(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーセルを収納する複数のカートリッジを含むカートリッジ組立体と、
前記カートリッジ組立体に結合する、プラスチック材から形成された基板保護体と、
前記カートリッジ組立体及び前記基板保護体を収納するケーシングと、
前記ケーシングに結合するカバーと、
を含み、前記基板保護体の本体が、前記ケーシングから予め設定された間隔で離隔されるよう、前記基板保護体には間隔維持部が備えられ、
前記ケーシングは、前記カートリッジ組立体を囲む第１ケーシングと、前記基板保護体を囲む第２ケーシングと、を備え、
前記ケーシングには、前記間隔維持部に接触しない非接触部が備えられ、前記非接触部は前記本体から予め決められた間隔で離隔され、
前記第１ケーシングは、前記非接触部の溶接部で前記第２ケーシングに溶接されていることを特徴とするバッテリーモジュール。
【請求項２】
前記間隔維持部が、前記本体から突出して前記ケーシングに接触する少なくとも一つの突起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】
前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが、レーザー溶接によって相互結合す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４】
請求項１から請求項３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５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む自動車。
【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及びこれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、バッテリーモジュールの内部に配置されたプラスチック材質の構成品が、溶接部位から予め設定された間隔で離隔されることで、溶接時に発生する熱による変形が防止できるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関する。
本出願は、２０１５年１０月０５日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１３９８８５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、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く用いられている。
【０００３】
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。
【０００４】
リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｉｏｎ  Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。
【０００５】
一般に、二次電池のバッテリーモジュールは、振動または衝撃から内部構成品を保護するために、プレートが溶接などの方式によって結合される。この場合、溶接時に発生する熱によってバッテリーモジュールの内部に配置されるプラスチック材質の射出成形物が熱変形を起こして損傷するという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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内部に配置されたプラスチック材質の構成品が溶接部位から予め設定された間隔で離隔され、溶接時に発生する熱による変形が防止できるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、プラスチック材質の熱変形を防止し、製品の入替えにかかる費用を減少させることができるバッテリーモジュール及びこれ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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を達成するため、本発明の一面によれば、バッテリーセルを収納する複数のカートリッジを含むカートリッジ組立体と、前記カートリッジ組立体に結合する基板保護体と、前記カートリッジ組立体及び前記基板保護体を収納し、前記カートリッジ組立体及び前記基板保護体を囲むケーシングと、前記ケーシングに結合するカバーと、を含み、前記基板保護体の本体が、前記ケーシングから予め設定された間隔で離隔されるよう、前記基板保護体には間隔維持部が備えられることを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
また、前記間隔維持部は、前記本体から突出して前記ケーシングに接触する少なくとも一つの突起を含み得る。
そして、前記ケーシングには、前記間隔維持部に接触しない非接触部が備えられ、前記非接触部は、前記本体から予め決められた間隔で離隔され得る。
また、前記非接触部は、溶接が行われる溶接部を含み得る。
そして、前記ケーシングは、前記カートリッジ組立体を囲む第１ケーシングと、前記第１ケーシングに結合し、前記基板保護体を囲む第２ケーシングと、を備え得る。
また、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとは、分離された形態に設けられ、相互結合し得る。
そして、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとが、レーザー溶接によって相互結合し得る。
また、前記基板保護体は、プラスチック材から形成され得る。
