JP7460777B2 - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車、並びにバッテリーパックを製造する方法 - Google Patents

バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車、並びにバッテリーパックを製造する方法 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車、並びにバッテリーパックを製造する方法に関し、より詳しくは、製造コストを節減したバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車、並びにバッテリーパックを製造する製造方法に関する。
本出願は、２０２０年６月１７日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００７３９０５号に基づく優先権を主張し、当該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。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化されるにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
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って、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、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。また、このようなリチウム二次電池は、正極活物質が塗布された正極板と負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介在して配置された電極組立体と、このような電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、例えば電池ケースを備える。
そして、リチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に収納されている円筒型二次電池と、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収納されているパウチ型二次電池とに分類され得る。
そのうち、円筒型二次電池は、電極組立体が収納される金属缶を円筒型に製作する場合がある。従来のバッテリーモジュールは、複数の二次電池を収容するモジュールケース、及び複数の円筒型二次電池を電気的に接続するように構成されたバスバーを備え得る。
しかし、大容量バッテリーパックの場合、多数の円筒型二次電池を備えており、多数の円筒型二次電池とバスバーとを溶接によって連結するためには広い面積の溶接施設が必要であり、またこれら溶接作業を画一的に行うことは困難である。これは、バッテリーパックの製造コストを上昇させ、不良率を高める要因になる。
また、複数の二次電池は、パックハウジングの内部に収納される。この場合、バッテリーパックに加えられる振動や外部衝撃によってパックハウジングの中心部分が上下に揺れるか、または、パックハウジングの中心部分が上方や下方に反る（膨れ上がる）変形が頻繁に生じ得る。このようにパックハウジングの振動や反り現象が繰り返されると、パックハウジングが損傷され、バッテリーモジュールの耐久性の低下につながる。
特に、バッテリーモジュールが多数の二次電池を備える場合、多数の二次電池の荷重によってパックハウジングの中心部分がさらに大きく変形し、問題を悪化させるおそれがある。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、製造コストを節減して機械的剛性を高めたバッテリーモジュール、複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック、このようなバッテリーパックを含む自動車、及びこのようなバッテリーパックを製造する製造方法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、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態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。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、
上下方向に立てられた形態の電池セルであって、上部に位置する一対の電極端子を備え、かつ少なくとも一方向に配列された複数の電池セルと、
上面に複数の電池セルの下部が固定され、水平方向に延びた形態を有する冷却フレームと、
複数の電池セルと冷却フレームとの間に介在された接着剤と、
