JP6661769B2 - バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、自動車 - Google Patents

Description

本発明は、複数個の二次電池を有するバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車に関し、新しい結合構造を有するバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車に関する。

本出願は、２０１６年６月１６日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００７５２７７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。

二次電池は、多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度を有する電気的特性を有する。このような二次電池は、携帯用電子器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気車またはハイブリッド車、電力貯蔵装置などに応用されている。

電気車などに適用されるバッテリーパックは、高出力を得るために、複数のバッテリーを含む複数のバッテリーセルを連結した構造を有している。そして、個々のバッテリーセルは電極組立体であって、正極及び負極集電体、セパレーター、活物質、電解液などを含み、構成要素間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。

なお、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高まるにつれ、複数の二次電池が直列及び／または並列で接続した複数のバッテリーモジュールを集合したマルチモジュール構造のバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。

一方、従来の円形の二次電池が適用されたバッテリーモジュールの場合、バッテリーセル同士の結合時において、バスバーに各々のバッテリーセルの電極端子を溶接によって結合していた。また、円形の二次電池を保護するために、上部及び下部に別途の保護プレートを提供する構造として提供された。

しかし、上述のバッテリーモジュールの構造の場合、バッテリーセルの電気的結合時において、溶接結合する別途のバスバーが提供され、その構造が複雑でバッテリーモジュールの製造工程が複雑となり、別途のバスバーを提供しなければならないため、材料コストが増加するという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、製造が容易な簡単な構造のバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車を提供することを目的とする。

また、本発明は、外部の衝撃からバッテリーセルを保護し、バッテリーセルの冷却効率を向上させることができるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車を提供することを他の目的とする。

但し、本発明が解決しようとする課題はこれに限定されず、ここに言及されていないさらに他の技術的課題は、以下に記載された発明の説明からより明確に理解されるだろう。

上記の課題を達成するため、本発明は、複数の二次電池を有するバッテリーモジュールを提供する。

本発明の一実施例によれば、バッテリーモジュールは、一つまたは複数個の単位モジュールと、内部に前記複数個の単位モジュールが載置される収容空間を有するモジュールケースを含み、前記単位モジュールは、中空が形成されたチューブ形態の単位ケースと、缶型二次電池の形態に構成され、前記単位ケースの中空に位置し、長手方向に沿って一方向へ並んで配置され、相互電気的に接続した複数個のバッテリーセルと、前記単位モジュールの一側面に位置する正極リード及び他側面に位置する負極リードを有する電極リードと、を含み得る。

一実施例によれば、前記単位ケース及び前記バッテリーセルは、円筒状として提供され得る。

一実施例によれば、前記バッテリーセルの外面は、前記単位ケースの中空の内面に密着し得る。

一実施例によれば、前記単位ケースの内部に隣接する前記バッテリーセルは、電極端子が互いに直接接触し得る。

一実施例によれば、前記単位ケースの内部には複数個の突起が形成され、前記突起は前記単位ケースの内部中央へ突出し、相互隣接する前記突起は前記バッテリーセルの長さだけ離隔して位置し得る。

一実施例によれば、前記単位ケースの外周面には、円周方向に沿って形成される複数個の溝が提供され得る。

一実施例によれば、前記単位ケース及び前記モジュールケースは、アルミニウム材質を含み得る。

一実施例によれば、前記バッテリーモジュールは、前記モジュールケースの両側面に位置する一対のエンドプレートと、前記エンドプレートの面のうち、前記単位モジュールと対向する面に位置し、前記単位モジュールの前記電極リードと電気的に接続する連結部材をさらに含み得る。

一実施例によれば、前記モジュールケース及び前記エンドプレートは、円筒状として提供され得る。

一実施例によれば、前記連結部材は、本体部と、前記本体部の内部に形成される複数個の結合溝と、を含み得る。

一実施例によれば、前記結合溝には、前記単位モジュールの前記電極リードが挿入され得る。

一実施例によれば、前記エンドプレートには、前記モジュールケースの一部が挿入されるように収容溝が形成され、前記収容溝は、その断面がリング状であり得る。

一実施例によれば、前記結合溝は、前記収容溝の内側に複数個が位置し得る。

一実施例によれば、前記バッテリーモジュールは、外部機器と接続し、前記エンドプレートの外側面に結合するコネクティング部材をさらに含み得る。

本発明は、前述のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックを提供することができる。

本発明は、前述の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れば、本発明の複数の二次電池を有する単位モジュール及びバッテリーモジュールを円筒状のケースに提供し、バッテリーモジュールの構造を単純化し、バッテリーモジュールのエネルギー密度を向上させることができる。

