JP7045592B2 - 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該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該バッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、２０１８年３月７日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－００２６９８８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、すべて本出願に組み込まれる。
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）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）などに普遍的に適用されている。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～４．５Ｖ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に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・並列に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一般的である。
このようなバッテリーモジュールやバッテリーパックは、最近、スリム化トレンドに乗って、よりコンパクトなサイズを確保し、かつ高いエネルギー密度を具現することができるバッテリーモジュールやバッテリーパックの需要が次第に増加しつつある。
そこで、バッテリーモジュールやバッテリーパック内に備えられるバッテリーセルの容積率をさらに確保すると共に、よりコンパクトなサイズを具現することができる方案が求められる。
本発明は、バッテリーセルの容積率をさらに確保し、かつ、コンパクトなサイズを具現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該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。
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であって、複数個のバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、前記バッテリーセル組立体の上側を覆う上部プレートと、前記上部プレートに対向して配置され、前記バッテリーセル組立体の下側を覆う下部プレートと、前記下部プレート及び前記上部プレートの前側及び後側に配置され、前記バッテリーセル組立体の前側及び後側を覆うセンシングアセンブリーと、前記センシングアセンブリー、前記上部プレート及び前記下部プレートと結合し、前記バッテリーセル組立体の両側面に配置される一対のサイドプレートと、前記一対のサイドプレートと前記バッテリーセル組立体との間に配置される一対の圧縮パッドと、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。
前記センシングアセンブリーは、前記バッテリーセル組立体の前側に配置され、前記一対のサイドプレートと結合する第１バスバーユニットと、前記第１バスバーユニットと対向して配置され、前記バッテリーセル組立体の後側で前記一対のサイドプレートと結合する第２バスバーユニットと、前記第１バスバーユニットと前記第２バスバーユニットとを連結し、前記一対の圧縮パッドまたは前記一対のサイドプレートに設けられる一対のセンシングワイヤと、を含み得る。
前記一対のセンシングワイヤは、フレキシブル印刷回路基板として備えられ得る。
前記一対の圧縮パッドには、前記一対のセンシングワイヤの長手方向に沿って所定の長さで形成されるワイヤ取付け溝が備えられ、前記一対のセンシングワイヤが前記ワイヤ取付け溝内に取り付けられ得る。
前記ワイヤ取付け溝の深さは、前記一対のセンシングワイヤの厚さに対応し得る。
前記一対のサイドプレートには、前記一対のセンシングワイヤの長手方向に沿って所定の長さで形成されるワイヤ取付け溝が備えられ、前記一対のセンシングワイヤが前記ワイヤ取付け溝内に取り付けられ得る。
前記ワイヤ取付け溝の深さは、前記一対のセンシングワイヤの厚さに対応し得る。
前記第１バスバーユニットと前記第２バスバーユニットとは、前記一対のサイドプレートと少なくとも一つの連結ピンによって相互に結合し得る。
前記連結ピンは、複数個が備えられ、前記複数個の連結ピンは、前記第１バスバーユニット及び前記第２バスバーユニットの両端部に備えられ、前記第１バスバーユニット及び前記第２バスバーユニットの高さ方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
前記一対のサイドプレートには、前記少なくとも一つの連結ピンが挿入される少なくとも一つのピン挿入溝が形成され得る。
なお、本発明は、バッテリーパックであって、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、を含むバッテリーパックを提供する。
また、本発明は、自動車であって、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自動車を提供する。
以上のような多様な実施例によって、バッテリーセルの容積率をさらに確保し、かつ、よりコンパクトなサイズを具現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側断面図である。 図１のバッテリーモジュールの他の実施例による側断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。 図４のバッテリーモジュールのセンシングアセンブリーの主要部を説明するための図である。 図４のバッテリーモジュールのサイドプレートの主要部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側断面図であり、図３は、図１のバッテリーモジュールの他の実施例による側断面図である。
