JP7071587B2 - バッテリーモジュール及び該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック - Google Patents

バッテリーモジュール及び該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーモジュール及び該バッテリーモジュールを含むバッテリーパックに関する。
本出願は、２０１８年９月２０日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－０１１３２４３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。
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）などに普遍的に適用されている。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～４．５Ｖである。したがって、これよりも高い出力電圧が求められる場合、複数のバッテリーセルを直列で接続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合わせて、複数のバッテリーセルを並列で接続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、上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よって多様に設定され得る。
一方、複数のバッテリーセルを直列／並列で接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含む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一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ることで、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やバッテリーパックの場合、使用時間が経過するほどバッテリーセルが膨張して内圧が徐々に増加し、それによって、バッテリーセルを収容するカバーフレーム構造やバッテリーセルの損傷が生じる問題がある。
そこで、バッテリーセルの膨張時にカバーフレームやバッテリーセルの損傷を防止できるバッテリーモジュール及び該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ための方案が求められている。
したがって、本発明は、バッテリーセルの膨張時にカバーフレームの損傷を防止することができるバッテリーモジュール及び該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を目的とする。
また、本発明は、バッテリーセルの膨張時にバッテリーセルの損傷を防止することができるバッテリーモジュール及び該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を他の目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、相互に積層される複数のバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、前記バッテリーセル組立体の両側に備えられる一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートと結合されて前記バッテリーセル組立体を覆い、前記複数のバッテリーセルが膨張するとき、前記複数のバッテリーセルの膨張方向に沿って変形するカバーフレームとを含む、バッテリーモジュールを提供する。
前記複数のバッテリーセルの膨張方向は、前記バッテリーセル組立体の両側方向であり、前記カバーフレームには、前記複数のバッテリーセルの膨張時に前記バッテリーセル組立体の両側方向に弾性変形する弾性変形部が備えられ得る。
前記弾性変形部は、前記バッテリーセル組立体の長手方向に沿って所定の長さで形成され、複数が備えられて前記バッテリーセル組立体の両側方向に沿って所定の距離だけ離隔して配置され得る。
前記複数の弾性変形部は、前記カバーフレームの外側に凸状に突出し、前記カバーフレームの内側で凹状に形成され得る。
前記複数の弾性変形部は、前記複数のバッテリーセルの膨張時に弾性変形しながら前記カバーフレームの両側方向に沿って扁平になり得る。
前記弾性変形部は、所定の大きさの溝状で備えられ、複数が備えられて前記バッテリーセル組立体の長手方向に沿って所定の距離だけ離隔して配置され得る。
前記複数の弾性変形部は、前記カバーフレームの中央に形成される中央溝と、前記中央溝と離隔して配置され、前記カバーフレームの前端に備えられる前端溝と、前記前端溝と前記中央溝との間に配置され、前記カバーフレームの前後方向に沿って所定の距離だけ離隔して配置され、前記カバーフレームの前方に向かって凸状に形成される複数の前側溝と、前記複数の前側溝と前記中央溝を介在して対向配置され、前記カバーフレームの後方に向かって凸状に形成される複数の後側溝と、前記複数の後側溝と離隔して配置され、前記カバーフレームの後端に備えられる後端溝とを含み得る。
前記中央溝、前記前端溝、前記複数の前側溝、前記複数の後側溝及び前記後端溝は、前記複数のバッテリーセルの膨張時に弾性変形しながら前記カバーフレームの両側方向に沿って扁平になり得る。
前記中央溝は、前記カバーフレームの前後方向に沿って凸状に形成され得る。
そして、本発明は、上述した実施形態による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一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、バッテリーパックを提供する。
以上のような多様な実施形態によって、バッテリーセルの膨張時にカバーフレームの損傷を防止することができるバッテリーモジュール及び該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。
