JP6588573B2 - バッテリーモジュール、バッテリーモジュールを含むバッテリーパック、及びバッテリーパックを含む自動車 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーモジュール、バッテリーモジュールを含むバッテリーパック、及びバッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、２０１５年８月１９日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１１６７１２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。

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）などに普遍的に応用されている。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の作動電圧は約２．５Ｖ〜４．２Ｖ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、複数の二次電池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二次電池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、前記バッテリーパックに含まれる二次電池セルの数は、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し得る。

なお、複数の二次電池セルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、複数個のバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、このような複数個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。

一方、バッテリーモジュールにおいて、複数個のバッテリーセルからなるバッテリーセルアセンブリーの場合、バッテリーセルは、リチウムポリマーパウチ型二次電池セルであり得る。リチウムポリマーパウチ型二次電池の場合、反復的な充電及び放電の副反応で内部電解質が分解され、ガスが発生することがある。このとき、発生したガスによってバッテリーセルの外形が変形される現象をセルスウェリング現象という。

従来のバッテリーモジュールは、相互積層される複数個のバッテリーセルからなるバッテリーセルアセンブリー及びバッテリーセルアセンブリーの前後方を覆うエンドプレートからなる。ここで、エンドプレートは、前記バッテリーモジュールを固定して支持するとともに前記セルスウェリングを制御するために前記エンドプレートの四つの角で前記バッテリーセルアセンブリーと段付きボルト（Shoulder Bolt）などのスクリュー部材によってスクリュー結合する。ここで、前記エンドプレートの四つの角に設けられる段付きボルトなどのスクリュー部材は、前記バッテリーセルアセンブリーを加圧しながら固定することで前記セルスウェリング時における前記バッテリーセルアセンブリーの膨張を防止する。

しかし、従来のバッテリーモジュールにおいては、このようなエンドプレートの四つの角に設けられる段付きボルトによって、段付きボルトなどのスクリュー部材が配置される追加的な空間及びスクリュー結合のための構造が求められることから、 段付きボルトなどのスクリュー部材が占める空間及びスクリュー結合のための構造によって全体モジュールの大きさが増加してしまい、バッテリーモジュールのスリム化を阻害するという問題がある。

これを解決するために、前記段付きボルトなどのスクリュー部材を前記エンドプレートの一側のみに設け、前記エンドプレートの他側には一般的なＵ字形のクリップ形態の別の固定ホルダーによって前記エンドプレートの他側と前記バッテリーセルアセンブリーとを固定する形態のバッテリーモジュールが提案されている。即ち、前記エンドプレートと前記バッテリーセルアセンブリーとを前記スクリュー部材と前記固定ホルダーとを用いて固定する方式である。

このような構造のバッテリーモジュールにおいては、前記段付きボルトなどのスクリュー部材が前記エンドプレートの一側のみに備えられるため、前記エンドプレートの他側において前記段付きボルトなどのスクリュー部材を省略することができ、スクリュー部材による体積増加の問題を相当解消することができる。

しかし、このような構造のバッテリーモジュールにおいては、前記セルスウェリング時、前記エンドプレートの他側に設けられた固定ホルダーが容易に開かれるなどの前記固定ホルダーの変形が発生し、前記固定ホルダーの固定力が弱くなるという問題がある。これによって、前記固定ホルダーが前記セルスウェリング圧力に耐えず、モジュール外形の変形を招くという不具合がある。

そのため、バッテリーセルアセンブリーの膨張を防止し、バッテリーセルアセンブリーを安定的に固定できる、よりスリムなバッテリーモジュールが求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルアセンブリーの膨張を防止し、バッテリーセルアセンブリーを安定的に固定できる、よりスリムなバッテリーモジュール、このようなバッテリーモジュールを含むバッテリーパック及びこのような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。

