(57)【要約】  本明細書には、ユニットモジュールが水平に積層され、ユニットモジュールが垂直に立てられる構造で構成される電池モジュールを開示され、電池モジュールは、ユニットモジュールがその上に水平に積層され、ユニットモジュールが垂直に立てられるベースプレートと、最外ユニットモジュールの外表面と密接に接触するように、その下端部でベースプレートに固定される1対のサイドプレートと、ユニットモジュールを囲む構造でベースプレートに固定される筺体とを含み、筺体には、サイドプレートの上端部をそれぞれ支持するための支持部がその内側に備わっている。
2009527077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池、またはそれぞれ2つ以上の二次電池がその中に取り付けられるユニットモジュールが水平に積層され、前記二次電池または前記ユニットモジュールが垂直に立てられる構造で構成される電池モジュールであって、
前記ユニットモジュールがその上に水平に積層され、前記ユニットモジュールが垂直に立てられるベースプレートと、
最外ユニットモジュールの外表面と密接に接触するように、その下端部で前記ベースプレートに固定される1対のサイドプレートと、
前記ユニットモジュールを囲む構造で前記ベースプレートに固定される筐体と、
を含み、前記筐体には、前記サイドプレートの上端部をそれぞれ支持するための支持部がその内側に備わっている、電池モジュール。
【請求項２】
前記ベースプレートが、前記ユニットモジュールを支持するために上方へ屈曲している、1つまたは複数のロード部を有する、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記ベースプレートが、前記ユニットモジュールの向かい合った端部を支持するために前記ベースプレートの所定の位置に形成される2つのロード部を有する、請求項2に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記ロード部が、前記ユニットモジュールの並列配置を補助するために前記ユニットモジュールの向かい合った外表面を囲むための突出した部分を有する、請求項3に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記サイドプレートの少なくとも一方は、ボルトとナットとの結合構造で前記ベースプレートと結合され、前記ユニットモジュールは、前記ベースプレート上に水平に積層される、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記ボルトとナットとの結合構造で互いに結合される前記ベースプレートおよび前記サイドプレートのいずれか一方は、前記ユニットモジュールの厚さ方向の結合領域が変更可能であるように、矩形結合ホールを有する、請求項5に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記筐体の前記支持部は、前記支持部が前記筐体の内側上端部から下方へ垂直に突出している「[」形構造、またはプレート形構造で構成される、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記サイドプレートの外表面をそれぞれ支持する前記支持部が、一体構造で前記筐体の内側に取り付けられる、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記支持部が密接に接触している前記サイドプレートの外表面は、前記サイドプレートが前記筐体へ容易に組み立てられるように、下方へいくにつれて先細りになる、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記筐体の下端部が、ボルトとナットとの結合構造で前記ベースプレートと結合され、前記ベースプレートおよび前記筐体のいずれか一方は、前記ユニットモジュールの厚さ方向の結合領域が変更可能であるように、矩形結合ホールを有する、請求項1に記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平な積層構造で構成される中型または大型の電池モジュールに関し、より詳細には、ユニットモジュールが水平に積層され、ユニットモジュールが垂直に立てられる構造で構成される電池モジュールに関し、電池モジュールは、ユニットモジュールがその上に水平に積層され、ユニットモジュールが垂直に立てられるベースプレートと、最外ユニットモジュールの外表面と密接に接触するように、その下端部でベースプレートに固定される1対のサイドプレートと、ユニットモジュールを囲む構造でベースプレートに固定される筐体とを含み、筐体には、サイドプレートの上端部をそれぞれ支持するための支持部がその内側に備わっている。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンおよびディーゼル油など、化石燃料を使用する車両がもたらす最大の問題の1つは、大気汚染を引き起こすことである。充放電可能な二次電池を車両用の動力源として使用する技術は、上述の問題を解決する1つの方法として大きな注目を集めている。結果的には、電池のみを使用して動作する電気自動車(EV)、および電池と従来のエンジンとを併用するハイブリッド電気自動車(HEV)が開発されている。現在、電気自動車およびハイブリッド電気自動車のいくつかが商業的に使用されている。ニッケル水素(Ni-MH)二次電池は、電気自動車(EV)およびハイブリッド電気自動車(HEV)用の動力源として主に使用されている。しかし、近年では、リチウムイオン二次電池を使用することが試みられている。