複数の電池セルを覆うように構成された上部フレームと、を含む。
また、冷却フレームは、複数の電池セルのそれぞれの下部を固定するように構成された複数の固定突起を備え得る。
さらに、バッテリーモジュールは、上部フレーム上に載置された複数のバスバーであって、複数の電池セルの電極端子とそれぞれ接触するように構成された複数のバスバーをさらに含み、
バスバーには、複数の伝導性ワイヤが備えられ得る。
そして、上部フレームには、
複数の電池セルの上部を外部に露出させるように打ち抜かれた露出部と、
複数の電池セルの電極端子のそれぞれの一部分を覆うように、電極端子に向かって突出した突出部と、が備えられ得る。
また、上部フレームは、複数の電池セルの上部に位置する上壁、及び複数の電池セルの側部を覆うように構成された側壁を備え、
上部フレームの側壁の側部には、締結孔が形成された締結部が備えられ、
上部フレームの側壁の下部には、上方に凹んだ挿入溝が備えられ、
冷却フレームには、冷却フレームの外周縁部が上方に突出した形態を有する結合部が備えられ得る。
さらに、複数の電池セルのそれぞれの側部を囲むように構成された充填材をさらに含み得る。
そして、上記の目的を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、上述したバッテリーモジュールを少なくとも二つ含む。
また、バッテリーパックは、少なくとも二つのバッテリーモジュールを収容する収容空間が備えられたパックハウジングをさらに含む。
また、バッテリーパックは、パックハウジングの内部下面、内部上面及び内部側面のうちのいずれか一つ以上に固定された補強部材をさらに含み得る。
さらに、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による自動車は、上述したバッテリーパックを含む。
そして、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による製造方法は、
バッテリーパックを製造する方法であって、
複数の電池セルの下部を冷却フレームに固定する固定段階と、
複数の電池セルを覆うように構成された上部フレームを冷却フレームと結合する結合段階と、
複数の電池セル同士を電気的に接続するため、バスバーを複数の電池セルの電極端子のそれぞれに接続する接続段階と、
固定段階、結合段階及び接続段階を順次に少なくとも二回行って少なくとも二つのバッテリーモジュールを製造する製造段階と、
少なくとも二つのバッテリーモジュールをパックハウジングの内部に固定する固定段階と、
バッテリーモジュールの内部及びパックハウジングの内部の少なくとも一方に電気絶縁性の充填材を充填した後、硬化させる充填段階と、を含む。
本発明の一態様によれば、本発明のバッテリーモジュールは、モジュールケースの代わりに、冷却フレームに直接複数の電池セルを載置することで、部品数を効果的に減らし、バッテリーモジュールを軽量化し、バッテリーモジュールの製造コストを節減することができる。
また、本発明は、上面に複数の電池セルの下部が固定され、水平方向に延びた形態を有する冷却フレーム、及び複数の電池セルと冷却フレームとの間に介在された接着剤を含むことで、接着剤によって複数の電池セルの下部を冷却フレームに直接固定できるため、複数の電池セルから発生した熱を高い熱伝導性で冷却フレームに伝達することができる。さらに、本発明は、接着剤を使用して複数の電池セルを容易に固定できるため、製造工程を簡素化し、部品数を減らし、製造コストを節減することができる。
そして、本発明の一態様によれば、本発明のバッテリーモジュールは、上部フレームの挿入溝及び冷却フレームの結合部を備えることで、上部フレームと冷却フレームとを容易に結合することができる。さらに、上方に突出して外周縁部に沿って延びた冷却フレームの結合部の形態は、冷却フレームの機械的剛性を高めることができる。特に、冷却フレームが上下方向に反る力が発生する場合、それを阻止する機械的剛性を高めることができる。
さらに、従来は大容量バッテリーパックを製造する場合、多数の電池セルとバスバーとの接続作業のため大規模の溶接施設が必要となって溶接コストが嵩むが、本発明の一態様によれば、複数の電池セルとバスバーとが電気的に接続された少なくとも二つのバッテリーモジュールを予め製作し、製作されたバッテリーモジュールをパックハウジングに固定することができる。すなわち、換言すると、本発明は、複数の電池セルをバッテリーモジュールのような単位に分けて製造するため、小規模の溶接施設を用いて溶接コストを比較的に低く抑えることができる。これにより、本発明は、低い製造コストでバッテリーパックを製造することができる。
