JP7285946B2 - バッテリーモジュール及びバッテリーパック - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、製造効率及び耐久性を高めたバッテリーモジュール及びバッテリーパックに関する。
本出願は、２０１９年１１月２５日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１５２６５０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。
現在、商用化した二次電池としては、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があり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、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各々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各々塗布された正極板及び負極板がセパレーター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共に密封収納する円筒型電池缶を外装材として備える。
最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、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用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池が電気的に接続される。
一方、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高まるにつれ、電気的に直列及び／または並列に接続した複数の二次電池、このような二次電池を内部に収容したモジュールケース、複数の二次電池を電気的に接続するバスバー、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）、これらの構成が内部に収納されるパックハウジングを備えたバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。
この際、パックハウジングは、外部衝撃から内部構成を保護するために機械的剛性が優秀な金属材質を使用することが通常であった。しかし、バスバーは、金属材質のパックハウジングと接触する場合、短絡が発生して二次電池の熱暴走または発火の原因になっていた。このような事故を防止するために、従来技術では、パックハウジングとバスバーとの間に電気絶縁性の絶縁シートを介在させることが一般的であった。しかし、バスバーの外側に絶縁シートを固定するためには、固定部分に接着剤を塗布して正位置に絶縁シートを精巧に付着するなどのややこしい手作業が求められた。これによって、作業費の上昇及びバッテリーパックの生産時間が長くなるなど、生産コストの上昇の大きな要因になるという問題があった。
また、従来技術のバッテリーパックは、自動車に搭載される場合、自動車の移動中、外部衝撃及び車体振動の影響に長時間露出することがあった。これによって、バッテリーパックの内部構成である二次電池は、内部フレームと頻繁な衝突を起こして本体が損傷するか、または二次電池とバスバーとの電気的接続構造が断線されるなどの問題が発生しやすかった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、詳しくは、製造効率及び耐久性を向上させたバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
本発明の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。
上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、
複数の円筒型電池セルと、
前記複数の円筒型電池セルを収容する収容部が備えられたモジュールケースと、
電気伝導性を有する本体部であって、板状に構成された本体部と、前記複数の円筒型電池セル同士を電気的に接続するように構成された接続部と、を備えたバスバーと、
電気絶縁性を有する充填材であって、前記複数の円筒型電池セル、前記モジュールケース、及び前記バスバーのうちの少なくとも二つの間に満たされた状態で硬化した充填材と、を含む。
また、前記充填材は、前記複数の円筒型電池セル、前記モジュールケース及び前記バスバーの各々の外側面の少なくとも一部を囲み得る。
さらに、前記収容部は、収容された複数の円筒型電池セルの側部が互いに露出するように開放された開放構造を有し、
前記充填材は、前記開放構造を通じて複数の円筒型電池セル同士を結び付けた構造を有し得る。
そして、前記バスバーの接続部は、
前記円筒型電池セルの電極端子と対応する位置で穿孔されて形成された接続口と、
前記円筒型電池セルの電極端子と接続するように前記接続口から延びて突出した接続端子と、を備え得る。
さらに、前記充填材は、前記接続口と前記電極端子との間における少なくとも一部に満たされ得る。
