JP7083853B2 - 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する。
本出願は、２０１７年１２月２０日出願の韓国特許出願第１０－２０１７－０１７６３３８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～４．６Ｖ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。ここで、バッテリーモジュールやバッテリーパックを構成するバッテリーセルは、通常、容易に相互に積層可能な利点を有するパウチ型二次電池として備えられる。
従来のバッテリーモジュールは、通常、少なくとも一つのバッテリーセルと、少なくとも一つのバッテリーセルをパッケージングするモジュールケースと、を含んで構成される。ここで、モジュールケースは、少なくとも一つのバッテリーセルの上側を覆う上部カバーと、上部カバーと結合し、少なくとも一つのバッテリーセルの両側面及び下側などを覆うサイドプレートと、を含んで構成される。このような従来のバッテリーモジュールにおいて、モジュールケースの上部カバー及びサイドプレートは全て金属材質として備えられて溶接結合によって相互に結合していた。
しかし、最近、スリム化のトレンドによるバッテリーモジュールの軽量化のために、上部カバーの場合、プラスチック複合素材として備えられる傾向にある。この場合、プラスチック材質の上部カバーと金属材質のサイドプレートとの溶接結合時、結合強度の確保が重要なイシューとなる。また、このような非金属材質と金属材質との溶接によって、溶接結合時における溶接品質の確認可否なども製造時における重要な考慮事項となっている。
本発明は、モジュールケースの上部カバーとサイドプレートとの溶接結合時、結合強度を確保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、モジュールケースの上部カバーとサイドプレートとの溶接結合時、溶接品質の検査を容易に行うことが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他の目的とする。
また、本発明は、モジュールケースの上部カバーとサイドプレートとの溶接結合時、別の溶接用密着ガイドジグを用いることなく溶接工程を行うことが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さらに他の目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、少なくとも一つのバッテリーセルと、前記少なくとも一つのバッテリーセルをパッケージングするモジュールケースと、を含むバッテリーモジュールであって、前記モジュールケースは、前記少なくとも一つのバッテリーセルの上側を覆う上部カバーと、前記上部カバーの両側面及び前記少なくとも一つのバッテリーセルの両側面を共に多い、前記上部カバーと嵌合によって結合するサイドプレートと、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。
前記上部カバーの両側面には、前記サイドプレートと嵌合される少なくとも一つの嵌合リブが形成され得る。
前記嵌合リブは、複数個が設けられ、前記複数個の嵌合リブは、相互に所定の距離で離隔して配置され、相互に所定のギャップを形成し得る。
前記上部カバーと前記サイドプレートとは、嵌合された後、相互に溶接結合し得る。
前記複数個の嵌合リブは、前記溶接によって溶融変形されながら前記所定のギャップを埋め得る。
前記所定のギャップは、使用者が外観を確認できるように前記モジュールケースの外に露出され得る。
前記上部カバーの下面には、前記少なくとも一つのバッテリーセルのスウェリング時、前記サイドプレートの変形を防止するための少なくても一つの変形防止リブが形成され得る。
前記サイドプレートには、前記少なくとも一つの変形防止リブが挿入される少なくとも一つの変形防止リブ挿入溝が形成され得る。
前記上部カバーは、プラスチック複合材質で設けられ、前記サイドプレートは、金属材質で設けられ得る。
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。
以上のような多様な実施例によって、モジュールケースの上部カバーとサイドプレートとの溶接結合時、結合強度を確保することが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ができる。
また、本発明の多様な実施例によって、モジュールケースの上部カバーとサイドプレートとの溶接結合時、溶接品質の検査を容易に行うことが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ができる。
さらに、本発明の多様な実施例において、モジュールケースの上部カバーとサイドプレートとの溶接結合時、別の溶接用密着ガイドジグを用いることなく溶接工程を行うことが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モジュールケースの上部カバー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モジュールケースのサイドプレート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モジュールケースの溶接前の組立て工程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モジュールケースの溶接前の組立て工程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モジュールケースの溶接工程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モジュールケースの溶接後の様子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モジュールケースの溶接後の様子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。
