JP2024508505A - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体；および前記電池セル積層体の両側面にそれぞれ位置する第１サイドプレートと第２サイドプレートを含む。前記第１サイドプレートと前記第２サイドプレートそれぞれにリフティングホールが少なくとも一つ形成される。前記リフティングホールは、挿入ホールと締結ホールが重畳した形態であり、前記挿入ホールの開口面積が前記締結ホールの開口面積より大きい。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年１１月１９日付韓国特許出願第１０－２０２１－０１５９９７３号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものであって、より具体的には、複数の電池セルを含む電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものである。

現代社会では携帯電話機、ノートパソコン、キャムコーダー、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化するにつれて、前記のようなモバイル機器関連分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電の可能な二次電池は化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案であって、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

現在商用化された二次電池としては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があり、このうちの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ほとんど起こらなくて充放電が自由であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所で脚光を浴びている。

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と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体、および電極組立体を電解液と共に密封収納する電池ケースを備える。

一般に、リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池に分類することができる。

小型機器に用いられる二次電池の場合、二つ～三つの電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに用いられる二次電池の場合は、複数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が用いられる。このような電池モジュールは複数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって容量および出力が向上する。また、一つ以上の電池モジュールは、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。

電池パックを構成する時、電池モジュールを先に構成し、このような電池モジュールを用いてその他の構成要素を追加することによって、電池パックを構成する方法が一般的である。従来の電池パックの場合、電池モジュールをパックトレイのようなハウジング構造物に配置して製造され、このような電池パックを自動車などに装着する。

図１は従来の電池モジュール１０を示した斜視図である。

図１を参照すれば、従来の電池モジュール１０は、複数の電池セルがモジュールハウジング２０に収納および密閉された形態を有する。このような電池モジュール１０を移送する過程で吸入装備１１を用いることができる。具体的に、複数の吸入装備１１が電池モジュール１０のモジュールハウジング２０の上端面に付着され作動して、電池モジュール１０を移送させることができる。前記のような吸入装備１１は電池モジュール１０を移送する方法のうちの一つの例示であるが、従来の電池モジュール１０はモジュールハウジング２０を有するため移送過程でこのようなモジュールハウジング２０を用いることが一般的である。

従来の電池モジュールを有する電池パックの構造では、電池モジュールのモジュールハウジングやパックトレイのようなハウジング構造物自体の重量や体積などによって全体電池パックのエネルギー密度が低下し、電池パックの重量が増加する問題がある。

エネルギー密度をより高め軽量化を通じて全体重量を減らすことができる電池モジュールおよびこれを含む電池パックを開発することが要求されるのが実情である。

本発明が解決しようとする課題は、エネルギー密度を高め軽量化が可能な電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述の課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張できる。

本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体；および前記電池セル積層体の両側面にそれぞれ位置する第１サイドプレートと第２サイドプレートを含む。前記第１サイドプレートと前記第２サイドプレートそれぞれにリフティングホールが少なくとも一つ形成される。前記リフティングホールは、挿入ホールと締結ホールが重畳した形態であり、前記挿入ホールの開口面積が前記締結ホールの開口面積より大きい。

前記締結ホールが前記挿入ホールより上部に位置し、前記挿入ホールの開口領域と前記締結ホールの開口領域が互いに連結されていてもよい。

前記挿入ホールと前記締結ホールはそれぞれ、円形または多角形に開口された形態であってもよい。

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の一側と他側にそれぞれ位置する第１エンドプレートと第２エンドプレート；前記電池セル積層体と前記第１エンドプレートの間に位置した第１バスバーフレーム；および前記電池セル積層体と前記第２エンドプレートの間に位置した第２バスバーフレームをさらに含むことができる。前記リフティングホールは、前記第１サイドプレートまたは前記第２サイドプレートで、前記第１バスバーフレームと対応する部分や前記第２バスバーフレームと対応する部分に形成される。

前記リフティングホールのうちのいずれか一つと対応する第１バスバーフレーム部分と前記リフティングホールのうちの他の一つと対応する第２バスバーフレーム部分にそれぞれチャンバー部が形成される。

前記チャンバー部は一側が開放された形態であってもよく、前記チャンバー部の開放された前記一側に前記リフティングホールが配置される。

前記電池モジュールは、前記第１バスバーフレームと前記第２バスバーフレームに装着されるバスバーをさらに含むことができ、前記電池セルの電極リードは前記第１バスバーフレームまたは前記第２バスバーフレームに形成されたリードスリットを通過した後、曲げられて前記バスバーと連結できる。

前記挿入ホールに移送部材が挿入され、前記移送部材は前記締結ホールを通じて前記電池モジュールを持ち上げることができる。

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の上側および下側にそれぞれ位置し、前記第１サイドプレートと前記第２サイドプレートを連結する連結部材をさらに含むことができる。

前記連結部材は、前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートと連結されるバンド部材であってもよい。