また、前記バスバーの本体部には、前記充填材が流入されるように構成された開口が形成され得る。
さらに、前記バスバーの本体部には、前記充填材が流入されるように構成された固定ホールが形成され得る。
そして、前記モジュールケースの収容部には、前記充填材が流入されるように構成された流入口が形成され得る。
さらに、前記モジュールケースは、
電気絶縁性を有するガイド壁であって、前記充填材が、前記複数の円筒型電池セル、前記モジュールケース、及び前記バスバーのうちの少なくとも二つの間に注入されることをガイドするように外側方向へ突出したガイド壁を備え得る。
なお、上記の課題を達成するための本発明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少なくとも一つ以上含む。
また、上記の課題を達成するための本発明による自動車は、前記バッテリーパックを少なくとも一つ以上含む。
本発明の一面によると、本発明のバッテリーモジュールは、電気絶縁性を有する充填材であって、複数の円筒型電池セル、モジュールケース、及びバスバーのうちの少なくとも二つの間に満たされた状態で硬化した充填材を含むことで、バスバーの他の伝導性物体と電気絶縁をなすように設けられた別の構成を省略してもよいので、製造コスト及び製造時間を減らすことができる。また、充填材が、バッテリーモジュールの構成の頻繁な振動や強い衝撃に弱い部位を固定または保護することができ、充填材が塗布された構成要素の耐久性を向上させることができる。
また、本発明の一実施例の一面によると、一実施例によるバッテリーモジュールは、充填材を充填して硬化する製造過程が簡単なので、製造が容易になる。また、バッテリーモジュールの構成全体を囲む形態は、充填材の十分な熱容量によって、内部に発生した熱を適切に吸収して、バッテリーモジュールの急激な温度変化を防止することができる。
そして、本発明の一面によると、充填材は開放構造によって複数の円筒型電池セル同士を結び付けた構造を有することで、複数の円筒型電池セルで発生した熱を効果的に外部へ伝達することができる。また、充填材によって、外部に露出した複数の円筒型電池セルを外部衝撃から保護することができる。さらに、バッテリーモジュールが自動車のような頻繁な振動環境に露出する場合、複数の円筒型電池セルを安定的に固定することができるので、複数の円筒型電池セルの耐久性を向上させることができる。
さらに、本発明の他面によると、本発明は、バスバーに複数の開口を形成することで、溶融した充填材が開口を通じてバスバーとモジュールケースとの間に完全に充填されるようにした。これによって、本発明のバッテリーモジュールは、バスバーとモジュールケースとの間に充填材が満たされない空いた空間が少なくなり、空いた空間に熱が蓄積されることを防止でき、またバスバーとモジュールケースとの固定力をさらに高めることができる。
また、本発明の他面によると、本発明は、モジュールケースの収容部に充填材が流入されるように構成された流入口を形成することで、収容部の中空構造と円筒型電池セルとの間に充填材が適切に流入される。これによって、充填材によって、収容部と円筒型電池セルとの結合力を高めることができる。究極的には、バッテリーモジュールの耐久性を向上させることができる。
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パック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パックの一部構成を分解して概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施例による円筒型電池セルの構成を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部のバスバーを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成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の複数の円筒型電池セル及びモジュールケースのＤ領域を拡大して示した部分斜視図である。 図５のバッテリーモジュールのＣ－Ｃ’線に沿って切断した様子を概略的に示した部分断面図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部のバスバーを概略的に示した斜視図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの図２のモジュールハウジングのＣ領域に当たる部分を概略的に示した部分拡大図である。 本発明の他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、本明細書及び特許請求の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１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成を分解して概略的に示した分解斜視図である。そして、図３は、本発明の一実施例による円筒型電池セルの構成を概略的に示した断面図である。
