(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＭＳ統合型コンパクト二次電池モジュールであって、
二次電池セルを収納する少なくとも二つまたはそれ以上のカートリッジが積層し結合したカートリッジ組立体と、
対応するセルの電極に電気的に接続される二つまたはそれ以上のバスバーが予め決められたパターンで配置され、それぞれのバスバーに接続可能なＢＭＳ回路基板が一体に設けられ、カートリッジ組立体の側面に配置されたセンシングハウジングであって、前記センシングハウジングは、前記二次電池セルの電極に電気的に接続された少なくとも二つのバスバーと、前記少なくとも二つのバスバー間のＢＭＳ回路基板と、を有し、前記少なくとも２つのバスバーは、前記ＢＭＳ回路基板に接続されている、センシングハウジングと、
を備えることを特徴とするコンパクト二次電池モジュール。
【請求項２】
センシングハウジングが、カートリッジ組立体に選択的に締結または分離可能であることを特徴とする請求項１に記載のコンパクト二次電池モジュール。
【請求項３】
センシングハウジングの縁部に設けられた複数のハウジングフックと、
それぞれのハウジングフックが結合できるようにカートリッジ組立体の側面に設けられた複数の組立体締結溝と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のコンパクト二次電池モジュール。
【請求項４】
それぞれのバスバーにＢＭＳ回路基板がリワーク可能に接続するように、ＢＭＳ回路基板に設けられたスペアホールを備えることを特徴とする請求項１に記載のコンパクト二次電池モジュール。
【請求項５】
ＢＭＳ回路基板が、それぞれのバスバーによって感知されるそれぞれのセルの電圧及び／または温度データを管理するためのマスターＢＭＳ回路基板であることを特徴とする請求項１に記載のコンパクト二次電池モジュール。
【請求項６】
センシングハウジングに選択的に結合または分離可能なセンシングカバーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のコンパクト二次電池モジュール。
【請求項７】
センシングカバーの縁部に設けられた複数のカバーフックと、
それぞれのカバーフックが結合できるようにセンシングハウジングに設けられた複数のハウジングスロットと、
を備えることを特徴とする請求項６に記載のコンパクト二次電池モジュール。
【請求項８】
カートリッジ組立体の隣り合う二つのカートリッジが、相互フック結合することを特徴とする請求項１に記載のコンパクト二次電池モジュール。
【請求項９】
カートリッジ組立体が、両端のカートリッジにそれぞれフック結合する上部カバー及び下部カバーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のコンパクト二次電池モジュール。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のコンパクト二次電池モジュールを含む二次電池パック。
【請求項１１】
二次電池パックが、家庭用光起電太陽光パネル用のエネルギー貯蔵装置を含むことを特徴とする請求項１０に記載の二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池モジュールに関し、より詳しくは、モジュールの電圧などを管理するためのＢＭＳがモジュールに統合されたコンパクトリチウム二次電池モジュールに関する。
本出願は、２０１４年１２月２４日出願の韓国特許出願第１０−２０１４−０１８８０６２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】
モバイル機器の技術開発と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、最近はエネルギー密度の高いリチウムイオン電池及びリチウムポリマー電池がよく用いられている。
このような二次電池は、正極活物質としてリチウム転移金属酸化物、リチウム複合酸化物などを用い、重量対比の高い出力と容量を有するリチウム二次電池が大きく脚光を浴びている。通常、リチウム二次電池は、正極／セパレータ／負極の電極組立体が電解質とともに密閉容器に収容されている構造からなる。
【０００３】
一方、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からなり、正極活物質および負極活物質として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、乾燥させることで形成される。
通常、二次電池モジュールにおいて、モジュール側には個別セルの電圧／温度についてのデータを提供するスレーブ形態のＢＭＳが適用され、例えば、自動車用の二次電池パックの場合、ＰＣＳまたはＥＭＭのような上位段にマスター形態のＢＭＳが提供されて全体の二次電池パックの機能を総括管理する。
【０００４】