前記バンド部材は、前記電池セル積層体の上側または下側に配置されるバンド本体および前記バンド本体から曲げられて前記第１サイドプレートと前記第２サイドプレートそれぞれに固定されるバンドクリップを含むことができる。

前記連結部材は、前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートと締結されるロングボルト部材を含むことができる。

前記電池セル積層体の上側または下側で、前記連結部材が互いに離隔して配置される。

本発明の一実施形態による電池パックは、前記電池モジュール；および前記電池モジュールを収納するパックトレイを含む。前記電池モジュールの前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートは前記パックトレイに固定される。

前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートはそれぞれ、前記電池セル積層体の最外側電池セルを支持するように前記パックトレイの底部と垂直な形態に配置される支持部、および前記支持部の一面と垂直な方向に突出する固定部を含むことができ、前記固定部が前記パックトレイに固定できる。

前記電池パックは、前記パックトレイの前記底部の上面に配置されたマウンティングビームをさらに含むことができ、前記固定部が前記マウンティングビームに固定できる。

前記固定部は、高さ方向に対して、前記マウンティングビームの高さより高く配置される。

本発明の実施形態によれば、モジュール構造が簡素化されて重量当りエネルギー密度が向上し軽量化が可能な電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することができる。

また、モジュール構造の簡素化に合わせて、サイドプレートを活用したモジュールハンドリング（ｈａｎｄｌｉｎｇ）を適用して、製造工程性と空間活用性を高めることができる。

本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

従来の電池モジュールを示した斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示した斜視図である。 図２の電池モジュールに対する分解斜視図である。 図３の電池モジュールに含まれている電池セルに対する側面図である。 図２のＡ部分を拡大して示した部分斜視図である。 本発明の様々な実施形態によるリフティングホールを概略的に示した図である。 図３のＢ部分を拡大して示した部分斜視図である。 本発明の一実施形態による移送部材を示した斜視図である。 図２の電池モジュールと図８の移送部材を共に示した斜視図である。 図９のＣ部分を拡大して示した部分斜視図である。 移送部材を用いて本実施形態による電池モジュールを移送する過程を示した斜視図である。 本発明の他の一実施形態によるサイドプレートと連結部材を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による第１サイドプレートを示した斜視図である。 本発明の一実施形態による電池パックを示した斜視図である。 本実施形態による電池パックで、電池モジュールをパックトレイに固定する方式を示す部分斜視図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。本発明は様々の異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けるようにする。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示されたところに限定されない。図面において様々の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部層および領域の厚さを誇張して示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の上に”または“上に”あるという時、これは他の部分“の直上に”ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分“の直上に”あるという時には中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分“の上に”または“上に”あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって“の上に”または“上に”位置することを意味するのではない。

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を“含む”という時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

また、明細書全体で、“平面上”という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、“断面上”という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。

図２は、本発明の一実施形態による電池モジュールを示した斜視図である。図３は、図２の電池モジュールに対する分解斜視図である。図４は、図３の電池モジュールに含まれている電池セルに対する側面図である。

図２～図４を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０および電池セル積層体１２０の両側面にそれぞれ位置する第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０を含む。

まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであってもよい。このようなパウチ型電池セルは、樹脂層と金属層を含む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後、前記パウチケースの外周部を接着して形成することができる。このような電池セル１１０は長方形シート構造に形成することができる。具体的に、本実施形態による電池セル１１０は、二つの電極リード１１１、１１２が互いに対向して電池本体１１３の一端部１１４ａと他端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。電池セル１１０は、電池ケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態で電池ケース１１４の一端部１１４ａ及び他端部１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃを接着することによって製造できる。言い換えれば、本発明の一実施形態による電池セル１１０は総３ケ所のシーリング部を有し、シーリング部は融着などの方法でシーリングされる構造であり、他の一側部は連結部１１５からなり得る。

但し、前述の電池セル１１０は例示的構造であり、２つの電極リードが同一な方向に突出した単方向電池セルも可能であるのはもちろんである。

このような電池セル１１０は複数で構成することができ、複数の電池セル１１０は相互電気的に連結されるように積層されて電池セル積層体１２０を形成する。特に、図３に示されているようにｙ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０が積層できる。電池ケース１１４は一般に樹脂層／金属薄膜層／樹脂層のラミネート構造からなる。例えば、電池ケース表面がＯ（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）－ナイロン層からなる場合には、中大型電池モジュールを形成するために複数の電池セルを積層する時、外部衝撃によって滑りやすい傾向がある。したがって、これを防止し電池セルの安定した積層構造を維持するために、電池ケースの表面に両面テープなどの粘着式接着剤または接着時化学反応によって結合される化学接着剤などの接着部材を付着して電池セル積層体１２０を形成することができる。

第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０は、電池セル積層体１２０を支持することができるように、それぞれ電池セル積層体１２０の両側面に位置する。より具体的に、複数の電池セル１１０が、積層される方向、即ち、図３でｙ軸と平行な方向の両側面にそれぞれ配置される。このような、第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０それぞれにリフティングホール２００Ｈ（ｌｉｆｔｉｎｇ ｈｏｌｅ）が少なくとも一つ形成される。リフティングホール２００Ｈについては後述するようにする。

