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JP6768968B2 - ガイド結合構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック - Google Patents

ガイド結合構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック Download PDF

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Description

本発明は、２つ以上の円筒型電池セルを収容するバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、複数のバッテリーモジュールの連結拡張の効率性が向上したバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックに関する。
本出願は、２０１７年９月２０日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１２１２７８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、すべて本出願に組み込まれる。
現在、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、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、正極／セパレータ／負極の電極組立体を収納する電池ケースの形状によって大きく円筒型電池、角形電池及びパウチ型電池に分けられるが、デバイスの小型化傾向に伴ってそれに適した角形電池とパウチ型電池の需要が大きく増加している。
一般に、角形電池は、ゼリーロール型または積層型の正極／セパレータ／負極の電極組立体を金属素材の角形電池ケースに収納し、開放上端をトップキャップで覆って、トップキャップ上の電解液注入口から電解液を注入した後、密封する過程で製作される。
また、パウチ型電池は、ラミネートシートのパウチケースに電極組立体を収納した状態で、外周面を熱融着し密封した構造で製造される。
一方、上記のような電池が適用されるデバイスの多様化に伴って、電池も直方体状から多様な形状に変化している。
近年、従来の新材生エネルギーの不安定な電力生産を解消する方案として、エネルギー貯蔵装置に対する関心が高まっている。このようなエネルギー貯蔵装置は、気候変化のため電力生産量が不安定であっても、余剰電力を貯蔵できることから全体的な電力量の不足を防止することができる。
このようなエネルギー貯蔵装置は、電気を貯蔵する複数のバッテリーモジュール、及びこのようなバッテリーモジュールに貯蔵された電気エネルギーを効率的に管理する関連装置を含む。
また、このようなエネルギー貯蔵装置を構成するためには複数のバッテリーモジュールを互いに連結し拡張して、配列する作業が必要である。しかし、従来の技術では、複数のバッテリーモジュールを電気的に連結し、これらを均一に配列するためには、多くの部品が必要であり、取り付けも複雑であるため作業に多くの時間を要した。特に、大規模のエネルギー貯蔵装置を構成することになれば、複数のバッテリーモジュールの取り付けにより多くの費用と時間が必要となり、問題がさらに深刻になる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリーモジュールを連結拡張するための取り付け作業の効率性が向上したバッテリーモジュール及びそ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。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、２つ以上に電気的連結を拡張可能なバッテリーモジュールに関し、電極端子が上部及び下部にそれぞれ形成された複数の円筒型電池セルと、前記円筒型電池セルを挿入収容するように複数の中空構造を有する収容部が備えられたモジュールハウジングと、一面が前記複数の円筒型電池セルのうち２つ以上の円筒型電池セルの電極端子と接触して電気的に連結されたバスバーと、一面の少なくとも一部が前記バスバーの他面と接触して前記円筒型電池セルと電気的に連結され、他面の少なくとも一部が他の１つの集電プレートと接触して他の１つのバッテリーモジュールの円筒型電池セルと電気的に連結された集電プレートと、を含む。
ここで、前記モジュールハウジングは、内部空間を形成する外側壁を備え、前記モジュールハウジングの外側壁の外面には他の１つのバッテリーモジュールの配置位置をガイドするための結合突起及びガイド溝が備えられたガイド結合構造が形成される。
また、前記結合突起は、前記外側壁の外面から突出した構造であり、前記ガイド溝は、他の１つのバッテリーモジュールの結合突起が挿入されるように、前記外側壁の外面から内側に凹んで形成される。
さらに、前記モジュールハウジングは、前記円筒型電池セルの上部の外側面を囲むように中空構造で形成された第１収容部が備えられた上部ケースと、及び前記上部ケースと締結されて、前記円筒型電池セルの下部の外側面を囲むように中空構造で形成された第２収容部が備えられた下部ケースと、を含むことができる。
そして、前記上部ケースは、左右方向に形成された前記外側壁の外面から一側に突出し、締結ボルトが挿入されるように貫通孔が形成された第１突出締結部を備えることができる。
また、前記下部ケースは、左右方向に形成された前記外側壁の外面から他側に突出し、締結ボルトが挿入されるように貫通孔が形成された第２突出締結部を備え、前記第２突出締結部の貫通孔は、締結ボルトが連続的に挿入されるように、他のバッテリーモジュールの上部ケースの第１突出締結部の貫通孔と連通できる。
さらに、前記上部ケースの第１収容部は、前記円筒型電池セルと対面する内面に前記円筒型電池セルを加圧固定するために内側に突出した凸部を備えることができる。
そして、前記上部ケースの第１収容部は、１つの中空構造の上端から下方に所定地点まで切り取られた形態の切取部を備えることができる。
