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JP7748441B2 - 二次電池モジュール - Google Patents

二次電池モジュール

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JP7748441B2 JP2023213876A JP2023213876A JP7748441B2 JP 7748441 B2 JP7748441 B2 JP 7748441B2 JP 2023213876 A JP2023213876 A JP 2023213876A JP 2023213876 A JP2023213876 A JP 2023213876A JP 7748441 B2 JP7748441 B2 JP 7748441B2
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Description

本発明は、二次電池モジュールに関し、より詳しくは、一対のホルダーを結合部材で締結し、ホルダーに収容された複数の電池セルを電気的に連結するタブをバスバーでバッテリー管理システムに連結する二次電池モジュールに関する。
二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、一次電池とは異なり、充電および放電を反復的に行う電池である。小容量化二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびキャムコーダーのように携帯が可能な小型電子機器に使用される。大容量化および高密度化二次電池は、ハイブリッド自動車および電気自動車のモータ駆動用電源やエネルギー貯蔵用として使用される。
二次電池は、比較的に高いエネルギー密度を要求する、例えばハイブリッド車両のモータを駆動することができるように、直列および／または並列に連結された複数個の電池セルを含む二次電池モジュールとして使用され得る。例えば、二次電池モジュールは、比較的に高出力の二次電池モジュール（例：電気自動車）を具現するために、希望する電力量に符合する個数で備えられた複数の電池セルの電極端子を互いに連結して形成される。
一例を挙げると、二次電池モジュールは、一対のホルダーを備え、電池セルを収容した一対のホルダーを結合部材で締結してケースに収納される。一対のホルダーを結合部材で締結する前に電池セルはタブで連結される。タブは、一側のホルダーの一面で負極を帯びるタブと正極を帯びるタブが共に存在するようになる。またタブは、他側のホルダーの一面でも負極を帯びるタブと正極を帯びるタブが共に存在するようになる。したがって、結合部材で一対のホルダーを締結する時、作業ミスにより結合部材を落とす場合、互いに異なる極性のタブが結合部材により短絡されることがある。
本発明の一実施形態の目的は、一対のホルダーを結合部材で締結する時、結合部材により互いに異なる極性を有するタブの電気的な短絡を防止する二次電池モジュールを提供することにある。
本発明の一実施形態による二次電池モジュールは、互いに交差する第１方向と第２方向に離隔する複数の電池セルの一側（下側）を収容する第１ホルダー、前記電池セルの他の一側（上側）を収容する第２ホルダー、導電材で形成されて前記第１ホルダーと前記第２ホルダーを前記第２方向と交差する第３方向に互いに締結する結合部材、前記電池セルを電気的に連結する複数のタブ、および前記タブをバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に連結するバスバーを含み、前記第１ホルダーおよび前記第２ホルダーのうちの少なくとも一つは、前記第３方向に突出するリブを備える。
前記タブは、折り曲げられて前記第２ホルダーの上面と側面に配置され、折り曲げられて前記第１ホルダーの下面と側面に配置されて複数の電池セルを並列連結する第１タブ部材、および前記第２ホルダーの上面と前記第１ホルダーの下面に配置されて複数の電池セルを並列および直列連結する第２タブ部材を含むことができる。