一方、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル積層体１２０の上側および下側にそれぞれ位置し第１サイドプレート２１０と前記第２サイドプレート２２０を連結する連結部材６００を含むことができる。

本実施形態による電池モジュール１００は、従来の電池モジュール１０と異なり、電池セル積層体１２０がモジュールハウジングに収納および密閉される形態ではなく、電池セル積層体１２０の両側面に第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０を配置し連結部材６００を通じて第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０を固定する構成を有することができる。即ち、本実施形態による電池モジュール１００は、モジュールハウジング構造が従来に比べて簡素化された形態であって、密閉されたモジュールハウジングなく直ちに電池パックに装着することができる。電池パックに装着される形態は図１４および図１５と共に後述するようにする。

結局、本実施形態では、モジュールハウジング構造を省略して後述の電池パック単位での空間活用性を高め全体のエネルギー密度向上と軽量化が可能である。また、図３に示されているように、電池セル積層体１２０の上側または下側で、連結部材６００は互いに離隔して配置することができる。離隔された連結部材６００の間の空間に熱伝導部材とヒートシンクを配置することができ、これはモジュール単位での冷却部材とパック単位での冷却部材を統合して一つの冷却部材のみ設けることができるという利点につながる。即ち、電池パック内部で電池モジュール１００の冷却経路を統合および短縮することができて、軽量化および費用節減の効果を実現することができる。

以下では、図５などを参照して、本実施形態によるリフティングホールについて詳しく説明する。

図５は、図２のＡ部分を拡大して示した部分斜視図である。

図２、図３および図５を共に参照すれば、本実施形態による第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０それぞれにリフティングホール２００Ｈが少なくとも一つ形成される。リフティングホール２００Ｈの個数と位置に特別な制限はないが、一例として、図３に示されているように、２つのリフティングホール２００Ｈが第１サイドプレート２１０の一端部および他端部それぞれに隣接した部分に形成され、他の２つのリフティングホール２００Ｈが第２サイドプレート２２０の一端部および他端部それぞれに隣接した部分に形成される。

リフティングホール２００Ｈは、第１サイドプレート２１０や第２サイドプレート２２０に形成された貫通孔であり、挿入ホール２１０Ｈと締結ホール２２０Ｈが重畳した形態である。言い換えれば、図示されているように、２つの孔が互いに重畳した形態であって、挿入ホール２１０Ｈの開口領域と締結ホール２２０Ｈの開口領域が互いに連結された形態であってもよい。この時、挿入ホール２１０Ｈの開口面積が締結ホール２２０Ｈの開口面積より大きい。また、締結ホール２２０Ｈは挿入ホール２１０Ｈより上部に配置することができる。

図６は、本発明の様々な実施形態によるリフティングホールを概略的に示した図である。

図６の（ａ）と（ｂ）を参照すれば、本実施形態によるリフティングホール２００Ｈ、２００Ｈ’において、挿入ホール２１０Ｈ、２１０Ｈ’の開口面積が締結ホール２２０Ｈ、２２０Ｈ’の開口面積より大きければ、挿入ホール２１０Ｈ、２１０Ｈ’と締結ホール２２０Ｈ、２２０Ｈ’の形状に特別な制限はないが、挿入ホール２１０Ｈ、２１０Ｈ’と締結ホール２２０Ｈ、２２０Ｈ’はそれぞれ円形または多角形に開口された形態であってもよい。

図６の（ａ）は、挿入ホール２１０Ｈと締結ホール２２０Ｈはそれぞれ円形に開口された形態の実施形態を示す。挿入ホール２１０Ｈの半径ｒ１が締結ホール２２０Ｈの半径ｒ２より大きく形成されて、挿入ホール２１０Ｈがさらに大きい開口面積を有することができる。

図６の（ｂ）は、多角形の開口形態のうちの一つの例示であって、挿入ホール２１０Ｈ’と締結ホール２２０Ｈ’はそれぞれ四角形に開口された形態の実施形態を示す。同様に、挿入ホール２１０Ｈ’がさらに大きい開口面積を有することができる。

リフティングホール２００Ｈの機能については、図９～図１１と共に詳しく後述するようにする。

図７は、図３のＢ部分を拡大して示した部分斜視図である。

図３、図４、図５および図７を共に参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル積層体１２０の一側と他側にそれぞれ位置する第１エンドプレート３１０と第２エンドプレート３２０；電池セル積層体１２０と第１エンドプレート３１０の間に位置した第１バスバーフレーム４１０；および電池セル積層体１２０と第２エンドプレート３２０の間に位置した第２バスバーフレーム４２０をさらに含むことができる。