図１～図３を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル組立体１００、上部プレート２００、下部プレート３００、センシングアセンブリー４００、サイドプレート５００及び圧縮パッド６００を含み得る。
前記バッテリーセル組立体１００は、複数個のバッテリーセル１５０を含み得る。前記複数個のバッテリーセル１５０は、相互に電気的に接続可能に積層され得る。ここで、前記複数個のバッテリーセル１５０の電極リード１５５は、後述するセンシングアセンブリー４００と電気的に接続し得る。
前記上部プレート２００は、前記バッテリーセル組立体１００の上側を覆い得る。このために、前記上部プレート２００は、前記バッテリーセル組立体１００の上側を全部カバーできる大きさ及び形状を有し得る。
前記下部プレート３００は、前記上部プレート２００に対向して配置され、前記バッテリーセル組立体１００の下側を覆い得る。このような前記下部プレート３００は、前記バッテリーセル組立体１００を安定的に支持できる。
前記センシングアセンブリー４００は、前記上部プレート２００及び前記下部プレート３００の前側及び後側に配置され、前記バッテリーセル組立体１００の前側及び後側を覆い得る。
前記センシングアセンブリー４００は、前記バッテリーセル組立体１００と電気的に接続し、前記バッテリーセル組立体１００の電圧や温度をセンシングできる。また、前記センシングアセンブリー４００は、外部電源などと連結され得る。
このような前記センシングアセンブリー４００は、第１バスバーユニット４１０、第２バスバーユニット４３０及びセンシングワイヤ４５０を含み得る。前記第１バスバーユニット４１０は、前記バッテリーセル組立体１００の前側に配置され、後述する一対のサイドプレート５００と結合し得る。ここで、前記第１バスバーユニット４１０は、前記上部プレート２００及び前記下部プレート３００とも共に結合し得る。
このような前記第１バスバーユニット４１０は、バスバー本体４１４及びカバーフレーム４１２を含み得る。
前記バスバー本体４１４は、前記バッテリーセル組立体１００の前記バッテリーセル１５０の電極リード１５５と電気的に接続し得る。このために、前記バスバー本体４１４には、前記バッテリーセル１５５の電極リード１５５と電気的に接続する複数個のバスバーが設けられ得る。
前記カバーフレーム４１２は、前記バスバー本体４１４の前側を覆い得る。このような前記カバーフレーム４１２は、前記バッテリーモジュール１０の前面部を形成し得る。
前記第２バスバーユニット４３０は、前記バッテリーセル組立体１００を挟んで前記第１バスバーユニット４１０と対向して配置され、前記バッテリーセル組立体１００の後側で後述する一対のサイドプレート５００と結合し得る。ここで、前記第２バスバーユニット４３０は、前記上部プレート２００及び前記下部プレート３００とも共に結合し得る。
このような前記第２バスバーユニット４３０は、バスバー本体４３２、カバーフレーム４３４及び制御ボード４３６を含み得る。
前記バスバー本体４３２は、前記バッテリーセル組立体１００の前記バッテリーセル１５０の電極リード１５５と電気的に接続し得る。このために、前記バスバー本体４３２には、前記バッテリーセル１５５の電極リード１５５と電気的に接続する複数個のバスバーが設けられ得る。
前記カバーフレーム４３４は、前記バスバー本体４３２の後側を覆い得る。このような前記カバーフレーム４３４は、前記バッテリーモジュール１０の後面部を形成し得る。
前記制御ボード４３６は、前記センシングアセンブリー４００の動作を制御するためのものであって、前記バスバー本体４３２と前記カバーフレーム４３４との間に装着され得る。このような前記制御ボード４３６は、印刷回路基板として設けられ得る。
前記センシングワイヤ４５０は、前記第１バスバーユニット４１０と前記第２バスバーユニット４３０とを連結し得る。このような前記センシングワイヤ４５０は、フレキシブル印刷回路基板として設けられることができ、一対が備えられ得る。
前記一対のセンシングワイヤ４５０は、後述する一対のサイドプレート５００または後述する一対の圧縮パッド６００に挟まれ得る。即ち、本実施例においては、前記一対のセンシングワイヤ４５０が前記バッテリーモジュール１０の両側面部に設けられ得る。
前記サイドプレート５００は、前記上部プレート２００及び前記下部プレート３００と結合し、前記バッテリーセル組立体１００の両側面に配置され得る。このために、前記サイドプレート５００は、一対で設けられ得る。
前記圧縮パッド６００は、前記一対のサイドプレート５００と前記バッテリーセル組立体１００との間に配置され得る。このような前記圧縮パッド６００は、一対のみを備えてもよい。
前記一対の圧縮パッド６００のいずれか一つは、前記一対のサイドプレート５００のいずれか一方のサイドプレート５００と前記バッテリーセル組立体１００の一側面との間に配置され得る。
前記一対の圧縮パッド６００のいずれか残りの一つは、前記一対のサイドプレート５００の他方のサイドプレート５００と前記バッテリーセル組立体１００の他側面との間に配置され得る。
このように、本実施例において、前記圧縮パッド６００は一対のみを備えてもよいので、従来の二つ以上の複数個で圧縮パッドが装着される構造に比べて前記バッテリーモジュール１０の容積率を極大化させることができ、前記バッテリーモジュール１０のスリム化をより容易に具現することができる。
このような前記一対の圧縮パッド６００にはワイヤ取付け溝６５０が備えられ得る。