【０００３】
電気自動車(EV)およびハイブリッド電気自動車(HEV)用の電力源として使用されるべきこのような二次電池には、高出力および大容量が必要である。このため、複数の小型の二次電池(ユニットセル)が、直列に、または状況により、直列および並列に、電池モジュールを構成するように互いと接続される。
【０００４】
一般に、ユニットセルは、低い機械的強度を有する。このため、電池モジュールは、複数のユニットセルをカートリッジ内に取り付けることによって、および複数のカートリッジを互いに電気的に接続することによって製造される。しかし、カートリッジにより、電池モジュールのサイズは大きくなる。この問題を解決するために、米国特許出願公開第2003-0017387号および米国特許出願公開第2003-0118898号には、複数のユニットセルを水平に積層し、ユニットセルの積層構造を維持するために、パイプ形状またはストリップ形状の固定部材をユニットセルの上下端部に取り付けることによって製造される中型または大型の電池モジュールが開示されている。しかし、これらの技術は、ユニットセルおよび固定部材が電池モジュールの筺体部材に個々に取り付けられ、それによって、電池モジュールの構造は複雑になり、したがって、電池モジュールの組立工程は複雑になり、冷却システムの流れチャネルが固定部材により遮られ、それによって、電池モジュールの冷却効率は低下するという問題をはらんでいる。
【０００５】
一方、水平な積層構造に構成される電池モジュールは、電池モジュールの動作中に、気体がユニットセル内に発生した場合、ユニットセルの電極間の距離が大きくなり、そのため、電池効率が低下するという問題をはらんでいる。さらには、発生したガスにより、ユニットセルがユニットセルの厚さ方向に膨張した場合、電極の形状が変わることがあり、その結果、内部短絡が起こる可能性がある。
【０００６】
したがって、ユニットセルの積層構造を安定して維持し、ユニットセルが互いに密接に接触している構造により、気体がユニットセル内に発生した場合、ユニットセルの膨張を防ぎ、ユニットセルの電極間の距離を維持し、それによって、電池効率の低下を防ぐことができる水平な積層構造で構成される電池モジュールの必要性は高い。
【特許文献１】米国特許出願公開第2003-0017387号
【特許文献２】米国特許出願公開第2003-0118898号
【特許文献３】韓国特許出願第2006-12303号
【特許文献４】韓国特許出願第2005-99871号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、上述の問題、および未解決である他の技術的問題を解決するためになされたものである。
【０００８】
具体的には、二次電池、またはそれぞれ2つ以上の二次電池がその中に取り付けられるユニットモジュールの積層構造を安定して維持し、電池が互いに密接に接触している構造により、気体が電池内に発生した場合、電池の膨張を防ぎ、電池の電極間の距離を維持し、それによって、電池効率の低下を最大限抑えることができる電池モジュールを提供することが本発明の目的である。
【０００９】
電池モジュールが内部に取り付けられる車両の形状を使用して、電池モジュールの一部が形成されるように構成され、それによって電池モジュールが車両内に安定して取り付けられ、車両内の電池モジュールの容量が最小限に抑えられる電池モジュールを提供することが本発明のもう1つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明により、上述および他の目的は、二次電池、またはそれぞれ2つ以上の二次電池がその中に取り付けられるユニットモジュールが水平に積層され、二次電池またはユニットモジュールが垂直に立てられる構造で構成される電池モジュールを提供することによって達成可能であり、電池モジュールは、ユニットモジュールがその上に水平に積層され、ユニットモジュールが垂直に立てられるベースプレートと、最外ユニットモジュールの外表面と密接に接触するように、その下端部でベースプレートに固定される1対のサイドプレートと、ユニットモジュールを囲む構造でベースプレートに固定される筺体とを含み、筺体には、サイドプレートの上端部をそれぞれ支持するための支持部がその内側に備わっている。
【００１１】
本発明による電池モジュールでは、ベースプレート上に水平に積層されるユニットモジュールは、サイドプレートによって互いに密接に接触し、サイドプレートは、筺体の支持部によって固定される。したがって、ユニットモジュールの厚さ方向の移動およびユニットモジュールの膨張現象は防がれ、そのため、電池モジュールの安全性が向上し、電池モジュールの効率性の低下が防がれる。
