JP2022519501A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

本記載の電池モジュールは、少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体、前記セル組立体の一面を覆うカバープレート、および前記セル組立体の一面と隣り合う他面を覆い、前記カバープレートと回動可能に結合するバスバーフレームを含み、前記カバープレートと前記バスバーフレームは少なくとも一つの結合部によって結合し、前記結合部は、前記バスバーフレームの一つの角から突出して前記一つの角と平行な棒形で形成される固定部、および前記カバープレートから突出して形成され、前記固定部の両端部がそれぞれ挿入される溝部を含む一対の収容部を含み、前記固定部は、前記両端部に向かって前記固定部の幅が減少するように形成された傾斜面を含む。

Description

関連出願との相互引用
本出願は、２０１９年４月１２日付韓国特許出願第１０－２０１９－００４３３３４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全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その製造方法に関し、より具体的に、組立容易性を向上させた電池モジュールおよびその製造方法に関する。

二次電池は、製品群に応じた適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有しているため、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源により駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。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ことができ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から、環境にやさしく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。

前記電気自動車などに適用される電池パックは、高出力を得るために複数の単位セルを含む多数のセル組立体を直列に連結した構造を有している。そして、前記単位セルは、正極および負極集電体、セパレータ、活物質、電解液などを含んで構成要素間の電気化学的反応により反復的な充放電が可能である。

一方、近年、エネルギー貯蔵源としての活用をはじめ、大容量構造に対する必要性が高まりながら、多数の二次電池が直列および／または並列に連結された多数の電池モジュールを集合させたマルチモジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。

複数個の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを先に構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを利用してその他構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。前記電池パックに含まれる電池モジュールの個数、または電池モジュールに含まれる電池セルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量により多様に設定され得る。このように設定された電池モジュールは、相互積層される複数個の電池セルおよび前記複数個の電池セルの電極リードを電気的に連結するバスバーが装着されたバスバーフレームを含んで構成される。

この時、バスバーフレームは、電池セルの上面を覆うカバープレートと組み立てられる構成を有する。しかし、Ｕ字形態のフック形態とバー形態の構造物が互いに結合して形成されたヒンジ構造を有する従来の構成では、バスバーフレームとカバープレートが組み立てられた部分が工程中またはモジュールの移動中に分離されることが発生し、この場合、バスバーフレームとカバープレートとの間にわたって形成された軟性印刷回路基板が破れるなどの問題が発生することがあるところ、このような問題を防止できる構造の必要性が台頭している。

本発明が解決しようとする課題は、バスバーフレームとカバープレートの分離による機器の損傷を防止し、またバスバーフレームとカバープレートを容易に組み立てることができる電池モジュールを提供することにある。

しかし、本発明の実施形態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され得る。

本発明の一実施形態による電池モジュールは、少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体、前記セル組立体の一面を覆うカバープレート、および前記セル組立体の一面と隣り合う他面を覆い、前記カバープレートと回動可能に結合するバスバーフレームを含み、前記カバープレートと前記バスバーフレームは少なくとも一つの結合部によって結合し、前記結合部は、前記バスバーフレームの一つの角から突出して前記一つの角と平行な棒形で形成される固定部、および前記カバープレートから突出して形成され、前記固定部の両端部がそれぞれ挿入される溝部を含む一対の収容部を含み、前記固定部は、前記両端部に向かって前記固定部の幅が減少するように形成された傾斜面を含む。

前記傾斜面は、前記溝部と対向するように形成され得る。

前記一対の収容部は、前記一対の収容部間の間隔が前記カバープレートの上面に向かう方向に大きくなるように前記一対の収容部の内側面の少なくとも一部に形成された収容傾斜面を含むことができる。

前記固定部と前記バスバーフレームとの間に間隔が存在して前記固定部が前記傾斜面の反対側に形成された係止面を含むことができる。

前記固定部と前記収容部が結合される時、前記傾斜面は前記収容傾斜面に沿って前記溝部に挿入されて前記係止面が前記溝部と接するまで挿入され得る。

前記固定部が挿入される時、前記傾斜面の挿入によって前記一対の収容部間の間隔が拡大されてから、前記固定部が前記係止面に接することによって前記一対の収容部間の間隔が挿入する前の間隔に回復することができる。

前記バスバーフレームは、前記固定部と前記収容部が結合された状態で前記溝部と反対になる前記収容部の外側面と対向する離脱防止壁をさらに含むことができる。

前記結合部は、前記一対の収容部の外周面から突出した係止突起をさらに含み、前記バスバーフレームは、前記一つの角に形成された係止部をさらに含み、前記係止突起と前記係止部の結合によって前記バスバーフレームの回動が制限され得る。