前記第１タブ部材は一つが備えられて正極または負極を帯び、前記第２タブ部材は二つが備えられ、二つのうち、前記第１タブ部材に隣接した前記第２タブ部材は前記第１タブ部材とは異なる極性を帯び、隣接する二つの第２タブ部材は互いに異なる極性を帯びることができる。
前記リブは、互いに異なる極性を有する前記第１タブ部材と前記第２タブ部材との間、および互いに異なる極性を有する二つの前記第２タブ部材の間のそれぞれに備えられ得る。
前記リブは、前記電池セルを収容する前記第２ホルダーの収容ホールの形状に沿って曲線で形成される曲線部、および前記曲線部を最近距離で直線で互いに連結する直線部を含むことができる。
前記リブは、前記曲線部のうちの一部を除去してサーミスタを設置する位置を提供する設置部をさらに含むことができる。
前記結合部材は、前記第２ホルダーを貫通して前記第１ホルダーに結合するように柱の一側端に形成されるねじ部、および柱の他の一側に柱の直径よりも大きい直径を有する頭部を形成することができる。
前記リブは、前記第３方向に突出する高さ（Ｈ）を有し、前記高さ（Ｈ）は、前記頭部の直径（Ｄ１）から柱の直径（Ｄ２）を引いた大きさ（Ｄ１－Ｄ２）の１／２よりも大きく形成され得る（Ｈ＞（Ｄ１－Ｄ２）／２）。
前記結合部材は、前記第２方向に隣接する前記第１タブ部材と前記第２タブ部材との最短離隔距離、および前記第２タブ部材間の最短離隔距離より長く形成され得る。
前記第１ホルダーの下面および前記第２ホルダーの上面は、前記タブを収容するように前記タブの厚さに相応する収容部を備えることができる。
前記第１ホルダーは、下面に前記電池セルの電極端子に至る深さの開口を形成し、前記第２ホルダーは、上面に前記電池セルの電極端子に至る深さの開口を形成し、前記タブは、前記収容部の一側で前記開口の前記深さだけ折り曲げられて前記電極端子に連結される連結部を有することができる。
また本発明の一実施形態は、前記第１ホルダー側（下側）を収容するケース、および前記第２ホルダー側（上側）を覆うカバーをさらに含み、前記カバーは、内面で前記電池セルに向かって対応するリブを備えることができる。
前記リブは、正六角形で形成されて前記第１方向および前記第２方向に反復配置され得る。
一実施形態の二次電池モジュールは、第１ホルダーまたは第２ホルダーにリブを備えるため、第１、第２ホルダーを結合部材で締結する時、作業ミスにより結合部材の落下時、リブが結合部材の一端が持ち上げられるようにすることによってその一端がタブに接触することを防止するため、結合部材により互いに異なる極性を有するタブの電気的な短絡を防止することができる。
本発明の第１実施形態による二次電池モジュールの斜視図である。 本発明の第１実施形態による二次電池モジュールの分解斜視図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線で第１ホルダーと第２ホルダーを結合部材で締結する関係を示すための部分断面斜視図である。 図１の二次電池モジュールの第２ホルダー上面で電池セルとタブの連結および配置関係を示した平面図である。 図１の二次電池モジュールの第１ホルダー底面で電池セルとタブの連結および配置関係を示した平面図である。 図１で第１ホルダーの下面および第２ホルダーの上面でタブの結合状態を示すための部分断面斜視図である。 本発明の第２実施形態による二次電池モジュール（をコアパックにしてケースに結合した状態）の斜視図である。 本発明の第２実施形態による二次電池モジュール（をコアパックにしてカバーに結合した状態）の斜視図である。 図８のＩＸ－ＩＸ線に沿って切断した縦断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。
図１は本発明の第１実施形態による二次電池モジュールの斜視図であり、図２は本発明の第１実施形態による二次電池モジュールの分解斜視図である。図１および図２を参照すれば、第１実施形態の二次電池モジュール１は、第１ホルダー１０と第２ホルダー２０、結合部材６０、複数のタブ３０（３１、３２）および複数のバスバー４０（４１、４２）（図７および図８を参照）を含む。
