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特許7459260取外し可能なヒューズアセンブリーを備えるバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック
(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】2024-03-22
(45)【発行日】2024-04-01
(54)【発明の名称】取外し可能なヒューズアセンブリーを備えるバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック
(51)【国際特許分類】
H01M 50/583 20210101AFI20240325BHJP
H01M 50/296 20210101ALI20240325BHJP
H01M 50/50 20210101ALI20240325BHJP
H01M 50/211 20210101ALN20240325BHJP
【ＦＩ】
H01M50/583
H01M50/296
H01M50/50 101
H01M50/211
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022543002
(86)(22)【出願日】2021-07-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-14
(86)【国際出願番号】 KR2021009451
(87)【国際公開番号】W WO2022039394
(87)【国際公開日】2022-02-24
【審査請求日】2022-07-13
(31)【優先権主張番号】10-2020-0105314
(32)【優先日】2020-08-21
(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
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ヒュン－ジュン・アン
(72)【発明者】
【氏名】ス－チャン・キム
【審査官】上野 文城
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１６６４３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１５４３０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１９９５５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－０４７１７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１０７７２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５０９７４４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ５０／５８３
Ｈ０１Ｍ ５０／２９６
Ｈ０１Ｍ ５０／５０
Ｈ０１Ｍ ５０／２１１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、
前記モジュールケースの外側に設けられる電極ターミナルと、
前記モジュールケースの外側に着脱可能に設けられたヒューズアセンブリーであって、一端が前記電極ターミナルに接続し、他端が外部ケーブルに接続し、過電流の発生時に切れるように構成されたバスバーと、前記バスバーを収容するヒューズケースと、を備えるヒューズアセンブリーと、を含み、
前記ヒューズケースは、前記バスバーの外郭を囲む壁体部を備え、上部と下部が開放された箱状で設けられたケース本体を含み、
前記ケース本体は、
前記壁体部の下端から折り曲げられて延び、前記バスバーの外周縁の下面を支持する少なくとも一つの下部支持体と、
前記バスバーの上面に接触するように前記壁体部の内側面から突出して形成される少なくとも一つの上部支持体と、を含む
バッテリーモジュール。
【請求項2】
前記電極ターミナルは、ボルトまたはナット形状であり、前記バスバーは、
前記電極ターミナルに締結されるモジュール組立部と、
前記外部ケーブルに締結されるケーブル組立部と、
前記モジュール組立部と前記ケーブル組立部との間に延びて形成され、過電流が流れると、溶断されるように設けられたブリッジ部と、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。
【請求項3】
前記ブリッジ部は、前記モジュール組立部と前記ケーブル組立部よりも狭い幅を有することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項4】
前記ブリッジ部が、少なくとも一つの切欠を備えることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
【請求項5】
前記ヒューズケースは、前記ケース本体の上部を覆うケースカバーをさらに含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項6】
前記上部支持体は、前記ケース本体の内側方向に向かって傾いた斜面を備え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。
