JP2023509688A - 電池モジュール、それを含む電池パックおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023509688000001
本発明の一実施形態による電池モジュールは、電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体；前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面および後面を覆う絶縁カバー；および前記電池セル積層体と前記絶縁カバーの間に位置するセンシング組立体を含む。前記センシング組立体は、前記絶縁カバーの内側面に取り付けられて前記電極リードと連結される。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２０年７月２日付韓国特許出願第１０－２０２０－００８１３０８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すべ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、それを含む電池パックおよびその製造方法に関し、より具体的には製作工程の簡素化および部品の軽量化が可能な電池モジュール、それを含む電池パックおよびその製造方法に関する。
現代社会では携帯電話、ノートブック、カムコーダ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化されるにつれて、前記のようなモバイル機器と関連した分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電が可能な二次電池は化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案として、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられており、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。
現在の商用化された二次電池としてはニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあるが、その中でリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起きないため充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギ密度が高い長所を有することから脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを間に置いて配置された電極組立体および電極組立体を電解液と共に密封収納する電池ケースを備える。
一般的にリチウム二次電池は外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次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に内蔵されているパウチ型二次電池に分類される。
小型機器に用いられる二次電池の場合、２－３個の電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに用いられる二次電池の場合は、多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が用いられる。このような電池モジュールは多数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって容量および出力が向上する。また、一つ以上の電池モジュールはＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に取り付けられて電池パックを形成することができる。
図１は従来の電池モジュールに対する分解斜視図である。
図１を参照すると、従来の電池モジュール１０は電池セル積層体２０がモジュールフレーム３０とエンドプレート４０に収納されて形成される。
電池セル積層体２０は複数の電池セルが一方向に沿って積層されて形成され、そのため電極リード２１が、前記電池セルが積層される一方向と垂直な方向に突出する。
モジュールフレーム３０は電池セル積層体２０を外部衝撃などから保護するために所定の強度を有する素材からなり、構造的には上部フレーム３１と下部フレーム３２が結合されて形成される。
電池セル積層体２０を基準として電極リード２１の突出方向にエンドプレート４０が位置し、電池セル積層体２０とエンドプレート４０の間にバスバーフレーム５０が位置する。
図２は図１の電池モジュールに含まれたバスバーフレーム５０とエンドプレート４０を拡大して示す斜視図であり、図３は図２の「Ａ」部分を拡大して示す部分図である。この際、説明の便宜上図３は電池セルの電極リード２１が含まれた様子を示した。
