JP7353504B2 - 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そのバッテリーパックを含む自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーモジュールと、それを含むバッテリーパック及びそのバッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、２０２０年１１月２３日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１５８０７６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。
製品群に応じた適用性が高く、且つ、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、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）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できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。
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～４．５Ｖ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、複数のバッテリーセルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数のバッテリー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、上記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、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可能である。
なお、複数のバッテリーセルを直列・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を含む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一般的である。
従来のバッテリーモジュールの場合、バッテリーセルの寿命などの性能の向上のために、特定の範囲内の加圧力をバッテリーセルに印加することが重要である。また、バッテリーセルの膨張、即ち、セルスウェリング時、これを制御することも重要である。
そこで、バッテリーセルの性能を向上させる共に、セルスウェリングを効果的に制御可能な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そのバッテリーパックを含む自動車を提供するための方案が求められる。
本発明は、バッテリーセルの性能を向上させると共に、セルスウェリングが効果的に制御可能な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そのバッテリーパックを含む自動車を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、バッテリーモジュールであって、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、前記バッテリーセル組立体の下部を支持するベースプレートと、前記ベースプレートと弾性的に連結され、前記バッテリーセル組立体の上部をカバーし、前記バッテリーセル組立体のセルスウェリングによって前記バッテリーセル組立体の上下方向へ弾性的に変形可能な加圧プーリーユニットと、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。
前記加圧プーリーユニットは、前記バッテリーセル組立体の上部に配置され、前記上下方向に沿って移動可能に備えられる加圧プレートと、前記加圧プレートと連結され、前記バッテリーセル組立体の両側に配置される一対のプーリーユニットと、前記一対のプーリーユニットと連結され、前記ベースプレートに固定される一対の弾性ストラップと、を含み得る。
前記一対のプーリーユニットは各々、前記弾性ストラップと連結されるプーリー本体と、前記プーリー本体を貫通するプーリーシャフトと、前記プーリーシャフトと前記加圧プレートとを連結する連結部材と、を含み得る。
前記一対のプーリーユニットは、前記プーリーシャフトに備えられ、前記プーリー本体と前記連結部材との間に配置される少なくとも一つの弾性バネを含み得る。
前記弾性バネは、一対が備えられ、前記一対の弾性バネは、前記プーリー本体を挟んで対向して配置され得る。
前記一対のプーリーユニットは、前記バッテリーセル組立体の一側に配置される第１プーリーユニットと、前記第１プーリーユニットと離隔して配置され、前記バッテリーセル組立体の他側に配置される第２プーリーユニットと、を含み得る。
前記一対の弾性ストラップは、前記第１プーリーユニットと連結される第１弾性ストラップと、前記第１弾性ストラップと離隔して配置され、前記第２プーリーユニットと連結される第２弾性ストラップと、を含み得る。
前記バッテリーセルは、複数個が備えられ、前記複数個のバッテリーセルは、前記バッテリーセル組立体の高さ方向へ相互に積層され得る。
なお、本発明は、バッテリーパックであって、前述した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、を含むことを特徴とするバッテリーパックを提供する。
また、本発明は、自動車であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。