【請求項7】
複数個のバッテリーセルと、
前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、
前記モジュールケースの外側に設けられる電極ターミナルと、
前記モジュールケースの外側に着脱可能に設けられたヒューズアセンブリーであって、一端が前記電極ターミナルに接続し、他端が外部ケーブルに接続し、過電流の発生時に切れるように構成されたバスバーと、前記バスバーを収容するヒューズケースと、を備えるヒューズアセンブリーと、を含み、
前記バスバーは、
前記電極ターミナルに締結されるモジュール組立部と、
前記外部ケーブルに締結されるケーブル組立部と、
前記モジュール組立部と前記ケーブル組立部との間に延びて形成され、過電流が流れると、溶断されるように設けられたブリッジ部と、を含み、
前記ヒューズケースは、前記バスバーの外郭を囲む壁体部を備え、上部と下部が開放された箱状で設けられたケース本体を含み、
前記ケース本体は、前記ブリッジ部の下部から前記ブリッジ部の一領域を覆う補強板を含む
バッテリーモジュール。
【請求項8】
複数個のバッテリーセルと、
前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、
前記モジュールケースの外側に設けられる電極ターミナルと、
前記モジュールケースの外側に着脱可能に設けられたヒューズアセンブリーであって、一端が前記電極ターミナルに接続し、他端が外部ケーブルに接続し、過電流の発生時に切れるように構成されたバスバーと、前記バスバーを収容するヒューズケースと、を備えるヒューズアセンブリーと、を含み、
前記ヒューズケースは、前記バスバーの外郭を囲む壁体部を備え、上部と下部が開放された箱状で設けられたケース本体を含み、
前記ケース本体は、前記壁体部の内面から内側方向へＬ字状で突出した載置台を含み、
前記バスバーは、前記載置台の上に接触して配置されるように折り曲げられた折曲ピンをさらに含む
バッテリーモジュール。
【請求項9】
複数個のバッテリーセルと、
前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、
前記モジュールケースの外側に設けられる電極ターミナルと、
前記モジュールケースの外側に着脱可能に設けられたヒューズアセンブリーであって、一端が前記電極ターミナルに接続し、他端が外部ケーブルに接続し、過電流の発生時に切れるように構成されたバスバーと、前記バスバーを収容するヒューズケースと、を備えるヒューズアセンブリーと、を含み、
前記バスバーは、
前記電極ターミナルに締結されるモジュール組立部と、
前記外部ケーブルに締結されるケーブル組立部と、
前記モジュール組立部と前記ケーブル組立部との間に延びて形成され、過電流が流れると、溶断されるように設けられたブリッジ部と、を含み、
前記ヒューズケースは、
前記バスバーの外郭を囲む壁体部を備え、上部と下部が開放された箱状で設けられたケース本体と、
前記ケース本体の上部を覆うケースカバーと、を含み、
前記ケースカバーは、
前記モジュール組立部の上部を覆う第１カバーと、
前記第１カバーと独立的に前記ケーブル組立部の上部を覆う第２カバーと、を含む
バッテリーモジュール。
【請求項10】
前記第１カバーまたは前記第２カバーが、前記ケース本体の内部空間に垂直に挿入配置される遮断板を備え、前記遮断板によって、前記モジュール組立部と前記ケーブル組立部が相互に隔離される
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。
【請求項11】
前記ケース本体が、前記壁体部の一側から外側方向へ突出して形成され、内部にインサートナットを備えるダミーブロックをさらに含み、前記第１カバーが、前記ダミーブロックの上に配置され、前記インサートナットと上下に位置合わせられたブッシングを備えるダミーカバーを含む
ことを特徴とする、請求項９または１０に記載のバッテリーモジュール。
【請求項12】
前記壁体部は、前記ダミーブロックが位置する領域であって、他の領域よりも厚い厚さに形成された強度補強壁領域を備え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。
【請求項13】
前記強度補強壁領域は、外側壁体領域と、内側壁体領域と、前記外側壁体領域及び前記内側壁体領域に連結される複数個のリブと、を含む
ことを特徴とする、請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項14】
請求項１から１３の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。
【請求項15】
バッテリーモジュールのモジュールケースの外側に着脱可能なヒューズアセンブリーであって、一端が前記バッテリーモジュールの電極ターミナルに接続し、他端が外部ケーブルに接続し、過電流の発生時に切れるように構成されたバスバーと、前記バスバーを収容するヒューズケースと、
を備え、
前記バスバーが切欠を備え、
前記ヒューズケースが、前記バスバーを囲む壁体部を備え、上部と下部が開放された箱状で設けられたケース本体と、前記ケース本体の上部を覆うケースカバーと、を含み、
前記ケース本体は、
前記壁体部の下端から折り曲げられて延び、前記バスバーの外周縁の下面を支持する少なくとも一つの下部支持体と、