なお、本発明の他面によれば、前述の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、前記バッテリーモジュールを含む自動車が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施例は、バッテリーモジュールの内部に配置されたプラスチック材質の構成品が溶接部位から予め設定された間隔で離隔されることで、溶接時に発生する熱による変形が防止できる効果を奏する。
また、プラスチック材質に熱変形が発生しないため、熱変形が発生したプラスチック材質の構成品の入替えにかかる費用が減少する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分離斜視図及び部分拡大図である。
【図２】図１の結合斜視図である。
【図３】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおける溶接部を示した図である。
【図４】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、基板保護体の本体がケーシングから離隔された様態を示した側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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によるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックについて詳しく説明する。
【００１２】
本明細書及び請求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。
【００１３】
図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性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は、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。
【００１４】
本明細書において使用される「結合」、「接続」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、または直接接続する場合のみならず、一つの部材が接続部材を介して他の部材に間接的に結合するか、または間接的に接続する場合も含む。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分離斜視図及び部分拡大図であり、図２は、図１の結合斜視図である。
【００１６】
図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、カートリッジ組立体１００と、ケーシング２００と、カバー３００と、基板保護体５００と、を備える。
【００１７】
図１を参照すれば、カートリッジ組立体１００は、バッテリーセル１１０を収納する複数のカートリッジを備える。カートリッジ組立体１００は、プラスチックの射出成形で製造でき、バッテリーセル１１０を収納する収納部が形成された複数のカートリッジが積層できる。カートリッジ組立体１００は、ケーシング２００とカバー３００との結合によって形成される空間内部に収容され、カートリッジに収納されたバッテリーセル１１０は、前記空間内部に収容されて保護される。カートリッジ組立体１００は、コネクター要素１２０または端子要素１３０を備え得る。コネクター要素１２０は、例えば、バッテリーセル１１０の電圧または温度についてのデータを提供するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ，図示せず）などに接続されるための多様な形態の電気的接続部品または接続部材を含み得る。そして、端子要素１３０は、バッテリーセル１１０に接続されるメイン端子として正極端子及び負極端子を含み、端子要素１３０にはターミナルボルトが備えられて外部と電気的に接続できる。
【００１８】
図１及び図２を参照すれば、ケーシング２００は、カートリッジ組立体１００と、後述の基板保護体５００を収納して囲み、これによって外部の振動や衝撃からカートリッジ組立体１００及び基板保護体５００を保護する。
【００１９】
ケーシング２００は、第１ケーシング２００ａ及び第２ケーシング２００ｂを備え得る。第１ケーシング２００ａは、カートリッジ組立体１００を囲んで、外部の振動や衝撃からカートリッジ組立体１００を保護するように形成され、第２ケーシング２００ｂは、第１ケーシング２００ａに結合して基板保護体５００を囲んで、外部の振動や衝撃から基板保護体５００を保護するように形成され得る。ここで、ケーシング２００は、第１ケーシング２００ａと第２ケーシング２００ｂとが分離した形態に製造され、溶接のような多様な方式で相互結合できる。図１を参照して、例を挙げて説明すれば、ケーシング２００が金属材質のプレートで製造される場合、ケーシング２００は、前面プレート２１０と、後面プレート２２０と、側面プレート２３０と、上面プレート２４０と、を備え得る。ここで、第１ケーシング２００ａは、側面プレート２３０と上面プレート２４０とが一体型に形成され、第２ケーシング２００ｂは、前面プレート２１０または後面プレート２２０で構成され、第１ケーシング２００ａと第２ケーシング２００ｂとが、溶接、特に、レーザー溶接などによって相互結合できる。但し、それぞれのプレート２１０、２２０、２３０、２４０を結合する方式はレーザー溶接に限定されず、レーザー溶接の他に多様な方式の溶接を含み得る。また、それぞれのプレート２１０、２２０、２３０、２４０が、リベット、ボルト、ピン、ブラケットまたはモーメント接合方式などの多様な方式によっても結合可能である。ここで、第１ケーシング２００ａと第２ケーシング２００ｂとが接合して溶接される溶接部２６１には、プラスチック材質の基板保護体５００が近接して位置し、溶接時に発生する熱によって変形され得るが、これについての詳細な説明は後述する。
