JP7037008B2 - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、電極リードとセンシング端子との間の電気的連結の安定度が向上したバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、2017年4月7日出願の韓国特許出願第10-2017-0045417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。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
現在、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、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池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り、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
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、及び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。
一般にリチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納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収納されているパウチ型二次電池とに分けられる。
最近は携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く適用されている。特に、炭素エネルギーが徐々に枯渇し、環境に対する関心が高まるとともに、米国、欧州、日本、韓国を含めて全世界的にハイブリッド自動車と電気自動車に関心が集められている。このようなハイブリッド自動車や電気自動車において最も核心的部品は車両モーターに駆動力を付与するバッテリーパックである。ハイブリッド自動車や電気自動車は、バッテリーパックの充放電を通じて車両の駆動力を得るため、エンジンのみを使用する自動車に比べて燃費が優れ、公害物質を排出しないか又は減少できるという長所から、ユーザーが次第に増加している。そして、このようなハイブリッド自動車や電気自動車のバッテリーパックには多数の二次電池が含まれ、このような多数の二次電池は互いに直列及び並列で連結されることで容量及び出力を向上させる。
そのため、多数の二次電池は一面に突設された形態の電極リードを備え、隣接した電極リード同士に対面接触を通じて電気的に連結されることで、予め設計されたバッテリーパックの容量及び出力を達成する。
図1は、カートリッジを備えていない従来のバッテリーモジュールの断面を示した図である。
図1を参照すれば、カートリッジを備えていない従来のバッテリーモジュールBは、複数のバッテリーセル1-11、1-12、1-21、1-22のみが積層されて構成され、複数のバッテリーセル1-11、1-12、1-21、1-22はそれぞれ折り曲げられた形態の電極リード3-11、3-12、3-21、3-22を備える。
より具体的に、隣接したバッテリーセル1-11、1-12のうち下部に位置するバッテリーセル1-11は、1回折り曲げられた形態の電極リード3-11を備え、上部に位置するバッテリーセル1-12は3回折り曲げられた形態の電極リード3-12を備える。それぞれの電極リード3-11、3-12は、折り曲げられた形態で形成されることで相互対面接触し、それぞれの電極リード3-11、3-12が折り曲げられた形態は同じパターンで繰り返される。
このとき、カートリッジを備えていない従来のバッテリーモジュールBの電極リード3-11、3-12、3-21、3-22のうち、下部で相互対面接触する電極リード3-11、3-12の終端と上部で相互対面接触する電極リード3-21、3-12との間の距離Lが短くて、バッテリーモジュールBの組立及び製造過程で下部の電極リード3-11、3-12の終端と上部の電極リード3-21、3-12との間で短絡が発生する問題点がある。
図2は、カートリッジを備える従来のバッテリーモジュールの分解斜視図である。
図2を参照すれば、カートリッジを備える従来のバッテリーモジュールBは、複数のバッテリーセル1を積層し易くするため、内部にバッテリーセル1を載置するカートリッジ5をバッテリーセル1毎に備えることができる。
カートリッジを備える従来のバッテリーモジュールBは、カートリッジ5の内部に載置されたバッテリーセル1が積層されて構成されることで、カートリッジ5によってバッテリーセル1同士の距離が離隔し、意図せぬ電極リード3同士の連結を防止することができる。
しかし、カートリッジを備える従来のバッテリーモジュールBは、カートリッジ5が追加的に含まれて製造されることで、カートリッジ5が占める体積によってエネルギー密度が減少し、カートリッジ5の製造費用が加えられて製造コストが上昇するという問題がある。
本発明は、隣接した電極リード同士の意図せぬ連結を防止できるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
また、本発明は、電極リードのみを収容するリードカートリッジによって体積を減少させ、エネルギー密度が向上したバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを他の目的とする。