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形態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ものであるため、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。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した分解斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部を概略的に示した斜視図である。 図３のＡ－Ａ’線に沿った概略的な縦断面図である。 本発明の一実施形態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部分平面図である。 本発明の一実施形態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部分平面図である。 図２のバッテリーモジュールのＣ－Ｃ’線に沿った概略的な縦断面図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示した縦断面図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の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形態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形態に過ぎず、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は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した分解斜視図であり、図３は図１のバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図である。
図１～図３を参照すると、本発明のバッテリーモジュール２００は、複数の電池セル１００、冷却フレーム２６０、及び上部フレーム２７０を含む。
ここで、電池セル１００は、上下方向に立てられた形態であり得る。電池セル１００の上部には電極端子が備えられ得る。
具体的には、電池セル１００は、円筒型電池セルであり得る。複数の電池セル１００は、電池缶１１６、及び電池缶１１６の内部に収容された電極組立体（図示せず）を含み得る。電池缶１１６の本体には負極端子１１２が形成され、電池缶１１６の上部に結合された電池キャップには正極端子１１１が形成され得る。
さらに、複数の電池セル１００は、少なくとも一方向に配列され得る。複数の電池セル１００は、所定の間隔で離隔して配列され得る。例えば、図２のＦ方向から眺める場合、図３に示されたように、複数の電池セル１００は前後方向と左右方向に配列され得る。
一方、本明細書において、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語は、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。
さらに、複数の電池セル１００は、例えば、約３ｍｍの間隔で離隔して配置され得る。また、一つの行に位置した複数の電池セル１００と他の一つの行に位置した複数の電池セル１００とは、前後方向の位置が互いにずれるように配置され得る。そして、一つの列に位置した複数の電池セル１００と他の一つの列に位置した複数の電池セル１００とは、左右方向の位置が互いにずれるように配置され得る。すなわち、複数の電池セル１００は、全体的に前後左右でジグザグに配置された形態であると言える。
また、冷却フレーム２６０は、複数の電池セル１００で充放電によって発生した熱を吸収または放出するように構成され得る。例えば、冷却フレーム２６０は、熱伝導性に優れた金属素材を含み得る。例えば、金属素材は、銅、アルミニウムなどであり得る。
さらに、冷却フレーム２６０は、水平方向に延びたプレート状であり得る。プレートの上面に複数の電池セル１００の下部が固定され得る。
そして、冷却フレーム２６０は、冷媒の注入及び排出が可能な入口及び出口を有し、冷媒が移動可能な冷媒流路が内部に備えられたヒートシンクであり得る。すなわち、冷却フレーム２６０の内部には、冷媒流路を形成する隔壁が備えられ得る。しかし、必ずしもこのような形態に限定されることはなく、複数の電池セル１００から生成された熱を外部に排出可能な冷却構造体であれば適用可能である。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明のバッテリーモジュール２００は、モジュールケースの代わりに、冷却フレーム２６０に直接複数の電池セル１００を載置することで、部品数を効果的に減らし、バッテリーモジュール２００を軽量化し、エネルギー密度を高め、バッテリーモジュール２００の製造コストを節減することができる。
さらに、接着剤２３０は、複数の電池セル１００と冷却フレーム２６０との間に介在され得る。すなわち、接着剤２３０は、複数の電池セル１００のそれぞれの下部を冷却フレーム２６０の上面に接合できるように、複数の電池セル１００と冷却フレーム２６０との間に付加され得る。