図１～図３を参照すると、本発明のバッテリーパック３００は、ＢＭＳ３８０、バッテリーモジュール２００、及びパックハウジング３１０を含む。
前記バッテリーモジュール２００は、複数の円筒型電池セル１００、モジュールケース２１０、バスバー２２０、及び充填材２３０を備え得る。
ここで、前記円筒型電池セル１００は、電極組立体１１０、電池缶１１２、及びキャップ組立体１１３を備え得る。この際、円筒型電池セル１００は、リチウム二次電池であり得る。
前記電極組立体１１０は、正極板と負極板との間にセパレーターが挟まれた状態で巻き取られた構造を有し得、正極板には正極タブ１１４が付着されてキャップ組立体１１３に接続し、負極板には負極タブ１１５が付着されて電池缶１１２の下端に接続し得る。
前記電池缶１１２は、内部に空間が形成されており、電極組立体１１０を収納できる。特に、前記電池缶１１２は、円筒状または角形であって、上端が開放された形態で構成され得る。また、前記電池缶１１２は、剛性などの確保のために、スチールやアルミニウムのような金属材質から構成され得る。そして、前記電池缶１１２は、下端に負極タブ１１５が付着され、電池缶１１２の下部は勿論、電池缶１１２そのものが負極端子として機能できる。
前記キャップ組立体１１３は、電池缶１１２の上端開放部に結合し、電池缶１１２の開放端を密閉し得る。このようなキャップ組立体１１３は、電池缶１１２の形態によって円形または角形などの形態を有し得、トップキャップＣ１、安全ベントＣ２、及びガスケットＣ３などの下位構成を含み得る。
ここで、トップキャップＣ１は、キャップ組立体１１３の最上部に位置し、上方へ突出するように構成され得る。特に、このようなトップキャップＣ１は、円筒型電池セル１００において正極端子として機能できる。したがって、トップキャップＣ１は、外部装置、例えば、前記バスバー２２０などを介して他の円筒型電池セル１００や負荷、充電装置と電気的に接続し得る。このようなトップキャップＣ１は、例えば、スチールやアルミニウムのような金属材質から形成され得る。
前記安全ベントＣ２は、円筒型電池セル１００の内圧、即ち電池缶１１２の内圧が一定の水準以上に増加する場合、形態が変形されるように構成され得る。また、前記ガスケットＣ３は、トップキャップＣ１及び安全ベントＣ２の縁部が電池缶１１２と絶縁可能に電気絶縁性を有する材質からなり得る。
一方、前記キャップ組立体１１３は、電流遮断部材Ｃ４をさらに含み得る。前記電流遮断部材Ｃ４は、ＣＩＤ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ（電流遮断デバイス））とも呼ばれ、ガス発生によって電池の内圧が増加して安全ベントＣ２の形状が逆転されると、安全ベントＣ２と電流遮断部材Ｃ４との接触が切れるか、または電流遮断部材Ｃ４が破損することで、安全ベントＣ２と電極組立体１１０との電気的接続が遮断できる。
このような円筒型電池セル１００の構成は、本発明の出願時点における当業者に広く知られていることから、本明細書においては、より詳しい説明は省略する。また、図４に円筒型電池セル１００の一例を示したが、本発明によるバッテリーモジュール２００は、特定の形態の円筒型電池セル１００の構成に限定されない。即ち、本発明の出願時点における公知の多様な円筒型電池セル１００が本発明によるバッテリーモジュール２００に採用され得る。
さらに、図３の円筒型電池セル１００は、必ずしも円筒型に限定されることではなく、本発明によるバッテリーモジュール２００には、角形の電池セルを適用してもよい。
図２をさらに参照すれば、前記複数の円筒型電池セル１００は、左右方向（Ｘ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）に配列されて備えられ得る。例えば、図２に示したように、複数の円筒型電池セル１００は、上下方向及び左右方向へ配列されて構成され得る。さらに、複数の円筒型電池セル１００は、円筒状電池缶（図３中、円筒状電池缶１１２）において管状で形成された部分が相互に対向するように配列され得る。
特に、本発明によるバッテリーモジュール２００において、前記複数の円筒型電池セル１００は、水平方向（Ｙ軸方向）へ横たえて構成され得る。ここで、水平方向とは、地面と平行な方向を意味する。即ち、図２に示したように、１１２個各々の円筒型電池セル１００は、前後方向へ長く延びた形態で構成され得る。この際、全ての円筒型電池セル１００は、図１のＦ方向から見たとき、正極端子１１１ａ及び負極端子１１１ｂが前後方向の各々に位置し得る。
一方、本発明に記載された、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語は、観測者の位置や対象の置かれた形態によって変わり得る。但し、本明細書においては、説明の便宜のために、Ｆ方向から見たときを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向を区分して示す。
また、図２と共に図５を参照すると、前記モジュールケース２１０は、前記複数の円筒型電池セル１００を収容する収容部２１２ｈと、外壁２１１と、を備え得る。
