JP2020523773A - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルを収納し、ボトムプレートおよび側面プレートを含むハウジングと、前記ハウジングの一端または両端に位置する連結ボードとを含み、前記連結ボードは前記側面プレートに結合し、前記側面プレートは、複数のバスバー支持部を含み、前記複数のバスバー支持部のうちの少なくとも一部は、上方に突出した係止突起を有し、前記連結ボードは、下方に開放された係止溝を有する係止部材を含み、前記連結ボードが前記側面プレートに結合された状態で前記係止突起が前記係止溝に挿入されて結合する。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１７年１２月２０日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１７６４１８号に基づいた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すべての内容は、本明細書の一部として組み含まれる。
本発明は、電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関し、より具体的に固定構造を有する連結ボードを含む電池モジュールおよび電池パックに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加することに伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。これによって、多様な要求に応えることができる二次電池に対する研究が多く行われている。
二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても多くの関心を集めている。
携帯電話、カメラなどの小型デバイスには一つの電池セルがパッキングされている小型電池パックが使用されるが、ノートパソコン、電気自動車などの中大型デバイスには２個またはそれ以上の電池セルを並列および／または直列に連結した電池モジュールまたは電池パックがパッキングされている中型または大型電池パックが使用されている。
このような中大型電池パックにおいて二次電池の安定性の問題は一層重要である。ここで、多数の電池セルが使用されることから、一部の電池セルでの作動異常は他の電池セルに連鎖反応を誘発することがあり、それによる発火および爆発は大型事故を招くことがある。したがって、従来の中大型電池モジュールまたは電池パックには、電池セルの電圧および温度を測定できるセンシング装置、このようなセンシング装置と電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）を連結するための連結部材、測定された値に基づいて電池を制御するＢＭＳを含む安全システムが備えられることがあった。しかし、このような安全システムが適用された中大型電池モジュールまたは電池パックは、エネルギー密度を高め、電池パックの大きさを最小化するために安全システムが占める空間を最小化する必要があった。
また、電池モジュールが外部デバイスに電源を供給するために外部入出力端子を備えており、外部入出力端子構成が電池モジュールで占める空間を最小化するために電池モジュールの外側に小さい大きさで外部入出力端子構成を設置するが、このような構成が電池モジュール内で強固に固定されないことによって、外力により溶接部損傷、セルリード（ｃｅｌｌ ｌｅａｄ）断絶、バスバーソルダリングクラック（ｂｕｓｂａｒ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｃｒａｃｋ）などの不良が発生するという問題がある。
本発明の一実施例による電池モジュールは、外部入出力端子を連結する連結ボードが電池モジュールに強固に固定されるようにして外力が加わっても溶接部損傷、セルリード（ｃｅｌｌ ｌｅａｄ）断絶、バスバーソルダリングクラック（ｂｕｓｂａｒ ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ ｃｒａｃｋ）などの不良が発生することを防止できる構造を提供するものである。
本発明の一実施例による電池モジュールは、振動および衝撃にも連結ボードが電池モジュールから分離されないようにする電池モジュールを提供するものである。
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張可能である。
本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルを収納し、ボトムプレートおよび側面プレートを含むハウジングと、前記ハウジングの一端または両端に位置する連結ボードとを含み、前記連結ボードは前記側面プレートに結合し、前記側面プレートは、複数のバスバー支持部を含み、前記複数のバスバー支持部のうちの少なくとも一部は、上方に突出した係止突起を有し、前記連結ボードは、下方に開放された係止溝を有する係止部材を含み、前記連結ボードが前記側面プレートに結合された状態で前記係止突起が前記係止溝に挿入されて結合する。