また、前記切取部の内側面には前記凸部を形成することができる。
さらに、前記切取部は、前記第１収容部の他の中空構造の切取部と互いに対応して位置し、前記切取部は、他の中空構造の切取部と所定距離離隔することができる。
そして、前記バスバーは、前記円筒型電池セルの配列方向に延びた本体プレートと、及び前記円筒型電池セルの電極端子と接触するように前記本体プレートの一側から突出した端子接続部と、を含むことができる。
一方、前記円筒型電池セルの電極端子は、上端に形成された第１電極端子及び下端に形成された第２電極端子を含むことができる。
また、前記集電プレートは、前記モジュールハウジングの上部に取り付けられて前記円筒型電池セルの第１電極端子と電気的に連結されるように形成された第１集電プレートと、及び前記モジュールハウジングの下部に取り付けられて前記円筒型電池セルの第２電極端子と電気的に連結されるように形成された第２集電プレートと、を含むことができる。
さらに、前記第１集電プレートは、前記円筒型電池セルの第１電極端子と接触連結されたバスバーの上面と接触するように形成された第１集電部と、前記第１集電部の一側から前方に延びて、下方の段差が形成された接触収容部と、を備えることができる。
そして、前記第２集電プレートは、前記円筒型電池セルの第２電極端子と接触連結されたバスバーの下面と接触するように形成された第２集電部と、前記第２集電部の一端から上方に垂直に折り曲げられて延びた垂直延長部と、前記第１集電プレートの接触収容部に載置されて前記第１集電プレートと電気的に連結されるように、前記垂直延長部の上端から後方に折り曲げられて延びた接触連結部と、を含むことができる。
また、前記接触連結部の下面には下方に突出した突起が少なくとも１つ形成され、前記接触収容部には前記接触連結部の突起と対応する形状の収容溝が少なくとも１つが形成される。
さらに、前記垂直延長部には、前記ガイド結合構造の結合突起が貫通されるように、前記結合突起及び前記ガイド溝と対応する位置に貫通口を形成することができる。
また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを２つ以上含む。
また、上記の課題を達成するため、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含む。
さらに、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、２つ以上に電気的連結を拡張可能なバッテリーモジュールに関し、電極端子が上部及び下部にそれぞれ形成された複数の円筒型電池セルと、前記円筒型電池セルを挿入収容するように複数の中空構造を有する収容部が備えられたモジュールハウジングと、一面が前記複数の円筒型電池セルのうち２つ以上の円筒型電池セルの電極端子と接触して電気的に連結されたバスバーと、一面の少なくとも一部が前記バスバーの他面と接触して前記円筒型電池セルと電気的に連結され、他面の少なくとも一部が他の１つの集電プレートと接触して他の１つのバッテリーモジュールの円筒型電池セルと電気的に連結された集電プレートと、前記モジュールハウジングの外側壁の一側外面と接するように形成された絶縁プレートと、前記絶縁プレートの内部に挿入され、前記絶縁プレートの外周から上下方向に突出した支持棒と、前記支持棒とともに、前記集電プレートを締結するように構成された締結部材と、を含むことができる。
また、前記モジュールハウジングは、内部空間を形成する外側壁を備え、前記モジュールハウジングの外側壁の外面には他の１つのバッテリーモジュールの配置位置をガイドするための結合突起及びガイド溝が備えられたガイド結合構造が形成される。
また、前記モジュールハウジングの外側壁の一側外面には、内側に凹んで上下方向に延びる湾入溝が形成され、前記湾入溝には、前記支持棒を挿入収納することができる。
本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールは、別途の追加的な部材がなくても、モジュールハウジングのガイド結合構造を通じて１つのバッテリーモジュールに他のバッテリーモジュールを容易に定位置に配置することができる。これによって、本発明のバッテリーモジュールを複数連結して拡張するときに必要となるコスト及び時間を効果的に節減することができる。
また、本発明のこのような態様によれば、モジュールハウジングの収容部に形成されたストッパー構造によって、収容された円筒型電池セルが外部に離脱することを効果的に防止でき、円筒型電池セルの上方への動きが拘束されて円筒型電池セルとバスバーとの間の電気的連結が切断されることを予め防止することができる。
さらに、本発明の一態様によれば、円筒型電池セルの電極端子と電気的に接触連結されるバスバーの端子接続部を二股に分岐した構造で形成することで、端子接続部と電極端子との間の溶接工程で、分岐した構造の隙間を通じて溶接加熱のための熱伝導率を効果的に高め、溶接時間を短縮して溶接信頼性を高めることができる。
そして、本発明の一態様によれば、第２集電プレートの接触連結部の突起と第１集電プレートの接触収容部の収容溝との結合構造を通じて、前記第１集電プレートの接触連結部の前記第２集電プレートの接触収容部への載置を誘導し易く、接触面積を増やして電気抵抗を効果的に減らし、電気的連結信頼性を高めることができる。
さらに、本発明の一態様によれば、円筒型電池セルの外側面を加圧するように形成された第１収容部の凸部は、外部衝撃による振動又は動きによる円筒型電池セルとバスバーとの間の接続不良を減らし、円筒型電池セルの損傷を効果的に減少させることができる。
また、本発明の一態様によれば、複数のバッテリーモジュール上に他の複数のバッテリーモジュールを積層するなどの多様な積層構造でバッテリーパックを構成できるため、バッテリーパックの設計変更による追加的な製造コストを節減することができる。