一例として、第１ホルダー１０は、二次電池モジュール１でボトムホルダーを形成し、第２ホルダー２０は、トップホルダーを形成し、タブ３０は、ニッケル素材を含むニッケルタブで形成され得る。
第１ホルダー１０と第２ホルダー２０は、第１方向（ｘ軸方向）と、第１方向と交差する第２方向（ｙ軸方向）に離隔する複数の電池セル５０を収容するように内部にハニカム構造を形成して、第２方向と交差する第３方向（ｚ軸方向）に互いに結合する。
図１の状態で、第１ホルダー１０は、電池セル５０の下側を収容し、第２ホルダー２０は、電池セル５０の上側を収容する。このような状態で第１、第２ホルダー１０、２０は結合部材６０で締結される。
図３は図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線で第１ホルダーと第２ホルダーを結合部材で締結する関係を示すための部分断面斜視図である。図１乃至図３を参照すれば、第１ホルダー１０と第２ホルダー２０は、第１ホルダー１０の外側に備えられる突起部１１と、突起部１１に対応する第２ホルダー２０の外側に備えられる結合部１２とのスナップフィット（ｓｎａｐ ｆｉｔ）構造で結合され得る。
一例として、結合部材６０は、第２ホルダー２０の高さよりも長い柱構造で形成され、柱の両端にねじ部６０１と頭部６２を含んで形成される。ねじ部６０１は、第２ホルダー２０を貫通して第１ホルダー１０にねじ結合するように柱の一側端にねじで形成される。頭部６２は、柱の他の一側に柱の直径（Ｄ２）よりも大きい直径（Ｄ１）で形成されて第２ホルダー２０の上面に位置する。頭部６２にはドライバー溝を備える。結合部材６０は、導電材で形成され得る。
図４は図１の二次電池モジュールの第２ホルダーの上面で電池セルとタブの連結および配置関係を示した平面図であり、図５は図１の二次電池モジュールの第１ホルダーの底面で電池セルとタブの連結および配置関係を示した平面図である。図１、図４および図５を参照すれば、二次電池モジュール１で複数のタブ３０は電池セル５０を複数の直列および複数の並列に連結する。
一例として、複数のタブ３０は、一つの第１タブ部材３１と複数の第２タブ部材３２（３２１、３２２）を含む。第１タブ部材３１は、折り曲げられて第２ホルダー２０の上面と側面に配置され、折り曲げられて第１ホルダー１０の下面と側面に配置されて複数の電池セル５０を並列連結する。
折り曲げ型タブ部材である第１タブ部材３１は、電池セル５０に連結される内平面部３１１と、内平面部３１１で折り曲げられて第１、第２ホルダー１０、２０の側面に配置される内側面部３１２とを含む。
第２タブ部材３２（３２１、３２２）は、第２ホルダー２０の上面と第１ホルダー１０の下面に配置されて複数の電池セル５０を複数の並列連結および複数の直列連結を形成する。第２タブ部材３２（３２１、３２２）は、電池セル５０を互いに連結する板型タブ部材で形成され得る。
つまり、第１タブ部材３１と第２タブ部材３２（３２１、３２２）は、第１方向（ｘ軸方向）に沿って電池セル５０を電気的に並列および直列連結して第２方向（ｙ軸方向）に離隔配置される。
第１タブ部材３１と第２タブ部材３２（３２１、３２２）は、第２ホルダー２０の上面に第２方向に沿って順次に備えられ、第１ホルダー１０の下面に対称構造である第２方向の逆方向に沿って順次に備えられて、電池セル５０を電気的に並列および直列連結する。
便宜上、第２ホルダー２０の上面のタブ３０の構造および第１ホルダー１０の下面のタブ３０の構造について共に説明する。第１タブ部材３１は、複数の電池セル５０のうちの一部を第１方向に沿って電気的に並列連結する。第２タブ部材３２（３２１、３２２）は、複数の電池セル５０のうちの他の一部を第１方向に沿って電気的に並列連結する。このような第１、第２タブ部材３１、３２は、第２ホルダー２０の上面と第１ホルダー１０の下面で対称構造に配置されることによって並列連結を直列に連結するようになる。