また、前記モジュールケース２１０の収容部２１２ｈには少なくとも二つ以上の円筒型電池セル１００が水平方向（Ｙ軸方向）へ横たえた形態で収容され得る。但し、必ずしも前記積層方向が一方向のみに限定されることではなく、前記円筒型電池セル１００の横たえた方向によって上下方向（Ｚ軸方向）になり得る。
さらに、前記外壁２１１は、前記複数の円筒型電池セル１００を挿入して収容されるように構成された内部空間を囲むように形成され得る。そして、前記モジュールケース２１０は、図１のＦ方向から見る場合、内部空間を形成するように、前、後、上、下、左、右の方向に形成された前壁、後壁、上壁、下壁、左壁、及び右壁を備え得る。
前記モジュールケース２１０は、第１ケース２１７及び第２ケース２１９を備え得る。前記第１ケース２１７は、後方に第２ケース２１９がＹ方向へ積層されるように構成され得る。例えば、図２に示したように、前記バッテリーモジュール２００は、Ｙ軸方向から見る場合、前記第１ケース２１７及び前記第１ケース２１７の後方に位置した第２ケース２１９を備え得る。前記第１ケース２１７及び前記第２ケース２１９の各々の収容部２１２ｈには、前記円筒型電池セル１００の前方部及び後方部の各々が挿入されるように構成された複数の中空構造Ｈ１が形成され得る。
一方、図２と共に図５をさらに参照すると、前記バスバー２２０は、前記複数の円筒型電池セル１００同士、例えば、全ての円筒型電池セル１００同士、またはそのうち一部の円筒型電池セル１００同士を電気的に接続できる。このために、前記バスバー２２０は、少なくとも一部が電気伝導性材質からなり得る。例えば、前記バスバー２２０は、銅、アルミニウム、ニッケルなどのような金属材質からなり得る。さらに、前記バスバー２２０は相異なる主素材を使用した二枚のプレートを接合した構造を有し得る。例えば、前記バスバー２２０は、ニッケル素材のプレートと銅素材のプレートとを接合した形態を有し得る。
特に、本発明において、前記バスバー２２０は、図２に示したように、本体部２２２及び接続部２２４を備え得る。
具体的には、前記バスバー２２０の本体部２２２は、板状であり得る。さらに、前記バスバー２２０は、剛性及び電気伝導性を確保するために、金属板状であり得る。特に、前記本体部２２２は、複数の円筒型電池セル１００の電極端子１１１に沿って上下方向（図面のＺ軸方向）へ立てられた形態で構成され得る。
前記接続部２２４は、接続口Ｋ１及び接続端子２２３を備え得る。前記接続口Ｋ１は、前記円筒型電池セル１００の電極端子１１１と対応する位置に穿孔されて形成された穴であり得る。前記接続端子２２３は、前記円筒型電池セル１００の電極端子１１１と接続するように前記接続口Ｋ１から延びて突出した形態を有し得る。前記接続端子２２３は、前記電極端子１１１と溶接によって溶融接合され得る。
即ち、本発明において複数の円筒型電池セル１００が前後方向（図２のＹ軸方向）へ長く横たえた形態で左右方向（図２のＸ軸方向）及び上下方向（図２のＺ軸方向）に配列される場合、複数の円筒型電池セル１００の電極端子１１１は、前後方向の端部に位置した形態であり得る。この際、前記本体部２２２は、複数の円筒型電池セル１００の電極端子１１１の配列方向に沿って、板状で左右方向及び上下方向へ平らに延びて地面を基準で立てられた形態で構成され得る。
さらに、前記バスバー２２０の本体部２２２の左右側部には、センシング部材（図示せず）によって電圧をセンシングするか、または外部へ電力を伝送するための外部端子２２５が備えられ得る。
そして、前記バスバー２２０は、複数の円筒型電池セル１００の同じ極性に接触してこれらを電気的に並列接続し得る。または、前記バスバー２２０は、全ての円筒型電池セル１００のうちの、一部の円筒型電池セル１００の電極端子１１１に接触してこれらを電気的に並列及び直列接続し得る。
そして、前記充填材２３０は、電気絶縁性素材を含み得る。前記充填材２３０は、接着剤（glue）またはホットメルト樹脂（Hot-melt resin）であり得る。例えば、前記電気絶縁性素材は、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、またはアクリル系樹脂などであり得る。より具体的には、ホットメルト樹脂として、ポリアミド系樹脂であるＬｏｃａｌ ６３０ Ｒｅｓｉｎ（Ａｕｓｔｒｏｍｅｌｔ）を使用し得る。また、前記電気絶縁性素材としては、絶縁性無機フィラーが含まれ得る。前記無機フィラーは、例えば、ガラスフィラーであり得る。
図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。
図２と共に図５を参照すると、前記充填材２３０は、前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０のうちの少なくとも二つの間に満たされた状態で硬化され得る。この際、充填材２３０のポリアミド系樹脂は、２００℃以上で溶融し得る。前記充填材２３０は、硬化時間が短いことから射出による作業が容易である。
即ち、前記充填材２３０は、低温・低圧射出によって前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０のうちの少なくとも二つの間に満たされ得る。これによって、前記作業時間も減少でき、大量生産に容易となる。