また、本発明の一実施例によれば、バッテリーモジュールの単位モジュール、モジュールケース、エンドプレートなどの構成の結合が容易となり、バッテリーモジュールの組立工程の効率を向上させることができる。

また、本発明の一実施例によれば、バッテリーセルの単位ケースに直接接触する構造を提供することで、バッテリーセルの熱伝達が容易となり、バッテリーセルの冷却効率を向上させることができる。

本発明の効果は上述の効果に限定されず、言及していない効果は、本明細書及び添付の図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者に明確に理解されるだろう。

本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの結合斜視図である。 図２の線III−IIIを沿って見た断面図である。 図１の単位モジュールの斜視図である。 図４の単位モジュールの断面図である。 図５のＡ領域を拡大して示した図である。 バッテリーセルの断面図である。 図１のエンドプレートの正面図である。

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分解斜視図であり、図２は、図１のバッテリーモジュールの結合斜視図であり、図３は、図２の線III−IIIに沿って見た断面図である。

図１〜図３を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、複数個のバッテリーセル１１０を有する単位モジュール１００を一つまたは複数個有し得る。バッテリーセル１１０は、二次電池として提供できる。一例で、バッテリーセル１１０は、円筒状の缶型二次電池として提供され得る。以下、本発明のバッテリーセル１１０は、円筒状の缶型二次電池として提供されることとして説明する。

バッテリーモジュール１０は、単位モジュール１００、モジュールケース２００、エンドプレート３００、連結部材４００及びコネクティング部材５００を含む。

エンドプレート３００は一対が提供され、エンドプレート３００、モジュールケース２００及びエンドプレート３００は、順次に第１方向１２に沿って並んで配置される。ここで、エンドプレート３００、モジュールケース２００及びエンドプレート３００が並んで配置される方向を第１方向１２とする。上面視で、第１方向１２に垂直な方向を第２方向１４とする。第１方向１２及び第２方向１４にともに垂直な方向を第３方向１６とする。

図４は、図１の単位モジュールの斜視図であり、図５は、図４の単位モジュールの断面図である。

図４及び図５を参照すれば、単位モジュール１００は、複数個の二次電池を有する。本発明の実施例では、単位モジュール１００が六つの缶型二次電池を有することに説明する。しかし、単位モジュール１００が有する二次電池の個数は上述の例に限定されない。

単位モジュール１００は、複数個が提供され得る。本発明の実施例においては、単位モジュール１００が七つ提供されることを例に挙げたが、単位モジュール１００の個数は、これに限定されない。複数の単位モジュール１００は、後述するモジュールケース２００の内部に位置し得る。

単位モジュール１００は、バッテリーセル１１０、単位ケース１３０及び電極リード１５０を含む。

バッテリーセル１１０は、缶型二次電池として提供され得る。バッテリーセル１１０は、複数個が提供され得る。複数のバッテリーセル１１０は、第１方向１２に並んで配置され得る。隣接するバッテリーセル１１０は、各々相異なる電極が直接接触するように位置し得る。隣接するバッテリーセル１１０は、各々相異なる電極が直接接触するように位置し得る。本発明のバッテリーセル１１０のうち各々の電極が相異なる電極と直接接触し、別途の電気的接続構成が不要となる。

図７は、バッテリーセルの断面図である。図７を参照すれば、バッテリーセル１１０は、セルケース１１１、電極組立体１１３、キャップ組立体１１５、正極タブ１１７及び負極タブ１１８を含む。

セルケース１１１は、内部に電極組立体１１３及び電解液が収容される空間を有する。セルケース１１１は、上部が開放された形態として提供され得る。セルケース１１１は、円筒状であり得る。セルケース１１１は、金属材質であり得る。一例で、セルケース１１１は、アルミニウム、ステンレス鋼またはこれらの合金のような軽量の伝導性金属材質として提供され得る。

電極組立体１１３は、セルケース１１１の内部空間に位置できる。電極組立体１１３は、正極板と負極板との間にセパレーターが介された状態でゼリー・ロール形態で巻き取らされた構造を有し得る。正極板には、後述の正極タブ１１７が付着し得る。負極板には負極タブ１１８が付着し得る。

