JP7045597B2 - 空間活用性及び安全性が向上した円筒型電池セル組立体、及びそれを含むバッテリーモジュール - Google Patents

空間活用性及び安全性が向上した円筒型電池セル組立体、及びそれを含むバッテリーモジュール Download PDF

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Description

本発明は、円筒型電池セル組立体及びそれを含むバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、空間効率性が高く、連鎖発火防止構造が適用された一群の円筒型電池セルからなるセル組立体及びそれを含むバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０１７年１２月２６日出願の韓国特許出願第１０－２０１７－０１７９８１７号に基づく優先権を主張し、当該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。
モバイル機器に対する技術開発及び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が急増している。二次電池としては、従来、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、近年、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電及び放電が自在であって、自己放電率が低くてエネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く使用されている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物及び炭素材をそれぞれ正極活物質及び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及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを介在して配置された二次電池セル、そして二次電池セル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、電極組立体を収容する外装材によって、パウチ型と缶型とに分けられ、缶型はその外形によって円筒型と角形とにさらに分けられる。近年、中大型バッテリーモジュール又はバッテリーパックを構成する際には、パウチ型二次電池または円筒型二次電池が最も多く使用されている。
パウチ型二次電池は、組立が容易であってエネルギー密度が高いという長所があるものの、機械的剛性が低くて外部の衝撃に弱いという短所がある。一方、円筒型二次電池は、機械的剛性が優れるため、外部の衝撃に対する耐久性がパウチ型二次電池より優れるが、限定された空間に集約的に組み立て難いという短所がある。
図１は、従来技術による円筒型二次電池を使用したバッテリーモジュールの分解斜視図である。
図１に示されたように、必要な出力電圧及び充放電容量を満たすためには多数の円筒型二次電池が必要であり、これらを固定するためにフレームを使用する。例えば、円筒型二次電池は上下に結合可能に設けられた上端フレームと下端フレームとの間に取り付けられて固定され得る。そして、円筒型二次電池は電極端子が上端及び下端に形成されるため、上端及び下端にそれぞれバスバーまたは金属プレートが取り付けられ、これらによって直列及び／または並列で連結され得る。
しかし、従来のバッテリーモジュールは、円筒型二次電池の上部及び下部の空間全てにフレームとバスバーが位置するため、追加的に冷却装置や電気的連結部品を取り付けるときの空間自由度が低いという短所がある。
また、バスバーが上端及び下端の空間にそれぞれ分離して位置するため、例えば、詳しくは図示していないが、円筒型二次電池を直列及び／または並列で連結するときは、一部の円筒型二次電池は正極が上側に位置し、他の一部の円筒型二次電池は負極が上側に位置するように極性を上下交互に配置するか、または、上端バスバー及び下端バスバー上の伝導性パターンが複雑になり、別途の部品を用いて上端バスバーと下端バスバーとを連結しなければならない。
また、バッテリーモジュールは容量と出力に応じて必要な円筒型二次電池の個数が変わるが、従来のように円筒型二次電池を一体的に固定するフレームを使用する場合、バッテリーモジュールの容量が変われば、当該フレームを設計し直す必要があって煩雑である。
