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JP6619104B2 - 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該バッテリーパックを含む自動車 - Google Patents

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該バッテリーパックを含む自動車 Download PDF

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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該バッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、2016年3月3日出願の韓国特許出願第10−2016−0025747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)などに普遍的に用いられている。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〜4.2Vである。したがって、これより高い出力電圧が求められる場合、多数のバッテリーセルを直列で連結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応じて多数のバッテリーセルを並列で連結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、前記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応じて多様に設定され得る。
一方、多数のバッテリーセルを直列/並列で連結してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも1つのバッテリーセルからなる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1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、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は、相互積層される複数のバッテリーセル及び前記複数のバッテリーセルの電極リードを電気的に連結するバスバーアセンブリを含んで構成される。
ここで、バスバーアセンブリは、それぞれのバッテリーセルの電極リードを個別的に通過させるリードスロットを備えるバスバーフレーム、及びバスバーフレームに取り付けられて、リードスロットの個数に対応して備えられるバスバースロットを備え、バスバースロットを通過した電極リードと溶接などで連結されるバスバー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では、バッテリーセルの個数ほどのリードスロットが必要であるため、電極リードの個数に合わせてリードスロットの個数が増え、リードスロットの個数が増えた分バスバーフレームにおけるリードスロットの幅が相対的に狭くなるため、電極リードの個数によって誤組立などの組み立て不良の確率が高まるなど、組み立て工程の効率が低下する問題がある。
そこで、バッテリーモジュールにおいて、バッテリーセルにバスバーアセンブリを組み立てるとき、組み立て工程の効率を向上できる方案が求められている。
したがって、本発明は、バッテリーセルにバスバーアセンブリを組み立てるとき、組み立て工程の効率を向上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該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。
上記の目的を解決するため、本発明は、少なくとも一側に電極リードが突出し、相互積層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電極リードを電気的に連結し、隣接する2つのバッテリーセルの電極リードを共に通過させる少なくとも1つのリードスロットを備えるバスバーアセンブリと、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。
前記バスバーアセンブリは、前記複数のバッテリーセルを覆い、前記少なくとも1つのリードスロットを備えるバスバーフレームと、前記バスバーフレームの一側面に取り付けられ、前記少なくとも1つのリードスロットを共に通過した電極リードと連結される少なくとも1つのバスバーと、を含むことができる。
前記バスバーフレームは、前記バスバーフレームの他側面に備えられ、前記隣接する2つのバッテリーセルの電極リードが前記少なくとも1つのリードスロットを通過することをガイドする少なくとも1つの通過ガイドを含むことができる。
前記少なくとも1つの通過ガイドは、前記バスバーフレームの他側面に形成され、前記隣接する2つのバッテリーセルのうち一方の電極リードが前記少なくとも1つのリードスロットを通過することをガイドする第1ガイドと、前記少なくとも1つのリードスロットを介在して前記第1ガイドと離隔配置され、前記隣接する2つのバッテリーセルのうち他方の電極リードが前記少なくとも1つのリードスロットを通過することをガイドする第2ガイドと、を含むことができる。
