【技術分野】

【0001】

【背景技術】

【0002】

【0003】

【0004】

【0005】

【0006】

【発明の概要】

本発明は、のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。 具体的に、本発明の目的は、冷却構造を改善して冷却効率を向上させ、製造工程時に発生する誤組立を防止し、構造的安定性に優れた電池モジュールを提供することである。

このような目的を達成するための本発明に係る電池モジュールは、
２つ以上の単位セルがカートリッジに固定されて積層された構造の電池モジュールであって、
電極端子が一側に形成されている単位セル、前記単位セルをそれぞれ固定するカートリッジ、及び前記電極端子と結合されて単位セルを電気的に接続するバスバーを含んでおり；
前記単位セルは、これらの側面が地面に対して水平に一字状をなすように相互に配置された状態で、電極端子が対面するようにカートリッジに装着されており、前記カートリッジに装着されているバスバーによって、対面する電極端子が並列に接続され、それぞれのカートリッジにおいて単位セル並列接続構造を形成し；
前記それぞれの単位セル並列接続構造が地面から高さ方向に配列されるようにカートリッジが積層されている構造で形成されてもよい。 すなわち、本発明の電池モジュールは、多数の単位セルを並列に構成して単位セル並列接続構造を形成し、これらを積層して並列に接続した構造を含んでいるので、組み立てが容易であり、簡単な過程で並列構造の拡張が可能であるという利点がある。 また、本発明の電池モジュールは、単位セルがカートリッジ上に特定の配列で装着されることによって、全体的にコンパクトな構造を提供し、優れた構造的安定性を発揮することができる。 一具体例において、前記単位セルは、長方形の板状型電池セルの構造であってもよい。 前記板状型電池セルは、例えば、樹脂層と金属層を含むラミネートシートの電池ケースに電極組立体が内蔵されている構造のパウチ型電池セルであってもよい。 具体的に、前記電池セルは、正極／分離膜／負極構造の電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に密封されているパウチ型電池セルであって、全体的に幅に比べて厚さが薄い略直方体構造である板状型からなっている。このようなパウチ型電池セルは、一般にパウチ型の電池ケースからなっており、前記電池ケースは、耐久性に優れた高分子樹脂からなる外部被覆層；水分、空気などに対して遮断性を発揮する金属素材からなる遮断層；及び熱融着し得る高分子樹脂からなる内部シーラント層が順次積層されているラミネートシート構造で構成されている。 前記パウチ型電池セルにおいて、ケースは、様々な構造からなることができ、例えば、２単位の部材として上部及び／又は下部の内面に形成されている収納部に電極組立体を収納した後、ケースの外周面の上下部接触部位を熱融着して密封する構造などを挙げることができる。前記のような構造のパウチ型電池セルは、本出願人のＰＣＴ国際出願第ＰＣＴ／ＫＲ２００４／００３３１２号に開示されており、前記出願は、参照として本発明の内容に組み込まれる。しかし、電池ケースが、１単位の部材として上部及び／又は下部の内面に形成されている収納部に電極組立体を収納した後、ケースの外周面の上下部接触部位を熱融着して密封する構造であってもよいことは勿論である。 前記板状型電池セルは、電池モジュール又は電池パックの構成時、高電圧及び高電流を提供することができる電池であれば特に制限されず、例えば、体積当たりのエネルギー貯蔵量が大きいリチウム二次電池であってもよい。 一具体例において、前記カートリッジには、２つの単位セルが互いに電極端子が対面するようにそれぞれ装着される第１単位セル装着部及び第２単位セル装着部が形成されており、前記第１単位セル装着部及び第２単位セル装着部は、カートリッジを側面から見て、前記第１単位セル装着部の端部から第２単位セル装着部の端部まで一字状に延びた形態からなることができる。 すなわち、前記第１単位セル装着部及び第２単位セル装着部は、それぞれの単位セルをカートリッジに収容しながら、これら２つの単位セルの配列状態に対応する形態でカートリッジに形成されている。