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の構成を分解して示した分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを前方から斜めに眺めた斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを後方から斜めに眺めた斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を上方から眺めた平面図及び構成の一部を拡大した一部拡大図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図及び構成の一部を拡大した一部拡大図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュール同士を連結した構造を概略的に示した斜視図である。 図９のＣ´領域のバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した垂直断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を分解して示した分解斜視図である。 図１１のバッテリーモジュールの一部構成が結合された様子を示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの一形態を概略的に示した斜視図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーパックの他の形態を概略的に示した斜視図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーパックのさらに他の形態を概略的に示した斜視図である。
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。これに先立ち、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１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を分解して示した分解斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを前方から斜めに眺めた斜視図である。そして、図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを後方から斜めに眺めた斜視図である。
図１〜図３を参照すれば、本発明のバッテリーモジュール２００は、円筒型電池セル１００、モジュールハウジング２１０、バスバー２５０及び集電プレート２３０、２４０を含むことができる。
ここで、円筒型電池セル１００は、円筒型電池缶１２０、及び円筒型電池缶１２０の内部に収容された電極組立体（図示せず）を含むことができる。
ここで、円筒型電池缶１２０は、電気伝導性の高い材質を含み、例えば、円筒型電池缶はアルミニウムまたは銅素材を含むことができる。円筒型電池缶１２０の上部及び下部それぞれに電極端子１１１、１１２が形成される。具体的に、円筒型電池缶１２０の上端の扁平な円形の上面には第１電極端子１１１が形成され、円筒型電池缶１２０の下端の扁平な円形の下面には第２電極端子１１２が形成され得る。
また、電極組立体（図示せず）は、正極と負極との間に分離膜が介在された状態でゼリーロール型に巻き取られた構造で形成され得る。前記正極（図示せず）には正極タブが取り付けられ、円筒型電池缶１２０上端の第１電極端子１１１に接続され得る。また、前記負極（図示せず）には負極タブが取り付けられ、円筒型電池缶１２０下端の第２電極端子１１２に接続され得る。しかし、これは一例示に過ぎず、このような構成に限定されることはない。例えば、前記正極（図示せず）に正極タブが取り付けられて円筒型電池缶１２０下端の第２電極端子１１２に接続され、前記負極（図示せず）に負極タブが取り付けられて円筒型電池缶１２０上端の第１電極端子１１１に接続されても良い。
さらに、前記第２電極端子１１２の外周には、底面を支持するためのリング状の支持部１１５が形成される。したがって、本発明のこのような構成によれば、円筒型電池セル１００は、別途の部材がなくても支持部１１５を用いて底面から直立した状態を安定的に維持することができる。
一方、前記モジュールハウジング２１０は、前記円筒型電池セル１００を内部に挿入し収容する収容部２１２Ａ、２１２Ｂを備えることができる。具体的に、前記収容部２１２Ａ、２１２Ｂは、前記円筒型電池セル１００の外側面を囲むように形成された複数の中空構造であり得る。このとき、モジュールハウジング２１０の収容部２１２Ａ、２１２Ｂは、電気絶縁性素材を備えることができる。例えば、前記電気絶縁性素材は、高分子プラスチックであり得る。より具体的に、前記電気絶縁性素材は、ＰＶＣ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）であり得る。
また、前記モジュールハウジング２１０は、内部空間を形成し、前、後、左、右に形成された第１外側壁２１５、第２外側壁２１６、第３外側壁２１７及び第４外側壁２１８を備えることができる。
そして、前記モジュールハウジング２１０の第１外側壁２１５、第２外側壁２１６、第３外側壁２１７及び第４外側壁２１８のうち少なくとも１つには、他の１つのバッテリーモジュール２００の配置位置をガイドするための結合突起２６１、２６２及びガイド溝２６６、２６７が備えられたガイド結合構造２６０を形成することができる。
図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を上方から眺めた平面図及び構成の一部を拡大した一部拡大図である。
図２及び図３とともに図４を参照すれば、モジュールハウジング２１０の結合突起２６２は、第２外側壁２１６Ｂの外面から突出した構造であり得る。具体的に、前記結合突起２６２の突出方向の上端部は、前記第２外側壁２１６Ｂの外面に隣接した結合突起２６２の下端部の厚さより相対的に厚く形成され得る。
また、前記結合突起２６２の突出方向の上端部は、第２外側壁２１６Ｂが位置する下方に連続的に厚くなるテーパー構造Ｔ１を有し得る。
さらに、前記結合突起２６２には、中心軸に沿って左右方向に分けられるように隙間Ｈが形成される。
前記隙間Ｈは、前記結合突起２６２の上端から外側壁２１５、２１６、２１７、２１８が位置した方向に所定の深さほど凹んで形成される。ここで、前記隙間の深さは第２外側壁２１６Ｂの外面まで延び得る。
