(57)【要約】  本発明は、複数の電池セルが一対のセルフレームに装着された状態で一対の端子プレートによって電気的に接続されて構成される単位モジュールを含んでいる電池モジュールアセンブリを提供する。
2017501538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが一対のセルフレームに装着された状態で一対の端子プレートによって電気的に接続されて構成される単位モジュールを含んでいる電池モジュールアセンブリであって、
前記多数の単位モジュールが電気的に接続された状態で電池セルの電極端子の方向に配列されて構成されており、互いに離隔した状態で側面方向に配列されている２つ以上のサブモジュール（Sub-Modules）と、
通信端子が一側に形成されており、前記サブモジュールの間の離隔空間に装着されるＢＭＳ（Battery Management System）と、
前記サブモジュール及びＢＭＳが搭載されるベースプレート（Base Plate）と、
前記サブモジュール及び下記のハーネスカバー（Harness Cover）を内蔵した状態で、サブモジュール及びベースプレートと締結結合される上部カバープレート（Cover Plate）と、
前記ベースプレートの前面に装着され、ベースプレート及び上部カバープレートに結合され、両端に入出力端子が形成されており、前記入出力端子にリレー（Relay）及びヒューズ（Fuse）が電気的に接続されている前面カバープレート（Front Cover Plate）と、
前記多数の電池セルから電圧及び温度を測定できるように、前記サブモジュールの上面に装着されているハーネスカバーと、
を含むことを特徴とする、電池モジュールアセンブリ。
【請求項２】
前記電池セルは円筒型電池セルであることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項３】
前記単位モジュールにおいて、電池セルは並列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項４】
前記セルフレームは、電池セルの第１端子部位が装着される第１セルフレーム、及び電池セルの第２端子部位が装着される第２セルフレームを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項５】
前記第１セルフレーム及び第２セルフレームには、第１端子及び第２端子が露出するための開口が穿孔されていることを特徴とする、請求項４に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項６】
前記端子プレートは、電池セルの第１端子に接続される第１端子プレート、及び電池セルの第２端子に接続される第２端子プレートを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項７】
前記端子プレートは、電池セルの電極端子に接続された状態で、セルフレームの外面に装着されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項８】
前記サブモジュールにおいて、単位モジュールは直列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項９】
前記サブモジュールは、ハーネスカバーによって直列及び／又は並列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１０】
前記前面カバープレートには、通信端子に対応する第１貫通溝が形成されており、前記通信端子は、第１貫通溝を通して前面カバープレートから突出していることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１１】
前記前面カバープレートには、ヒューズに対応する第２貫通溝が形成されており、前記第２貫通溝にはヒューズカバーが装着されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１２】
前記ベースプレートには、単位モジュールがスライド装着され得るようにレール構造が形成されており、前記セルフレームと締結され得るように第１締結溝が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１３】
前記セルフレームとベースプレートは、ボルト又はボルト−ナットによって締結されることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１４】
前記上部カバープレートには、セルフレームと締結され得るように第２締結溝が形成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１５】
前記セルフレームと上部カバープレートは、ボルト又はボルト−ナットによって締結されることを特徴とする、請求項１４に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１６】