前記ワイヤ取付け溝６５０は、前記一対の圧縮パッド６００の長手方向に沿って所定の長さで形成され得、前記一対のセンシングワイヤ４５０が取り付けられ得る。
前記ワイヤ取付け溝６５０の深さは、前記一対のセンシングワイヤ４５０の厚さに対応し得る。これによって、前記一対のセンシングワイヤ４５０は、前記ワイヤ取付け溝６５０に取り付けるとき、前記圧縮パッド６００の外部へ突出しない。
一方、前記ワイヤ取付け溝６５０は、前記一対の圧縮パッド６００の代わりに、図３に示したように、前記一対のサイドプレート５００に形成され得る。即ち、前記一対のサイドプレート５００には、前記一対のセンシングワイヤ４５０が取り付けられ、前記一対のセンシングワイヤ４５０の長手方向に沿って所定の長さで形成されるワイヤ取付け溝５５０が備えられ得る。前記ワイヤ取付け溝５５０の深さも、前記一対のセンシングワイヤ４５０の厚さに対応し得る。
このように、本実施例においては、前記一対のセンシングワイヤ４５０が前記バッテリーモジュール１０の両側面部に備えられるので、前記バッテリーモジュール１０の高さ方向における空間効率性を向上させることができる。
また、本実施例においては、前記一対のセンシングワイヤ４５０が前記バッテリーモジュール１０の両側面で前記サイドプレート５００または前記圧縮パッド６００の外部へ突出しないように取り付けられるので、前記バッテリーモジュール１０の両側面の空間効率性も確保することができる。
図４は、本発明の他の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５は、図４のバッテリーモジュールのセンシングアセンブリーの主要部を説明するための図であり、図６は、図４のバッテリーモジュールのサイドプレートの主要部を説明するための図である。
本実施例によるバッテリーモジュール２０は、前述の実施例の前記バッテリーモジュール１０と実質的に同一または類似であるので、同一または類似の構成については重複する説明を省略し、以下、前述の実施例との相違点を中心にして説明する。
図４～図６を参照すれば、バッテリーモジュール２０は、バッテリーセル組立体１００、上部プレート２００、下部プレート３００、一対の圧縮パッド６００、センシングアセンブリー７００及び一対のサイドプレート８００を含み得る。
前記バッテリーセル組立体１００、前記上部プレート２００、前記下部プレート３００及び前記一対の圧縮パッド６００は、前述の実施例と実質的に同一または類似であるので、重複する説明を省略する。
前記センシングアセンブリー７００は、センシングワイヤ７５０、第１バスバーユニット７６０及び第２バスバーユニット７８０を含み得る。
前記センシングワイヤ７５０は、前述の実施例と実質的に同一または類似であるので、重複する説明を省略する。
前記第１バスバーユニット７６０は、バスバー本体７６２、カバーフレーム７６４及び連結ピン７６８を含み得る。
前記バスバー本体７６２及び前記カバーフレーム７６４は、前述の実施例と実質的に同一または類似であるので、重複する説明を省略する。
前記連結ピン７６８は、前記第１バスバーユニット７６０と後述する一対のサイドプレート８００とを相互に結合し得る。このような前記連結ピン７６８は、複数個が備えられ得る。
前記複数個の連結ピン７６８は、前記第１バスバーユニット７６０の両端部に備えられ、前記第１バスバーユニット７６０の高さ方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
具体的に、前記複数個の連結ピン７６８は、前記カバーフレーム７６４の両側面部に備えられ、前記カバーフレーム７６４の高さ方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
前記第２バスバーユニット７８０は、バスバー本体７８２、カバーフレーム７８４、制御ボード７８６及び連結ピン７８８を含み得る。
前記バスバー本体７８２、前記カバーフレーム７８４及び前記制御ボード７８６は、前述の実施例と実質的に同一または類似であるので、重複する説明を省略する。
前記連結ピン７８８は、前記第２バスバーユニット７８０と後述する一対のサイドプレート８００とを相互に結合し得る。このような前記連結ピン７８８は、複数個が備えられ得る。
前記複数個の連結ピン７８８は、前記第２バスバーユニット７８０の両端部に備えられ、前記第２バスバーユニット７８０の高さ方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
具体的に、前記複数個の連結ピン７８８は、前記カバーフレーム７８４の両側面部に備えられ、前記カバーフレーム７８４の高く方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
前記一対のサイドプレート８００には、ピン挿入溝８５０が形成され得る。
前記ピン挿入溝８５０には、前記第１バスバーユニット７６０の前記連結ピン７６８及び前記第２バスバーユニット７８０の前記連結ピン７８８が挿入され得る。
前記ピン挿入溝８５０は、複数個が備えられ得る。前記複数個のピン挿入溝８５０は、前記一対のサイドプレート８００の高さ方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
本実施例においては、このような前記センシングアセンブリー７００と前記サイドプレート８００とのピン挿入連結構造によって別の追加的な溶接などの接合工程なくより簡便に前記センシングアセンブリー７００と前記サイドプレート８００との結合を具現することができる。
図７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７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と、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と、を含み得る。