また、エネルギー貯蔵装置（ＥＳＳ）用の二次電池モジュールの場合、モジュール間の直／並列拡張性のために、個別モジュールの間にマスター形態のＢＭＳを構成して個別モジュールをバランシングし、これについてのデータをデイジーチェーン形態を用いて最上位段のマスターＢＭＳへそれぞれのスレーブＢＭＳのデータを伝達する形態で構成される。
従来技術によれば、多様な二次電池モジュールが存在し、モジュールを構成するカートリッジ及びセンシングのためのバスバーの構造及び位置が相違するため、効率的な接続作業が厳しいだけでなく、センシング構造物の溶接品質が低下し、溶接などの作業のための空間を設けなければならないため、最終的に二次電池モジュールのエネルギー密度が低下してしまうという問題があった。
また、エネルギー貯蔵装置または電力貯蔵装置に用いられる二次電池モジュールは、エネルギー効率または密度を高めるために、二次電池モジュールを最大限にコンパクトに構成することが技術開発の焦点となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、マスターＢＭＳが二次電池モジュールに一体に組み立てられ、着脱が容易となるようＢＭＳがカートリッジ組立体に結合した構造を有するコンパクト二次電池モジュール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】
【０００６】
上記の課題を達成するため、本発明の一面によるＢＭＳ統合型コンパクト二次電池モジュールは、二次電池セルを収納する少なくとも二つまたはそれ以上のカートリッジが積層し結合したカートリッジ組立体と、対応するセルの電極に電気的に接続される二つまたはそれ以上のバスバーが予め決められたパターンで配置され、それぞれのバスバーに接続可能なＢＭＳ回路基板が一体に設けられ、カートリッジ組立体の側面に配置されたセンシングハウジングと、を備える。
【０００７】
望ましくは、センシングハウジングは、カートリッジ組立体に選択的に締結または分離可能である。
望ましくは、二次電池モジュールは、センシングハウジングの縁部に設けられた複数のハウジングフックと、それぞれのハウジングフックが結合できるようにカートリッジ組立体の側面に設けられた複数の組立体締結溝と、を備える。
望ましくは、二次電池モジュールは、それぞれのバスバーにＢＭＳ回路基板がリワーク（ｒｅｗｏｒｋ）可能に接続するように、ＢＭＳ回路基板に設けられたスペアホールを備える。
望ましくは、ＢＭＳ回路基板は、それぞれのバスバーによって感知されるそれぞれのセルの電圧及び／または温度データを管理するためのマスターＢＭＳ回路基板である。
望ましくは、二次電池モジュールは、センシングハウジングに選択的に結合または分離可能なセンシングカバーをさらに備える。
望ましくは、二次電池モジュールは、センシングカバーの縁部に設けられた複数のカバーフックと、それぞれのカバーフックが結合できるようにセンシングハウジングに設けられた複数のハウジングスロットと、を備える。
望ましくは、二次電池モジュールは、カートリッジ組立体の隣り合う二つのカートリッジが、相互フック結合する。
望ましくは、カートリッジ組立体は、両端のカートリッジにそれぞれフック結合する上部カバー及び下部カバーをさらに備える。
【０００８】
本発明の他面によれば、コンパクト二次電池モジュールを含む二次電池パックが提供され、かかる二次電池パックは、家庭用光起電（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）太陽光パネル用のエネルギー貯蔵装置を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の望ましい例示的な実施例によるＢＭＳ統合型コンパクト二次電池モジュールは、以下のような効果を奏する。
第一に、マスターＢＭＳがバスバーとともにセンシングハウジングに一体に具現され、センシングハウジングがカートリッジ組立体の側面に選択的にフックまたはスナップ結合できるため、二次電池モジュールをコンパクトに構成することができる。
第二に、ＢＭＳにスペアホールを設けることで、ＢＭＳの再使用またはリワーク時における着脱が容易となる。
第三に、個別のモジュール同士の直／並列拡張が容易な二次電池モジュールにマスターＢＭＳが統合することで、エネルギー貯蔵装置に適したモジュール構造を提供することができる。
【００１０】
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例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】
【００１１】
【図１】本発明の望ましい例示的実施例による二次電池モジュールの結合斜視図である。
【図２】本発明の望ましい例示的実施例による二次電池モジュールの部分分離斜視図である。
【図３】本発明の望ましい例示的実施例による二次電池モジュールの他の部分分離斜視図である。