前記バスバーの上面に接触するように前記壁体部の内側面から突出して形成される少なくとも一つの上部支持体と、を含む
ヒューズアセンブリー。
【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に関し、より具体的には、外部短絡時におけるバッテリーモジュール内部の火炎の発生を防止するための取外し可能なヒューズアセンブリーを備えるバッテリーモジュールに関する。
【0002】
本出願は、２０２０年８月２１日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１０５３１４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、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【0003】
電気エネルギーを化学エネルギーの形態に転換し、充放電の反復が可能な半永久的な電池を、使い捨ての一次電池と区分して二次電池と指称する。
【0004】
二次電池には、リチウム二次電池、ニッケルカドミウム（Ｎｉ－Ｃｄ）電池、鉛蓄電池、ニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）電池、空気亜鉛電池、アルカリマンガン電池などが存在する。これらのうち鉛蓄電池とリチウム二次電池が最も活発に商用化された二次電池であるといえる。
【0005】
特に、リチウム二次電池は、エネルギー貯蔵密度が高くて軽量化と小型化が可能であり、優秀な安全性、低い放電率、長い寿命のような長所から、最近、電気車のバッテリーとしての活用が活発である。参考までに、リチウム二次電池は、製造形態によって通常的に、円筒型、角形、パウチ型に分けられ、使用用途においても、電気車バッテリーの外にもＥＳＳバッテリー、その他の電気装置などに用いられている。
【0006】
現在、一つのリチウム二次電池（セル）では電気車を駆動できるほどの十分な出力が得られない。電気車のエネルギー源に二次電池を適用するためには、複数個のリチウムイオン電池セルを直列及び／または並列で接続してバッテリーモジュールを構成し、通常、直列でバッテリーモジュールを接続し、これを機能的に維持させるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システム、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）、電気配線ケーブルなどを含むバッテリーパックを構成する。
【0007】
一方、バッテリーモジュールは、外部ケーブルの短絡などによって過電流が発生すると、内部における発火の可能性がある。バッテリーセル単位で外部短絡テストをすると、内部電極の発熱と電解液の気化によってバッテリーセルの内部にガスが発生することによって内部圧力の増加とセルリード部の発熱によるパウチシーリング部が開放され、ガスが外部へ排出される。この際、排出ガスがバッテリーセルのセルリードで起こるスパークと接触して火炎が増幅する。
【0008】
このような外部短絡による過電流の発生からバッテリーモジュールを保護するために、通常、バッテリーモジュールは内部にヒューズを含んでいる。ヒューズは、過電流が流れる場合、溶断されて電流の流れを遮断してバッテリーセルのガス排出やスパークの発生を防止する。しかし、過電流が流れて前記ヒューズが溶断されるとき、瞬間的にスパークまたは火炎が伴われ、従来技術によるバッテリーモジュールは、このようにヒューズを内蔵していることから依然として火事に対する安全性の恐れが存在する。
【0009】
また、バッテリーモジュールなどのような貨物の運送のための国際安全認証テストは、バッテリーモジュールの外部短絡時、火炎が１秒以上発生すると、基準要件未達と判定するテスト項目がある。したがって、前記国際安全認証テストのうち外部短絡テストが通過可能なヒューズを適用したバッテリーモジュールが求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュールの外部短絡時にバッテリーモジュール内部の火炎の発生可能性が除去可能なバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、バッテリーモジュールの運送のための国際認証テストのうち外部短絡テスト基準を満たすバッテリーモジュールを提供することを他の目的とする。
【0012】
但し、本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の課題に制限されず、言及していないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者にとって明確に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一面によるバッテリーモジュールは、複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、前記モジュールケースの外側に設けられる電極ターミナルと、前記モジュールケースの外側に着脱可能に設けられたヒューズアセンブリーであって、一端が前記電極ターミナルに接続し、他端が外部ケーブルに接続し、過電流の発生時に切れるように構成されたバスバー及び前記バスバーを収容するヒューズケースを備えるヒューズアセンブリーと、を含み得る。
【0014】