ここで、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールは、前述の実施例の前記バッテリーモジュール２０として備えられ得る。また、前記バッテリーモジュールは、前述の実施例の前記バッテリーモジュール１０と前記バッテリーモジュール２０との集合体として設けられることも可能である。
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、自動車に備えられ得る。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を燃料源として使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、前記自動車の外にも二次電池を用いる電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）など、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及びこれ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、前記バッテリーセル１５０の容積率をさらに確保し、かつ、コンパクトなサイズを具現することができる前記バッテリーモジュール１０、２０、これを含む前記バッテリーパック１及び該バッテリーパック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
２０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル組立体
１５０ バッテリーセル
１５５ 電極リード
１５５ バッテリーセル
２００ 上部プレート
３００ 下部プレート
４００ センシングアセンブリー
４１０ 第１バスバーユニット
４１２ バスバー本体
４１４ カバーフレーム
４３０ 第２バスバーユニット
４３２ バスバー本体
４３４ カバーフレーム
４３６ 制御ボード
４５０ センシングワイヤ
５００ サイドプレート
５５０ 溝
６００ 圧縮パッド
６５０ 溝
７００ センシングアセンブリー
７５０ センシングワイヤ
７６０ 第１バスバーユニット
７６２ バスバー本体
７６４ カバーフレーム
７６８ 連結ピン
７８０ 第２バスバーユニット
７８２ バスバー本体
７８４ カバーフレーム
７８６ 制御ボード
７８８ 連結ピン
８００ サイドプレート
８５０ ピン挿入溝

Claims (8)

  1. バッテリーモジュールであって、
    複数個のバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、
    前記バッテリーセル組立体の上側を覆う上部プレートと、
    前記上部プレートに対向して配置され、前記バッテリーセル組立体の下側を覆う下部プレートと、
    前記下部プレート及び前記上部プレートの前側及び後側に配置され、前記バッテリーセル組立体の前側及び後側を覆うセンシングアセンブリーと、
    前記センシングアセンブリー、前記上部プレート及び前記下部プレートと結合し、前記バッテリーセル組立体の最外側のバッテリーセルのそれぞれの外側面に配置される一対のサイドプレートと、
    前記一対のサイドプレートと前記バッテリーセル組立体の前記最外側のバッテリーセルのそれぞれの前記外側面との間に配置される一対の圧縮パッドと、を含み、
    前記センシングアセンブリーは、
    前記バッテリーセル組立体の前側に配置され、前記一対のサイドプレートと結合する第１バスバーユニットと、
    前記第１バスバーユニットと対向して配置され、前記バッテリーセル組立体の後側で前記一対のサイドプレートと結合する第２バスバーユニットと、
    前記第１バスバーユニットと前記第２バスバーユニットとを連結し、前記一対の圧縮パッドまたは前記一対のサイドプレートに設けられる一対のセンシングワイヤと、を含み、
    前記一対の圧縮パッドには、
    前記一対のセンシングワイヤの長手方向に沿って所定の長さで形成されるワイヤ取付け溝が備えられ、前記一対のセンシングワイヤが前記ワイヤ取付け溝内に取り付けられていることを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記一対のセンシングワイヤが、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。
  3. 前記ワイヤ取付け溝の深さは、
    前記一対のセンシングワイヤの厚さに対応す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. 前記第１バスバーユニットと前記第２バスバーユニットとは、
    前記一対のサイドプレートと少なくとも一つの連結ピンによって相互に結合することを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記連結ピンは、複数個が備えられ、
    前記複数個の連結ピンは、
    前記第１バスバーユニット及び前記第２バスバーユニットの両端部に備えられ、前記第１バスバーユニット及び前記第２バスバーユニットの高さ方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記一対のサイドプレートには、
    前記少なくとも一つの連結ピンが挿入される少なくとも一つのピン挿入溝が形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 請求項１～６の何れか一項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、バッテリーパック。
  8. 請求項７に記載の少なくとも一つのバッテリーパックを含む、自動車。
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