JP7527384B2 - セルスウェリングを吸収可能な構造を有する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 - Google Patents

Description

本発明は、セルスウェリング（ｃｅｌｌ ｓｗｅｌｌｉｎｇ）を吸収可能な構造を有する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、より具体的には、複数のバッテリーセルを含む単位積層体同士の間毎に介在される隔壁アセンブリを備えることで、バッテリーセルのスウェリング発生時にスウェリングによって増加した単位積層体の体積を収容可能な空間を確保することができる構造を有する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する。

本出願は、２０２０年８月５日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００９８０９９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。

二次電池の容量を十分に確保するためには、バッテリーモジュール内に配置されるバッテリーセルの個数を増やさなければならないが、バッテリーセルの個数が増加するとスウェリング発生による体積の増加量もより大きくなる。また、体積の増加量が大きくなるほどスウェリングによってモジュールハウジングの側壁に加えられる力も増加し、モジュールハウジングが変形せずにこのような力に耐えるためにはモジュールハウジングを構成するプレートの厚さを増大させるしかない。

従来、モジュールハウジングの厚さの増加を抑えながらもこのようなバッテリーセルスウェリングによる膨張を吸収するため、バッテリーセル積層体の両側最外郭及び／または隣接したバッテリーセル同士の間に所定の厚さを有するスウェリング吸収パッドを適用している。しかし、スウェリング吸収パッドを適用する場合、スウェリング吸収パッドを支持する別途の固定構造がないため、モジュールハウジング内にバッテリーセル及び吸収パッドを含む積層体を収容する工程が容易ではない。

すなわち、モジュールハウジング内でバッテリーセル及び吸収パッドが動かないようにするためには、モジュールハウジングの幅よりも大きい厚さを有するようにバッテリーセル及びスウェリング吸収パッドを積層した後、積層体の両側から加圧して積層体を圧縮した状態で積層体をモジュールハウジング内に収容しなければならない。

しかし、二次電池の容量を確保するためバッテリーセルの個数が増加する場合は、バッテリーセル及びスウェリング吸収パッドを含む積層体の積層厚さが非常に厚くなり、これによって積層体をモジュールハウジング内に収容する工程が困難になり、収容過程でバッテリーセルがモジュールハウジングと干渉して損傷される場合も発生するおそれがある。

したがって、バッテリーセルのスウェリングによる体積膨張を効果的に吸収でき、バッテリーセル積層体をモジュールハウジング内に挿入する工程が容易であるバッテリーモジュール構造の開発が求められている。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルのスウェリングによる体積膨張を効果的に吸収でき、またバッテリーセル積層体をモジュールハウジング内に挿入する工程が容易な構造を有するバッテリーモジュールを提供することを一目的とする。

また、本発明は、容量確保のため一つのバッテリーモジュールに適用されるバッテリーセルのサイズ及び個数が増大することに伴うバッテリーモジュールの重量増加に鑑みてハンドリングし易い構造を有するバッテリーモジュールを提供することを他の目的とする。

本発明が解決しようとする技術的課題は上記の課題に制限されず、その他の課題は下記の発明の説明から当業者に明確に理解できるであろう。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルを備える単位積層体を複数個含むセル積層体と、前記セル積層体を収容し、上面及び下面にそれぞれ形成された複数の挿入スリットを備えるモジュールハウジングと、前記バッテリーセルと平行に配置され、隣接する単位積層体同士の間に介在されて前記バッテリーセルのスウェリングによる体積膨張に伴って変形してスウェリングを吸収し、上下の両端部が前記挿入スリットに挿入され固定される少なくとも一つの隔壁アセンブリと、を含む。

前記隔壁アセンブリは、互いに対面し離隔して位置する一対の隔壁と、前記隔壁の上端から下方に所定の距離だけ離れた位置及び前記隔壁の下端から上方に所定の距離だけ離れた位置にそれぞれ形成されて、前記一対の隔壁同士を連結する一対の連結部と、を含み得る。

前記挿入スリットは、前記隔壁と対応する位置に形成され得る。

前記一対の隔壁は、互いに離隔して位置する一対の挿入スリットに挿入され得る。

前記一対の連結部は、前記モジュールハウジングの高さに対応する距離だけ離隔して位置し得る。

前記隔壁は、前記挿入スリットを通して前記モジュールハウジングの上部に露出した領域に形成される少なくとも一つのハンドリング孔を備え得る。

前記隔壁は、前記バッテリーセルの本体と対応する長さを有し得る。

前記モジュールハウジング及び隔壁アセンブリは、金属材質からなり得る。

前記モジュールハウジングは、ベースプレート及び一対のサイドプレートを含む下部ハウジングと、前記セル積層体の上部から前記下部ハウジングに結合される上部ハウジングと、を含み得る。