前記ＢＭＳは、六面体構造からなっており、六面のうちの一面の上端と下端にそれぞれ通信端子が突出していることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１７】
前記ハーネスカバーは、単位モジュールの電圧を測定する電圧センシングワイヤ、及び単位モジュールの温度を測定する温度センシングワイヤを含み、前記ＢＭＳは、ハーネスカバーの電圧センシングワイヤ及び温度センシングワイヤと電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１６に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の電池モジュールアセンブリを含むことを特徴とする、電池パック。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電池パックを含むことを特徴とする、デバイス。
【請求項２０】
前記デバイスは、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ることを特徴とする、請求項１９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブモジュールが内部に装着されている電池モジュールアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、充放電可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されており、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−Ｉｎ  ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
【０００３】
また、電気を貯蔵しておき、必要な時点に安定的に電力系統に再び供給する電力貯蔵装置に関する技術が開発されている。電力貯蔵装置は、電力需要が少ないときにエネルギーを貯蔵し、過負荷又は非常時に電力を供給する装置であって、電力品質及びエネルギー利用効率を向上させる効果を提供している。特に、家庭用電力貯蔵装置及び産業用又は商業用中型電力貯蔵装置は、スマートグリッド技術と結び付いて市場規模が急成長している。
【０００４】
一方、電池モジュールが所定の装置乃至デバイスで要求される出力及び容量を提供するためには、多数の電池セルを直列又は並列方式で電気的に接続して電池モジュールを構成しなければならず、電池モジュールの容量が大きくなるほど、拡張性が容易且つ安定した構造を維持できなければならない。
【０００５】
このような電池モジュールを構成する電池セルは、パウチ型電池セル、角型電池セルまたは円筒型電池セルを挙げることができる。これら電池セルのうち円筒型電池セルで電池モジュールを構成する場合には、円筒型電池セルを積層して電池モジュールを構成する構造において、相対的に角型電池セル又はパウチ型電池セルに比べて構造的に不安定性を有するようになる。
【０００６】
したがって、このような問題点を根本的に解決できる技術に対する必要性が高い実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記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。
【０００８】
具体的に、本発明の目的は、所望の出力に応じて電池モジュールの拡張及び縮小が容易であり、構造的に安定的且つコンパクトな電池モジュールアセンブリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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アセンブリは、
複数の電池セルが一対のセルフレームに装着された状態で一対の端子プレートによって電気的に接続されて構成される単位モジュールを含んでいる電池モジュールアセンブリであって、
前記多数の単位モジュールが電気的に接続された状態で電池セルの電極端子の方向に配列されて構成されており、互いに離隔した状態で側面方向に配列されている２つ以上のサブモジュール（Sub-Modules）；
通信端子が一側に形成されており、前記サブモジュールの間の離隔空間に装着されるＢＭＳ（Battery Management System）；
前記サブモジュール及びＢＭＳが搭載されるベースプレート（Base Plate）；
前記サブモジュール及び下記のハーネスカバー（Harness Cover）を内蔵した状態で、サブモジュール及びベースプレートと締結結合される上部カバープレート（Cover Plate）；
前記ベースプレートの前面に装着され、ベースプレート及び上部カバープレートに結合され、両端に入出力端子が形成されており、前記入出力端子にリレー（Relay）及びヒューズ（Fuse）が電気的に接続されている前面カバープレート（Front Cover Plate）；及び