例えば、前記充填材２３０を前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０のうちの少なくとも二つの間に満たされた状態で硬化させる製造方法は、
（ａ）複数の円筒型電池セル１００、モジュールケース２１０、及びバスバー２２０を組み立てて準備する過程と、
（ｂ）組み立てられた構成を金型（図示せず）の内部に入れる過程と、
（ｃ）溶融した充填材２３０を注入できる金型の複数の射出口（図示せず）を通じて金型内に配置された複数の円筒型電池セル１００、モジュールケース２１０、及びバスバー２２０のうちの少なくとも二つの間に充填材を注入する過程と、
（ｄ）充填材２３０を充分に硬化させた後、金型から充填材２３０で充填された複数の円筒型電池セル１００、モジュールケース２１０、及びバスバー２２０を取り出す過程と、を含み得る。
場合によって、バッテリーモジュール２００は、ＢＭＳ（図２参照、３８０）にも充填材２３０が注入され得る。これによって、前記充填材２３０は、前記ＢＭＳ３８０を囲むように塗布されて硬化した形態を有し得る。ここで、ＢＭＳ３８０は、複数の円筒型電池セルの充放電を制御するバッテリー管理システムを意味する。
例えば、前記充填材２３０は、前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０の間に満たされた状態で硬化し得る。具体的に、前記充填材２３０は、モジュールケース２１０の収容部２１２ｈと前記円筒型電池セル１００を固定するように前記収容部２１２ｈと前記円筒型電池セル１００との間に注入されて硬化し得る。また、前記充填材２３０は、前記バスバー２２０と円筒型電池セル１００との間、及び前記バスバー２２０と前記モジュールケース２１０の外側面との間に注入されて硬化し得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明のバッテリーモジュール２００は、電気絶縁性を有する充填材２３０であって、前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０のうちの少なくとも二つの間に満たされた状態で硬化した充填材２３０を含むことで、バスバー２２０と他の伝導性物体との電気絶縁をなすように設けられた別の構成を省略することができ、製造コスト及び製造時間を減らすことができる。また、充填材２３０が、バッテリーモジュール２００の構成が頻繁な振動や強い衝撃に弱い部位を固定または保護でき、充填材２３０が塗布された構成要素の耐久性を向上させることができる。
図６は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す斜視図である。
図６を参照すると、他の一実施例によるバッテリーモジュール２００Ａは、前記充填材２３０が前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０の各々の外側面の少なくとも一部を囲んでいる形態で付加されて硬化され得る。例えば、図６に示したように、前記充填材２３０は、前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０の各々の外側面を全て囲むように形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、他の一実施例によるバッテリーモジュール２００Ａは、充填材２３０を充填して硬化する製造過程が簡単であるので、製造が容易になる。また、バッテリーモジュール２００Ａの構成全体を囲む形態は、充填材２３０の十分な熱容量によって、内部で発生した熱を適切に吸収することでバッテリーモジュール２００Ａの急激な温度変化を防止することができる。
一方、図１及び図２をさらに参照すると、前記パックハウジング３１０は、上端カバー３１２、中間ハウジング３１４、及び下端支持部３１６を備え得る。具体的には、Ｆ方向から見る場合、前記上端カバー３１２の下部には前記中間ハウジング３１４が結合し、前記中間ハウジング３１４の下部には前記下端支持部３１６が結合し得る。より具体的には、前記上端カバー３１２は、前記パックハウジング３１０の内部に収容されたモジュールケース２１０の上部をカバーするように上壁及び側壁が備えられ得る。そして、前記中間ハウジング３１４は、上部及び下部が開放された四角の管状であり得る。さらに、前記下端支持部３１６は、上部が開放されたボックス形態であって、側壁及び底壁を備え得る。
図７は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的示した斜視図である。そして、図８は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの複数の円筒型電池セル及びモジュールケースのＤ領域を拡大して示した部分斜視図である。
図７及び図８を参照すると、前記モジュールケース２１０の前記収容部２１２ｈは、収容された円筒型電池セル１００の側部が露出するように開放された開放構造Ｐ１を有し得る。前記収容部２１２ｈは、中空構造Ｈ１の形態を有し得る。この際、前記開放構造Ｐ１は、前記収容部２１２ｈの中空構造Ｈ１の一側が開放されて収容された円筒型電池セル１００の側部が、隣接する他の円筒型電池セル１００の側部と互いに連通するように開放された構造であり得る。したがって、前記複数の円筒型電池セル１００は、左右方向及び上下方向へ配列された複数の中空構造Ｈ１に形成された開放構造Ｐ１によって互いに連通できる。