本発明の目的は、上記の目的に制限されず、他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解できるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、前面から水平方向に延設されて1つ以上の折曲部が形成された電極リードを備え、上下方向に隣接して位置する電極リードが相互対面接触しながら上下方向に積層されて形成された複数のバッテリーセル;並びに電極リードの一端外側と他端外側にそれぞれ位置する2つのポスト部、2つのポスト部の間に上下方向に立設されたプレート状に形成され、内側に対面接触する電極リードを個別的に収容する収容空間を形成する隔壁部、及び隔壁部の上部から前方に突設され、収容空間の外側に突出した電極リードを他の電極リードと離隔させる第1離隔部を備える複数のリードカートリッジ;を含むことができる。
好ましくは、リードカートリッジは、隔壁部の中央部と下部のそれぞれから前面に突設されて、センシングバスバーを支持する支持部をさらに備えることができる。
好ましくは、リードカートリッジは、2つのポスト部の間の上部または下部に水平方向に横設されたプレート状に形成され、収容空間の内側で収容された電極リードを他の電極リードと離隔させる第2離隔部をさらに備えることができる。
好ましくは、2つのポスト部、隔壁部、第1離隔部、支持部及び第2離隔部は、一体で形成され得る。
好ましくは、2つのポスト部、隔壁部、第1離隔部、支持部及び第2離隔部は、絶縁性素材で形成され得る。
好ましくは、電極リードは、バッテリーセルの前面の左側から前方に向かって突出した第1電極リード、及びバッテリーセルの前面の右側から前方に向かって突出した第2電極リードを含み得る。
好ましくは、リードカートリッジは、第1電極リードを収容する第1リードカートリッジ及び第2電極リードを収容する第2リードカートリッジを含み、第1リードカートリッジの2つのポスト部と第2リードカートリッジの2つのポストのうち隣接したポスト部は相互対面接触する面に凹凸部が形成され得る。
好ましくは、第1リードカートリッジの第2離隔部は、2つのポスト部の間の上部に水平方向に横設されたプレート状に形成され、収容空間の内側で収容された電極リードを上部に位置する他の電極リードと離隔させ得る。
好ましくは、第2リードカートリッジの第2離隔部は、2つのポスト部の間の下部に水平方向に横設されたプレート状に形成され、収容空間の内側で収容された電極リードを下部に位置する他の電極リードと離隔させ得る。
好ましくは、リードカートリッジは、上下方向に立設された円筒状の結合部材をさらに含むことができる。
好ましくは、2つのポスト部の少なくとも1つには、上下に貫通した貫通孔が形成され、貫通孔に結合部材が挿入されることで上下方向に積層された複数のリードカートリッジが結合固定され得る。
好ましくは、2つのポスト部の少なくとも1つには、上面及び下面のいずれか一方に結合突起が形成され、他方に結合突起に対応する結合溝が形成され得る。
好ましくは、2つのポスト部は、前面から締結突起が突設され、センシングバスバーの両端に形成された締結孔に締結突起が挿入及び締結され得る。
本発明の一実施例によるバッテリーパックは、前記バッテリーモジュールを含むことができる。
本発明の一実施例による自動車は、前記バッテリーモジュールを含むことができる。
本発明によれば、電極リード同士の意図せぬ連結を防止してバッテリーモジュールの短絡現象を防止することで、バッテリーモジュールの電気的安定性を向上させることができる。
また、本発明は、電極リードのみを収容するリードカートリッジを用いることで、バッテリーモジュールの体積及び製造コストを減少させることができる。
カートリッジを備えていない従来のバッテリーモジュールの断面を示した図である。 カートリッジを備える従来のバッテリーモジュールの分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図4のA-A’矢視図である。 図4のB-B’矢視図である。 本発明の一実施例によるリードカートリッジの前面図である。 本発明の一実施例によるリードカートリッジの背面図である。 本発明の一実施例によるリードカートリッジとセンシングバスバーとが結合した状態を示した概略図である。 図3のC-C’矢視図である。 図3のD-D’矢視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを製造する過程を説明するための図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。
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。これによって、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者が本発明の技術的思想を容易に実施できるであろう。本発明の説明において、本発明に関連する公知技術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は詳細な説明を省略する。なお、図面における同じ参照符号は同一または類似の構成要素を示すものである。
図3は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図であり、図4は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分解斜視図である。
図3及び図4を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール10は、バッテリーセル100、電極リード110、130及びリードカートリッジ200を含むことができる。
前記バッテリーセル100は複数個備えられ、それぞれのバッテリーセル100は上下方向(±Y軸方向)に並んで積層され得る。
