JP7046159B2 - バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、バッテリーセルの損傷なくハウジングの分解が可能なバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関する。
本出願は、2018年5月3日出願の韓国特許出願第10-2018-0051135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。
モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、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用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、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広く用いられている。
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挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。
リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何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、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。そして、多様な種類の二次電池は、バッテリーセルを保護できるハウジングを備える。
図1は、従来のバッテリーモジュールにおいてハウジングを構成する側面プレートと上部プレートとが結合した様子を概略的に示した斜視図及び部分断面図である。
図1を参照すれば、従来のバッテリーモジュール1のハウジング2は、側面プレート3と上部プレート4とが端部で溶接によって結合する(図1の部分拡大図を参照)。そして、バッテリーモジュール1の期待寿命が終了すれば、ハウジング2に収容されたバッテリーセル5を除去するためにハウジング2を分解し、この際、グラインダーを用いて側面プレート3と上部プレート4との接合部分を切断すれば、グラインダーから発生する振動や衝撃などによってバッテリーセル5が損傷してしまい、火事が発生することがあった。このようなバッテリーセル5の損傷による火事の発生を防止するために、ハウジング2を分解する前、塩水を用いてバッテリーセル5を放電する過程が必ず必要であった。
しかし、従来技術の場合、バッテリーセル5を必ず塩水処理しなくてはいけないため、多くの費用および時間が必要となる問題点がある。また、塩水処理過程を経ることが容易でないだけでなく、全てのバッテリーセルを塩水処理することから、複数のバッテリーセルのうち再使用可能なバッテリーセルがあるとしても、塩水処理によってバッテリーセル5の再使用が不可能であるという問題点がある。
本発明は、バッテリーセルの損傷なくハウジングを分解できるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することを目的とする。
また、本発明は、ハウジングの分解時、バッテリーセルの損傷による火事の発生が防止されるので、バッテリーセルの塩水処理過程が不要となり、これによって、バッテリーセルの再使用が可能なバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック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、本発明の一面によれば、複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、前記バッテリーセル積層体が収容されるハウジングと、を含み、前記ハウジングには前記ハウジングの分解のための分解ガイドが形成されたことを特徴とするバッテリーモジュールを提供することができる。
また、前記ハウジングは、上部カバー、下部カバー及び側面カバーを含み、前記分解ガイドは、前記側面カバーに形成され得る。
そして、前記分解ガイドは、前記側面カバーの一側端部に長手方向に沿って形成されたガイド溝として設けられ得る。
また、前記ガイド溝は、前記側面カバーの上側端部の中心部に形成され得る。
そして、前記上部カバーは、折り曲げられるように形成され、前記側面カバーに結合し得る。
前記上部カバーは、前記側面カバーの上側に結合する第1結合部と、前記第1結合部から折り曲げられ、前記側面カバーの側面に結合する第2結合部と、を含み得る。
そして、前記側面カバーの側面には、前記第2結合部が据え付けられる据付け溝が形成され得る。
また、前記上部カバーは、前記第2結合部にて溶接によって前記側面カバーに結合し得る。
前記第1結合部は、前記ガイド溝を基準にして前記ガイド溝から前記第2結合部に近づく側で前記側面カバーに接触する外側部と、前記ガイド溝を基準にして前記第2結合部から遠ざかる側で前記側面カバーに接触する内側部と、を含み、前記外側部にて溶接によって前記側面カバーに結合し得る。
