JP7459230B2 - バッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車に関する。

本出願は、２０１９年１１月２０日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１４９８３９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。

製品群毎の適用性が高く、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させるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で環境にやさしく、エネルギー効率向上のための新たなエネルギー源として注目されている。

現在、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の二次電池が広く使用されている。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２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりも高い出力電圧が求められる場合、複数のバッテリーセルを直列で接続してバッテリーパックを構成することがある。また、バッテリーパックに求められる充放電容量に合わせて、複数のバッテリーセルを並列で接続してバッテリーパックを構成することもある。したがって、バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は求められる出力電圧または充放電容量によって多様に設定され得る。

一方、複数のバッテリーセルを直列／並列で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まず構成し、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付け加えることで、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、具体的には、バッテリーセルが円筒型セルから構成される場合、一般に、相互に積層される複数の円筒型セル、複数の円筒型セルを電気的に接続するバスバー部材、及びバスバー部材、円筒型セル及びバッテリーモジュールを構成する各種の電装部品などを収容するモジュールケースを含んで構成される。

しかし、従来のバッテリーモジュールの場合、円筒型セルの構造的形態によってセル同士の間に所定の間隔が発生するため、外部衝撃などが発生すると、バッテリーセルが頻繁に動いてバッテリーセルの破損につながるおそれがある。

そこで、より安定的にバッテリーセルを支持し、外部衝撃などによるバッテリーセルの破損などを防止することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車が求められている。

したがって、本発明は、より安定的にバッテリーセルを支持することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュール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。

また、本発明は、外部衝撃などによるバッテリーセルの破損などを防止してバッテリーセルの安全性を向上させることができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを他の目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、所定の収容空間が設けられるモジュールケースと、モジュールケース内に収容される複数のバッテリーセルと、複数のバッテリーセルの上側に備えられ、複数のバッテリーセルを電気的に接続するための複数のバスバー部材と、複数のバスバー部材を支持可能に複数のバッテリーセルと複数のバスバー部材との間に配置される支持プレートと、支持プレートの底部で複数のバッテリーセル同士の間の空間に充填されるフォーム（ｆｏａｍ）部材と、を含む、バッテリーモジュールを提供する。

支持プレートには、前記フォーム部材の充填に用いられると共に前記フォーム部材が入ったディスペンサユニットによるフォーム部材の注入をガイドする少なくとも一つの充填ガイド挿入口が備えられ得る。

少なくとも一つの充填ガイド挿入口は、モジュールケースの高さ方向で、複数のバッテリーセル同士の間の空間に対応する上側に配置され得る。

支持プレートは、複数のバッテリーセルの上側でモジュールケースと結合されるプレート本体と、プレート本体に備えられ、相互に所定の距離だけ離隔して配置され、複数のバスバー部材が載置される複数のバスバー支持台と、を含み得る。

少なくとも一つの充填ガイド挿入口は、複数のバスバー支持台に設けられ得る。

充填ガイド挿入口は、複数で備えられ、複数の充填ガイド挿入口は、それぞれのバスバー支持台に設けられ得る。

複数の充填ガイド挿入口は、それぞれのバスバー支持台の長手方向に沿って、相互に所定の距離だけ離隔して配置され得る。

複数のバスバー支持台の上側には、複数のバスバー部材の側面を支持するため、所定の高さだけ突出したガイド壁が備えられ得る。

複数のバスバー支持台の下側には、対向するバッテリーセルに対応する形状を有するガイドリブが備えられ得る。

ガイドリブは、複数のバッテリーセルの上側を支持するように、複数のバッテリーセルの上側と少なくとも部分的に接触し得る。

複数のバッテリーセルは、円筒型バッテリーセルとして設けられ、円筒型バッテリーセルは、モジュールケースの内部で水平方向に沿って積層され得る。

また、本発明は、バッテリーパックとして、上述した実施形態による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、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。

さらに、本発明は、上述した実施形態による少なくとも一つのバッテリーパックを含む、自動車を提供する。

以上のような多様な実施形態によって、より安定的にバッテリーセルを支持することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することができる。

さらに、以上のような多様な実施形態によって、外部衝撃などによるバッテリーセルの破損などを防止してバッテリーセルの安全性を向上させることができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び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部分分解斜視図である。 図２のバッテリーモジュールのモジュールケースの他の実施形態によるケース本体を説明するための図である。 図２のバッテリーモジュールのケースカバー及びバスバー部材を除いた平面図である。 図４のバッテリーモジュールの支持プレートを説明するための図である。 図５の支持プレートの主要部を説明するための図である。 図５の支持プレートの底面斜視図である。 図７の支持プレートの底面図である。 図４のバッテリーモジュールの他の実施形態による支持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フォーム部材の充填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フォーム部材の充填様子を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを説明するための図である。 本発明の一実施形態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形態を詳しく説明することで本発明をより明確にする。後述する実施形態は発明の理解を助けるため例示的に示されるものであり、本発明が後述する実施形態から多様に変形されて実施できることを理解せねばならない。また、発明の理解を助けるため、添付された図面は、実際の縮尺ではなく、一部構成要素の寸法が誇張して示され得る。