バッテリーセル100の種類は特に限定されず、多様な二次電池を本発明によるバッテリーモジュール10に採用できる。例えば、前記バッテリーセル100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で構成され得る。特に、前記バッテリーセル100は、リチウム二次電池であり得る。
一方、バッテリーセル100は、外装材の種類によって、パウチ型、円筒型、角形などに分類され得る。特に、本発明によるバッテリーモジュール10のバッテリーセル100はパウチ型二次電池であり得る。
バッテリーセル100がパウチ型二次電池で具現された場合、図3及び図4に示されたように、広い面が上下に位置して、広い面が互いに対面するように構成され得る。また、この場合、各バッテリーセル100は、前面から水平方向(+X軸方向)に突設される電極リード110、130を備えることができる。
電極リード110、130は、バッテリーセル100の前面の左側から前方に向かって突出した形態の第1電極リード110、及びバッテリーセル100の前面の右側から前方に向かって突出した形態の第2電極リード130で構成され得る。
このとき、第1電極リード110と第2電極リード130はそれぞれ正極リードまたは負極リードであり得、正極リードであれば電極組立体の正極板に連結され、負極リードであれば電極組立体の負極板に連結され得る。
以下、電極リードの構造について具体的に説明する。
図5は図4のA-A’矢視図であり、図6は図4のB-B’矢視図である。
図5及び図6を参照すれば、電極リード110、130はバッテリーセル100の前面から水平方向(+X軸方向)に延びて形成され、1つ以上の折曲部が形成された形態であり得る。特に、互いに隣接した電極リードは、互いに向かうように折曲部が形成されて相互対面接触できる。
より具体的に、図5に示されたように、第1層~第13層に積層されたバッテリーセル100a、・・・、100mは、それぞれ前面の左側から水平方向(+X軸方向)に延びて形成された第1電極リード110a、・・・、110mを備えることができる。
第1電極リード110a、・・・、110mのうち奇数層、すなわち、第1層、第3層、第5層、第7層、第9層、第11層、第13層にそれぞれ積層されたバッテリーセル100a、100c、100e、100g、100i、100k、100mの第1電極リード110a、110c、110e、110g、110i、110k、110mには、水平方向(+X軸方向)に突出して延びてから上方(+Y軸方向)に折り曲げられる第1折曲部J1が形成され得る。
第1電極リード110a、・・・、110mのうち偶数層、すなわち、第2層、第4層、第6層、第8層、第10層、第12層にそれぞれ積層されたバッテリーセル100b、100d、100f、100h、100j、100lの第1電極リード110b、110d、110f、110h、110j、110lには、水平方向(+X軸方向)に突出して延びてから下方(-Y軸方向、+X軸方向)に斜めに折り曲げられる第2折曲部J2が形成され得る。
また、偶数層の第1電極リード110b、110d、110f、110h、110j、110lには、第2折曲部J2から延びてから奇数層の第1電極リード110a、110c、110e、110g、110i、110kと接触する地点で水平方向(+X軸方向)に折り曲げられる第3折曲部J3が形成され得る。
また、偶数層の第1電極リード110b、110d、110f、110h、110j、110lには、第3折曲部J3から延びてから奇数層の第1電極リード110a、110c、110e、110g、110i、110kの第1折曲部J1の位置に対応する地点で上方(+Y軸方向)に折り曲げられる第4折曲部J4が形成され得る。
このようにして、最上層を除いた奇数層の第1電極リード110a、110c、110e、110g、110i、110kと偶数層の第1電極リード110b、110d、110f、110h、110j、110lとは、隣接した層同士に第3折曲部J3から終端まで相互対面接触することで、電気的に連結され得る。
一方、図6に示されたように、第1層~第13層に積層されたバッテリーセル100a、・・・、100mは、それぞれ前面の右側から水平方向(+X軸方向)に延びて形成された第2電極リード130a、・・・、130mを備えることができる。
第2電極リード130a、・・・、130mのうち奇数層、すなわち、第1層、第3層、第5層、第7層、第9層、第11層、第13層にそれぞれ積層されたバッテリーセル100a、100c、100e、100g、100i、100k、100mの第2電極リード130a、130c、130e、130g、130i、130k、130mには、水平方向(+X軸方向)に突出して延びてから上方(+Y軸方向)に折り曲げられる第5折曲部J5が形成され得る。
第2電極リード130a、・・・、130mのうち偶数層、すなわち、第2層、第4層、第6層、第8層、第10層、第12層にそれぞれ積層されたバッテリーセル100b、100d、100f、100h、100j、100lの第2電極リード130b、130d、130f、130h、130j、130lには、水平方向(+X軸方向)に突出して延びてから上方(+Y軸方向、+X軸方向)に斜めに折り曲げられる第6折曲部J6が形成され得る。
また、偶数層の第2電極リード130b、130d、130f、130h、130j、130lには、第折曲部Jから延びてから奇数層の第2電極リード130a、130c、130e、130g、130i、130k、130mと接触する地点で水平方向(+X軸方向)に折り曲げられる第7折曲部J7が形成され得る。
また、偶数層の第2電極リード130b、130d、130f、130h、130j、130lには、第7折曲部J7から延びてから奇数層の第2電極リード130a、130c、130e、130g、130i、130k、130mの第5折曲部J5の位置に対応する地点で上方(+Y軸方向)に折り曲げられる第8折曲部J8が形成され得る。