上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーモジュールとして、相互積層される複数のバッテリーセルからなるバッテリーセルアセンブリーと、前記バッテリーセルアセンブリーの前後方を覆い、一側で前記バッテリーセルアセンブリーとスクリュー結合するエンドプレートと、前記エンドプレートの他側に装着され、前記バッテリーセルアセンブリーを少なくとも部分的に覆い、前記エンドプレートの前後方へ突出する固定ホルダーと、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。
前記固定ホルダーは、前記バッテリーセルアセンブリーを支持する支持部と、前記支持部から延び、前記エンドプレートに装着されるエンドプレート装着部と、前記エンドプレート装着部から延び、前記エンドプレートの前後方に各々突出する突出部と、を含み得る。
前記支持部の左右幅は、前記バッテリーセルアセンブリーの左右幅の少なくとも半分であり得る。
前記エンドプレート装着部は、前記エンドプレートにスナップ結合し得る。
前記エンドプレートには、少なくとも一つのスナップ突起が突出し、前記エンドプレート装着部には、前記少なくとも一つのスナップ突起とスナップ結合する少なくとも一つのスナップ溝が形成され得る。
前記スナップ溝は複数個が備えられ、前記複数個のスナップ溝は相互所定距離に離隔して配置され得る。
前記エンドプレート装着部は、少なくとも１回曲げられ得る。
前記エンドプレート装着部は、前記支持部から上方へ延びる第１装着部と、前記第１装着部から下方へ延び、前記突出部と連結される第２装着部と、を含み得る。
前記突出部は、前記エンドプレート装着部に垂直配置され得る。
前記支持部、前記エンドプレート装着部及び前記突出部は、一体に形成され得る。
なお、本発明は、バッテリーパックとして、前述の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、自動車として、前述の実施例による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って、バッテリーセルアセンブリーの膨張を防止し、バッテリーセルアセンブリーを安定的に固定できる、よりスリムなバッテリーモジュール、このようなバッテリーモジュールを含むバッテリーパック、及びこのような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。

本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの概略的な分解斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの概略的な断面図である。 図１のバッテリーモジュールの固定ホルダーの概略的な斜視図である。 図４の固定ホルダーの概略的な断面図である。 図１のバッテリーモジュールのセルスウェリング時における固定ホルダー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。

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の概略的な斜視図であり、図２は、図１のバッテリーモジュールの概略的な分解斜視図であり、図３は、図１のバッテリーモジュールの概略的な断面図であり、図４は、図１のバッテリーモジュールの固定ホルダーの概略的な斜視図であり、図５は、図４の固定ホルダーの概略的な断面図である。

図１〜図５を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセルアセンブリー１００、エンドプレート２００、及び固定ホルダー５００を含み得る。

前記バッテリーセルアセンブリー１００は、バッテリーセル１１０及びセルカートリッジ１２０を含み得る。

前記バッテリーセル１１０は、複数個が備えられ得、相互積層されて電気的に接続され得る。各々のバッテリーセル１１０は、電極組立体、前記電極組立体を収容する電池ケース、及び前記電池ケースの外に突出し、前記電極組立体と連結される電極リード１１５を含み得る。ここで、前記電極リード１１５は、正極リードと負極リードとを含み、前記正極リードは前記電極組立体の正極板に接続し、前記負極リードは前記電極組立体の負極板に接続し得る。

このような前記各々のバッテリーセル１１０は、パウチ型二次電池であり得る。前記パウチ型二次電池の場合、複数個のバッテリーセル１１０の電気的な接続構成をより容易に具現することができる。

前記セルカートリッジ１２０は、前記複数個のバッテリーセル１１０の積層を容易にするためのものであって、前記複数個のバッテリーセル１１０のうち少なくとも一つのバッテリーセル１１０を固定できる。このような前記セルカートリッジ１２０は複数個が具備可能であり、前記複数個のセルカートリッジ１２０は相互積層可能に構成され、前記バッテリーセル１１０の組立てをガイドできる。

各々のセルカートリッジ１２０は、二つのバッテリーセル１１０を固定することができる。なお、各々のセルカートリッジは、一つのバッテリーセルを固定する構造として設けられることも、三つ以上のバッテリーセルを固定する構造として設けられることも可能である。