前記多数の電池セルから電圧及び温度を測定できるように、前記サブモジュールの上面に装着されているハーネスカバー；
を含んでいてもよい。
【００１０】
すなわち、本発明に係る電池モジュールアセンブリは、一対のセルフレームに複数の電池セルを装着した単位モジュールを含み、単位モジュールを配列してサブモジュールを構成することによって、所望の出力に応じて電池モジュールの拡張及び縮小が容易であり、安定的且つコンパクトな構造からなることができる。
【００１１】
具体的に、前記電池セルは円筒型電池セルであってもよい。
【００１２】
前記単位モジュールにおいて、電池セルは電気的に並列接続されていてもよい。
【００１３】
一実施例において、前記一対のセルフレームは、電池セルの第１端子部位が装着される第１セルフレーム、及び電池セルの第２端子部位が装着される第２セルフレームからなっていてもよい。前記第１端子部位は正極端子部位であってもよく、前記第２端子部位は負極端子部位であってもよく、その反対も可能であることは勿論である。
【００１４】
また、前記第１セルフレーム及び第２セルフレームには、円筒型電池セルの第１端子及び第２端子が露出する開口が穿孔されていてもよい。前記開口は、円筒型電池セルに対応する形状からなっていてもよい。
【００１５】
前記第１及び第２セルフレームに装着されて前記開口を介して露出した第１端子と第２端子は、一対の端子プレートによって接続されてもよい。
【００１６】
前記端子プレートは、電池セルの第１端子に接続される第１端子プレート、及び電池セルの第２端子に接続される第２端子プレートからなっていてもよく、これらそれぞれの端子プレートは、電池セルの電極端子に接続された状態で、セルフレームの外面に装着されていてもよい。
【００１７】
前記第１及び第２端子プレートは、前記第１及び第２端子のそれぞれに抵抗溶接によって結合されていてもよい。
【００１８】
前記第１及び第２セルフレームの上端の中央部位にはモジュール端子がそれぞれ形成されていてもよく、前記端子プレートは、前記モジュール端子に電気的に接触できるように、端子プレートの上端の一部がモジュール端子の方向に延びていてもよい。
【００１９】
前記のような単位モジュールを電池セルの電極端子の方向に配列してサブモジュールを構成する場合、前列の単位モジュールの第２セルフレームと後列の単位モジュールの第１セルフレームとが隣接し、それぞれのセルフレームのモジュール端子にバスバーが結合されて、前記サブモジュールにおいて前記単位モジュールは電気的に直列接続され得る。
【００２０】
前記ハーネスカバーは、サブモジュールを電気的に接続すると同時に、単位モジュールのそれぞれの電圧及び温度を測定することができる。
【００２１】
具体的に、前記ハーネスカバーは、単位モジュールの配列方向に延びて形成されている電気絶縁性の本体（body）、前記本体から単位モジュールのそれぞれの方向に分岐して延びている電気絶縁性のブランチ（branches）、前記本体及びブランチのそれぞれの上面に装着されている電圧センシングワイヤ（voltage sensing wire）、及び前記ブランチのうち中央のブランチの上面に装着されている温度センシングワイヤ（temperature sensing wire）を含んでいてもよい。
【００２２】
また、前記ハーネスカバーは、前記サブモジュールを直列接続できるように、前記ブランチのうち１つには直列ワイヤがさらに装着されていてもよい。
【００２３】
したがって、サブモジュールは、ハーネスカバーによって直列及び／又は並列接続され得る。
【００２４】
一方、前記前面カバープレートには、ＢＭＳの通信端子に対応する第１貫通溝が形成されており、前記通信端子は、第１貫通溝を通して前面カバープレートから突出していてもよい。
【００２５】
また、前記前面プレートにはヒューズに対応する第２貫通溝が形成されており、前記第２貫通溝にはヒューズカバーが装着されていてもよい。このような構造により、過電流で消耗されたヒューズは、前記ヒューズカバーを通じて容易に交換することができる。
【００２６】
本発明の一実施例に係るベースプレートには、単位モジュールがスライド装着され得るようにレール構造が形成されており、前記セルフレームと締結され得るように第１締結溝が形成されていてもよい。
【００２７】
前記レール構造は、ベースプレートの上面に電池セルの電極端子の方向にガイドレールが形成されている構造であってもよい。また、前記単位モジュールの下端には、ベースプレート上に装着できるように、前記ガイドレールの形状に対応する構造のレール溝が形成されていてもよい。
【００２８】
前記セルフレームの両側下端には、ねじ溝が突出して形成されていてもよく、前記セルフレームとベースプレートは、前記ねじ溝とボルト又はボルト−ナットによって締結されていてもよい。
【００２９】
前記上部カバープレートには、セルフレームと締結できるように第２締結溝が形成されていてもよい。前記セルフレームの上端には、前記第２締結溝に対応する形状のねじ溝が形成されていてもよい。
【００３０】