このようにして、最下層を除いた奇数層の第2電極リード130c、130e、130g、130i、130k、130mと偶数層の第2電極リード130b、130d、130f、130h、130j、130lとは、隣接した層同士に第7折曲部Jから終端まで相互対面接触することで、電気的に連結され得る。
以下、本発明の一実施例によるリードカートリッジ200について説明する。
図7は本発明の一実施例によるリードカートリッジの前面図であり、図8は本発明の一実施例によるリードカートリッジの背面図であり、図9は本発明の一実施例によるリードカートリッジとセンシングバスバーとが結合した状態をしめした概略図であり、図10は図3のC-C’矢視図であり、図11は図3のD-D’矢視図である。
図7~図11を参照すれば、リードカートリッジ200は、相互接触する電極リード110、130のみが電気的に連結されるように電極リード110、130の一部を内側に収容することができる。また、リードカートリッジ200は、電極リード110、130の残りの一部を外側に突出させ、突出した電極リード110、130の間を離隔させることができる。
そのため、リードカートリッジ200は、相互接触する電極リード110、130毎に個別的に備えられ、バッテリーセル100が積層された上下方向(±Y軸方向)に積層され得る。
一方、リードカートリッジ200は、電極リード110、130のうち第1電極リード110を収容及び支持する第1リードカートリッジ210、及び電極リード110、130のうち第2電極リード130を収容及び支持する第2リードカートリッジ230で構成され得る。
第1リードカートリッジ210と第2リードカートリッジ230とは構成と役割が類似するため、第1リードカートリッジ210をまず説明し、第2リードカートリッジ230は第1リードカートリッジ210との相違点を中心に説明することにする。
第1リードカートリッジ210は、2つのポスト部211、212、隔壁部213、第1離隔部214、第2離隔部215及び支持部216を備えることができる。
2つのポスト部211、212は、直方体状に形成され、第1電極リード110の一端外側と他端外側にそれぞれ位置して上述した第1リードカートリッジ210の構成を支持する役割を果たす。
より具体的に、2つのポスト部211、212の間には第1電極リード110が位置し、第1電極リード110の長さ方向に沿ってプレート状に形成された隔壁部213、第1離隔部214、第2離隔部215及び支持部216をそれぞれ一端外側と他端外側とで支持することができる。
換言すれば、第1リードカートリッジ210の主要構成である隔壁部213、第1離隔部214、第2離隔部215及び支持部216は、それぞれの一端外側と他端外側に位置する2つのポスト部211、212によって支持されて第1電極リード110を収容及び支持することができる。
一方、2つのポスト部211、212は、上下に隣接して位置する第1リードカートリッジ210同士を結合させ、左右に隣接して位置する第1リードカートリッジ210と第2リードカートリッジ230とを結合させることができる。このような2つのポスト部211、212がリードカートリッジ同士を結合させる役割の詳細については後述する。
隔壁部213は、2つのポスト部211、212の間に上下方向(±Y軸方向)に立設されたプレート状に形成され、第1電極リード110のうち対面接触する第1電極リード110a、110bの一部を収容する収容空間Sを形成する。
より具体的に、隔壁部213は、2つのポスト部211、212によって一端外側と他端外側が支持されて上下方向(±Y軸方向)に立設されることで、バッテリーセル100に向かう内側に収容空間Sを形成することができる。
ここで、収容空間Sには、バッテリーセル100に向かって、すなわち、隔壁部213の反対側に第1電極リード110a、110bが挿入されるように開放された開口面が備えられ、上面は上述した第2離隔部215によって閉鎖され得る。
また、収容空間Sの一面と他面は、それぞれ2つのポスト部211、212の内側面によって閉鎖され得る。
すなわち、収容空間Sの前面と上面はそれぞれ隔壁部213と第2離隔部215によって閉鎖され、一面と他面、すなわち両側面はそれぞれ2つのポスト部211、212の内側面によって閉鎖され、バッテリーセル100に向かう面は開放された空間であり得る。
このような収容空間Sには、バッテリーモジュール10を製造する過程で、対面接触した第1電極リード110a、110bが開口面に挿入されて第1電極リード110a、110bの一部が収容できる。
これによって、収容空間Sに挿入された第1電極リード110a、110bの一部が第2離隔部215によって上方に位置する他の第1電極リード110c、110dと離隔されることで、バッテリーモジュール10の製造過程で生じ得る第1電極リード110a、110b、110c、110d間の短絡現象を防止することができる。
第1離隔部214は、隔壁部213の上部から左右方向(+軸方向)に突出した形態に形成され得る。
より具体的に、第1離隔部214は、隔壁部213の上端でバッテリーセル100の反対方向に向かって突出した形態に形成され、第1離隔部214の一端外側と他端外側はそれぞれ2つのポスト部211、212に結合されて2つのポスト部211、212によって支持され得る。
換言すれば、第1離隔部214と隔壁部213とは、直角になるように結合された形態であり、一端または他端から眺めた断面が「┐」状であり得る。
一方、第1離隔部214は、収容空間Sの外側に突出した第1電極リード110a、110bの上部に位置し、収容空間Sの外側に突出した第1電極リード110a、110bよりも水平方向(+X軸方向)にさらに突出するように形成され得る。
