JP2018519623A - バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック - Google Patents

Abstract

バッテリーモジュールが開示される。本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、バッテリーセルを収納する複数のカートリッジを含むカートリッジ組立体と、カートリッジ組立体に結合する基板保護体と、カートリッジ組立体及び基板保護体を収納し、カートリッジ組立体及び基板保護体を囲むケーシングと、ケーシングに結合するカバーと、を含む。

Description

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、バッテリーモジュールに振動や衝撃が発生してもケーシングが基板保護体に接触するか、または引っ掛かったまま移動することが制限されることで、ケーシングの分離が防止できるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関する。

本出願は、２０１５年１０月０５日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１３９８８３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、すべて本出願に援用される。

モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く用いられている。

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及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータ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ともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。

リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。

一般に、二次電池のバッテリーモジュールは、振動または衝撃から内部構成品を保護するために、プレートが溶接などの方式によって結合される。この場合、溶接などの不良、または、時間の経過によってプレートの溶接部分の結合強度が弱化し得、このとき、バッテリーモジュールに振動や衝撃が発生すれば、プレートが上側または下側へ移動しながら結合が完全に分離するという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュールに振動や衝撃が発生してもケーシングが基板保護体に接触するか、または引っ掛かったまま移動することが制限されるため、ケーシングの分離が防止できるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することを目的とする。

また、本発明は、基板保護体がブッシング部材とケーシングとの間に位置することで、ブッシング部材及びケーシングの両方によって保護されるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することを他の目的とする。

本発明の一面によれば、バッテリーセルを収納する複数のカートリッジを含むカートリッジ組立体と、前記カートリッジ組立体に結合する基板保護体と、前記カートリッジ組立体及び前記基板保護体を収納し、前記カートリッジ組立体及び前記基板保護体を囲むケーシングと、前記ケーシングに結合するカバーと、を含むバッテリーモジュールが提供される。

また、前記ケーシングは、予め設定された方向に折り曲げられた第１折曲部を備え、前記基板保護体は、前記第１折曲部に対応するように折り曲げられた第２折曲部を備え得る。

そして、前記ケーシングの移動時、前記第１折曲部が前記第２折曲部に接触することで前記ケーシングの移動範囲が制限されるように、前記第１折曲部と前記第２折曲部とが相互近接して配置され得る。

また、前記第１折曲部及び前記第２折曲部のうち少なくとも一つには、ラウンドが形成されたラウンド部が備えられ得る。

そして、前記第１折曲部と前記第２折曲部とは、相互対称するように設けられ得る。

また、前記基板保護体には、締結部材が結合可能なブッシング部材が挿入されるための挿入孔が形成され得る。

そして、前記ブッシング部材が前記挿入孔に挿入される場合、前記基板保護体が前記ブッシング部材と前記ケーシングとの間に位置し得る。

また、前記基板保護体は、プラスチック材から形成され得る。

なお、本発明の他面によれば、前述のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提供され、前記バッテリーモジュールを含む自動車が提供される。

本発明の実施例では、バッテリーモジュールに振動や衝撃が発生してもケーシングが基板保護体に接触するか、または引っ掛かったまま移動することが制限され、これによってケーシングのバッテリーモジュールからの分離が防止される効果を奏する。

また、基板保護体がブッシング部材とケーシングとの間に位置することでブッシング部材及びケーシングの両方によって保護され、これによって、多様な方向からの振動や衝撃、または外力から破損または変形が防止される効果を奏する。

本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分離斜視図である。 図１の結合斜視図である。 図２のＸ方向から見た図である。 図３の線Ａ−Ａ’に沿って見た断面図及び部分拡大図である。 図２の平面図である。 図５の線Ｂ−Ｂ’に沿って見た断面図及び部分拡大図である。

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によるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックについて詳しく説明する。

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。

図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。

本明細書において使用される「結合」、「接続」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、または直接接続する場合のみならず、一つの部材が接続部材を介して他の部材に間接的に結合するか、または間接的に接続する場合も含む。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分離斜視図であり、図２は、図１の結合斜視図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、カートリッジ組立体１００と、ケーシング２００と、カバー３００と、基板保護体５００と、を備える。

