JP7357764B2 - バッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０１９年１２月６日付け出願の韓国特許出願第１０－２０１９－０１６１９６３号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
製品群毎の適用性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ；Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で環境にやさしく、エネルギー効率向上のための新たなエネルギー源として注目されている。
現在、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などの二次電池が広く使用されている。このような単位二次電池セル、すなわち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりも高い出力電圧が求められる場合、複数のバッテリーセルを直列で接続してバッテリーパックを構成することがある。また、バッテリーパックに求められる充放電容量に合わせて、複数のバッテリーセルを並列で接続してバッテリーパックを構成することもある。したがって、バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は求められる出力電圧または充放電容量によって多様に設定され得る。
一方、複数のバッテリーセルを直列／並列で接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールをまず構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を付け加えることで、バッテリーパックを構成する方法が一般的である。
従来のバッテリーモジュールの場合、溶接用ジグを用いてバッテリーセルの電極リードとバスバーアセンブリのセンシングバスバーとを密着加圧してレーザー溶接などで電極リードとセンシングバスバーとを溶接する。このような従来のバッテリーセルの電極リードとバスバーアセンブリのセンシングバスバーとの溶接の際、バスバーアセンブリの組立て公差などによって、電極リードとセンシングバスバーとの間で突出段差や誤整列などが発生することがある。従来のバッテリーモジュールにおいて、このような突出段差や誤整列などが発生した状態で溶接工程が行われると、溶接不良が発生する危険性が高くなる。
従来、このような突出段差や誤整列などを補正しようとして加圧ジグなどを用いて電極リードとセンシングバスバーとを加圧する場合、従来のバッテリーモジュールでは、一般に、センシングバスバーがバスバーアセンブリのバスバーフレームに固定された状態で取り付けられるため、相対的に移動可能な電極リード側が集中的に加圧されて電極リードが損傷されるという問題がある。
そこで、少なくとも一つのバッテリーセルの電極リードとバスバーアセンブリのセンシングバスバーとの溶接時に電極リードの損傷を防止しながら、組立て公差などによる突出段差や誤整列が発生しても溶接品質の低下を防止することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車が求められている。
したがって、本発明は、少なくとも一つのバッテリーセルの電極リードとバスバーアセンブリのセンシングバスバーとの溶接時に電極リードの損傷を防止することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
また、本発明は、少なくとも一つのバッテリーセルの電極リードとバスバーアセンブリのセンシングバスバーとの溶接時に、組立て公差などによる突出段差や誤整列が発生しても溶接品質の低下を防止することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを他の目的とする。
さらに、本発明は、バッテリーセルにセルスウェリングが起きても、電極リードの損傷を防止することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することをさらに他の目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、少なくとも一側に電極リードが突出する複数のバッテリーセルと、複数のバッテリーセルの電極リード同士を電気的に接続するためのバスバーアセンブリと、を含み、バスバーアセンブリは、複数のバッテリーセルの少なくとも一側を覆うバスバーフレームと、バスバーフレームに備えられ、電極リードを通過させる複数のリードスロットと、複数のリードスロット同士の間に配置され、電極リードと連結される少なくとも一つのセンシングバスバーと、少なくとも一つのセンシングバスバーを弾性的に支持可能であり、バスバーフレームの左右方向及び前後方向で少なくとも一つのセンシングバスバーの左右両側及び後方に配置される少なくとも三つの弾性ガイダと、を含む、バッテリーモジュールを提供する。