また、図２のモジュールハウジング２１０の結合突起２６１も、上述した図４の結合突起２６２の構成と同様に構成できるため、結合突起２６１の構成の説明は省略する。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明のモジュールハウジング２１０の結合突起２６１、２６２がガイド溝２６６、２６７に挿入されて締結固定されるため、１つのバッテリーモジュール２００に連結された他のバッテリーモジュール（図９の２０１）を容易に配置でき、互いに分離されないように固定することができる。
図２及び図３を再度参照すれば、前記ガイド溝２６６は、他の１つのバッテリーモジュール２００の結合突起２６２が挿入されるように、第１外側壁２１５の外面から内側に凹んだ形態で構成される。
また、前記ガイド溝２６７は、他の１つのバッテリーモジュール２００の結合突起２６１が挿入されるように、第２外側壁２１６の外面から内側に凹んだ形態で構成される。
さらに、前記ガイド溝２６６、２６７の内部には、前記結合突起２６１、２６２の上端部が挿入された後、取り出される方向への移動を阻止できるように、係止段（図示せず）が形成され得る。
図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図及び構成の一部を拡大した一部拡大図である。
図２〜図４とともに図５を参照すれば、前記モジュールハウジング２１０は、上部ケース２１０Ａ及び下部ケース２１０Ｂを含むことができる。
具体的に、前記上部ケース２１０Ａは、第１外側壁２１５Ａ、第２外側壁２１６Ａ、第３外側壁２１７Ａ及び第４外側壁２１８Ａを含むことができる。また、前記下部ケース（図４の２１０Ｂ）は、第１外側壁２１５Ｂ、第２外側壁２１６Ｂ、第３外側壁２１７Ｂ及び第４外側壁２１８Ｂを含むことができる。
例えば、図５及び図２に示されたように、前記上部ケース２１０Ａは、前記第１外側壁２１５Ａの外面に他の１つのモジュールハウジング２１０に形成された２つのガイド溝２６７それぞれに挿入されるように２つの結合突起２６１が形成される。また、前記下部ケース２１０Ｂは、第１外側壁２１５Ｂの外面に他の１つのモジュールハウジング２１０に形成された２つの結合突起２６２が挿入されるように２つのガイド溝２６６が形成される。
さらに、図３及び図５に示されたように、前記上部ケース２１０Ａは、第２外側壁２１６Ａの外面に他の１つのモジュールハウジング２１０に形成された結合突起２６１が挿入結合されるように２つのガイド溝２６７が形成される。そして、前記下部ケース２１０Ｂは、第２外側壁２１６Ｂの外面に他の１つのモジュールハウジング２１０に形成された２つのガイド溝２６６それぞれに挿入されるように２つの結合突起２６２が形成される。
図４及び図５を参照すれば、前記上部ケース２１０Ａは、前記円筒型電池セル１００の上部の外側面を囲むように中空構造で形成された第１収容部２１２Ａを備えることができる。
さらに、前記下部ケース２１０Ｂは、前記上部ケース２１０Ａと締結され、前記円筒型電池セル１００の下部の外側面を囲むように中空構造で形成された第２収容部２１２Ｂを備えることができる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記モジュールハウジング２１０は、第１収容部２１２Ａ及び第２収容部２１２Ｂを用いて円筒型電池セル１００の上下部の外側面を全て囲みながら収容し、外部の衝撃から収容された円筒型電池セル１００を安定的に保護することができる。
そして、前記第１収容部２１２Ａの上端には、円筒型電池セル１００の上端が前記第１収容部２１２Ａの上部を越えて移動することを阻止するためのストッパー２１９が形成される。
具体的に、前記ストッパー２１９は、前記円筒型電池セル１００の上部の直径より小さい直径の円弧状構造であり得、前記第１収容部２１２Ａの中空構造の上端から中心軸方向に突出して形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールハウジング２１０の内部に収容された円筒型電池セル１００が外部に離脱することをストッパー２１９によって効果的に防止でき、上方への動きが拘束されて移動が防止されるため、バスバー２５０との電気的連結が切断されるなどの損傷を予め防止することができる。
図６は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。
図６を参照すれば、前記バスバー２５０は、一面が前記複数の円筒型電池セル１００のうち２つ以上の円筒型電池セル１００の電極端子１１１、１１２と接触して電気的に連結された構造を含むことができる。
具体的に、前記バスバー２５０は、電気導電性素材を含み、例えば、ニッケル素材を含むことができる。
また、前記バスバー２５０は、本体プレート２５１及び端子接続部２５６を含むことができる。
ここで、本体プレート２５１は、前記円筒型電池セル１００の配列方向Ｇに延びた構造であり、前記端子接続部２５６は、前記円筒型電池セル１００の電極端子１１１、１１２と接触するように前記本体プレート２５１の一側から突出した構造である。
より具体的に、前記端子接続部２５６は、Ｆ方向から眺めたとき、本体プレート２５１から後方に突出した構造であり得る。
また、前記端子接続部２５６には、本体プレート２５１から下方に段差２５７が形成され得る。したがって、本発明のこのような構成によれば、前記バスバー２５０の端子接続部２５６が円筒型電池セル１００の電極端子１１１、１１２と接触面を形成し易くなり、電気的連結の信頼性を高めることができる。
ここで、前、後、左、右、上、下のような方向を表す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。ただし、本明細書では、説明の便宜上、Ｆ方向から眺めたときを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向を区分して示すことにする。