前記固定部は、前記バスバーフレームと一体に形成され、前記一対の収容部は、前記カバープレートと一体に形成され得る。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前述した少なくとも一つの電池モジュール、および前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケースを含むことができる。

本発明の他の一実施形態によるデバイスは、前述した少なくとも一つの電池パックを含むことができる。

実施形態によると、バスバーフレームとカバープレートが分離されて軟性印刷回路基板などが損傷することを防止することができ、またバスバーフレームとカバープレートを容易に組み立てることができる。

本発明の一実施形態による電池モジュールを示した斜視図である。 図１のＩＩ部分を拡大して示した図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの固定部を分離して示した図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの収容部を分離して示した図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの組立過程を示した図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの組立過程を示した図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの組立状態を単純化して示した図面である。 本発明の他の実施形態による電池モジュールの組立状態で結合部を側面から眺めた状態を示した図面である。

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形態に限定されない。

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、他の構成要素を除外せず、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は本発明の一実施形態による電池モジュールを示した斜視図である。

図１を参照すると、電池モジュール１０は、セル組立体１００、セル組立体１００の上面を覆うカバープレート３００、およびカバープレート３００と結合し、セル組立体１００の少なくとも一側を覆うバスバーフレーム２００を含む。そして、セル組立体１００とカバープレート３００がモジュールケース（図示せず）内に収容され、モジュールケースの開口をバスバーフレーム２００が覆うように構成される。

セル組立体１００は、複数個の電池セルから構成され、一例としてパウチ型二次電池で備えられ得る。複数個の電池セルがセル組立体１００内に積層されて含まれ、これらは互いに電気的に連結され得る。電池セルのそれぞれは、電極組立体とこれを収容する電池ケース、および前記電池ケース外部に突出し、前記電極組立体と電気的に連結される電極リード１０５を含むことができる。前記電極組立体は、正極板、負極板およびセパレータを含んで構成され、公知の構造を有する電極組立体を採択することができるため、ここでは詳細な説明を省略する。

バスバーフレーム２００は、セル組立体１００を覆うように配置され、バスバーフレーム２００にはバスバー１３０が固定されて形成され得る。バスバーフレーム２００は、絶縁体からなり、セル組立体１００から引き出される電極リード１０５が通過できるリードスロットを含み、バスバー１３０は、セル組立体１００の電極リード１０５を電気的に連結することができる。

バスバーフレーム２００にはその他に各種電装部品が付着され得る。一例としてＩＣＢ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）およびＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などが備えられ、前記ＩＣＢおよびＢＭＳボードなどの電装部品は前記複数個の電池セルと電気的に連結され得る。

カバープレート３００は、セル組立体１００の上部に位置し、その両側の側面でバスバーフレーム２００が回動可能に結合され得る。この時、バスバー１３０は、バスバーフレーム２００に装着され、軟性印刷回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄｄ、ＦＰＣＢ）１４５は、カバープレート３００の長さ方向に沿って上端に配置され得る。

軟性印刷回路基板１４５は、バスバー１３０と電気的に連結されるため、これによって電池セルの過電圧および過電流などのセンシングが可能であり、その一端にコネクタ１６０が連結されて電圧センシングおよび温度センシングと関連した信号を電池モジュール１０外部に設けられた制御器と送受信することができる。

図２は図１のＩＩ部分を拡大して示した図面であり、図３は本発明の一実施形態による電池モジュールの固定部４２０を分離して示した図面であり、図４は本発明の一実施形態による電池モジュールの収容部４３０を分離して示した図面である。

図１乃至図４を参照すると、カバープレート３００とバスバーフレーム２００は、ＩＩ部分に示すように、少なくとも一つの結合部４００によって結合され得る。

具体的に、結合部４００は、バスバーフレーム２００の一つの角から突出してバスバーフレーム２００の一つの角と平行な棒形で形成される固定部４２０を含む。また結合部４００は、カバープレート３００から突出し、溝部４３２を含む一対の収容部４３０を含む。つまり、固定部４２０の両端部がそれぞれ収容部４３０の溝部４３２に挿入されることによってバスバーフレーム２００とカバープレート３００が結合される結合部４００が形成される。