【００２０】
ケーシング２００は、カートリッジ組立体１００に基板保護体５００が結合した形状に対応する形状に形成できる。例えば、カートリッジ組立体１００に基板保護体５００が結合した形状が六面体形状である場合、ケーシング２００もこれに対応する六面体形状で設けることができる。
【００２１】
ケーシング２００には、カートリッジ組立体１００を収納するために開口部２５０が形成され得る。図１においては、ケーシング２００の下側に開口部２５０が形成され、ケーシング２００がカートリッジ組立体１００の上側からカートリッジ組立体１００を収納して囲むように設けられるが、本実施例はこれに限定されず、ケーシング２００の上側に開口部２５０が形成され、ケーシング２００がカートリッジ組立体１００の下側からカートリッジ組立体１００を収納して囲むように設けることもできる。
【００２２】
ケーシング２００には前述のコネクター要素１２０または端子要素１３０が外部に露出する貫通部２７０が形成され得る。即ち、コネクター要素１２０または端子要素１３０は、外部の所定部品または部材と電気的に接続でき、このような電気的接続がケーシング２００によって妨害されないようにケーシング２００に貫通部２７０が形成され得る。そして、図１及び図２を参照すれば、ケーシング２００に形成された貫通部２７０を介してコネクター要素１２０または端子要素１３０がケーシング２００の外部に露出し、外部構成と接続できる。貫通部２７０は、ケーシング２００の少なくとも一面を切開して形成され得る。ここで、貫通部２７０は、必ずしもコネクター要素１２０または端子要素１３０が外部に露出するように切開して形成しなくてもよく、コネクター要素１２０または端子要素１３０が外部構成と電気的に接続できれば、電線などが入る程度の小さい穴として形成してもよい。
【００２３】
図１及び図２を参照すれば、カバー３００は、ケーシング２００の開口部２５０に結合できる。即ち、ケーシング２００とカバー３００との結合によって形成される空間にカートリッジ組立体１００が収容され、外部の振動や衝撃からカートリッジ組立体１００を保護することができる。
【００２４】
カバー３００は、溶接、ボルト、ピンなどの多様な方式によってケーシング２００に結合でき、望ましくは、後述するようにフック部材４００によって結合できる。
【００２５】
カバー３００は、図１に示したように、ケーシング２００の下側に開口部２５０が形成される場合、ケーシング２００の下側でケーシング２００の開口部２５０に結合される。この場合、カバー３００は、カートリッジ組立体１００の下側を保護する。但し、カバー３００の結合位置がこれに限定されることではなく、図示していないが、ケーシング２００の上側に開口部２５０が形成される場合、カバー３００は、ケーシング２００の上側でケーシング２００の開口部２５０に結合される。この場合、カバー３００は、カートリッジ組立体１００の上側を保護する。
【００２６】
図１を参照すれば、基板保護体５００は、カートリッジ組立体１００に結合し、バッテリーモジュール１０の内部の多様な基板を保護する。そして、基板保護体５００は、プラスチック材から形成され、射出成形で製造できる。基板は、各種電気回路が備えられる板であって、基板には電気エネルギーを伝達するように設けられるバスバー（Ｂｕｓ  Ｂａｒ）が含まれ得る。即ち、基板保護体５００は、基板と、基板に備えられたバスバーを保護することができる。
【００２７】
図１及び図２を参照すれば、ケーシング２００とカバー３００とは、フック部材４００を備えて選択的に結合及び結合解除可能である。ケーシング２００とカバー３００とはボルティングまたは溶接で結合できるが、ケーシング２００とカバー３００とがボルティングによって結合する場合、ボルトの挿入のための作業空間を確保しなければならないので、必要以上の空間が無駄遣いになるという問題点があり、ケーシング２００とカバー３００とが溶接によって結合する場合、バッテリーモジュール１０の内部にセルスウェリングなどの異常現象の発生時、極めて分離しにくいという問題点がある。しかし、ケーシング２００とカバー３００とがフック部材４００を用いて結合する場合、結合が容易であり、ボルティング時のような作業空間が不要であるため、無駄な空間が要らず、バッテリーモジュール１０の内部に異常現象が発生したとき、容易に分離してこれを処理することができるという効果を奏する。但し、本発明の実施例において、ケーシング２００とカバー３００とがボルティングまたは溶接によって結合することを排除することではなく、必要に応じてケーシング２００とカバー３００とはボルティング及び溶接を含むより多様な方式によって結合できる。
【００２８】
フック部材４００は、フック突起４１０及び前記フック突起４１０が締結される締結孔４２０で設けることができる。図１を参照すれば、フック突起４１０は、一つ以上が備えられてケーシング２００に設けられ得、締結孔４２０は、フック突起４１０の個数と位置に対応するようにカバー３００に設けられ得る。
【００２９】
なお、図示していないが、フック突起４１０は、一つ以上が備えられてカバー３００に設けられ得、締結孔４２０は、フック突起４１０の個数と位置に対応するようにケーシング２００に設けられ得る。
【００３０】
図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおける溶接部を示した図であり、図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、基板保護体の本体がケーシングから離隔された様態を示した側断面図である。
【００３１】
