封止部３５７と封止結合し得る。
前記カバー封止部３１７は、後述のバスバー封止部３５７に対応する形状を有し得る。具体的に、前記カバー封止部３１７は、略四角形態のフレーム形状を有する部分と前記接続部露出開口３１５の形状に対応する部分を有する部分と、を含み得、後述のバスバー封止部３５７とフック結合などによって結合し得る。以下、前記カバー封止部３１７においては、下記のバスバー封止部３５７の関連説明でより具体的に説明する。
前記下部カバー３３０は、前記セルハウジング２００の上側に配置され、気密性強化のために、前記上部カバー３１０及び前記セルハウジング２００と前記ボルト部材Ｂによってボルト締結され得る。
このような前記下部カバー３３０には、下部ボルティング部３３３及びバスバー装着溝３３５が備えられ得る。
前記下部ボルティング部３３３は、前記上部ボルティング部３１３及びハウジングボルティング部２３０に対応する位置に設けられ、前記上部ボルティング部３１３及びハウジングボルティング部２３０の個数に対応するように複数個が備えられ得る。前記複数個のボルト部材Ｂは、各々前記上部ボルティング部３１３及び下部ボルティング部３３３に貫通締結された後、前記ハウジングボルティング部２３０に締結されることで、前記カバーハウジング３００と前記セルハウジング２００とを相互結合し得る。このようなボルト締結によって前記セルハウジング２００と前記カバーハウジング３００との気密性がより向上する。ここで、前記ボルト締結は、二重気密構造の確保のために後述のバスバー封止部３５７と前記カバー封止部３１７の外側で行われ得る。
前記バスバー装着溝３３５は、後述のバスバーユニット３５０のバスバー本体３５１を前記下部カバー３３０に安定的に装着するためのものであって、開口３３７及び固定部３３９が設けられ得る。
前記開口３３７は、前記バッテリーセル１００の前記電極１１０と後述のバスバーユニット３５０の電極接続部３５３との接続のために前記下部カバー３３０の内側に開放空間を形成し得る。
前記固定部３３９は、前記バスバー装着溝３３５の縁部に沿って形成され得る。このような前記固定部３３９には、後述するバスバーユニット３５０のバスバー封止部３５７が装着されて固定され得る。
前記バスバーユニット３５０は、前記下部カバー３３０と前記上部カバー３１０との間に配置され、前記複数個のバッテリーセル１００の電極１１０と電気的に接続する。
このような前記バスバーユニット３５０は、気密性の確保のために前記上部カバー３１０及び前記下部カバー３３０の少なくとも一つと封止結合し、バスバー本体３５１及びバスバー封止部３５７を含み得る。
前記バスバー本体３５１は、フレキシブル印刷回路基板として備えられ得る。このような前記バスバー本体３５１には、電極接続部３５３及び端子接続部３５５が備えられ得る。
前記電極接続部３５３は、前記複数個のバッテリーセル１００の前記電極１１０と接続し得る。このような連結は溶接結合などによって行われ得る。
前記端子接続部３５５は、前記バッテリーモジュール１０の外部電源などとの接続のために外部大電流端子と電気的に接続し得る。このために、前記端子接続部３５５は、前記上部カバー３１０の前記接続部露出開口３１５によって外部に露出し得る。
前記バスバー封止部３５７は、前記バスバーユニット３５０の気密性の確保のためのものであって、前記バスバー本体３５１及び前記端子接続部３５５の縁部を囲み、前記上部カバー３１０の前記カバー封止部３１７と封止結合し得る。
このような前記バスバー封止部３５７は、前記カバー封止部３１７と相互フック結合し得る。前記フック結合の外にも、前記バスバー封止部３５７と前記カバー封止部３１７とは、相互シーミング接合などによって封止結合し得る。
このような前記バスバー封止部３５７及び前記カバー封止部３１７は、気密性をより高めるために、弾性ゴム、弾性パッドなどの弾性変形可能な圧縮素材として備えられ得る。
以下、このような本実施例による前記バッテリーモジュール１０の気密性の確保のための組立構造、特に、前記カバーハウジング３００の組立についてより具体的に説明する。
図７及び図８は、図２のバッテリーモジュールにおけるカバーハウジングの組立を説明するための図である。
図７を参照すれば、前記バッテリーモジュール１０の前記カバーハウジング３００の組立によって、前記上部カバー３１０及び前記下部カバー３３０の組立時、優先的に、前記上部カバー３１０の前記カバー封止部３１７と前記バスバーユニット３５０の前記バスバー封止部３５７とが、相互フック結合によって封止結合し得る。
このような封止結合は、前記接続部露出開口３１５などからの外部異物の浸透や前記バスバー本体３５１を経由して発生し得る冷却液の蒸発などを防止することができる。
図８を参照すれば、その後、前記カバーハウジング３００の前記上部カバー３１０及び前記下部カバー３３０と前記セルハウジング２００に、前記ボルト部材Ｂがボルト結合し得る。
このような前記ボルト結合時、前記上部カバー３１０は、下方へ加圧されながら前記下部カバー３３０に密着し、前記下部カバー３３０は、前記セルハウジング２００に密着することで、前記上部カバー３１０と前記下部カバー３３０、延いては、前記カバーハウジング３００と前記セルハウジング２００との相互気密性を確保することができる。
前記ボルト結合による前記上部カバー３１０と前記下部カバー３３０との気密構造、及び前記セルハウジング２００と前記カバーハウジング３００との気密構造によって、前記カバーハウジング３００及び前記セルハウジング２００内への外部異物の浸透などを防止することと共に、前記セルハウジング２００ 内の前記冷却液などの蒸発や外部放出も効果的に防止することができる。
結果的に、前記ボルト結合は、前記カバー封止部３１７及び前記バスバー封止部３５７の外側で行われ、前記カバー封止部３１７及び前記バスバー封止部３５７の封止構造と共に二重封止構造を具現することができる。
一方、前記ボルト部材Ｂによる上部カバー３１０の下方加圧によって、相互かみ合わせられた前記カバー封止部３１７と前記バスバー封止部３５７とは、相互弾性変形されながらより気密に密着し得る。即ち、前記カバー封止部３１７と前記バスバー封止部３５７とは、一次的に相互フック結合などによって封止結合した後、二次的に弾性変形によって相互密着するため、より気密した気密構造を具現することができる。
これによって、前記接続部露出開口３１５などからの外部異物の浸透や前記バスバー本体３５１を経由して発生し得る冷却液の蒸発などをより確実に防止することができる。
図９は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。