前記第1ガイドと前記第2ガイドとの間の幅は、前記少なくとも1つのリードスロットに近くなるにつれて減少し得る。
前記第1ガイド及び前記第2ガイドの少なくとも1つは、前記少なくとも1つのリードスロットに向かって傾斜し得る。
前記少なくとも1つの通過ガイドは、前記少なくとも1つのリードスロットの個数に対応するように備えられ得る。
前記少なくとも1つのリードスロットを共に通過した2つの電極リードは、相互同じ方向に折り曲げられて接触され得る。
前記少なくとも1つのリードスロットを共に通過した2つの電極リードは、一体的に折り曲げられ得る。
そして、本発明は、上述した実施例による少なくとも1つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも1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。
さらに、本発明は、上述した実施例による少なくとも1つの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。
上述した多様な実施例によって、バッテリーセルにバスバーアセンブリを組み立てるとき、組み立て工程の効率を向上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該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。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例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。
本発明の一実施例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分解斜視図である。 図2のバッテリーモジュールのバッテリーセルを示した斜視図である。 図2のバッテリーモジュールのバスバーアセンブリのバスバーフレームを示した斜視図である。 図4のバスバーフレームの正面図である。 図5のA−A’矢視図である。 図1のバッテリーモジュールの正面図である。 図7のバッテリーモジュールのB−B’矢視図である。 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とで本発明をより明確にする。後述する実施例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例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は本発明の一実施例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バッテリーセルを示した斜視図であり、図4は図2のバッテリーモジュールのバスバーアセンブリのバスバーフレームを示した斜視図であり、図5は図4のバスバーフレームの正面図であり、図6は図5のA−A’矢視図である。
図1〜図6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100及びバスバーアセンブリ200を含むことができる。
前記バッテリーセル100は、二次電池であって、パウチ型二次電池であり得る。前記バッテリーセル100は、複数備えられ、前記複数のバッテリーセル100は相互電気的に連結されるように相互積層されて備えられる。
前記複数のバッテリーセル100は、それぞれ、電極組立体110、電池ケース130、電極リード150及び絶縁テープ170を含むことができる。
前記電極組立体110は、正極板、負極板及びセパレータなどで構成される。前記電極組立体110に対しては周知されているため、詳しい説明を省略する。
前記電池ケース130は、前記電極組立体110をパッケージングするためのものであって、樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなり得る。このような前記電池ケース130は、ケース本体132及びケーステラス135を含むことができる。
前記ケース本体132は前記電極組立体110を収容することができる。そのため、前記ケース本体132には前記電極組立体110を収容可能な収容空間が設けられる。
前記ケーステラス135は、前記ケース本体132から延びて、前記電極組立体110を密封できるようにシーリングされる。このような前記ケーステラス135の一側、具体的に、前記ケーステラス135の前方(+X軸方向)及び後方(−X軸方向)ではそれぞれ後述する電極リード150の一部が外部に露出し得る。
前記電極リード150は前記電極組立体110と電気的に連結される。このような前記電極リード150は一対で備えられ得る。前記一対の電極リード150の一部は、それぞれ、前記電池ケース130の前方(+X軸方向)及び後方(−X軸方向)で前記ケーステラス135の外部に突出し得る。
前記絶縁テープ170は、前記電池ケース130と前記電極リード150との間の短絡発生を防止し、前記ケーステラス135の密封力を向上させることができる。
このような前記絶縁テープ170は、前記電極リード150の個数に対応するように備えられる。これによって、前記絶縁テープ170は一対で備えられ得る。前記一対の絶縁テープ170の一部は、それぞれ、前記電池ケース130の前方(+X軸方向)及び後方(−X軸方向)で前記ケーステラス135の外部に突出し得る。