図１は本発明の一実施形態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部分分解斜視図であり、図３は図２のバッテリーモジュールのモジュールケースの他の実施形態によるケース本体を説明するための図であり、図４は図２のバッテリーモジュールのケースカバー及びバスバー部材を除いた平面図であり、図５は図４のバッテリーモジュールの支持プレートを説明するための図であり、図６は図５の支持プレートの主要部を説明するための図であり、図７は図５の支持プレートの底面斜視図であり、図８は図７の支持プレートの底面図であり、図９は図４のバッテリーモジュールの他の実施形態による支持プレートを説明するための図である。

図１～図９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１００、モジュールケース２００、バスバー部材３００、回路板アセンブリ４００、支持プレート５００及びフォーム部材６００を含み得る。

バッテリーセル１００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設けられ得る。以下、本実施形態では、バッテリーセル１００が円筒型二次電池である円筒型バッテリーセルとして設けられることに限定して説明する。

バッテリーセル１００は、複数で備えられ得る。複数のバッテリーセル１００は、後述するモジュールケース２００の内部に収容され得る。このような複数のバッテリーセル１００は、後述するモジュールケース２００の内部で、後述するモジュールケース２００の水平方向に沿って積層され得る。

モジュールケース２００は、バッテリーセル１００及びバッテリーモジュール１０を構成する各種の電装部品などを収容し得る。そのため、モジュールケース２００には所定の収容空間が設けられ得る。

このようなモジュールケース２００は、ケース本体２１０及びケースカバー２５０を含み得る。

ケース本体２１０は、収容空間が形成され、複数のバッテリーセル１００及びバッテリーモジュール１０を構成する各種の電装部品などを収容し得る。

一方、図３に示されたように、ケース本体２３０の内部底面には、複数のセル挿入口２３５が形成され得る。複数のセル挿入口２３５は、複数のバッテリーセル１００の個数に対応するように備えられ得る。

このような複数のセル挿入口２３５には複数のバッテリーセル１００の底部が挿入され得る。これにより、モジュールケース２００の内部に収容される複数のバッテリーセル１００をより安定的にモジュールケース２００の内部に収容することができる。

また、複数のセル挿入口２３５の内部には接着剤などが塗布されてもよい。この場合、複数のバッテリーセル１００をより安定的に固定できる。

ケースカバー２５０は、モジュールケース２００の上側を形成し、ケース本体２１０、２３０と互いに結合されてバッテリーセル１００をモジュールケース２００の内部にパッケージングし得る。

バスバー部材３００は、複数のバッテリーセル１００の上側に備えられ、複数のバッテリーセル１００を電気的に接続し得る。このようなバスバー部材３００は複数で備えられることができ、複数のバスバー部材３００は相互に所定の距離だけ離隔して配置され得る。

回路板アセンブリ４００は、複数のバスバー部材３００と電気的に接続され得る。このような回路板アセンブリ４００は、バッテリーセル１００の電圧や温度などをセンシングできる。さらに、回路板アセンブリ４００には、外部電源などと連結するためのターミナルが備えられることができ、バッテリーセル１００を管理する制御板などが備えられ得る。

支持プレート５００は、複数のバッテリーセル１００と複数のバスバー部材３００との間に配置され、複数のバスバー部材３００を支持することができる。

このような支持プレート５００は、プレート本体５１０、バスバー支持台５３０及びガイドリブ５５０を含み得る。

プレート本体５１０は、複数のバッテリーセル１００の上側で、モジュールケース２００と結合され得る。このようなプレート本体５１０は、モジュールケース２００のケース本体２１０、２３０とケースカバー２５０との間に配置され得る。

バスバー支持台５３０は、複数で備えられ得る。複数のバスバー支持台５３０は、プレート本体５１０に備えられ、相互に所定の距離だけ離隔して配置され、複数のバスバー部材３００が載置され得る。

複数のバスバー支持台５３０同士の間には、複数の所定空間Ｓが設けられ得る。複数の所定空間Ｓを通して、後述するディスペンサユニットＤを用いたフォーム部材６００の注入が行われ得る。

複数のバスバー支持台５３０は、ガイド壁５３５を含み得る。

ガイド壁５３５は、複数のバスバー支持台５３０の上側に備えられ、複数のバスバー部材３００の側面を支持するため、所定の高さだけ突出し得る。このようなガイド壁５３５によって、複数のバスバー部材３００をより安定的にバスバー支持台５３０上に載置及び固定できる。

