JP7343689B2 - バッテリーモジュール、バッテリーパック及び自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、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、バッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０１９年１２月４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１６０１０６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。
現在、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の二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池は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放電が自在であって、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が塗布された正極板と負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに封止収納する円筒形電池缶を外装材として備える。
近年、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、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適用されている。中大型装置に適用される場合、容量及び出力を高めるため、多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の必要性が高まるにつれて、電気的に直列及び／または並列で接続された複数の二次電池、複数の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を備えたバッテリーモジュール、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）、及びこれら構成を内部に収納す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ている。
このとき、バスバーには、複数の二次電池と電気的に接続するための多様な形状の接続部が備えられる。しかし、動きが激しくて外部の衝撃が頻繁に発生する環境でバッテリーパックが使用される場合、例えば、自動車に載置される場合、車体の振動や外部の衝撃によって、機械的剛性が弱いバスバーの部分から損傷するか又は二次電池とバスバーとの電気的接続が切れ易いという問題がある。これはバッテリーモジュールの耐久性が大幅に低下する主な要因になる。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、詳しくは、耐久性を高めたバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車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、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態に応じ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。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、
電極端子をそれぞれ備えた複数の円筒形電池セルと、
複数の円筒形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板状の本体部、及び複数の円筒形電池セル同士を電気的に接続するように電極端子と接触する接続部を備えたバスバーと、
電気絶縁性を有し、バスバーの外側を覆うように位置し、バスバーの少なくとも一部分が外側に露出するように露出口が形成された絶縁シートと、
電気絶縁性を有し、絶縁シートの露出口を通じて外側に露出したバスバーの少なくとも一部分に塗布された接着剤と、を含む。
また、バスバーは、接続部と本体部とを連結し、円筒形電池セルから所定以上の電流が流れる場合、断線されるように構成されたヒューズ部を備え、絶縁シートの露出口は、ヒューズ部が外側に露出するように位置し得る。
さらに、円筒形電池セルは、一端部及び他端部に負極端子及び正極端子がそれぞれ形成され、内圧が所定以上に高くなると、正極端子及び負極端子のいずれか一つを開放して内部ガスが排出されるように構成されたガスベント部を備え、
バスバーのヒューズ部は、ガスベント部によって解放されない正極端子または負極端子と接続する接続部のみに連結されて形成され得る。
そして、絶縁シートには、モジュールケースにバスバーの本体部の一部分が接合されるように、接着剤が供給される塗布口が形成され得る。
さらに、接着剤の一部は、絶縁シートとバスバーの本体部との間に介在された形態で硬化し得る。
また、絶縁シートには、露出口に供給された接着剤が露出口の周辺に流失することを防止するように、露出口から内側に突出したガイド部が備えられ得る。
さらに、ガイド部には、一部が円筒形電池セルの外側を覆うように折り曲げられた折曲構造が備えられ得る。
そして、絶縁シートは、露出口に供給された接着剤が露出口の周辺に流失することを防止するように、露出口から外側に突出した漏斗部を備え得る。
また、上記の目的を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、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。
さらに、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による自動車は、上述したバッテリーパックを少なくとも一つ以上含む。