このようにして、第1離隔部214は、収容空間Sの外側に突出した第1電極リード110a、110bと上方に位置する他の第1電極リード110c、110dとを離隔させることで、バッテリーモジュール10の製造過程で生じ得る第1電極リード110a、110b、110c、110d間の短絡現象を防止することができる。
第2離隔部215は、上述したように、2つのポスト部211、212の間の上部に水平方向に横設されたプレート状に形成され得る。
すなわち、第2離隔部215の一端外側と他端外側がそれぞれ2つのポスト部211、212の上部の間に支持され、バッテリーセル100と反対方向に向かう前面が隔壁部213の上部内側と結合され得る。
このようにして、第2離隔部215は、収容空間Sの内側で収容空間Sに収容された第1電極リード110a、110bの一部を上方に位置する他の第1電極リード110c、110dと離隔させることができる。
これによって、第2離隔部215は、バッテリーモジュール10の製造過程で生じ得る第1電極リード110a、110b、110c、110d間の短絡現象を防止することができる。
支持部216は、隔壁部213の中央部と下部のそれぞれから前面に向かって突設され、センシングバスバー300と対面接触してセンシングバスバー300を支持及び載置することができる。
このような支持部216は、隔壁部213の中央部から突出した第1支持部216a、及び隔壁部213の下部から突出した第2支持部216bで構成され得る。
より具体的に、第1支持部216aは隔壁部213の中央部から突設されて第1離隔部214の下部に位置し、第2支持部216bは隔壁部213の下端から突出した形態で形成され得る。
また、第1支持部216aと第2支持部216bそれぞれの一端外側と他端外側は、それぞれ2つのポスト部211、212と結合されて支持され得る。
一方、第1支持部216aと第2支持部216bは、突出した終端が収容空間Sの外側に突出した第1電極リード110a、110bと予め設定された距離を維持し得る。
ここで、予め設定された距離は、センシングバスバー300の幅以上であり得、このようにして、第1支持部216aと第2支持部216bの突出した終端と収容空間Sの外側に突出した第1電極リード110a、110bとの間にセンシングバスバー300が載置される空間が形成され、載置されたセンシングバスバー300と収容空間Sの外側に突出した第1電極リード110a、110bとが密着して対面接触可能な空間が形成できる。
一方、図9に示されたように、上述した2つのポスト部211、212それぞれには前面から突出した形態の締結突起211’、212’が形成され、センシングバスバー300を第1リードカートリッジ210に締結させることができる。
より具体的に、締結突起211’、212’には、センシングバスバー300の両端に締結突起211’、212’の形状に対応して孔(hole)状に形成された締結孔310、330がそれぞれ挿入及び締結され得る。
このとき、本発明によるバッテリーモジュール10を製造する過程において、第1リードカートリッジ210の締結突起211’、212’センシングバスバー300の締結孔310、330に予め挿入された状態で、第1リードカートリッジ210が第1電極リード110と結合され得る。
一方、本発明による第1リードカートリッジ210に備えられた2つのポスト部211、212、隔壁部213、第1離隔部214、第2離隔部215及び支持部216は一体で形成され得る。
このようにして、バッテリーモジュール10を製造する過程において、第1リードカートリッジ210のみを移動させ組み立てることで、第1リードカートリッジ210の収容空間Sに第1電極リード110a、110bを収容及び載置させて他の電極リードと離隔させることができる。
一方、本発明による第1リードカートリッジ210に備えられた2つのポスト部211、212、隔壁部213、第1離隔部214、第2離隔部215及び支持部216は絶縁性素材で形成され得る。
このようにして、第1リードカートリッジ210の内部の収容空間Sに収容され、第1離隔部214によって他の電極リードと離隔された第1電極リード110a、110bが、意図せぬ電気的連結によって短絡することを防止することができる。
以下、本発明の一実施例による第2リードカートリッジ230について説明する。
本発明の一実施例による第2リードカートリッジ230は、上述した本発明の一実施例による第1リードカートリッジ210と実質的に同一であるか又は類似するため、同一又は類似の構成については繰り返して説明せず、相違点を中心に説明する。
本発明の一実施例による第2リードカートリッジ230は、2つのポスト部231、232、隔壁部233、第1離隔部234、第2離隔部235及び支持部236を備えることができる。
このとき、第2リードカートリッジ230の2つのポスト部231、232、隔壁部233、第1離隔部234及び支持部236は、それぞれ第1リードカートリッジ210に備えられた2つのポスト部211、212、隔壁部213、第1離隔部214及び支持部216と同じ構成であり得る。
一方、第2リードカートリッジ230の第2離隔部235は、2つのポスト部211、212の間の上部に形成された第1リードカートリッジ210の第2離隔部215と相違し、2つのポスト部231、232の間の下部に水平方向(±X軸方向)に横設されたプレート状に形成され得る。
すなわち、第2離隔部235は、一端外側と他端外側がそれぞれ2つのポスト部231、232の下部の間に支持され、バッテリーセル100と反対方向に向かう前面が隔壁部233の下部内側と結合され得る。
このようにして、第2離隔部235は、収容空間Sの内側で収容空間Sに収容された第2電極リード130d、130eの一部を下方に位置する他の第2電極リード130b、130cと離隔させることができる。
これによって、第2離隔部235は、バッテリーモジュール10の製造過程で生じ得る第2電極リード130b、130c、130d、130e間の短絡現象を防止することができる。