図１を参照すれば、カートリッジ組立体１００は、バッテリーセル１１０を収納する複数のカートリッジを備える。カートリッジ組立体１００は、プラスチックの射出成形で製造でき、バッテリーセル１１０を収納する収納部が形成された複数のカートリッジが積層できる。カートリッジ組立体１００は、ケーシング２００とカバー３００との結合によって形成される空間内部に収容され、カートリッジに収納されたバッテリーセル１１０は、前記空間内部に収容されて保護され得る。カートリッジ組立体１００は、コネクター要素１２０または端子要素１３０を備える。コネクター要素１２０は、例えば、バッテリーセル１１０の電圧または温度についてのデータを提供するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，図示せず）などに接続されるための多様な形態の電気的接続部品または接続部材を含み得る。そして、端子要素１３０は、バッテリーセル１１０に接続されるメイン端子として正極端子及び負極端子を含み、端子要素１３０にはターミナルボルトが備えられて外部と電気的に接続できる。

図１及び図２を参照すれば、ケーシング２００は、カートリッジ組立体１００と、後述の基板保護体５００を収納して囲み、これによって外部の振動や衝撃からカートリッジ組立体１００及び基板保護体５００を保護する。ケーシング２００は、カートリッジ組立体１００に基板保護体５００が結合した形状に対応する形状に形成され得る。例えば、カートリッジ組立体１００に基板保護体５００が結合した形状が六面体形状である場合、ケーシング２００もこれに対応する六面体形状で設けることができる。ケーシング２００は、例えば、金属材質のプレートで製造できる。そして、ケーシング２００は一体型または分離型に製造できる。本発明の説明の便宜のためにケーシング２００が複数個のプレートで設けられた後に相互結合する分離型の場合を中心に説明するが、本発明の権利範囲が分離型に限定されることではない。ケーシング２００が金属材質のプレートで製造される場合、ケーシング２００は、前面プレート２１０と、後面プレート２２０と、側面プレート２３０と、上面プレート２４０と、を備え得る。ここで、ケーシング２００は、側面プレート２３０と上面プレート２４０とが一体型に形成され、前面プレート２１０と後面プレート２２０とは、それぞれ別に構成され、溶接などによって相互結合できる。ただ、それぞれのプレート２１０、２２０、２３０、２４０を結合する方式は溶接に限定されず、それぞれのプレート２１０、２２０、２３０、２４０は、リベット、ボルト、ピン、ブラケットまたはモーメント接合方式などの多様な方式を用いて結合可能である。

ケーシング２００には、カートリッジ組立体１００を収納するために開口部２５０が形成され得る。図１においては、ケーシング２００の下側に開口部２５０が形成され、ケーシング２００がカートリッジ組立体１００の上側からカートリッジ組立体１００を収納して囲むように設けられるが、本実施例はこれに限定されず、ケーシング２００の上側に開口部２５０が形成され、ケーシング２００がカートリッジ組立体１００の下側からカートリッジ組立体１００を収納して囲むように設けることもできる。

ケーシング２００には前述のコネクター要素１２０または端子要素１３０が外部に露出する貫通部２７０が形成され得る。即ち、コネクター要素１２０または端子要素１３０は、外部の所定部品または部材と電気的に接続でき、このような電気的接続がケーシング２００によって妨害されないようにケーシング２００に貫通部２７０が形成され得る。そして、図１及び図２を参照すれば、ケーシング２００に形成された貫通部２７０を介してコネクター要素１２０または端子要素１３０がケーシング２００の外部に露出し、外部構成と接続できる。貫通部２７０は、ケーシング２００の少なくとも一面を切開して形成され得る。ここで、貫通部２７０は、必ずしもコネクター要素１２０または端子要素１３０が外部に露出するように切開して形成しなくてもよく、コネクター要素１２０または端子要素１３０が外部構成と電気的に接続できれば、電線などが入る程度の小さい穴として形成してもよい。