前記複数のバスバー支持部は、前記係止突起を有していない第１バスバー支持部と前記係止突起を有する第２バスバー支持部に区分され、前記第１バスバー支持部と前記第２バスバー支持部が交互に配置されてもよい。
前記電池モジュールは、前記連結ボードを外側から覆うエンドプレートをさらに含み、前記連結ボードは前記側面プレートと前記エンドプレートとの間に位置してもよい。
前記電池モジュールは、前記ハウジング、前記連結ボードおよび前記エンドプレートを覆うトップカバーをさらに含み、前記トップカバーは、少なくとも一つの棒状結合部を有し、前記連結ボードは、上端に形成されている少なくとも一対の結合突起を有し、前記棒状結合部は前記一対の結合突起の間に嵌合されてもよい。
本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルを収納し、ボトムプレートおよび側面プレートを含むハウジングと、前記ハウジングの一端または両端に位置する連結ボードと、前記ハウジング、前記複数の電池セルおよび前記連結ボードを覆うトップカバーとを含み、前記トップカバーは、少なくとも一つの棒状結合部を有し、前記連結ボードは、上端に形成されている少なくとも一対の結合突起を有し、前記棒状結合部は前記一対の結合突起の間に嵌合される。
本発明の一実施例によれば、連結ボードに形成されている固定溝に側面プレートに形成されている固定突起が挿入されることによって連結ボードが側面プレートに強固に固定される。
本発明の一実施例によれば、エンドプレートが連結ボードを覆って加圧することによって連結ボードがより強固に固定される。
また、本発明の一実施例によれば、連結ボードの上端がトップカバーとも結合してより強固に固定される。
本発明の一実施例による電池モジュールを概略的に示す分解斜視図である。 電池セル積層体の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例による電池モジュールのハウジングに連結ボードが結合する前の状態を示す斜視図である。 図３の右側に位置する連結ボードが挿入される側面プレートの構成を示す拡大図である。 図３の左側に位置する連結ボードが挿入される側面プレートの構成を示す拡大図である。 図３の右側に位置する側面プレートの拡大図である。 図３の右側に位置する側面プレートに連結ボードが結合した構成を示す拡大図である。 図７の断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる断面図である。 本発明の一実施例による電池モジュールのハウジングに連結ボードとエンドプレートが結合した構成を示す拡大図である。 本発明の一実施例による電池モジュールの連結ボードとトップカバー間の結合を示す拡大図である。 本発明の一実施例による電池モジュールを示す斜視図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施例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細に説明する。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例に限定されない。
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。
また、図面に表示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明が必ずしも図示されたものに限定されるのではない。図面において、複数の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して表示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して表示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には、中間にまた他の部分がないことを意味する。また、基準になる部分の「上」にあるということは、基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって「上」に位置することを意味するのではない。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、明細書全体において、「平面状」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面状」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。
図１は本発明の一実施例による電池モジュールを概略的に示す分解斜視図である。
図１を参照すると、本実施例による電池モジュールは、複数の電池セル１１０を含む電池セル積層体１００、電池セル積層体１００を収納し、ボトムプレート１５１および側面プレート１５２を含むハウジング１５０、電池セル積層体１００を基準にハウジング１５０が位置する部分の反対側に位置するトップカバー２０００および一対のエンドプレート１５００を含むことができる。一対の側面プレート１５２にはそれぞれ連結ボード２００ａ、２００ｂが結合している。