一方、近年の円筒型二次電池は、電流遮断装置（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＩＤ）を内部に取り付けて、電池が正常に作動しないとき電流を遮断し、内圧を解消して、発火及び爆発を防止する機能を備えている。しかし、バッテリーモジュールには多数の円筒型二次電池が密集配置されているため、一つの円筒型二次電池で電流遮断装置が適切に作動できず発火または爆発が起きれば、他の円筒型二次電池も連鎖的に発火または爆発する恐れがあるが、未だこれに対する防止手段が設けられていない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、空間効率的な電気的連結構成及び連鎖発火防止手段を有し、特定容量を有する一束単位で製作できる円筒型電池セル組立体を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記円筒型電池セル組立体の個数を選択的に組み合わせ、これらを直列または並列で連結することで、多様な大きさ及び容量を有するバッテリーモジュールを提供することを他の目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。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
本発明の一態様による円筒型電池セル組立体は、電極端子が上端及び下端に形成され、同一極性同士が同じ方向に向かうように起立して配置される複数の円筒型電池セルと、前記複数の円筒型電池セルを一つの束単位で拘束するセルホルダーと、前記セルホルダーの上部に位置して前記複数の円筒型電池セルそれぞれの上端に位置した第１電極同士を電気的に連結する第１電極連結部材と、前記複数の円筒型電池セルそれぞれの下端に位置した第２電極同士を電気的に連結する第２電極連結部材とを含み、前記第２電極連結部材は、前記セルホルダーの下部に位置して前記第２電極と接触するように配置される第２電極接続部と、前記第２電極接続部から前記セルホルダーの内側に形成される空いた空間を通じて垂直に延び、一端が前記セルホルダー上に配置される棒状の第２端子部とを含む。
前記セルホルダーは、前記複数の円筒型電池セルがそれぞれ嵌合可能に円筒状に設けられる単位セルボディカバーを含み、単位セルボディカバーは隣接するもの同士の円周面が当接して三角形の形態に配列され得る。
前記単位セルボディカバーは３個以上が一体として形成され、前記空いた空間は互いに当接する３個の単位セルボディカバーで囲まれた領域であり得る。
前記セルホルダーは、前記円筒型電池セルの前記第１電極のみを外部に露出させる第１電極用孔を備え、前記単位セルボディカバーの上端に取り付け可能に設けられるセルトップカバーをさらに含み得る。
前記単位セルボディカバーは、前記円筒型電池セルよりも長さが短く形成されて前記円筒型電池セルが前記単位セルボディカバーの下側に露出し得る。
前記セルトップカバーは、前記棒状の第２端子部の一端が垂直に通過するように設けられる第２端子用孔をさらに備え得る。
前記セルホルダーは、雲母（ｍｉｃａ）または合成雲母（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｍｉｃａ）材質から形成され得る。
前記第１電極連結部材は、前記第１電極用孔に対応するサイズで形成され、それぞれ前記第１電極用孔に挿入されて前記第１電極に接触する第１電極接続部と、前記第１電極接続部同士を電気的に連結する導体パターン部と、前記導体パターン部上で一端が前記棒状の第２端子部と同じ高さで突設される突出型の第１端子部とを含み得る。
本発明の他の様態によれば、上述した円筒型電池セル組立体を含むバッテリーモジュールが提供される。
前記バッテリーモジュールにおいて、前記円筒型電池セル組立体は、上部から眺めたとき、それぞれ三角形の形態を成し、隣接するもの同士が逆相に連続して密着配列されて設けられ得る。
前記バッテリーモジュールは、予め決められた位置毎に前記突出型の第１端子部及び前記棒状の第２端子部の一端がそれぞれ挿入可能に形成されたインサート孔を備え、前記円筒型電池セル組立体の上部を覆う絶縁プレートと、前記突出型の第１端子部と前記棒状の第２端子部とを選択的に連結するバスバーとをさらに含み得る。
前記バッテリーモジュールは、前記円筒型電池セル組立体の下部に位置して前記円筒型電池セルの熱を吸収するヒートシンクと、前記円筒型電池セル組立体と前記ヒートシンクとの間に介在される放熱パッドとをさらに含み、前記放熱パッドは上面に前記円筒型電池セル組立体の下部と型合わせられる型合わせ部を備え得る。
本発明のさらに他の様態によれば、上述したバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含むバッテリーパックが提供される。
本発明の一態様によれば、空間効率的な電気的連結構造を有し、特定容量を有する複数の円筒型電池セルを一束単位にする円筒型電池セル組立体を提供することができる。
