JP7416917B2 - バッテリーモジュール - Google Patents

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Description

本出願は２０１９年１２月１８日付の韓国特許出願第２０１９－０１６９５３５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明は個別ハウジングを有する複数のセルモジュールアセンブリー及びモジュールプレートを含むバッテリーモジュールに関する。
携帯電話、ノートブック型ＰＣ、カムコーダー、デジタルカメラなどのモバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するのに伴い、充放電の可能な二次電池に関する技術が活発に開発されている。また、二次電池は大気汚染物質を発生させる化石燃料の代替エネルギー源であり、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などに適用されているので、二次電池に対する開発の必要性が段々高くなっている状況である。
現在広く使われる二次電池の種類には、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッカド電池、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、すなわち単位バッテリーセルの作動電圧は約２．０Ｖ～５．０Ｖである。よって、これより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に連結してセルモジュールアセンブリーを構成するか、またはセルモジュールアセンブリーを所要出力電圧または充放電容量によって直列または並列に連結してバッテリーモジュールを構成することもできる。このように、少なくとも一つのバッテリーモジュールを用い、追加的な構成要素を付け加えてバッテリーパックを製作することが一般的である。
従来のバッテリーモジュールの場合、図１及び図２を参照して説明すると、一般的に、別途のハウジングなしに一般的にプラスチック素材から形成されるカートリッジ２２に複数のバッテリーセルを収容してセルモジュールアセンブリー２０を形成し、このように形成された少なくとも一つ以上のセルモジュールアセンブリー２０を、上部モジュールプレート１１、下部モジュールプレート１２及び側面モジュールプレート１３、１４から構成されたモジュールハウジングに収容してバッテリーモジュール１０を製作する。
しかし、このようなバッテリーモジュールにおいては、モジュールハウジング内の一空間に多数のセルモジュールアセンブリーが整列されて装着されているので、火災などのイベントが発生する場合、隣接セルモジュールアセンブリーにこのようなイベントが伝播され、隣接セルモジュールアセンブリーにも被害が発生することがあるという問題がある。
本発明は、前記のような問題点を解決するために、モジュールハウジングを除去し、セルモジュールアセンブリーのそれぞれを個別ハウジングに収容したバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
前記のような目的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、複数のセルモジュールアセンブリー及び一対のモジュールプレートを含み、セルモジュールアセンブリーは、複数のバッテリーセル及び複数のバッテリーセルを収容する個別ハウジングを含み、個別ハウジングは、複数のバッテリーセルの電極リードが突出する前方及び後方を除き、上部及び下部に位置する上部プレート及び下部プレートと、両側面に位置して上部プレート及び下部プレートを連結する二つの側面プレートとを含み、一対のモジュールプレートは、それぞれ複数のセルモジュールアセンブリーの電極リードが突出する前方及び後方の全体をカバーするサイズを有し、前方及び後方にそれぞれ位置して複数のセルモジュールアセンブリーと締結されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルとモジュールプレートとの間にバスバーユニットが位置して電極リードと電気的に連結されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、個別ハウジングの上部プレート、下部プレート及び側面プレートのそれぞれには他のプレートとの締結のための締結部が形成されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、個別ハウジングの側面プレートと隣接した個別ハウジングの側面プレートとの間には空間部が形成されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、空間部にはセルモジュールアセンブリーの間の熱伝達を抑制する断熱材が設けられることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、空間部にはセルモジュールアセンブリーの間の火炎伝達を抑制する防炎材が設けられることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、個別ハウジングの上部プレート及び下部プレートは側面プレートとの機械的締結または溶接によって結合されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、個別ハウジングの上部プレート及び下部プレートは、側面プレートとの結合の際に各プレートの間の密閉性を高めるために、末端部が互いに重なるように形成されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、モジュールプレートは、個別ハウジングと結合するための締結部、及びベンティングガスを排出するベンティング部を含むことを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、モジュールプレートとセルモジュールアセンブリーとは機械的締結によって結合されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーモジュールにおいて、個別ハウジングは金属素材から形成されることを特徴とする。