以下、図２乃至図１０を参照して電池モジュールの各構成要素について詳細に説明する。
図２は電池セル積層体の構成を概略的に示す斜視図である。
図２を参照すると、電池セル積層体１００は、複数の電池セル１１０を含む二次電池の集合体である。電池セル積層体１００は、複数のパウチ型電池セルを含むことができ、それぞれの電池セルは電極リード１１１を含む。電極リード１１１は正極リードまたは陰極リードであり、各パウチ型電池セルの電極リード１１１はｘ軸方向に突出して電極リード１１１の端部がｙ軸方向を基準に左側または右側に曲がっていてもよい。端部が一方に曲がっている電極リード１１１は隣接した他の電池セルが有する電極リード１１１の端部と当接していてもよい。互いに当接した２個の電極リード１１１は互いに溶接などを通じて固定されてもよく、これによって電池セル積層体１００内部の電池セル間の電気的連結が形成される。
一方、電池セル積層体１００は、複数のパウチ型電池セルを配列するためにカートリッジ（図示せず）を備えることができる。カートリッジは、複数の電池セルを配列することに利用される構成要素であり、電池セルをホールディングしてその動きを防止し、複数の電池セルの配列がガイドされるようにする。このようなカートリッジは、中央部分が空いている四角環形態から構成されてもよい。この場合、カートリッジの四つの角部は電池セルの外周部に位置することができる。
図３は本発明の一実施例による電池モジュールのハウジングに連結ボードが結合する前の状態を示す斜視図である。図４は図３の右側に位置する連結ボードが挿入される側面プレートの構成を示す拡大図である。図５は図３の左側に位置する連結ボードが挿入される側面プレートの構成を示す拡大図である。図６は図３の右側に位置する側面プレートの拡大図である。図７は図３の右側に位置する側面プレートに連結ボードが結合した構成を示す拡大図である。図８は図７で断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる断面図である。図９は本発明の一実施例による電池モジュールのハウジングに連結ボードとエンドプレートが結合した構成を示す拡大図である。図１０は本発明の一実施例による電池モジュールの連結ボードとトップカバー間の結合を示す拡大図である。図１１は本発明の一実施例による電池モジュールを示す斜視図である。
図３を参照すると、図１で説明した電池セル積層体１００を収容するためのハウジング１５０は、ボトムプレート１５１および側面プレート１５２を含む。側面プレート１５２がハウジング１５０のボトムプレート１５１と垂直に形成され、ボトムプレート１５１の一端または両端に位置することができる。図３では側面プレート１５２がボトムプレート１５１の両端にそれぞれ形成されるものを示した。
本実施例での側面プレート１５２は、ボトムプレート１５１と一体に形成されてもよい。一体に形成されるという意味は、側面プレート１５２とボトムプレート１５１が一つの射出工程により一体に形成されることを意味し得る。
図３乃至図５を参照すると、側面プレート１５２に連結ボード２００ａ、２００ｂが結合する。図４および図５を参照すると、連結ボード２００ａ、２００ｂは複数の突出部２１０を含み、側面プレート１５２には複数のエアーチャンネル１６０が形成されており、図４を参照すると、連結ボード２００ａ、２００ｂの突出部２１０は複数のエアーチャンネル１６０のうちの互いに隣接するエアーチャンネルの間に位置するように側面プレート１５２に結合する。
図４および図５を参照すると、側面プレート１５２は、複数のエアーチャンネル１６０が形成された第１プレート１５２ａ、および一側に突出した複数の第１バスバー支持部１５５と複数の第２バスバー支持部１５６を含む第２プレート１５２ｂを含むことができる。第１プレート１５２ａと第２プレート１５２ｂの間に装着領域１５３が形成されており、連結ボード２００ａ、２００ｂは装着領域１５３に挿入されてもよい。第１バスバー支持部１５５と複数の第２バスバー支持部１５６は、連結ボード２００ａ、２００ｂが側面プレート１５２に結合された後にｙ軸方向に連結ボード２００ａ、２００ｂが動くことを防止することができる。
図６乃至図８を参照すると、側面プレート１５２の第２バスバー支持部１５６の外側の側面には係止突起１５７が形成されており、連結ボード２００ａ、２００ｂの内側の側面（側面プレート１５２に向かう面）には下方に開放された係止溝を有する係止部材２０１が形成されている。第１バスバー支持部１５５には係止突起１５７が形成されておらず、上端が円筒形から形成されている。第１バスバー支持部１５５と第２バスバー支持部１５６は交互に配置されている。連結ボード２００ａ、２００ｂを側面プレート１５２に結合した時、係止突起１５７が係止部材２０１の係止溝に挿入されて固定されることによって連結ボード２００ａ、２００ｂが側面プレート１５２に対して移動することを防止する。