また、以上のような多様な実施形態によって、バッテリーセルの膨張時にバッテリーセルの損傷を防止することができるバッテリーモジュール及び該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断面図である。 図１のバッテリーモジュールのバッテリーセルが膨張するときのカバーフレームの変形を説明するための図である。 本発明の他の実施形態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４のバッテリーモジュールのカバーフレームを説明するための図である。 図４のバッテリーモジュールのバッテリーセルが膨張するときのカバーフレームの変形を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを説明するための図である。 本発明の一実施形態による自動車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形態を詳しく説明することで本発明をより明確にする。後述する実施形態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形態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は本発明の一実施形態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断面図であり、図３は図１のバッテリーモジュールのバッテリーセルが膨張するときのカバーフレームの変形を説明するための図である。
図１～図３を参照すると、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル組立体１００、エンドプレート２００及びカバーフレーム３００を含むことができる。
上記バッテリーセル組立体１００は、複数のバッテリーセル１１０を含み得る。上記複数のバッテリーセル１１０は、二次電池であって、パウチ型二次電池であり得る。このような複数のバッテリーセル１１０は、相互に積層されて電気的に接続され得る。
上記エンドプレート２００は、一対で備えられ、上記バッテリーセル組立体１００の両側に備えられ得る。上記一対のエンドプレート２００は、上記バッテリーセル組立体１００の両側を支持することができる。
上記カバーフレーム３００は、上記一対のエンドプレート２００と結合されて上記バッテリーセル組立体１００を覆うことができる。上記カバーフレーム３００は、少なくとも上記一対のエンドプレート２００の上側及び下側を覆うことができる。
上記カバーフレーム３００は、複数のバッテリーセル１１０が膨張するとき、上記複数のバッテリーセル１１０の膨張方向に沿って変形できる。ここで、上記複数のバッテリーセル１１０の膨張方向は、上記バッテリーセル組立体１００の両側方向、すなわち、上記一対のエンドプレート２００側に向かう方向であり得る。
上記カバーフレーム３００には、このような弾性変形のための弾性変形部３５０が備えられ得る。
上記弾性変形部３５０は、上記複数のバッテリーセル１１０が膨張するとき、上記バッテリーセル組立体１００の両側方向に弾性変形して上記バッテリーセル組立体１００の両側方向に沿って上記カバーフレーム３００を伸ばすことができる。
上記弾性変形部３５０は、上記バッテリーセル組立体１００の長手方向、すなわち、上記バッテリーモジュール１０の前後方向に沿って所定の長さで形成され、複数が備えられて上記バッテリーセル組立体１００の両側方向に沿って所定の距離だけ離隔して配置され得る。
上記複数の弾性変形部３５０は、それぞれ、上記カバーフレーム３００の外側に凸状に突出し、上記カバーフレーム３００の内側で凹状に形成され得る。
上記複数の弾性変形部３５０は、上記複数のバッテリーセル１１０の膨張時に弾性変形しながら、上記カバーフレーム３００の両側方向に沿って扁平になり得る。上記複数の弾性変形部３５０は、上記弾性変形を通じて、上記複数のバッテリーセル１１０が膨張するとき、上記カバーフレーム３００を上記膨張方向で所定の長さだけ伸ばして、上記カバーフレーム３００の変形を誘導することができる。
これによって、本実施形態では、上記弾性変形部３５０を通じて、上記複数のバッテリーセル１１０が膨張するとき、上記バッテリーモジュール１０の内圧が所定の大きさ以上に増加することを効果的に防止することができる。
したがって、本実施形態では、上記弾性変形部３５０を通じて、上記複数のバッテリーセル１１０が膨張するとき、上記バッテリーモジュール１０の内圧が所定の大きさ以上に増加することを防止し、上記バッテリーセル１１０の損傷や上記カバーフレーム３００の損傷を著しく低下させることができる。
図４は本発明の他の実施形態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５は図４のバッテリーモジュールのカバーフレームを説明するための図であり、図６は図４のバッテリーモジュールのバッテリーセルが膨張するときのカバーフレームの変形を説明するための図である。
本実施形態によるバッテリーモジュール２０は、上述した実施形態の上記バッテリーモジュール１０と類似するため、以下、上述した実施形態と同一であるかまたは類似する構成に対しては重複する説明を省略し、上述した実施形態との相違点を中心に説明する。
図４～図６を参照すると、上記バッテリーモジュール２０は、バッテリーセル組立体１００、エンドプレート２００及びカバーフレーム４００を含むことができる。
上記バッテリーセル組立体１００及び上記エンドプレート２００は、上述した実施形態と実質的に同一であるかまたは類似するため、以下、重複する説明を省略する。
上記カバーフレーム４００は、弾性変形部４５０を含み得る。
上記弾性変形部４５０は、所定の大きさの溝状で備えられ、複数が備えられて上記バッテリーセル組立体１００の長手方向に沿って所定の距離だけ離隔して配置され得る。
上記弾性変形部４５０は、中央溝４５１、前端溝４５３、前側溝４５５、後側溝４５７及び後端溝４５９を含み得る。
上記中央溝４５１は、上記カバーフレーム４００の中央に形成され得る。上記中央溝４５１は、上記カバーフレーム４００の前後方向に沿って凸状に形成され得る。
上記前端溝４５３は、上記カバーフレーム４００の前方で上記中央溝４５１と離隔して配置され得る。上記前端溝４５３は、上記カバーフレーム４００の前端に設けられ得る。
上記前側溝４５５は、複数が備えられて、上記前端溝４５３と上記中央溝４５１との間に配置され、上記カバーフレーム４００の前後方向に沿って所定の距離だけ離隔して配置され、上記カバーフレーム４００の前方に向かって凸状に形成され得る。
上記後側溝４５７は、複数が備えられて、上記複数の前側溝４５５と上記中央溝４５１を介在して対向配置され、上記カバーフレーム４００の後方に向かって凸状に形成され得る。
上記後端溝４５９は、上記複数の後側溝４５７と離隔して配置され得る。上記後端溝４５９は、上記カバーフレーム４００の後端に設けられ得る。