以上のような多様な実施例によると、バッテリーセルの性能を向上させると共に、セルスウェリングが効果的に制御可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック、及びそのバッテリーパックを含む自動車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の線Ａ－Ａ’による断面図である。 図２の主要部の拡大図である。 図１の線Ｂ－Ｂ’による断面図である。 図４の主要部の拡大図である。 図１のバッテリーモジュールの加圧プーリーユニットの動作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加圧プーリーユニットの動作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。 本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。
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。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
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の線Ａ－Ａ’による断面図であり、図３は、図２の主要部の拡大図であり、図４は、図１の線Ｂ－Ｂ’による断面図であり、図５は、図４の主要部の拡大図である。
図１～図５を参照すると、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル組立体１００と、ベースプレート２００と、加圧プーリーユニット３００と、を含み得る。
前記バッテリーセル組立体１００は、少なくとも一つのバッテリーセル１０５、またはそれ以上の複数個のバッテリーセル１０５を含み得る。以下、本実施例では、前記バッテリーセル１０５は複数個が備えられることに限定して説明する。
前記複数個のバッテリーセル１０５は、前記バッテリーセル組立体１００の高さ方向へ相互に積層され得る。このような前記複数個のバッテリーセル１０５は、二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池または円筒型二次電池として備えられ得る。以下、本実施例では、バッテリーセル１０５がパウチ型二次電池で備えられることに限定して説明する。
前記ベースプレート２００は、前記バッテリーセル組立体１００の下部を支持し得る。前記ベースプレート２００は、前記バッテリーセル組立体１００の下部を支持できる形状及び大きさを有し得る。
前記加圧プーリーユニット３００は、前記ベースプレート２００と弾性的に連結され、前記バッテリーセル組立体１００の上部をカバーし、前記バッテリーセル組立体１００のセルスウェリングによって前記バッテリーセル組立体１００の上下方向へ弾性的に変形できる。
前記加圧プーリーユニット３００は、加圧プレート３１０と、一対のプーリーユニット３３０、３４０及び一対の弾性ストラップ３５０、３６０を含み得る。
前記加圧プレート３１０は、前記バッテリーセル組立体１００の上部に配置され得る。前記加圧プレート３１０は、前記バッテリーセル組立体１００の上部をカバーできる形状及び大きさを有し得る。前記加圧プレート３１０は、前記バッテリーセル組立体１００の上下方向に沿って弾性的に移動可能に備えられ得る。
前記一対のプーリーユニット３３０、３４０は、前記加圧プレート３１０と連結され、前記バッテリーセル組立体１００の両側に配置され得る。
このような前記一対のプーリーユニット３３０、３４０は、第１プーリーユニット３３０及び第２プーリーユニット３４０を含み得る。
前記第１プーリーユニット３３０は、前記バッテリーセル組立体１００の一側に配置され得る。
前記第１プーリーユニット３３０は、プーリー本体３３１と、プーリーシャフト３３３と、連結部材３３５と、弾性バネ３３７と、を含み得る。
前記プーリー本体３３１は、後述する弾性ストラップ３５０と連結され得る。具体的には、前記プーリー本体３３１は、後述する第１弾性ストラップ３５０のストラップガイド３５５と噛み合うように連結され得る。
より具体的には、前記プーリー本体３３１は、後述する第１弾性ストラップ３５０のストラップガイド３５５の形状に対応する形状であって、後述するプーリーシャフト３３３の中央へ進むほど下方へ傾くように設けられ得る。
前記プーリーシャフト３３３は、所定の長さに形成され、前記プーリー本体３３１を貫通し得る。
前記連結部材３３５は、前記プーリーシャフト３３３と前記加圧プレート３１０とを連結し得る。このような前記連結部材３３５は、前記プーリーシャフト３３３の両端部に連結され、前記加圧プレート３１０に固定され得る。
前記弾性バネ３３７は、前記プーリーシャフト３３３に備えられ、前記プーリー本体３３１と前記連結部材３３５との間に配置され得る。このような弾性バネ３３７は、一対が備えられ得る。前記一対の弾性バネ３３７は、前記プーリー本体３３１を挟んで対向して配置され得る。
前記第２プーリーユニット３４０は、前記第１プーリーユニット３３０と離隔して配置され、前記バッテリーセル組立体１００の他側に配置され得る。
前記第２プーリーユニット３４０は、プーリー本体３４１と、プーリーシャフト３４３と、連結部材３４５と、弾性バネ３４７と、を含み得る。
前記プーリー本体３４１は、後述する弾性ストラップ３６０と連結され得る。具体的には、前記プーリー本体３４１は、後述する第２弾性ストラップ３６０のストラップガイド３６５と噛み合うように連結され得る。
より具体的には、前記プーリー本体３４１は、後述する第２弾性ストラップ３６０のストラップガイド３６５の形状に対応する形状であり、後述するプーリーシャフト３４３の中央へ進むほど下方へ傾くように設けられ得る。
前記プーリーシャフト３４３は、所定の長さに形成され、前記プーリー本体３４１を貫通し得る。