また、接着剤２３０は、特定の素材に限定されず、例えば、グルー（ｇｌｕｅ）またはホットメルト樹脂（ｈｏｔ－ｍｅｌｔ ｒｅｓｉｎ）であり得る。例えば、接着剤２３０は、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、及びアクリル系樹脂のうちの少なくとも一つを備え得る。
さらに、上部フレーム２７０は、複数の電池セル１００の上部及び水平方向の側部を覆うように構成され得る。上部フレーム２７０は、複数の電池セル１００の上部及び側部を覆うように、水平方向に延びた上壁２７２、及び上壁２７２の外周部から下方に延びた側壁２７４を有し得る。上壁２７２は、複数の電池セル１００の上部に位置し得る。
このように本発明によるバッテリーモジュール２００は、上面に複数の電池セル１００の下部が固定され、水平方向に延びた形態を有する冷却フレーム２６０、及び複数の電池セル１００と冷却フレーム２６０との間に介在された接着剤２３０を含む構造を有する。すなわち、バッテリーモジュール２００は、接着剤２３０を用いて複数の電池セル１００の下部を冷却フレーム２６０に直接固定した構造を有する。したがって、バッテリーモジュール２００は、複数の電池セル１００から発生した熱を効率的に冷却フレーム２６０に伝達することができる。さらに、本発明は、接着剤２３０を使用して複数の電池セル１００を容易に固定できるため、製造工程を簡素化し、部品数を減らし、製造コストを節減することができる。
図４は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの内部を概略的に示した斜視図である。
図１及び図４をさらに参照すると、本発明のバッテリーパック３００は、複数のバッテリーモジュール２００、及びパックハウジング３５０を含み得る。複数のバッテリーモジュール２００は、バッテリーパック３００のパックハウジング３５０の内部に固定され得る。例えば、複数のバッテリーモジュール２００のそれぞれの下部は、接着剤２３０を使用してパックハウジング３５０の内部下面に接着され得る。
図５は、図３のＡ－Ａ’線に沿った概略的な縦断面図である。
図３及び図５を参照すると、冷却フレーム２６０は、複数の電池セル１００のそれぞれの下部を固定するように構成された複数の固定突起Ｐを備え得る。固定突起Ｐは、複数の電池セル１００の載置位置をガイドするように、冷却フレーム２６０の内面から電池セル１００に向かって（上方に）突出した形態を有し得る。
すなわち、固定突起Ｐは、電池セル１００の下端部の外周部を囲むように、平面上で円形状であり得る。また、円形の固定突起Ｐの内部に一つの電池セル１００が載置され得る。
また、固定突起Ｐには接着剤２３０が収容され得る。接着剤２３０は、複数の電池セル１００それぞれの下部と固定突起Ｐの内面との間を接着するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、冷却フレーム２６０の上面に固定突起Ｐが備えられることで、複数の電池セル１００を正位置に配置し易いだけでなく、冷却フレーム２６０の内面と複数の電池セル１００との間の接着面積を増やすことができ、接着力を効果的に向上させることができる。
図６は、本発明の一実施形態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部分平面図である。図６には、バスバー２５０と複数の電池セル１００とが電気的に接続された様子を示すため、バスバー２５０と複数の電池セル１００のみが示され、他の構成は示されていない。
図３とともに図６を参照すると、バッテリーモジュール２００は、複数のバスバー２５０をさらに含み得る。バスバー２５０は、複数の電池セル１００同士の間を電気的に接続するように構成され得る。バスバー２５０は、伝導性金属を含み得る。バスバー２５０は、例えば、銅、ニッケル及びアルミニウムのうちの少なくとも一つを含み得る。
また、複数のバスバー２５０は、上部フレーム２７０上に載置され得る。バスバー２５０は、複数の電池セル１００の電極端子（正極端子１１１、負極端子１１２）とそれぞれ接触するように構成され得る。例えば、バスバー２５０は、複数の電池セル１００に沿って長く延びた本体プレート２５１、及び複数の伝導性ワイヤ２５２を備え得る。本体プレート２５１と伝導性ワイヤ２５２とは互いに連結され得る。伝導性ワイヤ２５２は、上部フレーム２７０の露出部Ｔ２を通して複数の電池セル１００の上部に形成された正極端子１１１または負極端子１１２と接触し得る。露出部Ｔ２は、上部フレーム２７０の上壁２７２に位置し得る。バスバー２５０は、複数の電池セル１００同士を電気的に直列及び／または並列に接続できる。