前記下部ハウジングを構成するベースプレートと一対のサイドプレートとは一体に形成され、前記上部ハウジングと下部ハウジングとの結合部位には溶接部が形成され得る。

前記挿入スリットの内側面と前記隔壁との間には溶接部が形成され得る。

上述した課題を解決するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパック及び自動車は、上述したような本発明の一態様によるバッテリーモジュールを含む。

本発明の一態様によれば、バッテリーセルのスウェリングによる体積膨張を効果的に吸収することができ、またバッテリーセル積層体をモジュールハウジング内に挿入する工程を容易に行うことができる。

また、本発明の一態様によれば、容量確保のため一つのバッテリーモジュールに適用されるバッテリーセルのサイズ及び個数が増大することに伴うバッテリーモジュールの重量増加にもかかわらず、バッテリーモジュールを容易にハンドリングすることができる。

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って、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示した分解斜視図である。 本発明のセル積層体を示した図である。 本発明のモジュールハウジングを構成する下部ハウジングを示した図である。 図３に示された下部ハウジングの下面を示した図である。 本発明の隔壁アセンブリを示した図である。 本発明の隔壁アセンブリを示した図である。 本発明の隔壁アセンブリを示した図である。 本発明の下部ハウジングと隔壁アセンブリとが結合された状態を示した図である。 図８に示された下部ハウジングのサイドプレートと隔壁アセンブリとの間の空間及び隣接した一対の隔壁アセンブリ同士の間の空間に単位積層体がそれぞれ挿入された形態を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを示した斜視図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールに適用される隔壁アセンブリを示した図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールの上面を示した図である。

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。これに先立ち、本明細書及び特許請求の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を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールは、セル積層体１００、モジュールハウジング２００及び隔壁アセンブリ３００を含む。

図１及び図２を参照すると、前記セル積層体１００は、複数の単位積層体１１０を含む。隣接した単位積層体１１０同士の間には隔壁アセンブリ３００が介在される。前記単位積層体１１０は、対面して積層される複数のバッテリーセル１１１を含む。

前記バッテリーセル１１１としては、例えばパウチ型バッテリーセルが適用され得る。この場合、前記バッテリーセル１１１は、電極組立体収容部１１１ａ、電極組立体収容部１１１ａの周縁に形成されるシーリング部１１１ｂ、及び電極組立体（図示せず）に連結されてシーリング部１１１ｂからパウチケースの外側に引き出される一対の電極リード１１１ｃを含む。前記一対の電極リード１１１ｃは互いに反対方向に引き出され得る。前記一対の電極リード１１１ｃは、モジュールハウジング２００の前方及び後方に形成された開口部を通して露出し得る。前記開口部は、モジュールハウジング２００の長手方向（Ｘ軸方向）の両側にそれぞれ形成され得る。

複数のバッテリーセル１１１は、モジュールハウジング２００の底面（Ｘ－Ｙ平面と平行な面）上に立てられた状態で互いに対面して積層されて単位積層体１１０を形成する。本発明においては、複数のバッテリーセル１１１を含む単位積層体１１０が三つである場合のみを図示しているが、これは例示に過ぎず、単位積層体１１０の個数は二つまたは四つ以上であってもよい。

図１～図４及び図８～図１０を参照すると、前記モジュールハウジング２００は、セル積層体１００を収容し、その上面及び下面にそれぞれ形成された複数の挿入スリットＳを備える。前記モジュールハウジング２００は、前面及び後面（Ｙ－Ｚ平面に平行な面）が開放した形態を有し得る。前記モジュールハウジング２００は、剛性確保及び迅速な放熱の面から金属材質からなり得る。

前記モジュールハウジング２００は、下部ハウジング２１０及び上部ハウジング２２０を含む。前記下部ハウジング２１０は、セル積層体１００を支持するベースプレート２１１及びベースプレート２１１の幅方向（Ｙ軸方向）の両側端部から上方（Ｚ軸方向）に延びた一対のサイドプレート２１２を含む。前記ベースプレート２１１及びサイドプレート２１２は一体に形成され得る。

前記ベースプレート２１１は、ベースプレート２１１の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って長く延びた形態の挿入スリットＳを複数個備える。前記挿入スリットＳは、後述する隔壁アセンブリ３００を構成する隔壁３１０（図５及び図６を参照）の個数と対応する個数で形成される。前記ベースプレート２１１に形成された挿入スリットＳは、隔壁アセンブリ３００の下端が挿入されて固定される空間を提供する。前記サイドプレート２１２は、セル積層体１００の最外側に配置されるバッテリーセル１１１と対面する。前記ベースプレート２１１上に形成された挿入スリットＳを通して隔壁アセンブリ３００が挿入及び固定されると、サイドプレート２１２と隔壁アセンブリ３００との間及び隣接する一対の隔壁アセンブリ３００同士の間にはそれぞれ単位積層体１１０を挿入可能な空間が形成される。

