JP2018521469A - ワイヤー固定リブを備えている電池モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、ワイヤー固定リブを備えている電池モジュールに関するものであって、より詳しくは、複数の電池セルの側面が隣接した状態で積層配列されており、一側端部に段差部を形成している電池セル積層体と、前記電池セル積層体の両側電極端子を取り囲みながら相互結合する構造の第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーと、前記電池セルの電極端子を電気的に連結する端子プレートと、前記電池セル積層体の段差部に装着されて電池モジュールの作動を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と、前記電池セル積層体上に整列した状態で、端子プレートの一部に形成されている電圧センシング端子に一端が連結されており、他端はＢＭＳに連結されている電圧センシングワイヤーと、を含む電池モジュールを提供する。

Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、２０１５年７月２１日付の韓国特許出願第１０−２０１５−０１０２７４７号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、ワイヤー固定リブを備えている電池モジュールに関するものである。

最近、充放電が可能な２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いる。また、２次電池は、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、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。したがって、２次電池を使用するアプリケーションの種類は２次電池の長所により非常に多様化されており、今後は今よりも多くの分野と製品に２次電池が適用されると予想される。

このような２次電池は、電極と電解液の構成によりリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されることもあり、その中で電解液の漏液の可能性が少なく、製造が容易なリチウムイオンポリマー電池の使用量が増えている。

一般に、２次電池は電池ケースの形状により、電極組立体が円筒形または角型の金属缶に内蔵されている円筒形電池および角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池に分類される。

このような２次電池は、各種モバイル機器はもちろん、多様な電子製品のエネルギー源として幅広く使用されているが、各種の可燃性物質が内蔵されており、過充電、過電流、その他物理的外部衝撃などによって発熱、爆発などの危険性がある。

過充電、過放電、過電流時に電流を遮断する保護回路、温度上昇時に抵抗が大きく増加して電流を遮断するＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ）、ガス発生による圧力上昇時に電流を遮断したりガスを排気する安全ベントなどの安全システムが備えられており、多数の電池モジュールを組み合わせた構造からなるマルチ−セル構造の中大型電池パックには過放電、過充電、過電流などから電池セルを保護するためのヒューズ、バイメタル、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などの安全システムが備えられている。

前記のような安全システムでは、電池セルまたは単位モジュールの電圧を検出するためにワイヤーが電圧センシング端子と安全システムに連結されている。

図１には、従来の電圧センシングワイヤーを固定するために接着剤を使用する電池モジュールの模式図が示されている。

図１を参照すれば、電池モジュール１０の上面外周に電圧感知のための電圧センシング端子３０が形成されている。電圧センシング端子３０にワイヤー５０がそれぞれ連結されており、中央から一側に延長されているワイヤー５０を固定するために接着剤６０が塗布されている。

このような構造では、それぞれの電圧センシング端子とワイヤーをソルダリングし、ワイヤーを固定するために接着剤を塗布したり接着テープで固定しているのが実情である。

このように、接着剤やテープを使ってワイヤーを整理する場合、外観の美麗さが顕著に低下して製品を購入して使用する購買者の信頼度および満足度が低下する。

また、均一な量の接着剤が塗布されず、不正確な位置に塗布されてワイヤーが均一に固定されない問題が発生し、これによってコンベアライン作業時に離脱する問題も発生する。

さらに、接着剤を使うことによって材料費、工程費などの費用が発生し、製造工程も不規則でタクトタイムも増加するようになる問題が発生する。

本発明は、上記のような従来技術の問題点およ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。

具体的に、本発明の目的は、２次電池を保護するために電圧センシング端子とＢＭＳに連結されている電圧センシングワイヤーを固定するように接着剤やテープを使用する場合に発生する外形問題、費用増加および工程のばらつき問題などを解決するためのもので、モジュールカバーの上端に電圧センシングワイヤーを固定するリブを交番方式で形成してワイヤーを固定する電池モジュールを提供することにある。