また、絶縁性及び断熱性能に優れた雲母材質から形成されたセルホルダーを使用することで、円筒型電池セルの連鎖発火を防止して安全性を高めることができる。
本発明の他の態様によれば、前記円筒型電池セル組立体を選択的に組み合わせてこれらを直列及び／または並列で連結することで、バッテリーモジュールを多様な大きさと容量で製作することができる。
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形態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ものであるため、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。
従来技術による円筒型電池セルを使用したバッテリーモジュールの概略的な分解斜視図である。 本発明の一実施形態による円筒型電池セル組立体の斜視図である。 図２の円筒型電池セル組立体の分解斜視図である。 本発明の一実施形態による第２連結部材の配置構造を説明するための透視図である。 本発明の一実施形態による第２連結部材の配置構造を説明するための上面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの主要構成を示した斜視図である。 図６のバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図６に示された円筒型電池セルの上面図である。 図８の主要部分の拡大斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、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形態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形態に過ぎず、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２は本発明の一実施形態による円筒型電池セル組立体の斜視図であり、図３は図２の円筒型電池セル組立体の分解斜視図である。
これら図面を参照すれば、本発明による円筒型電池セル組立体１００は、複数の円筒型電池セル１１０、セルホルダー１２０、第１電極連結部材１３０、及び第２電極連結部材１４０を含む。
円筒型電池セル１１０は、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池の一種である。上記金属缶は、アルミニウム、ステンレス鋼、またはこれらの合金のような軽量の伝導性金属材質から形成され得る。
詳しくは図示していないが、円筒型電池セル１１０は、円筒型電池缶１１０ｂ、電池缶１１０ｂの内部に収容されるゼリーロール形態の電極組立体、電池缶１１０ｂの上部に結合されるトップキャップ１１０ａを含む。上記トップキャップ１１０ａは、電極組立体の正極板と連結されて正極端子として機能し、電池缶１１０ｂの下端は電極組立体の負極板と連結されて負極端子として機能する。したがって、円筒型電池セル１１０は電極端子が上端及び下端にそれぞれ形成される。
本発明において、複数の円筒型電池セル１１０は同一極性同士が同じ方向に向かうように起立して配置される。例えば、正極は全て上方に向かい、負極は全て下方に向かうように、円筒型電池セル１１０が全て一方向に統一的に起立して配置される。
本発明の一実施形態による円筒型電池セル１１０の配置形態は、上部から眺めたとき、三角形の形態である。この場合、円筒型電池セル組立体１００は、最小３個以上の単位円筒型電池セル１１０から構成される。本実施形態では、全部で６個の円筒型電池セル１１０を使用して三角形の形態に配列したが、例えば、１０個または１５個の円筒型電池セル１１０を使用して三角形の形態に配列しても良い。
一方、本発明の権利範囲が必ずしも三角形の形態に配置された円筒型電池セル１１０に限定されることはない。三角形の形態は望ましい一例として開示しただけであり、代案的な実施形態として、円筒型電池セル１１０が、上部から眺めたとき、四角形の形態又は円形の形態に配置されても良い。
セルホルダー１２０は、複数の円筒型電池セル１１０を一つの束単位で収納及び固定し、連鎖発火を防止する役割をする構成品である。
図２及び図３に示されたように、本実施形態によるセルホルダー１２０は、複数の単位セルボディカバー１２１、及びセルトップカバー１２３を含む。
単位セルボディカバー１２１は、円筒状であって、それぞれの円筒型電池セル１１０と一対一で嵌合可能に設けられる。また、単位セルボディカバー１２１は、隣接するもの同士の円周面が当接した状態で全体的に三角形の形態を成して一体的に形成される。すなわち、単位セルボディカバー１２１は、円筒型電池セル１１０の配置形態に応じて設計され得る。