【図４】図２に示したセンシングハウジングの分離斜視図である。
【図５】図４の結合斜視図である。
【図６】図４及び図５のＢＭＳ回路基板及びバスバー部位の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、本発明の最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。
本明細書において用いられるＢＭＳは、バッテリマネージメントシステム（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）を意味する。
【００１３】
図１は、本発明の望ましい例示的実施例による二次電池モジュールの結合斜視図であり、図２は、本発明の望ましい例示的実施例による二次電池モジュールの部分分離斜視図であり、図３は、本発明の望ましい例示的実施例による二次電池モジュールの他の部分分離斜視図である。
図１〜図３を参照すれば、本発明の望ましい例示的実施例によるコンパクト二次電池モジュール１００は、それぞれのセル２を収納する複数のカートリッジ１０が積層されたカートリッジ組立体２０、カートリッジ組立体２０の側面に、例えば、ワンタッチまたはスナップ−フィット（ｓｎａｐ−ｆｉｔ）、フックの形態に結合するセンシングハウジング３０、及びセンシングハウジング３０に設けられた複数のバスバー３２及びＢＭＳ回路基板３４を保護するためのセンシングカバー４０を備える。
カートリッジ組立体２０は、プラスチックによって射出成形され、セル２を収納できる収納部が形成された複数のカートリッジ１０が積層されたものであって、それぞれのカートリッジ１０は、相互スナップ−フィットまたはフックによって結合することが望ましい。それぞれのカートリッジ１０は、隣り合うカートリッジ１０と結合するために、側面に複数のカートリッジフック１５及びカートリッジスロット１７を備える。例えば、それぞれのカートリッジ１０の縁部の下部にはカートリッジフック１５が突出し、カートリッジ１０の縁部の上部には隣り合うカートリッジ１０のカートリッジフック１５が係合できるカートリッジスロット１７が設けられる。
【００１４】
カートリッジ組立体２０は、両端のカートリッジ１０に、例えば、フック結合する上部カバー１１及び下部カバー１３を備える。上部カバー１１及び下部カバー１３は、それぞれカートリッジ組立体２０の個別のカートリッジ１０と実質的に同一の形状を有するように射出成形される。上部カバー１１には、隣り合うカートリッジ１０のカートリッジスロット１７に係合可能なカートリッジフック１５が設けられ、下部カバー１３には、隣り合うカートリッジ１０のカートリッジフック１５が係合可能なカートリッジスロット１７が設けられる。上部カバー１１及び下部カバー１３は、両端のカートリッジ１０に収納されたセル２を保護する機能を有し、二次電池モジュール１００の外形を仕上げて取り囲む機能及び構造を有することは、当業者であれば十分理解できるだろう。
それぞれのカートリッジ１０、上部カバー１１、及び下部カバー１３が積層されてカートリッジ組立体２０を形成する場合、後述のセンシングハウジング３０のハウジングフック３５が結合可能となるよう、それぞれの側面に設けられた締結溝１９を備える。即ち、それぞれのカートリッジ１０の締結溝１９は、射出成形によって予め形成され、カートリッジ１０が積層されてカートリッジ組立体２０を形成すれば、そのような締結溝１９にはセンシングハウジング３０のハウジングフック３５が選択的に結合できる構造である。それぞれのカートリッジ１０の締結溝１９は、セル２の電極リード１２（１４）が位置する縁部の周辺に設けられる。
【００１５】
図４は、図２に示したセンシングハウジングの分離斜視図であり、図５は、図４の結合斜視図である。
図２〜図５を参照すれば、センシングハウジング３０は略長方形であり、例えば、絶縁性プラスチックによって射出成形され、カートリッジ組立体２０に選択的に結合または分離できる。このために、センシングハウジング３０の縁部には複数のハウジングフック３５がハウジング本体と一体に設けられる。前述のように、それぞれのハウジングフック３５は、カートリッジ組立体２０の対応する締結溝１９にスナップ結合する。また、センシングハウジング３０は、それぞれのセルのリード１２（１４）の位置に対応するように配置された複数のバスバー３２が設けられる。それぞれのバスバー３２は、例えば、銅から製作されることが望ましい。センシングハウジング３０の略中央部には、対応するバスバー３２によって感知されるそれぞれのセル２の電圧及び／または温度データを収集し、収集されたデータを用いて該当のセル２をバランシングし、モジュールの他の制御部（図示せず）へデータを伝達する機能を有するマスター形態のＢＭＳ回路基板３４が設けられる。ＢＭＳ回路基板３４は、それぞれのバスバー３２の一端と電気的に接続する。また、ＢＭＳ回路基板３４は、複数のモジュール１００が結合する場合、それぞれのＢＭＳ回路基板３４の間でデータを交換するための一対のデータ通信ポート３６と、二次電池モジュール１００の内部の温度を測定するための温度センサー（図示せず）の信号を受信するための温度データポート２８、及び完成した二次電池モジュール１００の正極ターミナル端子３１と負極ターミナル端子３３とが設けられる。