一例として、第２ホルダー２０の上面または第１ホルダー１０の下面で、第１タブ部材３１が一つが備えられて正極または負極を帯びる場合、第２タブ部材３２（３２１、３２２）は、二つが備えられて第１タブ部材３１と隣接する第２タブ部材３２１とは異なる極性を帯び、第２タブ部材３２のうちの第２タブ部材３２１、３２２はまた互いに異なる極性を帯びるようになる。
つまり、第１タブ部材３１が正極である場合、第１タブ部材３１と隣接する第２タブ部材３２１は負極であり、他の第２タブ部材３２２は正極を帯びるようになる。反対に、第１タブ部材３１が負極である場合、第１タブ部材３１と隣接する第２タブ部材３２１は正極であり、他の第２タブ部材３２２は負極を帯びるようになる。
図６は図１で第１ホルダーの下面および第２ホルダーの上面でタブの結合状態を示すための部分断面斜視図である。図６を参照すれば、第１ホルダー１０の下面および第２ホルダー２０の上面は、収容部２１を備える。収容部２１は、タブ３０を収容するようにタブ３０の厚さに相応するように形成される。
第１ホルダー１０および第２ホルダー２０は、それぞれ下面と上面で電池セル５０の電極端子５１に至る深さ（Ｄ２２）の開口２２を形成する。タブ３０は、収容部２１の一側で深さ（Ｄ２２）だけ折り曲げられて電極端子５１に連結される連結部３３を有する。
これによって、第２ホルダー２０の上面とタブ３０の上面は同一の高さを有する平面を形成するようになる。したがって、第２ホルダー２０の上面にリブ６１が形成されている場合にも、結合部材６０を締結した後、第２ホルダー２０の上面とタブ３０の上面に絶縁テープ（図示せず）を付着する場合、絶縁テープの付着性を向上させることができる。
再び図１、図２および図４を参照すれば、第１ホルダー１０および第２ホルダー２０のうちの少なくとも一つは、第３方向に突出するリブ６１を備える。第１実施形態は、モジュール１状態で上部に位置する第２ホルダー２０にリブ６１を備える。
リブ６１は、互いに異なる極性を有する第１タブ部材３１と第２タブ部材３２との間、および二つの第２タブ部材３２１、３２２の間のそれぞれに備えられる。リブ６１のうちの一つのリブ６１は、極性が互いに異なる第１タブ部材３１と第２タブ部材３２との間に配置される。他の一つのリブ６１は、極性が互いに異なる第２タブ部材３２１と第２タブ部材３２２との間に配置される。
リブ６１は、曲線部６１１と直線部６１２を含む。曲線部６１１は、円筒形電池セル５０を収容する第２ホルダー２０の収容ホールの形状に沿って曲線で形成される。直線部６１２は、隣接する曲線部６１１を最近距離で直線で互いに連結する。
リブ６１は、曲線部６１２のうちの一部を除去して形成される設置部６１３を含む。設置部６１３は、リブ６１の形成にもかかわらず、サーミスタ６３を設置する位置および空間を確保できるようにする。
サーミスタ６３は、第２ホルダー２０の上面リブ６１に設置されてタブ３０および第２ホルダー２０上部の温度を感知してバッテリー管理システム（ＢＭＳ）にデータを伝送する。リブ６１は、サーミスタ６３の安定した設置で熱的な信号を安定的に感知して電気的な信号に伝送できるようにする。
リブ６１は、第３方向に突出する高さ（Ｈ、図３参照）を有し、高さ（Ｈ）は、頭部６２の直径（Ｄ１、図２参照）から柱の直径（Ｄ２）を引いた大きさ（Ｄ１－Ｄ２）の１／２よりも大きく形成される（Ｈ＞（Ｄ１－Ｄ２）／２）。
したがって、図４のリブ６１に結合部材６０が落ちる場合にも、ねじ部６０１が一側の第１タブ部材３１に接触する場合にも、頭部６２が隣接する第２タブ部材３２に接触しない。これによって、結合部材６０により第１、第２タブ部材３１、３２の短絡が防止される。
またリブ６１に結合部材６０が落ちる場合にも、ねじ部６０１が一側の第２タブ部材３２１に接触する場合にも、頭部６２が隣接する他の第２タブ部材３２２に接触しない。これによって、結合部材６０により第２タブ部材３２（３２１、３２２）の短絡が防止される。