少なくとも一つのセンシングバスバーは、少なくとも三つの弾性ガイダに弾性接触しながら、バスバーフレームの左右方向及び前後方向の少なくとも一方向に沿って移動可能に備えられ得る。
少なくとも三つの弾性ガイダは、バスバーフレームに備えられ、バスバーフレームの左右方向に弾性変形可能な上部板バネと、上部板バネからバスバーフレームの上下方向に所定の距離だけ離隔してバスバーフレームに備えられ、バスバーフレームの左右方向に弾性変形可能な下部板バネと、バスバーフレームに備えられ、バスバーフレームの前後方向に弾性変形可能に備えられる後方板バネと、を含み得る。
上部板バネは、一対で備えられ、一対の上部板バネは、少なくとも一つのセンシングバスバーを挟んで対向して配置され得る。
下部板バネは、一対で備えられ、一対の下部板バネは、少なくとも一つのセンシングバスバーを挟んで対向して配置され得る。
後方板バネは、上部板バネの付近に配置されるようにバスバーフレームに備えられ、バスバーフレームの前後方向に弾性変形可能な第１板バネと、第１板バネから所定の距離だけ離隔してバスバーフレームに備えられ、バスバーフレームの前後方向に弾性変形可能な第２板バネと、を含み得る。
少なくとも三つの弾性ガイダは、バスバーフレームに一体で形成され得る。
バスバーアセンブリは、バスバーフレームに備えられ、少なくとも一つのセンシングバスバーの前方で少なくとも一つのセンシングバスバーの前方への離脱を防止する離脱防止ストッパを含み得る。
また、本発明は、上述した実施形態による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、少なくとも一つのバッテリーパックをパッケージングするパックケースと、を含む、バッテリーパックを提供する。
さらに、本発明は、上述した実施形態による少なくとも一つのバッテリーパックを含む、自動車を提供する。
以上のような多様な実施形態によって、少なくとも一つのバッテリーセルの電極リードとバスバーアセンブリのセンシングバスバーとの溶接時に電極リードの損傷を防止することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することができる。
また、以上のような多様な実施形態によって、少なくとも一つのバッテリーセルの電極リードとバスバーアセンブリのセンシングバスバーとの溶接時に、組立て公差などによる突出段差や誤整列が発生しても溶接品質の低下を防止することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することができる。
さらに、以上のような多様な実施形態によって、バッテリーセルにセルスウェリングが起きても、電極リードの損傷を防止することができるバッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車を提供することができる。
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形態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ものであるため、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。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明することで本発明をより明確にする。後述する実施形態は発明の理解を助けるため例示的に示されるものであり、本発明が後述する実施形態から多様に変形されて実施できることを理解せねばならない。また、発明の理解を助けるため、添付された図面は、実際の縮尺ではなく、一部構成要素の寸法が誇張して示され得る。
図１は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを説明するための図であり、図２は図１のバッテリーモジュールの主要部を説明するための図であり、図３は図２のバスバーアセンブリのセンシングバスバーを除いたバスバーフレームを説明するための図であり、図４～図６は図１のバッテリーモジュールのバッテリーセルの電極リードとセンシングバスバーとを溶接するとき、弾性ガイダによる電極リードとセンシングバスバーとの位置補正を説明するための図である。
図１～図６を参照すると、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００及びバスバーアセンブリ２００を含み得る。
バッテリーセル１００は、二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池または円筒型二次電池として設けられ得る。以下、本実施形態では、バッテリーセル１００がパウチ型二次電池として設けられることに限定して説明する。
バッテリーセル１００は、複数で備えられ得る。複数のバッテリーセル１００は、相互電気的に接続可能に積層され、それぞれ、少なくとも一側に電極リード１５０が突出し得る。
バスバーアセンブリ２００は、複数のバッテリーセル１００の電極リード１５０を電気的に接続するためのものであって、複数のバッテリーセル１００の一側に配置され得る。