一方、ケーシング２００には予め設定された方向に折り曲げられた第１折曲部２６０が備えら得、これについての詳細な説明は後述する。

図１及び図２を参照すれば、カバー３００は、ケーシング２００の開口部２５０に結合できる。即ち、ケーシング２００とカバー３００との結合によって形成される空間にカートリッジ組立体１００が収容され、外部の振動や衝撃からカートリッジ組立体１００を保護することができる。

カバー３００は、溶接、ボルト、ピンなどの多様な方式によってケーシング２００に結合でき、望ましくは、後述するようにフック部材４００によって結合できる。

カバー３００は、図１に示したように、ケーシング２００の下側に開口部２５０が形成される場合、ケーシング２００の下側でケーシング２００の開口部２５０に結合される。この場合、カバー３００は、カートリッジ組立体１００の下側を保護する。但し、カバー３００の結合位置がこれに限定されることではなく、図示していないが、ケーシング２００の上側に開口部２５０が形成される場合、カバー３００は、ケーシング２００の上側でケーシング２００の開口部２５０に結合される。この場合、カバー３００は、カートリッジ組立体１００の上側を保護する。

図１を参照すれば、基板保護体５００は、カートリッジ組立体１００に結合し、バッテリーモジュール１０の内部の多様な基板を保護する。そして、基板保護体５００は、プラスチック材から形成され、射出成形で製造できる。基板は、各種電気回路が備えられる板であって、基板には電気エネルギーを伝達するように設けられるバスバー（Ｂｕｓ Ｂａｒ）が含まれ得る。即ち、基板保護体５００は、基板と、基板に備えられたバスバーを保護することができる。

そして、基板保護体５００は、前述のケーシング２００に備えられた第１折曲部２６０に対応するように折り曲げられた第２折曲部５１０を備えることができ、これについての詳細な説明は後述する。

図１及び図２を参照すれば、ケーシング２００とカバー３００とは、フック部材４００を備えて選択的に結合及び結合解除可能である。ケーシング２００とカバー３００とはボルティングまたは溶接で結合できるが、ケーシング２００とカバー３００とがボルティングによって結合する場合、ボルトの挿入のための作業空間を確保しなければならないので、必要以上の空間が無駄遣いになるという問題点があり、ケーシング２００とカバー３００とが溶接によって結合する場合、バッテリーモジュール１０の内部にセルスウェリングなどの異常現象の発生時、極めて分離しにくいという問題点がある。しかし、ケーシング２００とカバー３００とがフック部材４００を用いて結合する場合、結合が容易であり、ボルティング時のような作業空間が不要であるため、無駄な空間が要らず、バッテリーモジュール１０の内部に異常現象が発生したとき、容易に分離してこれを処理することができるという効果を奏する。但し、本発明の実施例において、ケーシング２００とカバー３００とがボルティングまたは溶接によって結合することを排除することではなく、必要に応じてケーシング２００とカバー３００とはボルティング及び溶接を含むより多様な方式によって結合できる。

フック部材４００は、フック突起４１０及び前記フック突起４１０が締結される締結孔４２０で設けることができる。図１を参照すれば、フック突起４１０は、一つ以上が備えられてケーシング２００に設けられ得、締結孔４２０は、フック突起４１０の個数と位置に対応するようにカバー３００に設けられ得る。

なお、図示していないが、フック突起４１０は、一つ以上が備えられてカバー３００に設けられ得、締結孔４２０は、フック突起４１０の個数と位置に対応するようにケーシング２００に設けられ得る。

