(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-06
(45)【発行日】2022-06-14
(54)【発明の名称】バッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車
(51)【国際特許分類】
H01M 50/583 20210101AFI20220607BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20220607BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20220607BHJP
H01M 50/264 20210101ALI20220607BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20220607BHJP
【FI】
H01M50/583
H01M50/204 401H
H01M50/211
H01M50/264
H01M50/249
(21)【出願番号】P 2020560152
(86)(22)【出願日】2019-12-20
(86)【国際出願番号】 KR2019018248
(87)【国際公開番号】W WO2020138870
(87)【国際公開日】2020-07-02
【審査請求日】2020-10-26
(31)【優先権主張番号】10-2018-0169946
(32)【優先日】2018-12-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ド-ヒュン・パク
(72)【発明者】
【氏名】ジュン-ミン・クァク
(72)【発明者】
【氏名】ヨン-ホ・イ
(72)【発明者】
【氏名】ジョン-ハ・ジョン
【審査官】松岡 徹
(56)【参考文献】
【文献】特表2018-515902(JP,A)
【文献】特表2014-519153(JP,A)
【文献】国際公開第2018/066797(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/20- 50/298
H01M 50/50- 50/598
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のバッテリーセルと、
前記複数のバッテリーセルを収容するためのモジュールケースと、
前記モジュールケース内に挿入され、前記複数のバッテリーセルを支持するバスバーフレーム組立体であって、前記複数のバッテリーセルの電極リードと電気的に接続される複数のバスバーを備えるバスバーフレーム組立体と、
前記複数のバスバーのうち少なくとも一対のバスバーと連結され、前記複数のバスバーの間に配置されるヒューズユニットとを含む、バッテリーモジュール
であって、
前記モジュールケースの一面には、熱伝導性樹脂を注入可能な少なくとも一つの樹脂注入孔が形成される、バッテリーモジュール。
【請求項2】
前記複数のバスバーが、前記ヒューズユニットを挟んで相互に対称に配置される、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項3】
前記ヒューズユニットが、前記バスバーフレーム組立体の前面及び後面のうち少なくとも一面の中央に備えられる、請求項1又は2に記載のバッテリーモジュール。
【請求項4】
前記ヒューズユニットが、
前記少なくとも一対のバスバーと連結される一対の連結部材と、
前記一対の連結部材の間に設けられ、所定以上の過電流が流れると溶断するヒューズ本体とを含む、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。
【請求項5】
前記ヒューズユニットが、前記一対のバスバーと前記一対の連結部材とを結合させるための一対の結合部材をさらに含む、請求項4に記載のバッテリーモジュール。
【請求項6】
前記バスバーフレーム組立体が、前記複数のバスバーを備えるフロントフレーム及びリアフレームと、前記フロントフレームと前記リアフレームとを連結するトップフレームとを含み、
前記ヒューズユニットは、前記フロントフレーム及び前記リアフレームのうち少なくとも一つに設けられる、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。
【請求項7】
前記ヒューズユニットが、前記フロントフレーム及び前記リアフレームのうち少なくとも一つの中央に配置される、請求項6に記載のバッテリーモジュール。
【請求項8】
前記フロントフレーム及び前記リアフレームが、前記トップフレームに対して回転自在にヒンジ結合される、請求項6または7に記載のバッテリーモジュール。
【請求項9】
請求項1から8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。
【請求項10】
請求項9に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車に関する。
【0002】
本出願は、2018年12月26日出願の韓国特許出願第10-2018-0169946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。
【背景技術】
【0003】
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。
【0004】
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、前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。
【0005】
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にその他の構成要素を付け加えてバッテリーパックを構成する方法が一般的である。
【0006】
一般にバッテリーモジュールには、過電圧または過電流によって引き起こるバッテリーセルの爆発などの事故を事前に防止するため、許容電流以上の電流が発生するとバッテリーモジュールの電流を遮断できるように溶断するヒューズユニットが備えられる。このような従来のヒューズユニットは、一般にバッテリーモジュールの外側に備えられる。
【0007】