また、前記第1結合部には、前記ガイド溝の対応位置に、前記ガイド溝よりも小さい大きさの切断導入溝が形成され得る。
なお、本発明の他面によれば、前述のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックを提供することができる。
本発明の実施例によれば、ハウジングに形成された分解ガイドによってバッテリーセルの損傷なくハウジングを分解することができる。
また、ハウジングの分解時、バッテリーセルの損傷による火事の発生を防止することができるので、バッテリーセルの塩水処理過程が不要となり、これによって、バッテリーセルの再使用が可能となる。
従来のバッテリーモジュールにおいて、ハウジングを構成する側面プレートと上部プレートとが結合した様子を概略的に示した斜視図及び部分断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した全体斜視図である。 図2のA部分の拡大図である。 図3において、上部カバーが側面カバーに結合する前の様子を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、分解ガイドに沿って上部カバーが切断される様子を概略的に示した斜視図である。 図5の上部カバーの切断が完了した様子を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、上部カバーが切断されて側面カバーから分離した様子を概略的に示した斜視図である。
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。
図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。
本明細書において使用される「結合」または「連結(接続)」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、直接連結(接続)される場合のみならず、一つの部材が継ぎ部材を介して他の部材に間接的に接合するか、間接的に連結(接続)される場合をも含む。
図2は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した全体斜視図であり、図3は、図2のA部分の拡大図であり、図4は、図3において、上部カバーが側面カバーに結合する前の様子を概略的に示した斜視図である。
図2~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、バッテリーセル積層体100と、ハウジング200と、を含み、ハウジング200に分解ガイド221が形成される。
バッテリーセル積層体100は、複数のバッテリーセル110が積層されるように構成され得る。バッテリーセル110は、多様な構造を有することができ、さらに、複数のバッテリーセル110は、多様な方式で積層可能である。バッテリーセル110は、正極板/セパレータ/負極板の順に配列される単位セル(Unit Cell)、または、正極板/セパレータ/負極板/セパレータ/正極板/セパレータ/負極板の順に配列されたバイセル(Bi-Cell)を電池容量に合わせて複数個を積層した構造を有し得る。
バッテリーセル110には、電極リードが備えられ得る。電極リードは、外部に露出して外部機器に連結される一種の端子であって、伝導性材質からなり得る。電極リードは、正極電極リード及び負極電極リードを含み得る。正極電極リードと負極電極リードとは、バッテリーセル110の長手方向において相互反対方向に位置してもよく、または、正極電極リードと負極電極リードとがバッテリーセル110の長手方向において相互同じ方向に位置してもよい。
バッテリーセル積層体100は、バッテリーセル110を収納する複数のカートリッジ(図示せず)を備え得る。各々のカートリッジ(図示せず)は、プラスチックの射出成形によって製造でき、バッテリーセル110を収納できる収納部が形成された複数のカートリッジ(図示せず)が積層され得る。複数のカートリッジ(図示せず)が積層されたカートリッジ組立体には、コネクター要素または端子要素が備えられ得る。コネクター要素は、例えば、バッテリーセル110の電圧または温度に関わるデータを提供できるBMS(Battery Management System,図示せず)などに接続するための多様な形態の電気的接続部品または接続部材が含まれ得る。そして、端子要素は、バッテリーセル110に接続するメイン端子として、正極端子および負極端子を含み、端子要素には、ターミナルボルトが備えられ、外部と電気的に接続し得る。一方、バッテリーセル110は、多様な形状を有し得る。
ハウジング200は、バッテリーセル積層体100が収容されるように設けられる。ここで、図2を参照すれば、ハウジング200は、上部カバー210、下部カバー230及び側面カバー220を含み得、上部カバー210、下部カバー230及び側面カバー220によって形成される内部空間にバッテリーセル積層体100が収容され得る。下部カバー230と側面カバー220とは一体に形成してもよく、または、下部カバー230と側面カバー220とが分離して製作された後、溶接などによって結合してもよい。但し、上部カバー210は、側面カバー220から分離して製作された後、側面カバー220に溶接などによって結合する。一方、後述する分解ガイド221は、側面カバー220において上部カバー210と結合する位置に形成してもよく、側面カバー220において下部カバー230と結合する位置に形成してもよく、また、側面カバー220において上部カバー210と結合する位置と、側面カバー220において下部カバー230と結合する位置の両方に形成可能である。ここで、分解ガイド221が側面カバー220において下部カバー230と結合する位置に形成される場合、下部カバー230と側面カバー220とは分離して製作された後、溶接などで結合する。