より具体的に、電池セル１１０のいずれか一つの電極リード１１１（図４参照）が突出する方向（ｘ軸方向）の一側に第１バスバーフレーム４１０と第１エンドプレート３１０とが順次に配置され、電池セル１１０の他の電極リード１１２（図４参照）が突出する方向（－ｘ軸方向）の他側に第２バスバーフレーム４２０と第２エンドプレート３２０とが順次に配置される。

第１バスバーフレーム４１０と第２バスバーフレーム４２０とは、電極リード１１１、１１２が突出する方向（ｘ軸方向と－ｘ軸方向）に該当する電池セル積層体の前面と後面をそれぞれカバーするように配置される。

第１エンドプレート３１０と第２エンドプレート３２０とはそれぞれ、第１バスバーフレーム４１０の一面と第２バスバーフレーム４２０の一面とをカバーするように配置される。このような第１エンドプレート３１０と第２エンドプレート３２０は、電気的絶縁を有するプラスチック絶縁カバーであってもよく、第１バスバーフレーム４１０と第２バスバーフレーム４２０上に位置したバスバー５００や電極リード１１１、１１２などをはじめとするその他の電装品を外部から保護すると同時に外部とのショート可能性を遮断することができる。一方、第１および第２エンドプレート３１０、３２０と第１および第２サイドプレート２１０、２２０間の結合方式に特別な制限はなく、一例として、機械的結合方式やボルティング結合が適用できる。

一方、本発明の他の実施形態では、第１エンドプレート３１０と第２エンドプレート３２０が、アルミニウムのような金属素材を含んで高い剛性を有することができる。但し、この場合、第１エンドプレート３１０と第１バスバーフレーム４１０の間および第２エンドプレート３２０と第２バスバーフレーム４２０の間に別途の絶縁カバーが追加されることが好ましい。

図７に示されているように、本実施形態による電池モジュール１００は、第１バスバーフレーム４１０と第２バスバーフレーム４２０に装着されるバスバー５００をさらに含むことができる。第２バスバーフレーム４２０とそれに装着されたバスバー５００は図示を省略したが、図７に示された第１バスバーフレーム４１０と類似の構造を有することができる。

電池セル１１０の電極リード１１１、１１２は、第１バスバーフレーム４１０または第２バスバーフレーム４２０に形成されたリードスリットを通過した後、曲げられてバスバー５００と連結できる。より具体的に、いずれか一つの電極リード１１１は第１バスバーフレーム４１０のリードスリットを通過した後、バスバー５００と連結でき、他の電極リード１１２は第２バスバーフレーム４２０のリードスリットを通過した後、バスバー５００と連結できる。電極リード１１１、１１２とバスバー５００間の連結方式に特別な制限はないが、一例として溶接接合を行うことができる。

前記のような方式で、電池セル積層体１２０を構成する電池セル１１０が互いに直列または並列に連結できる。

一方、具体的に図示していないが、第１バスバーフレーム４１０または第２バスバーフレーム４２０には、電池モジュール１００の外部電力連結のためのターミナルバスバーや電圧と温度のセンシング情報伝達のためのモジュールコネクタが装着できる。

本実施形態による第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０とは、第１バスバーフレーム４１０の側面と第２バスバーフレーム４２０の側面とをカバーするように配置される。この時、リフティングホール２００Ｈは、第１サイドプレート２１０または第２サイドプレート２２０で、第１バスバーフレーム４１０と対応する部分や第２バスバーフレーム４２０と対応する部分に形成される。

即ち、図３に示されているように、第１サイドプレート２１０の一端部および他端部それぞれに隣接した２つのリフティングホール２００Ｈがそれぞれ、第１バスバーフレーム４１０と対応する部分および第２バスバーフレーム４２０と対応する部分に形成される。また、第２サイドプレート２２０の一端部および他端部それぞれに隣接した２つのリフティングホール２００Ｈがそれぞれ、第１バスバーフレーム４１０と対応する部分および第２バスバーフレーム４２０と対応する部分に形成される。

また、図７を参照すれば、リフティングホール２００Ｈのうちのいずれか一つと対応する第１バスバーフレーム４１０部分とリフティングホール２００Ｈのうちの他の一つと対応する第２バスバーフレーム４２０部分とにそれぞれチャンバー部４００Ｃが形成される。図７には第１バスバーフレーム４１０に形成されたチャンバー部４００Ｃのみを示したが、これと同様に、第２バスバーフレーム４２０にもチャンバー部４００Ｃが形成される。

このようなチャンバー部４００Ｃは、一側が開放された形態であってもよい。より具体的に、チャンバー部４００Ｃは、前記一側と反対方向の他側に湾入しながら、前記一側が開放され残りの部分は閉鎖された部分であってもよい。このようなチャンバー部４００Ｃの開放された前記一側に本実施形態によるリフティングホール２００Ｈが配置される。

後述するが、電池モジュール１００のハンドリング（ｈａｎｄｌｉｎｇ）のために、本実施形態によるリフティングホール２００Ｈに移送部材９００が挿入され、本実施形態によるチャンバー部４００Ｃは、移送部材９００から電池モジュール１００の内部部品を保護することができる。