本発明の一態様によれば、本発明は、電気絶縁性を有してバスバーの外側を覆うように位置し、バスバーの少なくとも一部分が外側に露出するように露出口が形成された絶縁シート、及び電気絶縁性を有して絶縁シートの露出口を通じて外側に露出したバスバーの少なくとも一部分に塗布された接着剤を含むことで、機械的剛性が弱いバスバー部分の損傷を防止することができる。これにより、本発明のバッテリーモジュールは、外部の衝撃や頻繁な振動環境でも、バスバーの損傷や電気的な断線などの事故が発生することを画期的に減らすことができ、バッテリーモジュールの耐久性を大幅に向上させることができる。
また、本発明の一態様によれば、本発明は、絶縁シートの露出口をヒューズ部が外側に露出するように位置させることで、ヒューズ部に接着剤を適切に塗布することができる。また、バスバーは、絶縁シートによって外部物体と電気的に絶縁できる。さらに、本発明は、バスバーの機械的剛性を要するヒューズ部のみに露出口を通して接着剤を塗布でき、振動や外部の衝撃によるヒューズ部の損傷を防止することができる。これにより、バッテリーモジュールの耐久性を効果的に向上させることができる。
そして、本発明の一態様によれば、本発明は、モジュールケースとバスバーの本体部の一部分とが互いに接合されるように、接着剤を供給するように構成された塗布口が絶縁シートに形成されることで、バスバーの本体部をモジュールケースの一部分に固定することができる。これにより、バスバーの本体部の振動または移動を防止でき、本体部と連結されたヒューズ部の損傷を効果的に減らすことができる。
さらに、本発明の一態様によれば、本発明は、接着剤の一部が絶縁シートとバスバーの本体部との間に介在された形態で硬化することで、接着剤の硬化後にも接着剤の移動または振動を防止でき、接着剤によってヒューズ部をさらに安定的に固定することができる。これにより、本発明のバッテリーモジュールの耐久性を効果的に高めることができる。
また、本発明の一態様によれば、本発明の絶縁シートには、露出口から内側に突出したガイド部が備えられることで、露出口に供給された接着剤が露出口の周辺に流失することを防止することができる。これにより、接着剤を機械的剛性の弱いバスバーの部分に隙間なく緻密に充填することができる。これにより、本発明は、外部の衝撃または振動によるバスバーの損傷または切断を確実に防止することができる。
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。
本発明の一実施形態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。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックのバッテリーモジュールの構成を分離して概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態による円筒形電池セルの構成を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した正面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した正面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した背面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した背面図である。 図７のＡ領域を拡大して示した部分拡大図である。 図７のＢ領域を拡大して示した部分拡大図である。 図６のバッテリーモジュールのＣ－Ｃ’に沿った概略的な部分断面図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールを前後方向に切断して概略的に示した部分断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールを前後方向に切断して概略的に示した部分断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールを前後方向に切断して概略的に示した部分断面図である。 本発明の実施例１によるバッテリーモジュールの前面写真である。 本発明の実施例１によるバッテリーモジュールの背面写真である。 本発明の試験例１～試験例３で測定した、実施例１のバッテリーモジュールＡの交流内部抵抗（ＡＣ－ＩＲ）を示した表である。 本発明の試験例１～試験例３で測定した、実施例１のバッテリーモジュールＢの交流内部抵抗（ＡＣ－ＩＲ）を示した表である。
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１は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリーパックのバッテリーモジュールの構成を分離して概略的に示した分解斜視図であり、図３は本発明の一実施形態による円筒形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モジュール２００は、複数の円筒形電池セル１００、モジュールケース２１０、バスバー２２０及び絶縁シート２３０を含み得る。
ここで、円筒形電池セル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。
電極組立体１１０は、正極板と負極板との間にセパレータが介在されて巻き取られた構造を有し、正極板には正極タブ１１４が取り付けられてキャップ組立体１１３に接続され、負極板には負極タブ１１５が取り付けられて電池缶１１２の下端に接続され得る。
電池缶１１２は、内部に空いた空間が形成されて電極組立体１１０が収納され得る。特に、電池缶１１２は、円筒形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、電池缶１１２は、剛性などを確保するため、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、電池缶１１２の下端には負極タブが取り付けられ、電池缶１１２の下部だけでなく、電池缶１１２自体が負極端子として機能し得る。