前記のような目的を達成するための本発明によるワイヤー固定リブを備えている電池モジュールは、
複数の電池セルの側面が隣接した状態で積層配列されており、一側端部に段差部を形成している電池セル積層体と、
前記電池セル積層体の両側電極端子を取り囲みながら相互結合する構造の第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーと、
前記電池セルの電極端子を電気的に連結する端子プレートと、
前記電池セル積層体の段差部に装着されて電池モジュールの作動を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と、
前記電池セル積層体上に整列した状態で、端子プレートの一部に形成されている電圧センシング端子に一端が連結されており、他端はＢＭＳに連結されている電圧センシングワイヤーと、を含んでいる構造から構成されている。

つまり、本発明によるワイヤー固定リブを備えている電池モジュールは、接着剤やテープを使わずに電圧センシングワイヤーを固定することで外観の美麗さが達成され、接着剤やテープの使用による費用増加を防止し、また電圧センシングワイヤーを上方から加圧して固定させる簡単で均一な工程によってタクトタイムを向上させることができる。

本発明によれば、前記電池セルは円筒形電池セルであってもよい。

一つの具体的な例において、前記電池セル積層体は、最下端列に配列された電池セルの個数が、前記最下端列の上部列に配列された電池セルの個数より相対的に多くの構造であってもよい。

この場合に、前記段差部は電池セル積層体の上端の一側端部に位置し、段差部にＢＭＳが装着された状態で電池モジュールの構造は六面体形状を有してもよい。

一つの具体的な例において、前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーは積層配列されている電池セル積層体を内部に収納する構造であってもよい。

このような構造で、前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーには電極端子に対応する位置に電池セルを電気的に連結する端子プレート形状に対応する孔が形成されてもよい。

この場合、前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーには電池セルを冷却、流動できる貫通路を形成してもよい。

この時、前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーは締結部材によって相互結合している構造であってもよい。

また、前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーの外側には結合力を強化する補強部材が装着され、補強部材はフック構造または弾性によって結合力を強化することができる。

一つの具体的な例において、前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーの上端には電圧センシングワイヤーを固定するリブが交番方式でそれぞれ形成されている構造であってもよい。

この場合、前記リブは、
前記モジュールカバーの結合方向に突出したバー（ｂａｒ）形状に形成されて電圧センシングワイヤーを電池セル間に形成される空間に固定する第１リブと、
前記モジュールカバーの上端面に電圧センシングワイヤーの外径に対応する溝形状に形成されて電圧センシングワイヤーを上部から嵌合構造で固定する第２リブと、を含む構造であってもよい。

この時、前記第１リブはモジュールカバーの内側端部から結合方向に突出している構造であってもよい。

場合により、前記第１リブは電圧センシングワイヤーを電池セル間の空間に加圧した後に開口に結合する構造であってもよい。

また、前記第２リブはモジュールカバーの上端面から上向きに突出した形状に形成されている構造であってもよい。

この構造で、前記第２リブはモジュールカバーの上端面から突出した突起部に下向き湾入されている溝構造を有してもよい。

一つの具体的な例において、前記リブの長さは電池セルの長さの５％乃至３０％範囲を有してもよい。

本発明によれば、前記端子プレートは電池セルを連結させるために構造が互いに異なる二つ以上の端子プレートで構成されてもよい。

場合により、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、第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーの外面に装着されている構造であってもよい。

このような場合、前記端子プレートは少なくとも二つ以上の前記電池セルを直列、または直列および並列に連結してもよい。

前記端子プレートは、
前記電池セルの電極端子に接触し長方形状からなる端子連結部と、
前記電池セルの電圧を感知するために端子プレートの一側からモジュールカバーの上面に伸びて形成されている電圧センシング端子と、からなる構造であってもよい。