また、前記充填材２３０は、前記開放構造Ｐ１を通じて複数の円筒型電池セル１００同士を結び付けた構造を有し得る。例えば、図８に示したように、前記充填材２３０の一部は、三つの円筒型電池セル１００の間の開放構造Ｐ１に充填された構造を有し得る。即ち、前記充填材２３０は、複数の円筒型電池セル１００同士を結び付けた構造を有する。
したがって、本発明のこのような構成によると、前記充填材２３０は、前記開放構造Ｐ１を通じて複数の円筒型電池セル１００同士を結び付けた構造を有することで、複数の円筒型電池セル１００で発生した熱を効果的に外部へ伝達できる。また、前記充填材２３０によって、前記外部に露出した複数の円筒型電池セル１００を外部衝撃から保護することができる。さらに、バッテリーモジュール２００が自動車のような頻繁な振動環境に露出する場合、複数の円筒型電池セル１００を安定的に固定でき、複数の円筒型電池セル１００の耐久性を向上させることができる。
図９は、図５のバッテリーモジュールのＣ－Ｃ’線に沿って切断した様子を概略的に示した部分断面図である。
図２及び図５と共に図９を参照すると、前記充填材２３０は、前記接続口Ｋ１と前記電極端子１１１との間における少なくとも一部に満たされ得る。また、図９に示したように、前記充填材２３０は、前記接続口Ｋ１と前記電極端子１１１との間に満たされるように構成され得る。また、前記充填材２３０は、前記本体部２２２と前記円筒型電池セル１００との間に満たされるように構成され得る。
さらに、前記充填材２３０の一部は、前記円筒型電池セル１００の上端部と側部を囲んだ形態で硬化し得る。例えば、図９に示したように、前記充填材２３０は、前記バスバー２２０の本体部２２２の外側に位置した部分２３０ｃと、前記円筒型電池セル１００とバスバー２２０の本体部２２２との間に位置した部分２３０ａと、前記円筒型電池セル１００の外側面を囲むように塗布された部分２３０ｂと、を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、前記充填材２３０は、前記接続端子２２３と前記電極端子１１１との接続状態の維持を助ける。また、前記充填材２３０は、前記接続端子２２３と前記電極端子１１１との間に電気抵抗によって発生した熱を効果的に外部へ伝達できる。これによって、複数の円筒型電池セル１００の放熱特性を高めることができる。
図１０は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部のバスバーを概略的に示した斜視図である。
図１０を参照すると、他の一実施例によるバッテリーモジュールのバスバー２２０Ａは、本体部２２２に開口Ｋ２が形成され得る。前記開口Ｋ２は、前記充填材２３０が流入するように構成され得る。即ち、前記バスバー２２０Ａの外側に溶融した充填材２３０が付加される場合、前記接続口Ｋ１が形成された箇所は充填材２３０の流入が円滑であるが、一つの接続口Ｋ１と隣接する他の接続口Ｋ１との間における内部には、充填材２３０が流入しにくくなる。
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明は、バスバー２２０Ａに複数の開口Ｋ２を形成することで、前記開口Ｋ２を通じて溶融した充填材２３０がバスバー２２０Ａと前記モジュールケース２１０との間に完全に充填されるようにした。これによって、本発明のバッテリーモジュール２００は、前記バスバー２２０Ａと前記モジュールケース２１０との間に前記充填材が満たされない空いた空間が少なくなり、空いた空間に熱が蓄積されることを防止し、またバスバー２２０Ａと前記モジュールケース２１０との固定力をさらに高めることができる。
図１０をさらに参照すると、前記バスバー２２０Ａの本体部２２２には、前記充填材２３０が流入するように構成された複数の固定ホールＨ２が形成され得る。前記固定ホールＨ２は、前記本体部２２２の一部が穿孔されて形成され得る。前記固定ホールＨ２は、穿孔された形態において、円形の開口Ｋ２から左右方向へ延びた溝が形成された形態であり得る。
例えば、図１０に示したように、前記バスバー２２０Ａには１０個の固定ホールＨ２が形成され得る。前記固定ホールＨ２を通じて前記充填材の一部が挿入された形態で硬化され得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、前記バスバー２２０Ａの本体部２２２には、前記充填材２３０が流入するように構成された固定ホールＨ２が形成されることで、前記充填材２３０と前記バスバー２２０Ａとの結合力を高めることができる。これによって、外部からの衝撃または振動によるバスバー２２０Ａの動き（揺れ）を効果的に防止することができる。
図１１は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの図２のモジュールハウジングのＣ領域に当たる部分を概略的に示した部分拡大図である。