一方、第2リードカートリッジ230の2つのポスト部231、232、隔壁部233及び第2離隔部235によって形成される収容空間Sには、バッテリーセル100に向かって、すなわち、隔壁部233の反対側に第2電極リード130d、130eが挿入されるように開放された開口面が備えられ、底面は上述した第2離隔部235によって閉鎖され得る。
また、収容空間Sの一面と他面は、それぞれ2つのポスト部231、232の内側面によって閉鎖され得る。
すなわち、収容空間Sの前面と底面はそれぞれ隔壁部233と第2離隔部235によって閉鎖され、一面と他面、すなわち両側面はそれぞれ2つのポスト部231、232の内側面によって閉鎖され、バッテリーセル100に向かう面は開放された空間であり得る。
このような収容空間Sには、バッテリーモジュール10を製造する過程で、対面接触した第2電極リード130d、130eが開口面に挿入されて第2電極リード130d、130eの一部が収容できる。
これによって、収容空間Sに挿入された第2電極リード130d、130eの一部が第2離隔部235によって下方に位置する他の第2電極リード130b、130cと離隔されることで、バッテリーモジュール10の製造過程で生じ得る第2電極リード130b、130c、130d、130e間の短絡現象を防止することができる。
また、本発明による第1リードカートリッジ210と第2リードカートリッジ230は、それぞれ第1電極リード110と第2電極リード130のみを収容及び支持することで、電極リードとバッテリーセルの四側面をすべて収容及び支持する従来のセルカートリッジと相違し、体積が小さくてバッテリーモジュール10のエネルギー密度を向上させることができる。
以下、第1リードカートリッジ210同士の結合、及び第1リードカートリッジ210と第2リードカートリッジ230との間の結合について説明する。
図12は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを製造する過程を説明するための図である。
図12を参照すれば、第1リードカートリッジ210の2つのポスト部211、212のうち一端に位置するポスト部211には、上面及び下面のいずれかに結合突起211aが突設され、一端に位置するポスト部211の上面及び下面のうち結合突起211aが形成されていない面には、結合突起211aの形状に対応する形状の結合溝が形成され得る。
図12に示されたように、一実施例によるポスト部211の上面には結合突起211aが突出した円筒状に形成され、ポスト部211の下面には結合突起211aの形状に対応する形状の結合溝が形成され得る。
ここで、結合突起211aは一端に位置するポスト部211の上面から上方(+Y軸方向)に突設され、結合溝は一端に位置するポスト部211の下面で上方(+Y軸方向)に凹んだ形態に形成され得る。
これによって、第1リードカートリッジ210の結合突起211aは上部に積層される第1リードカートリッジ210の結合溝に挿入され、第1リードカートリッジ210の結合溝には下部に積層された第1リードカートリッジ210の結合突起が挿入できる。
このようにして、第1リードカートリッジ210は上下方向(±Y軸方向)に結合突起211aと結合溝との結合が連続されることで、第1リードカートリッジ210に結合力が上昇することができる。
一方、第1リードカートリッジ210の2つのポスト部211、212のうち他端に位置するポスト部212には、内部が貫通した貫通孔212aが形成され得る。
より具体的に、他端に位置するポスト部212には、他の第1リードカートリッジ210のポスト部212と一緒に上下方向(±Y軸方向)に連続した貫通孔212aが形成され得る。
このとき、貫通孔212aには積層されたすべての第1リードカートリッジ210の高さに対応する長さを有する円筒状の結合部材217が上下方向(±Y軸方向)に挿入され、積層された第1リードカートリッジ210同士が結合及び固定できる。
例えば、結合部材217は、金属素材で構成されるロングボルトまたは熱可塑性素材で構成される棒であり得る。
結合部材217が熱可塑性素材の棒である場合、結合部材217が積層されたすべての第1リードカートリッジ210の貫通孔212aに挿入された後、熱接合を通じて第1リードカートリッジ210に融着されて、第1リードカートリッジ210を上下方向(±Y軸方向)に堅固に結合及び固定することができる。
一方、第1リードカートリッジ210の2つのポスト部211、212のうち他端に位置するポスト部212には、第2リードカートリッジ230の2つのポスト部231、232のうち一端に位置するポスト部232と相互対面接触する面に凹凸部212bが形成され得る。
より具体的に、凹凸部212bは、他端に位置するポスト部212から左右方向(+Z軸方向)に突出した形態に形成され得る。
これに対応して、第2リードカートリッジ230の2つのポスト部231、232のうち一端に位置するポスト部232には、第1リードカートリッジ210の2つのポスト部211、212のうち他端に位置するポスト部212と相互対面接触する面に凹凸部232bが形成され得る。
このとき、第2リードカートリッジ230の凹凸部232bは、突出した形態に形成された第1リードカートリッジ210の凹凸部212bの形態に対応して、左右方向(+Z軸方向)に凹んだ形態に形成され得る。
これによって、第1リードカートリッジ210同士は、結合突起211aと結合溝との結合、及び貫通孔212aと結合部材217との結合を通じて上下方向(±Y軸方向)に堅固に結合され得る。
また、第1リードカートリッジ210と第2リードカートリッジ230との間は、凹凸部212b、232bを通じて左右方向(±Z軸方向)に堅固に結合され得る。