【００１２】
本発明によれば、ユニットモジュールはそれぞれ、二次電池それ自体、またはそれぞれ2つ以上の二次電池がその中に取り付けられる小型のユニットモジュールであってよい。それぞれ2つ以上の二次電池がその中に取り付けられるユニットモジュールの例は、本特許出願の出願人の名前で申請されている韓国特許出願第2006-12303号に開示されている。この特許出願の開示によれば、ユニットモジュールは、2つの二次電池が入力および出力の端子を有するフレーム部材に取り付けられ、2つの二次電池が互いに向き合うように、互いに密接に接触している構造で構成される。上述の特許出願の開示を、本願に十分に説明したように、本願に引用して援用する。
【００１３】
好ましい実施形態では、ベースプレートは、ユニットモジュールを支持するための1つまたは複数のロード部を備え、ユニットモジュールの下端部と部分的に接触し、それによって、ベースプレートとユニットモジュールの間の接触面積は最小限に抑えられ、ユニットモジュールから発生する熱が効率的に取り除かれるように、スペースがユニットモジュールの下端部に形成される。
【００１４】
例えば、ロード部は、ユニットモジュールと接触する部分が、平坦な隆起部の垂直断面形で上方へ屈曲している構造で構成される。ロード部は、ユニットモジュールの向かい合った端部を支持するためにユニットモジュールの向かい合った端部に対応する位置に形成されることが好ましい。ユニットモジュールがベースプレート上に水平に積層された場合、ベースプレートは、ユニットモジュールを支持するための1対の隆起部と、隆起部間に形成される谷部とを含む。この構造は、車両フレームの内側下端部の構造に対応し、そのため、電池モジュールが車両内に取り付けられた場合、電池モジュールの安定性は向上する。
【００１５】
ユニットモジュールは、ベースプレートの谷領域においてベースプレートから離間され、そのため、スペースがユニットモジュールの下端部に形成される。このスペースは、冷却剤用の入り口および出口として使用可能である、これに関連して、2つの谷部がユニットモジュールの下端部に形成されるように、ロード部はベースプレートの中間部ならびにベースプレートの向かい合った端部に形成可能であり、それによって、冷却剤入り口および冷却剤出口を互いから離すことが可能である。この構造は、本特許出願の出願人の名前で申請されている韓国特許出願第2005-99871号に開示されている。上述の特許出願の開示を、本願に十分に説明したように、本願に引用して援用する。
【００１６】
ユニットモジュールの向かい合った端部に位置付けられるロード部は、ユニットモジュールの向かい合った外表面を囲む構造で構成される上方へ突出した部分が備わっていることが可能であり、それにより、上方へ突出した部分は、ユニットモジュールの長手方向の移動を防ぎ、上方へ突出した部分は、ユニットモジュールの並列配置を補助する。
【００１７】
好ましい実施形態では、サイドプレートの少なくとも1つが、ボルトとナットとの結合構造でベースプレートに結合され、ユニットモジュールが、ベースプレート上に積層される。この場合、ボルトとナットとの結合構造で互いに結合されているベースプレートおよびサイドプイレートのいずれか一方は、矩形結合ホールを有することが好ましく、それにより、ユニットモジュールの厚さ方向の結合領域が変更可能になる。例えば、矩形結合ホールがベースプレート内に形成される場合、結合ホールはベースプレートのロード部に沿って配置されるのが好ましい。この場合、ベースプレートとサイドプレートの間の結合は、サイドプレートがロード部と接触する位置に、ボルトがサイドプレートの下端部から突出し、ボルトが結合ホールから挿入され、ナットが対応するボルト上にねじ込まれて取り付けられる結合構造によって達成可能である。あるいは、ベースプレートとサイドプレートの間の結合は、円形結合ホールが、ドリルで穴を開けることによってサイドプレートの下端部に形成され、ボルトが円形結合ホールをから挿入され、ナットが対応するボルト上にねじ込まれて取り付けられる結合構造によっても達成可能である。
【００１８】
また、結合ホールがサイドプレート内に形成される場合、サイドプレートには、ロード部の平坦な上端表面に対応し、ロード部の長手方向に形成される拡張部がその向かい合った端部に備わっていると好ましい。また、これは、円形結合ホールが形成される場合にも適用される。このときには、同じ結合構造がもたらされる。
【００１９】
好ましい実施形態では、筐体の支持部は、サイドプレートの外表面を少なくとも部分的に支持するために筐体の内側上端表面から下方へ垂直に突出し、それにより、サイドプレートは、ユニットモジュールの積層方向に互いに密接に接触することが可能になる。
【００２０】
支持部は、弾性的に変形した状態でサイドプレートを支持する構造で構成され、サイドプレートを強く固定することが好ましい。例えば、支持部は、「[」形構造またはプレート形構造で構成可能である。「[」形構造は、力が加えられ、容易に変形可能である広領域を有するので、「[」形構造が使用されることがより好ましい。