例えば、本実施形態の単位セルボディカバー１２１は、全部で６個が三角形の形態を成し、円周面同士が当接した状態で連結された一つの本体として設けられている。６個の円筒型電池セル１１０はこのような単位セルボディカバー１２１内に嵌合される。この場合、６個の円筒型電池セル１１０は単位セルボディカバー１２１内に拘束されて、三角形の形態を維持することができる。
上記単位セルボディカバー１２１は、雲母または合成雲母から形成され得る。この場合、単位セルボディカバー１２１は、十分な耐熱性と電気絶縁性を備えることができる。したがって、このような単位セルボディカバー１２１によって６個の円筒型電池セル１１０のボディがそれぞれ囲まれるため、一つの円筒型電池セル１１０が発火または爆発しても、周辺の他の円筒型電池セル１１０が保護されて、連鎖的な発火を防止することができる。
セルトップカバー１２３は、円筒型電池セル１１０の上端、すなわちトップキャップ部分を覆う構成であって、単位セルボディカバー１２１と同様に、雲母または合成雲母から製造され得る。本実施形態の場合、個別部品の生産及び組立の便宜上、セルトップカバー１２３と単位セルボディカバー１２１を別々に製造した後、これらをクリンチング（ｃｌｉｎｃｈｉｎｇ）方式で相互結合するように構成したが、これらを一体で製作しても良い。
円筒型電池セル１１０は、内部でガスが生じて内圧が急激に上昇すれば、トップキャップ部分が先に破裂され易いため、火炎が円筒型電池セル１１０の下端よりは上端を通じて漏れる可能性が高い。したがって、円筒型電池セル１１０のボディとその上端をセルトップカバー１２３で覆って、非常時に火炎が広がることを防止する。一方、円筒型電池セル１１０の下端は相対的に火炎が広がる可能性が低いため、外部に露出させて冷却のための面積として活用した。
そのために、単位セルボディカバー１２１は、円筒型電池セル１１０よりも長さが多少短く形成され、この場合、図２のように、円筒型電池セル１１０はその下端部１１０ｃのみが単位セルボディカバー１２１の下側に少し露出し、残りの部分はセルホルダー１２０によって覆われることになる。
以下、図２～図５を参照して、第１電極連結部材１３０と第２電極連結部材１４０による円筒型電池セル組立体１００の電気的連結構造を説明する。
本発明による第１電極連結部材１３０は、セルホルダー１２０の上部に位置して円筒型電池セル１１０のそれぞれの上端に位置した第１電極同士を電気的に連結する構成であり、第２電極連結部材１４０は、円筒型電池セル１１０のそれぞれの下端に位置した第２電極同士を電気的に連結する構成である。
本実施形態では、正極が全て上方に向かうように円筒型電池セル１１０が直立しているため、正極が第１電極に該当し、負極が第２電極に該当するが、本実施形態とは反対に、正極が全て下方に向かうように円筒型電池セル１１０が倒立している場合であれば、負極が第１電極として特定され得、正極が第２電極として特定され得る。以下では説明の便宜上、第１電極は正極を意味し、第２電極は負極を意味することにする。
第１電極連結部材１３０は、第１電極接続部１３１、導体パターン部１３２、及び突出型の第１端子部１３３を含む。
第１電極接続部１３１は、各円筒型電池セル１１０の正極、すなわちトップキャップ１１０ａで突出した部分に接触する部分である。例えば、第１電極接続部１３１は、トップキャップ１１０ａに溶接方式で取り付けられ得る。セルトップカバー１２３には、第１電極用孔１２４がさらに備えられ、各円筒型電池セル１１０の正極部分は上記第１電極用孔１２４の下側に位置するようになる。第１電極接続部１３１は、上記第１電極用孔１２４に対応するサイズで形成され、上記第１電極用孔１２４内に挿入されて上記正極に接触するように配置された状態で溶接され得る。
導体パターン部１３２は、多方向に交差する薄型の金属プレート形態であって、上記第１電極接続部１３１同士を電気的に連結するように設けられる。例えば、本実施形態では、全部で６個の第１電極接続部１３１が６個の円筒型電池セル１１０の正極に接触し、これら６個の第１電極接続部１３１は導体パターン部１３２によって互いに通電することができる。
そして、突出型の第１端子部１３３は、円筒型電池セル１１０の正極ターミナル機能を果たす部分であって、上記導体パターン部１３２上で所定の厚さを有し、上記第１電極接続部１３１とは逆に、上方に突出した形態を有する。例えば、上記突出型の第１端子部１３３は、導体パターン部１３２上で後述する棒状の第２端子部１４２の一端と同じ高さに延びることができる。
第２電極連結部材１４０は、図３に示されたように、第２電極接続部１４１及び棒状の第２端子部１４２を含む。
