JP2022524161A - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

Abstract

本発明は組立性が向上した電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものであって、本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と、前記電池セル積層体の上下左右面をカバーするフレームと、前記電池セル積層体の前後面をカバーするバスバーフレームと、前記バスバーフレームの下端から突出形成された支え部と、を含み、前記支え部の中央にはガイドが形成されており、前記ガイドに沿って前記支え部が前記フレーム内部に挿入されている。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２０年０１月０３日付韓国特許出願第１０－２０２０－０００１００３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するものであって、より詳しくは、組立性を向上させる電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものである。

二次電池は、モバイル機器および電気自動車などの多様な製品群でエネルギー源として多くの関心を受けている。このような二次電池は化石燃料を使用する既存製品の使用を代替することができる有力なエネルギー資源であって、エネルギー使用による副産物が発生しないため環境にやさしいエネルギー源として脚光を浴びている。

最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まるにつれて、多数の二次電池が直列／並列に連結された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。

一方、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構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを用いてその他の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。

このような電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、電池セル積層体を収容するフレーム、電池セル積層体をカバーするバスバーフレームを含むことができる。

図１は、従来の電池モジュールを示す分解斜視図である。

図１を参照すると、従来の電池モジュールは複数の電池セル１１が積層されて形成された電池セル積層体１０と、電池セル積層体１０を収容するフレーム２０と、電池セル積層体１０の前後面をカバーするバスバーフレーム３０と、電池セル積層体１０の両側に形成されたバスバーフレーム３０を電池セル積層体１０の上側で連結する上部プレート３１と、電池セル積層体１０の前後面および電池セル積層体１０の前後面に形成されたバスバーフレーム３０をカバーするエンドプレート３２とを含み、バスバーフレーム３０の下端には突出部（支え部）４０が形成されてフレーム２０下面と電池セル積層体１０下面の間の空間に挿入できる。

このような電池モジュールを形成するために、図１に示した矢印のようにＸ軸方向に沿ってフレーム２０の開放された前面または後面に電池セル積層体１０が挿入されるように水平組み立てが必要である。但し、このような水平組み立てが安定的に行われるように電池セル積層体１０とフレーム２０との間に十分なクリアランス（clearance）を確保しなければならない。

より詳しくは、バスバーフレーム３０の下端に形成された突出部４０がフレーム２０の下面と電池セル積層体１０の下面の間の空間に形成された十分なクリアランスを通じて挿入可能なように設計されなければならない。前記クリアランスが小さい場合に電池セル積層体１０の水平組み立て過程で突出部４０とフレーム２０の下面間の衝突が発生してバスバーフレーム３０またはバスバーフレーム３０と結合された突出部４０に損傷が起こることがある。

本発明の解決しようとする課題は、組立性が向上した電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。

本発明の課題は以上で言及した課題に限定されず、言及されていないまた他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

前記課題を解決するための本発明の一実施形態による電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と、前記電池セル積層体の上下左右面をカバーするフレームと、前記電池セル積層体の前後面をカバーするバスバーフレームと、前記バスバーフレームの下端から突出形成された支え部と、を含み、前記支え部にはガイドが形成され、前記ガイドに沿って前記支え部が前記フレーム内部に挿入される。

前記ガイドは、前記バスバーフレームと連結された部分から前記支え部の端部分まで延長形成できる。

前記ガイドは、前記バスバーフレームが前記フレーム内部に挿入される方向に形成できる。

前記ガイドは、上側へ凸状に形成できる。

前記ガイドの端部分には面取り部が形成できる。

前記面取り部は、上端が下端よりさらに突出するように斜線方向にカッティング形成できる。

前記フレームの下面両端中央には、前記面取り部と対応するように斜線方向にカッティング形成された面取り対応部が形成できる。

前記フレームの下面には前記ガイドと対応するように形成されたガイド突出部が形成され、前記支え部が前記フレーム内部に挿入される時、前記ガイドは前記ガイド突出部と組み立てられた状態で前記ガイド突出部に沿って挿入できる。

前記支え部は扁平に形成されて、前記バスバーフレームの下端で前記電池セル積層体の下面と前記フレームの下面との間に形成された空間に挿入できる。

前記支え部は、中央に行くにつれて突出幅が増加できる。

本発明の一実施形態による電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、フレームと支え部との干渉による支え部およびバスバーフレームの破損をできる限り防止し、支え部構造自体の剛性を強化させることができる効果を提供する。