前記カートリッジには、単位セルの上面又は下面に対応する内面の一部に、冷媒流路を形成しながら単位セルを支持する１つ以上のリブ（rib）が形成されてもよい。このようなリブは、例えば、冷媒流路の方向に延びた構造で形成されてもよい。 また、前記カートリッジの側面には、冷媒流路と連通する開口が穿孔された構造であってもよい。前記開口は、例えば、スリット状に形成されてもよく、このような開口を介して冷媒が冷媒流路に流入又は排出されるので、カートリッジの一側に、冷媒が流入する開口が形成され、他側に、冷媒が排出される開口が形成された構造であってもよい。 前記カートリッジには、単位セルを定位置に固定しながら、バスバーに対する単位セル電極端子の溶接時に単位セルが滑ることを防止するように、単位セルの外周面の一部を電極端子の方向で支持する１つ以上の滑り防止突部が形成されてもよい。 前記滑り防止突部は、例えば、単位セルの外周面のうち、電極端子の方向の外周面の両端部、及び単位セルの正極端子と負極端子との間を支持する構造で形成されてもよい。 一方、前記カートリッジは、隣接するカートリッジと定位置で積層されるように、上部又は下部方向に突出した１つ以上の突起が形成されてもよく、前記隣接カートリッジには、前記突起に対応する１つ以上の溝が形成されてもよい。すなわち、前記カートリッジが積層されたとき、前記突起が溝に挿入される構造によって、これらが定位置で結合され得る。 前記突起及び溝は、定位置で積層されたか否かの確認が容易なようにカートリッジの外周面に形成されてもよい。 一方、前記カートリッジの表面には、単位セルの定位置装着を案内したり、またはカートリッジ積層構造の構成時にカートリッジの位置を確認するための文字又は記号が表示されてもよい。前記カートリッジに表示された文字又は記号は、電池モジュールの組立時に正確な組み立てを可能にし、組み立てられた状態で不良の有無も容易に把握することができる。 このような前記文字又は記号は、カートリッジの表面に印刷又は刻印されている構造で形成されてもよく、カートリッジ上の単位セルの位置、単位セルの正極と負極の位置、及びカートリッジの前面と後面の表示のうち少なくとも１つ以上を示す文字又は記号であってもよい。 一方、前記単位セル並列接続構造は、積層された状態で固定することができ、例えば、前記単位セル並列接続構造に含まれるカートリッジの両側面には、締結溝を備えた突出部が形成されており、前記締結溝を貫通する締結部材によってカートリッジが互いに結合されてもよい。すなわち、カートリッジを積層した後、前記カートリッジの締結溝に前記締結部材を挿入して通過させる構造で結合され得る。 このような構造において、カートリッジ間に安定した結合構造を提供するために、前記カートリッジの両側面の突出部は、カートリッジの中心を基準として対称に配列されてもよい。 場合によって、前記カートリッジの中央に追加締結溝が形成されてもよく、前記追加締結溝を貫通する締結部材によってカートリッジが互いに結合される構造であってもよい。 前記単位セルの電極端子はバスバーに様々な方法で結合されてもよく、例えば、溶接、ソルダリング、機械的締結などで結合されてもよい。その中でも、好ましくは、レーザー溶接又は超音波溶接で結合されてもよい。 前記単位セル並列接続構造において、バスバーを基準として単位セルが対称に配列された状態でカートリッジに装着されている構造であってもよい。すなわち、前記バスバーに電極端子が接続されている単位セルの構造が、前記バスバーを中心に対称になるように配列される構造で形成されてもよい。このとき、単位セルを固定するカートリッジも、前記単位セルに対応してバスバーを基準として対称になるように配列され得る。 場合によっては、前記バスバーのうち少なくとも２つのバスバーは直列に接続されている構造であってもよい。このとき、前記バスバーは、直列接続部材によって直列に接続され、前記直列接続部材は、前記バスバーと同様に、一側端部に結合口が形成されており、前記バスバーの結合口とボルト、ボルト−ナットまたは圧入ナットによって電気的及び機械的に締結され得る。 したがって、前記単位セル並列接続構造の並列接続を通じて電池モジュールの容量を調節又は拡張することができるだけでなく、一部の単位セル並列接続構造の直列接続を通じて電池モジュールの出力も調節及び拡張可能な構造からなることができる。 前記単位セル並列接続構造の直列接続に関する具体的な例において、前記並列接続用バスバーは第１バスバー及び第２バスバーを含み、前記第１バスバーは、単位セルの正極端子と接続され、前記第２バスバーは、単位セルの負極端子と接続されてもよい。このとき、前記単位セル並列接続構造が積層されながら、それぞれのカートリッジにおいて第１バスバーと第２バスバーが交互に配列されるように積層される構造で形成され得る。 前記第１バスバーと第２バスバーが交互に配列される構造は、様々な過程で形成されてもよく、例えば、下部のカートリッジが上部カートリッジに対して平面視で１８０°回転した状態で積層される過程を用いて前記第１バスバー及び第２バスバーが交互に配列されるように積層される構造を形成することができる。 すなわち、のように、正極端子と接続された第１バスバーと、負極端子が接続された第２バスバーとが交互に配列されて積層された構造において、前記直列接続部材を用いて、上下に積層されたカートリッジで第１バスバーと第２バスバーとを接続することによって直列接続を達成することができる。 前記バスバーが装着されるカートリッジ上には溶接用開口が穿孔されていてもよい。すなわち、前記バスバーと単位セルの電極端子が溶接される部位に対応するカートリッジの一部の部位には、溶接のために前記バスバーの下面が露出するようにする開口が穿孔されていてもよい。 前記バスバーとカートリッジの結合は、特に限定されず、様々な方法で行われてもよく、一例として、前記バスバーには締結用貫通口が穿孔されており、前記カートリッジには前記締結用貫通口に挿入される締結用突起が形成されて、前記締結用貫通口と締結用突起との結合で結合されてもよい。 一方、前記バスバーの一側端部は、カートリッジの側面に折り曲げ延長されてもよい。前記のように折り曲げ延長された部位に別途の接続部材を連結して、積層構造の上部又は下部に隣接するカートリッジ、または外部入出力端子と電気的に接続される構造からなることができる。 本発明はまた、前記電池モジュールを単位モジュールとして含む電池パックを提供する。 前記電池パックは、所望の出力及び容量に応じて、単位モジュールとして前記電池モジュールを組み合わせて製造することができ、装着効率性、構造的安定性などを考慮するとき、家庭用電源装置、公共施設電源装置、大型商店用電源装置、非常用電源装置、電算室電源装置、携帯用電源装置、医療設備電源装置、消火設備電源装置、警報設備電源装置、避難設備電源装置、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車などの電源として好ましく使用することができるが、適用範囲がこれらのみに限定されるものではない。 したがって、本発明は、前記電池パックを電源として含むデバイスを提供し、前記デバイスは、具体的に、家庭用電源装置、公共施設電源装置、大型商店用電源装置、非常用電源装置、電算室電源装置、携帯用電源装置、医療設備電源装置、消火設備電源装置、警報設備電源装置、避難設備電源装置、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車であってもよい。 このようなデバイスの構造及び作製方法は当業界に公知となっているので、本明細書では、それについての詳細な説明を省略する。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明の一実施例に係る電池モジュールの斜視図である。