側面プレート１５２には引掛け部１５４が形成されており、引掛け部１５４は複数のエアーチャンネル１６０のうちで互いに隣接するエアーチャンネル１６０の間に配置されてもよい。引掛け部１５４には連結ボード２００ａ、２００ｂに形成されている突出部が挿入されて連結ボード２００ａ、２００ｂが側面プレート１５２から分離されることを防止することができる。
図９を参照すると、側面プレート１５２に連結ボード２００ａ、２００ｂが結合された状態で連結ボード２００ａ、２００ｂの外側にエンドプレート１５００が設置されて連結ボード２００ａ、２００ｂを保護すると同時に連結ボード２００ａ、２００ｂの固定を補強する。
図１０および図１１を参照すると、電池セル積層体１００を連結ボード２００ａ、２００ｂが結合されているハウジング１５０に装着し、連結ボード２００ａ、２００ｂの外側にエンドプレート１５００を設置した後にトップカバー２０００を覆って電池モジュール１０００を完成する。トップカバー２０００が電池セル積層体１００、連結ボード２００ａ、２００ｂ、ハウジング１５０およびエンドプレート１５００を覆って電池モジュール１０００が完成された状態で連結ボード２００ａ、２００ｂの上端に形成されている一対の結合突起２０２の間にトップカバー２０００の下部に形成されている棒状結合部２００１が嵌合される。これによって、連結ボード２００ａ、２００ｂのｙ方向の動きやｚ方向の動きがより確実に防止される。結合突起２０２は連結ボード２００ａ、２００ｂに複数の対で形成されてもよく、トップカバー２０００の下部に形成されている棒状結合部２００１も複数個が形成されてもよい。
前述した本発明の一実施例による電池モジュールは、電池パックを構成したり、複数の電池モジュールが電気的に連結されて電池パックを形成することができる。
以上で本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１５０：ハウジング
１５２：側面プレート
１５７：係止突起
２００ａ、２００ｂ：連結ボード
２０１：係止部材
２０２：結合突起
１５００：エンドプレート
２０００：トップカバー
２００１：棒状結合部

Claims (8)

  1. 複数の電池セルを収納し、ボトムプレートおよび側面プレートを含むハウジングと、
    前記ハウジングの一端または両端に位置する連結ボードと
    を含み、
    前記連結ボードは前記側面プレートに結合され、
    前記側面プレートは、複数のバスバー支持部を含み、前記複数のバスバー支持部のうちの少なくとも一部は、上方に突出した係止突起を有し、前記連結ボードは、下方に開放された係止溝を有する係止部材を含み、前記連結ボードが前記側面プレートに結合された状態で前記係止突起が前記係止溝に挿入される電池モジュール。
  2. 前記複数のバスバー支持部は、前記係止突起を有していない第１バスバー支持部と前記係止突起を有する第２バスバー支持部に区分され、前記第１バスバー支持部と前記第２バスバー支持部が交互に配置されている、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記連結ボードを外側から覆うエンドプレートをさらに含み、前記連結ボードは前記側面プレートと前記エンドプレートとの間に位置する、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
  4. 前記ハウジング、前記連結ボードおよび前記エンドプレートを覆うトップカバーをさらに含み、
    前記トップカバーは、少なくとも一つの棒状結合部を有し、前記連結ボードは、上端に形成されている少なくとも一対の結合突起を有し、前記棒状結合部は前記一対の結合突起の間に嵌合される、請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記ハウジング、前記複数の電池セル、前記連結ボードおよび前記エンドプレートを覆うトップカバーをさらに含み、
    前記トップカバーは、少なくとも一つの棒状結合部を有し、前記連結ボードは、上端に形成されている少なくとも一対の結合突起を有し、前記棒状結合部は前記一対の結合突起の間に嵌合される、請求項３に記載の電池モジュール。
  6. 複数の電池セルを収納し、ボトムプレートおよび側面プレートを含むハウジングと、
    前記ハウジングの一端または両端に位置する連結ボードと、
    前記ハウジング、前記複数の電池セルおよび前記連結ボードを覆うトップカバーと
    を含み、
    前記トップカバーは、少なくとも一つの棒状結合部を有し、前記連結ボードは、上端に形成されている少なくとも一対の結合突起を有し、前記棒状結合部は前記一対の結合突起の間に嵌合される電池モジュール。
  7. 前記連結ボードを外側から覆うエンドプレートをさらに含み、前記連結ボードは前記側面プレートと前記エンドプレートとの間に位置し、前記トップカバーは前記エンドプレートも覆う、請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 請求項１乃至７項のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む電池パック。
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