図１ないし図３を参照すると、バスバーフレーム５０にはバスバー５１が取り付けられる。バスバー５１は複数の電池セル間の電気的な連結のためのものであり、電池セルの電極リード２１がバスバーフレーム５０に形成されたスリットを通過した後曲げられてバスバー５１と連結される。電極リード２１とバスバー５１の間の連結において、電気的な連結が可能であればその方法に制限はなく、一例として溶接接合により連結されることができる。このようにバスバー５１により電池セルが電気的に連結された電池セル積層体は外部に露出する端子バスバーなどにより他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）などと連結され得る。すなわち、従来の電池モジュール１０はバスバー５１により電池セルを電気的に連結し、端子バスバーなどにより電池モジュール１０を他の電池モジュールと電気的に連結することによって、高電圧（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＨＶ）連結を実現することができる。ここでＨＶ連結は電力を供給するための電源の役割をする連結であって、電池セル間の連結や電池モジュール間の連結を意味する。
一方、電池モジュール１０の発火や爆発を防止するために、電池セルの電圧情報と温度情報を測定してＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達する必要がある。従来の電池モジュール１０は低電圧（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＬＶ）センシング組立体６０を含んで電池セルの電圧情報を前記ＢＭＳに伝達する。具体的には、ＬＶセンシング組立体６０がバスバー５１と連結されて各電池セルの電圧を測定し、測定された値をコネクタを介して外部ＢＭＳに伝達する。すなわち、従来の電池モジュール１０はバスバー５１とＬＶセンシング組立体６０を介して電圧情報を伝達することによって、低電圧（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＬＶ）連結を実現することができる。ここでＬＶ連結は電池セルの電圧を感知して制御するためのセンシング連結を意味する。
まとめると、従来の電池モジュール１０はＨＶ連結を実現するために積層された電池セルそれぞれの電極リード２１をバスバー５１に接合し、ＬＶ連結を実現するためにＬＶセンシング組立体６０を電極リード２１が接合されたバスバー５１に連結することができる。また、このようなバスバー５１を取り付けるためにバスバーフレーム５０を形成し得る。
本発明が解決しようとする課題は、従来のＨＶ連結構造とＬＶ連結構造を改善して製作工程の簡素化および部品の軽量化が可能な電池モジュール、それを含む電池パックおよびその製造方法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、上述した課題に限定されず、本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張できる。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず、本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張できる。
本発明の一実施形態による電池モジュールは、電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体；前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面および後面を覆う絶縁カバー；および前記電池セル積層体と前記絶縁カバーの間に位置するセンシング組立体を含む。前記センシング組立体は、前記絶縁カバーの内側面に取り付けられて前記電極リードと連結される。
前記絶縁カバーの前記内側面は前記電極リードと対面することができ、前記絶縁カバーの前記内側面に前記センシング組立体が取り付けられるように湾入した取り付け部が形成され得る。
前記センシング組立体は、コネクタおよび前記コネクタと前記電極リードを連結する連結部材を含み得る。
前記センシング組立体は、前記連結部材の一端に位置して前記電極リードに接合される接合部材を含み得る。
前記絶縁カバーは、少なくとも一つの開口部を含むことができ、前記開口部は前記接合部材が前記電極リードに接合された部分と対応する位置に形成され得る。
前記絶縁カバーは、前記開口部を覆う蓋部を含むことができ、前記蓋部は前記開口部に対して開閉構造を形成し得る。
前記絶縁カバーに前記コネクタの外部連結を案内するためのコネクタ開口部が形成され得る。
前記電極リードのうち少なくとも一つと連結される端子（Ｔｅｒｍｉｎａｌ）バスバーをさらに含むことができ、前記絶縁カバーに前記端子バスバーの外部連結を案内するための端子バスバー開口部が形成され得る。
少なくとも２個の前記電極リード同士が曲げられて接合されて電極リード接合体を形成することができ、前記センシング組立体は前記電極リード接合体に連結され得る。
本発明の一実施形態による電池パックは、前記電池モジュール、前記電池モジュールを収納するパックフレーム；および前記電池モジュールとパックフレームの底部の間に位置する熱伝導性樹脂層を含む。
本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法は、複数の電池セルを積層して電池セル積層体を形成する段階；前記電池セルのうち隣接する少なくとも２個の電池セルから突出した電極リードを接合して電極リード接合体を形成する段階；および前記電池セル積層体の前面と後面に、センシング組立体が取り付けられた絶縁カバーを位置させる段階を含む。前記センシング組立体は前記絶縁カバーの内側面に取り付けられ、前記絶縁カバーを位置させる段階で前記センシング組立体が前記電極リード接合体と対面する。