ハウジング200の側面カバー220には、ハウジング200の分解のための分解ガイド221(図3及び図4参照)が形成され得る。分解ガイド221は、図4を参照すれば、側面カバー220の一側端部、例えば、側面カバー220の上側端部の中心部に長手方向に沿って形成されたガイド溝222として設けられ得る。ガイド溝222についての詳しい説明は後述するが、グラインダーに備えられた研磨用砥石の移動をガイドできる。即ち、作業者がガイド溝222に沿って研磨用砥石を移動させながら上部カバー210を切断することができる。但し、上部カバー210の切断は必ずしもグラインダーに限定されず、多様な方式で切断可能であるが、説明の便宜のために、以下では上部カバー210がグラインダーによって切断される場合に限定して説明するが、このような説明が権利範囲を限定することではない。
ハウジング200の上部カバー210は、折り曲げられるように形成され、側面カバー220に結合し得る(図3参照)。そして、上部カバー210の折り曲げ部分で溶接によって側面カバー220に結合し得る。例えば、上部カバー210は、第1結合部211及び第2結合部212を含み得、第1結合部211は、図3を基準で側面カバー220の上側に結合し、第2結合部212は、第1結合部211から折り曲げられ、図3を基準で側面カバー220の側面に結合し得る。ここで、側面カバー220の側面には、第2結合部212が据え付けられる据付け溝223(図4参照)が形成され得る。
即ち、上部カバー210は、平板形状の第1結合部211と、第1結合部211の端部からほぼ垂直に折り曲げられて延びる第2結合部212と、を含み得る。第2結合部212は、側面カバー220の側面に形成された据付け溝223に据え付けられ得る。そして、第1結合部211から折り曲げられた第2結合部212と側面カバー220の側面とが溶接によって接合されるため、上部カバー210は、第2結合部212にて溶接によって側面カバー220に接合する。このような方式で上部カバー210と側面カバー220とが結合すれば、上部カバー210の第2結合部212は、側面カバー220の側面に接合されるが、上部カバー210の第1結合部211は、側面カバー220の上側に接触しているだけで、接合されてはいない。
ここで、作業者がグラインダーを使って側面カバー220に形成されたガイド溝222に沿って上部カバー210を切断すれば、第2結合部212は、依然として側面カバー220の側面に接合されているが、側面カバー220に接合されていない第1結合部211は、側面カバー220から接触が解除可能であるため、これによって、上部カバー210を側面カバー220から分離することができる。ここで、グラインダーは、ガイド溝222に沿って移動するため、図3を基準でガイド溝222の左側に側面カバー220の一部(図3及び図4のa部分を参照)が位置し、これによって、バッテリーセル110は、側面カバー220の一部(図3及び図4のa部分)によってグラインダーから保護されるので、ハウジング200の分解時、バッテリーセル110の損傷が防止され、これによって、バッテリーセル110の損傷による火事の発生も防止される。
そして、図3及び図4を参照すれば、切断導入溝217は、第1結合部211に形成され得る。切断導入溝217は、ガイド溝222の対応位置においてガイド溝222よりも小さい大きさで第1結合部211に形成され得る。切断導入溝217は、グラインダーに備えられた研磨用砥石が正確な位置で上部カバー210の切断を開始するように、上部カバー210の切断開始部分をガイドする。
一方、上部カバー210と側面カバー220との溶接結合の他の実施例について説明する。図3及び図4を参照すれば、第1結合部211は、外側部215及び内側部216を含み得る。外側部215は、ガイド溝222を基準として、ガイド溝222から第2結合部212に近づく側で側面カバー220に接触する部分であり、内側部216は、ガイド溝222を基準として第2結合部212から遠ざかる側で側面カバー220に接触する部分である。そして、第1結合部211は、外側部215にて溶接によって側面カバー220に接合され得る。即ち、前述の実施例が、上部カバー210の第2結合部212でのみ溶接によって側面カバー220の側面に接合される場合であれば、本実施例は、第2結合部212における溶接有無に関わらず第1結合部211の外側部215にて溶接によって側面カバー220に接合される場合である。即ち、本実施例の場合、第2結合部212が側面カバー220の側面に溶接によって接合された後、第1結合部211の外側部215が溶接によって側面カバー220に接合されるように設けられ得、または、第2結合部212は、側面カバー220に接合されず、第1結合部211の外側部215のみが溶接によって側面カバー220に接合されるように設けられ得る。