以下では、図８～図１１を参照して、本実施形態によるリフティングホール２００Ｈを用いた電池モジュール１００のハンドリング（ｈａｎｄｌｉｎｇ）方式について詳しく説明する。ここで、ハンドリング（ｈａｎｄｌｉｎｇ）方式とは、電池モジュール１００を移動させるか電池パックに組み立てさせる過程のように、電池モジュール１００の運送や取り扱いを通称する概念である。

図８は、本発明の一実施形態による移送部材を示した斜視図である。図９は、図２の電池モジュールと図８の移送部材を共に示した斜視図である。図１０は、図９のＣ部分を拡大して示した部分斜視図である。図１１は、移送部材を用いて本実施形態による電池モジュールを移送する過程を示した斜視図である。

図８～図１１を共に参照すれば、移送部材９００がリフティングホール２００Ｈに挿入され、移送部材９００は締結ホール２２０Ｈを通じて電池モジュール１００を持ち上げることができる。

具体的に、本実施形態による移送部材９００は、挿入部９１０、締結部９２０、および棒部９３０を含むことができる。挿入部９１０は、リフティングホール２００Ｈの挿入ホール２１０Ｈに挿入される部材であって、挿入ホール２１０Ｈの開口形態と対応する形状を有することができる。締結部９２０はリフティングホール２００Ｈの締結ホール２２０Ｈに結合できる部材であって、挿入部９１０と棒部９３０を連結し締結ホール２２０Ｈの開口形態と対応する形状を有することができる。図８には円形に開口された挿入ホール２１０Ｈと締結ホール２２０Ｈに挿入されるように、円形の形状を有する挿入部９１０と締結部９２０が示されている。挿入ホール２１０Ｈより締結ホール２２０Ｈの開口面積がさらに小さく、これに合わせて、締結部９２０は挿入部９１０より半径がさらに小さい。一方、挿入部９１０の半径は、挿入ホール２１０Ｈの半径より小さく、締結ホール２２０Ｈの半径よりは大きくてもよい。棒部９３０は、締結部９２０と連結された棒形状の部材であってもよい。

図９と図１０は、挿入部９１０と締結部９２０が挿入ホール２１０Ｈに挿入される以前の様子を示す。まず、移送部材９００の挿入部９１０と締結部９２０をリフティングホール２００Ｈの挿入ホール２１０Ｈに挿入させる。その後、図１１に示されているように、移送部材９００を上部方向に持ち上げることによって、締結部９２０が締結ホール２２０Ｈに結合されながら、電池モジュール１００の移送が可能になる。移送部材９００が上部方向に移動する時、自然に締結部９２０が締結ホール２２０Ｈに結合するように、締結ホール２２０Ｈは挿入ホール２１０Ｈより上部に位置することが好ましい。

また、前述のとおり、挿入部９１０の半径が挿入ホール２１０Ｈの半径より小さく、締結ホール２２０Ｈの半径よりは大きいため、締結部９２０が締結ホール２２０Ｈと当接した以後に挿入部９１０が係止構造物として機能できる。即ち、挿入部９１０は、電池モジュール１００のハンドリング過程で、移送部材９００が締結ホール２２０Ｈを通じて外部に離脱するのを防止することができる。

図１に示された従来の電池モジュール１０でモジュールハウジングを用いたハンドリング方式を用いたことと異なり、本実施形態による電池モジュール１００は、モジュールハウジング構造が省略された形態であるため、これに合わせてハンドリングのためのリフティングホール２００Ｈを第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０に設けた。即ち、本実施形態によるリフティングホール２００Ｈと移送部材９００は、モジュールハウジングが簡素化された本実施形態の電池モジュール１００に最適に適用できるハンドリング方式を実現する。また、多くの空間や部品なく、移送部材９００のみで電池モジュール１００を持ち上げることができるためハンドリング方式の工程が単純になり、費用が節減できる。

一方、前述のとおり、この時、リフティングホール２００Ｈは、第１サイドプレート２１０または第２サイドプレート２２０で、第１バスバーフレーム４１０と対応する部分または第２バスバーフレーム４２０と対応する部分に形成される。これにより、第１バスバーフレーム４１０と第２バスバーフレーム４２０にチャンバー部４００Ｃを設けることができて、ハンドリング過程で移送部材９００から電池モジュール１００の内部部品を保護することができる。

また、リフティングホール２００Ｈが第１バスバーフレーム４１０と対応する部分と第２バスバーフレーム４２０と対応する部分に配置されれば、電池モジュール１００観点から両側の角４ケ所に位置することになるので、電池モジュール１００を安定的に持ち上げることができる。

以下では、本実施形態による電池モジュールに適用される連結部材について詳しく説明する。

図２および図３を再び参照すれば、前述のとおり、電池モジュール１００は、第１サイドプレート２１０と前記第２サイドプレート２２０を連結する連結部材６００を含むことができる。