【００２１】
支持部は、電池モジュールを構成するサイドプレートの外表面をそれぞれ支持するために筐体の内側から突出している。支持部は、筐体の内側に取り付けられ、互いから離されていることが可能である。しかし、支持部は、筐体の内側に一体構造で取り付けられることが好ましい。
【００２２】
また、支持部とサイドプレートの間の結合を達成し易くするためには、支持部が密接に接触しているサイドプレートの外表面、またはサイドプレートと密接に接触している支持部の内表面が下方へいくにつれて先細りになるのが好ましい。サイドプレートの外表面が下方へいくにつれて先細りになるのがより好ましい。
【００２３】
好ましい実施形態では、筐体は、ボルトとナットとの結合構造でベースプレートと結合されている。筐体がボルトとナットとの結合構造でベースプレートと結合されるためには、プレート形の延長部が、ユニットモジュールの向かい合った端部と筐体のサイド下端部とを接触させるロード部の外側に形成されることが好ましい。また、ベースプレートおよび筐体のいずれか一方は、ユニットモジュールの厚さ方向の結合領域が変更可能になるように矩形結合ホールを有し、ベースプレートおよび筐体の他方は、ベースプレートとサイドプレートの間の結合構造でのようにそれから突出したボルト、または円形結合ホールを有することが好ましい。
【００２４】
本発明の上述ならびに他の目的、特徴および利点は、添付の図面と併用される以下の詳細な説明から、より明白に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明することにする。しかし、本発明の範囲が、示されている実施形態によって限定されないことに留意されたい。
【００２６】
まず、本発明の好ましい実施形態による電池モジュールの構造および組立工程を図1から3を参照して詳細に説明することにする。
【００２７】
これらの図面を参照すると、電池モジュール100は、複数のユニットモジュール110、ベースプレート120、1対のサイドプレート130、および筐体140を含む。
【００２８】
ユニットモジュール110は、ベースプレート120上に水平に積層され、ユニットモジュール110はそれぞれ、1つの側に垂直に立てられる。具体的には、ユニットモジュール110は、ユニットモジュール110の電極端子111および112が図面の右側の方に配向されるように、ユニットモジュール110の向かい合った端部を支持するための1対のロード部150を有するベースプレート120上に水平に積層され、次いで、サイドプレート130は、最外ユニットモジュール110aおよび110bの外表面と密接に接触するように、ベースプレート120と結合されている。
【００２９】
このとき、サイドプレート130は、サイドプレート130の端部から突出した下側延長部135がベースプレート120のロード部150と接触するようにベースプレート120に位置付けられ、サイドプレート130は、ベースプレート120内に形成される矩形結合ホール(図示せず)と、サイドプレート130の下側延長部135内に形成される円形結合ホール(図示せず)とを使用して、ボルトとナットとの結合構造でベースプレート120に密接に結合されている。
【００３０】
続いて、筐体140の延長部142は、筐体140が、積層ユニットモジュール110の外表面を囲むように、ベースプレート120の対応する延長部124に位置付けられ、筐体140は、結合ホール(図示せず)を使用するボルトとナットとの結合構造でベースプレート120に密接に結合されている。
【００３１】
支持部160は、筐体140の内側上端表面から下方へ垂直に突出している。支持部160は、サイドプレート130が、ユニットモジュール110の積層方向に、対応するユニットモジュール110と密接に接触することができるように、サイドプレート130の外表面に取り付けられる。支持部160は、支持部160が延長範囲を越えてサイドプレート130に力を加えることが可能であり、支持部160が容易に弾性的に変形可能である「[」形構造で構成される。支持部160がより容易にサイドプレート130に取り付け可能であるためには、下方先細り構造134が、サイドプレート130の外側中間部の上端部にそれぞれ形成される。
【００３２】
以下に、電池モジュールの構造を残りの図面を参照して、さらに説明することにする。
【００３３】
図4は、筐体を取り外した電池モジュールの側面図であり、図5および6はそれぞれ、筐体が取り付けられている電池モジュールの側面図および正面図である。
【００３４】
図4を参照すると、ユニットモジュール110が互いに密接に接触することによって、サイドモジュール130にはそれぞれ、延長部135の下端部がベースプレート120と結合可能になるように、対応するロード部150に向かって延在する延長部135が備わっている。延長部135は下方先細り構造135aで構成され、それによって、結合ホール(図示せず)が形成される延長部135の下端部が広がり、支持安定度が増し、結合領域が保護される。