前記電極ターミナルは、ボルトまたはナット形状であり、前記バスバーは、前記電極ターミナルに締結されるモジュール組立部と、前記外部ケーブルに締結されるケーブル組立部と、前記モジュール組立部と前記ケーブル組立部との間に延びて形成され、過電流が流れると、溶断されるように設けられたブリッジ部と、を含み得る。
【0015】
前記ブリッジ部は、前記モジュール組立部と前記ケーブル組立部よりも狭い幅を有するように設けられ得る。
【0016】
前記ブリッジ部は、少なくとも一つの切欠を備え得る。
【0017】
前記ヒューズケースは、前記バスバーの外郭を囲む壁体部と、開放された上部と下部を有する箱状で設けられたケース本体と、前記ケース本体の上部を覆うケースカバーと、を含み得る。
【0018】
前記ケース本体は、前記壁体部の下端から折り曲げられて延び、前記バスバーの外周縁の下面を支持する少なくとも一つの下部支持体と、前記バスバーの上面に接触するように前記壁体部の内側面から突出して形成される少なくとも一つの上部支持体と、を含み得る。
【0019】
前記上部支持体は、前記ケース本体の内側方向に向かって傾いた斜面を備え得る。
【0020】
前記ケース本体は、前記ブリッジ部の下部から前記ブリッジ部の一領域を覆う補強板を含み得る。
【0021】
前記ケース本体は、前記壁体部の内面から内側方向へＬ字状で突出した載置台を含み、前記バスバーは、前記載置台の上に接触して配置されるように折り曲げられた折曲ピンをさらに含み得る。
【0022】
前記ケースカバーは、前記モジュール組立部の上部を覆う第１カバーと、前記第１カバーと独立的に前記ケーブル組立部の上部を覆う第２カバーと、を含み得る。
【0023】
前記第１カバーまたは前記第２カバーは、前記ケース本体の内部空間に垂直に挿入配置される遮断板を備え、前記遮断板によって前記モジュール組立部と前記ケーブル組立部が相互に隔離され得る。
【0024】
前記ケース本体は、前記壁体部の一側から外側方向へ突出して形成され、内部にインサートナットを備えるダミーブロックをさらに含み、前記第１カバーが、前記ダミーブロックの上に配置され、前記インサートナットと上下に位置合わせられたブッシングを備えるダミーカバーを含み得る。
【0025】
前記壁体部は、前記ダミーブロックが位置する領域であって、他の領域よりも厚い厚さに形成された強度補強壁領域を備え得る。
【0026】
前記強度補強壁領域は、外側壁体領域と、内側壁体領域と、前記外側壁体領域及び内側壁体領域に連結される複数個のリブと、を含み得る。
【0027】
なお、本発明のさらに他の様態によると、前述したバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提供され得る。
【0028】
本発明のさらに他の様態によると、前述したようにモジュールケースの外側に着脱可能であり、過電流の発生時に切れるように構成されたバスバーと、前記バスバーを安全に収容し、堅固な構造からなるヒューズケースと、を備えるヒューズアセンブリーが提供される。
【発明の効果】
【0029】
本発明の一面によると、ヒューズアセンブリーをバッテリーモジュールの外側に位置させることで、外部短絡時に過電流によるヒューズの短絡によって発生するスパークがバッテリーモジュールの外部で発生するようにすることで、バッテリーモジュール内部の発火危険を除去することができる。
【0030】
また、本発明の他面によると、振動、衝撃などの外力にも構造が変形または破損せず、誰でも容易かつ便利にハンドリング可能なヒューズアセンブリーが提供できる。
【0031】
また、前記ヒューズアセンブリーは、最大限の物理的外力には強いながらも、過電流によるスパークまたは火炎の持続時間が１秒未満になるように特定の寸法の切欠を採用したバスバーを含んでいることから、国際認証テストのうち外部短絡テストの通過条件を満たす。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した斜視図である。
【図5】本発明の一実施例によるケース本体の平面図である。
【図6】本発明の一実施例によるヒューズアセンブリーを反転して見た斜視図である。
【図9】本発明の一実施例によるヒューズアセンブリーの装着例を示す図である。
【図10】本発明の一実施例によるヒューズアセンブリーの装着例を示す図である。
【図11】本発明の一実施例によるヒューズアセンブリーの装着例を示す図である。
【図12】本発明の一実施例によるヒューズアセンブリーの装着例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
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。
【0034】
本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、図面における構成要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさや割合は、実際の大きさや割合を完全に反映することではない。
【0035】
【0036】
これら図に示したように、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、複数個のバッテリーセル（図示せず）及び前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケース１００と、前記モジュールケース１００の外側に配置されるヒューズアセンブリー３００と、を含む。