図１、図３及び図４を参照すれば、間隔維持部５２０は、基板を覆って保護する基板保護体５００の本体５１０がケーシング２００から予め設定された間隔Ｄ（図４参照）で離隔するように設けられ得る。前述のように、ケーシング２００は、例えば、金属材質のプレートが分離型に製造され、溶接、特に、レーザー溶接などによって相互結合でき、基板保護体５００は、プラスチック材で設けられて射出成形で製造できる。そして、ケーシング２００は、基板保護体５００を保護するために基板保護体５００を収納して囲む。ここで、ケーシング２００が基板保護体５００を囲む場合、ケーシング２００と基板保護体５００の本体５１０とは近接して配置され、例えば、分離型に設けられる複数の金属材質のプレートがレーザー溶接によって相互結合されれば、レーザー溶接から発生する熱エネルギーによってプラスチック材質の基板保護体５００が熱変形または損傷し得る。これを防止するために、本発明の一実施例は、間隔維持部５２０によって基板保護体５００の本体５１０とケーシング２００とが所定間隔Ｄで離隔するように設けられ得る。ここで、基板保護体５００の本体５１０とケーシング２００との所定間隔Ｄとは、レーザー溶接を含む多様な溶接によって発生する熱から基板保護体５００の本体５１０に熱変形が発生しない程度の間隔Ｄを意味する。そして、間隔維持部５２０は、基板保護体５００の本体５１０から突出する突起で構成され得、突起が本体５１０から突出してケーシング２００に接触すれば、ケーシング２００が本体５１０に直接接触しないため、基板保護体５００の本体５１０とケーシング２００との間隔Ｄが形成できる。突起は、基板保護体５００の本体５１０の長さ、大きさ、面積などを考慮して、その個数と間隔などが決められ得る。そして、突起は一つ以上が設けられ得、突起が複数で設けられる場合、複数の突起間距離は一定であってもよく、相違してもよい。
【００３２】
一方、間隔維持部５２０が長手方向に形成される場合、間隔維持部５２０の長さＬ１は、それに対応するケーシング２００の長さＬ２よりも小さく構成できる（図３参照）。即ち、ケーシング２００には、間隔維持部５２０に接触しない非接触部２６０が備えられ得、ここで、非接触部２６０は、本体５１０から予め決められた間隔で離隔される。そして、非接触部２６０には溶接が行われる溶接部２６１が形成され、非接触部２６０を通して、例えば、レーザー溶接が行われ得る。仮に、間隔維持部５２０の長さＬ１がケーシング２００の長さＬ２と同一に構成されれば、ケーシング２００を溶接する場合、溶接時に発生する熱によって間隔維持部５２０が熱変形し得る。即ち、基板保護体５００の本体５１０は、ケーシング２００から離隔されているため、溶接時において熱変形が発生しないが、間隔維持部５２０は、ケーシング２００に直接接触しているため、溶接時において熱変形が発生し得る。これを防止するために、間隔維持部５２０の長さＬ１がケーシング２００の長さＬ２よりも小さく構成され、ケーシング２００には間隔維持部５２０に接触しない非接触部２６０が備えられ、ケーシング２００と間隔維持部５２０とが接触しない非接触部２６０を通して、例えば、レーザー溶接が行われるため、間隔維持部５２０の熱変形を防止することができる効果も奏する。
以下、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０の作用について説明する。
【００３３】
図１の部分拡大図を参照すれば、間隔維持部５２０は、基板保護体５００の本体５１０から突出する突起で設けられ得る。間隔維持部５２０は、複数個で形成でき、図３及び図４を参照すれば、間隔維持部５２０は、ケーシング２００に接触し得る。そして、ケーシング２００には、間隔維持部５２０に接触しない非接触部２６０が備えられ得、例えば、レーザー溶接は、非接触部２６０の溶接部２６１を通して行われ得る。
【００３４】
このような間隔維持部５２０によって基板保護体５００の本体５１０とケーシング２００との間隔Ｄが維持されるため、ケーシング２００を溶接しても、基板保護体５００の本体５１０は、溶接時に発生する熱による熱変形が防止される。そして、間隔維持部５２０が接触しないケーシング２００の非接触部２６０を通して溶接が行われるため、間隔維持部５２０の熱変形も防止される。
【００３５】
一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、前述の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を一つ以上含む。また、前記バッテリーパック（図示せず）は、このようなバッテリーモジュール１０に加え、バッテリーモジュール１０を収納するためのケース、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含むことができる。
【００３６】
一方、本発明の一実施例による自動車（図示せず）は、前述のバッテリーモジュール１０またはバッテリーパック（図示せず）を含み、前記バッテリーパック（図示せず）には、前記バッテリーモジュール１０が含まれ得る。そして、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、前記自動車（図示せず）、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような電気を用いる所定の自動車（図示せず）に適用可能である。
【００３７】
以上のように、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るものではなく、本発明の属する技術分野で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。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、特に、二次電池関連産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    バッテリーモジュール
１００  カートリッジ組立体
１１０  バッテリーセル
２００  ケーシング
３００  カバー
５００  基板保護体
５２０  間隔維持部
【図１】
0006538274.tif 000002
【図２】
0006538274.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006538274.tif 000005