キャップ組立体１１３は、電池缶１１２の上端開放部に結合され、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の形態に応じ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、ガスベント部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、上側に突出した形態で構成され得る。特に、このようなトップキャップＣ１は、円筒形電池セル１００において正極端子として機能し得る。したがって、トップキャップＣ１は、外部装置、例えば、バスバー２２０などを通じて他の円筒形電池セル１００や負荷、充電装置と電気的に接続され得る。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で形成され得る。
ガスベント部Ｃ２は、円筒形電池セル１００の内圧、すなわち、内部でガスが発生して電池缶１１２の内圧が所定圧力以上に高くなる場合、変形されるように構成され得る。例えば、電池缶１１２の内部ガスがガスベント部Ｃ２を通って噴出されながら、トップキャップＣ１を開放させることができる。すなわち、ガスベント部Ｃ２は、正極端子１１１ａまたは負極端子１１１ｂを開放させることができる。例えば、円筒形電池セル１００は、内圧が所定以上に高くなると、ガスベント部Ｃ２を通じて正極端子及び負極端子のいずれか一つを開放して内部ガスが排出されるように構成され得る。
一方、キャップ組立体１１３は、電流遮断部材Ｃ４をさらに含み得る。電流遮断部材Ｃ４は、ＣＩＤ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）とも呼ばれ、ガス発生により電池の内圧が増加してガスベント部Ｃ２の形状が逆さまになれば、ガスベント部Ｃ２と電流遮断部材Ｃ４との接触が切れるか又は電流遮断部材Ｃ４が破損されることで、ガスベント部Ｃ２と電極組立体１１０との電気的接続を遮断することができる。
このような円筒形電池セル１００の構成は、本発明の出願時点で当業者に周知であるため、本明細書では詳細な説明を省略する。また、図３に円筒形電池セル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形電池セルに限定されない。すなわち、本発明の出願時点で公知の多様な形態の電池セルが本発明によるバッテリーモジュールに採用され得る。すなわち、図３の円筒形電池セル１００は、必ずしも円筒形に限定されるものではなく、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が適用されてもよい。
図２をさらに参照すると、複数の円筒形電池セル１００は、左右方向（Ｘ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）に配列された形態で備えられ得る。例えば、図２に示されたように、複数の円筒形電池セル１００は上下方向及び左右方向に配列された形態で構成され得る。さらに、複数の円筒形電池セル１００は、円筒形電池缶（図３中、電池缶１１２）のうち管状で形成された部分同士が対面する形態で配列され得る。
特に、本発明によるバッテリーモジュール２００において、複数の円筒形電池セル１００は、水平方向に横たわった形態で構成され得る。ここで、水平方向とは、地面と平行な方向を意味する。すなわち、図２に示されたように、１１２個の円筒形電池セル１００のそれぞれは、前後方向（Ｙ軸方向）に延びた形態で構成され得る。このとき、円筒形電池セル１００全体において、図１のＦ方向から眺めたとき、正極端子１１１ａ及び負極端子１１１ｂが前後方向の端部に位置し得る。
一方、本明細書に記載された前、後、左、右、上、下のような方向を表す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。ただし、本明細書では、説明の便宜上、Ｆ方向から眺め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表すことにする。
また、図２を参照すると、モジュールケース２１０は、複数の円筒形電池セル１００を収容する収容部２１２ｈ及び外壁２１１を備え得る。
また、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形電池セル１００が水平方向（Ｙ軸方向）に横たわった形態で収容され得る。しかし、積層方向が一つの方向に限定されることはなく、円筒形電池セル１００が横たわった方向に応じて上下方向（Ｚ軸方向）になってもよい。
さらに、外壁２１１は、複数の円筒形電池セル１００が挿入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、モジュールケース２１０は、図１のＦ方向から眺めたとき、内部空間を形成できるように、前側、後側、上側、下側、左側、右側に形成された前壁、後壁、上壁、下壁、左壁及び右壁を備え得る。
そして、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。第１ケース２１７は、後方に第２ケース２１９がＹ方向に積層されるように構成され得る。例えば、図２に示されたように、バッテリーモジュール２００は、Ｙ軸方向から眺めたとき、第１ケース２１７及び第１ケース２１７の後方に位置した第２ケース２１９を備え得る。第１ケース２１７及び第２ケース２１９のそれぞれの収容部２１２ｈには、円筒形電池セル１００の前方部分及び後方部分がそれぞれ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。