例えば、図１及び図６に示されたように、３０個の円筒型電池セル１００の第１電極端子１１１を電気的に一方向Ｇに並列連結している５個のバスバー２５０が構成され得る。同様に、３０個の円筒型電池セル１００の第２電極端子１１２を電気的に一方向Ｇに並列連結している５個のバスバー２５０が構成され得る。
また、前記端子接続部２５６は、二股に分岐した構造を含むことができる。したがって、本発明のこのような構成によれば、溶接の際、溶融結合が必要な前記端子接続部２５６の中央部位に左右方向に二股に分岐した構造が形成されることで、分離された隙間を通じて溶接加熱のための熱伝導率を効果的に高め、溶接時間を短縮して溶接信頼性を高めることができる。
図７及び図８は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。
図１とともに図７及び図８を参照すれば、本発明の集電プレートは、第１集電プレート２３０及び第２集電プレート２４０を含むことができる。
具体的に、前記第１集電プレート２３０は、電気伝導性素材を含み、例えば、前記電気伝導性素材は銅またはアルミニウムなどであり得る。
また、前記第１集電プレート２３０は、一面の少なくとも一部が円筒型電池セル１００の第１電極端子と電気的に連結されたバスバー２５０の他面と接触して円筒型電池セル１００と電気的に連結される。換言すれば、前記第１集電プレート２３０は、前記モジュールハウジング２１０の上部に取り付けられて前記円筒型電池セル１００の第１電極端子１１１と電気的に連結された構造であり得る。このとき、前記第１集電プレート２３０の一面と前記バスバー２５０の他面とはレーザー溶接で結合された構造であり得る。
さらに、前記第２集電プレート２４０は、電気伝導性素材を含み、例えば、前記電気伝導性素材は銅またはアルミニウムなどであり得る。
そして、前記第２集電プレート２４０は、一面の少なくとも一部が円筒型電池セル１００の第２電極端子１１２と電気的に連結されたバスバー２５０の他面と接触して円筒型電池セル１００と電気的に連結される。換言すれば、前記第２集電プレート２４０は、前記モジュールハウジング２１０の下部に取り付けられて前記円筒型電池セル１００の第２電極端子１１２と電気的に連結された構造であり得る。このとき、前記第２集電プレート２４０の一面と前記バスバー２５０の他面とはレーザー溶接で結合された構造であり得る。
より具体的に、前記第１集電プレート２３０は、第１集電部２３１及び接触収容部２３３を含むことができる。
ここで、前記第１集電部２３１は、前記円筒型電池セル１００の第１電極端子１１１と接触連結されたバスバー２５０の上面（本体プレート２５１）と接触するように構成される。また、前記第１集電部２３１には、前記バスバー２５０の端子接続部２５６が外部に露出できるように溶接口２３４が形成される。
さらに、前記接触収容部２３３には、前記第１集電部２３１の一端の少なくとも一部が前方に延びて下方に形成された段差構造２３２が備えられる。電気的抵抗をさらに減少できるように、例えば、図７に示されたように、前記接触収容部２３３は、前記第１集電部２３１の一側全体が前方に延びて形成され得る。
より具体的に、前記第２集電プレート２４０は、第２集電部２４１、垂直延長部２４３及び接触連結部２４５を含むことができる。
ここで、第２集電部２４１は、前記円筒型電池セル１００の第２電極端子１１２と接触連結されたバスバー２５０の下面（本体プレート）と接触するように形成される。より具体的に、前記第２集電部２４１には、バスバー２５０の端子接続部２５６が外部に露出できるように溶接口２４４が形成される。
また、前記垂直延長部２４３は、前記第２集電部２４１の一端から上方に垂直に折り曲げられて延びた構造である。さらに、前記垂直延長部２４３には、前記ガイド結合構造２６０の結合突起（図２及び図３の結合突起２６１、２６２）が貫通されるように、前記結合突起２６１、２６２と対応する位置に貫通口２４７、２４８が形成される。例えば、図８に示されたように、垂直延長部２４３には４つの貫通口２４７、２４８が形成され得る。
そして、前記接触連結部２４５は、前記第１集電プレート２３０の接触収容部２３３に載置されて前記第１集電プレート２３０と電気的に連結されるように、前記垂直延長部２４３の上端から後方に折り曲げられて延びた構造である。
さらに、前記第２集電部２４１、垂直延長部２４３及び接触連結部２４５は、１つの素材からなる一体化された構造であり得る。すなわち、前記第２集電プレート２４０の製造過程で、１つの導電性プレートの一部が第２集電部２４１を形成し、残りの部位が上方に垂直に折り曲げられて垂直延長部２４３を形成し、前記垂直延長部２４３の一端が後方の水平方向に折り曲げられて接触連結部２４５を形成し得る。
図９は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール同士を連結した構造を概略的に示した斜視図である。そして、図１０は、図９のＣ´領域のバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した垂直断面図である。
まず、図７〜図９とともに図１０を参照すれば、第２集電プレート２４０の接触連結部２４５の下面には、下方に突出した突起２４６が少なくとも１つ形成され、前記接触収容部２３３には、接触連結部２４５の突起２４６と対応する形状の、収容溝２３５が、少なくとも１つ形成される。
これによって、前記第２集電プレート２４０の接触連結部２４５の突起２４６が前記第１集電プレート２３０の接触収容部２３３の収容溝２３５に挿入されて固定され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、接触連結部２４５の突起２４６と接触収容部２３３の収容溝２３５とを互いに結合しながら、前記接触連結部２４５を前記接触収容部２３３に載置し易く、さらに接触面積を効果的に増やして電気抵抗を減らし、電気的連結信頼性を高めることができる。
さらに、前記第１集電プレート２３０の接触収容部２３３には、第２集電プレート２４０の接触連結部２４５との溶接便宜性を高めるため、溶接線が形成されても良い。
図２、図３及び図９を再び参照すれば、前記上部ケース２１０Ａは第１突出締結部２７１を備え、前記下部ケース２１０Ｂは第２突出締結部２７６を備えることができる。