第２電極接続部１４１は、セルホルダー１２０の下部に位置し、上記円筒型電池セル１１０それぞれの負極と全て接触可能な面積を有するプレート形態で構成される。
本実施形態による上記第２電極接続部１４１は、３個の頂点領域に円筒型電池セル１１０の下端中央が位置する三角プレート形態で設けられる。このような三角プレート形態の第２電極接続部１４１は、その上に置かれた円筒型電池セル１１０同士を電気的に連結しながら、一体的に支持することができる。
例えば、このような三角プレート形態の第２電極接続部１４１は、スポット溶接を通じて円筒型電池セル１１０の下端面に取り付けられる。ここで、スポット溶接は、円筒型電池セル１１０のそれぞれの負極部分が第２電極接続部１４１と当接する６ヶ所で行われ得る。
棒状の第２端子部１４２は、上記第２電極接続部１４１からセルホルダー１２０の内側に形成される空いた空間１２２を通じて垂直に延び、一端が上記セルホルダー１２０上に配置される。
より具体的には、図４及び図５を参照すれば、本発明による複数の単位セルボディカバー１２１は円筒状であって、円周面が当接するように三角形の形態に配置されるため、単位セルボディカバー１２１同士の内側領域に空いた空間１２２が形成されるしかない。すなわち、上記空いた空間１２２は、円周面が互いに当接する少なくとも３個の単位セルボディカバー１２１で囲まれた領域として特定される。棒状の第２端子部１４２は、例えば、上記空いた空間１２２に挿入可能な程度の円柱形態で設けられて、単位セルボディカバー１２１同士の内側に配置される。そして、セルトップカバー１２３には第２端子用孔１２５がさらに備えられ、上記第２端子用孔１２５を通じて棒状の第２端子部１４２の一端がセルトップカバー１２３上に露出する。このとき、棒状の第２端子部１４２は、上述した突出型の第１端子部１３３と同じ高さまで延びることができる。
このように、棒状の第２端子部１４２がセルホルダー１２０内側の余剰空間に介在されることで、円筒型電池セル組立体１００をよりコンパクトに構成でき、また、周辺空間の活用性及び自由度を向上させることができる。
また、このような棒状の第２端子部１４２は、突出型の第１端子部１３３と同じ高さでセルトップカバー１２３上に隣接して配置され、円筒型電池セル組立体１００の負極ターミナルとして機能することができる。換言すれば、上記突出型の第１端子部１３３は正極ターミナルとして特定でき、上記棒状の第２端子部１４２は負極ターミナルとして特定できる。このような本発明による円筒型電池セル組立体１００は、正極ターミナルと負極ターミナルとが同じ方向で隣接して位置するように構成されるため、他の部品との電気的連結を非常に簡単に具現することができる。
以上のような本発明によれば、所定の容量を有する並列で連結された円筒型電池セル１１０で構成された円筒型電池セル組立体１００が提供されるが、このような円筒型電池セル組立体１００を使用することで、バッテリーモジュール１０の電気的連結も簡単になり、多様な形態及び大きさで製作することができる。
以下、図６～図９を参照して上述した円筒型電池セル組立体１００を一構成要素として含むバッテリーモジュール１０について説明する。
これらの図面を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュール１０は、複数の円筒型電池セル組立体１００、上記円筒型電池セル組立体１００の上部を覆う絶縁プレート２００、円筒型電池セル組立体１００同士を電気的に連結するための複数のバスバー３００、並びに円筒型電池セル組立体１００の冷却のための放熱パッド４００及びヒートシンク５００をさらに含むことができる。
円筒型電池セル組立体１００は、バッテリーモジュール１０に求められる容量及び出力に応じてその個数が予め決められ、バッテリーモジュール１０内に連続的に密着して構成される。
例えば、図６～図７に示されたように、４個の円筒型電池セル組立体１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄがＸ軸方向に密着して連続的に配置される。本実施形態の場合、円筒型電池セル組立体１００は、上部から眺めたとき、それぞれ三角形の形態を成し、一つの円筒型電池セル組立体１００は隣接する他の一つの円筒型電池セル組立体１００と対称または逆相に連続して密着される。勿論、本実施形態のようなパターンで円筒型電池セル組立体１００をＸ軸方向に連続してさらに追加するか、Ｘ軸及びＹ軸方向にさらに追加することで、バッテリーモジュール１０の形態及び大きさを多様に構成することができる。