前記センシング組立体は、コネクタ、前記コネクタと前記電極リードを連結する連結部材および前記連結部材の一端に位置する接合部材を含むことができ、前記電池モジュールの製造方法は、前記絶縁カバーに形成された開口部を介して前記接合部材と前記電極リードを接合する段階をさらに含み得る。
前記絶縁カバーは前記開口部に対して開閉構造を形成する蓋部を含み得る。
前記電池セル積層体を形成する段階は、隣接する電池セルの間に接着剤を塗布して前記隣接する電池セルを互いに付着する段階および前記隣接する電池セルそれぞれの電極リードを曲げて互いに接合する段階を含み得る。
前記絶縁カバーを位置させる段階前に、前記電池セル積層体の上面、下面および両側面をホールディングバンドで囲む段階が行われ得る。
本発明の実施形態によれば、従来のバスバー、バスバーフレームおよびエンドプレートの機能を統合した絶縁カバーにより製作工程の簡素化および部品の軽量化が可能である。
本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、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ことができる。
従来の電池モジュールに対する分解斜視図である。 図１の電池モジュールに含まれたバスバーフレームとエンドプレートを拡大して示す斜視図である。 図２の「Ａ」部分を拡大して示す部分図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。 図４の電池モジュールに対する分解斜視図である。 図４の電池モジュールに含まれた電池セルに対する斜視図である。 図４の電池モジュールに対して絶縁カバーを除去した様子を示す斜視図である。 図７の「Ｂ」部分を拡大して示す部分図である。 図４の電池モジュールに含まれた絶縁カバーを多様な角度で示す図である。 図４の電池モジュールに含まれた絶縁カバーを多様な角度で示す図である。 図４の電池モジュールに含まれた絶縁カバーを多様な角度で示す図である。 本発明の一実施形態による電池パックに対する分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池セル積層体の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電池セル積層体の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電池セル積層体の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法を説明するための図である。
以下、添付する図面を参照して本発明の様々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できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で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。
本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面で、説明の便宜上一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」または「の上に」あるという時、これは他の部分の「すぐ上に」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。逆にある部分が他の部分の「すぐ上に」あるという時には中間に他の部分が存在しないことを意味する。また、基準になる部分「上に」または「の上に」ある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、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置することを意味するものではない。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、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み得ることを意味する。
また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
図４は本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。図５は図４の電池モジュールに対する分解斜視図である。図６は図４の電池モジュールに含まれた電池セルに対する斜視図である。
図４ないし図６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１００は電極リード１１１，１１２を含む複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体２００、電極リード１１１，１１２が突出した電池セル積層体２００の前面および後面を覆う絶縁カバー４００および電池セル積層体２００と絶縁カバー４００の間に位置するセンシング組立体を含む。
まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであることが好ましく、長方形のシート型構造で形成される。例えば、本実施形態による電池セル１１０は二つの電極リード１１１，１１２がセル本体１１３を基準として互いに対向して一端部１１４ａと他の一端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。より詳細には電極リード１１１，１１２は電極組立体（図示せず）と連結され、前記電極組立体（図示せず）から電池セル１１０の外部に突出する。二つの電極リード１１１，１１２の一つは正極リード１１１でることができ、他の一つは負極リード１１２であり得る。すなわち、一つの電池セル１１０を基準として正極リード１１１と負極リード１１２が互いに対向する方向に突出する。
一方、電池セル１１０は、セルケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態でセルケース１１４の両端部１１４ａ，１１４ｂとそれらを連結する一側部１１４ｃを接着することにより製造されることができる。すなわち、本実施形態による電池セル１１０は総３ケ所のシーリング部を有し、シーリング部は熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、残りの他の一側部は連結部１１５からなる。セルケース１１４は樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなる。
このような電池セル１１０は複数で構成され、複数の電池セル１１０は相互電気的に連結されるように積層されて電池セル積層体２００を形成する。特に、図５に示すようにｘ軸方向に沿って複数の電池セル１１０が積層される。そのため電極リード１１１，１１２はそれぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出し得る。
一方、本実施形態による電池モジュール１００は、図１ないし図３での従来の電池モジュール１０とは異なり、モジュールフレームとエンドプレートが除去されたモジュール－レス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を形成し得る。モジュールフレームに代わって、本実施形態による電池モジュール１００は側面プレート６００とホールディングバンド７００を含み得る。モジュールフレームとエンドプレートが除去されることにより、電池セル積層体２００をモジュールフレーム内部に収納する工程やモジュールフレームとエンドプレートを組み立てる工程のように精密なコントロールが求められる複雑な工程は不要である。また、除去されたモジュールフレームとエンドプレートだけ電池モジュール１００の重量を大きく減らし得る長所を有する。また、本実施形態による電池モジュール１００はモジュールフレームの除去により、電池パック組立工程の際に再作業性が有利である長所を有するが、従来の電池モジュール１０はモジュールフレームの溶接構造により不良が発生しても再作業が不可能であることと比較することができる。
側面プレート６００は板状部材であり、電池セル積層体２００の両側面に位置し、電池モジュール１００の剛性を補完する。このような側面プレート６００は弾性性質を有して射出成形により製造されるプラスチック素材を含み得る。
ホールディングバンド７００は電池セル積層体２００の両端部で電池セル積層体を囲む部材であり、電池セル積層体２００を構成する複数の電池セル１１０と側面プレート６００を固定する機能を担当する。このように、ホールディングバンド７００により電池セル積層体２００および側面プレート６００を固定した後、電極リード１１１，１１２が突出する方向に該当する電池セル積層体２００の前面と後面にセンシング組立体３００と絶縁カバー４００を位置させる。このようなホールディングバンド７００は所定の弾性力を有する素材からなり、具体的に金属素材や複合素材を含み得る。
以下では、図７ないし図１１などを参照して、本実施形態によるセンシング組立体と絶縁カバーによるＨＶ連結構造およびＬＶ連結構造について説明する。
図７は図４の電池モジュールに対して絶縁カバーを除去した様子を示す斜視図である。図８は図７の「Ｂ」部分を拡大して示す部分図である。
図５、図７および図８を参照すると、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル１１０の電圧情報伝達のためのセンシング組立体３００を含む。このようなセンシング組立体３００は、コネクタ３１０、コネクタ３１０と電極リード１１１を連結する連結部材３２０および連結部材３２０の一端に位置して電極リード１１１に接合される接合部材３３０を含む。本実施形態によるセンシング組立体３００とそれに含まれたコネクタ３１０は、それぞれＬＶ連結のためのＬＶセンシング組立体とＬＶコネクタであり得る。
一方、本実施形態によるセンシング組立体３００は絶縁カバー４００の内側面に取り付けられ、電池セル積層体２００と絶縁カバー４００の間に位置するが、図７および図８では説明の便宜上絶縁カバー４００が除去された様子で説明する。センシング組立体３００と絶縁カバー４００の取り付け構造は以下で図９ないし図１１を参照して説明する。