上記中央溝４５１、上記前端溝４５３、上記複数の前側溝４５５、上記複数の後側溝４５７及び上記後端溝４５９は、上記複数のバッテリーセル１１０の膨張時に弾性変形しながら上記カバーフレーム４００の両側方向に沿って扁平になり得る。
これによって、上記複数のバッテリーセル１１０が膨張するとき、上記弾性変形部４５０は、上記カバーフレーム４００を上記膨張方向で所定の長さに伸ばして、上記カバーフレーム４００の変形を誘導することができる。
このように、上記弾性変形部４５０は、上述した実施形態のような形状ではなく、上記カバーフレーム４００が弾性伸び可能な曲がった溝状の複数のストラップ構造で設けることもできる。
図７は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを説明するための図であり、図８は本発明の一実施形態による自動車を説明するための図である。
図７及び図８を参照すると、バッテリーパック１は、上述した実施形態による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０及び上記少なくとも一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。
上記バッテリーパック１は、上述した実施形態の上記少なくとも一つのバッテリーモジュール２０を含むこともでき、上述した実施形態の上記バッテリーモジュール１０、２０をすべて含んでもよいことは勿論である。
上記バッテリーパック１は、自動車Ｖの燃料源として、自動車Ｖに備えられ得る。例えば、上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Ｖに備えられ得る。
また、上記バッテリーパック１は、上記自動車Ｖの外にも、二次電池を用いる電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などのその他の装置や器具及び設備などにも備えられることは言うまでもない。
このように、本実施形態による上記バッテリーパック１、及び上記自動車Ｖのような上記バッテリーパック１を備える装置や器具及び設備は、上述した上記バッテリーモジュール１０、２０を含むため、上述したバッテリーモジュール１０、２０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Ｖ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。
以上のような多様な実施形態によって、上記バッテリーセル１１０が膨張するとき、上記カバーフレーム３００、４００の損傷を防止することができる上記バッテリーモジュール１０、２０、上記バッテリーモジュール１０、２０を含む上記バッテリーパック１、及び上記バッテリーパック１を含む上記自動車Ｖを提供することができる。
さらに、以上のような多様な実施形態によって、上記バッテリーセル１１０が膨張するとき、上記バッテリーセル１１０の損傷を防止することができる上記バッテリーモジュール１０、２０、上記バッテリーモジュール１０、２０を含む上記バッテリーパック１、及び上記バッテリーパック１を含む上記自動車Ｖを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施形態を図示し説明したが、本発明が上述した特定の実施形態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
２０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル組立体
１１０ バッテリーセル
２００ エンドプレート
３００ カバーフレーム
３５０ 弾性変形部
４００ カバーフレーム
４５０ 弾性変形部
４５１ 中央溝
４５３ 前端溝
４５５ 前側溝
４５７ 後側溝
４５９ 後端溝

Claims (5)

  1. バッテリーモジュールであって、
    相互に積層される複数のバッテリーセルを含むバッテリーセル組立体と、
    前記バッテリーセル組立体の両側に備えられる一対のエンドプレートと、
    前記一対のエンドプレートと結合されて前記バッテリーセル組立体を覆い、前記複数のバッテリーセルが膨張するとき、前記複数のバッテリーセルの膨張方向に沿って変形するカバーフレームとを含み、
    前記複数のバッテリーセルの膨張方向は、前記バッテリーセル組立体の両側方向であり、
    前記カバーフレームには、前記複数のバッテリーセルの膨張時に前記バッテリーセル組立体の両側方向に弾性変形する弾性変形部が備えられ、
    前記弾性変形部は、所定の大きさの溝状で備えられ、複数が備えられて前記バッテリーセル組立体の長手方向に沿って所定の距離だけ離隔して配置され、
    前記複数の弾性変形部は、前記カバーフレームの両側方向における中央部が前記カバーフレームの前方又は後方に向かって凸状に突き出す形状の溝であって、前記複数のバッテリーセルの膨張時に弾性変形しながら前記カバーフレームの両側方向に沿って扁平になる溝を含む、バッテリーモジュール。
  2. 前記複数の弾性変形部は、
    前記カバーフレームの中央に形成される中央溝と、
    前記中央溝と離隔して配置され、前記カバーフレームの前端に備えられる前端溝と、
    前記前端溝と前記中央溝との間に配置され、前記カバーフレームの前後方向に沿って所定の距離だけ離隔して配置され、前記カバーフレームの前方に向かって凸状に形成される複数の前側溝と、
    前記複数の前側溝と前記中央溝を介在して対向配置され、前記カバーフレームの後方に向かって凸状に形成される複数の後側溝と、
    前記複数の後側溝と離隔して配置され、前記カバーフレームの後端に備えられる後端溝とを含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記中央溝、前記前端溝、前記複数の前側溝、前記複数の後側溝及び前記後端溝は、前記複数のバッテリーセルの膨張時に弾性変形しながら前記カバーフレームの両側方向に沿って扁平になる、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記中央溝は、前記カバーフレームの前後方向に沿って凸状に形成される、請求項２又は３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記少なくとも一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、バッテリーパック。
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