ガイドリブ５５０は、複数で備えられ、複数のガイドリブ５５０は、複数のバスバー支持台５３０の下側に備えられ、対向するバッテリーセル１００に対応する形状を有し得る。

このような複数のガイドリブ５５０は、複数のバッテリーセル１００の上側を支持するように、複数のバッテリーセル１００の上側と少なくとも部分的に接触し得る。複数のバッテリーセル１００の上側は、複数のガイドリブ５５０の上側に少なくとも部分的に嵌められて配置され得る。これにより、複数のバッテリーセル１００は、モジュールケース２００の内部でより安定的に支持できる。

さらに、複数のガイドリブ５５０は、接着剤などを用いて複数のバッテリーセル１００と少なくとも部分的に接着されてもよい。この場合、複数のバッテリーセル１００は、モジュールケース２００の内部でより安定的に支持され固定できる。

一方、図９に示されたように、支持プレート５００は、充填ガイド挿入口５７０をさらに含み得る。

充填ガイド挿入口５７０は、後述するディスペンサユニットＤを用いた後述するフォーム部材６００の注入をガイド可能な所定大きさの孔状に設けられ得る。このような充填ガイド挿入口５７０は、複数で備えられ得る。

複数の充填ガイド挿入口５７０は、複数のバスバー支持台５３０に備えられ得る。具体的には、複数の充填ガイド挿入口５７０は、それぞれのバスバー支持台５３０に設けられ、それぞれのバスバー支持台５３０の長手方向に沿って相互に所定の距離だけ離隔して配置され得る。

複数の充填ガイド挿入口５７０は、モジュールケース２００の高さ方向で、複数のバッテリーセル１００同士の間の空間に対応する上側に配置され得る。このような複数の充填ガイド挿入口５７０を通して後述するフォーム部材６００が充填され、後述するフォーム部材６００の充電効率をより高めることができる。

フォーム部材６００は、複数のバッテリーセル１００の移動を防止するためのものであって、支持プレート５００の底部で複数のバッテリーセル１００同士の間の空間に充填され得る。

フォーム部材６００は、所定空間を充填可能な複合材料を含み得る。このようなフォーム部材６００は、ラバーフォーム、ウレタンフォーム、フォームガラスなどを含むことができ、これらに限定されず、その他の空間を充填可能な材質を含み得る。

このようなフォーム部材６００は、バッテリーモジュール１０を製造するとき、フォーム部材６００は入ったディスペンサユニットＤを通じてモジュールケース２００の内部に充填され得る。

以下、このような本実施形態によるフォーム部材６００の具体的な充填様子についてより具体的に説明する。

図１０及び図１１は、図１のバッテリーモジュールのフォーム部材の充填様子を説明するための図である。

図１０を参照すると、バッテリーモジュール１０には、バッテリーセル１００の移動を防止し、バッテリーセル１００をより安定的に支持及び固定できるように、フォーム部材６００が充填され得る。このようなフォーム部材６００の充填は、フォーム部材６００が入ったディスペンサユニットＤを用いて行われ得る。ディスペンサユニットＤの端部には、フォーム部材６００を注入するための充填ノズルが設けられ得る。

本実施形態の場合、フォーム部材６００の充填は、支持プレート５００のプレート本体５１０の上側から、支持プレート５００のバスバー支持台５３０同士の間に用意された所定空間ＳへディスペンサユニットＤのフォーム部材６００を注入することで行われ得る。すなわち、ディスペンサユニットＤを用いたフォーム部材６００の注入は所定空間Ｓを通して支持プレート５００のプレート本体５１０の上側で直接行われ得る。

これにより、本実施形態では、ディスペンサユニットＤのフォーム部材６００をより簡便に注入できるため、バッテリーモジュール１０の製造効率を著しく改善することができる。

図１１を参照すると、フォーム部材６００の充填は、支持プレート５００のバスバー支持台５３０同士の間の所定空間Ｓの外に、充填ガイド挿入口５７０を通しても行われ得る。製造者などの作業者などは、充填ガイド挿入口５７０からディスペンサユニットＤの充填ノズルを挿入してフォーム部材６００を注入し得る。

これにより、フォーム部材６００がバッテリーセル１００同士の間の空間により均一に充填され、バッテリーセル１００同士の間の空間のフォーム部材６００の分布均一性をより向上させることができる。

本実施形態では、このような支持プレート５００、５０５を通じてフォーム部材６００をより簡便且つ直接に注入でき、フォーム部材６００をバッテリーセル１００同士の間の空間内により均一に充填することができる。