一方、さらに他の実施例で、上部カバー210が折り曲げられていない扁平なプレートとして設けられ、側面カバー220に接合された場合が挙げられる。本実施例において、上部カバー210は折り曲げられていないので、前述の実施例の場合を例に挙げて説明すれば、上部カバー210は、第2結合部212なく第1結合部211のみが存在する場合に当たる。そして、側面カバー220には、据付け溝223が形成されない。第2結合部212がないため、上部カバー210は、第1結合部211の外側部215でのみ溶接によって側面カバー220に接合され得る。
以下では、上部カバー210の切断によって側面カバー220から上部カバー210を分離する過程について詳しく説明する。
図5は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、分解ガイドに沿って上部カバーが切断される様子を概略的に示した斜視図であり、図6は、図5の上部カバーの切断が完了した様子を概略的に示した斜視図であり、図7は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、上部カバーが切断されて側面カバーから分離した様子を概略的に示した斜視図である。
図5では、グラインダーを図示していないが、図5の矢印X方向へグラインダーが移動しながら上部カバー210が切断される場合について説明する。図5を参照すれば、グラインダーに備えられた研磨用砥石が上部カバー210の第1結合部211に形成された切断導入溝217に進入して上部カバー210の切断を開始し、側面カバー220に形成されたガイド溝222に沿って図5の矢印X方向へ移動しながら上部カバー210を切断する。図6を参照すれば、グラインダーによって上部カバー210が完全に切断され、上部カバー210は、第1結合部211の外側部215及び第2結合部212が側面カバー220に結合しており、第1結合部211の内側部216は、側面カバー220から接触解除可能である。そして、図7を参照すれば、上部カバー210が側面カバー220から完全に分離され、ハウジング200に収容されたバッテリーセル積層体100がハウジング200から搬出できる。ここで、グラインダーに備えられた研磨用砥石は、側面カバー220に形成されたガイド溝222に沿って移動するので、バッテリーセル110と研磨用砥石との間には、側面カバー220の一部(図3及び図4のa部分を参照)が位置し、このような側面カバー220の一部(図3及び図4のa部分)によって、バッテリーセル110が研磨用砥石から損傷することを防止することができる。即ち、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール10の場合、バッテリーセル110の損傷防止及びバッテリーセル110の損傷による火事の発生を防止することができるので、バッテリーセル110の塩水処理過程が不要となり、これによって、バッテリーセル110を再使用することができる効果を奏する。
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、前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を一つ以上含み得る。また、上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に加え、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、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
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こ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 バッテリーセル積層体
110 バッテリーセル
200 ハウジング
210 上部カバー
211 第1結合部
212 第2結合部
215 外側部
216 内側部
217 切断導入溝
220 側面カバー
221 分解ガイド
222 ガイド溝
223 据付け溝
230 下部カバー

Claims (9)

  1. 複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、
    上部カバー、下部カバー及び側面カバーを含み、前記バッテリーセル積層体が収容されるハウジングと、を含み、
    前記上部カバーまたは前記下部カバーを切断するための切断具をガイドする分解ガイドが、前記上部カバーまたは前記下部カバーに対向する前記側面カバーの一側端部に長手方向に沿って形成されたガイド溝として設けられることを特徴とするバッテリーモジュール(前記上部カバーまたは前記下部カバーに形成された凸部が前記ガイド溝に挿入されているものを除く)
  2. 前記ガイド溝は、前記側面カバーの上側端部の中心部に形成された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. 前記上部カバーは、前記側面カバーの方へ折り曲げられるように形成され、前記側面カバーに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. 前記上部カバーは、