より具体的には、図８及び図９を参照すれば、円筒型電池セル組立体１００は、互いに隣接する円筒型電池セル組立体１００同士が逆相に配置されるため、互いに隣接する円筒型電池セル組立体１００の正極ターミナル１３３と負極ターミナル１４２も互いに対して逆相に配置される。したがって、４個の円筒型電池セル組立体１００は、Ｘ軸方向に沿って正極ターミナル１３３と負極ターミナル１４２とが２列で交互に位置するようになる。この場合、円筒型電池セル組立体１００同士を直列で連結する際、バスバー３００の取り付けパターンを非常に容易に具現することができる。
絶縁プレート２００は、例えば、雲母のような絶縁性及び耐熱性に優れた材質から、円筒型電池セル組立体１００の上部を覆うことのできる面積の板状に設けられる。絶縁プレート２００には予め決められた位置毎にインサート孔２１０が備えられる。
絶縁プレート２００を円筒型電池セル組立体１００の上端に取り付けるとき、円筒型電池セル組立体１００の正極ターミナル１３３と負極ターミナル１４２とが上記絶縁プレート２００のインサート孔２１０にそれぞれ挿入され、絶縁プレート２００上に露出することになる。このように絶縁プレート２００上に露出した正極ターミナル１３３と負極ターミナル１４２の一端は、バスバー３００の両端部に備えられた端子連結孔３１０に嵌められた状態でバスバー３００に溶接され得る。
図７及び図８を再度参照すれば、４個の円筒型電池セル組立体１００は、Ｘ軸方向に沿って正極ターミナル１３３と負極ターミナル１４２とが２列で交互に位置するように配列される。そして、第１円筒型電池セル組立体１００ａの正極ターミナル１３３とＸ軸方向で隣接する第２円筒型電池セル組立体１００ｂの負極ターミナル１４２とにバスバー３００が連結され、第２円筒型電池セル組立体１００ｂの正極ターミナル１３３とＸ軸方向で隣接する第３円筒型電池セル組立体１００ｃの負極ターミナル１４２とにバスバー３００が連結される。同様に、第３円筒型電池セル組立体１００ｃの正極ターミナル１３３と第４円筒型電池セル組立体１００ｄの負極ターミナル１４２とにバスバー３００が連結される。
本実施形態では説明の便宜上、４個の円筒型電池セル組立体１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを直列で連結した構成のみを説明したが、直線形バスバー３００の代りに、折り曲げられた構造のバスバー３００を使用するか又はバスバー３００の連結位置を調節することで、４個の円筒型電池セル組立体１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを直列及び並列で連結することもできる。したがって、このような構成によれば、バッテリーモジュール１０の直列／並列連結構成が全て上側で具現され、絶縁性及び電気的連結の便宜性を向上させることができる。
参考までに、図示してはいないが、それぞれの円筒型電池セル組立体１００において、セルトップカバー１２３上に正極ターミナル１３３及び負極ターミナル１４２が露出する位置は自在に設計変更可能である。例えば、正極ターミナル１３３の位置と負極ターミナル１４２の位置とがＹ軸方向を基準にして互いに逆である２種類の円筒型電池セル組立体１００を用いれば、２種類の円筒型電池セル組立体１００を隣接させて逆相に配置しても、これらの正極ターミナル１３３と負極ターミナル１４２とは互いに逆相に配置されない。この場合、同じ極性同士がＸ軸方向に配置されるため、並列で連結するとき、直線形のバスバー３００をそのまま使用することができ、バスバー３００の装着がさらに容易になる。
一方、円筒型電池セル組立体１００は、下部、すなわち円筒型電池セル１１０の下端部１１０ｃを冷却のための空間として活用することができる。
本実施形態によるバッテリーモジュール１０は、円筒型電池セル組立体１００の下部にヒートシンク５００を配置して、円筒型電池セル１１０から発生する熱をヒートシンク５００を通じて外部に放熱できるように構成されている。上記ヒートシンク５００は、例えば、内部流路に冷媒を通して熱接触によって円筒型電池セル１１０の熱を吸収することで、円筒型電池セル１１０を間接冷却する役割をする構成品であり得る。
また、円筒型電池セル組立体１００とヒートシンク５００との間には、放熱パッド４００がさらに介在され得る。上記放熱パッド４００は、不均一な円筒型電池セル組立体１００の下部との密着力が高められるように、その上面に円筒型電池セル組立体１００の下部に型合わせられる型合わせ部４１０をさらに備え得る。上記円筒型電池セル組立体からセルホルダー１２０の下側に露出した円筒型電池セルの下端部は、上記型合わせ部４１０内に型合わせられるように挿入できる。
このような放熱パッド４００によれば、円筒型電池セル１１０とヒートシンク５００との間の表面粗度差による空気層を無くすことができ、熱伝達効率を向上できるだけでなく、円筒型電池セル組立体１００の固定性を向上させることができる。