【図2】図１の上部部位を分解した構造の斜視図である。

【図3】図２の側面図である。

【図4】図１の電池モジュールにおいて単位セルを構成する電池セルの斜視図である。

【図5】図１のカートリッジの斜視図である。

【図6】図５のカートリッジからバスバーを分離した構造の斜視図である。

【図7】図４の正面図である。

【図8】図４の背面図である。

【発明を実施するための形態】

以下では、本発明の実施例に係る図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。

下記の図面では、説明の便宜上、一般的な電池モジュールに含まれるモジュールケース、外部入出力端子、及び保護回路モジュールなどは省略した。

図１には、本発明の一実施例に係る電池モジュールの斜視図が示されている。

図１を参照すると、電池モジュール１００は、電極端子１１２，１１３，１１２’，１１３’が一側に形成されている単位セル１１０，１１０’、単位セル１１０，１１０’をそれぞれ固定するカートリッジ１２０、及び電極端子１１２，１１３，１１２’，１１３’と結合されて単位セル１１０，１１０’を電気的に接続するバスバー１３２，１３４を含む構造で構成されている。

このような単位セル１１０，１１０’は、電極端子１１２，１１３，１１２’，１１３’が対面するようにカートリッジ１２０に装着されており、カートリッジ１２０に装着されているバスバー１３２，１３４によって電極端子１１２，１１３，１１２’，１１３’が並列に接続されて、カートリッジ１２０において単位セル並列接続構造を形成している。

単位セル並列接続構造は、地面から高さ方向に配列されるようにカートリッジ１２０が上下に積層された構造で形成されている。

図２には、図１の上部部位を分解した構造の斜視図が示されており、図３には、図２の側面図が示されている。

図２及び図３を図１と共に参照すると、カートリッジ１２０には、両側面に締結溝１２４を備えた突出部１２２が形成されており、カートリッジ１２０を積層した後、カートリッジの締結溝１２４に締結部材（図示せず）を挿入することによって、カートリッジ１２０が積層された状態を固定する構造となっている。カートリッジ１２０の突出部１２２は、カートリッジの中心を基準として対称に配列された構造で形成されている。

図４には、図１の電池モジュールにおいて単位セルを構成する電池セルの斜視図が示されている。

図４を参照すると、電池セル１１０は、電極端子（正極端子：１１２、負極端子：１１３）が一側端部に形成されている板状型電池セル１１０である。具体的に、板状型電池セル１１０は、金属層（図示せず）と樹脂層（図示せず）を含むラミネートシートのパウチ型ケース２００に電極組立体（図示せず）を内蔵し、例えば、熱融着によりシーリング部２０１を形成した構造であり、通常、これを「パウチ型電池セル」と通称することもある。