前記エンドプレート２００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００を支持するためのものであって、一対で備えられて前記バッテリーセルアセンブリー１００の前後方を覆い得る。

前記エンドプレート２００は、一側で前記バッテリーセルアセンブリー１００と段付きボルトなどのスクリュー部材３００によってスクリュー結合され得る。ここで、前記スクリュー部材３００は複数個が具備され、前記エンドプレート２００の一側辺の両側で前記バッテリーセルアセンブリー１００を貫いて前記バッテリーセルアセンブリー１００を加圧しながら固定し得る。

各々のエンドプレート２００は、スナップ突起２５０を含み得る。

前記スナップ突起２５０は、後述の固定ホルダー５００とスナップ結合のために前記エンドプレート２００の他側に備えられる。このような前記スナップ突起２５０は、少なくとも一つ以上が備えられ得る。本実施例においては、各々のエンドプレート２００に複数個が備えられ、前記複数個のスナップ突起２５０は相互所定距離に離隔して配置され得る。

前記固定ホルダー５００は、前記エンドプレート２００の他側に装着され、前記バッテリーセルアセンブリー１００の下側を部分的に覆い、前記エンドプレート２００の前後方に突出し得る。このような前記固定ホルダー５００は、前記エンドプレート２００における他側で前記エンドプレート２００と前記バッテリーセルアセンブリー１００とを結合できる。

これによって、前記エンドプレート２００の他側には、前記バッテリーセルアセンブリー１００と前記エンドプレート２００との固定のための前記スクリュー部材３００が不要となる。したがって、前記エンドプレート２００の他側で前記スクリュー部材３００が配置される追加的な空間及び前記スクリュー部材３００のスクリュー結合のための構造を省略することができる。これによって、本実施例によるバッテリーモジュール１０は、前記固定ホルダー５００によって前記エンドプレート２００の他側で前記スクリュー部材３００によるモジュールの体積増加を防止することができ、よりスリムなバッテリーモジュール１０を具現することができる。

前記固定ホルダー５００は、支持部５１０と、エンドプレート装着部５２０と、突出部５３０と、を含むことができる。ここで、前記支持部５１０、前記エンドプレート装着部５２０、及び前記突出部５３０は、一体に形成されるか、または別途の部材として各々具備されて相互結合され得る。以下、本実施例においては、製造効率を考慮して一つの部材として一体に形成されることに限定して説明する。

前記支持部５１０は、略四角プレートの形状であって、前記バッテリーセルアセンブリー１００の下側を少なくとも部分的に覆いながら前記バッテリーセルアセンブリー１００を支持できる。

前記支持部５１０は、前記バッテリーセルアセンブリー１００をより安定的に支持するよう、左右幅Ｗが前記バッテリーセルアセンブリー１００の左右幅Ｄの少なくとも半分以上となるように形成できる。これによって、前記支持部５１０は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の下側を相当部分覆うことができ、前記バッテリーセルアセンブリー１００の下側をより安定的に固定できる。

前記エンドプレート装着部５２０は、前記支持部５１０の両端部から各々延び、前記一対のエンドプレート２００に各々装着できる。具体的に、前記エンドプレート装着部５２０は、前記支持部５１０の両端部から各々前記支持部５１０の上方へ垂直に延び、各々のエンドプレート２００の他側を覆いながら装着され得る。

このような前記エンドプレート装着部５２０は、前記エンドプレート２００にスナップ結合できる。前記スナップ結合のために、前記エンドプレート装着部５２０は、弾性を有する材質からなる。本実施例においては、前記固定ホルダー５００が一つの部材からなることから、前記固定ホルダー５００の全体が弾性を有する材質からなる。

併せて、前記エンドプレート装着部５２０には、前記スナップ結合のために、前記エンドプレート２００のスナップ突起２５０と結合するスナップ溝５２１、５２２が形成され得る。