このようなフォーム部材６００の注入が完了すれば、作業者などは、バスバー部材３００を支持プレート５００のバスバー支持台５３０に載置し、回路板アセンブリ４００と連結し得る。

その後、作業者などは、バッテリーモジュール１０を構成するその他の電装部品などをモジュールケース２００のケース本体２１０、２３０内に取り付けた後、ケースカバー２５０をケース本体２１０、２３０に結合し得る。

このように、本実施形態では、フォーム部材６００を通じてバッテリーセル１００をより安定的に支持するとともに、外部衝撃などからバッテリーセル１００の移動をより効果的に防止することができる。したがって、本実施形態では、外部衝撃などによるバッテリーセル１００の破損などの危険を著しく低減させることができる。

図１２は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを説明するための図であり、図１３は本発明の一実施形態による自動車を説明するための図である。

図１２及び図１３を参照すると、バッテリーパック１は、上述した実施形態による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０及び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を含み得る。

このようなバッテリーパック１は、自動車Ｖの燃料源として、自動車Ｖに備えられ得る。例えば、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バッテリーパック１を燃料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、バッテリーパック１は、自動車Ｖ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は言うまでもない。

このように、本実施形態によるバッテリーパック１、及び自動車Ｖのようなバッテリーパック１を備える装置や器具及び設備は、上述したバッテリーモジュール１０を含むため、上述したバッテリーモジュール１０による長所をすべて有するバッテリーパック１及びこのようなバッテリーパック１を備える自動車Ｖ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形態によって、より安定的にバッテリーセル１００を支持できるバッテリーモジュール１０、このようなバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。

さらに、以上のような多様な実施形態によって、外部衝撃などによるバッテリーセル１００の破損などを防止してバッテリーセル１００の安全性を向上できるバッテリーモジュール１０、このようなバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。

以上、本発明の望ましい実施形態を図示し説明したが、本発明が上述した特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはならない。

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
３００ バスバー部材
５００ 支持プレート
５１０ プレート本体
５３０ バスバー支持台
５３５ ガイド壁
５５０ ガイドリブ
５７０ 充填ガイド挿入口
６００ フォーム部材
Ｄ ディスペンサユニット
ｆｏａｍ フォーム
Ｖ 自動車

Claims (13)

1. バッテリーモジュールであって、
   所定の収容空間が設けられるモジュールケースと、
   前記モジュールケース内に収容される複数のバッテリーセルと、
   前記複数のバッテリーセルの上側に備えられ、前記複数のバッテリーセルを電気的に接続するための複数のバスバー部材と、
   前記複数のバスバー部材を支持可能に前記複数のバッテリーセルと前記複数のバスバー部材との間に配置される支持プレートと、
   前記支持プレートの底部で前記複数のバッテリーセル同士の間の空間に充填されるフォーム部材と、
   を含み、
   前記支持プレートには、前記フォーム部材の充填に用いられる少なくとも一つの充填ガイド挿入口が備えられる、バッテリーモジュール。
2. 前記充填ガイド挿入口は、さらに、前記フォーム部材が入ったディスペンサユニットによる前記フォーム部材の注入をガイドする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記少なくとも一つの充填ガイド挿入口は、前記モジュールケースの高さ方向で、前記複数のバッテリーセル同士の間の空間に対応する上側に配置される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記支持プレートは、
   前記複数のバッテリーセルの上側で前記モジュールケースと結合されるプレート本体と、
   前記プレート本体に備えられ、相互に所定の距離だけ離隔して配置され、前記複数のバスバー部材が載置される複数のバスバー支持台と、を含む、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記少なくとも一つの充填ガイド挿入口は、前記複数のバスバー支持台に設けられる、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記充填ガイド挿入口は、複数で備えられ、
   前記複数の充填ガイド挿入口は、それぞれのバスバー支持台に設けられる、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記複数の充填ガイド挿入口は、それぞれのバスバー支持台の長手方向に沿って、相互に所定の距離だけ離隔して配置される、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記複数のバスバー支持台の上側には、前記複数のバスバー部材の側面を支持するため、所定の高さだけ突出したガイド壁が備えられる、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記複数のバスバー支持台の下側には、対向するバッテリーセルに対応する形状を有するガイドリブが備えられる、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
10. 前記ガイドリブは、前記複数のバッテリーセルの上側を支持するように、前記複数のバッテリーセルの上側と少なくとも部分的に接触する、請求項９に記載のバッテリーモジュール。
11. 前記複数のバッテリーセルは、円筒型バッテリーセルとして設けられ、
    前記円筒型バッテリーセルは、前記モジュールケースの内部で水平方向に沿って積層される、請求項１～１０の何れか一項に記載のバッテリーモジュール。
12. 請求項１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。
13. 請求項１２に記載の少なくとも一つのバッテリーパックを含む、自動車。

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