このようなバスバーアセンブリ２００は、バスバーフレーム２１０、リードスロット２２０、センシングバスバー２３０、弾性ガイダ２４０及び離脱防止ストッパ２５０を含み得る。
バスバーフレーム２１０は、複数のバッテリーセル１００の少なくとも一側を覆い得る。そのため、バスバーフレーム２１０は、複数のバッテリーセル１００の少なくとも一側を覆うことのできる大きさ及び形状を有し得る。
リードスロット２２０は、バスバーフレーム２１０に備えられ、複数のバッテリーセル１００の電極リード１５０を通過させ得る。このようなリードスロット２２０は、複数で備えられ得る。
センシングバスバー２３０は、複数のリードスロット２２０同士の間に配置され、バッテリーセル１００の電極リード１５０と接続され得る。このようなセンシングバスバー２３０は、少なくとも一つまたはそれ以上の複数で備えられ得る。以下、本実施形態では、センシングバスバー２３０が複数で備えられることに限定して説明する。
複数のセンシングバスバー２３０は、リードスロット２２０を通過した複数のバッテリーセル１００の電極リード１５０とレーザー溶接などによる溶接結合で連結され得る。ここで、電極リード１５０は、折り曲げられないノン－ベンディング方式でセンシングバスバー２３０と溶接結合され得る。
複数のセンシングバスバー２３０は、後述する弾性ガイダ２４０に弾性接触しながら、バスバーフレーム２１０の左右方向及び前後方向の少なくとも一方向に沿って移動可能に備えられ得る。
複数のセンシングバスバー２３０には、少なくとも一つのガイド溝２３５が備えられ得る。
少なくとも一つのガイド溝２３５は、センシングバスバー２３０の組立て工程の際、取付けジグなどの装置に挿入されてセンシングバスバー２３０の取付けをガイドすることができる。
このような少なくとも一つのガイド溝２３５は、複数で備えられ得る。複数のガイド溝２３５は、センシングバスバー２３０の長手方向に沿って相互に所定の距離だけ離隔して配置され得る。
弾性ガイダ２４０は、少なくとも一つのセンシングバスバー２３０を弾性的に支持可能であり、バスバーフレーム２１０の左右方向及び前後方向で少なくとも一つのセンシングバスバー２３０の左右両側及び後方に配置され得る。
弾性ガイダ２４０は、複数で備えられ得る。複数の弾性ガイダ２４０は、バスバーフレーム２１０に一体で形成され得る。このような複数の弾性ガイダ２４０は、上部板バネ２４２、下部板バネ２４４及び後方板バネ２４６を含み得る。
上部板バネ２４２は、バスバーフレーム２１０に備えられ、バスバーフレーム２１０の左右方向に弾性変形可能に備えられ得る。このような上部板バネ２４２は、一対で備えられ得る。一対の上部板バネ２４２は、少なくとも一つのセンシングバスバー２３０を挟んで対向して配置され得る。
下部板バネ２４４は、上部板バネ２４２からバスバーフレーム２１０の上下方向に所定の距離だけ離隔してバスバーフレーム２１０に備えられ、バスバーフレーム２１０の左右方向に弾性変形可能に備えられ得る。
下部板バネ２４４は、一対で備えられ得る。一対の下部板バネ２４４は、少なくとも一つのセンシングバスバー２３０を挟んで対向して配置され得る。
後方板バネ２４６は、センシングバスバー２３０を弾性的に支持可能であり、バスバーフレーム２１０の前後方向でセンシングバスバー２３０の後方に配置され得る。
このような後方板バネ２４６によって、複数のセンシングバスバー２３０は、それぞれ、後方板バネ２４６に弾性接触しながら、バスバーフレーム２１０の前後方向に移動可能に備えられ得る。
後方板バネ２４６は、 第１板バネ２４７及び第２板バネ２４８を含み得る。
第１板バネ２４７は、バスバーフレーム２１０に備えられ得る。このような第１板バネ２４７は、バスバーフレーム２１０の前後方向に弾性変形可能に設けられ得る。
第２板バネ２４８は、第１板バネ２４７から所定の距離だけ離隔してバスバーフレーム２１０に備えられ得る。このような第２板バネ２４８は、第１板バネ２４７と同様に、バスバーフレーム２１０の前後方向に弾性変形可能に設けられ得る。
離脱防止ストッパ２５０は、バスバーフレーム２１０に備えられ、センシングバスバー２３０の前方でセンシングバスバー２３０が前後に移動するとき、センシングバスバー２３０の前方への離脱を防止することができる。
離脱防止ストッパ２５０は、少なくとも一つのセンシングバスバー２３０の上下側に備えられ、少なくとも一つのセンシングバスバー２３０が前方に移動するとき、所定距離以上で少なくとも一つのセンシングバスバー２３０の上下端の移動を制限する一対のストッパフック２５０を含み得る。
このような本実施形態によるバッテリーモジュール１０において、バッテリーセル１００とバスバーアセンブリ２００との組立て工程時に、組立て公差などによってバッテリーセル１００の電極リード１５０とバスバーアセンブリ２００のセンシングバスバー２３０との間で突出段差や誤整列などの問題が発生し得る。特に、バッテリーセル１００の電極リード１５０及びバスバーアセンブリ２００のセンシングバスバー２３０の前後方向での突出段差及び左右方向での誤整列などの問題が頻繁に発生し得る。