本発明の電池セル１００は、一対の電極端子（正極端子１１１、負極端子１１２）が同じ方向に備えられた構造を有する。このような構造は電気的接続を簡素化することができる。また、このような構造は、電極端子（正極端子１１１、負極端子１１２）が形成された面の反対側の面を冷却フレーム２６０上に直接結合した構造を適用可能にする。上述したように、本発明に適用される電池セル１００の正極端子１１１及び負極端子１１２はすべて電池セル１００の一側に備えられる。例えば、電池セル１００が円筒型電池セルである場合、電池缶１１６の上端の周縁領域が負極端子１１２として機能し、電池缶１１６の上端開口部を覆う電池キャップが正極端子１１１として機能する。電池缶１１６の上端の周縁領域は、例えば、電池缶１１６の上端開口部を覆い、正極端子１１１として機能する電池キャップを固定するために形成される圧着部（ｃｒｉｍｐｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）の上面を意味し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、バスバー２５０が複数の伝導性ワイヤ２５２を備えることで、複数の電池セル１００の上部に備えられた電極端子（正極端子１１１、負極端子１１２）と精密に接触できる。すなわち、バスバー２５０は、複数の電池セル１００同士の間に短絡が発生しないように構成される必要がある。ただし、複数の電池セル１００の正極端子１１１と負極端子１１２との間の距離が非常に近い場合は、バスバー２５０と電極端子との間の精密な連結作業が必要となる。本発明によれば、伝導性ワイヤを通じてバスバー２５０が電極端子同士の間を精密に連結でき、短絡による爆発や火災の発生を減らすことができる。
さらに、本発明のバッテリーモジュール２００は、上部カバー２１６をさらに含み得る。上部カバー２１６は、複数のバスバー２５０の上部を覆うことで、他の伝導性導体がバスバー２５０と接触することを防止することができる。上部カバー２１６は、水平方向に延びたプレート状であり得る。
図７は、本発明の一実施形態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部分平面図である。
図３とともに図７を参照すると、上部フレーム２７０には、複数の電池セル１００の上部が外部に露出するように、打ち抜かれた露出部Ｔ２が備えられ得る。
本発明のパックハウジング３５０の上部フレーム２７０は、複数の電池セル１００それぞれの電極端子の一部分を覆うように構成された突出部Ｋを備え得る。すなわち、突出部Ｋは、正極端子１１１及び／または負極端子１１２の一部分を覆うように突出し得る。突出部Ｋは、電極端子に向かって突出した形態を有し得る。
例えば、図７に示されたように、複数の突出部Ｋのうちのいずれか一つは、電池セル１００の上部に備えられた負極端子１１２の一部が上部に露出しないように突出して延びた形態を有し得る。そして、他の一つは、電池セル１００の上部に備えられた正極端子１１１の一部が上部に露出しないように突出して延びた形態を有し得る。
例えば、バスバー２５０の複数の伝導性ワイヤ２５２のうち、正極端子１１１との接続が必要な伝導性ワイヤ２５２と隣接した上部フレーム２７０の一部分には、伝導性ワイヤ２５２が負極端子１１２と接触する可能性を減らすため、負極端子１１２の一部を覆うように突出した突出部Ｋが備えられ得る。
逆に、バスバー２５０の複数の伝導性ワイヤ２５２のうち、負極端子１１２との接続が必要な伝導性ワイヤ２５２と隣接した上部フレーム２７０の他の一部分には、伝導性ワイヤ２５２が正極端子１１１と接触する可能性を減らすため、正極端子１１１の一部を覆うように突出した突出部Ｋが備えられ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上部フレーム２７０には、複数の電池セル１００の電極端子の一部分を覆うように、電極端子に向かって突出した突出部Ｋが備えられることで、バスバー２５０と電極端子とを連結する作業中に発生し得る電池セル１００同士間の短絡の危険を効果的に低減することができる。これにより、バッテリーパック３００の製造効率が高くなって、製造過程で事故の発生を効果的に減らすことができる。
図２及び図３をさらに参照すると、本発明のバッテリーモジュール２００の上部フレーム２７０は、側壁２７４に形成される少なくとも一つの締結部２７３を備え得る。締結部２７３により、バッテリーモジュール２００はパックハウジング３５０及び／または隣接した他のバッテリーモジュール２００と結合され得る。締結部２７３には、例えば、ボルト締結のための締結孔Ｈ１が形成され得る。締結孔Ｈ１は、例えば、バッテリーモジュール２００がパックハウジング３５０の内部下面３５０ａに載置される場合、パックハウジング３５０に備えられる他の締結孔及び／または後述する補強部材２２０に形成された他の締結孔と連通する位置に構成され得る。すなわち、締結ボルトＢを上部フレーム２７０の締結孔Ｈ１及び他の締結孔のそれぞれに挿入することで、バッテリーモジュール２００とパックハウジング３５０との間及び／または互いに隣接したバッテリーモジュール２００同士を結合することができる。
このように本発明のバッテリーモジュール２００は、上部フレーム２７０にパックハウジング３５０と結合されるように構成された締結部２７３を備える。したがって、本発明のバッテリーモジュール２００は、別途のブラケットのような部材がなくても、上部フレーム２７０とパックハウジング３５０とをボルト締結でき、部品数を減らし、バッテリーパックのエネルギー密度を高め、製造コストを節減することができる。