前記連結部材３４５は、前記プーリーシャフト３４３と前記加圧プレート３１０とを連結し得る。前記連結部材３４５は、前記プーリーシャフト３４３の両端部に連結され、前記加圧プレート３１０に固定され得る。
前記弾性バネ３４７は、前記プーリーシャフト３４３に備えられ、前記プーリー本体３４１と前記連結部材３４５との間に配置され得る。このような前記弾性バネ３４７は、一対が備えられ得る。前記一対の弾性バネ３４７は、前記プーリー本体３４１を挟んで対向して配置され得る。
前記一対の弾性ストラップ３５０、３６０は、前記一対のプーリーユニット３３０、３４０と連結され、前記ベースプレート２００に固定され得る。
前記一対の弾性ストラップ３５０、３６０は、第１弾性ストラップ３５０及び第２弾性ストラップ３６０を含み得る。
前記第１弾性ストラップ３５０は、前記第１プーリーユニット３３０と弾性的に連結され得る。
このような前記第１弾性ストラップ３５０は、ストラップバンド３５１及びストラップガイド３５５を含み得る。
前記ストラップバンド３５１は、所定の長さの弾性材質で設けられ、前記ベースプレート２００に固定されるように取り付けられ得る。例えば、前記ストラップバンド３５１は、所定の弾性を有するメタル材質で備えられ得る。しかし、これに限定されず、前記ストラップバンド３５１は、前記メタル材質の他にも所定の弾性を有するその他の材質、例えば、ラバー材質などで設けられ得る。
前記ストラップガイド３５５は、前記ストラップバンド３５１に備えられ、少なくとも一つまたはそれ以上の複数個が備えられ得る。このような前記ストラップガイド３５５は、メタル材質で備えられ得る。
前記ストラップガイド３５５は、前記一対のプーリーユニット３３０、３４０に連結され得る。具体的には、前記ストラップガイド３５５は、前記第１プーリーユニット３３０の前記プーリー本体３３１に噛み合うように連結され得る。
ここで、前記ストラップガイド３５５は、下方へ傾くように斜面を有するように形成され得る。このように前記ストラップがイド３５５の傾いた形状によって、前記加圧プーリーユニット３００のセルスウェリングの制御時、前記第１プーリーユニット３３０の前記プーリー本体３３１の水平方向の弾性的スライディングがより容易に行われる。
前記第２弾性ストラップ３６０は、前記第１弾性ストラップ３５０と離隔して配置され、前記第２プーリーユニット３４０と弾性的に連結され得る。
このような前記第２弾性ストラップ３６０は、ストラップバンド３６１と、ストラップガイド３６５と、を含み得る。
前記ストラップバンド３６１は、所定の長さの弾性材質で設けられ、前記ベースプレート２００に固定されるように取り付けられ得る。例えば、前記ストラップバンド３６１は、所定の弾性を有するメタル材質で備えられ得る。しかし、ここに限定されず、前記ストラップバンド３６１は、前記メタル材質の他にも所定の弾性を有するその他の材質、例えば、ゴム材質などで設けられ得る。
前記ストラップガイド３６５は、前記ストラップバンド３６１に備えられ、少なくとも一つまたはそれ以上の複数個が備えられ得る。このような前記ストラップガイド３６５は、メタル材質で備えられ得る。
前記ストラップガイド３６５は、前記一対のプーリーユニット３３０、３４０に連結され得る。具体的には、前記ストラップガイド３６５は、前記第２プーリーユニット３４０の前記プーリー本体３４１に噛み合うように連結され得る。
ここで、前記ストラップガイド３６５は、下方へ傾くように斜面を有するように形成され得る。このように前記ストラップがイド３６５の傾いた形状によって、前記加圧プーリーユニット３００のセルスウェリングの制御時、前記第２プーリーユニット３４０の前記プーリー本体３４１の水平方向の弾性的スライディングがより容易に行われる。
以下では、本実施例による前記バッテリーモジュール１０のセルスウェリング時における前記加圧プーリーユニット３００の動作を具体的に説明する。
図６及び図７は、図１のバッテリーモジュールの加圧プーリーユニットの動作を説明するための図である。
図６及び図７を参照すると、前記バッテリーモジュール１０において、前記バッテリーセル組立体１００のバッテリーセル１０５で膨張などによるセルスウェリング現象が発生し得る。
このようなセルスウェリング時、前記加圧プーリーユニット３００は、前記加圧プレート３１０の上昇によって、前記バッテリーセル１０５に過度な圧力が加えられることを効果的に防止できる。
例えば、図７に示したように、前記セルスウェリングによる前記加圧プレート３００の上昇時、前記加圧プーリーユニット３００の前記第１プーリーユニット３３０の前記プーリー本体３３１が水平方向において、対向する連結部材３３５側へスライドし得る。
この際、前記プーリー本体３３１は、前記第１弾性ストラップ３５０のストラップバンド３５１に連結された前記ストラップガイド３３５の噛み合った斜面に沿ってスライドし得る。これによって、前記プーリー本体３３１のスライディング時に発生し得る干渉などの問題が最小化できる。
また、前記第１プーリーユニット３３０の前記一対の弾性バネ３３７は、前記プーリー本体３３１のスライディングによって圧縮しながら前記セルスウェリング力を少なくとも部分的に緩衝しながら前記プーリー本体３３１のスライディングをガイドできる。
一方、図示していないが、前記セルスウェリング時、前記第２プーリーユニット３４０も前記第１プーリーユニット３３０の同じメカニズムで動作し得る。
このように、本実施例による前記加圧プーリーユニット３００は、前記バッテリーセル組立体１００のバッテリーセル１０５で自体に発生する力を作動力にして、弾性によって前記バッテリーセル１０５を規制する高さに変化を与えて圧力水準を一定の水準に維持できる。
このような加圧プーリーユニット３００による一定の圧力水準の維持は、前記バッテリーセル組立体１００のバッテリーセル１０５のセルスウェリングの他にも前記バッテリーセル１０５の寿命性能の向上のための所定の加圧力の提供時にも適用可能であることは勿論である。即ち、前記加圧プーリーユニット３００は、前記セルスウェリング現象の発生前にも、前記バッテリーセル１０５側へ一定の加圧力を提供して前記バッテリーセル１０５の性能を維持しながらバッテリーセル１０５の性能低下を防止できる。