場合により、前記端子連結部で、電池セルの電極端子に対応するそれぞれの部位には、端子連結部と電極端子の溶接のためのスリット（ｓｌｉｔｓ）を形成してもよい。

一つの具体的な例において、前記ＢＭＳの上部には外部衝撃および針状部材の貫通からＢＭＳを保護するために脱着可能なＢＭＳケースを装着してもよい。

本発明は、前記電池モジュールを含む電池パックを提供する。

また、本発明は、前記電池パックを含むデバイスを提供する。

前記デバイスはコンピュータ、携帯電話、ウエアラブル電子機器、コードレス掃除機、パワーツール（ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）、無人飛行体、電気自転車、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車および電力貯蔵装置からなる群より選択することができる。

このようなデバイスの構造および製作方法は当業界において公知であるため、本明細書ではこれについての詳しい説明は省略する。

従来の電圧センシングワイヤーを整理するために接着剤を使用する電池モジュールの模式図である。 本発明の一実施形態によるワイヤー固定リブを備えている電池モジュールの模式図である。 図２のワイヤー固定リブを備えている電池モジュールの模式図である。 図２の電池モジュールで固定リブを一部拡大した模式図である。 図２の電池モジュールで固定リブを一部拡大した模式図である。

以下、本発明の実施例によ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って、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。

図２には本発明の一実施形態によるワイヤー固定リブを備えている電池モジュールの模式図が示されており、図３には図２のワイヤー固定リブを備えている電池モジュールの模式図が示されている。

図２と図３とをともに参照すれば、電池モジュール１００は複数の電池セル１０１の電池セル積層体１１０と、電池セル積層体１１０を取り囲みながら相互結合する第１モジュールカバー１２１および第２モジュールカバー１２２と、電池セル１０１を連結する端子プレート１３０と、電池モジュール１００の作動を制御するＢＭＳ１４０と、電圧センシング端子１３１およびＢＭＳ１４０に連結されている電圧センシングワイヤー１５０と、を含んで構成されている。

電池セル積層体１１０は、複数の電池セル１０１の側面が隣接した状態で積層配列されている。電池セル積層体１１０は、最下端列１１０ａに配列された電池セル１０１の数が最下端列の上部列１１０ｂより多いので段差形状をなすようになる。電池セル積層体の段差部１２３は、電池セル積層体１１０の上端の一側端部に位置する。

電池セル積層体１１０は、第１モジュールカバー１２１および第２モジュールカバー１２２内に収納される構造である。電池セル積層体１１０の段差部１２３にＢＭＳ１４０が取り付けられ、ＢＭＳ１４０の上部には外部衝撃および針状部材の貫通からＢＭＳ１４０を保護するために脱着可能なＢＭＳケース１４１が装着されている。

電池モジュール１００の作動を制御するために電池セル積層体１１０の段差部１２３にＢＭＳ１４０が取り付けられ、ＢＭＳ１４０を保護するためにＢＭＳケース１４１が装着されると電池モジュール１００は六面体形状をなすようになる。

電圧センシングワイヤー１５０は電池セル積層体１１０上に整列した状態で、端子プレート１３０の一部に形成されている電圧センシング端子１３１に一端が連結されており、他端が電池モジュール１００の作動を制御するＢＭＳ１４０に連結されている。電圧センシングワイヤー１５０はリブ１６１、１６２によって固定される。

ＢＭＳ１４０には電力線１５３、１５４が連結されて電力を提供し、充電をするＢＭＳリード線１５５が連結されており、外部ＬＥＤボードに連結して充電状態などの情報を示すＬＥＤボード連結線１５６が連結されている。

第１モジュールカバー１２１および第２モジュールカバー１２２は締結部材１２７によって相互結合している。第１モジュールカバー１２１および第２モジュールカバー１２２の外側には結合力を強化する補強部材１２５が装着されている。

第１モジュールカバー１２１および第２モジュールカバー１２２には電池セル積層体１１０を内部に収納して電極端子に対応する位置で電池セル１０１を電気的に連結するように端子プレート１３０の形状に対応する孔１２８が形成されている。