図８は、図２のバッテリーモジュールのＣ－Ｃ’線に沿った概略的な縦断面図である。
図２及び図３とともに図８を参照すると、本発明の上部フレーム２７０は、側壁２７４の下部に上方に向かって凹んだ挿入溝Ｇが備えられ得る。挿入溝Ｇは、上部フレーム２７０の側壁２７４の下端面に沿って延びた線状の溝であり得る。すなわち、上部フレーム２７０を下方から上方に眺める場合、挿入溝Ｇは四角形状であり得る。
また、冷却フレーム２６０には、挿入溝Ｇに挿入されるように構成された結合部２６３が備えられ得る。結合部２６３は、冷却フレーム２６０の水平方向の外周縁部が上方に突出した形態であり得る。すなわち、結合部２６３は、冷却フレーム２６０の水平方向の外周縁部が上方に折り曲げられた形態であり得る。換言すると、冷却フレーム２６０は外周縁部に側壁が備えられたトレイ形状であり得る。
結合部２６３は、上部フレーム２７０の挿入溝Ｇの内部空間に挿入可能な形態を有し得る。すなわち、結合部２６３は、上部フレーム２７０の挿入溝Ｇと対向した状態で互いに結合されるように構成され得る。
例えば、図８に示されたように、上部フレーム２７０の側壁２７４の下部には挿入溝Ｇが形成され得る。冷却フレーム２６０は、挿入溝Ｇの内部に挿入されるように上方に突出した形態の結合部２６３を外周縁部に備え得る。換言すると、挿入溝Ｇは、略「Ｕ」字状の溝であり得る。
さらに、挿入溝Ｇと結合部２６３との間には接着剤２３０が介在され得る。すなわち、接着剤２３０によって挿入溝Ｇと結合部２６３とが互いに接着され、固定され得る。
このように本発明のバッテリーモジュール２００は、上部フレーム２７０に挿入溝Ｇが備えられ、冷却フレーム２６０に結合部２６３が備えられた構造を有することで、上部フレーム２７０と冷却フレーム２６０とを容易に結合することができる。さらに、結合部２６３が冷却フレーム２６０の上方に突出し、且つ、冷却フレーム２６０の外周縁部に沿って延びた形態を有することで、冷却フレーム２６０の機械的剛性を高めることができる。特に、冷却フレーム２６０は、上述したような構造を有することで、冷却フレーム２６０が上下方向に反る力が発生する場合、それを阻止可能な機械的剛性を高めることができる。
図９は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示した縦断面図である。
図４とともに図９を参照すると、本発明のバッテリーモジュール２００は、内部に充填材２４０が充填され得る。充填材２４０は、電気絶縁性の素材を含み得る。充填材２４０は、耐熱性及び断熱性能の良い素材を含み得る。また、充填材２４０は、バッテリーモジュール２００の内部に充填された後、硬化するように構成された高分子樹脂であり得る。例えば、充填材２４０は、エポキシ樹脂であり得る。
さらに、充填材２４０は、複数の電池セル１００の側部を囲むようにバッテリーモジュール２００の内部に充填され得る。すなわち、充填材２４０は、複数の電池セル１００の上部に位置した正極端子１１１及び負極端子１１２を覆わない高さまでバッテリーモジュール２００の内部に充填され得る。
充填材２４０は、例えば、上部フレーム２７０に形成された露出部Ｔ２からバッテリーモジュール２００の内部に注入され得る。このようにバッテリーモジュール２００の内部に注入された充填材２４０は、互いに隣接した電池セル１００同士の間に形成された空間を満たし得る。
このように本発明のバッテリーモジュール２００は、充填材２４０をさらに含むことで、複数の電池セル１００同士の間の短絡を防止できるだけでなく、複数の電池セル１００のうちのいずれかに熱暴走や火災が発生する場合、電池缶の側部が破裂して火炎が噴出し、隣接した他の電池セル１００に熱や火炎が伝播することを防止することができる。すなわち、充填材２４０は、電池セル１００の火炎及び熱を遮断し、バッテリーモジュール２００の安全性を効果的に高めることができる。
図１及び図４をさらに参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００は、バッテリーモジュール２００を少なくとも二つを含み得る。また、バッテリーパック３００は、少なくとも二つのバッテリーモジュール２００を収容する収容空間が備えられたパックハウジング３５０を含み得る。そして、バッテリーパック３００は、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（図示せず）、例えばＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリー管理システム）、電流センサ、ヒューズなどをさらに含み得る。
また、バッテリーパック３００は、補強部材２２０をさらに含み得る。補強部材２２０は、パックハウジング３５０の内部下面、内部上面、及び内部側面のうちのいずれか一つ以上に固定され得る。補強部材２２０は、パックハウジング３５０の機械的剛性を補強するために備えられ得る。例えば、補強部材２２０は、一方向に長く延びたＨ形鋼であり得る。