また、本発明によるバッテリーパックは、少なくとも一つ以上のバッテリーモジュールを含むことを特徴とする。
本発明のバッテリーモジュールは、セルモジュールアセンブリーのそれぞれを個別ハウジングに収容することにより、特定のセルモジュールアセンブリーで火災などのイベントが発生しても隣接セルモジュールアセンブリーにこのようなイベントが伝播されない利点がある。
また、本発明のバッテリーモジュールは、個別ハウジングの間に間隔を置いて締結して空間部を形成することにより、熱伝達を防止し、空間部に断熱材や防炎材をさらに付け加えることができる利点がある。
従来のバッテリーモジュールの分解斜視図である。 従来のセルモジュールアセンブリーの概略図である。 本発明のバッテリーモジュールを示す概略図である。 本発明のバッテリーモジュールの分解斜視図である。 本発明の個別ハウジングの分解斜視図である。 本発明の個別ハウジングに上下部プレートと側面プレートとの結合部を示す断面図である。 本発明のモジュールプレートを示す概略図である。 本発明のバスバーユニットの分解斜視図である。
本出願で、“含む”、“有する”または“備える”などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、構成要素、部分品またはこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組合せなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その間にさらに他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというとは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
以下、本発明によるバッテリーモジュールについて添付図面を参照しながら説明する。
図３は本発明の好適な第１実施例によるバッテリーモジュールの概略図、図４は前記バッテリーモジュールの分解斜視図である。
図３及び図４を参照してバッテリーモジュール１００を説明すると、まずバッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセルが個別ハウジング１１０に収容された少なくとも一つ以上のセルモジュールアセンブリー（ＣＭＡ）と、セルモジュールアセンブリー内のバッテリーセルから電極リードが突出する前方と後方をカバーするモジュールプレート１２０とを含む。また、バッテリーモジュール１００は、セルモジュールアセンブリーとモジュールプレートとの間にバスバーユニット１３０をさらに含み、電極リードの間を電気的に連結する役割を果たす。また、バッテリーモジュール１００は、個別ハウジング１１０と隣接した個別ハウジング１１０との間に空間部１４０が形成されている。
本発明のバッテリーモジュール１００に使われるバッテリーセルは二次電池から構成されることができる。二次電池は、一般的に外装材の種類及び形態によって、パウチ型、円筒型、角型などに分類することができ、好ましくはパウチ型二次電池を本発明のバッテリーセルに使うことができる。
前記パウチ型二次電池は、電極組立体、電極組立体を収容する電池ケース及び電池ケースの前方及び後方に突出する一対の電極リードを含むことができる。
一方、前記個別ハウジング１１０を図５を参照して詳細に説明すると、個別ハウジング１１０は、セルモジュールアセンブリーの上部、下部及び側面にそれぞれ位置する上部プレート１１１、下部プレート１１２及び側面プレート１１３から構成され、各プレート１１１、１１２、１１３には他のプレートとの締結のための締結部１１４が形成される。このような締結部１１４を介して各プレート１１１、１１２、１１３が互いに締結される。締結方法としては、ボルトなどによる機械的締結または溶接などの公知の多様な方法を使うことができる。
また、本発明のバッテリーモジュール１００は、隣接した個別ハウジング１１０の側面プレート１１３に形成されている互いに対応する位置の締結部１１４を前記機械的締結または溶接の方法で締結することにより個別ハウジング１１０を互いに連結する。このように連結された個別ハウジング１１０の側面プレートの間には、図４に示すように、空間部１４０が形成されるので、空間部１４０が個別ハウジング１１０の間の熱伝逹を抑制する役割を果たすだけでなく、空間部１４０に、熱伝逹を遮断するための断熱材または火災発生の際に火炎が伝播されないようにするための防炎材をさらに挿入することができる。
また、個別ハウジング１１０の各プレート１１１、１１２、１１３は金属素材から形成されることができる。前記のように、金属素材から形成された各プレート１１１、１１２、１１３を結合して個別ハウジングを形成することにより、一般的にプラスチック素材から形成される従来のバッテリーモジュールに使われるカートリッジに比べて高い機械的強度を有することができる。
図６を参照して各プレート１１１、１１２、１１３による個別ハウジングの結合についてより詳細に説明すると、側面プレート１１３は、締結の際に上部プレート１１１及び下部プレート１１２と接する末端部１１３ａが上部プレート１１１及び下部プレート１１２の末端部とオーバーラップするように折り曲げられているので、締結の後、個別ハウジング１１０の密閉性が向上する。前記のように、個別ハウジング１１０の密閉性が向上することによって特定のセルモジュールアセンブリーの内部のバッテリーセルでベンティングガスが発生すれば、個別ハウジング１１０のプレート１１１、１１２、１１３が位置しない前方及び後方にベンティングガスの排出方向を誘導することができる。その結果として、特定のセルモジュールアセンブリーでベンティングガスが発生しても隣接セルモジュールアセンブリーに影響を及ぼさない結果を提供してバッテリーモジュールの信頼性を向上させることができる。