キャップ組立体１１５は、電極組立体１１３の上端に位置できる。キャップ組立体１１５は、セルケース１１１の開放空間に結合できる。キャップ組立体１１５は、セルケース１１１の内部空間を密閉できる。キャップ組立体１１５は、電極組立体１１３から生成した電流を外部へ出力する電流経路の役割を果たす。キャップ組立体１１５は、正極タブ１１７と接触できる。キャップ組立体１１５の上部は、正極端子としての役割を果たす。

正極タブ１１７は、一端が電極組立体１１３の正極板と接触し、他端がキャップ組立体１１５と接触し得る。正極タブ１１７は、電極組立体１１３の上端に付着され、正極端子を形成するキャップ組立体１１５に電気的に接続できる。

負極タブ１１８は、一端が電極組立体１１３の負極板と接触し、他端がセルケース１１１の下端に接触できる。負極タブ１１８は、電極組立体１１３の下端に付着され、負極端子を形成するセルケース１１１の底部に接続できる。

さらに図４及び図５を参照すれば、単位ケース１３０は、内部に空間を有する。単位ケース１３０は、内部に中空が形成されたチューブ状であり得る。内部の空間には、複数個のバッテリーセル１１０が第１方向１２に並んで位置できる。単位ケース１３０は、円筒状として提供され得る。単位ケース１３０は、金属材質であり得る。一例で、単位ケース１３０は、アルミニウム材質であり得る。これとは違って、ステンレス鋼またはこれらの合金のような軽量の伝導性金属材質として提供され得る。単位ケース１３０が、金属材質である場合、外部の衝撃からバッテリーセル１１０を保護することができる。

また、単位ケース１３０は、熱伝導性が良い金属材質として提供できる。単位ケース１３０の内部のバッテリーセル１１０は、単位ケース１３０の内面に直接接触して提供され得る。したがって、単位ケース１３０が熱伝導性が良い金属材質として提供される場合、バッテリーセル１１０から発生した熱を外部へ放出することができ、バッテリーセル１１０の冷却効率を向上させることができる。また、これとは違って、単位ケース１３０は、ゴム材質であり得る。

図６は、図５のＡ領域を拡大して示した図である。図４〜図６を参照すれば、単位ケース１３０の外面には、溝１３３が形成され得る。溝１３３は、単位ケース１３０の外周面に円周方向に沿って形成され得る。溝１３３は、複数個が提供され得る。複数の溝１３３は、第１方向１２へ一定距離に離隔して位置できる。

単位ケース１３０の内部には、複数個の突起１３５が形成され得る。突起１３５は、内部にバッテリーセル１１０が固定することができる。突起１３５は、単位ケース１３０の内部中央へ突出し得る。突起１３５は、第１方向１２へ一定距離に離隔して位置し得る。相互隣接する突起１３５は、バッテリーセル１１０の長さ分だけ離隔して位置し得る。単位ケース１３０の内部に突起１３５が形成され、バッテリーセル１１０を固定でき、外部の衝撃によって単位ケース１３０の内部でバッテリーセル１１０が相互ぶつかって破損することを防止することができる。

単位ケース１３０の内部におけるバッテリーセル１１０の外面は、単位ケース１３０の中空の内面と密着できる。即ち、バッテリーセル１１０の外面は、単位ケース１３０の内面と直接接触できる。バッテリーセル１１０が単位ケース１３０の内面と直接接触することにより、バッテリーセル１１０の熱を単位ケース１３０へ伝達できる。単位ケース１３０が熱伝導性が良いアルミニウム材質として提供される場合、バッテリーセル１１０からの熱を外部へ放出することができ、バッテリーセル１１０の冷却効率を向上させることができる。また、単位ケース１３０の内部に隣接するバッテリーセル１１０は相互電極端子が直接接触できる。

電極リード１５０は、正極リード１５１及び負極リード１５３を含む。正極リード１５１は、単位モジュール１００の一側面に位置できる。正極リード１５１の一端は、単位ケース１３０の外部に露出できる。正極リード１５１の他端は、内部のバッテリーセル１１０と電気的に接続できる。