コネクタ３１０は複数の電池セル１１０を制御するために外部の制御装置と信号を送受信するように構成される。連結部材３２０はフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）またはフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）であり得る。複数の電池セル１１０の電圧および温度をセンシングし、コネクタ３１０を介してバッテリ管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｍａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に電気的情報を伝達する。すなわち、コネクタ３１０と連結部材３２０を含むセンシング組立体３００は各電池セル１１０の過電圧、過電流、過発熱などの現象を検出して制御する。接合部材３３０は連結部材３２０の一端に位置し、電気伝導性を有する金属素材で構成される。このような接合部材３３０を電極リード１１１に接合することによって、連結部材３２０と電極リード１１１を電気的、物理的に連結することができる。具体的には、接合部材３３０の一側は連結部材３２０を貫いた後曲がることによって連結部材３２０と結合され、接合部材３３０の他側は板状形状に構成されて電極リード１１１と接合、特に溶接接合される。
一方、上述したように、電池セル１１０はｘ軸方向に沿って積層されて電池セル積層体２００を形成でき、そのため電極リード１１１，１１２はそれぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出し得る。この際、図８に示すように、少なくとも２個の電極リード１１１同士が曲げられて接合されて電極リード接合体１１１Ａを形成する。具体的には、隣接する電池セル１１０に対して同じ方向に突出した電極リード１１１がその電極リード１１１の突出方向と垂直な方向に曲げられて、互いに接合されて電極リード接合体１１１Ａを形成する。そのため電極リード接合体１１１Ａの一面は、電池セル１１０から電極リード１１１が突出する方向と垂直であり得る。一方、電池セル積層体２００の電池セル１１０の電極リード１１１の少なくとも一つの端子バスバー５００と連結される。従来の電池モジュールがバスバーにより電極リードを互いに連結したこととは異なり、本実施形態による電極リード１１１は互いに直接接合され、そのうちの一部が端子バスバー５００と連結されることによって、ＨＶ連結を形成し得る。したがって、本実施形態によるＨＶ連結構造において、バスバーおよびバスバーが取り付けられるバスバーフレームは除去されることができる。
一方、このような電極リード接合体１１１Ａにセンシング組立体３００の接合部材３３０が接合され、センシング組立体３００と電極リード１１１が互いに連結される。具体的には、このような電極リード接合体１１１Ａの前記一面にセンシング組立体３００の接合部材３３０が直接接合されることができる。すなわち、従来の電池モジュールでセンシング組立体がバスバーフレームに取り付けられることとは異なり、本実施形態によるセンシング組立体３００は電極リード１１１が形成する電極リード接合体１１１Ａと直接連結されてＬＶ連結を形成することができる。
図３に示す従来の電池モジュール１０の場合、ＨＶ連結とＬＶ連結がそれぞれ行われることとは異なり、本実施形態による電池モジュール１００は電極リード接合体１１１Ａおよびそれと直接連結されるセンシング組立体３００によりＨＶ連結とＬＶ連結が同時に行われることができ、上述したように、バスバーおよびバスバーフレームの構成は不要である。ＨＶ連結とＬＶ連結がそれぞれ行われず一度に進行できるので、製作工程が簡素化され、バスバーフレームなどの構成を除去できるため部品の軽量化とともによりコンパクトな構成の電池モジュール１００を製造できる長所を有する。
一方、電極リード接合体１１１Ａを形成する電極リード１１１間の接合や電極リード接合体１１１Ａと接合部材３３０との接合において、電気的な連結が可能であればその接合方式に格別な制限はなく、一例として溶接接合が行われ得る。また、ｙ軸方向に突出した電極リード１１１を基準として説明したが、－ｙ軸方向に突出した電極リード１１２に対しても同様に電極リード接合体およびセンシング組立体３００の構造が形成され得る。
以下では、図９ないし図１１を参照して、センシング組立体と絶縁カバーの取り付け構造について詳しく説明する。
図９ないし図１１は図４の電池モジュールに含まれた絶縁カバーを多様な角度で示す図である。具体的には、図９は図４で電池セル積層体２００を基準として－ｙ軸方向に沿って位置した絶縁カバー４００を拡大した図であり、図１０ａおよび図１０ｂは図４で電池セル積層体２００を基準としてｙ軸方向に沿って位置した絶縁カバー４００を拡大した図面であり、図１１は図１０ａおよび図１０ｂの絶縁カバーをｘｚ平面上で－ｙ軸方向に見た平面図である。
先に図４および図９を参照すると、上述したように、本実施形態による電池モジュール１００は電極リード１１１，１１２が突出した電池セル積層体２００の前面および後面を覆う絶縁カバー４００を含む。電池セル積層体２００の前面および後面は、それぞれ電池セル積層体２００を基準としてｙ軸方向と－ｙ軸方向に該当する面を意味する。このような絶縁カバー４００は電気的な絶縁性を帯びる素材を含むことができ、一例としてプラスチック素材、高分子素材または複合素材を含み得る。また、電池セル積層体２００の前面および後面を覆えるように一種のバスケット形状からなる。図７および図８ではセンシング組立体３００に係る説明の便宜のために絶縁カバー４００が除去された様子を示したが、本実施形態によれば、センシング組立体３００は絶縁カバー４００の内側面に取り付けられたまま、電極リード１１１と連結される。絶縁カバー４００の前記内側面は絶縁カバー４００のうち電極リード１１１、すなわち電極リード接合体１１１Ａと対面する面を意味する。さらに、絶縁カバー４００の前記内側面にセンシング組立体３００が取り付けられるように湾入した取り付け部４１０が形成され、具体的には取り付け部４１０はセンシング組立体３００と対応する形状に湾入した構造であり得る。一方、センシング組立体３００は絶縁カバー４００の前記内側面に固定されるが、詳細にはボルト、熱融着、ボンディングまたは溶接などの方法で固定されることができる。