図３は、図２のＸ方向から見た図であり、図４は、図３の線Ａ−Ａ’に沿って見た断面図及び部分拡大図である。

図３及び図４を参照すれば、前述のように、第１折曲部２６０は、予め設定された方向へ折り曲げられ、ケーシング２００、特に、前面プレート２１０及び後面プレート２２０に備えられ得る。そして、第２折曲部５１０は、第１折曲部２６０に対応するように折り曲げられて基板保護体５００に備えられ得る。これについて説明すれば、基板保護体５００は、基板を保護するためにカートリッジ組立体１００に結合して固定され得る。そして、ケーシング２００は、基板保護体５００を保護するために基板保護体５００に結合されて基板保護体５００を囲む。しかし、ケーシング２００が多様な方式、例えば、溶接によって基板保護体５００に結合する場合、溶接などの不良、または、時間の経過によって溶接部分の結合強度が弱化し得る。このような場合、バッテリーモジュール１０に振動や衝撃が発生すれば、ケーシング２００が上側または下側へ移動しながらケーシング２００が基板保護体５００から分離され得る。しかし、本発明の一実施例の場合、ケーシング２００に第１折曲部２６０が備えられ、基板保護体５００に第２折曲部５１０が備えられるため、バッテリーモジュール１０に振動や衝撃が発生してもケーシング２００の第１折曲部２６０が基板保護体５００の第２折曲部５１０に接触するようになり、それ以上動かなくなる。

即ち、ケーシング２００の溶接部分の結合強度が弱くなった状態でバッテリーモジュール１０に振動や衝撃が発生すれば、ケーシング２００は上側または下側へ移動され得、この際、ケーシング２００に備えられた第１折曲部２６０が基板保護体５００に備えられた第２折曲部５１０に接触するようになることでケーシング２００の移動範囲が制限されるため、ケーシング２００は、上方または下方へそれ以上動くことができず、ケーシング２００と基板保護体５００との結合強度が弱化してもケーシング２００が基板保護体５００から完全に分離することが防止できる。このために、ケーシング２００に備えられた第１折曲部２６０と、基板保護体５００に備えられた第２折曲部５１０とは、相互近接して配置される。ここで、相互近接とは、バッテリーモジュール１０に振動や衝撃が発生してもケーシング２００に備えられた第１折曲部２６０が基板保護体５００に備えられた第２折曲部５１０に接触し、ケーシング２００が基板保護体５００から完全に分離することが防止できる距離を意味する。

図４の部分拡大図を参照すれば、第１折曲部２６０または第２折曲部５１０には、ラウンドが形成されるラウンド部２６１、５１１が備えられ得る。このように、第１折曲部２６０または第２折曲部５１０にラウンド部２６１、５１１が備えられる場合、ケーシング２００が上側または下側へ移動して第１折曲部２６０が第２折曲部５１０に接触しても、接触による瞬間的な衝撃を緩衝して第１折曲部２６０または第２折曲部５１０の破損を防止することができる。

そして、第１折曲部２６０と第２折曲部５１０とは対称して設けられ得、これによって、ケーシング２００が上方または下方へ移動する全ての場合において移動範囲を制限することができる。

図５は、図２の平面図であり、図６は、図５の線Ｂ−Ｂ’に沿って見た断面図及び部分拡大図である。

図１、図５及び図６を参照すれば、基板保護体５００には、ブッシング部材５３０が挿入されるための挿入孔５２０が形成され得る。基板保護体５００は、プラスチック材で製作でき、基板保護体５００がカバー３００に結合するためにボルトのような締結部材（図示せず）が挿入される場合、プラスチック材の基板保護体５００がボルトによって破損し得る。そのため、基板保護体５００に形成された挿入孔５２０にブッシング部材５３０が先に挿入され、ボルトはブッシング部材５３０に挿入されて基板保護体５００とカバー３００とを結合することができる。そして、ブッシング部材５３０が挿入孔５２０に挿入されれば、基板保護体５００は、ブッシング部材５３０とケーシング２００、特に、前面プレート２１０との間に位置できる（図６の部分拡大図を参照）。これによって、基板保護体５００は、ブッシング部材５３０及びケーシング２００の両方によって保護される。即ち、基板保護体５００は、バッテリーモジュール１０の外側からの振動や衝撃に対してケーシング２００によって保護され、バッテリーモジュール１０の内側からの振動や衝撃に対してはブッシング部材５３０によって保護される。したがって、基板保護体５００は、多様な方向における振動や衝撃、または外力から破損または変形が防止される。