図８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り、図９は、本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。
図８及び図９を参照すると、バッテリーパック１は、前述した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及びそれをパッケージングするパックケース５０を含み得る。
このようなバッテリーパック１は、自動車のエネルギー源として自動車Ｖ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をエネルギー源として使用可能なその他の方式で自動車Ｖ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Ｖの他にも、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得ることは、勿論である。
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、前述した前記バッテリーモジュール１０を含むことから、前述した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及びそれを備える自動車Ｖなどの装置や器具及び設備などが具現可能である。
以上のような多様な実施例によると、バッテリーセル１０５の性能を向上させると共にセルスウェリングを効果的に制御できるバッテリーモジュール１０、それを含むバッテリーパック１及びそのバッテリーパック１を含む自動車Ｖ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、特許請求の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。
１０ バッテリーモジュール
１００ バッテリーセル組立体
１０５ バッテリーセル
２００ ベースプレート
３００ 加圧プーリーユニット

Claims (10)

  1. バッテリーモジュールであって、
    少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、
    前記バッテリーセル組立体の下部を支持するベースプレートと、
    前記ベースプレートと弾性的に連結され、前記バッテリーセル組立体の上部をカバーし、前記バッテリーセル組立体のセルスウェリングによって前記バッテリーセル組立体の上下方向へ弾性的に変形可能な加圧プーリーユニットと、
    を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。
  2. 前記加圧プーリーユニットは、
    前記バッテリーセル組立体の上部に配置され、前記上下方向に沿って移動可能に備えられる加圧プレートと、
    前記加圧プレートと連結され、前記バッテリーセル組立体の両側に配置される一対のプーリーユニットと、
    前記一対のプーリーユニットと連結され、前記ベースプレートに固定される一対の弾性ストラップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記一対のプーリーユニットは各々、
    前記弾性ストラップと連結されるプーリー本体と、
    前記プーリー本体を貫通するプーリーシャフトと、
    前記プーリーシャフトと前記加圧プレートとを連結する連結部材と、
    を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記一対のプーリーユニットは、
    前記プーリーシャフトに備えられ、前記プーリー本体と前記連結部材との間に配置される少なくとも一つの弾性バネ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. 前記弾性バネは、一対が備えられ、
    前記一対の弾性バネは、前記プーリー本体を挟んで対向して配置されることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記一対のプーリーユニットは、
    前記バッテリーセル組立体の一側に配置される第１プーリーユニットと、
    前記第１プーリーユニットと離隔して配置され、前記バッテリーセル組立体の他側に配置される第２プーリーユニットと、
    を含むことを特徴とする、請求項２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. 前記一対の弾性ストラップは、
    前記第１プーリーユニットと連結される第１弾性ストラップと、
    前記第１弾性ストラップと離隔して配置され、前記第２プーリーユニットと連結される第２弾性ストラップと、
    を含むことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記バッテリーセルは、複数個が備えられ、
    前記複数個のバッテリーセルは、前記バッテリーセル組立体の高さ方向へ相互に積層されることを特徴とする、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. 少なくとも一つの、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、
    を含むことを特徴とする、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含むことを特徴とする、自動車。
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