先立って説明したように、本実施形態による電池モジュール１００はエンドプレートとバスバーフレームが除去されることができ、代わりにセンシング組立体３００が取り付けられる絶縁カバー４００が設けられる。絶縁カバー４００が電池セル積層体２００の前面と後面を覆って、絶縁カバー４００の内側面に取り付けられたセンシング組立体３００が接合部材３３０により電極リード接合体１１１Ａと連結されて先立って説明したＬＶ連結構造が形成され得る。終局的に、本実施形態による絶縁カバー４００はエンドプレートとバスバーフレームの機能を統合することによって、製作工程の簡素化および部品の軽量化を実現することができる。
次に、図１０ａ、図１０ｂおよび図１１を参照すると、絶縁カバー４００は開口部４２０を含むことができ、開口部４２０はセンシング組立体３００の接合部材３３０が電極リード１１１に接合された部分と対応する位置に形成される。したがって、図１１のように開口部４２０を介して電極リード接合体上に位置した接合部材３３０が観察される。この際、説明の便宜上図１１では後述する蓋部４３０の図示を省略した。
センシング組立体３００が取り付け部４１０に取り付けられた状態の絶縁カバー４００を電池セル積層体２００の前面と後面に位置させた後、開口部４２０を介して接合部材３３０と電極リード接合体１１１Ａの間の接合が行われる。例えば開口部４２０を介して溶接装置を挿入して接合部材３３０と電極リード接合体１１１Ａの間の溶接接合が行われる。
また、本実施形態による絶縁カバー４００は開口部４２０に対して開閉構造を形成する蓋部４３０を含み得る。図１０ａに示すように、蓋部４３０の一エッジが絶縁カバー４００と繋がり、残りのエッジが絶縁カバー４００と分離されて開口部４２０に対する開閉構造を形成する。したがって、接合部材３３０と電極リード接合体１１１Ａの間の接合時蓋部４３０を開けて開放された状態を形成し、その他の状況では蓋部４３０を閉じて閉鎖された状態を保持することができる。
一方、本実施形態による絶縁カバー４００はエンドプレートなどの構成に代わって、コネクタ３１０と端子バスバー５００の外部連結を案内する。具体的には、絶縁カバー４００にコネクタ３１０の外部連結、すなわちＬＶ連結を案内するためのコネクタ開口部４４０が形成され、端子バスバー５００の外部連結、すなわちＨＶ連結を案内するための端子バスバー開口部４５０が形成される。絶縁カバー４００はＬＶ連結とＨＶ連結時外部伝導性物体との接触を遮断して絶縁性を確保することができる。また、ＨＶ連結過程で、端子バスバー５００に形成された貫通孔を介してボルトおよびナットの締結が行われるが、前記絶縁カバー４００とそれに形成された端子バスバー開口部４５０は前記ボルトおよびナットの締結が正しく行われ得る一種のガイドとして機能することができる。
図１２は本発明の一実施形態による電池パックに対する分解斜視図である。
図１２を参照すると、本発明の一実施形態による電池パック１０００は、電池モジュール１００、電池モジュール１００を収納するパックフレーム１１００および電池モジュール１００とパックフレーム１１００の底部１１１１の間に位置する熱伝導性樹脂層１２００を含み得る。
先に、電池モジュール１００は先立って説明したように、絶縁カバーを含み、代わりにモジュールフレームとエンドプレートが除去されたモジュール－レス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を形成し得る。このような電池モジュール１００が複数で集まってパックフレーム１１００に収納されて電池パック１０００を形成することができる。
パックフレーム１１００は、下部フレーム１１１０および下部フレーム１１１０を覆う上部フレーム１１２０を含むことができ、下部フレーム１１１０の底部１１１１に複数の電池モジュール１００が位置する。
一方、熱伝導性樹脂層１２００は下部フレーム１１１０の底部１１１１に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）が塗布されて形成される。前記熱伝導性樹脂は熱伝導性接着物質を含むことができ、具体的にはシリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材のうち少なくとも一つを含み得る。前記熱伝導性樹脂は、塗布時には液状であるが塗布後に硬化して電池モジュール１００を固定する役割を遂行することができる。また、熱伝導特性に優れて電池モジュール１００で発生した熱を迅速に底部１１１１に伝達して電池パック１０００の過熱を防止することができる。