図９を参照すれば、バッテリーパック１は、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０及び前記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０をパッケージングするパックケース５０を含み得る。
このような前記バッテリーパック１は、自動車の燃料源として、自動車に具備できる。例えば、前記バッテリーパック１は、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他のバッテリーパック１を燃料源として利用可能なその他の方式で自動車に備えられ得る。また、前記バッテリーパック１は、前記自動車のみならず、二次電池を用いる電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などのその他の装置や器具及び設備などにも備えられ得る。
このように、本実施例による前記バッテリーパック１と前記自動車のような前記バッテリーパック１を備える装置や器具及び設備は、前述の前記バッテリーモジュール１０を含むことから、前述のバッテリーモジュール１０による長所を全て有するバッテリーパック１及びこのバッテリーパック１を備える自動車などの装置や器具及び設備などを具現することができる。
以上のような多様な実施例によって、前記セルハウジング２００と前記カバーハウジング３００との気密性を高めることができる前記バッテリーモジュール１０、このバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及びこのバッテリーパック１を含む自動車を提供することができる。
また、本発明の多様な実施例によって、外部の大電流端子の接続のための露出部分の気密性を高めることができるバッテリーモジュール１０、このバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及びこのバッテリーパック１を含む自動車を提供することができる。
また、本発明の多様な実施例によって、冷却液の蒸発や外部への放出を防止することができるバッテリーモジュール１０、このバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及びこのバッテリーパック１を含む自動車を提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、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発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
１ バッテリーパック
１０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル
１１０ 電極
２００ セルハウジング
２１０ 収容部
２３０ ハウジングボルティング部
３００ カバーハウジング
３１０ 上部カバー
３１１ カバープレート
３１３ 上部ボルティング部
３１５ 接続部露出開口
３１７ カバー封止部
３３０ 下部カバー
３３３ 下部ボルティング部
３３５ バスバー装着溝
３３７ 開口
３３９ 固定部
３５０ バスバーユニット
３５１ バスバー本体
３５３ 電極接続部
３５５ 端子接続部
３５７ バスバー封止部

Claims (10)

  1. 複数個のバッテリーセルと、
    前記複数個のバッテリーセルおよび前記複数個のバッテリーセルの冷却のための冷却液を収容するセルハウジングと、
    前記セルハウジングの上側を覆うカバーハウジングと、を含み、
    前記カバーハウジングが、
    前記カバーハウジングの上部を形成する上部カバーと、
    前記上部カバーとボルト締結され、前記セルハウジングの上側に配置される下部カバーと、
    前記下部カバーと前記上部カバーとの間に配置され、前記複数個のバッテリーセルの電極と電気的に接続し、前記上部カバー及び前記下部カバーの少なくとも一つと封止結合するバスバーユニットと、を含み、
    前記セルハウジングと前記カバーハウジングとが、前記複数個のバッテリーセルおよび前記冷却液を収容するための気密な密閉空間を画成し、
    前記バスバーユニットが、
    前記複数個のバッテリーセルの電極と接続する電極接続部及び外部の大電流端子と接続する端子接続部を備えるバスバー本体と、
    前記バスバー本体及び前記端子接続部の縁部を囲み、前記上部カバーと封止結合するバスバー封止部と、を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記上部カバーが、
    前記下部カバーとボルト結合し、前記バスバーユニットの上側を覆い、前記端子接続部を露出するための接続部露出開口を備えるカバープレートと、
    前記カバープレートの底面に備えられ、前記バスバー封止部と封止結合するカバー封止部と、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. 前記バスバー封止部と前記カバー封止部とは、相互フック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。
  4. 前記バスバー封止部と前記カバー封止部とは、弾性変形可能な圧縮素材として備えられ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。
  5. 前記下部カバーには、前記バッテリーセルの電極と前記電極接続部との接続のための開口を形成し、前記バスバー本体が装着されるバスバー装着溝が形成され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。
  6. 前記バスバー装着溝には、前記バスバー封止部を固定するための固定部が設けられ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。
  7. 前記ボルト締結が、前記バスバー封止部と前記カバー封止部の外側で行われ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。
  8. 前記バスバー本体が、フレキシブル印刷回路基板として備えら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。
  9. 請求項１に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、を含むことを特徴とするバッテリーパック。
  10. 請求項９に記載の少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車。
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