本実施形態の場合、センシングバスバー２３０がバスバーフレーム２１０に載置された後にも、弾性ガイダ２４０の上部板バネ２４２及び下部板バネ２４４によってガイドされながら左右方向に移動可能であるため、作業者などは、誤整列状態を補正した後、電極リード１５０とセンシングバスバー２３０とを溶接などで固定することができる。
また、本実施形態の場合、センシングバスバー２３０が弾性ガイダ２４０の後方板バネ２４６によってバスバーフレーム２１０の前後方向に弾性的に移動可能であるため、作業者などは、前後方向での突出段差を補正した後、電極リード１５０とセンシングバスバー２３０とを溶接などで固定することができる。
本実施形態では、このような弾性ガイダ２４０によるセンシングバスバー２３０の左右方向及び前後方向の少なくとも一方向への移動によって、電極リード１５０とセンシングバスバー２３０との間で突出段差及び誤整列などが発生したときも、それを正位置に補正した後、電極リード１５０とセンシングバスバー２３０とを相互溶接などで結合することができる。
一方、このような前後及び左右方向への移動によってセンシングバスバー２３０のティルティング移動も可能であるため、より正確に位置補正することができる。
結果的に、本実施形態の場合、電極リード１５０とセンシングバスバー２３０との間の誤整列などの問題が発生しても、左右及び前後方向に移動可能なセンシングバスバー２３０を正位置に移動させてから溶接工程を行うことができるため、誤整列による溶接不良の問題を事前に防止することができる。
また、このような誤整列状態を補正するとき、左右及び前後方向に移動するセンシングバスバー２３０を弾性ガイダ２４０が弾性的に支持できるため、センシングバスバー２３０の位置調整時に生じ得る電極リード１５０の損傷を著しく低減させることができる。
さらに、本実施形態の場合、バッテリーモジュール１０において、バッテリーセル１００の過熱などによる異常状況などによってバッテリーセル１００が厚さ方向に膨張することがある。すなわち、バッテリーセル１００がセルスウェリングによって左右方向に膨張し得る。
本実施形態の場合、このようにバッテリーセル１００にセルスウェリングが起きても、弾性ガイダ２４０によって、センシングバスバー２３０及びセンシングバスバー２３０と溶接結合された電極リード１５０の端部が左右及び前後方向に弾性的に移動することができる。
このようなセンシングバスバー２３０及びセンシングバスバー２３０と溶接結合された電極リード１５０の端部の左右及び前後方向の移動によって、バッテリーセル１００のセルスウェリングによって延びようとする電極リード１５０の長さに対処できる。
したがって、本実施形態によるバッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００にセルスウェリングが起きても、電極リード１５０側に加えられる引張ストレスを最小化して、引張ストレスによる電極リード１５０の損傷を効果的に防止することができる。
図７は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを説明するための図であり、図８は本発明の一実施形態による自動車を説明するための図である。
図７及び図８を参照すると、バッテリーパック１は、上述した実施形態による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０、及び少なくとも一つのバッテリーモジュール１０をパッケージングするパックケース５０を含み得る。
このようなバッテリーパック１は自動車の燃料源として、自動車Ｖに備えられ得る。例えば、バッテリーパック１は、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他バッテリーパック１を燃料源として使用可能なその他の方式で自動車Ｖに備えられ得る。
また、バッテリーパック１は、自動車Ｖの外にも、二次電池を用いる電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などのその他の装置や器具及び設備などにも備えられることは言うまでもない。
このように、本実施形態によるバッテリーパック１、及び自動車のようなバッテリーパック１を備える装置や器具及び設備は、上述したバッテリーモジュール１０を含むため、上述したバッテリーモジュール１０による長所をすべて有するバッテリーパック１及びこのようなバッテリーパック１を備える自動車などの装置や器具及び設備などを具現することができる。
以上のような多様な実施形態によって、少なくとも一つのバッテリーセル１００の電極リード１５０とバスバーアセンブリ２００のセンシングバスバー２３０との溶接時に電極リード１５０の損傷を防止できるバッテリーモジュール１０、このようなバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。
また、以上のような多様な実施形態によって、少なくとも一つのバッテリーセル１００の電極リード１５０とバスバーアセンブリ２００のセンシングバスバー２３０との溶接時に、組立て公差などによる突出段差や誤整列が発生しても溶接品質の低下を防止できるバッテリーモジュール１０、このようなバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。