したがって、前記セルフレームと上部カバープレートは、前記ねじ溝とボルト又はボルト−ナットによって締結されていてもよい。
【００３１】
本発明の一実施例に係るＢＭＳは、六面体構造からなっていてもよく、六面のうちの一面の上端と下端にそれぞれ通信端子が突出していてもよい。
【００３２】
前記ハーネスカバーは、上述したように、単位モジュールの電圧を測定する電圧センシングワイヤ、及び単位モジュールの温度を測定する温度センシングワイヤを含み、前記ＢＭＳは、ハーネスカバーの電圧センシングワイヤ及び温度センシングワイヤと電気的に接続されていてもよい。
【００３３】
本発明はまた、前記電池モジュールアセンブリを含む電池パックを提供する。
【００３４】
本発明はまた、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。
【００３５】
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】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例に係る電池モジュールアセンブリの斜視図である。
【図２】図１の上部カバープレートが除去された電池モジュールアセンブリの斜視図である。
【図３】図２の単位モジュールの斜視図である。
【図４】図２のハーネスカバーの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。
【００３８】
図１には、本発明の一実施例に係る電池モジュールアセンブリの斜視図が示されており、図２には、図１の上部カバープレートが除去された電池モジュールアセンブリの斜視図が示されている。
【００３９】
図１及び図２を参照すると、電池モジュールアセンブリ１００は、サブモジュール１１０、ベースプレート１２０、前面カバープレート１３０、後面カバープレート１４０、上部カバープレート１５０、ＢＭＳ１６０、リレー（図示せず）、ヒューズ（図示せず）及びハーネスカバー３００からなっている。
【００４０】
サブモジュール１１０は、複数の単位モジュール２００を電池セルの電極端子の方向に配列した状態で電気的に接続して構成されており、互いに側面方向に離隔した状態でベースプレート１２０上に装着されている。
【００４１】
このようなサブモジュール１１０は、サブモジュール１１０の上面に装着されているハーネスカバー３００の最後端ブランチ３２０に装着されている直列ワイヤ３５０によって電気的に直列接続されている。
【００４２】
前面カバープレート１３０の両端には入出力端子１３３が形成されており、中央部位には第１貫通溝１３１が形成されており、第１貫通溝１３１の左側にはヒューズカバー１８１が装着され得るように第２貫通溝（図示せず）が形成されている。
【００４３】
サブモジュール１１０と入出力端子１３３は、それらの間にリレー（図示せず）及びヒューズ（図示せず）が介在した状態で電気的に接続される。
【００４４】
ＢＭＳ１６０は、六面体構造からなっており、サブモジュール１１０の間の離隔空間に装着されており、ＢＭＳ１６０の前面の上端と下端にはそれぞれ通信端子１６１が形成されて、前面カバープレート１３０の第１貫通溝１３１から突出している。
【００４５】
ＢＭＳ１６０は、ハーネスカバー３００の、単位モジュール２００の電圧及び温度を測定する電圧センシングワイヤ３７２及び温度センシングワイヤ３７３と電気的に接続されている。
【００４６】
サブモジュール１１０及びＢＭＳ１６０はベースプレート１２０上に搭載されており、前記ベースプレート１２０の前面には、ベースプレート１２０及び上部カバープレート１５０と結合される前面カバープレート１３０が装着されている。
【００４７】
ベースプレート１２０の上面には、単位モジュール２００がスライド装着され得るようにガイドレール１２１が形成されており、単位モジュール２００と締結され得るように第１締結溝（図示せず）が形成されている。また、単位モジュール２００の下端には、ベースプレート１２０上に装着され得るように、前記ガイドレール１２１の形状に対応する構造のレール溝（図示せず）が形成されている。上部カバープレート１５０には、単位モジュール２００と締結され得るように第２締結溝１５１が形成されている。
【００４８】
図３には、図２の単位モジュールの斜視図が模式的に示されている。
【００４９】
図３を図１及び図２と共に参照すると、単位モジュール２００は、複数の円筒型電池セル２１０、第１フレーム２２０、第２フレーム２３０、第１端子プレート２４０、第２端子プレート２５０及びボルト２６０からなっている。
【００５０】
第１フレーム２２０及び第２フレーム２３０には、電池セル２１０の第１端子２１１及び第２端子２１２が露出することができるように、電池セル２１０に対応する形状の開口２２１，２３１が形成されている。
【００５１】
電池セル２１０は、第１フレーム２２０及び第２フレーム２３０に挿入された状態で、開口２２１，２３１から露出した第１端子２１１及び第２端子２１２にそれぞれ第１端子プレート２４０及び第２端子プレート２５０が締結されて電気的に並列接続される。