【0037】
本発明によるバッテリーモジュール１０のバッテリーセルは、パウチ型バッテリーセル、円筒型バッテリーセル、角形バッテリーセルなど、如何なる類型のバッテリーセルでも差し支えない。自動車用バッテリーモジュール１０の場合、積層が容易であり、エネルギー密度の高いパウチ型バッテリーセルを使用することが望ましい。
【0038】
前記パウチ型バッテリーセルは、電極組立体、電解液及びこれらを密封して収納するためのパウチ外装材から構成される。
【0039】
電極組立体は、正極板、分離膜、負極板の順のスタック構造から構成され、正極板及び負極板には、電極タブが備えられ、前記電極タブは、電極リードと接続される。前記電極リードは、パウチ外装材の内部から外部へ延びて配置されることでバッテリーセルの電極端子として機能する。
【0040】
パウチ外装材は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などを向上させるために、金属薄膜、例えば、アルミニウム薄膜が含まれた形態で構成され得る。前記アルミニウム薄膜は、電気絶縁性の確保のために、絶縁物質から形成された絶縁層と内部接着層との間に介在され得る。
【0041】
前記パウチ型バッテリーセルは、予め決定されたバッテリーモジュール１０の出力と容量によって直列及び／または並列で接続され得る。例えば、パウチ型バッテリーセルを一方向に積層した状態で二つ以上のバッテリーセルの正極リードと他の二つ以上のバッテリーセルの負極リードとを一つの金属バーに一体で溶接する方式で前記４個のバッテリーセルを直列と並列で接続し得る。バッテリーモジュール１０を構成するバッテリーセルは、前記のようなパターンが繰り返されることで全体が直列及び／または並列で接続され得る。
【0042】
前記バッテリーセルは、積層体をなした状態でモジュールケース１００の内部に収容され得る。モジュールケース１００は、前記バッテリーセルを外部衝撃から保護するように機械的剛性の高い材料から製作され得る。前記バッテリーセルの電圧や温度センシングのためのセンシングケーブル、電気的接続の媒介手段として使用される金属バー、前記バッテリーセルの剛性補強のための支持フレーム及び温度管理のための冷却部品などがモジュールケース１００に共に収納され得る。
【0043】
前記モジュールケース１００の外側面には、バッテリーセルの状態を診断、推定、管理するためのＢＭＳ、電力制御のためのリレー、電流センサーなどで構成された制御部品がさらに配設され得る。
【0044】
バッテリーモジュール１０の正極ターミナル及び負極ターミナルは、モジュールケース１００の外側面に露出するように設けられ得る。
【0045】
本実施例のバッテリーモジュール１０の電極ターミナル２００は、正極ターミナル及び負極ターミナルを含み、モジュールケース１００の上部にボルト（またはナット）形状で突出するように構成され得る。
【0046】
一方、本発明の一実施例によるヒューズアセンブリー３００は、前記モジュールケース１００の外側に着脱可能に構成される。
【0047】
詳しくは後述するが、本実施例のヒューズアセンブリー３００は、モジュールケース１００の外側で前記電極ターミナル２００へ組立て及び固定可能に構成されている。したがって、外部短絡によって過電流が発生したとき、ヒューズアセンブリー３００の短絡でスパークが発生してもバッテリーモジュール１０の内部に影響を及ぼさないことで、バッテリーモジュール１０の内部発火の危険を除去することができる。
【0048】
また、従来のヒューズがモジュールケース１００の内部に存在するバッテリーモジュール１０の場合、過電流によってヒューズが溶断される場合、当該ヒューズを交替するためには、バッテリーモジュール１０を分解してヒューズ配線系統を全て交替しなければならないなど、作業が容易ではなかった。しかし、本発明によるバッテリーモジュール１０は、ヒューズアセンブリー３００において、溶断されたバスバー３１０のみを新品に交替するだけでよいので、メインテナンスが非常に容易である。
【0049】
以下、ヒューズアセンブリー３００について詳しく説明する。
【0050】
図３を参照すると、ヒューズアセンブリー３００は、切欠３１４が適用されていることから、過電流が流れる場合に溶断されるバスバー３１０と、前記バスバー３１０を保護するためのヒューズケース３２０と、を含む。
【0051】
前記バスバー３１０は、金属材料（例えば、銅（Ｃｕ））から形成されたプレート状で設けられ、両端部にホールＨを備えて、一端部は電極ターミナル２００にボルト／ナット締結し、他端部は外部ケーブル２０のリングターミナル（図示せず）にボルト／ナット締結されるように設けられ得る。
【0052】
より具体的には、本発明によるバスバー３１０は、電極ターミナル２００側に締結されるモジュール組立部３１１と、外部ケーブル２０側に締結されるケーブル組立部３１２と、前記モジュール組立部３１１と前記ケーブル組立部３１２との間に延びているブリッジ部３１３と、で構成され得る。
【0053】
前記モジュール組立部３１１は、後述するヒューズケース３２０の幅に対応する幅を有し、中央にホールＨを備える。前記ホールＨは、ボルト形状で提供される電極ターミナル２００が十分に挿入されるサイズで設けられ得る。
【0054】