さらに、以上のような多様な実施形態によって、バッテリーセル１００にセルスウェリングが起きても、電極リード１５０の損傷を防止できるバッテリーモジュール１０、このようなバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施形態を図示し説明したが、本発明が上述した特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはならない。
１ バッテリーパック
１０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル
１５０ 電極リード
２００ バスバーアセンブリ
２１０ バスバーフレーム
２２０ リードスロット
２３０ センシングバスバー
２３５ ガイド溝
２４０ 弾性ガイダ
２４２ 上部板バネ
２４４ 下部板バネ
２４６ 後方板バネ
２４７ 第１板バネ
２４８ 第２板バネ
２５０ 離脱防止ストッパ、ストッパフック
Ｖ 自動車
１０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル
１５０ 電極リード
２００ バスバーアセンブリ
２１０ バスバーフレーム
２２０ リードスロット
２３０ センシングバスバー
２３５ ガイド溝
２４０ 弾性ガイダ
２４２ 上部板バネ
２４４ 下部板バネ
２４６ 後方板バネ
２４７ 第１板バネ
２４８ 第２板バネ
２５０ 離脱防止ストッパ、ストッパフック
Ｖ 自動車
Claims (10)
- 少なくとも一側に電極リードが突出する複数のバッテリーセルと、
前記複数のバッテリーセルの電極リード同士を電気的に接続するためのバスバーアセンブリと、を含むバッテリーモジュールであって、
前記バスバーアセンブリは、
前記複数のバッテリーセルの少なくとも一側を覆うバスバーフレームと、
前記バスバーフレームに備えられ、前記電極リードを通過させる複数のリードスロットと、
前記複数のリードスロット同士の間に配置され、前記電極リードと連結される少なくとも一つのセンシングバスバーと、
前記少なくとも一つのセンシングバスバーを弾性的に支持可能な弾性ガイダであって、前記バスバーフレームの左右方向及び前後方向で前記少なくとも一つのセンシングバスバーの左右両側及び後方に配置される少なくとも三つの弾性ガイダと、を含む、バッテリーモジュール。 - 前記少なくとも一つのセンシングバスバーは、前記少なくとも三つの弾性ガイダに弾性接触しながら、前記バスバーフレームの左右方向及び前後方向の少なくとも一方向に沿って移動可能に備えられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
- 前記少なくとも三つの弾性ガイダは、
前記バスバーフレームの幅方向の一端側に備えられ、前記バスバーフレームの左右方向に弾性変形可能な一端側板バネと、
前記一端側板バネから前記バスバーフレームの幅方向に所定の距離だけ離隔して前記バスバーフレームの幅方向の他端側に備えられ、前記バスバーフレームの左右方向に弾性変形可能な他端側板バネと、
前記バスバーフレームに備えられ、前記バスバーフレームの前後方向に弾性変形可能に備えられる後方板バネと、を含む、請求項１又は２に記載のバッテリーモジュール。 - 前記一端側板バネは、一対で備えられ、
前記一対の一端側板バネは、前記少なくとも一つのセンシングバスバーを挟んで対向して配置される、請求項３に記載のバッテリーモジュール。 - 前記他端側板バネは、一対で備えられ、
前記一対の他端側板バネは、前記少なくとも一つのセンシングバスバーを挟んで対向して配置される、請求項３に記載のバッテリーモジュール。 - 前記後方方板バネは、
前記一端側板バネの付近に配置されるように前記バスバーフレームに備えられ、前記バスバーフレームの前後方向に弾性変形可能な第１板バネと、
前記第１板バネから所定の距離だけ離隔して前記バスバーフレームに備えられ、前記バスバーフレームの前後方向に弾性変形可能な第２板バネと、を含む、請求項３に記載のバッテリーモジュール。 - 前記少なくとも三つの弾性ガイダは、前記バスバーフレームに一体で形成される、請求項１又は２に記載のバッテリーモジュール。
- 前記バスバーアセンブリは、
前記バスバーフレームに備えられ、前記少なくとも一つのセンシングバスバーの前方で前記少なくとも一つのセンシングバスバーの前方への離脱を防止する離脱防止ストッパ、を含む、請求項１又は２に記載のバッテリーモジュール。 - 請求項１から８のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
前記少なくとも一つのバッテリーパックをパッケージングするパックケースと、を含む、バッテリーパック。 - 請求項９に記載の少なくとも一つのバッテリーパックを含む、自動車。
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