図４に示すように、本実施形態による電池モジュール１００は、モジュールフレームが除去されたモジュール－レス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造において、電池セル１１０の一部が外部に露出できるが、構造的な安全性のために露出する電池セル１１０を固定することが必須である。そこで、本実施形態による電池パック１０００は底部１１１１に電池モジュール１００、特に電池モジュール１００を構成するそれぞれの電池セル１１０を固定できる熱伝導性樹脂層１２００を形成することによって、構造的な安全性を向上させようとした。
以下では、図１３および図１４などを参照して、本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法について詳しく説明する。ただし、先立って説明した部分と重複する部分は説明の繰り返しを避けるために省略する。
図１３ａないし図１３ｃは本発明の一実施形態による電池セル積層体の製造方法を説明するための図である。図１４ａおよび１４ｂは本発明の一実施形態による電池モジュールの製造方法を説明するための図である。
先に図４および図１３ａないし図１３ｃ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の製造方法は、複数の電池セル１１０を積層して電池セル積層体２００を形成する段階および電池セル１１０のうち隣接する少なくとも２個の電池セル１１０から突出した電極リード１１１，１１２を接合して電極リード接合体１１１Ａを形成する段階を含む。
この際、電池セル積層体２００を形成する段階と電極リード接合体１１１Ａを形成する段階は同時に行われ得る。具体的には、二つの電極リード１１１，１１２が互いに対向して突出するパウチ型電池セル１１０を一方向に沿って積層して電池セル積層体２００を形成することにおいて、一つの電池セル１１０の電極リード１１１，１１２と他の電池セル１１０の電極リード１１１，１１２を接合して電極リード接合体１１１Ａを形成し、前記電極リード１１１，１１２を曲げる方式を繰り返し行い得る。また、隣接する電池セル１１０間の固定力向上のために接着剤８００を隣接する電池セルの間に塗布し得る。すなわち、本実施形態による電池セル積層体２００を形成する段階は、接着剤８００を隣接する電池セル１１０の間に塗布して前記隣接する電池セル１１０を互いに付着する段階および前記隣接する電池セル１１０それぞれの電極リード１１１，１１２を曲げて互いに接合する段階を含み得る。
次に、図４、図９、図１０ａ、図１４ａおよび図１４ｂを参照すると、本実施形態による電池モジュール１００の製造方法は、電池セル積層体２００の前面と後面に、センシング組立体３００が取り付けられた絶縁カバー４００を位置させる段階を含む。センシング組立体３００は、コネクタ３１０、コネクタ３１０と電極リード接合体１１１Ａを連結する連結部材３２０および連結部材３２０の一端に位置する接合部材３３０を含む。前記構成に係る詳しい説明は先立って説明した内容と重複するため省略する。
この際、センシング組立体３００は絶縁カバー４００の内側面に取り付けられ、前記絶縁カバーを位置させる段階でセンシング組立体３００が電極リード接合体１１１Ａと対面する。具体的には、絶縁カバー４００の内側面に取り付け部４１０が形成されてセンシング組立体３００が取り付けられ、前記内側面が電極リード接合体１１１Ａと対面するように絶縁カバー４００が位置する。一方、絶縁カバー４００は一種のバスケット形状からなり電池セル積層体２００の前記前面および前記後面を覆うように電池セル積層体２００に結合される。
この際、絶縁カバー４００は開口部４２０を含むことができ、本実施形態による電池モジュール１００の製造方法は、絶縁カバー４００に形成された開口部４２０を介して接合部材３３０と電極リード１１１、特に電極リード接合体１１１Ａを接合する段階をさらに含み得る。このために、開口部４２０は接合部材３３０が電極リード１１１に接合された部分と対応する位置に形成されることが好ましい。また、絶縁カバー４００は開口部４２０に対して開閉構造を形成する蓋部４３０をさらに含み得る。接合部材３３０と電極リード接合体１１１Ａを接合した後には蓋部４３０を閉じて閉鎖された状態を保持することができる。
一方、前記絶縁カバーを位置させる段階以前に、電池モジュール１００の剛性を補完するために電池セル積層体２００の両側面に板状の側面プレート６００を配置する段階が行われ得る。
また、前記絶縁カバーを位置させる段階以前に、電池セル積層体２００の上面、下面および両側面をホールディングバンド７００で囲む段階が行われ得る。この際、ホールディングバンド７００は電池セル積層体２００だけでなくその両側面に配置された側面プレート６００を共に囲むことができる。ホールディングバンド７００により電池セル積層体２００に含まれた電池セル１１０および側面プレート６００を固定することによって、絶縁カバー４００が電池セル積層体２００の前面および後面に容易に結合される。
本実施形態において前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものであり、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変わる。
前述した本実施形態による一つまたはそれ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に取り付けられて電池パックを形成することができる。
前記電池モジュールや電池パックは多様なデバイスに適用できる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用できるがこれに制限されず、二次電池を使用できる多様なデバイスに適用することが可能である。