ここで、第１突出締結部２７１は、前記上部ケース２１０Ａの第３外側壁２１７Ａ及び前記第４外側壁２１８Ａの外面から前方または後方に突出して形成され、締結ボルト２７９が挿入されるように貫通孔２７２が形成される。例えば、図３に示されたように、２つの第１突出締結部２７１は、前記上部ケース２１０Ａの第３外側壁２１７Ａ及び前記第４外側壁２１８Ａの外面から後方に突出して形成され得る。
そして、図２に示されたように、前記第２突出締結部２７６は、前記第３外側壁２１７Ｂ及び前記第４外側壁２１８Ｂの外面から前方または後方に突出して形成され、締結ボルト２７９が挿入されるように貫通孔２７７が形成される。例えば、図２に示されたように、２つの第２突出締結部２７６は、前記下部ケース２１０Ｂの第３外側壁（図４の第３外側壁２１７Ｂ）及び前記第４外側壁２１８Ｂの外面から後方に突出して形成され得る。
ここで、前記第２突出締結部２７６の貫通孔２７７は、締結ボルト２７９が連続的に挿入されるように、他のバッテリーモジュール２００の上部ケース２１０Ａの第１突出締結部２７１の貫通孔２７２と連通される。これによって、前記締結ボルト２７９は第１突出締結部２７１及び第２突出締結部２７６全てに挿入されて締結可能である。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上部ケース２１０Ａの第１突出締結部２７１が他のバッテリーモジュール２００の下部ケース２１０Ｂの第２突出締結部２７６とボルト締結結合することで、バッテリーモジュール２００の配置構造が崩れることを防止し、特に、前記第１集電プレート２３０と前記第２集電プレート２４０との間の電気的連結が切断されることを防止することができる。さらに、従来技術では複数のバッテリーモジュールを連結結合するには、結合構造の体積のため複数のバッテリーモジュールを所定距離離隔させる必要があった。しかし、本発明のバッテリーモジュールでは、上下の高さが異なる位置で互いに上下方向で対向するように延びた第１突出締結部２７１と第２突出締結部２７６とにより、結合構造の体積を最小化しながら、容易に複数のバッテリーモジュールを結合連結することができる。これによって、バッテリーモジュールのエネルギー密度を高め、取り付け時間を短縮することができる。
図５を再度参照すれば、前記上部ケース２１０Ａの第１収容部２１２Ａは、前記円筒型電池セル１００の側面と対面する内面に前記円筒型電池セル１００の側面を加圧固定するための固定構造が形成される。
ここで、前記固定構造は、前記円筒型電池セル１００の外側面を加圧するように、前記第１収容部２１２Ａの内面から円筒型電池セル１００が位置した水平方向（内側）に突出した凸部２１３であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記固定構造が効果的に外部衝撃による振動又は動きによる円筒型電池セル１００とバスバー２５０との間の接続不良を減らすことができ、円筒型電池セル１００の損傷を効果的に低減させることができる。
また、前記上部ケース２１０Ａの第１収容部２１２Ａは、１つの中空構造の上端から下方に所定地点まで切り取られた形態の切取部２１４を備える。すなわち、前記切取部２１４の両側には第１収容部２１２Ａの中空構造から開いた隙間Ｓが形成され得る。このとき、前記切取部２１４の内側面の中央に前記凸部２１３が形成され得る。
さらに、前記切取部２１４は、前記第１収容部２１２Ａの他の中空構造の切取部２１４と互いに対応して位置され得る。そして、前記切取部２１４は、他の中空構造の切取部２１４と所定距離離隔し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記切取部２１４により凸部２１３が円筒型電池セル１００の一側を弾力的に加圧できるため、前記円筒型電池セル１００を第１収容部２１２Ａに挿入し易く、一定な加圧力で凸部が円筒型電池セル１００の一側面を加圧することができる。
図１１は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を分解して示した分解斜視図である。そして、図１２は、図１１のバッテリーモジュールの一部構成が結合された様子を示した斜視図である。
図１１及び図１２を参照すれば、他の実施例によるバッテリーモジュール２００Ｃは、絶縁プレート２９５、支持棒２９７及び締結部材２９９を含むことができる。
具体的に、前記絶縁プレート２９５は、モジュールハウジング２１０Ｃの外側壁２１８Ｃの外面と接するように形成され得る。
また、前記支持棒２９７は、前記絶縁プレート２９５の内部に挿入され、前記絶縁プレート２９５の外周から上下方向に突出した形態であり得る。
さらに、前記締結部材２９９は、前記支持棒２９７と一緒に、モジュールハウジング２１０Ｃの外側壁２１８Ｃに締結されるように構成され得る。
そして、モジュールハウジング２１０Ｃの外側壁２１８Ｃの一側外面に内側に凹んで上下方向に延びる湾入溝Ｄが形成され得る。さらに、前記絶縁プレート２９５に挿入された支持棒２９７は前記湾入溝Ｄに挿入固定され得る。
図１３は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの一形態を概略的に示した斜視図である。
図１３を参照すれば、本発明によるバッテリーパック１０００は、前記バッテリーモジュール２００を２つ以上含むことができる。具体的に、前記２つ以上のバッテリーモジュール２００、２０１、２０２、２０３は、一方向に整列配置された構造である。例えば、図１３に示されたように、４つのバッテリーモジュール２００、２０１、２０２、２０３が前後方向に整列配置され、４つのバッテリーモジュールが２００、２０１、２０２、２０３は互いに電気的に直列で連結され得る。
また、バッテリーモジュール２０２は、第３集電プレート２３６を含み、前記第３集電プレート２３６には、外部入出力端子２８０と電気的に接触連結されるように、下方に折り曲げられた外部端子接触部２３７が形成され得る。