前記バスバーアセンブリ200は、前記複数のバッテリーセル100の前記電極リード150を電気的に連結するためのものであって、前記複数のバッテリーセル100と電気的に連結されるように前記複数のバッテリーセル100を覆うことができる。
このような前記バスバーアセンブリ200は、前記複数のバッテリーセル100の前記電極リード150の突出方向(X軸方向)で前記複数のバッテリーセル100を覆うことができる。
そのため、前記バスバーアセンブリ200は一対で備えられ得る。前記一対のバスバーアセンブリ200は、それぞれ、前記複数のバッテリーセル100の前方(+X軸方向)に突出した前記電極リード150、及び前記複数のバッテリーセル100の後方(−X軸方向)に突出した前記電極リード150を電気的に連結できるように覆うことができる。
このような前記一対のバスバーアセンブリ200は、それぞれ、バスバーフレーム210、バスバー280及びICBボード290を含むことができる。
前記バスバーフレーム210は、前記複数のバッテリーセル100の前方(+X軸方向)または後方(−X軸方向)を覆うことができる。そのため、前記バスバーフレーム210は、前記複数のバッテリーセル100の前方(+X軸方向)または後方(−X軸方向)に対応する面積を有し得る。
このような前記バスバーフレーム210は、バスバー取付突起230、ボード取付部240、リードスロット250及び通過ガイド260を含むことができる。
前記バスバー取付突起230は、後述するバスバー280を取り付けるためのものであって、前記バスバーフレーム210の一側面、具体的に、前記バスバーフレーム210の前面212に備えられる。
前記ボード取付部240は、後述するICBボード290を取り付けるためのものであって、前記バスバーフレーム210の前面212に設けられ、前記ICBボード290を収容する所定の収容空間を形成することができる。
前記リードスロット250は、前記複数のバッテリーセル100の前記電極リード150を通過させるためのものであって、前記バスバーフレーム210の上下方向(Z軸方向)に沿って形成される。
このような前記リードスロット250は、隣接する2つのバッテリーセル100の電極リード150を共に通過させることができる。換言すれば、1つのリードスロット250は隣接する2つのバッテリーセル100の前記電極リード150を共に通過させることができる。すなわち、本実施例において、対向する2つのバッテリーセル100の前記電極リード150は1つのリードスロット250を共に通過することができる。
前記リードスロット250は、複数備えられ、前記複数のリードスロット250は前記バスバーフレーム210の左右方向(Y軸方向)に沿って所定距離離隔して配置され得る。
前記複数のリードスロット250の個数は前記複数のバッテリーセル100の個数の半分であり得る。本実施例による前記リードスロット250は隣接する2つのバッテリーセル100の前記電極リード150を共に通過させるためである。
これによって、本実施例では、従来バッテリーセルの個数に対応するように設けられたリードスロットの個数を半分に減らすことができ、相対的に前記バスバーフレーム210における前記リードスロット250の製造が容易になって、前記リードスロット250の幅も相対的に広げることができる。
前記通過ガイド260は、前記隣接する2つのバッテリーセル100の前記電極リード150が前記リードスロット250を通過することをガイドするためのものであり、前記バスバーフレーム210の他側面、具体的に、前記バスバーフレーム210の後面216に備えられる。
このような前記通過ガイド260は、前記リードスロット250を通過する前に前記2つの電極リード150同士が近づくように、前記バスバーフレーム210の後面216で所定のガイド空間を形成することができる。そのため、前記ガイド空間の幅は前記バスバーフレーム210の後方(−X軸方向)から前記リードスロット250を備えるバスバーフレーム210の前方(+X軸方向)に行くほど減少することができる。
前記通過ガイド260は、複数設けられ得る。ここで、前記複数の通過ガイド260は前記複数のリードスロット250の個数に対応するように設けられ得る。これによって、前記複数のバッテリーセル100のうち前記隣接する2つの電極リード150が2個ずつ対となって、それぞれの通過ガイド260を通過した後、それぞれのリードスロット250を通過することができる。
前記複数の通過ガイド260は、それぞれ、第1ガイド262及び第2ガイド266を含むことができる。
前記第1ガイド262は、前記バスバーフレーム210の他側面216、すなわち、前記バスバーフレーム210の後面216に形成され、相互対となる前記隣接する2つのバッテリーセル100のうちいずれか1つの電極リード150がリードスロット250を通過することをガイドすることができる。
前記第2ガイド266は、前記リードスロット250を介在して前記第1ガイド262と離隔配置され、相互対となる前記隣接する2つのバッテリーセル100のうち他の1つの電極リード150がリードスロット250を通過することをガイドすることができる。
前記第2ガイド266と前記第1ガイド262との間の幅は、相互対となる前記隣接する2つのバッテリーセル100の電極リード150が前記リードスロット250を容易に通過できるように、前記リードスロット250に近くなるにつれて減少することができる。そのため、前記第2ガイド266及び前記第1ガイド262のうち少なくとも1つは前記リードスロット250に向かって傾斜するように形成され得る。