以上のような本発明による構成によれば、一つの円筒型電池セル１１０から発火しても、周辺の円筒型電池セル１１０の連鎖発火を防止できて安全であり、電気的連結構造が空間効率的であるバッテリーモジュール１０を提供することができる。また、円筒型電池セル組立体１００の個数を加減してバッテリーモジュール１０を多様な大きさ及び容量で製作することができる。
本発明によるバッテリーパックは、本発明による上述したバッテリーモジュール１０を一つ以上含むことができる。また、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュール１０の外に、バッテリーモジュール１０を収納するためのパックケース、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の装置、例えばＢＭＳ、電流センサ、ヒューズなどをさらに含み得る。
一方、本明細書における上、下、左、右、前、後のような方向を示した用語は、説明の便宜上使用されたものに過ぎず、対象になる物の位置や観測者の位置などによって変り得ることは本発明の当業者に自明である。
以上のように、本発明を限定された実施形態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。
１０ バッテリーモジュール
１００ 円筒型電池セル組立体
１１０ 円筒型電池セル
１１０ａ トップキャップ
１１０ｂ 電池缶
１１０ｃ 下端部
１２０ セルホルダー
１２１ 単位セルボディカバー
１２３ セルトップカバー
１２４ 第１電極用孔
１２５ 第２端子用孔
１３０ 第１電極連結部材
１３１ 第１電極接続部
１３２ 導体パターン部
１３３ 第１端子部、正極ターミナル
１４０ 第２電極連結部材
１４１ 第２電極接続部
１４２ 第２端子部、負極ターミナル
２００ 絶縁プレート
２１０ インサート孔
３００ バスバー
３１０ 端子連結孔
４００ 放熱パッド
４１０ 型合わせ部
５００ ヒートシンク

Claims (16)

  1. 電極端子が上端及び下端に形成され、同一極性同士が同じ方向に向かうように起立して配置される複数の円筒型電池セルと、
    前記複数の円筒型電池セルを一つの束単位で拘束するセルホルダーと、
    前記セルホルダーの上部に位置して前記複数の円筒型電池セルそれぞれの上端に位置した第１電極同士を電気的に連結する第１電極連結部材と、
    前記複数の円筒型電池セルそれぞれの下端に位置した第２電極同士を電気的に連結する第２電極連結部材とを含み、
    前記第２電極連結部材は、前記セルホルダーの下部に位置して前記第２電極と接触するように配置される第２電極接続部と、前記第２電極接続部から前記セルホルダーの内側に形成される前記複数の円筒型電池セルで囲まれた空間を通じて垂直に延び、一端が前記セルホルダー上に配置される棒状の第２端子部とを含むことを特徴とする円筒型電池セル組立体。
  2. 電極端子が上端及び下端に形成され、同一極性同士が同じ方向に向かうように起立して配置される複数の円筒型電池セルと、
    前記複数の円筒型電池セルを一つの束単位で拘束するセルホルダーと、
    前記セルホルダーの上部に位置して前記複数の円筒型電池セルそれぞれの上端に位置した第１電極同士を電気的に連結する第１電極連結部材と、
    前記複数の円筒型電池セルそれぞれの下端に位置した第２電極同士を電気的に連結する第２電極連結部材とを含み、
    前記第２電極連結部材は、前記セルホルダーの下部に位置して前記第２電極と接触するように配置される第２電極接続部と、前記第２電極接続部から前記セルホルダーの内側に形成される空いた空間を通じて垂直に延び、一端が前記セルホルダー上に配置される棒状の第２端子部とを含み、
    前記セルホルダーは、前記複数の円筒型電池セルがそれぞれ嵌合可能に円筒状に設けられる単位セルボディカバーを含み、
    前記単位セルボディカバーは、３個以上が一体として形成され、前記空いた空間は互いに当接する少なくとも３個の単位セルボディカバーで囲まれた領域であることを特徴とする円筒型電池セル組立体。
  3. 前記セルホルダーは、前記複数の円筒型電池セルがそれぞれ嵌合可能に円筒状に設けられる単位セルボディカバーを含み、
    前記単位セルボディカバーは、隣接するもの同士の円周面が当接して三角形の形態に配列されることを特徴とする請求項１に記載の円筒型電池セル組立体。
  4. 前記単位セルボディカバーは、３個以上が一体として形成され、前記空いた空間は互いに当接する３個の単位セルボディカバーで囲まれた領域であることを特徴とする請求項３に記載の円筒型電池セル組立体。
  5. 前記セルホルダーは、前記円筒型電池セルの前記第１電極のみを外部に露出させる第１電極用孔を備え、前記単位セルボディカバーの上端に取り付け可能に設けられるセルトップカバーをさらに含むことを特徴とする請求項２～請求項４のいずれか一項に記載の円筒型電池セル組立体。