本発明の効果は以上で言及した効果に限定されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

従来の電池モジュールを示す分解斜視図である。 本発明の比較例による電池モジュールを示す斜視図である。 図２のＡ－Ａ’部分を示す断面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。 図４の電池セル積層体とバスバーフレームがフレームに組立てられる様子を示した図である。 図５の底面視を示す図である。 本発明の一実施形態によるバスバーフレームおよび支え部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるバスバーフレームおよび支え部の正面図である。 本発明の一実施形態によるバスバーフレームおよび支え部の側面図である。 本発明の一実施形態によるバスバーフレームおよび支え部の下面図である。 本発明の変形された実施形態による面取り部が形成された電池モジュールであって、図７のＤ部分を拡大した図である。 本発明の変形された実施形態による面取り部が形成された電池モジュールであって、図５のＣ－Ｃ’部分を示した図である。 図１２に示された面取り部の形状が変形された様子を示した図である。 本発明の変形された実施形態によるガイド突出部が形成された電池モジュールが組立てられる様子を示した図である。

以下で説明される実施形態は発明の理解を助けるために例示的に示したものであって、本発明はここで説明される実施形態と異なるように多様に変形して実施できるのが理解されなければならないはずである。但し、本発明を説明することにおいて、関連する公知の機能あるいは構成要素に関する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明にすることがあると判断される場合、その詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付された図面は発明の理解を助けるために実際縮尺通りに示されたのではなく一部構成要素の寸法が誇張されるように示されることがある。

本出願で使用される第１、第２の用語は多様な構成要素を説明するのに使用できるが、構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。

また、本出願で使用される用語は単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、権利範囲を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で「含む」、「成る」または「構成される」などの用語は明細書上記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたものが存在するのを指定しようとするのであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたもの存在または付加可能性を予め排除しないと理解されなければならない。

以下、図２および図３を参照して、本発明の比較例によるバスバーフレームおよび支え部について説明する。

図２は、本発明の比較例による電池モジュールを示す斜視図である。図３は、図２のＡ－Ａ’部分を示す断面図である。

図２および図３を参照すると、本発明の比較例による電池モジュールは、複数の電池セル１１が積層されている電池セル積層体１０と、上下左右面に形成されて電池セル積層体１０を上下左右面を収容するフレーム２０と、電池セル積層体１０の前後面をカバーするバスバーフレーム３０と、バスバーフレーム３０の下端から突出形成された支え部４０とを含むことができる。

この時、支え部４０は扁平に形成され、図２に示されているように、支え部４０はバスバーフレーム３０と共に電池セル積層体１０の下面に組み立てられた状態で図２に示された矢印方向にフレーム２０内部に挿入できる。

但し、図３に示されているように、支え部４０がフレーム２０内部に挿入される時、フレーム２０の下面と支え部４０間の干渉が発生して支え部４０またはバスバーフレーム３０が挿入過程で損傷する可能性がある。具体的に、支え部４０が扁平な形状に形成されて挿入過程で曲げられることがあり、一部破片が形成されて電池モジュール内に位置するようになることによって電池モジュールの性能低下を引き起こすことがある。また、支え部４０と結合されたバスバーフレーム３０が損傷して電池モジュールの機能低下が発生するおそれがある。

以下、図４～図１０を参照して、本発明の一実施形態によって支え部にガイドが形成された電池モジュールについて説明する。

図４は、本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。図５は、図４の電池セル積層体とバスバーフレームがフレームに組立てられる様子を示した図である。図６は、図５の底面視を示す図である。図７は、本発明の一実施形態によるバスバーフレームおよび支え部を示す斜視図である。図８は、本発明の一実施形態によるバスバーフレームおよび支え部の正面図である。図９は、本発明の一実施形態によるバスバーフレームおよび支え部の側面図である。図１０は、本発明の一実施形態によるバスバーフレームおよび支え部の下面図である。

図４～図１０を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セル１１０が積層されている電池セル積層体１００と、電池セル積層体１００の上下左右面をカバーするフレーム２００と、電池セル積層体１００の前後面をカバーするバスバーフレーム３００と、バスバーフレーム３００の下端から突出形成された支え部４００とを含み、支え部４００にはガイド４１０が形成され、ガイド４１０に沿って支え部４００がフレーム２００内部に挿入される。

電池セル１１０は二次電池であって、パウチ型二次電池から構成できる。このような電池セル１１０は複数個で構成でき、複数の電池セル１１０は相互に電気的に連結されるように相互に積層されて電池セル積層体１００を形成することができる。このような複数個の電池セルはそれぞれ電極組立体、電池ケース、および電極組立体から突出した電極リードを含むことができる。

フレーム２００は上下左右面に形成されて、電池セル積層体１００の上下左右面をカバーするように形成できる。フレーム２００を通じて電池セル積層体１００を物理的に保護することができる。