図４は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００を概略的に示した正面図である。図５は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００の一部構成を概略的に示した正面図である。図６は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００を概略的に示した背面図である。図７は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００の一部構成を概略的に示した背面図である。そして、図８は、図７のＡ領域を拡大して示した部分拡大図である。図５では、図示の便宜上、図４のバッテリーモジュール２００から絶縁シート２３０を除去して示した。また、図７では、図示の便宜上、図６のバッテリーモジュール２００から絶縁シート２３０を除去して示した。
まず、図４～図８を参照すると、バスバー２２０は、複数の円筒形電池セル１００同士の間、例えばすべての円筒形電池セル１００同士の間、または、一部の円筒形電池セル１００同士の間を電気的に接続し得る。そのため、バスバー２２０は、少なくとも一部分が電気伝導性材質で構成され得る。例えば、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で構成され得る。さらに、バスバー２２０は、異なる主素材を使った２枚の金属プレート２２０ａ、２２０ｂを接合した構造を有し得る。例えば、バスバー２２０は、所定厚さの第１金属プレート２２０ａ、及び第１金属プレート２２０ａの本体部２２２の一部分と接合される第２金属プレート２２０ｂを備え得る。第２金属プレート２２０ｂは、相対的に第１金属プレート２２０ａよりも薄く構成され得る。
また、第２金属プレート２２０ｂは、相対的に第１金属プレート２２０ａよりも低い電気伝導性の金属を含み得る。例えば、第１金属プレート２２０ａは、銅を主素材にしたプレートであり得る。第２金属プレート２２０ｂは、ニッケルを主素材にしたプレートであり得る。
さらに、バスバー２２０は、本体部２２２及び接続部２２４を備え得る。具体的には、バスバー２２０の本体部２２２は板状で構成され得る。さらに、バスバー２２０は、剛性及び電気伝導性を確保するため、金属板の形態で構成され得る。特に、本体部２２２は、複数の円筒形電池セル１００の電極端子１１１に沿って上下方向（図面のＺ軸方向）に立てられた形態で構成され得る。
そして、本体部２２２には接続口Ｋ１が形成され得る。接続口Ｋ１は、円筒形電池セル１００の電極端子１１１と対応する位置に穿設された穴であり得る。
さらに、接続部２２４は、円筒形電池セル１００の電極端子１１１と接続するように、接続口Ｋ１から延びて突出した形態を有し得る。接続部２２４は、電極端子１１１と溶接によって接合され得る。
すなわち、本発明において、複数の円筒形電池セル１００が前後方向（図面のＹ軸方向）に横たわった形態で左右方向（図面のＸ軸方向）及び上下方向（図面のＺ軸方向）に配列される場合、複数の円筒形電池セル１００の電極端子１１１は前後方向に配置された形態であり得る。このとき、本体部２２２は、複数の円筒形電池セル１００の電極端子１１１の配列方向に応じて、板状で左右方向及び上下方向に扁平に延長され得る。また、本体部２２２は、地面を基準にして立設された形態で構成され得る。
さらに、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に電力を伝送するための外部端子（図２中、外部端子２２３）が備えられ得る。
そして、バスバー２２０は、複数の円筒形電池セル１００の同一極性に接触してこれら同士を電気的に並列で接続し得る。または、バスバー２２０は、円筒形電池セル１００全体のうちの、一部の円筒形電池セル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で接続し得る。
図３及び図８をさらに参照すると、円筒形電池セル１００のガスベント部Ｃ２によって開放されない正極端子１１１ａ及び負極端子１１１ｂのうちのいずれか一つと接続される接続部２２４は、ヒューズ部２２６を備え得る。ヒューズ部２２６は、円筒形電池セル１００から所定以上の電流が流れる場合、断線されるように構成され得る。すなわち、ヒューズ部２２６は、所定以上の電流が流れる場合、抵抗熱によって一部分が溶融して流失され得る。このような原理でヒューズ部２２６は電気的に断線され得る。
また、ヒューズ部２２６は、水平方向に少なくとも１回以上折り曲げられた構造Ｂ１を有し得る。例えば、図８に示されたように、いずれか一つのヒューズ部２２６は、本体部２２２の端部から左側に突出して延び、延びた端部が再び上方に折り曲げられた構造Ｂ１を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、正極端子１１１ａと接続する接続部２２４及び負極端子１１１ｂと接続する接続部２２４のうち、ガスベント部Ｃ２によって開放されない正極端子１１１ａまたは負極端子１１１ｂと接触する接続部２２４は、円筒形電池セル１００から所定以上の電流が流れると、断線されるように構成されたヒューズ部２２６を備えることで、バッテリーモジュール２００内部の複数の円筒形電池セル１００の間で短絡が発生し、特定の円筒形電池セル１００に高電流が流れる場合、ヒューズ部２２６によって特定の円筒形電池セル１００とバスバー２２０とは電気的に断電され得る。すなわち、ヒューズ部２２６を通じて、バッテリーモジュール２００の火災や熱暴走現象を防止することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の安全性を高めることができる。
さらに、ヒューズ部２２６がガスベント部Ｃ２によって開放されない正極端子１１１ａまたは負極端子１１１ｂと接触する接続部２２４に備えられることで、ガスベント部Ｃ２によって開放される電極端子１１１よりも、ガスベント部Ｃ２によって開放されない電極端子１１１（例えば、負極端子）が電極組立体により近く位置し、円筒形電池セル１００の内部熱がより効果的に伝達されるため、ヒューズ部２２６に円筒形電池セル１００の内部熱が伝達されてヒューズ短絡が迅速且つ容易に行われるという利点がある。