負極リード１５３の一端は、単位ケース１３０の外部に露出できる。負極リード１５３の他端は、内部のバッテリーセル１１０と電気的に接続できる。

図１〜図３を参照すれば、モジュールケース２００は内部に空間を有する。モジュールケース２００は、中空のチューブ形状として提供され得る。モジュールケース２００は、円筒状として提供され得る。モジュールケース２００の内部空間には、複数個の単位モジュール１００が位置できる。モジュールケース２００は、金属材質として提供できる。一例で、モジュールケース２００は、アルミニウム材質であり得る。モジュールケース２００がアルミニウム材質として提供される場合、外部の衝撃から単位モジュール１００を保護することができる。また、バッテリーセル１１０より発生した熱を単位モジュール１００ からモジュールケース２００に伝達を受けて外部へ放出することができ、冷却効果を向上させることができる。モジュールケース２００のうち第１方向１２の両側面は、開放されて提供され得る。

モジュールケース２００の内部には、係止段２１０が提供される。係止段２１０は、モジュールケース２００において第１方向１２の両側端に一対が提供され得る。係止段２１０は、モジュールケース２００の内部中央に向けて突出して提供され得る。係止段２１０は、リング状であり得る。係止段２１０の一端は、単位モジュール１００の一部と接触し、単位モジュール１００がモジュールケース２００の外部へ抜け出ることを防止することができる。また、係止段２１０は、後述するモジュールケース２００とエンドプレート３００との結合力を向上させることができる。

図８は、図１のエンドプレートの正面図である。図１〜図３、図８を参照すれば、エンドプレート３００は、一対が提供され得る。一対のエンドプレート３００は、モジュールケース２００の第１方向１２における両側面に結合できる。エンドプレート３００は、円筒状であり得る。エンドプレート３００の一側面には、後述のコネクティング部材５００が結合し、他側面には連結部材４００が位置できる。

エンドプレート３００には、収容溝３１０が形成される。収容溝３１０は、モジュールケース２００の一部が挿入され得る。収容溝３１０は、その断面がリング状であり得る。収容溝３１０は、エンドプレート３００の面において、モジュールケース２００と対向する面に形成され得る。収容溝３１０は、モジュールケース２００の一部が挿入され、エンドプレート３００とモジュールケース２００とを結合できる。エンドプレート３００に形成された収容溝３１０によってエンドプレート３００とモジュールケース２００との結合力を向上させることができる。上述の例とは違って、エンドプレート３００とモジュールケース２００とは、溶接結合、ボルト結合などの多様な結合方式によって結合可能である。

連結部材４００は、単位モジュール１００の電極リード１５０と電気的に結合できる。連結部材４００は、エンドプレート３００に位置できる。連結部材４００は、単位モジュール１００の電極リード１５０と電気的に結合できる。

連結部材４００は、本体部４１０及び結合溝４３０を含む。本体部４１０は、その断面が円形であり得る。

結合溝４３０は、本体部４１０の内部に形成できる。結合溝４３０は、複数個が提供され得る。結合溝４３０は、単位モジュール１００の個数に対応する個数として提供される。複数の結合溝４３０は、収容溝３１０の内側に位置できる。結合溝４３０には、単位モジュール１００の電極リード１５０が結合できる。一例で、単位モジュール１００の電極リード１５０のうち正極リード１５１が挿入され得る。結合溝４３０は、電極リード１５０に対応する形状として提供される。

コネクティング部材５００は、バッテリーモジュール１０と外部器機とを連結する。コネクティング部材５００は、エンドプレートの外側面に結合できる。コネクティング部材５００は、一対のエンドプレート３００に各々提供され得る。

図示していないが、バッテリーモジュール１０は、センシング部材をさらに含み得る。センシング部材は、単位モジュール１００の電圧を検知し、検知した情報を外部へ伝送できる。

上述の本発明の実施例においては、単位モジュール１００の単位ケース１３０及びモジュールケース２００が円筒状として提供されることを例に挙げて説明したが、ケースの形状はこれに限定されず、直方体、多面体などの多様な形状であり得る。

本発明は、円筒状の単位モジュール１００及び複数個の単位モジュール１００を有する円筒状のモジュールケース２００を有するバッテリーモジュール１０であって、既存になかった新規な構造のバッテリーモジュール１０を提供する。本発明の一実施例によれば、簡単なバッテリーモジュール１０の構造によってその製造工程が簡単となり、単位モジュール１００の内部に複数個のバッテリーセル１１０を密集させてバッテリーモジュール１０のエネルギー密度を向上させることができる。また、単位モジュール１００の内部にバッテリーセル１１０を電気的に接触させることで電気的接続が容易である。また、電極リード１５０を連結部材４００の結合溝４３０に結合させることで、単位モジュール１００の電気的接続が容易であるという長所がある。また、エンドプレート３００とモジュールケース２００との結合によって各構成要素同士の結合力を向上させることができる。