前記スナップ溝５２１、５２２は、前記スナップ突起２５０に対応するように、少なくとも一つまたはそれ以上が備えられ得る。本実施例において、前記スナップ突起２５０は、各々の前記エンドプレート２００に二つずつ、総四つが備えられることから、前記スナップ溝５２１、５２２も、総四つが備えられ得る。

前記スナップ溝５２１、５２２は、第１スナップ溝５２１及び第２スナップ溝５２２を含み得る。

前記第１スナップ溝５２１は、前記固定ホルダー５００の前方に備えられる前記エンドプレート装着部５２０に備えられ得る。前記第１スナップ溝５２１は、前記エンドプレート装着部５２０の結合力を堅固にするように一対で備えられ、相互所定距離に離隔して配置され得る。前記一対の第１スナップ溝５２１は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の前方に備えられる前記エンドプレート２００の前記スナップ突起２５０とスナップ結合できる。

前記第２スナップ溝５２２は、前記固定ホルダー５００の後方に備えられる前記エンドプレート装着部５２０に備えられ得る。前記第２スナップ溝５２２は、前記エンドプレート装着部５２０の結合力を堅固にするように一対で備えられ、相互所定距離に離隔して配置され得る。前記一対の第２スナップ溝５２２は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の後方に備えられる前記エンドプレート２００の前記スナップ突起２５０とスナップ結合できる。

このような前記一対のエンドプレート装着部５２０は、前記スナップ結合後に前記エンドプレート２００と結合し、前記エンドプレート２００を加圧しながら前記バッテリーセルアセンブリー１００を安定的に固定できる。

各々のエンドプレート装着部５２０は、剛性補強のために少なくとも１回曲げられ得る。これによって、前記各々のエンドプレート装着部５２０は、第１装着部５２６、及び第２装着部５２７を含み得る。

前記第１装着部５２６は、前記支持部５１０の両端部から各々上方へ垂直に延び得る。前記第１装着部５２６には、前述の前記第１スナップ溝５２１または前記第２スナップ溝５２２が形成され、前記スナップ結合後に前記エンドプレート２００に向い合って接触し得る。

前記第２装着部５２７は、前記第１装着部５２６から下方へ延び、後述の前記突出部５３０と連結され得る。前記第２装着部５２７は、前記第１装着部５２６と並んで配置され、前記第１装着部５２６とともに二重の折り構造を形成できる。これによって、前記エンドプレート装着部５２０は、前記二重の折り構造によって前記固定ホルダー５００の剛性をより増大させることができる。

前記突出部５３０は、前記各々のエンドプレート装着部５２０、具体的に、前記各々の第２装着部５２７の端部から延び、前記エンドプレート２００の前後方に各々突出し得る。具体的に、前記突出部５３０は、前記エンドプレート装着部５２０に垂直に配置されるように突出できる。

このような前記突出部５３０の配置によって、前記突出部５３０には前記バッテリーセルアセンブリー１００の前記バッテリーセル１１０のセルスウェリング時、前記エンドプレート装着部５２０に加えられる力に対する反作用の力としての反力が生じる。このような反力は、前記バッテリーセル１１０のセルスウェリング時、前記エンドプレート装着部５２０に加えられる力を相殺できる。これによって、前記バッテリーセル１１０のセルスウェリング時、前記エンドプレート装着部５２０は、前記エンドプレート２００から離れるなど、前記エンドプレート２００からの離脱が防止される。

したがって、本実施例においては、前記セルスウェリング時、前記固定ホルダー５００がセルスウェリング圧力に耐えるため、前記固定ホルダー５００の変形が生じず、前記固定ホルダー５００の固定力が維持できる。

そのため、本実施例による前記固定ホルダー５００は、前記セルスウェリング時、前記突出部５３０からの反力によって前記スウェリング圧力による力を相殺することで前記バッテリーセルアセンブリー１００の膨張を防止し、かつ安定的に前記バッテリーセルアセンブリー１００を固定して前記バッテリーモジュール１０の外形の変形を防止することができる。