そして、ヒューズ部２２６は、水平方向に少なくとも１回以上折り曲げられた構造Ｂ１を有することで、同じ空間により長い電流経路を確保し易い。すなわち、ヒューズ部２２６が一直線に延びた形態を有すると、より大きい接続口を形成する必要があるため、所定の空間で一つのバスバー２２０がより多くの円筒形電池セル１００と電気的に接続するのに空間的な制約になり得る。したがって、本発明は、バスバー２２０のヒューズ部２２６が占める空間を画期的に減らすことで、コンパクトなバッテリーモジュール２００を具現し易い。
例えば、図８に示されたように、ヒューズ部２２６は、第２金属プレート２２０ｂのみに形成され得る。また、ヒューズ部２２６は、負極端子１１１ｂに接続する接続部２２４と本体部２２２との間を連結するように構成され得る。
さらに、バスバー２２０の外面には電気絶縁性の絶縁シート２３０が備えられ得る。絶縁シート２３０は、バスバー２２０の外側を覆うように位置し得る。例えば、図２に示されたように、二枚の絶縁シート２３０が前方側に位置したバスバー２２０の前面及び後方に位置したバスバー２２０の後面にそれぞれ備えられ得る。
図２、図４及び図６をさらに参照すると、絶縁シート２３０には、バスバー２２０の少なくとも一部分が外側に露出するように露出口２３２が形成され得る。例えば、露出口２３２は、バスバー２２０の一部分に接着剤２４０が塗布されるように左右方向に延びた形態であり得る。しかし、露出口２３２の形態が必ずしもこのような形態に限定されることはなく、接着剤２４０を塗布する必要のあるバスバー２２０部分の形状に応じて露出口２３２の形態は多様に変形され得る。
図２、図４～図７をさらに参照すると、バッテリーモジュール２００は接着剤２４０をさらに含み得る。接着剤２４０は電気絶縁性を有し得る。接着剤２４０は、グルー（ｇｌｕｅ）またはホットメルト樹脂（ｈｏｔ－ｍｅｌｔ ｒｅｓｉｎ）であり得る。例えば、接着剤２４０は、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂及びアクリル系樹脂のうち少なくとも一つ以上を含み得る。より具体的には、接着剤２４０は、エポキシ系接着剤（３Ｍ社製、スコッチウェルド（登録商標）ＤＰ４６０ＮＳ）であり得る。または、接着剤２４０は、ホットメルト樹脂（ＬＧ化学社製、ＬＧＣＥＢ０３＿Ｔ３またはＥｖｅｒｗｉｄｅ ＪＣ８０１）を含み得る。
また、接着剤２４０は、絶縁シート２３０の露出口２３２を通じて外側に露出したバスバー２２０の少なくとも一部分に塗布され得る。例えば、図５に示されたように、複数の円筒形電池セル１００を基準にして前方に位置した８個のバスバー２２０それぞれの一部分（前面）には、接着剤２４０が絶縁シート２３０の露出口２３２から塗布され得る。また、複数の円筒形電池セル１００を基準にして後方に位置した８個のバスバー２２０それぞれの一部分（後面）には、接着剤２４０が絶縁シート２３０の露出口２３２から塗布され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明は、電気絶縁性を有してバスバー２２０の外側を覆うように位置し、バスバー２２０の少なくとも一部分が外側に露出するように露出口２３２が形成された絶縁シート２３０、及び電気絶縁性を有して絶縁シート２３０の露出口２３２を通じて外側に露出したバスバー２２０の少なくとも一部分に塗布された接着剤２４０を含むことで、機械的剛性が弱いバスバー２２０部分の損傷を防止することができる。これにより、本発明のバッテリーモジュール２００は、外部の衝撃や頻繁な振動環境でも、バスバー２２０の損傷や電気的な断線などの事故が発生することを画期的に減らすことができ、バッテリーモジュール２００の耐久性を大幅に向上させることができる。
図４～図８をさらに参照すると、絶縁シート２３０の露出口２３２は、ヒューズ部２２６が外側に露出するように位置し得る。例えば、図４に示されたように、バッテリーモジュール２００の前方には複数の露出口２３２が形成された絶縁シート２３０が位置し得る。絶縁シート２３０は、バスバー２２０上に密着するように構成され得る。例えば、バスバー２２０と対面する絶縁シート２３０の一面には粘着剤（図示せず）がコーティングされ得る。粘着剤は、絶縁シート２３０をバスバー２２０の外側面に貼り付けるように構成され得る。
また、絶縁シート２３０の露出口２３２は、バスバー２２０のヒューズ部２２６に沿って左右方向に延びた形態を有し得る。露出口２３２の幅は、バスバー２２０のヒューズ部２２６が外部に露出する程度の大きさであり得る。
さらに、図６及び図８に示したように、バスバー２２０に形成されたヒューズ部２２６には、絶縁シート２３０の露出口２３２を通して供給された接着剤２４０が塗布されて硬化し得る。
例えば、図６に示されたように、バッテリーモジュール２００の後方には複数の露出口２３２が形成された絶縁シート２３０が位置し得る。絶縁シート２３０は、バスバー２２０上に密着するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、絶縁シート２３０の露出口２３２をヒューズ部２２６が外側に露出するように位置させることで、ヒューズ部２２６に接着剤２４０を適切に塗布することができる。また、バスバー２２０は、絶縁シート２３０によって外部物体と電気的に絶縁できる。さらに、本発明は、バスバー２２０の機械的剛性を要するヒューズ部２２６のみに露出口２３２を通して接着剤２４０を塗布でき、振動や外部の衝撃によるヒューズ部２２６の損傷を防止することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の耐久性を効果的に向上させることができる。
図９は、図７のＢ領域を拡大して示した部分拡大図である。
図４及び図６～図９を参照すると、絶縁シート２３０には接着剤２４０を供給するように構成された塗布口２３４が形成され得る。塗布口２３４は、モジュールケース２１０にバスバー２２０の本体部２２２の一部が接合されるように、モジュールケース２１０の外側面及びバスバー２２０の本体部２２２の一部が外側に露出するように開口された形態を有し得る。
例えば、図６及び図９のように、絶縁シート２３０には複数の塗布口２３４が形成され得る。塗布口２３４は、バスバー２２０の第１金属プレート２２０ａの一部及びモジュールケース２１０のストッパＰ１の外側面が外側に露出するように構成された開口であり得る。