例えば、補強部材２２０は、前後方向に延びたビーム形態であり得る。補強部材２２０の延びた長手方向の両端部（前端部及び後端部）は、パックハウジング３５０の内部側面を支持するか又は内部側面に結合され得る。
また、補強部材２２０は、接着剤２３０及び／またはボルトなどの締結手段を使用してパックハウジング３５０に結合され得る。
このように本発明のバッテリーパック３００は、補強部材２２０を備えることで、バッテリーパック３００の機械的剛性を補強することができる。これにより、本発明は、補強部材２２０を使用することで、大容量のバッテリーパック３００の場合、収容された多数の電池セル１００の重さによってパックハウジング３５０が上下方向に反る現象を防止することができる。結果的に、バッテリーパック３００の耐久性を効果的に高めることができる。
一方、図４を参照すると、補強部材２２０は、互いに隣接したバッテリーモジュール２００同士の結合のための支持体として機能できる。補強部材２２０は、互いに隣接するバッテリーモジュール２００にそれぞれ備えられた締結部２７３とパックハウジング３５０の下面３５０ａとの間に介在され得る。この場合、締結部２７３は、補強部材２２０上にボルティングなどによって結合され得る。
図示されていないが、パックハウジング３５０の内部空間、すなわちパックハウジング３５０とバッテリーモジュール２００との間の空間には、上述したような電気絶縁性及び耐火性を有する充填材２４０が充填され得る。
一方、本発明の一実施形態による電子デバイス（図示せず）は、上述したバッテリーパック３００を少なくとも一つ含む。電子デバイスは、バッテリーパック３００を収納するための収納空間が備えられたデバイスハウジング（図示せず）、及びユーザがバッテリーパック３００の充電状態を確認可能な表示部をさらに含み得る。
また、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に含まれ得る。すなわち、本発明の一実施形態による自動車は、車体内に本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００が少なくとも一つ搭載され得る。
一方、本発明の一実施形態によるバッテリーパック３００を製造する製造方法は、複数の電池セル１００の下部を冷却フレーム２６０に固定する固定段階と、複数の電池セル１００を覆うように構成された上部フレーム２７０を冷却フレーム２６０と結合する結合段階と、複数の電池セル１００同士を電気的に接続するため、バスバー２５０を複数の電池セル１００の電極端子（正極端子または負極端子）のそれぞれに接続する接続段階と、固定段階、結合段階及び接続段階を順次に少なくとも二回行って少なくとも二つのバッテリーモジュール２００を製造する製造段階と、少なくとも二つのバッテリーモジュール２００をパックハウジング３５０の内部に固定する固定段階と、を含む。バッテリーモジュール２００を製造する段階は、上述した固定段階、結合段階及び接続段階の他にも、電池セル１００同士の間に形成された空間及び電池セル１００と上部フレーム２７０の側壁２７４との間に形成された空間を満たすように、電気絶縁性及び耐火性を有する充填材２４０を充填するモジュール充填段階をさらに含み得る。一方、本発明の製造方法は、上述した段階の他にも、パックハウジング３５０の内部に電気絶縁性の充填材２４０を充填した後、硬化させるパック充填段階をさらに含み得る。すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリーパック製造方法は、充填材２４０を充填する段階を含まなくてもよく、モジュール充填段階及び／またはパック充填段階を含んでもよい。
また、本発明の一実施形態によるバッテリーパック製造方法は、これとは異なり、バッテリーモジュール２００の内部を充填する段階と、バッテリーモジュール２００とパックハウジング３５０との間の空間を充填する段階とを結合した統合充填段階をさらに含んでもよい。
この場合、パックハウジング３５０の内部に充填された充填材２４０は、バッテリーモジュール２００の少なくとも一部に形成されている隙間を通ってバッテリーモジュール２００の内部に流れ込んだ後、硬化し得る。例えば、上部フレーム２７０と冷却フレーム２６０との間に隙間があり得、上部フレーム２７０とバスバー２５０との間にも隙間が形成され得る。