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。なお、本明細書に添付の図面における要素の形状、大きさ、縮尺または比率などは、より明確な説明を強調するために誇張され得る。
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モジュールケースの上部カバーを説明するための図であり、図３は、図１のバッテリーモジュールのモジュールケースのサイドプレートを説明するための図である。
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１００及びモジュールケース２００を含み得る。
前記バッテリーセル１００は、少なくとも一つまたはそれ以上の複数個が設けられ得る。このような前記バッテリーセル１００は、二次電池として備えられ得、例えば、パウチ型二次電池であり得る。
前記モジュールケース２００は、前記バッテリーセル１００をパッケージングするためのものであって、前記バッテリーセル１００を収容できる収容空間を備え得る。このような前記モジュールケース２００は、上部カバー２２０及びサイドプレート２６０を含み得る。
前記上部カバー２２０は、前記バッテリーセル１００の上側を覆い得る。このような前記上部カバー２２０は、最近のスリム化トレンドによる製品軽量化の趨勢に合わせてプラスチック材質として備えられ得る。例えば、前記上部カバー２２０は、強化プラスチックであって、ガラス繊維強化プラスチック（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ， ＧＦＲＰ）材質として備えられ得る。
このような前記上部カバー２２０には、嵌合リブ２２２及び変形防止リブ２２６が備えられ得る。
前記嵌合リブ２２２は、前記上部カバー２２０の両側面に備えられ、後述するサイドプレート２６０と嵌合によって結合し得る。このような前記嵌合リブ２２２は、少なくとも一つまたはそれ以上の複数個で設けられ得る。
前記複数個の嵌合リブ２２２は、相互に所定の距離で離隔して配置され、相互に所定のギャップＧ（図４及び図５参照）を形成し得、このような前記所定のギャップＧ（図４及び図５参照）は、後述する溶接Ｓ（図６～図８参照）による前記嵌合リブ２２２の溶融変形で埋められ得る。即ち、前記複数個の嵌合リブ２２２は、後述する溶接Ｓによって溶融変形されながら前記所定のギャップＧを埋めることができる。
前記変形防止リブ２２６は、前記バッテリーセル１００のスウェリング時、前記スウェリングによる後述するサイドプレート２６０の変形を防止するためのものであって、前記上部カバー２２０の下面に備えられ得る。
前記サイドプレート２６０は、前記上部カバー２２０の両側面と前記バッテリーセル１００の両側面とを共に覆い得る。また、前記サイドプレート２６０は、前記バッテリーセル１００の底部を覆うことも可能である。即ち、前記モジュールケース２００は、別の下部カバーの代りに前記サイドプレート２６０によって前記バッテリーセル１００の底部を覆うことも可能である。
このような前記サイドプレート２６０は、金属材質で設けられ得る。例えば、アルミニウム材質として備えられ得る。前記サイドプレート２６０は、前記上部カバー２２０と嵌合及び溶接結合によって相互に結合できる。具体的に、前記サイドプレート２６０と前記上部カバー２２０は、嵌合された後、相互に溶接結合によって相互に結合できる。
前記サイドプレート２６０の前記上部カバー２２０と溶接される溶接界面には、レーザーパターニングＰが行われ得る。この際、前記サイドプレート２６０の溶接界面の前方には、レーザーパターニングＰを邪魔する構造がないため、このようなレーザーパターニングＰのとき、干渉などの問題が発生しない。
このような前記サイドプレート２６０には、変形防止リブ挿入溝２６５が備えられ得る。
前記変形防止リブ挿入溝２６５は、前記サイドプレート２６０の上側に備えられ、前記変形防止リブ２２６が挿入され得る。このような前記変形防止リブ２２６の挿入によって前記サイドプレート２６０は、前記バッテリーセル１００のスウェリング時、前記バッテリーセル１００の膨張による加圧によって変形される危険を最小化することができる。
以下では、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の前記モジュールケース２００の組立て工程についてより具体的に説明する。
図４及び図５は、図１のバッテリーモジュールのモジュールケースの溶接前の組立て工程を説明するための図である。
図４及び図５を参照すれば、先ず、作業者等は、前記サイドプレート２６０の内側にバッテリーセル１００を配置した後、前記バッテリーセル１００の上側で前記サイドプレート２６０の方向へ前記上部カバー２２０を加圧し、前記上部カバー２２０と前記サイドプレート２６０とを相互に結合させることができる。
この際、前記上部カバー２２０の前記複数個の嵌合リブ２２２によって前記上部カバー２２０と前記サイドプレート２６０とは、相互に嵌合によって結合できる。
これによって、前記サイドプレート２６０には、嵌合による加圧力Ｆ、即ち、前記サイドプレート２６０には復元力Ｆが発生し、前記上部カバー２２０の水平方向から前記サイドプレート２６０が前記上部カバー２２０側を加圧できる。
一方、前記複数個の嵌合リブ２２２の間及び前記複数個の嵌合リブ２２２の上下側には各々所定のギャップＧが形成され得る。前記所定のギャップＧの幅は約０．５ｍｍであり得、前記所定のギャップＧは、使用者が外観を確認できるように前記モジュールケース２００に露出され得る。
前記作業者等は、前記所定のギャップＧの幅などを目視で確認して前記幅の形状や大きさなどを比較することで嵌合による結合がまともに行われたか否かを容易に確認することができる。
図６は、図１のバッテリーモジュールのモジュールケースの溶接工程を説明するための図である。
図６を参照すれば、その後、前記作業者等は、前記サイドプレート２６０の上端部の外側で溶接Ｓによって前記サイドプレート２６０と前記上部カバー２２０とをさらに結合させることができる。前記溶接Ｓは、レーザービームを照射する方式のレーザー溶接であり得る。
このような前記溶接Ｓ時において、前記サイドプレート２６０の前記復元力Ｆによって、前記サイドプレート２６０が前記上部カバー２２０を加圧するため、別の溶接のための溶接用密着ガイドジグなどが不要となり、前記溶接Ｓのとき十分な結合強度を確保することができる。