以上、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るものではなく、次の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様々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
２０ 電池セル積層体
２１ 電極リード
５１ バスバー
１００ 電池モジュール
１１０ 電池セル
１１１ 電極リード
１１１Ａ 電極リード接合体
１１２ 電極リード
１１５ 連結部
２００ 電池セル積層体
３００ センシング組立体
３１０ コネクタ
３２０ 連結部材
３３０ 接合部材
４００ 絶縁カバー
４１０ 付け部
４２０ 開口部
４３０ 蓋部
４４０ コネクタ開口部
４５０ 端子バスバー開口部
５００ 端子バスバー
７００ ホールディングバンド
８００ 接着剤
１０００ 電池パック
１１００ パックフレーム
１１１１ 底部
１２００ 熱伝導性樹脂層

Claims (15)

  1. 電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体；
    前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面および後面を覆う絶縁カバー；および
    前記電池セル積層体と前記絶縁カバーの間に位置するセンシング組立体を含み、
    前記センシング組立体は、前記絶縁カバーの内側面に取り付けられて前記電極リードと連結される、電池モジュール。
  2. 前記絶縁カバーの前記内側面は前記電極リードと対面し、
    前記絶縁カバーの前記内側面に前記センシング組立体が取り付けられるように湾入した取り付け部が形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記センシング組立体は、コネクタおよび前記コネクタと前記電極リードを連結する連結部材を含む、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
  4. 前記センシング組立体は、前記連結部材の一端に位置して前記電極リードに接合される接合部材を含む、請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記絶縁カバーは、少なくとも一つの開口部を含み、
    前記開口部は前記接合部材が前記電極リードに接合された部分と対応する位置に形成される、請求項４に記載の電池モジュール。
  6. 前記絶縁カバーは、前記開口部を覆う蓋部を含み、
    前記蓋部は前記開口部に対して開閉構造を形成する、請求項５に記載の電池モジュール。
  7. 前記絶縁カバーに前記コネクタの外部連結を案内するためのコネクタ開口部が形成される、請求項１～６の何れか一項に記載の電池モジュール。
  8. 前記電極リードのうち少なくとも一つと連結される端子（Ｔｅｒｍｉｎａｌ）バスバーをさらに含み、
    前記絶縁カバーに前記端子バスバーの外部連結を案内するための端子バスバー開口部が形成される、請求項１～７の何れか一項に記載の電池モジュール。
  9. 少なくとも２個の前記電極リード同士が曲げられて接合されて電極リード接合体を形成し、
    前記センシング組立体は前記電極リード接合体に連結される、請求項１～８の何れか一項に記載の電池モジュール。
  10. 請求項１～９の何れか一項による電池モジュール；
    前記電池モジュールを収納するパックフレーム；および
    前記電池モジュールと前記パックフレームの底部の間に位置する熱伝導性樹脂層を含む、電池パック。
  11. 複数の電池セルを積層して電池セル積層体を形成する段階；
    前記電池セルのうち隣接する少なくとも２個の電池セルから突出した電極リードを接合して電極リード接合体を形成する段階；および
    前記電池セル積層体の前面と後面に、センシング組立体が取り付けられた絶縁カバーを位置させる段階を含み、
    前記センシング組立体は前記絶縁カバーの内側面に取り付けられ、前記絶縁カバーを位置させる段階で前記センシング組立体が前記電極リード接合体と対面する、電池モジュールの製造方法。
  12. 前記センシング組立体は、コネクタ、前記コネクタと前記電極リードを連結する連結部材および前記連結部材の一端に位置する接合部材を含み、
    前記絶縁カバーに形成された開口部を介して前記接合部材と前記電極リードを接合する段階をさらに含む、請求項１１に記載の電池モジュールの製造方法。
  13. 前記絶縁カバーは前記開口部に対して開閉構造を形成する蓋部を含む、請求項１２に記載の電池モジュールの製造方法。
  14. 前記電池セル積層体を形成する段階は、
    隣接する電池セルの間に接着剤を塗布して前記隣接する電池セルを互いに付着する段階および前記隣接する電池セルそれぞれの前記電極リードを曲げて互いに接合する段階を含む、請求項１１に記載の電池モジュールの製造方法。
  15. 前記絶縁カバーを位置させる段階前に
    前記電池セル積層体の上面、下面および両側面をホールディングバンドで囲む段階が行われる、請求項１１に記載の電池モジュールの製造方法。
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