バスバーフレーム３００は電池セル積層体１００の前後面に形成されて、電池セル積層体１００をカバーすると同時に電池セル積層体１００と外部電源との連結を案内することができる。

上部プレート３１０は、電池セル積層体１００の前後面にそれぞれ形成されたバスバーフレーム３００を電池セル積層体１００の上側で連結することができる。上部プレート３１０上には軟性回路基板が形成されて、前後面のバスバーフレーム３００を電気的に連結することができる。

エンドプレート３２０は、電池セル積層体１００および電池セル積層体１００の前後面に形成されたバスバーフレーム３００をカバーするように電池セル積層体１００の前後方に形成できる。エンドプレート３２０はフレーム２００と溶接を通じて結合して電池セル積層体１００と外部との連結をできる限り遮断させ、同時に外部の物理力からバスバーフレーム３００およびこれと連結された様々な電装品を保護し、電池パックに装着されるための電池モジュールマウンティング構造を含むことができる。

支え部４００はバスバーフレーム３００と一体に形成されて、バスバーフレーム３００の下端でバスバーフレーム３００のフレーム面と垂直を成すように突出形成できる。支え部４００は扁平に形成でき、これによってバスバーフレーム３００の下端で電池セル積層体１００の下面とフレーム２００の下面との間に形成された水平空間に挿入できる。

図６を参照すると、支え部４００は中央に行くほど突出幅（Ｗ）が増加できる。したがって、支え部４００の突出幅（Ｗ）は支え部４００の中央で最も長く形成でき、このように中央部分で突出幅（Ｗ）が最も長いＶ字形状により、バスバーフレーム３００および支え部４００をフレーム２００に挿入時、組立性を向上させることができる。より詳しくは、Ｖ字形状の尖った部分からフレーム２００に挿入されるので、挿入過程でバスバーフレーム３００および支え部４００の損傷が最小化できる。これに対して、支え部の突出幅が全て同一な構造を仮定すれば、支え部がフレームに挿入される時、支え部の両端の端部分がフレームの両側面にかかる可能性が高まるので、本発明の実施形態によるＶ字形状に比べて組立性が落ちることがある。

ガイド４１０は支え部４００の中央に形成され、ガイド４１０に沿って支え部４００がフレーム２００内部に挿入される。図２および図３に示された比較例と対比してみれば、本発明の一実施形態では支え部４００にガイドが形成されて、支え部４００自体の剛性を強化することができ、ガイド４１０が形成された方向にバスバーフレーム３００および支え部４００がフレーム内部に挿入されることによって、支え部とフレーム下面間の干渉を最少化することができる。

本発明の一実施形態によれば、ガイド４１０は、バスバーフレーム３００と連結された部分から支え部４００の端部分まで延長形成できる。また、ガイド４１０はバスバーフレーム３００がフレーム２００内部に挿入される方向が長さ方向になるように形成できる。ガイド４１０は、上側へ凸状に形成できる。ガイド４１０の下側は凹状に形成されたガイド空間が設けられる。

以下、図１１～図１３を参照して本発明の変形された実施形態によるチャンバー部が形成された電池モジュールについて説明する。

図１１は本発明の変形された実施形態による面取り部が形成された電池モジュールであって、図７のＤ部分を拡大した図である。図１２は本発明の変形された実施形態による面取り部が形成された電池モジュールであって、図５のＣ－Ｃ’部分を示した図である。図１３は、図１２に示された面取り部の形状が変形された様子を示した図である。

図１１～図１３を参照すると、本発明の変形された実施形態による電池モジュールは、面取り部４１１をガイド４１０の端部に形成できる。この時、面取り部は４１１上端が下端よりもさらに突出するように斜線方向にカッティング形成できる。また、フレーム２００の下面両端中央には、面取り部４１１と対応するように斜線方向にカッティング形成された面取り対応部２１０が形成できる。

カッティング構造を有する面取り部４１１がガイド４１０の端部分に形成されることによって、バスバーフレーム３００および支え部４００を組み立てる時、面取り部４１１の傾斜によって支え部４００をより自然にフレーム２００内部に挿入することができる。また、フレーム２００の下面両端中央で面取り部４１１と対応するように形成された面取り対応部２１０を通じて、面取り部４１１が形成されたガイド４１０および支え部４００が面取り対応部２１０の傾斜面を用いてさらにスムーズにフレーム２００内部に挿入できる。