さらに、前記外部端子接触部２３７には、一端から内側に凹んで形成された接続溝２３８が形成され得る。そして、前記接続溝２３８にはボルト状の外部入出力端子２８０が挿入され得る。例えば、図１３に示されたように、第３集電プレート２３６の外部端子接触部２３７には３つの接続溝２３８が形成され、前記３つの接続溝２３８には３つの外部入出力端子２８０が挿入固定され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、第３集電プレート２３６は接続溝２３８を通じて外部入出力端子２８０と接触して電気的に連結されることで、組み立て工程の時間を短縮させることができる。
図１４は、本発明の他の実施例によるバッテリーパックの他の形態を概略的に示した斜視図である。
図１４を参照すれば、バッテリーパック１００１は、一方向に整列配置された第１段の２つ以上のバッテリーモジュール２００、２０１、２０２、２０３と、前記第１段の２つ以上のバッテリーモジュール２００、２０１、２０２、２０３の上部に一方向に整列積層された第２段の２つ以上の他のバッテリーモジュール２０４、２０５、２０６、２０７を含むことができる。
このとき、前記第１段の２つ以上のバッテリーモジュール２００、２０１、２０２、２０３と前記第２段の２つ以上の他のバッテリーモジュール２０４、２０５、２０６、２０７との間には、電気伝導性の低い絶縁性素材を含む絶縁板２９０が介在される。例えば、前記絶縁素材は、プラスチックまたはゴム素材であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記絶縁板２９０は、前記第１段のバッテリーモジュール２００、２０１、２０２、２０３と前記第２段の他のバッテリーモジュール２０４、２０５、２０６、２０７との間に短絡が発生することを予め防止することができる。
図１５は、本発明の他の実施例によるバッテリーパックのさらに他の形態を概略的に示した斜視図である。
図１５を参照すれば、さらに他の形態によるバッテリーパック１００２は、図１４のバッテリーパック１００１と比べて、第２段のバッテリーモジュール２０４、２０５、２０６、２０７の第１電極端子１１１が下部に位置し、第２電極端子１１２が上部に位置するように上下が逆さまになって、前記第１段のバッテリーモジュール２００、２０１、２０２、２０３の上部に積層される。
したがって、本発明のこのような構成によれば、バッテリーモジュールを多様な積層構造にしてバッテリーパック１０００を構成することができ、新たな金型の製造などの設計変更による追加的な製造コストを節減することができる。
図１３を再度参照すれば、本発明によるバッテリーパック１０００は、このようなバッテリーモジュール２００の外に、バッテリーモジュール２００の充放電を制御するための各種の装置、例えばＢＭＳ（図示せず、Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサ、ヒューズなどをさらに含むことができる。
また、本発明によるバッテリーパック１０００は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できる。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパック１０００を含むことができる。
さらに、本発明によるバッテリーパック１０００は、非常電源として使用するエネルギー貯蔵システムに適用できる。すなわち、本発明によるエネルギー貯蔵システムは、本発明によるバッテリーパック１０００を含むことができる。
一方、本明細書において、上、下、左、右、前、後のように方向を表す用語が使われたが、このような用語は説明の便宜上使用されたものであって、対象になる物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは本発明の当業者にとって自明である。
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それを複数個含むバッテリーパックに関する。また、本発明のバッテリーモジュール及びバッテリーパックはエネルギー貯蔵システムまたは自動車関連産業に利用可能である。
１０００、１００１、１００２：バッテリーパック
２５０：バスバー
２００、２０１、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７：バッテリーモジュール
２５１：本体プレート
１００：円筒型電池セル
２５６：端子接続部
１１１、１１２：電極端子
２６０：ガイド結合構造
２１０：モジュールハウジング
２６１、２６２：結合突起
２１０Ａ：上部ケース
２６６、２６７：ガイド溝
２１０Ｂ：下部ケース
２９５：絶縁プレート
２３０：第１集電プレート
２９７：支持棒
２４０：第２集電プレート
２９９：締結部材

Claims (16)

  1. ２つ以上に電気的連結を拡張可能なバッテリーモジュールであって、
    電極端子が上部及び下部にそれぞれ形成された複数の円筒型電池セルと、
    前記複数の円筒型電池セルを挿入収容するように複数の中空構造を有する収容部が備えられたモジュールハウジングと、
    一面が前記複数の円筒型電池セルのうち２つ以上の円筒型電池セルの電極端子と接触して電気的に連結されたバスバーと、
    一面の少なくとも一部が前記バスバーの他面と接触して前記円筒型電池セルと電気的に連結され、他面の少なくとも一部が他の１つの集電プレートと接触して他の１つのバッテリーモジュールの円筒型電池セルと電気的に連結された集電プレートと、
    を含み、
    前記モジュールハウジングは、内部空間を形成する外側壁を備え、前記モジュールハウジングの外側壁の外面には他の１つのバッテリーモジュールの配置位置をガイドするための結合突起及びガイド溝が備えられたガイド結合構造が形成されたことを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記結合突起は、前記外側壁の外面から突出した構造であり、
    前記ガイド溝は、他の１つのバッテリーモジュールの結合突起が挿入されるように、前記外側壁の外面から内側に凹んで形成された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. 前記モジュールハウジングは、
    前記円筒型電池セルの上部の外側面を囲むように中空構造で形成された第１収容部が備えられた上部ケースと、