以下、このような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反力に係わり、前記固定ホルダー５００の動作を具体的に説明する。

図６は、図１のバッテリーモジュールのセルスウェリング時における固定ホルダーの動作を説明するための図である。

図６を参照すれば、前記バッテリーモジュール１０のセルスウェリング時、前記固定ホルダー５００の前記エンドプレート装着部５２０には、水平方向に前記バッテリーセルアセンブリー１００の前記複数個のバッテリーセル１００のセルスウェリング圧力による力Ｐが加えられ得る。

この際、前記突出部５３０には、前記セルスウェリング圧力による反作用力として垂直方向に反力Ｒが作用する。ここで、前記突出部５３０からの反力Ｒは、前記セルスウェリング圧力による力Ｐを効果的に相殺できる。

このように、本実施例においては、このような突出部５３０に作用する反力Ｒによって前述のように前記セルスウェリング時における前記固定ホルダー５００の変形を防止し、前記固定ホルダー５００が前記バッテリーセルアセンブリー１００の膨張を防止し、かつ安定的に前記バッテリーセルアセンブリー１００を固定して前記バッテリーモジュール１０の外形の変形を防止することができる。

図７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る。

図７を参照すれば、バッテリーパックＰは、前述の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と、前記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と、を含み得る。

このような前記バッテリーパックＰは、自動車のエネルギー源として自動車に備えられ得る。例えば、前記バッテリーパックＰ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Ｐをエネルギー源として使用可能な他の方式で自動車に備えられ得る。また、前記バッテリーパックＰは、前記自動車の以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具備でき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Ｐと、前記自動車のような前記バッテリーパックＰを具備する装置や器具及び設備は、前述の前記バッテリーモジュール１０を含むことから、前述の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Ｐ及び自動車を具現することができる。

以上のように、本発明の望ましい実施例について図面して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されず、 請求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、かかる変形は請求範囲内に含まれる。

１０ バッテリーモジュール
１００ バッテリーセルアセンブリー
１１０ バッテリーセル
１２０ セルカートリッジ
２００ エンドプレート
５００ 固定ホルダー

Claims (11)

1. 相互積層される複数のバッテリーセルからなるバッテリーセルアセンブリーと、
   前記バッテリーセルアセンブリーの前後方を覆い、一側で前記バッテリーセルアセンブリーとスクリュー結合するエンドプレートと、
   前記エンドプレートの他側に装着され、前記バッテリーセルアセンブリーを少なくとも部分的に覆い、前記エンドプレートの前後方へ突出する固定ホルダーと、
   を含み、
   前記固定ホルダーが、
   前記バッテリーセルアセンブリーを支持する支持部と、
   前記支持部から延び、前記エンドプレートに装着されるエンドプレート装着部と、
   前記エンドプレート装着部から延び、前記エンドプレートの前後方に各々突出する突出部と、
   を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
2. 前記支持部の左右幅が、前記バッテリーセルアセンブリーの左右幅の少なくとも半分であ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. 前記エンドプレート装着部が、前記エンドプレートにスナップ結合す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。
4. 前記エンドプレートには、少なくとも一つのスナップ突起が突出し、
   前記エンドプレート装着部には、前記少なくとも一つのスナップ突起とスナップ結合する少なくとも一つのスナップ溝が形成される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. 前記スナップ溝は複数個が備えられ、
   前記複数個のスナップ溝が、相互所定距離に離隔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. 前記エンドプレート装着部が、前記固定ホルダーから前記バッテリーセルアセンブリーに向けて突出するように少なくとも１回曲げら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. 前記エンドプレート装着部が、
   前記支持部から上方へ延びる第１装着部と、
   前記第１装着部から下方へ延び、前記突出部と連結される第２装着部と、
   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. 前記突出部が、前記エンドプレート装着部に垂直配置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. 前記支持部、前記エンドプレート装着部、及び前記突出部が、一体に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。
10. 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、
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。
11. 請求項１０に記載のバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車。

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