固定部４２０は、バスバーフレーム２００の一つの角から突出して前記一つの角と平行な棒形で形成されるが、この時、棒形の両端部は端側に向かって固定部４２０の幅が減少するように形成された傾斜面４２２を含む。傾斜面４２２は、収容部４３０の溝部４３２と対向するように形成される。また図３に示されているように、傾斜面４２２の反対側にはバスバーフレーム２００と対向する係止面４２４を含む。つまり、バスバーフレーム２００と固定部４２０の傾斜面４２２が形成された部分との間には間隔ｄが存在して後述のカバープレート３００とバスバーフレーム２００の組立状態で当該間隔部分に収容部４３０の一部が位置して係止面４２４が収容部４３０の溝部４３２と接触するように結合する。固定部４２０は、バスバーフレーム２００から一体に突出して形成されるため、両側の傾斜面４２２が位置する部分の間の中央部はバスバーフレーム２００と連結されており、傾斜面４２２が形成された部分は前述のように間隔ｄを置いてバスバーフレーム２００と離隔している。またバスバーフレーム２００は、両側傾斜面４２２と対向する離脱防止壁２２０を含むが、これによってバスバーフレーム２００とカバープレート３００の結合が離脱することを再度防止できるようになるところ、具体的な構成は後述の組立過程および組立状態の説明の部分で説明する。

収容部４３０は、カバープレート３００の一面と平行な方向に突出し、固定部４２０の両端部にそれぞれ結合され得るように一対で備えられる。一対の収容部４３０のそれぞれには固定部４２０の両端部がそれぞれ挿入される溝部４３２が形成される。つまり、突出した一対の収容部４３０が互いに向き合う面にそれぞれ溝部４３２が形成される。溝部４３２は、図４に示されているように、ホール形態であってもよいが、固定部４２０の両端部が安定的に挿入され得る深さであればホールでなく、溝の形態であってもよく、特に限定されるのではない。

溝部４３２が形成された収容部４３０の内側面は、収容傾斜面４３４を含む。つまり、収容傾斜面４３４は、一対の収容部４３０間の間隔がカバープレート３００の上面に向かう方向に大きくなるように一対の収容部４３０の内側面の少なくとも一部に形成され得る。これによって、後述するように、固定部４２０の挿入を容易にしながらも、挿入後に固定部４２０の離脱を防止できるようになる。また、収容部４３０は、前記溝部４３２が形成された面の反対側に外側面４３６を含むが、後述するように、外側面４３６はカバープレート３００とバスバーフレーム２００の結合状態でバスバーフレーム２００の離脱防止壁２２０と対向する。

以下、図１乃至４と共に図５ａ、図５ｂおよび図６をさらに参照して本発明の一実施形態による電池モジュールの組立過程および組立状態について説明する。

図５ａおよび図５ｂは本発明の一実施形態による電池モジュールの組立過程を示した図面であり、図６は本発明の一実施形態による電池モジュールの組立状態を単純化して示した図面である。

図５ａに示されているように、バスバーフレーム２００は、最終結合状態よりも上部に位置する角度でカバープレート３００と結合する。この時、バスバーフレーム２００は、例えば最終結合状態に比べて約１０５度の角度をなした状態で組み立てられ得る。この状態で、固定部４２０と収容部４３０は、図５ｂに示されているように固定部４２０の傾斜面４２２が収容部４３０の収容傾斜面４３４に沿って溝部４３２に挿入される。つまり、図５ａの矢印Ａに沿って挿入される。

この過程で、固定部４２０の傾斜面４２２が挿入方向に沿ってその幅が拡大されるように構成されるため、一対の収容部４３０が矢印Ｂに沿って少し拡大されながら固定部４２０の端部が溝部４３２に安着され得る。つまり、射出物であるカバープレート３００から一体に突出した収容部４３０も射出物で形成されるため、挿入される力によって両側に少し拡大されることが可能であり、傾斜面４２２に沿って両端部が溝部４３２に安着して、固定部４２０の係止面４２４が溝部４３２と接触することによって挿入が完了される。挿入が完了されると、一対の収容部４３０の間隔が挿入する前の最初間隔に回復する。挿入が完了された後、固定部４２０を軸に回動してバスバーフレーム２００とカバープレート３００が約９０度の角度をなす最終結合状態を得ることができる。

これによって、カバープレート３００とバスバーフレーム２００が組み立てられた状態で、図６に示されているように固定部４２０の離脱が二重で防止され得る。つまり、固定部４２０が溝部４３２に挿入される時、バスバーフレーム２００が最終結合状態に比べて上部に位置する角度で傾斜面４２２と収容傾斜面４３４に沿って挿入されるため、挿入時には収容部４３０間の間隔が自然に拡大され得るが、挿入後には使用範囲角度で収容傾斜面４３４が形成されず、挿入時よりも収容部４３０間の間隔がより大きく拡大されてこそ離脱が可能であるため、実質的に離脱が不可能になる。また、このように収容部４３０間の間隔がより大きく拡大されても、図６に示されているように収容部４３０の外側面４３６と対向している離脱防止壁２２０によって一定範囲以上に収容部４３０間の間隔が拡大されることが防止されるため、固定部４２０の離脱を再度防止することができる。