前記バスバー280は、前記バスバーフレーム210の一側、具体的に、前記バスバーフレーム210の前面212に取り付けられ、前記複数のリードスロット250を共に通過した電極リード150と連結され得る。
このような前記バスバー280は、一対で備えられ得る。前記一対のバスバー280は、それぞれ、フレーム取付溝282及びバスバースロット285を含むことができる。
前記フレーム取付溝282には、前記バスバー280を前記バスバーフレーム210に取り付けるとき、前記バスバーフレーム210の前記バスバー取付突起230が挿入され得る。
前記バスバースロット285は、前記リードスロット250を通過した少なくとも一部の電極リード150を前記バスバー280の前方(+X軸方向)に通過させることができる。本実施例において、前記リードスロット250を共に通過した2つの電極リード150は、前記バスバースロット285を通過した後折り曲げられるか、または、前記バスバー280の両側端部(Y軸方向)で折り曲げられて前記バスバー280に溶接などで連結され得る。
本実施例では、前記リードスロット250を共に通過した2つの電極リード150の一部が前記バスバー280の両側端部(Y軸方向)で折り曲げられて前記バスバー280に連結されるため、前記バスバースロット285の個数が前記リードスロット250の個数に対応する必要がない。
これによって、本実施例では前記バスバー280の面積をさらに確保することができ、前記バスバー280を通じて流れる電流の断面積が増加することができる。したがって、本実施例では前記バスバー280に電流が流れるとき、前記バスバー280の抵抗を最小化でき、前記バスバー280の過熱を効果的に防止することができる。
以下、本実施例による前記バッテリーモジュール10の前記複数のバッテリーセル100と前記バスバーアセンブリ200との組み立て工程をより具体的に説明する。
図7は図1のバッテリーモジュールの正面図であり、図8は図7のバッテリーモジュールのB−B’矢視図である。
図7及び図8を参照すれば、前記複数のバッテリーセル100は、相互電気的な連結及び電圧センシングのため、前記一対のバスバーアセンブリ200と組み立てられる。説明の便宜上、以下では前記複数のバッテリーセル100の前方(+X軸方向)における前記複数のバッテリーセル100と前記バスバーアセンブリ200との組み立て工程を説明する。
ここで、前記複数のバッテリーセル100のうち隣接する2つのバッテリーセル100の前記電極リード150はその前方(+X軸方向)に設けられるリードスロット250を共に通過することができる。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、前記複数のバッテリーセル100と前記バスバーアセンブリ200との組み立て工程の効率を高めることができる。
このとき、まず、前記電極リード150のリードスロット250通過を容易にするため、前記相互隣接する2つのバッテリーセル100の前記ケーステラス135及び前記ケーステラス135から突出する電極リード150はすべて前記通過ガイド260によってガイドされて、前記バスバーフレーム210の前方(+X軸方向)に滑り込むことができる。
その後、前記相互隣接する2つのバッテリーセル100の前記ケーステラス135と前記電極リード150は、それぞれ、前記第1ガイド262及び前記第2ガイド266によってガイドされて、前記バスバーフレーム210の前方(+X軸方向)に行くほど互いに近づくことができる。
本実施例では、前記通過ガイド260を通じて、相互隣接する2つのバッテリーセル100の前記電極リード150だけでなく、前記相互隣接する2つのバッテリーセル100の前記ケーステラス135も前記バスバーフレーム210の後方(−X軸方向)でガイドされ得る。
これによって、本実施例では、前記バスバーフレーム210の後方(−X軸方向)で前記通過ガイド260が前記ケーステラス135を滑り込ませることだけで、前記リードスロット250に前記電極リード150をより容易に通過させることができる。
その後、前記リードスロット250を共に通過した2つの電極リード150は、前記バスバー280のバスバースロット285を通過した後折り曲げられるか、または、前記バスバー280の両側端部(Y軸方向)で折り曲げられて、前記バスバー280に連結され得る。
このとき、前記リードスロット250を共に通過した2つの電極リード150は、同じ方向に折り曲げられて、前記バスバー280に溶接などによって連結され得る。すなわち、前記リードスロット250を共に通過した2つの電極リード150は、共に且つ一体的に同じ方向に折り曲げられて、前記バスバー280に溶接などで連結され得る。
これによって、本実施例では、前記電極リード150の折り曲げ回数を減らすことができ、前記組み立て工程の効率を一層向上させることができる。また、本実施例では、前記リードスロット250を共に通過した2つの電極リード150の端部が同じ方向に折り曲げられるため、これら2つの電極リード150の端部をすべて外部に露出させることができる。それによって、本実施例では、溶接の際、前記2つの電極リード150の溶接状態をすべて確認できるため、前記電極リード150の溶接品質をより向上させることができる。
このように、本実施例による前記バッテリーモジュール10は、前記複数のバッテリーセル100と前記バスバーアセンブリ200とを組み立てるとき、組み立て工程の効率を著しく向上させることができる。