例えば、図９に示されたように、本発明の接着剤２４０は、塗布口２３４を通してバスバー２２０の第１金属プレート２２０ａの一部分とモジュールケース２１０のストッパＰ１の外側面に供給されて硬化した状態であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールケース２１０にバスバー２２０の本体部２２２の一部分が接合されるように、接着剤２４０を供給する塗布口２３４が絶縁シート２３０に形成されることで、バスバー２２０の本体部２２２をモジュールケース２１０の一部分に固定することができる。これにより、バスバー２２０の本体部２２２の振動または移動を防止でき、本体部２２２と連結されたヒューズ部２２６の損傷を効果的に減らすことができる。
すなわち、ヒューズ部２２６は、本体部２２２との連結部位で断線され易いため、接着剤２４０を用いて、ヒューズ部２２６の固定とともに、本体部２２２もモジュールケース２１０に固定することで、バスバー２２０の本体部２２２及びヒューズ部２２６両方の振動または動きを制限することができる。これにより、本発明は、ヒューズ部２２６の損傷をより効果的に防止することができる。
図１０は、図６のバッテリーモジュールのＣ－Ｃ’に沿った概略的な部分断面図である。
図６、図８及び図１０を参照すると、接着剤２４０の一部２４０ｂは、絶縁シート２３０とバスバー２２０の本体部２２２との間に介在された形態で硬化し得る。接着剤２４０のうちの絶縁シート２３０とバスバー２２０の本体部２２２との間に介在された部分２４０ｂは、接着剤２４０が硬化した後、揺れや動きを制限する役割を果たすことができる。また、このような介在された部分２４０ｂは、絶縁シート２３０とバスバー２２０とを互いに拘束でき、絶縁シート２３０がバスバー２２０から脱離することを防止することができる。
すなわち、接着剤２４０は、絶縁シート２３０の露出口２３２と接続口を通して注入され、バスバー２２０の接続部２２４と本体部２２２との間を連結するヒューズ部２２６に塗布され得、一部は絶縁シート２３０とバスバー２２０の本体部２２２との間に介在された形態で硬化し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、接着剤２４０の一部が絶縁シート２３０とバスバー２２０の本体部２２２との間に介在された形態で硬化することで、接着剤２４０の硬化後にも接着剤２４０の移動または振動を防止でき、接着剤２４０によってヒューズ部２２６をさらに安定的に固定することができる。これにより、本発明のバッテリーモジュール２００の耐久性を効果的に高めることができる。
図１１は、本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールを前後方向に切断して概略的に示した部分断面図である。
図６、図８及び図１１を参照すると、図１１の絶縁シート２３０Ａは、図１０の絶縁シート２３０と比べて、ガイド部２３６をさらに備える点で相違する。その他の構成には同一構成が適用されている。
絶縁シート２３０Ａは、露出口２３２に供給された接着剤２４０が露出口２３２の周辺に流失することを防止するように構成されたガイド部２３６を備え得る。ガイド部２３６は、露出口２３２から内側に突出した構造を有し得る。
具体的には、ガイド部２３６は、絶縁シート２３０Ａに形成された露出口２３２の周縁の少なくとも一部から円筒形電池セル１００が位置した方向に突出した構造を有し得る。例えば、ガイド部２３６は、絶縁シート２３０Ａに形成された露出口２３２の周縁の上下部分及び左右部分から円筒形電池セル１００が位置した方向に突出した形態であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、絶縁シート２３０Ａには、露出口２３２から内側に突出したガイド部２３６が備えられることで、露出口２３２に供給された接着剤２４０が露出口２３２の周辺に流失することを防止することができる。これにより、接着剤２４０を機械的剛性の弱いバスバー２２０の部分に隙間なく緻密に充填することができる。これにより、本発明は、外部の衝撃または振動によるバスバー２２０の損傷または切断を確実に防止することができる。
図１２は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールを前後方向に切断して概略的に示した部分断面図である。
図６、図８及び図１２を参照すると、図１２の絶縁シート２３０Ｂのガイド部２３６Ｂは、図１１の絶縁シート２３０Ａのガイド部２３６と比べて、一部が折り曲げられた折曲構造２３６ｂを備える点で相違する。その他の構成には同一構成が適用されている。
具体的には、ガイド部２３６Ｂは、一部が円筒形電池セル１００の外側を覆うように折り曲げられた折曲構造２３６ｂを備え得る。接着剤２４０の一部２４０ｃは、ガイド部２３６Ｂの折曲構造２３６ｂと対応する形状になり得る。例えば、接着剤２４０の一部２４０ｃは、断面に基づく段差構造を有し得る。接着剤２４０の段差構造は、接着剤２４０が絶縁シート２３０Ｂの露出口２３２を通って外部に離脱することを阻止する役割を果たすことができる。さらに、接着剤２４０の段差構造は、円筒形電池セル１００の上端部の一部分を囲む形態を有し、接着剤２４０と円筒形電池セル１００との間の結合力をさらに高めることができる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、ガイド部２３６Ｂに一部が円筒形電池セル１００の外側を覆うように折り曲げられた折曲構造２３６ｂが備えられることで、接着剤２４０が円筒形電池セル１００上でより完全に結合された状態を維持することができる。すなわち、絶縁シート２３０Ｂの折曲構造２３６ｂによって接着剤２４０の段差構造が形成され、接着剤２４０の段差構造は接着剤２４０が円筒形電池セル１００の上部に固定される固定力を高めることができる。これにより、バッテリーモジュール２００の耐久性をさらに高めることができる。
図１３は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーモジュールを前後方向に切断して概略的に示した部分断面図である。