また、本実施例のモジュール組立部３１１は、折曲ピン３１１ａをさらに備える。前記折曲ピン３１１ａは、ほぼ逆「Ｌ」字状に折れた部分であって、後述するヒューズケース３２０の載置台３３４に載置され得る。例えば、ヒューズケース３２０にバスバー３１０を組み立てるに際し、バスバー３１０の折曲ピン３１１ａがヒューズケース３２０の載置台３３４に置かれるようにバスバー３１０の位置を設定すれば簡単であり、図示したように、載置台３３４に折曲ピン３１１ａが載置されると、モジュール組立部３１１がヒューズケース３２０内で前後左右及び上下方向へ動かないように拘束できる。
【0055】
ケーブル組立部３１２は、モジュール組立部３１１と類似な形態であって、前記ケーブル組立部３１２が装着されるヒューズケース３２０部分の左右幅に対応する幅を有し、中央にホールを備える。図示していないが、外部ケーブル２０の端部は、リングターミナル形態で提供され得る。前記リングターミナルのホールと前記ケーブル組立部３１２のホールとを一致させ、前記ホールにボルトを挿入してナットを締めて固定する。参考までに、前記外部ケーブル２０は、インタバスバー（図示せず）に代替され得る。ここで、前記インターバスバーは、当業界で二つのバッテリーモジュール１０を直列で接続する場合に主に使用する金属プレート形態で提供される部品を指す。
【0056】
ブリッジ部３１３は、過電流が流れる場合に溶断される部分であって、前記モジュール組立部３１１と前記ケーブル組立部３１２より相対的に狭い幅を有する。
【0057】
また、前記ブリッジ部３１３は、少なくとも一つの切欠３１４を備える。例えば、図４に示したように、前記切欠３１４は、ブリッジ部３１３をさらに細く形成した部分であって、長さＤ１に対して幅Ｄ２が狭く構成されており、外部短絡時にスパークが起こって溶断され得る。
【0058】
一方、前記切欠３１４の寸法は、外力（振動、衝撃）に対して一定の水準以上の剛性を示し、外部短絡時、スパークまたは火炎によってもヒューズケース３２０の割れまたは破裂がほぼ起こらない範囲で選択することが望ましい。
【0059】
ヒューズケース３２０は、バスバー３１０を保護するための構成であって、ケース本体３３０と、ケースカバー３４０と、を含む。
【0060】
ケース本体３３０は、バスバー３１０の外郭を囲む壁体をなす壁体部３３１を備え、開放された上部と下部を有する箱状で設けられ得る。前記壁体部３３１は、ほぼバスバー３１０の外周縁に沿って閉ループ形態をなすように構成され、ケース本体３３０の下部は、電極ターミナル２００や外部ケーブル２０との接続のために開放型で構成され、ケース本体３３０の上部は開放型で構成されるが、前記ケースカバー３４０によって開閉され得る。
【0061】
ケース本体３３０は、バスバー３１０の固定性の確保及び組立ての便宜性の向上のための構成であって、下部支持体３３２と、上部支持体３３３と、載置台３３４と、を含む。
【0062】
図５～図７を参照すると、前記下部支持体３３２は、壁体部３３１の下端から内側方向へ折り曲げられて延びた部分である。前記下部支持体３３２は、ケース本体３３０の周方向に沿って複数個が備えられ得る。このような下部支持体３３２によってバスバー３１０の下面の外周縁が支持され、バスバー３１０がケース本体３３０の下方へ抜けない。
【0063】
前記上部支持体３３３は、壁体部３３１の内側面から内側方向へ突出し、その下面が前記バスバー３１０の上面を押すように前記バスバー３１０の上面を支持する。上部支持体３３３は、図７のように、ケース本体３３０の内側方向に向かって傾いた斜面３３３ａをさらに備える。このような上部支持体３３３は、ケース本体３３０の周方向に沿って前記下部支持体３３２と交互に複数個が備えられ得る。
【0064】
例えば、上部支持体３３３の斜面３３３ａにバスバー３１０の周縁をかけた状態で力を加えて押すと、バスバー３１０が前記斜面３３３ａに沿って下降しながらケース本体３３０の幅が若干開かれて下部支持体３３２の上面に装着され、それからケース本体の幅が原状回復することで上部支持体３３３の下面がバスバーの周縁部の上に位置し得る。これによって、バスバー３１０は、その周縁部が下部支持体３３２と上部支持体３３３との間に堅固に挟まれ、ケース本体３３０内で動かないように固定される。
【0065】
載置台３３４は、壁体部３３１の内側面から内側方向へほぼ「Ｌ」字状で突出した部分であって、前述した逆「Ｌ」字状のモジュール組立部３１１の折曲ピン３１１ａが載置される場所である。載置台３３４において水平部分３３４ａは、折曲ピン３１１ａの下部を支持する部分であり、垂直部分３３４ｂは折曲ピン３１１ａが載置台３３４に載置された後に水平方向へ動かないように阻止するストッパーの機能をする部分と言える。
【0066】
本実施例は、モジュール組立部３１１の折曲ピン３１１ａをほぼ逆「Ｌ」字状に曲げた形態で具現したが、「Ｔ」、「Ｓ」字状など、前記載置台の上に接触配置可能に曲げられた形態なら、如何なる形態であってもよい。
【0067】
載置台３３４は、ケース本体３３０の幅方向へ一つずつ二つが備えられ、前記載置台３３４に対応するようにモジュール組立部３１１にも折曲ピン３１１ａが二つが備えられ得る。
【0068】
このような構成によると、前記二つの載置台３３４と二つの折曲ピン３１１ａが相互に位置合わせられたようにバスバー３１０をケース本体３３０の中に挿入すると、バスバー３１０がケース本体３３０に対して正位置に整列されるため、バスバー３１０の誤組付の恐れがない。
【0069】
【0070】