この時、本実施形態による連結部材６００は、第１サイドプレート２１０および第２サイドプレート２２０と連結されるバンド部材６００ａであってもよい。バンド部材６００ａは弾性材質の金属素材を含むことができ、一つまたは複数で備えられてもよい。複数で配置されたバンド部材６００ａの場合、一定の間隔で互いに離隔して配置することができる。図２と図３には、一例として、電池セル積層体１２０の上側と下側それぞれに３つのバンド部材６００ａが配置されたものが示されている。

このようなバンド部材６００ａは、バンド本体６１０ａとバンドクリップ６２０ａとを含むことができる。バンド本体６１０ａは、所定の長さの弾性を有する材質で備えられ、電池セル積層体１２０の上側または下側のうちの少なくとも一か所に配置される。

バンドクリップ６２０ａは、バンド本体６１０ａと一体に形成され、バンド本体６１０ａの両端で曲げられて、第１サイドプレート２１０または第２サイドプレート２２０に固定できる。バンドクリップ６２０ａは、第１サイドプレート２１０または第２サイドプレート２２０に溶接結合の方法で固定できる。

図１２は、本発明の他の一実施形態によるサイドプレートと連結部材を示した斜視図である。説明の便宜のために他の構成は省略し第１サイドプレート２１０、第２サイドプレート２２０および連結部材６００のみを示した。

図１２を参照すれば、本発明の他の一実施形態として、連結部材６００は、第１サイドプレート２１０および第２サイドプレート２２０と締結されるロングボルト部材６００ｂを含むことができる。このようなロングボルト部材６００ｂは、少なくとも一つまたは複数で備えられてもよい。

ロングボルト部材６００ｂは、それぞれ、第１サイドプレート２１０および第２サイドプレート２２０に貫通締結されて、第１サイドプレート２１０および第２サイドプレート２２０を固定することができる。このようなロングボルト部材６００ｂは、電池セル積層体１２０の上側または下側のうちの少なくとも一か所に配置される。

以下では、本実施形態による第１サイドプレートと第２サイドプレートの支持部および固定部について詳しく説明する。

図１３は、本発明の一実施形態による第１サイドプレートを示した斜視図である。第２サイドプレートは第１サイドプレートと相互同一乃至類似の構造を有することができるため、以下では第１サイドプレートを基準にして説明する。

図２、図３および図１３を参照すれば、本実施形態による第１サイドプレート２１０および第２サイドプレート２２０は、電池セル積層体の最外側電池セルを支持する支持部２００Ｓおよび支持部２００Ｓの一面と垂直な方向に突出する固定部２００Ｆを含むことができる。

前述のリフティングホール２００Ｈは、第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０の支持部２００Ｓに形成される。固定部２００Ｆにはマウンティング固定のための貫通ホール２００ＦＨが形成される。固定部２００Ｆの個数に特別な制限はなく、一つまたは複数で備えることができる。図１３には複数の固定部２００Ｆが所定の間隔で配置された様子が示されている。

以下では、本発明の一実施形態による電池パックの構成と前述の第１サイドプレートおよび第２サイドプレートの固定部を活用したマウンティング固定方式について詳しく説明する。

図１４は、本発明の一実施形態による電池パックを示した斜視図である。図１５は、本実施形態による電池パックで、電池モジュールをパックトレイに固定する方式を示す部分斜視図である。

図１３～図１５を共に参照すれば、本発明の一実施形態による電池パック１０００は、電池モジュール１００および電池モジュールを収納するパックトレイ１１００を含む。

パックトレイ１１００は内部空間を有する構造物であって、その内部に一つまたは複数の電池モジュール１００が収納できる。一つまたは複数の電池モジュール１００は、パックトレイ１１００の底部１１００Ｆ上に配置される。具体的に図示していないが、パックトレイ１１００の開放された上部を覆うパックカバーが配置される。

この時、外部振動や衝撃に備えて、電池モジュール１００をパックトレイ１１００に固定させるマウンティング固定が必要であり、本実施形態による電池モジュール１００の第１サイドプレート２１０および第２サイドプレート２２０がパックトレイ１１００に固定される。

具体的に、前述のとおり、第１サイドプレート２１０および第２サイドプレート２２０は、電池セル積層体の最外側電池セルを支持しパックトレイ１１００の底部１１００Ｆと垂直な形態に配置される支持部２００Ｓ、および支持部２００Ｓの一面と垂直な方向に突出する固定部２００Ｆを含むことができる。この時、固定部２００Ｆがパックトレイ１１００に固定される。

より具体的に、本実施形態による電池パック１０００は、パックトレイ１１００の底部１１００Ｆの上面に配置されるマウンティングビーム１２００をさらに含むことができ、固定部２００Ｆがマウンティングビーム１２００に固定される。