本発明によるバッテリーパックは、上述のバッテリーモジュール１０を一つ以上含むことができる。バッテリーパックには、バッテリーモジュール１０に加え、このようなバッテリーモジュール１０を収納するためのパックケース、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するための各種装置をさらに含むことができる。一例で、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。

本発明によるバッテリーモジュール１０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。本発明による自動車は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパックを一つ以上含むことができる。

以上の詳細な説明は、本発明を例示する。また、上述の内容は、本発明の望ましい実施形態を説明することであり、本発明は、多様な他の組合せ、変更及び環境で使用できる。即ち、本明細書に開示された発明の概念範囲、開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施例は、本発明の技術的思想を具現するための最善の状態を説明することであり、本発明の具体的な適用分野及び用途において要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は、開示の実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付の請求範囲は、他の実施状態も含むことに解釈すべきである。

１０ バッテリーモジュール
１２ 第１方向
１４ 第２方向
１６ 第３方向
１００ 単位モジュール
１１０ バッテリーセル
１１１ セルケース
１１３ 電極組立体
１１５ キャップ組立体
１１７ 正極タブ
１１８ 負極タブ
１３０ 単位ケース
１３３ 溝
１３５ 突起
１５０ 電極リード
１５１ 正極リード
１５３ 負極リード
２００ モジュールケース
２１０ 係止段
３００ エンドプレート
３１０ 収容溝
４００ 連結部材
４１０ 本体部
４３０ 結合溝
５００ コネクティング部材

Claims (14)

1. 複数個の単位モジュールであって、
   中空が形成されたチューブ形態の単位ケースと、
   缶型二次電池の形態に構成され、前記単位ケースの中空に位置し、長手方向に沿って一方向へ並んで配置され、相互電気的に接続した複数個のバッテリーセルと、
   前記単位モジュールの一側面に位置する正極リード及び他側面に位置する負極リードを有する電極リードと、
   を含む複数個の単位モジュールと、
   内部に前記複数個の単位モジュールが収容される収容空間を有するモジュールケースと、
   前記モジュールケースの両側面に位置する一対のエンドプレートと、
   前記エンドプレートの面のうち、前記単位モジュールと対向する面に設けられた連結部材であって、本体部と前記複数個の単位モジュールに各々対応する複数の結合溝とを有し、前記結合溝は、前記電極リードに対応する形状であり、前記結合溝の各々に各単位モジュールの前記電極リードが挿入結合されることにより各単位モジュールの前記電極リードと電気的に結合できる連結部材と、
   前記連結部材が位置する面と反対側の前記エンドプレートの外側面に位置し、前記複数個の単位モジュールと外部機器とを電気的に接続するように構成されたコネクティング部材と、
   を含み、
   前記単位モジュールは、前記単位ケースが前記モジュールケースから外部に突出しないように、前記モジュールケースに収容可能である、バッテリーモジュール。
2. 前記単位ケース及び前記バッテリーセルが、円筒状として提供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。
3. 前記バッテリーセルの外面が、前記単位ケースの中空の内面に密着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. 前記単位ケースの内部に隣接する前記バッテリーセルは、電極端子が互いに直接接触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。
5. 前記単位ケースの内部には複数個の突起が形成され、前記突起は前記単位ケースの内部中央へ突出し、相互隣接する前記突起は前記バッテリーセルの長さだけ離隔して位置する請求項４に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記単位ケースの外周面には、円周方向に沿って形成される複数個の溝が提供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。
7. 前記単位ケース及び前記モジュールケースが、アルミニウム材質を含む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。
8. 前記モジュールケース及び前記エンドプレートは、円筒状として提供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. 前記連結部材が、
   本体部と、
   前記本体部の内部に形成される複数個の結合溝と、を含む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. 前記結合溝には、前記単位モジュールの前記電極リードが挿入される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. 前記エンドプレートには、前記モジュールケースの一部が挿入されるように収容溝が形成され、前記収容溝は、その断面がリング状である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。
12. 前記結合溝は、前記収容溝の内側に複数個が位置することを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
13. 請求項１から請求項１２のうち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。
14. 請求項１３に記載のバッテリーパックを含む、自動車。

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