したがって、このような本発明の一実施形態によると、カバープレート３００とバスバーフレーム２００が結合した結合部４００で固定部４２０と収容部４３０が分離されることを防止することができ、バスバーフレーム２００とカバープレート３００が分離されることによる軟性印刷回路基板１４５の損傷や取り扱い上の困難が発生することも防止することができる。

図７は本発明の他の実施形態による電池モジュールの組立状態で結合部を側面から眺めた状態を示した図面である。

図７に示されているように、本発明の他の実施形態では、一対の収容部４３０の外周面４３８に外周面４３８から突出した係止突起４３９をさらに含み、また、バスバーフレーム２００は、一つの角に形成された係止部２４０をさらに含む。このような係止突起４３９と係止部２４０は、図５ａの組立が完了した状態、つまり、カバープレート３００とバスバーフレーム２００が約９０度角度をなした状態で互いに結合するように構成される。

これによると、図５ａで組立過程を説明した図面のように、バスバーフレーム２００がカバープレート３００に上部に位置する角度で結合した後、回動する過程で、バスバーフレーム２００とカバープレート３００が約９０度をなせば回動を制限するため、組立の安定性を維持することができ、カバープレート３００とバスバーフレーム２００の組立時に作業者の熟練度が低くくても正確な位置で回動が止まるようになって精密度のある組立が可能になる。特に、バスバーフレーム２００が直角以上に回動する場合、内側のセル組立体１００と干渉してセル組立体１００の損傷を招き得るが、本実施形態によると、収容部４３０に形成された係止突起４３９とバスバーフレーム２００に形成された係止部２４０の結合によってバスバーフレーム２００が直角以上に回動することを防止するようになるところ、セル組立体１００の損傷を防止することができる。

一方、本発明の実施形態による電池モジュールは、一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することができる。

前述した電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用され得るが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを使用することができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。

以上で本発明の好ましい実施形態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。

１０：電池モジュール
１００：セル組立体
１０５：電極リード
１３０：バスバー
２００：バスバーフレーム
３００：カバープレート
４００：結合部
４２０：固定部
４３０：収容部

Claims (11)

1. 少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体、
   前記セル組立体の一面を覆うカバープレート、および
   前記セル組立体の一面と隣り合う他面を覆い、前記カバープレートと回動可能に結合するバスバーフレームを含み、
   前記カバープレートと前記バスバーフレームは少なくとも一つの結合部によって結合し、
   前記結合部は、
   前記バスバーフレームの一つの角から突出して前記一つの角と平行な棒形で形成される固定部、および
   前記カバープレートから突出して形成され、前記固定部の両端部がそれぞれ挿入される溝部を含む一対の収容部を含み、
   前記固定部は、前記両端部に向かって前記固定部の幅が減少するように形成された傾斜面を含む電池モジュール。
2. 前記傾斜面は、前記溝部と対向するように形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記一対の収容部は、前記一対の収容部間の間隔が前記カバープレートの上面に向かう方向に大きくなるように前記一対の収容部の内側面の少なくとも一部に形成された収容傾斜面を含む、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記固定部と前記バスバーフレームとの間に間隔が存在して前記固定部が前記傾斜面の反対側に形成された係止面を含む、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記固定部と前記収容部が結合される時、前記傾斜面は前記収容傾斜面に沿って前記溝部に挿入されて前記係止面が前記溝部と接するまで挿入される、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記固定部が挿入される時、前記傾斜面の挿入によって前記一対の収容部間の間隔が拡大されてから、前記固定部が前記係止面に接することによって前記一対の収容部間の間隔が挿入する前の間隔に回復する、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記バスバーフレームは、前記固定部と前記収容部が結合された状態で前記溝部と反対になる前記収容部の外側面と対向する離脱防止壁をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
8. 前記結合部は、前記一対の収容部の外周面から突出した係止突起をさらに含み、
   前記バスバーフレームは、前記一つの角に形成された係止部をさらに含み、
   前記係止突起と前記係止部の結合によって前記バスバーフレームの回動が制限される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
9. 前記固定部は、前記バスバーフレームと一体に形成され、前記一対の収容部は、前記カバープレートと一体に形成される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の少なくとも一つの電池モジュール、および
    前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケース
    を含む電池パック。
11. 請求項１０に記載の少なくとも一つの電池パックを含むデバイス。

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