マウンティングビーム１２００は、パックトレイ１１００の底部１１００Ｆの上面で一方向に沿って延長される形態を有する。具体的に図示していないが、複数の電池モジュール１００が配置される場合、その電池モジュール１００の間にマウンティングビーム１２００が配置される。このようなマウンティングビーム１２００は、電池モジュール１００を固定し、外部衝撃などから電池モジュール１００に伝達される衝撃などを緩衝させることができる。

図１５に示されているように、固定部２００Ｆにはマウンティング固定のための貫通ホール２００ＦＨが形成される。一方、高さ方向に対して、固定部２００Ｆは、マウンティングビーム１２００の高さより高く配置することができる。ここで、高さ方向とは、パックトレイ１１００の底部１１００Ｆ一面と垂直な方向を意味する。

固定部２００Ｆがマウンティングビーム１２００の上面に固定され、図１５に示されているように、ボルティング結合を行うことができる。即ち、マウンティングビーム１２００の上面には、内側にねじ山が形成されたマウンティングホール１２００Ｈが形成され、ボルト形状の締結部材１３００が固定部２００Ｆの貫通ホール２００ＦＨを通過した後、マウンティングホール１２００Ｈに挿入および締結できる。

前記のように、本実施形態による電池モジュール１００は、第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０を通じてパックトレイ１１００に固定されて電池パック１０００を構成することができる。

一方、電池セル１１０は充放電が繰り返される過程でその内部電解質が分解されガスが発生して電池セル１１０が膨らむ現象、即ち、スウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生することがある。このような電池セル１１０のスウェリングを制御できない場合、複数の電池セル１１０が積層された電池モジュール１００の構造的変形を起こすことがあり、また電池モジュール１００の耐久性と性能に悪影響を及ぼすことがある。

特に、最近は高容量電池モジュールと電池パックを製造するために電池セルとして、Ｐｕｒｅ Ｓｉセル、全個体電池、ＳｉＯ高含量セルを使用し、前記セルの場合、膨張の程度がさらに大きい。即ち、高容量電池モジュールと電池パックを製造するためには電池モジュールや電池パック内部の電池セル１１０のスウェリングを効果的に制御することが必須である。図３を再び参照すれば、パウチ型電池セル１１０は通常厚さ方向にスウェリングの程度が大きいためスウェリング制御と直接的に関連する構造物は、電池セル積層体１２０の両側面に配置された第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０である。

本実施形態による電池モジュール１００は、一体に電池セル積層体を囲む形態であったモジュールハウジングでない、第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０およびこれを連結する連結部材６００を通じて簡素化されたハウジング構造を有する。図１に示された既存のモジュールハウジング形態ではないため、電池セル１１０のスウェリングを制御できる程度の側面剛性と耐久性を備えにくいことがある。

よって、本実施形態による電池パック１０００は、簡素化されたハウジング構造の電池モジュール１００が配置されることにおいて、第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０が直接パックトレイ１１００上のマウンティングビーム１２００に結合および固定されながら、マウンティングビーム１２００が第１サイドプレート２１０や第２サイドプレート２２０を側面で支持しスウェリングを制御するように設計された。

即ち、マウンティング固定を第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０を通じて実施しながら、同時にマウンティングビーム１２００がスウェリング制御のための電池モジュール１００の剛性と耐久性を補完することができるようにした。

総合すれば、本実施形態による第１サイドプレート２１０と第２サイドプレート２２０は、簡素化されたハウジング構造の電池モジュール１００において、リフティングホール２００Ｈが形成されてハンドリング構造として機能でき、パックトレイ１１００上のマウンティングビーム１２００に直接固定されてマウンティング固定の機能を果たすことができ、電池モジュール１００のスウェリング制御のための剛性補完の機能も果たすことができる。

一方、図３を再び参照すれば、電池セル積層体１２０の一側面と第１サイドプレート２１０の間および電池セル積層体１２０の他側面と第２サイドプレート２２０の間に圧縮パッド７００が配置される。圧縮パッド７００は、フォーム（Ｆｏａｍ）形態の部材であって、電池セル１１０のスウェリングの吸収と断熱を目的として配置される。

また、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル積層体１２０と電池セル積層体１２０の上側に位置した連結部材６００の間に位置する絶縁シート８００をさらに含むことができる。絶縁シート８００は電気的に絶縁である薄いシートであって、電池セル積層体１２０の上側に対する電気的絶縁を確保するために電池セル積層体１２０の上面全体をカバーするように配置される。このような絶縁シート８００は、絶縁フィルムまたは絶縁テープであってもよく、厚さは０．１ｍｍ以下であってもよい。

本発明の他の実施形態として、電池セル積層体１２０と連結部材６００の間に絶縁シートが配置されないことも可能である。即ち、電池セル積層体１２０の上面が、連結部材６００の間を通じて外側に露出される実施形態も可能である。

一方、具体的に図示していないが、本実施形態による電池パックは、電池モジュールだけでなくＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムをさらに含むことができる。