    前記上部ケースと締結されて、前記円筒型電池セルの下部の外側面を囲むように中空構造で形成された第２収容部が備えられた下部ケースと、
    を含む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. 前記上部ケースは、左右方向に形成された前記外側壁の外面から一側に突出し、締結ボルトが挿入されるように貫通孔が形成された第１突出締結部を備え、
    前記下部ケースは、左右方向に形成された前記外側壁の外面から他側に突出し、締結ボルトが挿入されるように貫通孔が形成された第２突出締結部を備え、
    前記第２突出締結部の貫通孔は、締結ボルトが連続的に挿入されるように、他のバッテリーモジュールの上部ケースの第１突出締結部の貫通孔と連通された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. 前記上部ケースの第１収容部は、前記円筒型電池セルと対面する内面に前記円筒型電池セルを加圧固定するために内側に突出した凸部を備え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。
  6. 前記上部ケースの第１収容部は、１つの中空構造の上端から下方に所定地点まで切り取られた形態の切取部を備え、前記切取部の内側面には前記凸部が形成されたことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記切取部は、前記第１収容部の他の中空構造の切取部と互いに対応して位置し、前記切取部は、他の中空構造の切取部と所定距離離隔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. 前記バスバーは、前記円筒型電池セルの配列方向に延びた本体プレートと、
    前記円筒型電池セルの電極端子と接触するように前記本体プレートの一側から突出した端子接続部と、
    を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記円筒型電池セルの電極端子は、上端に形成された第１電極端子及び下端に形成された第２電極端子を含み、
    前記集電プレートは、前記モジュールハウジングの上部に取り付けられて前記円筒型電池セルの第１電極端子と電気的に連結されるように形成された第１集電プレートと、
    前記モジュールハウジングの下部に取り付けられて前記円筒型電池セルの第２電極端子と電気的に連結されるように形成された第２集電プレートと、
    を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記第１集電プレートは、前記円筒型電池セルの第１電極端子と接触連結されたバスバーの上面と接触するように形成された第１集電部、及び前記第１集電部の一側から前方に延びて、下方の段差が形成された接触収容部を備え、
    前記第２集電プレートは、前記円筒型電池セルの第２電極端子と接触連結されたバスバーの下面と接触するように形成された第２集電部、前記第２集電部の一端から上方に垂直に折り曲げられて延びた垂直延長部、及び前記第１集電プレートの接触収容部に載置されて前記第１集電プレートと電気的に連結されるように、前記垂直延長部の上端から後方に折り曲げられて延びた接触連結部を含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール。
  11. 前記接触連結部の下面には下方に突出した突起が少なくとも１つが形成され、前記接触収容部には前記接触連結部の突起と対応する形状の収容溝が少なくとも１つが形成されたことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
  12. 前記垂直延長部には、前記ガイド結合構造の結合突起が貫通されるように、前記結合突起及び前記ガイド溝と対応する位置に貫通口が形成されたことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
  13. 一方向に配列された請求項１〜１２のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを２つ以上含むことを特徴とするバッテリーパック。
  14. 請求項１３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。
  15. ２つ以上に電気的連結を拡張可能なバッテリーモジュールであって、
    電極端子が上部及び下部にそれぞれ形成された複数の円筒型電池セルと、
    前記複数の円筒型電池セルを挿入収容するように複数の中空構造を有する収容部が備えられたモジュールハウジングと、
    一面が前記複数の円筒型電池セルのうち２つ以上の円筒型電池セルの電極端子と接触して電気的に連結されたバスバーと、
    一面の少なくとも一部が前記バスバーの他面と接触して前記円筒型電池セルと電気的に連結され、他面の少なくとも一部が他の１つの集電プレートと接触して他の１つのバッテリーモジュールの円筒型電池セルと電気的に連結された集電プレートと、
    前記モジュールハウジングの外側壁の一側外面と接するように形成された絶縁プレートと、
    前記絶縁プレートの内部に挿入され、前記絶縁プレートの外周から上下方向に突出した支持棒と、
    前記支持棒とともに、前記集電プレートを締結するように構成された締結部材と、
    を含み、
    前記モジュールハウジングは、内部空間を形成する外側壁を備え、前記モジュールハウジングの外側壁の外面には他の１つのバッテリーモジュールの配置位置をガイドするための結合突起及びガイド溝が備えられたガイド結合構造が形成されたことを特徴とするバッテリーモジュール。
  16. 前記モジュールハウジングの外側壁の一側外面には、内側に凹んで上下方向に延びる湾入溝が形成され、前記湾入溝には、前記支持棒が挿入収納されたことを特徴とする請求項１５に記載のバッテリーモジュール。
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