しかし、ヒューズユニットの配置位置によって、バッテリーモジュールのバッテリーパックやその他の構造物などを取り付けるとき、ヒューズユニットが占める空間分の空間的損失又は空間的制約などのデッドスペースが発生する問題がある。
【0008】
そこで、ヒューズユニットを取り付けるときデッドスペースの発生を最小化できるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車を提供するための方案が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって、本発明は、ヒューズユニットを取り付けるときデッドスペースの発生を最小化できるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び該バッテリーパックを含む自動車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を解決するため、本発明は、複数のバッテリーセルと、前記複数のバッテリーセルを収容するためのモジュールケースと、前記モジュールケース内に挿入され、前記複数のバッテリーセルを支持するバスバーフレーム組立体であって、前記複数のバッテリーセルの電極リードと電気的に接続される複数のバスバーを備えるバスバーフレーム組立体と、前記複数のバスバーのうち少なくとも一対のバスバーと連結され、前記複数のバスバーの間に配置されるヒューズユニットとを含むことを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
【0011】
前記複数のバスバーは、前記ヒューズユニットを挟んで相互に対称に配置され得る。
【0012】
前記ヒューズユニットは、前記バスバーフレーム組立体の前面及び後面のうち少なくとも一面の中央に備えられ得る。
【0013】
前記ヒューズユニットは、前記少なくとも一対のバスバーと連結される一対の連結部材と、前記一対の連結部材の間に設けられ、所定以上の過電流が流れると溶断するヒューズ本体とを含み得る。
【0014】
前記ヒューズユニットは、前記一対のバスバーと前記一対の連結部材とを結合させるための一対の結合部材をさらに含み得る。
【0015】
前記バスバーフレーム組立体は、前記複数のバスバーを備えるフロントフレーム及びリアフレームと、前記フロントフレームと前記リアフレームとを連結するトップフレームとを含み、前記ヒューズユニットは、前記フロントフレーム及び前記リアフレームのうち少なくとも一つに設けられ得る。
【0016】
前記ヒューズユニットは、前記フロントフレーム及び前記リアフレームのうち少なくとも一つの中央に配置され得る。
【0017】
前記フロントフレーム及び前記リアフレームは、前記トップフレームに対して回転自在にヒンジ結合され得る。
【0018】
また、本発明は、上述した本発明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ことを特徴とするバッテリーパックを提供する。
【0019】
さらに、本発明は、上述した本発明によるバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、ヒューズユニットを取り付けるときデッドスペースの発生を最小化できるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び該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。
【0021】
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。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【
図1】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2】
図1のバッテリーモジュールの底面斜視図である。
【
図3】
図2のバッテリーモジュールの底面図である。
【
図4】
図1のバッテリーモジュールの樹脂注入工程を説明するための図である。
【
図5】
図4のバッテリーモジュールの多様な実施例による樹脂注入孔の形態を説明するための図である。
【
図6】
図4のバッテリーモジュールの多様な実施例による樹脂注入孔の形態を説明するための図である。
【
図7】
図1のバッテリーモジュールのモジュールケースを除去した様子を示した図である。
【
図8】
図7のバッテリーモジュールの分解斜視図である。
【
図9】
図7のバッテリーモジュールの前面図である。
【
図10】
図9のバッテリーモジュールの要部拡大図である。
【
図11】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。
【
図12】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。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明は、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より明らかになるであろう。ここで説明される実施形態は発明の理解を助けるための例示的なものであり、本発明はここで説明される実施形態と異なる多様な形態で変形されて実施可能であることを理解しなければならない。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通りではなく、一部構成要素の寸法を誇張して図示し得る。
【0024】
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底面斜視図であり、
図3は
図2のバッテリーモジュールの底面図であり、
図4は
図1のバッテリーモジュールの樹脂注入工程を説明するための図であり、
図5及び
図6は
図4のバッテリーモジュールの多様な実施例による樹脂注入孔の形態を説明するための図であり、
図7は
図1のバッテリーモジュールのモジュールケースを除去した様子を示した図であり、
図8は
図7のバッテリーモジュールの分解斜視図であり、
図9は
図7のバッテリーモジュールの前面図であり、
図10は
図9のバッテリーモジュールの要部拡大図である。
【0025】
図1~