従来は大容量のバッテリーパック３００を製造する場合、多数の電池セル１００とバスバー２５０との連結作業のため大規模の溶接施設が必要となって溶接コストが嵩むが、本発明によれば、複数の電池セル１００とバスバー２５０とが電気的に接続された少なくとも二つのバッテリーモジュール２００を予め製作し、製作されたバッテリーモジュール２００をパックハウジング３５０に固定することができる。すなわち、換言すると、本発明は、複数の電池セルをバッテリーモジュールのような単位に分けて製造するため、小規模の溶接施設を用いて溶接コストを比較的に低く抑えることができる。これにより、本発明は、低い製造コストでバッテリーパックを製造することができる。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後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であるだけで、対象となる事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、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形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、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。
１００ 電池セル
１１１ 正極端子（電極端子）
１１２ 負極端子（電極端子）
２００ バッテリーモジュール
２３０ 接着剤
２６０ 冷却フレーム
２７０ 上部フレーム

Claims (9)

  1. 上下方向に立てられた形態の複数の電池セルであって、上部に位置する一対の電極端子を備え、かつ少なくとも一方向に配列された複数の電池セルと、
    上面に前記複数の電池セルの下部が固定され、水平方向に延びた形態を有する冷却フレームと、
    前記複数の電池セルと前記冷却フレームとの間に介在された接着剤と、
    前記複数の電池セルを覆うように構成された上部フレームと、
    前記上部フレーム上に載置された複数のバスバーであって、前記複数の電池セルの電極端子とそれぞれ接触するように構成された複数のバスバーと、
    を含み、
    前記バスバーには、複数の伝導性ワイヤが備えられる、バッテリーモジュール。
  2. 前記冷却フレームは、前記複数の電池セルのそれぞれの下部を固定するように構成された複数の固定突起を備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記上部フレームには、
    前記複数の電池セルの上部を外部に露出させるように打ち抜かれた露出部と、
    前記複数の電池セルの電極端子のそれぞれの一部分を覆うように、前記電極端子に向かって突出した突出部と、
    が備えられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記上部フレームは、
    前記複数の電池セルの上部に位置する上壁、及び前記複数の電池セルの側部を覆うように構成された側壁を備え、
    前記上部フレームの側壁の側部には、締結孔が形成された締結部が備えられ、
    前記上部フレームの側壁の下部には、上方に凹んだ挿入溝が備えられ、
    前記冷却フレームには、前記冷却フレームの外周縁部が上方に突出した形態を有する結合部が備えられる、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記複数の電池セルのそれぞれの側部を囲むように構成された充填材をさらに含む、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも二つ含み、
    少なくとも二つの前記バッテリーモジュールを収容する収容空間が備えられたパックハウジングを含む、バッテリーパック。
  7. 前記バッテリーパックは、
    前記パックハウジングの内部下面、内部上面、及び内部側面のうちのいずれか一つ以上に固定された補強部材をさらに含む、請求項６に記載のバッテリーパック。
  8. 請求項６または７に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
  9. バッテリーパックを製造する方法であって、
    複数の電池セルの下部を冷却フレームに固定する固定段階と、
    前記複数の電池セルを覆うように構成された上部フレームを前記冷却フレームと結合する結合段階と、
    前記上部フレーム上に載置された複数のバスバーであって、前記複数の電池セルの電極端子とそれぞれ接触するように構成された複数のバスバーをさらに含み、前記バスバーには複数の伝導性ワイヤが備えられ、前記複数の電池セル同士を電気的に接続するため、前記バスバーを前記複数の電池セルの電極端子のそれぞれに接続する接続段階と、
    前記固定段階、前記結合段階、及び前記接続段階を順次に少なくとも二回行って少なくとも二つのバッテリーモジュールを製造する製造段階と、
    少なくとも二つの前記バッテリーモジュールをパックハウジングの内部に固定する固定段階と、
    前記バッテリーモジュールの内部及びパックハウジングの内部の少なくとも一方に電気絶縁性の充填材を充填した後、硬化させる充填段階と、
    を含む、製造方法。
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