図１１を参照すると、図１１のモジュールケース２１０Ａの収容部２１２ｈには、複数の中空構造Ｈ１が左右方向に配列された形態を有し得る。この際、前記モジュールケース２１０Ａの収容部２１２ｈに形成された複数の中空構造Ｈ１の各々には、流入口Ｋ３が形成され得る。前記流入口Ｋ３は、前記充填材２３０が流入するように一つの中空構造Ｈ１と他の一つの中空構造Ｈ１とが連通するように穿孔された形態を有し得る。図１１に示したように、前記モジュールケース２１０Ａの中空構造Ｈ１には、左右に隣接する中空構造Ｈ１と連通するように流入口Ｋ３が形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明は、前記モジュールケース２１０Ａの収容部２１２ｈに前記充填材２３０が流入するように構成された流入口Ｋ３を形成することで、前記収容部２１２ｈの中空構造Ｈ１と前記円筒型電池セル１００との間に充填材２３０が適切に流入可能になる。これによって、前記充填材２３０によって、前記収容部２１２ｈと前記円筒型電池セル１００との結合力を高めることができる。窮極的には、バッテリーモジュール２００の耐久性を高めることができる。
即ち、複数の円筒型電池セル１００が前記収容部２１２ｈの複数の中空構造Ｈ１の各々に挿入された状態で充填材２３０が付加される場合、前記中空構造Ｈ１と前記円筒型電池セル１００とが対向する隙間へ充填材２３０が流入しにくい虞れがある。これを補完するために、収容部２１２ｈに流入口Ｋ３を形成することで、前記収容部２１２ｈと前記円筒型電池セル１００との結合力の低下を防止することができる。
図１２は、本発明の他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斜視図である。
図１２を参照すると、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュール２００Ｂは、図７のバッテリーモジュールのモジュールケース２１０と比較する場合、前記モジュールケース２１０に外側方向へ突出したガイド壁Ｗ１がさらに備えられ得る。
具体的には、前記ガイド壁Ｗ１は、電気絶縁性であり得る。前記ガイド壁Ｗ１は、前記充填材２３０の、前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０のうちの少なくとも二つの間への注入をガイドするように構成され得る。例えば、図１２に示したように、前記モジュールケース２１０の前面には、前記前方へ突出したガイド壁Ｗ１が備えられ得る。前記ガイド壁Ｗ１は、前記モジュールケース２１０の全面の周縁に沿って延びて形成され得る。
即ち、前記ガイド壁Ｗ１は、前記充填材２３０が前記複数の円筒型電池セル１００と、前記モジュールケース２１０の前側外壁２１１ａまたは後側外壁２１１ｂと、前記バスバー２２０との少なくとも二つの間に注入される場合、前記モジュールケース２１０と前記複数の円筒型電池セル１００との間、及び前記バスバー２２０と前記モジュールケース２１０との間に充填材２３０が均一に流入して充填されるようにガイドできる。
また、前記充填材２３０は、前記ガイド壁Ｗ１によって、ガイド壁Ｗ１の突出した高さだけ、前記複数の円筒型電池セル１００、前記モジュールケース２１０、及び前記バスバー２２０のうちの少なくとも二つの間に集中的に充填できる。これによって、塗布が必要な領域から外れた部分に充填材２３０が塗布されることを防止するバリアの役割を果たすことができる。
図２と共に図７をさらに参照すると、前記モジュールケース２１０は、前記バッテリーモジュール２００に加えられた外部衝撃を吸収するようにバンパー部２４０を備え得る。具体的には、前記バンパー部２４０は、前記モジュールケース２１０の外壁２１１の前記中間ハウジング３１４と対向する位置に形成され得る。前記バンパー部２４０は、前記外壁２１１の外側面から外側方向へ突出した形態を有し得る。例えば、図７に示したように、前記バンパー部２４０は、前記モジュールケース２１０の左側外壁２１１及び右側外壁２１１の各々に形成され得る。
そして、前記バンパー部２４０は、前記中間ハウジング３１４の外壁との間に離隔空間が形成されるように構成され得る。即ち、前記バンパー部２４０は、前記中間ハウジング３１４の外壁と所定の距離で離隔した空間を有し得る。
この際、前記バンパー部２４０は、前記中間ハウジング３１４の外壁との離隔距離を確保することで、バッテリーモジュール２００に加えられた外部衝撃が内蔵された円筒型電池セル１００に直接的に伝達されず、前記バンパー部２４０が前記中間ハウジング３１４と優先的に衝突して前記バンパー部２４０が外部衝撃をより多く吸収するようにすることができる。
したがって、本発明のこのような構成によると、前記モジュールケース２１０は、前記バッテリーモジュール２００に加えられた外部衝撃を吸収するように構成されたバンパー部２４０を備えることで、前記バッテリーモジュール２００に外部衝撃が発生する場合、優先的に前記バンパー部２４０が破壊されることで衝撃を吸収し、モジュールケース２１０に内蔵された円筒型電池セル１００を保護することができる。これによって、バッテリーモジュール２００の安定性を向上させることができる。