図10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100、モジュールケース200、バスバーフレーム組立体300、電圧センシングユニット400及びヒューズユニット500を含むことができる。
【0026】
前記バッテリーセル100は、二次電池であって、パウチ型二次電池であり得る。前記パウチ型二次電池は、電極組立体、電解液及びパウチ外装材から構成され得る。パウチ外装材は、二つのパウチから構成され、そのうち少なくとも一つには凹状の内部空間が形成され得る。電極組立体と電解液は前記パウチ外装材の内部空間に収納され得る。二つのパウチの外周面にはシーリング部が備えられ、シーリング部同士が融着されることで、電極組立体が収容された内部空間が密閉され得る。
【0027】
前記バッテリーセル100は、複数個が備えられ得る。前記複数のバッテリーセル100は、相互電気的に接続されるように積層され得る。前記複数のバッテリーセル100は、それぞれ、従来のバッテリーセルに比べて幅に対する長さがさらに長く形成されたロングセル(long cell)である。例えば、ロングセルは幅に対する長さが略3~5倍以上であり得る。本発明による前記バッテリーモジュール10において、このようなロングセル型のバッテリーセル100を採用したことは、前記バッテリーモジュール10の高さを低く維持しながらバッテリーの容量を増加させることで、高容量のバッテリーモジュールを自動車のシート下部やトランク下部などの位置に容易に取り付けるためである。ただし、このような事項に本発明の権利範囲が制限されることはない。
【0028】
このような複数のバッテリーセル100にはそれぞれ一対の電極リード150が備えられ、前記バッテリーモジュール10の前後方向にそれぞれ突出し得る。
【0029】
前記一対の電極リード150は、バッテリーセル100の幅方向の中心部から一側に偏って位置するが、前記バッテリーモジュール10の高さ方向に沿って下部に偏って位置する。
【0030】
このように、前記一対の電極リード150がバッテリーセル100の幅方向の中心部から一側に偏って位置することは、後述するコネクタ部材420などを取り付けるための空間を提供することで前記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ためである。
【0031】
前記モジュールケース200は、前記複数のバッテリーセル100を収容し、前記バッテリーモジュール10の外観を形成し得る。そのため、前記モジュールケース200には前記バッテリーセル100を収容可能な所定大きさの空間が設けられ得る。
【0032】
このようなモジュールケース200は、四角管状で提供される。前記モジュールケース200内の空間は、バッテリーセル100と後述するバスバーフレーム組立体300が密に収容可能な程度の体積である。このようなモジュールケース200は、バッテリーモジュールの重量と体積を低減させることができる。
【0033】
前記モジュールケース200の一面には、熱伝導性樹脂Lを注入可能な少なくとも一つの樹脂注入孔210が形成される。ここで、前記モジュールケース200の一面はバッテリーセル100の底面部に対応する底面であり得る。
【0034】
具体的には、前記樹脂注入孔210は、前記モジュールケース200の底面のうち長さ方向に沿った中心領域と両端領域との間に複数個が位置する。そして、前記中心領域及び両端領域には複数のチェック孔220がさらに形成され得る。前記チェック孔220は、該当領域まで樹脂Lが注入されたか否かを確認するための用途である。例えば、前記チェック孔220で樹脂Lが確認されれば、樹脂Lの注入を中止して樹脂Lの注入量を調節することができる。
【0035】
一方、前記樹脂注入孔210及び前記チェック孔220は、
図5に示されたように、四角形の断面を有するか、または、
図6に示されたように、前記樹脂Lが前記モジュールケース200内部へより円滑に流入できるように、台形の断面を有し得る。
【0036】
前記バスバーフレーム組立体300は、前記モジュールケース200内に摺動して挿入され、前記複数のバッテリーセル100を支持することができる。
【0037】
このようなバスバーフレーム組立体300は、フロントフレーム310、リアフレーム320、トップフレーム330及び複数のバスバー350を含むことができる。
【0038】
前記フロントフレーム310及び前記リアフレーム320は、前記複数のバスバー350を備え得る。前記トップフレーム330は、前記フロントフレームと前記リアフレームとを連結し得る。
【0039】
具体的には、前記フロントフレーム310、リアフレーム320及びトップフレーム330は、それぞれバッテリーセル100の前面部、後面部、上面部に対応するサイズで該当部位を覆うことができる。
【0040】
ここで、前記フロントフレーム310及びリアフレーム320は、トップフレーム330に対して回転自在に設けられる。これは、バッテリーセル100と前記バスバーフレーム組立体300との組み立てを容易にするためである。
【0041】
そのため、前記フロントフレーム310及び前記リアフレーム320は、前記トップフレーム330に対して回転自在にヒンジ結合され得る。すなわち、前記フロントフレーム310及び前記リアフレーム320は、それぞれ、前記トップフレーム330の一端部及び他端部にヒンジ結合され得る。
【0042】
前記複数のバスバー350は、前記フロントフレーム310及び前記リアフレーム320に備えられ、前記複数のバッテリーセル100の前記電極リード150と電気的に接続され得る。
【0043】
そのため、前記複数のバスバー350は、前記複数のバッテリーセル100の前記電極リード150と溶接結合などによって相互電気的に接続され得る。
【0044】
前記電圧センシングユニット400は、前記バッテリーセル100の電圧情報などをセンシングするためのものであって、FPCB部材410、コネクタ部材420、温度センサ430及びセンシング端子440、450を含むことができる。
【0045】
前記FPCB部材410は、トップフレーム330とバッテリーセル100の上面との間で前記バッテリーセル100の長さ方向に沿って延びて配置され得る。前記FPCB部材410は、フレキシブルプリント回路基板(Flexible Printed Circuit Board)で具現され得る。
【0046】