一方、円滑な溶接Ｓのために、前記作業者等は所定の溶接ビード幅を確保しなければならないが、本実施例では、前記サイドプレート２６０の外側で前記溶接Ｓを邪魔する構造物や前記加圧ジグなどが配置されないため、前記溶接ビード幅Ｗの確保が容易となる。ここで、前記溶接ビード幅Ｗは、約６ｍｍ以上であり得る。
図７及び図８は、図１のバッテリーモジュールのモジュールケースの溶接後の様子を説明するための図である。
図７及び図８を参照すれば、前記上部カバー２２０の前記複数個の嵌合リブ２２２は、前記溶接Ｓによる溶融によって広がるように変形され、前記所定のギャップＧを全て埋めることができる。一方、前記所定のギャップＧが全て埋められて前記溶接Ｓ（図６参照）が完了すれば、前記サイドプレート２６０の前記復元力Ｆは失われる。
そして、前記作業者等は、前記所定のギャップＧが埋められる程度を目視で確認して前記溶接Ｓの品質を容易に確認することができる。正常な溶接の場合、作業者等は目視で前記所定のギャップＧが全て埋められたか否かを確認することができる。そして、溶接が十分に行われていない場合、即ち、溶接が弱い場合、前記作業者等は、前記所定のギャップＧが埋められていないことを確認することができる。また、溶接が必要以上に行われた場合、即ち、オーバー溶接の場合、前記作業者等は前記溶接界面で沸き立ちによる気泡などからこれを判断することができる。
このように、本実施例においては、前記溶接Ｓ時、前記使用者が目視で確認可能な前記所定のギャップＧから前記溶接Ｓの品質を簡単に確認することができる。
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を燃料源として用い得る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）などのその他の装置や器具及び設備などにも備えられることが可能である。
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、モジュールケース２００の上部カバー２２０とサイドプレート２６０との溶接結合時、結合強度を確保することができるバッテリーモジュール１０及びこれを含むバッテリーパック１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、モジュールケース２００の上部カバー２２０とサイドプレート２６０との溶接結合時、溶接品質の検査を容易に行うことができるバッテリーモジュール１０及びこれを含むバッテリーパック１を提供することができる。
さらに、本発明の多様な実施例によって、モジュールケース２００の上部カバー２２０とサイドプレート２６０との溶接結合時、別の溶接用密着ガイドジグを用いることなく溶接工程を行うことができるバッテリーモジュール１０及びこれを含むバッテリーパック１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
２００ モジュールケース
２２０ 上部カバー
２２２ 嵌合リブ
２２６ 変形防止リブ
２６０ サイドプレート
２６５ 変形防止リブ挿入溝

Claims (8)

  1. 少なくとも一つのバッテリーセルと、前記少なくとも一つのバッテリーセルをパッケージングするモジュールケースと、を含むバッテリーモジュールであって、
    前記モジュールケースは、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルの上側を覆う上部カバーと、
    前記上部カバーの両側面及び前記少なくとも一つのバッテリーセルの両側面を共に覆い、前記上部カバーと嵌合によって結合するサイドプレートと、を含み、
    前記サイドプレートが前記上部カバーの前記両側面の上端部までを覆っており、
    前記上部カバーの両側面には、
    前記サイドプレートと嵌合される少なくとも一つの嵌合リブが形成されており、
    前記上部カバーの下面には、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルのスウェリング時、前記サイドプレートの変形を防止するための少なくとも一つの変形防止リブが形成されており、
    前記嵌合リブの上側及び下側にはそれぞれ、所定のギャップが形成されることを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記嵌合リブは、
    複数個が設けられ、
    前記複数個の嵌合リブは、
    相互に所定の距離で離隔して配置され、相互に所定のギャップを形成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。
  3. 前記所定のギャップは、
    使用者が外観を確認できるように前記モジュールケースの外に露出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。
  4. 前記サイドプレートには、
    前記少なくとも一つの変形防止リブが挿入される少なくとも一つの変形防止リブ挿入溝が形成され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. 前記上部カバーは、プラスチック複合材質で設けられ、
    前記サイドプレートは、金属材質で設けられることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 請求項１～５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。
  7. 請求項１に記載のバッテリーモジュールを製造する方法であって、
    前記嵌合リブは、
    複数個が設けられ、
    前記複数個の嵌合リブは、
    相互に所定の距離で離隔して配置され、相互に所定のギャップが形成されており、
    前記上部カバーと前記サイドプレートとは、
    嵌合された後、相互に溶接結合される、方法。
  8. 前記溶接によって、前記複数個の嵌合リブが溶融変形されながら前記所定のギャップを埋める、請求項７に記載の方法。
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