図9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9を参照すれば、バッテリーパック1は、上述した実施例による少なくとも1つのバッテリーモジュール10、及び前記少なくとも1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を含むことができる。
このような前記バッテリーパック1は、自動車の燃料源として、自動車に装着することができる。例えば、前記バッテリーパック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に装着することができる。また、前記バッテリーパック1は、前記自動車の外にも、二次電池を使用する電力貯蔵装置(Energy Storage System)などのその他の装置や器具及び設備などにも装着できることは言うまでもない。
このように、本実施例による前記バッテリーパック1、及び前記自動車のような前記バッテリーパック1を備える装置や器具及び設備は、上述した前記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、本発明の望ましい実施例を図示し説明したが、本発明が上述した特定の実施例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持つ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
110 電極組立体
130 電池ケース
132 ケース本体
135 ケーステラス
150 電極リード
170 絶縁テープ
200 バスバーアセンブリ
210 バスバーフレーム
212 前面
216 後面(他側面)
230 バスバー取付突起
240 ボード取付部
250 リードスロット
260 通過ガイド
262 第1ガイド
266 第2ガイド
280 バスバー
282 フレーム取付溝
285 バスバースロット
290 ボード

Claims (9)

  1. 少なくとも一側に電極リードが突出し、相互積層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電極リードを電気的に連結し、隣接する2つのバッテリーセルの電極リードを共に通過させる少なくとも1つのリードスロットを備えるバスバーアセンブリと、を含み、
    前記バスバーアセンブリは、
    前記複数のバッテリーセルを覆い、前記少なくとも1つのリードスロットを備えるバスバーフレームと、
    前記バスバーフレームの一側面に取り付けられ、前記少なくとも1つのリードスロットを共に通過した電極リードと連結される少なくとも1つのバスバーと、を含み、
    前記バスバーフレームは、前記バスバーフレームの一側面の反対側にあって前記複数のバッテリーセルに対向する前記バスバーフレームの他側面に備えられ、前記隣接する2つのバッテリーセルの電極リード同士が前記少なくとも1つのリードスロットを通過する前に互いに近づくように、前記隣接する2つのバッテリーセルの電極リードをガイドする少なくとも1つの通過ガイドを含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記少なくとも1つの通過ガイドは、
    前記バスバーフレームの他側面に形成され、前記隣接する2つのバッテリーセルのうち一方の電極リードが前記少なくとも1つのリードスロットを通過することをガイドする第1ガイドと、
    前記少なくとも1つのリードスロットを介在して前記第1ガイドと離隔配置され、前記隣接する2つのバッテリーセルのうち他方の電極リードが前記少なくとも1つのリードスロットを通過することをガイドする第2ガイドと、を含むことを特徴とする請求項に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記第1ガイドと前記第2ガイドとの間の幅は、前記少なくとも1つのリードスロットに近くなるにつれて減少することを特徴とする請求項に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記第1ガイド及び前記第2ガイドの少なくとも1つは、前記少なくとも1つのリードスロットに向かって傾斜することを特徴とする請求項に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記通過ガイドは、前記リードスロットと同じ個数備えられることを特徴とする請求項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記少なくとも1つのリードスロットを共に通過した2つの電極リードは、相互同じ方向に折り曲げられて接触することを特徴とする請求項に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記少なくとも1つのリードスロットを共に通過した2つの電極リードは、一体的に折り曲げられることを特徴とする請求項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 請求項1に記載の少なくとも1つのバッテリーモジュールと、
    前記少なくとも1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。
  9. 請求項に記載の少なくとも1つ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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