前記コネクタ部材420は、前記FPCB部材410と電気的に接続され、前記温度センサ430及びセンシング端子440、450で得たデータなどをバッテリー管理システム(Battery Management System:BMS)に伝送することができる。
【0047】
前記温度センサ430は、前記FPCB部材410に備えられ、前記バッテリーセル100の両端付近に位置し得る。一般に、前記バッテリーセル100は電極リード150周辺の温度が最も高いため、前記温度センサ430はバッテリーセル100の両端に位置することが望ましい。
【0048】
前記センシング端子440、450は、フロントフレーム310に位置したバスバー350毎に取り付けられる第1センシング端子440、及びリアフレーム320に位置したバスバー350毎に取り付けられる第2センシング端子450を含み、それぞれのバスバー350における電圧値をセンシングすることができる。
【0049】
前記ヒューズユニット500は、前記バッテリーセル100の許容電流以上の電流が発生するとき、前記バッテリーモジュール10の電流を遮断できるように溶断するものであって、前記複数のバスバー350のうち少なくとも一対のバスバー350と連結され、前記モジュールケース200内で前記複数のバスバー350の間に配置され得る。ここで、前記複数のバスバー350は、前記バスバーフレーム組立体300の前面及び後面のうち少なくとも一面上で前記ヒューズユニット500を挟んで相互に対称に配置され得る。
【0050】
したがって、前記ヒューズユニット500は、前記バスバーフレーム組立体300の前面及び後面のうち少なくとも一面の中央に備えられ得る。すなわち、前記ヒューズユニット500は、前記フロントフレーム310及び前記リアフレーム320のうち少なくとも一つに設けられ得る。換言すれば、前記ヒューズユニット500は、前記フロントフレーム310及び前記リアフレーム320のうち少なくとも一つの中央に配置され得る。
【0051】
このようなヒューズユニット500は、連結部材510、ヒューズ本体520及び結合部材530を含むことができる。
【0052】
前記連結部材510は、一対で備えられ、前記少なくとも一対のバスバー350と連結され得る。前記ヒューズ本体520は、前記一対の連結部材510の間に設けられ、許容電流以上の所定の過電流が流れると溶断することで、前記バッテリーモジュール10の爆発などを防止できるように前記バッテリーモジュール10の電流を物理的に遮断することができる。前記結合部材530は、一対で備えられ、前記一対のバスバー350と前記一対の連結部材510とを結合させることができる。
【0053】
このように本実施形態においては、前記ヒューズユニット500が、前記バッテリーモジュール10の外部ではなく、前記バッテリーモジュール10内部の前記バスバーフレーム組立体300のバスバー350の間に配置されるため、バッテリーモジュール10外部の前記モジュールケース200の外部で空間を占める問題を根本的に解決することができる。
【0054】
これによって、本実施形態では、前記バッテリーモジュール10が後述するバッテリーパック1又はその他の構造物などに取り付けられるとき、前記ヒューズユニット500が占める空間のため引き起こされ得る空間的損失や空間的制約などが生じない。
【0055】
したがって、本実施形態による前記バッテリーモジュール10は、前記ヒューズユニット500を取り付けるとき、デッドスペースの発生を最小化することができる。
【0056】
図11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12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。
【0057】
図11及び
図12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及び前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。
【0058】
このようなバッテリーパック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、前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、及びその他のバッテリーパック1を燃料源として利用可能なその他の方式で自動車Vに備えられ得る。
【0059】
もちろん、前記バッテリーパック1は、前記自動車の外にも、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機具及び設備などにも備えられ得る。
【0060】
このように、本実施形態による前記バッテリーパック1及び前記自動車Vのような前記バッテリーパック1を備える装置や機具及び設備は、上述した前記バッテリーモジュール10を含むことで、上述したバッテリーモジュール10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などの装置や機具及び設備などを具現することができる。
【0061】
以上のような多様な実施形態によって、前記ヒューズユニット500を取り付けるとき、デッドスペースの発生を最小化できる前記バッテリーモジュール10、このようなバッテリーモジュール10を含む前記バッテリーパック1、及びこのようなバッテリーパック1を含む前記自動車Vを提供することができる。
【0062】
以上のように、本発明の望ましい実施形態を図示して説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱せずに本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に変形実施可能であり、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。
【符号の説明】
【0063】
1 バッテリーパック
10 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
150 電極リード
200 モジュールケース
210 樹脂注入孔
220 チェック孔
300 バスバーフレーム組立体
310 フロントフレーム
320 リアフレーム
330 トップフレーム
350 バスバー
400 電圧センシングユニット
410 FPCB部材
420 コネクタ部材
430 温度センサ
440 第1センシング端子
450 第2センシング端子