第１モジュールカバー１２１および第２モジュールカバー１２２に形成されている孔１２８と電池セル１０１の間の空間に冷媒が流動して電池セル１０１を冷却する。

端子プレート１３０は電池セル１０１の電極端子に接続された状態で、第１モジュールカバー１２１および第２モジュールカバー１２２の外面に装着されて外部に露出している。

端子プレート１３０は電池セル１０１を連結させるために、構造が互いに異なる二つ以上の端子プレート１３０で構成されており、電池セル１０１の電極端子を電気的に連結する。端子プレート１３０は、２個の電池セル１０１または４個の電池セル１０１を直列、または直列および並列に連結する。

端子プレート１３０は、端子連結部１３２および電圧センシング端子１３１で構成されている。

端子連結部１３２は電池セル１０１を電気的に連結するために電極端子に接触し、電圧センシング端子１３１は、電池セル１０１の電圧を感知するために、端子プレート１３０の一側からモジュールカバー１２１、１２２の上面に延長されている。電圧センシング端子１３１は、ワイヤー１５０とソルダリングによってそれぞれ接続される。

端子連結部１３２で、電池セル１０１の電極端子に対応するそれぞれの部位には、端子連結部１３２と電極端子の溶接のためのスリット１３５がそれぞれ形成されている。

図４および図５は、図２の電池モジュールで固定リブを一部拡大した模式図が示されている。

図４と図５とをともに参照すれば、リブ１６１、１６２は、バー形状の第１リブ１６１と、嵌合構造の第２リブ１６２とで構成されている。

リブ１６１、１６２は、第１モジュールカバー１２１および第２モジュールカバー１２２の上端に電圧センシングワイヤー１５０を固定するように交番方式でそれぞれ形成されている。

第１リブ１６１は、モジュールカバー１２１、１２２の結合方向（Ｙ軸方向）に突出したバー形状に形成されて、電圧センシングワイヤー１５０を電池セル１０１間に形成される空間に固定する。第１リブ１６１は、モジュールカバー１２１、１２２の内側端部から結合方向（Ｙ軸方向）に突出している。

第２リブ１６２は、モジュールカバー１２１、１２２の上端面から上向きに突出した形状に形成されている。第２リブ１６２は、突出した突起部に下向き湾入されている溝構造を有している。

第２リブ１６２は、モジュールカバー１２１、１２２の上端面に電圧センシングワイヤー１５０の外径に対応する溝形状に形成されて、電圧センシングワイヤー１５０を上部から嵌合構造で固定し、電圧センシング端子１３１に連結される。

第１リブ１６１の長さＬ_１は電池セルの長さＬの１５％であり、第２リブの長さＬ_２は電池セルの長さの１０％である。

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および変形を行うことが可能であろう。

以上説明したように、本発明によるワイヤー固定リブを備えている電池モジュールは、接着剤やテープを使ってワイヤーを整理する場合に比べて、外観の美麗さを向上させて購買者の信頼度および満足度を向上させる効果を提供する。

また、接着剤を使わないので、材料費、工程費などの費用を節減する効果を提供する。

さらに、ワイヤーが接着剤を使わずに固定されるので、コンベアライン作業時に離脱する問題を防止し、製造工程でのタクトタイムも向上させる効果を提供する。

１０ 電池モジュール
３０ 電圧センシング端子
５０ ワイヤー
６０ 接着剤
１００ 電池モジュール
１０１ 電池セル
１１０ 電池セル積層体
１１０ａ 最下端列
１１０ｂ 上部列
１２１ 第１モジュールカバー
１２２ 第２モジュールカバー
１２３ 段差部
１２５ 補強部材
１２７ 締結部材
１２８ 孔
１３０ 端子プレート
１３１ 電圧センシング端子
１３２ 端子連結部
１３５ スリット
１４１ ケース
１５０ 電圧センシングワイヤー
１５３ 電力線
１５４ 電力線
１５５ リード線
１５６ ボード連結線
１６１ 第１リブ
１６２ 第２リブ