    前記側面カバーの上側に結合する第1結合部と、
    前記第1結合部から前記側面カバーの方へ折り曲げられ、前記側面カバーの主面に結合する第2結合部と、を含む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. 複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、
    上部カバー、下部カバー及び側面カバーを含み、前記バッテリーセル積層体が収容されるハウジングと、を含み、
    前記上部カバーまたは前記下部カバーを切断するための切断具をガイドする分解ガイドが、前記上部カバーまたは前記下部カバーに対向する前記側面カバーの一側端部に長手方向に沿って形成されたガイド溝として設けられ、
    前記ガイド溝は、前記側面カバーの上側端部の中心部に形成され、
    前記上部カバーは、前記側面カバーの方へ折り曲げられるように形成され、前記側面カバーに結合し、
    前記上部カバーは、
    前記側面カバーの上側に結合する第1結合部と、
    前記第1結合部から前記側面カバーの方へ折り曲げられ、前記側面カバーの主面に結合する第2結合部と、を含み、
    前記側面カバーの主面には、前記第2結合部が据え付けられる据付け溝が形成されたことを特徴とするバッテリーモジュール。
  6. 複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、
    上部カバー、下部カバー及び側面カバーを含み、前記バッテリーセル積層体が収容されるハウジングと、を含み、
    前記上部カバーまたは前記下部カバーを切断するための切断具をガイドする分解ガイドが、前記上部カバーまたは前記下部カバーに対向する前記側面カバーの一側端部に長手方向に沿って形成されたガイド溝として設けられ、
    前記ガイド溝は、前記側面カバーの上側端部の中心部に形成され、
    前記上部カバーは、前記側面カバーの方へ折り曲げられるように形成され、前記側面カバーに結合し、
    前記上部カバーは、
    前記側面カバーの上側に結合する第1結合部と、
    前記第1結合部から前記側面カバーの方へ折り曲げられ、前記側面カバーの主面に結合する第2結合部と、を含み、
    前記上部カバーは、前記第2結合部において溶接によって前記側面カバーに結合することを特徴とするバッテリーモジュール。
  7. 複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、
    上部カバー、下部カバー及び側面カバーを含み、前記バッテリーセル積層体が収容されるハウジングと、を含み、
    前記上部カバーまたは前記下部カバーを切断するための切断具をガイドする分解ガイドが、前記上部カバーまたは前記下部カバーに対向する前記側面カバーの一側端部に長手方向に沿って形成されたガイド溝として設けられ、
    前記ガイド溝は、前記側面カバーの上側端部の中心部に形成され、
    前記上部カバーは、前記側面カバーの方へ折り曲げられるように形成され、前記側面カバーに結合し、
    前記上部カバーは、
    前記側面カバーの上側に結合する第1結合部と、
    前記第1結合部から前記側面カバーの方へ折り曲げられ、前記側面カバーの主面に結合する第2結合部と、を含み、
    前記第1結合部は、前記ガイド溝を基準にして前記ガイド溝から前記第2結合部に近づく側で前記側面カバーに接触する外側部と、前記ガイド溝を基準にして前記第2結合部から遠ざかる側で前記側面カバーに接触する内側部と、を含み、前記外側部にて溶接によって前記側面カバーに結合することを特徴とするバッテリーモジュール。
  8. 複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、
    上部カバー、下部カバー及び側面カバーを含み、前記バッテリーセル積層体が収容されるハウジングと、を含み、
    前記上部カバーまたは前記下部カバーを切断するための切断具をガイドする分解ガイドが、前記上部カバーまたは前記下部カバーに対向する前記側面カバーの一側端部に長手方向に沿って形成されたガイド溝として設けられ、
    前記ガイド溝は、前記側面カバーの上側端部の中心部に形成され、
    前記上部カバーは、前記側面カバーの方へ折り曲げられるように形成され、前記側面カバーに結合し、
    前記上部カバーは、
    前記側面カバーの上側に結合する第1結合部と、
    前記第1結合部から前記側面カバーの方へ折り曲げられ、前記側面カバーの主面に結合する第2結合部と、を含み、
    前記第1結合部には、前記ガイド溝の対応位置に、前記ガイド溝よりも小さい大きさの切断導入溝が形成されたことを特徴とするバッテリーモジュール。
  9. 請求項1から請求項8の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。
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