図５には、図１のカートリッジの斜視図が示されており、図６には、図５のカートリッジからバスバーを分離した構造の斜視図が示されている。

図５及び図６を図２と共に参照すると、カートリッジ１２０は、２つの単位セル１１０，１１０’が互いに電極端子１１２，１１３，１１２’，１１３’が対面するようにそれぞれ装着される第１単位セル装着部１２５ａ及び第２単位セル装着部１２５ｂが形成されている。

第１単位セル装着部１２５ａ及び第２単位セル装着部１２５ｂに単位セル１１０，１１０’が装着されたとき、単位セルの上面又は下面に対応する部位は上下に貫通しており、このような貫通部位を横切るように冷媒流路を形成しながら単位セルを支持するリブ１２６が形成されている。すなわち、カートリッジ１２０の上部及び下部にそれぞれ単位セルが接したとき、上下に貫通した部位によって単位セル間に空間が形成され、このような空間は、リブ１２６によって区分されて冷媒流路が形成された構造となっている。また、カートリッジの両側面には、冷媒流路と連通する開口１２７が形成されて、冷媒が開口１２７を介して流入したり、放出されたりする構造で形成されている。

カートリッジ１２０のバスバー１３２，１３４が装着される部位には溶接用開口１２８が穿孔されている。具体的に、バスバー１３２，１３４と単位セルの電極端子とが溶接される部位に対応するカートリッジ１２０の一部の部位には、溶接のためにバスバー１３２，１３４の下面が露出するように開口１２８が穿孔されている。

また、カートリッジ１２０には締結用突起１２９が形成されており、バスバー１３２，１３４には、締結用突起１２９に対応する締結用貫通口１３３，１３５が穿孔されており、これらの結合によりカートリッジ１２０にバスバー１３２，１３４が結合される構造となっている。

バスバー１３２，１３４の一側端部は、カートリッジ１２０の側面に折り曲げ延長されており、折り曲げ延長された部位には締結口１３６が形成されているので、カートリッジの積層構造において、別途の接続部材で上下に隣接するバスバーの締結口１３６を連結して直列又は並列に連結することができ、場合によって、外部入出力端子とも連結される構造で形成されている。

カートリッジ１２０の両側面には、締結溝１２４を備えた突出部１２２がカートリッジ１２０の中心を基準として対称に配列されており、カートリッジ１２０の中央には追加締結溝１２４’が形成されている。上下に積層されたカートリッジ構造は、締結溝１２４，１２４’をそれぞれ貫通する締結部材（図示せず）によって結合されて固定される構造となっている。

また、カートリッジ１２０は、隣接するカートリッジと定位置で積層されるように、上部方向に突起１２１ａが形成されており、下部方向に溝１２１ｂが形成されている。このような構造が積層されたとき、突起１２１ａが溝１２１ｂに挿入されることによって、カートリッジが定位置で結合される構造となっている。このような突起１２１ａ及び溝１２１ｂは、定位置で積層されたか否かの確認が容易なようにカートリッジ１２０の外周面に形成されている。

一方、カートリッジ１２０には、単位セルの外周面のうち、電極端子の方向の外周面の両端部、及び単位セルの正極端子と負極端子との間を支持するための滑り防止突部１４０，１４１，１４２が形成されている。このような滑り防止突部１４０，１４１，１４２は、カートリッジ１２０に単位セルが装着される場合、単位セルの電極端子の突出方向の外周面において、電極端子部位を除いた残りの外周面と密着しながら単位セルを定位置に固定させる。したがって、滑り防止突部１４０，１４１，１４２は、外力によって単位セルがカートリッジ１２０内で流動することを抑制することができ、結果的に、流動によって単位セルの溶接部位が短絡又は破損することを防止することができる。

図７及び図８には、それぞれ、図４の正面図及び背面図が示されている。

図７及び図８を参照すると、カートリッジ１２０に「ＦＲ」及び「ＲＲ」のように正面及び後面を示す文字１２３ａ，１２３ｂが表示されている。このような文字１２３ａ，１２３ｂは、図１のようにカートリッジが積層された構造でも識別可能なように、カートリッジ１２０の正面及び後面に表示されている。

また、図５に示されたように、カートリッジ１２０には、第１単位セル装着部及び第２単位セル装着部に装着されるそれぞれの単位セルを案内する「ＣＥＬＬ １」及び「ＣＥＬＬ ２」の文字１２３ｃ，１２３ｄが表示されている。

このような文字１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄは、カートリッジが定位置で積層されたかどうかの確認を容易にし、単位セルの定位置装着を案内することによって、誤組立を防止し、組み立てられた状態で不良の有無を容易に把握することができる構造を提供する。

本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。

【産業上の利用可能性】

【0068】

【0069】

【符号の説明】

【0070】