前記上部ハウジング２２０は、下部ハウジング２１０にセル積層体１００が載置された状態でセル積層体１００の上部から下部ハウジング２１０に結合される。前記上部ハウジング２２０の幅方向（Ｙ軸方向）の両側端部は、一対のサイドプレート２１２とそれぞれ結合される。工程の便宜上及びセル積層体１００の損傷防止のため、上部ハウジング２２０を下部ハウジング２１０に結合する工程は、下部ハウジング２１０と隔壁アセンブリ３００との結合によって分割形成された複数の空間内に複数の単位積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃがそれぞれ載置された後に行われることが望ましい。

前記隔壁アセンブリ３００と挿入スリットＳの内側面との間には溶接部が形成される。すなわち、前記隔壁アセンブリ３００と下部ハウジング２１０との結合は溶接によって行われる。一方、前記下部ハウジング２１０と上部ハウジング２２０との結合部位にも同様に溶接部が形成され得る。すなわち、前記下部ハウジング２１０と上部ハウジング２２０との結合は溶接によって行われ得る。ただし、これにより前記下部ハウジング２１０と上部ハウジング２２０との結合方式が限定されることはなく、下部ハウジング２１０と上部ハウジング２２０との結合は溶接の外にボルティングなどの他の方式によって行われてもよい。

前記上部ハウジング２２０は、下部ハウジング２１０に形成された挿入スリットＳと対面する位置にそれぞれ形成される複数の挿入スリットＳを備える。したがって、前記上部ハウジング２２０が下部ハウジング２１０に結合されるとき、既に下部ハウジング２１０に固定された隔壁アセンブリ３００は、その上端が上部ハウジング２２０に形成された挿入スリットＳを通してモジュールハウジング２００の上部に露出する。前記モジュールハウジング２００と隔壁アセンブリ３００との間の締結力を強化するため、上部ハウジング２２０に形成された挿入スリットＳの内側面と隔壁アセンブリ３００との間には溶接部が形成され得る。すなわち、前記上部ハウジング２２０に形成された挿入スリットＳの内側面と隔壁アセンブリ３００とは溶接によって結合され得る。

図５～図１０を参照すると、前記隔壁アセンブリ３００は、一対の隔壁３１０及び一対の隔壁同士の間を連結する一対の連結部３２０を含む。前記隔壁アセンブリ３００は、モジュールハウジング２００と同様に金属材質からなり得る。

前記一対の隔壁３１０は、互いに対面し離隔して位置する。前記一対の隔壁３１０は、それぞれ、電極組立体収容部１１１ａと密着し、バッテリーセル１１１のスウェリングによって加えられる圧力によって中心部が互いに向かって近づくように弾性変形を起こす（図７を参照）。すなわち、前記隔壁アセンブリ３００は、バッテリーセル１１１のスウェリングを吸収する機能を有する。前記隔壁３１０は、挿入スリットＳに対応する長さ及び幅を有し、その上端及び下端がそれぞれ挿入スリットＳを通過してモジュールハウジング２００の外側に露出する。

前記隔壁３１０は、単位積層体１１０の最外郭に配置されるバッテリーセル１１１の電極組立体収容部１１１ａと対応する長さを有する。これは、前記隔壁アセンブリ３００が冷却フィンとしての機能及びスウェリング吸収のための緩衝部材としての機能を効果的に果たしながらも、電極リード１１１ｃと隔壁アセンブリ３００との間の距離を一定水準以上に確保することで短絡の発生を防止するためである。

前記一対の連結部３２０の一方は、隔壁３１０の上端から下方に所定の距離だけ離れた位置に形成される。前記一対の連結部３２０の他方は、隔壁３１０の下端から上方に所定の距離だけ離れた位置に形成される。前記連結部３２０は、隔壁アセンブリ３００が挿入スリットＳを通してモジュールハウジング２００の上方または下方に離脱しないようにするストッパとして機能することができる。すなわち、前記連結部３２０は、モジュールハウジング２００の内側に位置する。前記一対の連結部３２０はモジュールハウジング２００の高さに対応する距離だけ、すなわちベースプレート２１１と上部ハウジング２２０との間の距離だけ離隔して位置する。