以下、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０の作用について説明する。

図４を参照すれば、ケーシング２００には第１折曲部２６０が備えられ、基板保護体５００には第２折曲部５１０が備えられ得る。ここで、第１折曲部２６０または第２折曲部５１０には、ラウンドが形成されたラウンド部２６１、５１１が備えられ得、また、第１折曲部２６０または第２折曲部５１０は対称するように設けられ得る（図４の部分拡大図を参照）。これによって、バッテリーモジュール１０に振動や衝撃が発生してもケーシング２００に備えられた第１折曲部２６０が基板保護体５００に備えられた第２折曲部５１０に接触してケーシング２００の移動範囲が制限されるため、ケーシング２００は上方または下方へそれ以上動くことができず、ケーシング２００が基板保護体５００から完全に分離することが防止される。

一方、図１及び図６を参照すれば、基板保護体５００には挿入孔５２０が形成され、挿入孔５２０にはブッシング部材５３０が挿入され、このようなブッシング部材５３０にボルトなどが挿入されて基板保護体５００とカバー３００とが結合できる。ここで、ブッシング部材５３０によって、ボルト挿入時に発生し得る基板保護体５００の破損が防止され、さらに、基板保護体５００がブッシング部材５３０とケーシング２００、特に、前面プレート２１０との間に配置されることで、バッテリーモジュール１０の多様な外力からの破損または変形を防止することができる。

一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、前述のように本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０を一つ以上含む。また、前記バッテリーパック（図示せず）は、このようなバッテリーモジュール１０に加え、バッテリーモジュール１０を収納するためのケース、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含むことができる。

一方、本発明の一実施例による自動車（図示せず）は、前述のバッテリーモジュール１０またはバッテリーパック（図示せず）を含み、前記バッテリーパック（図示せず）には、前記バッテリーモジュール１０が含まれ得る。そして、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、前記自動車（図示せず）、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような電気を用いる所定の自動車（図示せず）に適用可能である。

以上のように、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るものではなく、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。

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、特に、二次電池関連産業に利用可能である。

１０ バッテリーモジュール
１００ カートリッジ組立体
１１０ バッテリーセル
１２０ コネクター要素
１３０ 端子要素
２００ ケーシング
２１０ 前面プレート
２２０ 後面プレート
２３０ 側面プレート
２４０ 上面プレート
２５０ 開口部
２６０ 第１折曲部
２６１ ラウンド部
２７０ 貫通部
３００ カバー
４００ フック部材
４１０ フック突起
４２０ 締結孔
５００ 基板保護体
５１０ 第２折曲部
５１１ ラウンド部
５２０ 挿入孔
５３０ ブッシング部材

Claims (10)

1. バッテリーセルを収納する複数のカートリッジを含むカートリッジ組立体と、
   前記カートリッジ組立体に結合する基板保護体と、
   前記カートリッジ組立体及び前記基板保護体を収納し、前記カートリッジ組立体及び前記基板保護体を囲むケーシングと、
   前記ケーシングに結合するカバーと、を含むバッテリーモジュール。
2. 前記ケーシングが、予め設定された方向に折り曲げられた第１折曲部を備え、前記基板保護体が、前記第１折曲部に対応するように折り曲げられた第２折曲部を備え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. 前記ケーシングの移動時、前記第１折曲部が前記第２折曲部に接触することで前記ケーシングの移動範囲が制限されるように、前記第１折曲部と前記第２折曲部とが相互近接して配置される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. 前記第１折曲部及び前記第２折曲部のうち少なくとも一つには、ラウンドが形成されたラウンド部が備えられる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。
5. 前記第１折曲部と前記第２折曲部とが、相互対称するように設けられる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。
6. 前記基板保護体には、締結部材が結合可能なブッシング部材が挿入されるための挿入孔が形成され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。
7. 前記ブッシング部材が前記挿入孔に挿入される場合、前記基板保護体が前記ブッシング部材と前記ケーシングとの間に位置する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. 前記基板保護体が、プラスチック材から形成され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。
9. 請求項１から請求項８のうち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。
10. 請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む自動車。

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