【００１６】
隣接するそれぞれのセル２の第１リード１２及び第２リード１４は、それぞれのセル２のサイドから所定長さだけ延長及び折り曲げられ、所定の幅をそれぞれ有する。それぞれのセル２の第１リード１２は、図面の下方へ９０°折り曲げられ、第２リード１４は、図面の上方へ９０°折り曲げられる。また、隣接するセル２の反対極性を有する第１リード１２及び第２リード１４は、所定パターンのリード溶接部を形成する。例えば、隣り合うセルのいずれか一つのセル２の第１リード１２は、カートリッジ１０の厚さの略半分の長さだけ折曲部から伸び、他方のセル２の第２リード１４は、カートリッジ１０の厚さの他の略半分の長さだけ伸びることで、第１リード１２及び第２リード１４は、リード溶接部において同一平面に位置し、その端部は向い合いながら実質的に接触するか、所定間隔で離隔するように配置され得る。他の実施例によれば、第１リード１２及び第２リード１４が、相互重なるように配置され得る。前述のように、第１リード１２及び第２リード１４が、所定のパターンでリード溶接部を形成した状態でカートリッジ組立体２０にセンシングハウジング３０が結合すれば、対応するそれぞれのバスバー３２は、リード溶接部に接触するようになり、例えば、レーザー溶接器を用いてリード溶接部の第１リード１２及び第２リード１４は、対応するバスバー３２に溶接され得る。
【００１７】
図４及び図５のＢＭＳ回路基板及びバスバー部位の部分斜視図である図６を参照すれば、センシングハウジング３０にバスバー３２とＢＭＳ回路基板３４を位置させた状態で、バスバー３２はＢＭＳ基板３４に、例えばはんだ付けによって電気的に接続できる。この場合、はんだ付け作業位置は、個別セル２当り２つずつ適用することが望ましい。即ち、最初の組立時、ＢＭＳ回路基板３４に形成された結合部３７に、バスバー３２端縁の接続端子を挿入してはんだ付け作業を行い、リワークが必要な場合、既存のはんだ付け部分を、例えばカットした後、残りのスペア穴３９にバスバー３２’を挿入してさらにはんだ付け作業を行うことができる。他の実施例によれば、ＢＭＳ回路基板３４は、前述のはんだ付けの外に、例えば、接着テープ、レセプタクルなどのような方式によってバスバー３２への組立てが可能であることを、当業者であれば十分理解できるであろう。
【００１８】
図１〜図３を再度参照すれば、センシングカバー４０は、センシングハウジング３０がカートリッジ組立体２０に結合した状態で、ＢＭＳ回路基板３４とバスバー３２部位を保護するためのものである。センシングカバー４０は、絶縁性プラスチック材質から射出成形することが望ましい。また、センシングカバー４０は、その縁部に設けられた複数のカバーフック４２を備える。それぞれのカバーフック４２は、センシングハウジング３０の対応位置にそれぞれ設けられたハウジングスロット１６に選択的に挿入され得る。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、本発明の本質的特性から逸脱しない範囲内で多様な修正及び変形が可能であろう。したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであって、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されることではない。本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲により解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものに解釈せねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、ＢＭＳ統合型コンパクト二次電池モジュールに関し、特に、二次電池モジュールに係わる産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
２  セル
１０  カートリッジ
１１  上部カバー
１３  下部カバー
１５  カートリッジフック
１７  カートリッジスロット
１９  締結溝
２０  カートリッジ組立体
３０  センシングハウジング
３１  正極ターミナル端子
３２  バスバー
３３  負極ターミナル端子
３４  ＢＭＳ回路基板
３５  ハウジングフック
３６  データ通信ポート
３７  結合部
３９  スペア穴
４０  センシングカバー
４２  カバーフック
１００  コンパクト二次電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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