上述したように、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールは、モジュールハウジング２００内に配置される隔壁アセンブリ３００を備えることで、セル積層体１００を構成するバッテリーセル１１１のスウェリングを吸収することができる。

また、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの構造によれば、下部ハウジング２１０に隔壁アセンブリ３００を固設することで形成される複数の空間内に単位積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを個別的に載置した後、上部ハウジング２２０を締結し得る。したがって、セル積層体１００を構成するバッテリーセル１１１の個数が非常に多い場合、セル積層体１００を載置する工程を容易に行うことができ、これによりバッテリーモジュールの製造過程におけるセル積層体１００の損傷を防止することができる。

以下、図１１及び図１２を参照して、本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールを説明する。本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールは、上述した本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールと比べ、隔壁アセンブリ４００の構造が一部相異なるだけで、残りの構成要素は実質的に同一である。したがって、本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールについては、上述した実施形態と重なる説明は省略し、相異なる部分についてのみ集中して説明することにする。

前記隔壁アセンブリ４００は、モジュールハウジング２００の上面、すなわち上部ハウジング２２０に形成された挿入スリットＳを通してモジュールハウジング２００の外側に露出した領域に形成される少なくとも一つのハンドリング孔３１０ａを備える。前記ハンドリング孔３１０ａは、隔壁アセンブリ４００を構成する一対の隔壁３１０の両方すべてに形成されてもよく、一方のみに形成されてもよい。前記ハンドリング孔３１０ａにより、作業者はバッテリーモジュールを容易にハンドリングすることができる。

十分な容量を確保するため、バッテリーモジュールを構成するバッテリーセル１１１のサイズが大きくなり、その個数も多くなると、バッテリーモジュールの重量が増加することは不可避である。したがって、作業者がバッテリーモジュールを容易にハンドリングするためには、バッテリーモジュールの外側に形成された把持手段が要求される。本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールは、モジュールハウジング２００の外側に露出する隔壁アセンブリ３００を用いて形成されたハンドリング孔３１０ａを備えることで、このような要求を満たすことができる。

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。

１００ セル積層体
１１０ 単位積層体
１１１ バッテリーセル
１１１ａ 電極組立体収容部
１１１ｂ シーリング部
１１１ｃ 電極リード
２００ モジュールハウジング
２１０ 下部ハウジング
２１１ ベースプレート
２１２ サイドプレート
２２０ 上部ハウジング
３００ 隔壁アセンブリ
３１０ 隔壁
３１０ａ ハンドリング孔
３２０ 連結部
４００ 隔壁アセンブリ

Claims (11)

1. 複数のバッテリーセルを備える単位積層体を複数個含むセル積層体と、
   前記セル積層体を収容し、上面及び下面にそれぞれ形成された複数の挿入スリットを備えるモジュールハウジングと、
   前記バッテリーセルと平行に配置され、隣接する単位積層体同士の間に介在されて前記バッテリーセルのスウェリングによる体積膨張に伴って変形してスウェリングを吸収し、上下の両端部が前記挿入スリットに挿入され固定される少なくとも一つの隔壁アセンブリと、を含み、
   前記隔壁アセンブリは、
   互いに対面し離隔して位置する一対の隔壁と、
   前記隔壁の上端から下方に所定の距離だけ離れた位置及び前記隔壁の下端から上方に所定の距離だけ離れた位置にそれぞれ形成されて、前記一対の隔壁同士を連結する一対の連結部と、を含み、
   前記一対の隔壁は、
   互いに離隔して位置する一対の挿入スリットに挿入され、前記モジュールハウジングの外側に露出するように構成された、バッテリーモジュール。
2. 前記挿入スリットは、
   前記隔壁と対応する位置に形成される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記一対の連結部は、前記モジュールハウジングの高さに対応する距離だけ離隔して位置する、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記隔壁は、
   前記挿入スリットを通して前記モジュールハウジングの上部に露出した領域に形成される少なくとも一つのハンドリング孔を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記隔壁は、
   前記バッテリーセルの電極組立体収容部と対応する長さを有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記モジュールハウジング及び隔壁アセンブリは、金属材質からなる、請求項１～５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記モジュールハウジングは、
   ベースプレート及び一対のサイドプレートを含む下部ハウジングと、
   前記セル積層体の上部から前記下部ハウジングに結合される上部ハウジングと、を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記下部ハウジングを構成するベースプレートと一対のサイドプレートとは一体に形成され、
   前記上部ハウジングと下部ハウジングとの結合部位には溶接部が形成される、請求項７に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記挿入スリットの内側面と前記隔壁との間には溶接部が形成される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
10. 請求項１から９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。
11. 請求項１から９の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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