図６、図８及び図１３を参照すると、図１３の絶縁シート２３０Ｃは、図１０の絶縁シート２３０と比べて、漏斗部２３８をさらに備える点で相違する。その他の構成には同一構成が適用されている。
具体的には、絶縁シート２３０Ｃの漏斗部２３８は、露出口２３２に供給された接着剤２４０が露出口２３２の周辺に流失することを防止するように構成され得る。例えば、図１３に示されたように、漏斗部２３８は、露出口２３２から外側に突出した形態を有し得る。ここで、外側とは、露出口２３２に接着剤２４０を供給するために構成されたノズル（図示せず）が位置した方向であり得る。ノズルとしては、接着剤２４０を注入するために現在用いられる如何なる形態のノズルでも適用可能であり、さらに、ノズルが備えられた塗布装置であれば如何なる装置でも適用可能である。
また、漏斗部２３８は、外側に行くほど、露出口２３２を基準にして上下方向または左右方向に広がる形状であり得る。漏斗部２３８は、絶縁シート２３０Ｃの露出口２３２の周縁に沿って延びた形態を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、絶縁シート２３０Ｃが露出口２３２から外側に突出した漏斗部２３８を備えることで、露出口２３２に供給された接着剤２４０が露出口２３２の周辺に流失することを防止することができる。これにより、接着剤２４０が露出口２３２から意図した位置に供給されず流失する場合に生じ得る塗布量の減少を防止することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の不良率を効果的に減らすことができる。
一方、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００は、上述した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、バッテリーパック３００は、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の装置（図示せず）、例えばＢＭＳ（図２中、ＢＭＳ３８０）、電流センサ、ヒューズなどをさらに含み得る。
また、図１及び図２をさらに参照すると、バッテリーパック３００は、パックハウジング３１０を含み得る。具体的には、パックハウジング３１０は、上端カバー３１２、中間ハウジング３１４及び下端底部３１６を備え得る。具体的には、Ｆ方向から眺めたとき、上端カバー３１２の下部に中間ハウジング３１４が結合され、中間ハウジング３１４の下部に下端底部３１６が結合され得る。より具体的には、上端カバー３１２は、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の上部を覆うように上壁及び側壁を備え得る。そして、中間ハウジング３１４は、上部及び下部が開放された四角管状であり得る。さらに、下端底部３１６は、上部が開放された箱状であって、側壁及び下壁を備え得る。
一方、本発明の一実施形態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（図示せず）にも含まれ得る。すなわち、本発明の一実施形態による自動車は、車体内に上述した本発明の一実施形態による少なくとも一つ以上のバッテリーパック３００が搭載され得る。
以下、実施例及び試験例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、これら実施例及び試験例は本発明を制限するものではない。本発明による実施例は多くの他の形態に変形され得、本発明の範囲が後述する実施例に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
＜実施例１＞
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールＡは、１１２個の円筒形電池セル、これら円筒形電池セルを収容可能なモジュールケース、１１２個の円筒形電池セルを電気的に接続するように構成された１５個のバスバー、及びバスバーを覆うように構成された二枚の絶縁シートを備える。絶縁シートに形成された露出口を通してエポキシ系接着剤（３Ｍ社製、スコッチウェルド（登録商標）ＤＰ４６０ＮＳ）をバスバーのヒューズ部の周囲に塗布した。このとき、接着剤の粘度は１５０，０００ｃｐｓ～２７５，０００ｃｐｓであり、硬化剤の粘度は８，０００～１４，０００ｃｐｓであり、稼働時間は１時間以下であった。接着剤は塗布部位毎に幅４ｍｍ、厚さ２ｍｍに塗布し、塗布量は絶縁シート一枚当り１０ｇ程度であった。図１４及び図１５の写真のように、バッテリーモジュールＡを用意した。
＜実施例２＞
実施例１で製造した方法と同じ方法でバッテリーモジュールＢを製造した。
＜試験例１：Ｚ軸方向の振動試験＞
まず、実施例１及び実施例２のバッテリーモジュールＡ及びバッテリーモジュールＢにおいて、それぞれの１１２個の円筒形電池セルを１４個のバンクに分けた。ＨＩＯＫＩテスターを用いてそれぞれのバンクの交流内部抵抗（ＡＣ－ＩＲ）及び直流電圧を測定した。測定された交流内部抵抗値を図１６と図１７の表にそれぞれ示した。また、実施例１及び実施例２のバッテリーモジュールＡ及びバッテリーモジュールＢにおいて、１４個のバンクがすべて正常範囲である４．８ｍΩ～５．７ｍΩ、３．５０Ｖ～３．６０Ｖで測定された。
その後、バッテリーモジュールＡ及びバッテリーモジュールＢのそれぞれに対し、Ｚ軸方向（上下方向）での振動テストを行った。振動時間は３時間であり、７Ｈｚ～２００Ｈｚに対して１２サイクルで振動テストを行った。
Ｚ軸方向の振動テストが終了した後、バッテリーモジュールＡ及びバッテリーモジュールＢそれぞれの１４個のバンクに対して交流内部抵抗（ＡＣ－ＩＲ）を測定した。測定された交流内部抵抗値を図１６の表及び図１７の表にそれぞれ示した。試験の結果、実施例１及び実施例２のバッテリーモジュールＡ及びバッテリーモジュールＢそれぞれの１４個のバンクがすべて正常範囲である４．８ｍΩ～５．８ｍΩ、３．５０Ｖ～３．６０Ｖと測定された。
＜試験例２：Ｙ軸方向の振動試験＞