Claims (20)

1. 複数の電池セルの側面が隣接した状態で積層配列されており、一側端部に段差部を形成している電池セル積層体と、
   前記電池セル積層体の両側電極端子を取り囲みながら相互結合する構造の第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーと、
   前記電池セルの電極端子を電気的に連結する端子プレートと、
   前記電池セル積層体の段差部に装着されて電池モジュールの作動を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と、
   前記電池セル積層体上に整列した状態で、端子プレートの一部に形成されている電圧センシング端子に一端が連結されており、他端はＢＭＳに連結されている電圧センシングワイヤーと、を含むことを特徴とする、電池モジュール。
2. 前記電池セルは円筒形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。
3. 前記電池セル積層体は、最下端列に配列された電池セルの個数が、前記最下端列の上部列に配列された電池セルの個数より相対的に多いことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記段差部は電池セル積層体の上端の一側端部に位置し、段差部にＢＭＳが装着された状態で電池モジュールの構造は六面体形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
5. 前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーは、積層配列されている電池セル積層体を内部に収納する構造を有しており、前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーには電極端子に対応する位置に電池セルを電気的に連結する端子プレート形状に対応する孔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。
6. 前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーは締結部材によって相互結合されており、前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーの外側には結合力を強化する補強部材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。
7. 前記第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーの上端には、電圧センシングワイヤーを固定するリブが交番方式でそれぞれ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。
8. 前記リブは、
   前記モジュールカバーの結合方向に突出したバー（ｂａｒ）形状に形成されて、電圧センシングワイヤーを電池セル間に形成される空間に固定する第１リブと、
   前記モジュールカバーの上端面に電圧センシングワイヤーの外径に対応する溝形状に形成されて、電圧センシングワイヤーを上部から嵌合構造で固定する第２リブと、を含むことを特徴とする、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 前記第１リブは、モジュールカバーの内側端部から結合方向に突出している構造からなることを特徴とする、請求項８に記載の電池モジュール。
10. 前記第１リブは、電圧センシングワイヤーを電池セル間の空間に加圧した後、フレームに形成された開口に結合する構造であることを特徴とする、請求項８に記載の電池モジュール。
11. 前記第２リブは、モジュールカバーの上端面から上向きに突出した形状に形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の電池モジュール。
12. 前記第２リブは、モジュールカバーの上端面から突出した突起部に下向き湾入されている溝構造を有することを特徴とする、請求項８に記載の電池モジュール。
13. 前記リブの長さは、電池セルの長さの５％乃至３０％範囲を有することを特徴とする、請求項８に記載の電池モジュール。
14. 前記端子プレートは、電池セルを連結させるために、構造が互いに異なる二つ以上の端子プレートで構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。
15. 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、第１モジュールカバーおよび第２モジュールカバーの外面に装着されており、少なくとも二つ以上の前記電池セルを直列、または直列および並列に連結することを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
16. 前記端子プレートは、
    前記電池セルの電極端子に接触し、長方形状からなる端子連結部と、
    前記電池セルの電圧を感知するために端子プレートの一側からモジュールカバーの上面に伸びて形成されている電圧センシング端子と、からなることを特徴とする、請求項１５に記載の電池モジュール。
17. 前記端子連結部で、電池セルの電極端子に対応するそれぞれの部位には、端子連結部と電極端子の溶接のためのスリット（ｓｌｉｔｓ）が形成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。
18. 前記ＢＭＳの上部には、外部衝撃および針状部材の貫通からＢＭＳを保護するために脱着可能なＢＭＳケース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。
19. 請求項１による電池モジュールを含むことを特徴とする、電池パック。
20. 請求項１９による電池パックを含むことを特徴とする、デバイス。

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