また、支え部４００で最も突出した部分が上側へ凸状に形成されたガイド端部分に形成された面取り部上端４１１ａであるので、支え部４００がフレーム２００内部に挿入された時、クリアランスと見なすことができる面取り部上端４１１ａとフレーム２００下端との間の支え部挿入間隔（Ｇ）が十分に確保されて、支え部４００とフレーム２００下面角間の衝突をできる限り防止することができる。

これに対して、図２および図３に示された比較例では、ガイドが形成されていない支え部４０とフレーム２０の下面の間の距離（ｇ）は本発明の一実施形態による支え部挿入間隔（Ｇ）より小さく形成できる。比較例によれば、支え部４０とフレーム２０下面との間の距離（ｇ）は最大約０．７ｍｍ程度に形成される反面、本発明の実施形態による支え部挿入間隔（Ｇ）は最大約２．２ｍｍ程度に形成できる。

図１３を参照すると、面取り部４１１’の形状を丸く形成できる。また、面取り部４１１’と対応する面取り対応部２１０’の形状も同様に丸く形成できる。これによって、面取り部４１１’と面取り対応部２１０’との接触面積を最少化して接触面による摩擦力を最小化することができて、面取り部４１１’を含む支え部４００をフレーム２００内部に、より容易に挿入することができる。

以下、図１４を参照して本発明の変形された実施形態によるガイド突出部が形成された電池モジュールについて説明する。

図１４は、本発明の変形された実施形態によるガイド突出部が形成された電池モジュールが組立てられる様子を示した図である。

図１４を参照すると、本発明の変形された実施形態による電池モジュールは、フレーム２００の下面にガイド４１０と対応するように形成されたガイド突出部２２０が形成され、支え部４００がフレーム２００内部に挿入される時、ガイド４１０はガイド突出部２２０と組み立てられた状態でガイド突出部２２０に沿って挿入できる。

本発明の一実施形態によるガイド４１０は上側が凸状に形成され、相対的に下側は凹状形態のガイド空間が形成できる。ガイド突出部２２０は、前記ガイド空間に対応する形状に形成され、ガイド４１０がガイド突出部２２０に組み立てられてガイド突出部２２０に乗ってフレーム２００内部にスライディング挿入されるように形成できる。

ガイド突出部２２０を通じてガイド４１０がフレーム２００内部に正確な方向に挿入でき、これによって支え部４００とバスバーフレーム３００が損傷なく正確な位置に装着されて、電池モジュールの組立時発生することがある部品破損による２次損傷を未然に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。電池パックは、本実施形態による電池モジュールを一つ以上集めて電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）と冷却装置などを追加してパッキングした構造であり得る。

前述の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できる。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できるが、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。

以上では本発明の好ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述の特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における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るのはもちろんであり、このような変形実施は本発明の技術的な思想や展望から個別的に理解されてはならないはずである。

１００：電池セル積層体
１１０：電池セル
２００：フレーム
２１０：面取り対応部
２２０：ガイド突出部
３００：バスバーフレーム
３１０：上部プレート
３２０：エンドプレート
４００：支え部
４１０：ガイド
４１１：面取り部
４１１ａ：面取り部上端
４１１ｂ：面取り部下端
Ｇ：支え部挿入間隔
Ｗ：突出幅

Claims (11)

1. 複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と、
   前記電池セル積層体の上下左右面をカバーするフレームと、
   前記電池セル積層体の前後面をカバーするバスバーフレームと、
   前記バスバーフレームの下端から突出形成された支え部と、
   を含み、
   前記支え部にはガイドが形成されており、前記ガイドに沿って前記支え部が前記フレーム内部に挿入されている、電池モジュール。
2. 前記ガイドは、前記バスバーフレームと連結された部分から前記支え部の端部分まで延長形成されている、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記ガイドは、前記バスバーフレームが前記フレーム内部に挿入される方向に形成されている、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記ガイドは、上側へ凸状に形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
5. 前記ガイドの端部分には面取り部が形成されている、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記面取り部は、上端が下端よりさらに突出するように斜線方向にカッティング形成された、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記フレームの下面両端中央には、前記面取り部と対応するように斜線方向にカッティング形成された面取り対応部が形成されている、請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記フレームの下面には前記ガイドと対応するように形成されたガイド突出部が形成されており、
   前記支え部が前記フレーム内部に挿入される時、前記ガイドは前記ガイド突出部と組み立てられた状態で前記ガイド突出部に沿って挿入される、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
9. 前記支え部は扁平に形成されて、前記バスバーフレームの下端で前記電池セル積層体の下面と前記フレームの下面との間に形成された空間に挿入されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
10. 前記支え部は、中央に行くほど突出幅が増加する、請求項９に記載の電池モジュール。
11. 請求項１から１０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。

Images