前記補強板３３５は、バスバー３１０で剛性が最も弱いブリッジ部３１３を外部衝撃から保護するための部分である。補強板３３５は、剛性が最も弱い切欠３１４領域が外部に露出しないように、前記切欠３１４に対応するケース本体３３０の下部を覆うように構成され得る。
【0071】
また、前記ケース本体３３０において、壁体部３３１は、強度補強壁領域３３１＿Ａをさらに備える。
【0072】
前記強度補強壁領域３３１＿Ａは、後述するダミーブロック３３６が位置する領域であり、他の領域よりも厚さが厚く形成された部分であって、ケース本体３３０に加えられる衝撃を吸収できる。
【0073】
後述するが、本実施例のケース本体３３０がケースカバー３４０にカバーされるとき、前記ダミーブロック３３６にボルトが締結される。この際、前記強度補強壁領域３３１＿Ａがボルトの締付け力を吸収することで、ケース本体３３０が破損しないようにし得る。
【0074】
具体的には、図８を参照して本実施例による強度補強壁領域３３１＿Ａを見れば、前記強度補強壁領域３３１＿Ａは、外側壁体領域Ｗ１と、内側壁体領域Ｗ２と、前記外側壁体領域Ｗ１及び内側壁体領域Ｗ２に接続する複数個のリブＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４．．．を含んで構成され得る。
【0075】
前記強度補強壁領域３３１＿Ａは、外側壁体領域Ｗ１と内側壁体領域Ｗ２との間に肉抜きＯ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４…Ｏ１０を適用して、厚さに比べて重量が重くならないようにし、複数個のリブＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…を適用して、外側壁体領域Ｗ１及び内側壁体領域Ｗ２に加えられる衝撃が分散するようにした。
【0076】
したがって、このような本発明の構成によると、外部衝撃や振動またはボルトの締結時、締付け力に対してケース本体３３０の剛性が充分に維持される。
【0077】
一方、本発明の一実施例によるケースカバー３４０は、モジュール組立部３１１の上部とケーブル組立部３１２の上部を独立的に開閉可能に二つから構成される。言い換えれば、前記ケースカバー３４０は、モジュール組立部３１１の上部及びケーブル組立部３１２の上部を各々独立的に覆う第１カバー３４１及び第２カバー３４２を含む。
【0078】
前記第１カバー３４１または前記第２カバー３４２は、前記ケース本体３３０の内部空間に垂直に挿入配置される遮断板３４３を備え得る。
【0079】
本実施例の場合、第１カバー３４１に遮断板３４３が備えられている。このような第１カバー３４１でケース本体３３０の上部を覆うと、前記遮断板３４３によってモジュール組立部３１１とケーブル組立部３１２が相互に隔離できる。
【0080】
このような本発明のケースカバー３４０の構成によると、外部ケーブル２０のケーブル組立部３１２への締結時、第１カバー３４１は閉めて第２カバー３４２は開けてバスバー３１０のケーブル組立部３１２のみを上下に露出させた状態で工具を使用してボルト／ナット作業が可能であるので、外部ケーブル２０の設置作業の安全性と誤組立の防止に効果的である。
【0081】
また、図７をさらに参照すると、前記第２カバー３４２は、ケース本体３３０にフック３４２ａ締結構造で開閉しやすく構成され、前記第１カバー３４１は、ケース本体３３０にボルト／ナット締結構造によって第２カバー３４２に比べてケース本体３３０にさらに堅固に開閉可能に構成される。これは、バッテリーモジュール１０の電極ターミナル２００に接続されるモジュール組立部３１１は、一度締結すると、特別なことがない限り分離することがないため、当該部分の保護を堅固にすることが望ましいが、相対的に外部ケーブル２０とケーブル組立部３１２は、接続及び分離の頻度が多いということを考慮したのである。
【0082】
具体的には、前記第１カバー３４１とケース本体３３０の開閉構造を見れば、前記ケース本体３３０は、壁体部３３１の一側から外側方向へ突出したダミーブロック３３６をさらに備えて、前記第１カバー３４１は、閉めたときに前記ダミーブロック３３６の上に配置されるダミーカバー３４４を備える。
【0083】
前記ダミーブロック３３６は、インサート射出成形で金属素材のインサートナット３３６ａを備え、前記ダミーカバー３４４は、ボルトが挿入される通孔及び前記通孔に介在される金属素材のブッシング３４５を備える。第１カバー３４１でケース本体３３０の上部を覆うと、前記ダミーブロック３３６は前記ダミーカバー３４４によって覆われ、この際、インサートナット３３６ａとブッシング３４５が上下に位置合わせられた。この状態でボルトをブッシング３４５に入れて回してインサートナット３３６ａに締結する。このような第１カバー３４１は、ボルトとナットを使用して複数回組立て／分解しても破損の恐れがほとんどなく、ケースカバー３４０に取り付けられ得る。
【0084】
【0085】
【0086】
先ず、図９に示したように、切欠３１４を備えたバスバー３１０をヒューズケース３２０に収納する。前述したようにモジュール組立部３１１の折曲ピン３１１ａがケース本体３３０の載置台３３４に載置されるようにバスバー３１０の位置と方向を設定してケース本体３３０の中に挟み込む。この際、バスバー３１０に下面は、ケース本体３３０内の下部支持体３３２によって支持され、バスバー３１０の上面は、ケース本体３３０内の上部支持体３３３によって支持され、バスバー３１０が動かないように拘束される。