結合部材６０は、第２方向（ｙ軸方向）に隣接する第１タブ部材３１と第２タブ部材３２との最短離隔距離（Ｌ１）、および第２タブ部材３２（３２１、３２２）の最短離隔距離（Ｌ１）よりも長く形成される。
結合部材６０がこれら最短離隔距離（Ｌ１、Ｌ２）よりも長く形成されてもリブ６１により一側がタブ３０から持ち上げられて離隔するため、結合部材６０によるタブ３０の短絡が防止され得る。
図７は本発明の第２実施形態による二次電池モジュール（をコアパックにしてケースに結合した状態）の斜視図であり、図８は本発明の第２実施形態による二次電池モジュール（をコアパックにしてカバーに結合した状態）の斜視図である。
図７および図８を参照すれば、第２実施形態の二次電池モジュール２は、二つのコアパック１０１、１０２をケース７１に内蔵し、カバー７２で覆って形成される。ケース７１は、コアパック１０１、１０２を保護する。コアパック１０１、１０２のそれぞれは、複数の電池セル５０に対して複数の直列連結および複数の並列連結を形成することができ、第１実施形態の二次電池モジュール１で形成されることもできる。
コアパック１０１、１０２が電池セル５０に対して複数の直列連結および複数の並列連結を形成する場合、二次電池モジュール２は使用時に電圧と電流が高いため、外部衝撃に対して強い耐久性を要求する。
図９は図８のＩＸ－ＩＸ線に沿って切断した縦断面図である。二次電池モジュール２において、ケース７１は第１ホルダー１０側を収容し、カバー７２は第２ホルダー２０側を覆う。カバー７２は、内面で電池セル５０に向かって対応するリブ７２１を備える。リブ７２１は、第３方向に高さをもってｘｙ平面において正六角形で形成されて第１方向および第２方向に反復配置される。
リブ７２１は、カバー７２の強度を高めるため、外部衝撃に対して強い耐久性を実現することができる。また、リブ７２１は、電池セル５０の暴走のような発火イベントの発生時、カバー７２の内面と第２ホルダー２０との間に形成される空間を通じてガス排出を容易にするため、隣接する他の電池セル５０への火災の拡散を防止する。
再び図７および図８を参照すれば、バスバー４０（４１、４２）は、タブ３０をバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に連結する。一例として、バスバー４０は、第１バスバー部材４１と第２バスバー部材４２を含む。コアパック１０１、１０２は、全て第１、第２バスバー部材４１、４２を備える。
隣接したコアパック１０１、１０２の場合、一側コアパック１０１、１０２に使用される第１バスバー部材４１は、一側では第２ホルダー２０の上面で折り曲げ型タブ部材である第１タブ部材３１に連結され、他の一側ではバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に連結される。第２バスバー部材４２は、一側では第２ホルダー２０の上面で板型タブ部材である第２タブ部材３２２に連結され、他の一側ではバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に連結される。
以上で本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。
２：二次電池モジュール
１０：第１ホルダー
１１：突起部材
１２：結合部材
２０：第２ホルダー
２１：収容部
２２：開口
３０：タブ
３１：第１タブ部材
３２、３２１、３２２：第２タブ部材
３３：連結部
４０：バスバー
４１：第１バスバー部材
４２：第２バスバー部材
５０：電池セル
６０：結合部材
６１：リブ
６２：頭部
７１：ケース
７２：カバー
１０１、１０２：コアパック
３１１：内平面部
３１２：内側面部
６０１：ねじ部
６１１：曲線部
６１２：直線部
６１３：設置部
７２１：リブ
ＢＭＳ：バッテリー管理システム
Ｄ２２：深さ
Ｈ：高さ
Ｌ１：最短離隔距離

Claims (10)

  1. 互いに直交する第１方向と第２方向に離隔する複数の電池セルの一側を収容する第１ホルダー；