一方、前記モジュールプレート１２０を図７を参照して詳細に説明すると、モジュールプレート１２０は、個別ハウジング１１０と組み立てるための組立部１２１、及びベンティングガスが排出されるベンティング部１２２を含み、バッテリーモジュール内に位置するセルモジュールアセンブリーの前方及び後方の全体をカバーするサイズを有する。モジュールプレート１２０と個別ハウジング１１０は、モジュールプレート１２０の組立部１２１と個別ハウジング１１０の締結部１１４をボルトなどの機械的結合で組み立てることができ、このように組み立てられたモジュールプレート１２０は追加的に個別ハウジング１１０を固定する役割も果たす。このように、溶接ではない機械的結合で組み立てることにより、溶接の際に発生する熱によって内部のバッテリーセルが損傷される問題を事前に防止することができ、さらに特定のセルモジュールアセンブリーに問題が発生した場合にも、モジュールプレート１２０を結合された個別ハウジングから容易に分離することにより、不良セルモジュールアセンブリーの修理や除去などの作業を遂行することができる利点もある。
図８を参照してバスバーユニット１３０について詳細に説明すると、バスバーユニット１３０はバスバー本体１３１及びバスバーフレーム１３２から構成される。ここで、バスバー本体１３１はバッテリーセルの電極リードを互いに電気的に連結する役割を果たし、バスバーフレーム１３２はバスバー本体１３１を固定及び支持する役割を果たす。
以上で本発明内容の特定の部分を詳細に記述したが、当該分野の通常の知識を有する者に、このような具体的記述はただ好適な実施様態であるだけであり、これによって本発明の範囲が制限されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であることは当業者に明らかなものであり、このような変形及び修正が添付の特許請求の範囲に属するというのも言うまでもない。
１０ バッテリーモジュール
１１ 上部モジュールプレート
１２ 下部モジュールプレート
１３、１４ 側面モジュールプレート
２０ セルモジュールアセンブリー
２１ バスバーユニット
２２ カートリッジ
１００ バッテリーモジュール
１１０ 個別ハウジング
１１１ 上部プレート
１１２ 下部プレート
１１３ 側面プレート
１１３ａ 側面プレート末端部
１１４ 締結部
１２０ モジュールプレート
１２１ 組立部
１２２ ベンティング部
１３０ バスバーユニット
１３１ バスバー本体
１３２ バスバーフレーム
１４０ 空間部

Claims (11)

  1. 複数のセルモジュールアセンブリー及び一対のモジュールプレートを含むバッテリーモジュールであって、
    前記セルモジュールアセンブリーは、複数のバッテリーセル及び前記複数のバッテリーセルを収容する個別ハウジングを含み、
    前記個別ハウジングは、前記複数のバッテリーセルの電極リードが突出する前方及び後方を除き、上部及び下部に位置する上部プレート及び下部プレートと、両側面に位置して前記上部プレート及び前記下部プレートを連結する二つの側面プレートとを含み、
    前記一対のモジュールプレートは、それぞれ前記複数のセルモジュールアセンブリーの電極リードが突出する前方及び後方の全体をカバーするサイズを有し、前方及び後方にそれぞれ位置して前記複数のセルモジュールアセンブリーと締結され、
    前記個別ハウジングの側面プレートと隣接した前記個別ハウジングの側面プレートとの間には空間部が形成される、バッテリーモジュール。
  2. 前記複数のバッテリーセルと前記モジュールプレートとの間にバスバーユニットが位置して前記電極リードと電気的に連結される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記上部プレート、前記下部プレート及び前記側面プレートのそれぞれには、他のプレートとの締結のための締結部が形成される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記空間部には、前記セルモジュールアセンブリーの間の熱伝達を抑制する断熱材が設けられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記空間部には、前記セルモジュールアセンブリーの間の火炎伝達を抑制する防炎材が設けられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記個別ハウジングの前記上部プレート及び前記下部プレートは、前記側面プレートとの機械的締結または溶接によって結合される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記個別ハウジングの前記上部プレート及び前記下部プレートは、前記側面プレートとの結合の際に各プレートの間の密閉性を高めるために、末端部が互いに重なるように形成される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記モジュールプレートは、前記個別ハウジングと結合するための締結部、及びベンティングガスを排出するベンティング部を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記モジュールプレートと前記セルモジュールアセンブリーとは、機械的締結によって結合される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記個別ハウジングは、金属素材から形成される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  11. 請求項１から１０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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