前述の本実施形態による電池モジュールや電池パックは多様なデバイスに適用できる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段やＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用できるが、これに制限されず、二次電池を使用することができる多様なデバイスに適用可能である。

本実施形態で前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変わることがある。

以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

１０：電池モジュール
２０：モジュールハウジング
１００：電池モジュール
１１０：電池セル（パウチ型電池セル）
１１１：電極リード
１１２：電極リード
１１３：電池本体
１１４：電池ケース
１１４ａ：一端部
１１４ｂ：他端部
１１４ｃ：一側部
１１５：連結部
１２０：電池セル積層体
２１０：第１サイドプレート
２２０：第２サイドプレート
２００Ｆ：固定部
２００ＦＨ：貫通ホール
２００Ｈ：リフティングホール
２１０Ｈ：挿入ホール
２２０Ｈ：締結ホール
２００Ｓ：支持部
３１０：第１エンドプレート
３２０：第２エンドプレート
４００Ｃ：チャンバー部
４１０：第１バスバーフレーム
４２０：第２バスバーフレーム
５００：バスバー
６００：連結部材
６００ａ：バンド部材
６００ｂ：ロングボルト部材
６１０ａ：バンド本体
６２０ａ：バンドクリップ
７００：圧縮パッド
８００：絶縁シート
９００：移送部材
９１０：挿入部
９２０：締結部
９３０：棒部

Claims (17)

1. 複数の電池セルが積層された電池セル積層体；および
   前記電池セル積層体の側面それぞれに位置する第１サイドプレートと第２サイドプレートを含み、
   前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートそれぞれにリフティングホールが少なくとも一つ形成され、
   前記リフティングホールは、挿入ホールと締結ホールとが重畳した形態であり、
   前記挿入ホールの開口面積が前記締結ホールの開口面積より大きい、電池モジュール。
2. 前記締結ホールが前記挿入ホールより上部に位置し、
   前記挿入ホールの開口領域と前記締結ホールの開口領域とが互いに連結されている、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記挿入ホールと前記締結ホールとはそれぞれ、円形または多角形に開口された形態である、請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記電池セル積層体の一側および他側それぞれに位置する第１エンドプレートと第２エンドプレート；
   前記電池セル積層体と前記第１エンドプレートとの間に位置した第１バスバーフレーム；および
   前記電池セル積層体と前記第２エンドプレートとの間に位置した第２バスバーフレームをさらに含み、
   前記リフティングホールは、前記第１サイドプレートまたは前記第２サイドプレートで、前記第１バスバーフレームと対応する部分または前記第２バスバーフレームと対応する部分に形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
5. 前記リフティングホールのうちのいずれか一つと対応する第１バスバーフレーム部分と前記リフティングホールのうちの他の一つと対応する第２バスバーフレーム部分とにそれぞれチャンバー部が形成される、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記チャンバー部の一側が開放された形態であり、
   前記チャンバー部の開放された前記一側に前記リフティングホールが位置する、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記第１バスバーフレームと前記第２バスバーフレームとに装着されるバスバーをさらに含み、
   前記電池セルの電極リードは、前記第１バスバーフレームまたは前記第２バスバーフレームに形成されたリードスリットを通過した後、曲げられて前記バスバーと連結される、請求項４に記載の電池モジュール。
8. 前記挿入ホールに移送部材が挿入され、
   前記移送部材は前記締結ホールを通じて前記電池モジュールを持ち上げることができる、請求項１に記載の電池モジュール。
9. 前記電池セル積層体の上側および下側それぞれに位置し、前記第１サイドプレートと前記第２サイドプレートとを連結する連結部材をさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
10. 前記連結部材は、前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートと連結されるバンド部材である、請求項９に記載の電池モジュール。
11. 前記バンド部材は、前記電池セル積層体の上側または下側に配置されるバンド本体と、前記バンド本体から曲げられて前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートそれぞれに固定されるバンドクリップとを含む、請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 前記連結部材は、前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートと締結されるロングボルト部材を含む、請求項９に記載の電池モジュール。
13. 前記電池セル積層体の上側または下側で、前記連結部材が互いに離隔して位置する、請求項９に記載の電池モジュール。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池モジュール；および
    前記電池モジュールを収納するパックトレイを含み、
    前記電池モジュールの前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートは前記パックトレイに固定される、電池パック。
15. 前記第１サイドプレートおよび前記第２サイドプレートはそれぞれ、前記電池セル積層体の最外側電池セルを支持するように前記パックトレイの底部と垂直な形態に配置される支持部、および前記支持部の一面と垂直な方向に突出する固定部を含み、
    前記固定部が前記パックトレイに固定される、請求項１４に記載の電池パック。
16. 前記パックトレイの前記底部の上面に配置されたマウンティングビームをさらに含み、
    前記固定部が前記マウンティングビームに固定される、請求項１５に記載の電池パック。
17. 前記固定部は、高さ方向に対して、前記マウンティングビームの高さより高く位置する、請求項１６に記載の電池パック。

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