【００５２】
第１フレーム２２０及び第２フレーム２３０の上端の中央部位には、第１端子プレート２４０及び第２端子プレート２５０のそれぞれに電気的に接続され得るモジュール端子２２２，２３２が突出している。
【００５３】
第１フレーム２２０及び第２フレーム２３０の上端の両側部位には、フレーム間の締結を達成するためにリベット構造が形成されている。第１フレーム２２０の上端の両側部位にはリベット突出部２２３が形成されており、第２フレーム２３０の上端の両側部位には、前記リベット突出部２２３が挿入され得るようにリベット締結溝２３３が形成されている。
【００５４】
また、前記第１フレーム２２０及び第２フレーム２３０にはねじ溝２２４，２３４がそれぞれ形成されており、これらねじ溝２２４，２３４にボルト２６０が挿入されて、第１フレーム２２０と第２フレーム２３０との間の締結を強固にすることができる。
【００５５】
前記のような構造によって、複数の単位モジュール２００を電池セルの電極端子の方向に配列してサブモジュール１１０を構成する場合に、第１フレーム２２０と第２フレーム２３０は締結され得る。
【００５６】
また、前記第１フレーム２２０及び第２フレーム２３０の下端両側部には、ベースプレート１２０との締結のための締結溝２２５，２３５がそれぞれ形成されている。これら締結溝２２５，２３５は、第１フレーム２２０及び第２フレーム２３０が締結された状態で、上下に重なる構造となっている。
【００５７】
図４には、図２のハーネスカバーの斜視図が示されている。
【００５８】
図４を図１及び図３と共に参照すると、ハーネスカバー３００は、本体３１０、ブランチ３２０、電圧センシングワイヤ３３０、温度センシングワイヤ３４０及び直列ワイヤ３５０からなっている。
【００５９】
本体３１０は、単位モジュール２００の配列方向に延びて形成されており、ブランチ３２０は、本体３１０から単位モジュール２００のそれぞれの方向に分岐して延びており、本体３１０及びブランチ３２０は一体化した構造となっており、本体３１０及びブランチ３２０は、プレート状となっており、外周部に上向きに突出した外周壁３７０が形成されている。
【００６０】
電圧センシングワイヤ３３０及び温度センシングワイヤ３４０は、ブランチ３２０の上面に形成されているフック３２１によってブランチ３２０に締結されており、電圧センシングワイヤ３３０及び温度センシングワイヤ３４０の一側端部には、電池モジュールアセンブリ１００のＢＭＳ１６０と接続されて電圧及び温度信号を伝送できるように、ＢＭＳコネクタ３６０が形成されている。
【００６１】
また、ハーネスカバー３００の最後端ブランチ３２０には、サブモジュール１１０を電気的に直列接続することができるように、直列ワイヤ３５０が装着されている。
【００６２】
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、上記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】
【００６３】
以上で説明したように、本発明に係る電池モジュールアセンブリは、一対のセルフレームに複数の電池セルを装着した単位モジュールを含み、単位モジュールを配列してサブモジュールを構成することによって、所望の出力に応じて電池モジュールの拡張及び縮小が容易であり、安定的且つコンパクトな構造を提供する効果がある。
【符号の説明】
【００６４】
１００  電池モジュールアセンブリ
１１０  サブモジュール
１２０  ベースプレート
１２１  ガイドレール
１３０  前面カバープレート
１３１  第１貫通溝
１３３  入出力端子
１４０  後面カバープレート
１５０  上部カバープレート
１５１  第２締結溝
１６０  ＢＭＳ
１６１  通信端子
１８１  ヒューズカバー
２００  単位モジュール
２１０  電池セル
２２０第１フレーム
２２２、２３２  モジュール端子
２２５、２３５  締結溝
２３０  第２フレーム
２４０  第１端子プレート
２５０  第２端子プレート
２６０  ボルト
３００  ハーネスカバー
３１０  本体
３２０  ブランチ
３３０  電圧センシングワイヤ
３４０  温度センシングワイヤ
３５０  直列ワイヤ
３６０  ＢＭＳコネクタ
３７２  電圧センシングワイヤ
３７３  温度センシングワイヤ
【図１】
2017501538.tif 000003
【図２】
2017501538.tif 000004
【図３】
2017501538.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2017501538.tif 000007
2017501538.tif 000008
2017501538.tif 000009
2017501538.tif 000010
2017501538.tif 000011
2017501538.tif 000012
2017501538.tif 000013
2017501538.tif 000014