【００３５】
図5を参照すると、筐体140は、サイドプレート130が筐体140の支持部160によってユニットモジュール110の積層方向に互いに密接に接触する構造で構成され、ユニットモジュール110は、筐体140によって囲まれている。筐体140は、ベースプレート120と結合されている。支持部160は、特定の範囲内で弾性的に変形されるとともに、サイドプレート130の外表面を支持する。
【００３６】
図6を参照すると、ロード部150は、隆起形状でベースプレート120から上方へ突出している。結果的に、ユニットモジュール110がベースプレート120から離間されているスペース170は、ロード部150間に形成される。このスペースは、冷却剤用の入り口および出口として使用可能である。また、ベースプレート120のロード部150の隆起領域およびスペース170の谷領域は、車両フレームの内側下端部(図示せず)と同じ構造で構成され、したがって、電池モジュールは、車両(図示せず)内に安定して取り付けられる。
【００３７】
状況によっては、上方へ突出した部分151(一点鎖線によって示されている領域)は、ユニットモジュール110の向かい合った外表面を部分的に囲む構造でロード部150の外側上端部に形成可能であり、それにより、上方へ突出した部分151は、ユニットモジュール110の長手方向の移動を防ぎ、上方へ突出した部分151は、ユニットモジュール110の並列配置を補助する。
【００３８】
図7は、図1に示す電池モジュールに使用できる一体構造で形成された支持部を典型的に示す斜視図である。
【００３９】
図7を参照すると、電池モジュールを構成する1対のサイドプレート(図示せず)の外表面をそれぞれ支持する1対の支持部160および161が、フレーム体162に一体的に接続されている。この一体構造は、支持部160および161をフレーム体162と一緒に型にはめ、支持部160および161を高結合力でフレーム体162に結合し、または支持部160および161をフレーム体162に溶接することによって、製造可能である。この例では、支持部160および161は、フレーム体162と一緒に筐体(図示せず)と結合される。したがって、支持部160および161と筐体との間の結合力は高く、サイドプレートは、支持部160および161によって高い支持力で支持される。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態を例示目的のために開示したが、添付の特許請求の範囲に開示するような本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な変更形態、追加形態および置換形態が可能であることを当業者は理解するであろう。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
上述の説明から明らかなように、本発明による電池モジュールは、二次電池、またはそれぞれ2つ以上の二次電池がその中に取り付けられるユニットモジュールの積層構造を安定して維持し、電池が互いに密接に接触している構造により、気体が電池内に発生した場合、電池の膨張を防ぎ、電池の電極間の距離を維持し、それによって、電池効率の低下を最大限抑える効果を有する。加えて、本発明による電池モジュールは、電池モジュールが内部に取り付けられる車両の形状を使用して、電池モジュールの一部が形成されるように構成され、それによって、電池モジュールは車両内に安定して取り付けられ、車両内の電池モジュールの容量は最小限に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】電池モジュールの上端部に取り付けられている筐体を取り外した本発明の好ましい実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
【図２】図1に示す電池モジュールに筐体を取り付ける工程を示す斜視図である。
【図３】図1に示す電池モジュールに取り付けられている筐体を示す斜視図である。
【図４】図1の側面図である。
【図５】図3の側面図である。
【図６】図3の正面図である。
【図７】図1に示す電池モジュールに使用できる一体構造で形成される支持部を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
100    電池モジュール
110    ユニットモジュール
120    ベースプレート
130    サイドプレート
140    筐体
150    ロード部
160    支持部
【図１】
2009527077.tif 000003
【図２】
2009527077.tif 000004
【図３】
2009527077.tif 000005
【図４】
2009527077.tif 000006
【図５】
2009527077.tif 000007
【図６】
2009527077.tif 000008
【図７】
2009527077.tif 000009
【国際調査報告】
2009527077.tif 000010
2009527077.tif 000011