一方、第2リードカートリッジ230は、第1リードカートリッジ210と同様に、2つのポスト部231、232のうち他端に位置するポスト部231の上面から結合突起231aが突設され、結合突起231aの形状に対応する結合溝がポスト部231の下面から凹んだ形態に形成され得る。
これによって、第2リードカートリッジ230の結合突起231aは上部に積層される第2リードカートリッジ230の結合溝に挿入され、第2リードカートリッジ230の結合溝には下部に積層された第2リードカートリッジ230の結合突起が挿入され得る。
このようにして、第2リードカートリッジ230は上下方向(±Y軸方向)に結合突起231aと結合溝との結合が連続されることで、第2リードカートリッジ230に結合力が上昇することができる。
一方、第2リードカートリッジ230の2つのポスト部231、232のうち一端に位置するポスト部232には、内部が貫通した貫通孔232aが形成され、貫通孔232aには積層されたすべての第2リードカートリッジ230の高さに対応する長さを有する円筒状の結合部材237が上下方向(±Y軸方向)に挿入されて、積層された第2リードカートリッジ230同士が結合及び固定できる。
このような第2リードカートリッジ230の結合突起231a、結合溝、貫通孔232a及び結合部材237は、第1リードカートリッジ210の結合突起211a、結合溝、貫通孔212a及び結合部材217とそれぞれ結合される位置が異なるたけで形態と役割は同一であり得る。
以下、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュール10’について説明する。
図13は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。
図13を参照すれば、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュール10’と本発明の一実施例によるバッテリーモジュール10とを比べると、他の実施例によるバッテリーモジュール10’のバッテリーセル100’’は前面と後面に電極リードが備えられた両方向二次電池である一方、一実施例によるバッテリーモジュール10のバッテリーセル100は一面(前面又は後面)のみに電極リードが備えられた一方向二次電池である。
これによって、他の実施例によるバッテリーモジュール10’のリードカートリッジは、バッテリーセル100’’の前面に備えられた電極リードを収容及び支持する第1リードカートリッジ210’、及びバッテリーセル100’’の後面に備えられた電極リードを収容及び支持する第2リードカートリッジ230’で構成され得る。
一実施例によるバッテリーセル100は、それぞれ一面に2つの電極リードを備えることで、それぞれの電極リードの幅がバッテリーセル100の一面の幅の1/2未満であり得る。一方、他の実施例によるバッテリーセル100’’はそれぞれ前面と後面に1個ずつの電極リードを備えることで、それぞれの電極リードの幅がバッテリーセル100’’の一面の幅の1/2以上であり得る。
これによって、他の実施例によるバッテリーセル100’’の電極リードを収容及び支持する第1リードカートリッジ210’及び第2リードカートリッジ230’の幅Wもバッテリーセル100’’の一面の幅の1/2以上であり得る。
このとき、バッテリーセル100’’の前面と後面にそれぞれ位置する第1リードカートリッジ210’と第2リードカートリッジ230’は長い帯状の結合プレートMを通じて水平方向(±X軸方向)に結合され得る。
より具体的に、第1リードカートリッジ210’と第2リードカートリッジ230’の最上部にそれぞれ上方(+Y軸方向)に突出した形態の結合突出部210’’、230’’を備え、結合突出部210’’、230’’が結合プレートMの両端に貫設された結合孔M1、M2にそれぞれ挿入されて、第1リードカートリッジ210’と第2リードカートリッジ230’とを結合することができる。
このようにして、他の実施例によるバッテリーモジュール10’の第1リードカートリッジ210’と第2リードカートリッジ230’とが結合プレートMで結合されることで、外部から印加される力によって水平方向(±X軸方向)に広がる現象を防止することができる。
一方、本発明によるバッテリーパックは、上述したバッテリーモジュールを1つ以上含む。このとき、バッテリーパックには、バッテリーモジュールの外に、バッテリーモジュールを収納するためのケース、バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種の装置、すなわちBMS(Battery Management System)、電流センサ、ヒューズなどがさらに含まれ得る。特に、本発明の一実施例によるバッテリーパックは、バッテリーモジュールのそれぞれのバッテリーセルに備えられた電極リードを内部に収容及び支持するリードカートリッジによって、電極リード間の意図せぬ電気的連結を防止することができる。
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に適用できる。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーモジュールを含むことができる。
上述した本発明は、本発明が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的思想から逸脱することなく様々な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施例及び添付された図面によって限定されるものではない。
1 バッテリーセル
1-11 バッテリーセル
1-12 バッテリーセル
1-21 バッテリーセル
1-22 バッテリーセル
3-11 電極リード
3-12 電極リード
3-21 電極リード