一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック３００は、前記バッテリーモジュール２００を少なくとも一つ以上含み得る。そして、前記バッテリーパック３００は、前記バッテリーモジュール２００の充放電を制御するための各種装置（図示せず）、例えば、ＢＭＳ（図２の図面符号３８０、バッテリーマネジメントシステム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ））、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
一方、本発明の一実施例による電子デバイス（図示せず）は、上述したバッテリーパック３００を少なくとも一つ以上含む。前記電子デバイスは、バッテリーモジュール２００を収納するための収納空間が備えられたデバイスハウジング（図示せず）及び使用者がバッテリーモジュール２００の充電状態を確認できる表示部をさらに含み得る。
また、本発明の一実施例によるバッテリーパック３００は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に含まれ得る。即ち、本発明の一実施例による自動車は、上述した本発明の一実施例による少なくとも一つ以上のバッテリーパック３００を車体内に搭載することができる。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上、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ず、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。
１００ 円筒型電池セル
１１１ 電極端子
１１１ａ 正極端子
１１１ｂ 負極端子
２００ バッテリーモジュール
２１０ モジュールケース
２１１ 外壁
２１２ｈ 収容部
２２０ バスバー
２２３ 接続端子
２３０ 充填材
２４０ バンパー部
３００ バッテリーパック
３１０ パックハウジング
３１２ 上端カバー
３１４ 中間ハウジング
３１６ 下端支持部
Ｈ１ 中空構造
Ｈ２ 固定ホール
Ｐ１ 開放構造
Ｋ１ 接続口
Ｋ２ 開口
Ｋ３ 流入区
Ｗ１ ガイド壁

Claims (10)

  1. 複数の円筒型電池セルと、
    前記複数の円筒型電池セルを収容する収容部が備えられたモジュールケースと、
    電気伝導性を有する本体部であって、板状に構成された本体部と、前記複数の円筒型電池セル同士を電気的に接続するように構成された接続部と、を備えたバスバーと、
    電気絶縁性を有する充填材であって、前記複数の円筒型電池セル、前記モジュールケース、及び前記バスバーのうちの少なくとも二つの間に満たされた状態で硬化した充填材と、
    を含み、
    前記バスバーの接続部は、前記円筒型電池セルの電極端子と対応する位置で穿孔されて形成された接続口を備え、
    前記充填材は、前記接続口と前記電極端子との間における少なくとも一部に満たされていることを特徴とする、バッテリーモジュール。
  2. 前記充填材は、前記複数の円筒型電池セル、前記モジュールケース、及び前記バスバーの各々の外側面の少なくとも一部を囲んでい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. 前記収容部は、前記収容された複数の円筒型電池セルの側部が互いに露出するように開放された開放構造を有し、
    前記充填材は、前記開放構造を通じて複数の円筒型電池セル同士を結び付けた構造を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記バスバーの接続部は、前記円筒型電池セルの電極端子と接続するように前記接続口から延びて突出した接続端子を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記バスバーの本体部には、前記充填材が流入されるように構成された開口が形成されたことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記バスバーの本体部には、前記充填材が流入されるように構成された固定ホールが形成されたことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記モジュールケースの収容部には、前記充填材が流入されるように構成された流入口が形成されたことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記モジュールケースは、
    電気絶縁性を有するガイド壁であって、前記充填材が前記複数の円筒型電池セル、前記モジュールケース、及び前記バスバーのうちの少なくとも二つの間に注入されることをガイドするように外側方向へ突出したガイド壁を備えたことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  9. 請求項１から８の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、バッテリーパック。
  10. 請求項９に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ以上含む、自動車。
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