【0087】
その後、図１０に示したように、第２カバー３４２のフック３４２ａをケース本体３３０の外側面の係止突起３３１ａにスナップ式で締結してケーブル組立部３１２の上部を遮蔽する。
【0088】
その後、図１１に示したように、ヒューズアセンブリー３００をモジュールケース１００の電極ターミナル２００に組み立てる。ケース本体３３０の開放された下部を通してモジュール組立部３１１の孔にボルト型の電極ターミナル２００を挿入してモジュールナットＮ１で締めてバスバー３１０を固定する。
【0089】
最後に、図１２に示したように、第１カバー３４１でモジュール組立部３１１の上部を覆い、ダミーカバー３４４とダミーブロック３６６にケース用ボルトＢ１を締結して第１カバー３４１が開けられないようにする。参考までに、前記ヒューズアセンブリー３００の分離は、上述した組立て順序の逆順に行う。
【0090】
以上、説明したように、本発明によるバッテリーモジュール１０の構成と作用によると、ヒューズアセンブリー３００がバッテリーモジュール１０の外側に位置していることで、外部短絡時に過電流によるバッテリーモジュール１０の内部の発火危険を大幅に低下させることができる。
【0091】
また、前記ヒューズアセンブリー３００は、最大限に物理的外力には強いながらも過電流によるスパークまたは火炎の持続時間が１秒未満になるようにする切欠３１４を適用したバスバー３１０を含むことで、国際認証テストのうち外部短絡テストの通過条件を満たす。
【0092】
一方、前記のように安全性の検証を通過したバッテリーモジュール１０は、前記ヒューズアセンブリー３００を取り付けた状態で国際運送可能であり、以後、必要な時に、前記ヒューズアセンブリー３００を電極ターミナル２００から取り外して単独で使用するか、または他のバッテリーモジュールに接続してバッテリーパックを構成するのに使用できる。勿論、前記ヒューズアセンブリーを取り外すことなく前記ヒューズアセンブリーを取り付けたままバッテリーモジュールを活用することも可能である。
【0093】
本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを一つ以上含み得る。また、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュールに加え、バッテリーモジュールを収納するためのパックケース、各バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種装置、例えば、マスターＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
【0094】
本発明によるバッテリーモジュールは、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可能である。即ち、前記自動車は、本発明によるバッテリーモジュールを含み得る。
【0095】
以上、本発明を限定された実施例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。
【0096】
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、このような用語は相対的な位置を示し、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。
【符号の説明】
【0097】
１０ バッテリーモジュール
２０ 外部ケーブル
１００ モジュールケース
２００ 電極ターミナル
３００ ヒューズアセンブリー
３１０ バスバー
３１１ モジュール組立部
３１１ａ 折曲ピン
３１２ ケーブル組立部
３１３ ブリッジ部
３１４ 切欠
３２０ ヒューズケース
３３０ ケース本体
３３１ 壁体部
３３１＿Ａ 強度補強壁領域
３３２ 下部支持体
３３３ 上部支持体
３３３ａ 斜面
３３４ 載置台
３３５ 補強板
３３６ ダミーブロック
３３６ａ インサートナット
３４０ ケースカバー
３４１ 第１カバー
３４２ 第２カバー
３４３ 遮断板
３４４ ダミーカバー
３４５ ブッシング
３６６ ダミーブロック
Ｄ２ 幅
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ リブ
Ｗ１ 外側壁体領域
Ｗ２ 内側壁体領域
２０ 外部ケーブル
１００ モジュールケース
２００ 電極ターミナル
３００ ヒューズアセンブリー
３１０ バスバー
３１１ モジュール組立部
３１１ａ 折曲ピン
３１２ ケーブル組立部
３１３ ブリッジ部
３１４ 切欠
３２０ ヒューズケース
３３０ ケース本体
３３１ 壁体部
３３１＿Ａ 強度補強壁領域
３３２ 下部支持体
３３３ 上部支持体
３３３ａ 斜面
３３４ 載置台
３３５ 補強板
３３６ ダミーブロック
３３６ａ インサートナット
３４０ ケースカバー
３４１ 第１カバー
３４２ 第２カバー
３４３ 遮断板
３４４ ダミーカバー
３４５ ブッシング
３６６ ダミーブロック
Ｄ２ 幅
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ リブ
Ｗ１ 外側壁体領域
Ｗ２ 内側壁体領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】