試験例１の後、実施例１及び実施例２のバッテリーモジュールそれぞれに対し、Ｙ軸方向（前後方向）での振動テストを行った。振動時間は３時間であり、７Ｈｚ～２００Ｈｚに対して１２サイクルで振動テストを行った。
Ｙ軸方向の振動テストが終了した後、バッテリーモジュールのそれぞれの１４個のバンクに対して交流内部抵抗（ＡＣ－ＩＲ）を測定した。測定された値を図１６の表及び図１７の表にそれぞれ示した。実施例１及び実施例２のバッテリーモジュールそれぞれの１４個のバンクがすべて正常範囲である４．８ｍΩ～５．８ｍΩ、３．５０Ｖ～３．６０Ｖと測定された。
＜試験例３：Ｘ軸方向の振動試験＞
試験例２の後、実施例１及び実施例２のバッテリーモジュールそれぞれに対し、Ｘ軸方向（左右方向）での振動テストを行った。振動時間は３時間であり、７Ｈｚ～２００Ｈｚに対して１２サイクルで振動テストを行った。
Ｘ軸方向の振動テストが終了した後、バッテリーモジュールのそれぞれの１４個のバンクに対して交流内部抵抗（ＡＣ－ＩＲ）を測定した。測定された値を図１６の表及び図１７の表にそれぞれ示した。実施例１及び実施例２のバッテリーモジュールそれぞれの１４個のバンクがすべて正常範囲である４．８ｍΩ～５．８ｍΩ、３．５０Ｖ～３．６０Ｖと測定された。
結論として、試験例１～試験例３を行った結果、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールは、機械的剛性の弱いバスバーの一部が露出する露出口が備えられた絶縁シートを使用し、接着剤を塗布することで、バスバーの機械的剛性を補完することができ、Ｚ軸、Ｘ軸及びＹ軸などの多様な方向の振動環境でも機械的剛性の弱いバスバー部分の損傷を防止することができる。これにより、本発明のバッテリーモジュールは、外部の衝撃や頻繁な振動環境でも、バスバーの損傷や電気的な断線などの事故が発生することを画期的に減らすことができ、バッテリーモジュールの耐久性を大幅に向上させることができる。
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ず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する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：円筒形電池セル
２００：バッテリーモジュール
１１１：電極端子
１１１ａ：正極端子（電極端子）
１１１ｂ：負極端子（電極端子）
２１０：モジュールケース
２１２ｈ：収容部
２１１：外壁
Ｈ１：中空構造
２３０：絶縁シート
２３２：露出口
２３４：塗布口
２３６：ガイド部
２３６ｂ：折曲構造
２３８：漏斗部
２４０：接着剤
２２０：バスバー
２２２：本体部
２２４：接続部
２２６：ヒューズ部
３１０：パックハウジング
３１２：上端カバー
３１４：中間ハウジング
３１６：下端底部

Claims (10)

  1. 電極端子をそれぞれ備えた複数の円筒形電池セルと、
    前記複数の円筒形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板状の本体部、及び前記複数の円筒形電池セル同士を電気的に接続するように電極端子と接触する接続部を備えたバスバーと、
    電気絶縁性を有し、前記バスバーの外側を覆うように位置し、前記バスバーの前記本体部と前記接続部とを連結する前記バスバーの一部分が外側に露出するように露出口が形成された絶縁シートと、
    電気絶縁性を有し、前記絶縁シートの露出口を通じて外側に露出した前記バスバーの前記一部分に塗布されて前記露出口を通じて外側に露出する接着剤と、
    を含む、バッテリーモジュール。
  2. 前記バスバーの前記一部分は、前記接続部と前記本体部とを連結し、前記円筒形電池セルから所定以上の電流が流れる場合、断線されるように構成されたヒューズ部を備え、
    前記絶縁シートの露出口は、前記ヒューズ部が外側に露出するように位置する、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記円筒形電池セルは、一端部及び他端部に負極端子及び正極端子がそれぞれ形成され、内圧が所定以上に高くなると、前記正極端子及び前記負極端子のいずれか一つを開放して内部ガスが排出されるように構成されたガスベント部を備え、
    前記バスバーのヒューズ部は、前記ガスベント部によって解放されない正極端子または負極端子と接続する前記接続部のみに連結されて形成された、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記絶縁シートには、前記モジュールケースに前記バスバーの前記本体部の一部分が接合されるように、前記接着剤が供給される塗布口が形成された、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記接着剤の一部は、前記絶縁シートと前記バスバーの前記本体部との間に介在された形態で硬化する、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記絶縁シートには、前記露出口に供給された前記接着剤が前記露出口の周辺に流失することを防止するように、前記露出口から内側に突出したガイド部が備えられた、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記ガイド部には、一部が前記円筒形電池セルの外側を覆うように折り曲げられた折曲構造が備えられた、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記絶縁シートには、前記露出口に供給された前記接着剤が前記露出口の周辺に流失することを防止するように、前記露出口から外側に突出した漏斗部が備えられた、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  9. 請求項１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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