3-22 電極リード
5 カートリッジ
10 バッテリーモジュール
10’ バッテリーモジュール
100 バッテリーセル
100’’ バッテリーセル
110 電極リード、第1電極リード
130 電極リード、第2電極リード
200 リードカートリッジ
210 第1電極リード、第1リードカートリッジ
210 第1カートリッジ
210’’ 第1リードカートリッジ
211、212 ポスト部
211a 結合突起
211’ 締結突起
212a 貫通孔
212b 凹凸部
212’ 締結突起
213 隔壁部
214 第1離隔部
215 第2離隔部
216 支持部
216a 第2支持部
216b 第1支持部
217 結合部材
230 第2リードカートリッジ
230’’ 第2リードカートリッジ
231、232 ポスト部
231a 結合突起
232a 貫通孔
232b 凹凸部
232 ポスト部
233 隔壁部
234 第1離隔部
235 第2離隔部
236 支持部
237 結合部材
300 センシングバスバー
310 締結孔
330 締結孔
M1、M2 結合孔
J1 第1折曲部
J2 第2折曲部
J3 第3折曲部
J4 第4折曲部
J5 第5折曲部
J6 第6折曲部
J7 第7折曲部
J8 第8折曲部

Claims (12)

  1. 前面から水平方向に延設されて1つ以上の折曲部が形成された電極リードを備え、上下方向に隣接して位置する電極リードが相互対面接触しながら上下方向に積層されて形成された複数のバッテリーセル、及び
    前記電極リードの一端外側と他端外側にそれぞれ位置する2つのポスト部、前記2つのポスト部の間に上下方向に立設されたプレート状に形成され、内側に対面接触する電極リードを個別的に収容する収容空間を形成する隔壁部、及び前記隔壁部の上部から前方に突設され、前記収容空間の外側に突出した前記電極リードを他の電極リードと離隔させる第1離隔部を備える複数のリードカートリッジ、
    を含み、
    前記電極リードは、前記バッテリーセルの前面の左側から前方に向かって突出した第1電極リード、及び前記バッテリーセルの前面の右側から前方に向かって突出した第2電極リードを含み、
    前記リードカートリッジは、前記第1電極リードを収容する第1リードカートリッジ、及び前記第2電極リードを収容する第2リードカートリッジを含み、前記第1リードカートリッジの前記2つのポスト部と前記第2リードカートリッジの前記2つのポスト部のうち隣接したポスト部は、相互対面接触する面に凹凸部が形成されて結合される、バッテリーモジュール。
  2. 前記リードカートリッジは、前記隔壁部の中央部と下部のそれぞれから前面に突設されて、センシングバスバーを支持する支持部をさらに備える、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記リードカートリッジは、前記2つのポスト部の間の上部または下部に水平方向に横設されたプレート状に形成され、前記収容空間の内側で収容された電極リードを他の電極リードと離隔させる第2離隔部をさらに備える、請求項2に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記2つのポスト部、前記隔壁部、前記第1離隔部、前記支持部及び第2離隔部は一体で形成される、請求項3に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記2つのポスト部、前記隔壁部、前記第1離隔部、前記支持部及び第2離隔部は絶縁性素材で形成される、請求項3に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記第1リードカートリッジの第2離隔部は、前記2つのポスト部の間の上部に水平方向に横設されたプレート状に形成され、前記収容空間の内側で収容された電極リードを上部に位置する他の電極リードと離隔させる、請求項に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記第2リードカートリッジの第2離隔部は、前記2つのポスト部の間の下部に水平方向に横設されたプレート状に形成され、前記収容空間の内側で収容された電極リードを下部に位置する他の電極リードと離隔させる、請求項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記リードカートリッジは、上下方向に立設された円筒状の結合部材をさらに含み、
    前記2つのポスト部の少なくとも1つには、上下に貫通した貫通孔が形成され、前記貫通孔に前記結合部材が挿入されて上下方向に積層された前記複数のリードカートリッジが結合固定される、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記2つのポスト部の少なくとも1つには、上面及び下面のいずれか一方に結合突起が形成され、他方に前記結合突起に対応する結合溝が形成される、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記2つのポスト部は、前面から締結突起が突設され、センシングバスバーの両端に形成された締結孔に前記締結突起が挿入及び締結される、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
  11. 請求項1~請求項10のうちいずれか一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。
  12. 請求項1~請求項10のうちいずれか一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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