    前記電池セルの他の一側を収容する第２ホルダー；
    導電材で形成されて前記第１ホルダーと前記第２ホルダーを前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に互いに締結する結合部材；
    前記電池セルを電気的に連結する複数のタブ；および
    前記タブをバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に連結するバスバーを含み、
    前記第１ホルダーおよび前記第２ホルダーのうちの少なくとも一つは、前記第３方向に突出するリブを備える、二次電池モジュールにおいて、
    前記タブは、
    折り曲げられて前記第２ホルダーの上面と側面に配置され、折り曲げられて前記第１ホルダーの下面と側面に配置されて複数の電池セルを並列連結する第１タブ部材、および
    前記第２ホルダーの上面と前記第１ホルダーの下面に配置されて複数の電池セルを並列および直列連結する第２タブ部材を含み、
    前記第１タブ部材は一つが備えられて正極または負極を帯び、
    前記第２タブ部材は二つが備えられ、
    二つのうち、前記第１タブ部材に隣接した前記第２タブ部材は前記第１タブ部材とは異なる極性を帯び、
    隣接する二つの第２タブ部材は互いに異なる極性を帯び、
    前記リブは、
    互いに異なる極性を有する前記第１タブ部材と前記第２タブ部材との間、および互いに異なる極性を有する二つの前記第２タブ部材の間のそれぞれに備えられる、二次電池モジュール。
  2. 前記リブは、
    前記電池セルを収容する前記第２ホルダーの収容ホールの形状に沿って曲線で形成される曲線部、および
    前記曲線部を最近距離で直線で互いに連結する直線部を含む、請求項１に記載の二次電池モジュール。
  3. 前記リブは、
    前記曲線部のうちの一部を除去してサーミスタを設置する位置を提供する設置部をさらに含む、請求項２に記載の二次電池モジュール。
  4. 前記結合部材は、
    前記第２ホルダーを貫通して前記第１ホルダーに結合するように柱の一側端に形成されるねじ部、および
    柱の他の一側に柱の直径よりも大きい直径を有する頭部を形成する、請求項１に記載の二次電池モジュール。
  5. 前記リブは、
    前記第３方向に突出する高さ（Ｈ）を有し、
    前記高さ（Ｈ）は、
    前記頭部の直径（Ｄ１）から柱の直径（Ｄ２）を引いた大きさ（Ｄ１－Ｄ２）の１／２よりも大きく形成される（Ｈ＞（Ｄ１－Ｄ２）／２）、請求項４に記載の二次電池モジュール。
  6. 前記結合部材は、
    前記第２方向に隣接する前記第１タブ部材と前記第２タブ部材との最短離隔距離、および前記第２タブ部材間の最短離隔距離より長く形成される、請求項１に記載の二次電池モジュール。
  7. 前記第１ホルダーの下面および前記第２ホルダーの上面は、
    前記タブを収容するように前記タブの厚さに相応する収容部を備える、請求項１に記載の二次電池モジュール。
  8. 前記第１ホルダーは、下面に前記電池セルの電極端子に至る深さの開口を形成し、
    前記第２ホルダーは、上面に前記電池セルの電極端子に至る深さの開口を形成し、
    前記タブは、
    前記収容部の一側で前記開口の前記深さだけ折り曲げられて前記電極端子に連結される連結部を有する、請求項７に記載の二次電池モジュール。
  9. 前記第１ホルダー側を収容するケース；および
    前記第２ホルダー側を覆うカバーをさらに含み、
    前記カバーは、
    内面で前記電池セルに向かって対応するリブを備える、請求項１に記載の二次電池モジュール。
  10. 前記カバーの前記リブは、正六角形で形成されて前記第１方向および前記第２方向に反復配置される、請求項９に記載の二次電池モジュール。
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