  6. 前記単位セルボディカバーは、前記円筒型電池セルよりも長さが短く形成されて前記円筒型電池セルが前記単位セルボディカバーの下側に露出することを特徴とする請求項２～請求項５のうちいずれか一項に記載の円筒型電池セル組立体。
  7. 前記セルトップカバーは、前記棒状の第２端子部の一端が垂直に通過するように設けられる第２端子用孔をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の円筒型電池セル組立体。
  8. 前記セルホルダーは、雲母または合成雲母材質から形成されたことを特徴とする請求項１～請求項７のうちいずれか一項に記載の円筒型電池セル組立体。
  9. 前記第１電極連結部材は、前記第１電極用孔に対応するサイズで形成され、それぞれ前記第１電極用孔に挿入されて前記第１電極に接触する第１電極接続部と、前記第１電極接続部同士を電気的に連結する導体パターン部と、前記導体パターン部上で一端が前記棒状の第２端子部と同じ高さで突設される突出型の第１端子部とを含むことを特徴とする請求項５または請求項７に記載の円筒型電池セル組立体。
  10. 請求項１～請求項９のうちいずれか一項に記載の円筒型電池セル組立体を含むバッテリーモジュール。
  11. 請求項１～請求項８のうちいずれか一項に記載の円筒型電池セル組立体を含むバッテリーモジュールであって、
    前記第１電極連結部材は、前記棒状の第２端子部と同じ高さで突設される突出型の第１端子部を備え、前記円筒型電池セル組立体は、上部から眺めたとき、それぞれ三角形の形態を成し、隣接するもの同士が、三角形が互いに逆向きになるように連続して密着配列されることを特徴とするバッテリーモジュール。
  12. 予め決められた位置毎に前記突出型の第１端子部及び前記棒状の第２端子部の一端がそれぞれ挿入可能に形成されたインサート孔を備え、前記円筒型電池セル組立体の上部を覆う絶縁プレートと、
    前記突出型の第１端子部と前記棒状の第２端子部とを選択的に連結するバスバーとを含むことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
  13. 前記円筒型電池セル組立体の下部に位置して前記円筒型電池セルの熱を吸収するヒートシンクと、前記円筒型電池セル組立体と前記ヒートシンクとの間に介在される放熱パッドとをさらに含み、
    前記放熱パッドは上面に前記円筒型電池セル組立体の下部と型合わせられる型合わせ部を備えることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
  14. 請求項１０～請求項１２のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含むことを特徴とするバッテリーパック。
  15. 電極端子が上端及び下端に形成され、同一極性同士が同じ方向に向かうように起立して配置される複数の筒型電池セルと、
    前記複数の筒型電池セルそれぞれの上端に位置した第１電極同士を電気的に連結する第１電極連結部材と、
    前記複数の筒型電池セルそれぞれの下端に位置した第２電極同士を電気的に連結する第２電極連結部材とを含み、
    前記第２電極連結部材は、前記複数の筒型電池セルの下部に位置して前記第２電極と接触するように配置される第２電極接続部と、前記第２電極接続部から前記複数の筒型電池セルで囲まれた空間を通じて上方に延び、一端が前記複数の筒型電池セルの上部に配置される棒状の第２端子部とを含むことを特徴とする筒型電池セル組立体。
  16. 電極端子が上端及び下端に形成され、同一極性同士が同じ方向に向かうように起立して配置される複数の筒型電池セルと、
    前記複数の筒型電池セルそれぞれの上端に位置した第１電極同士を電気的に連結する第１電極連結部材と、
    前記複数の筒型電池セルそれぞれの下端に位置した第２電極同士を電気的に連結する第２電極連結部材とを含み、
    前記第２電極連結部材は、前記複数の筒型電池セルの下部に位置して前記第２電極と接触するように配置される第２電極接続部と、前記第２電極接続部から前記複数の筒型電池セルの間の空間を通じて上方に延び、一端が前記複数の筒型電池セルの上部に配置される棒状の第２端子部とを含み、
    前記複数の円筒型電池セルはそれぞれ、筒状の単位セルボディカバー内に嵌合されて保持され、
    前記単位セルボディカバーは、３個以上が一体として形成され、前記空間は互いに当接する少なくとも３個の単位セルボディカバーで囲まれた領域であることを特徴とする筒型電池セル組立体。
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