JP7041799B2 - バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、電極リードを曲げることなくバスバーに結合可能なバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関する。

本出願は、２０１７年５月２２日出願の韓国特許出願第１０－２０１７－００６２９０３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く用いられている。

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各々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及び負極活物質が各々塗布された正極板及び負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。

リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質からなり、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。

図１は、従来のバッテリーセルに備えられた電極リードとバスバーとが電気的に結合した様子を示した図である。図１を参照すれば、従来技術の場合、複数のバッテリーセル１０に各々備えられた電極リード２０を曲げてバスバー３０の表面に接触させた後、溶接４０によって結合したが、この場合、電極リード２０の曲げた形状を維持するために、作業者による多数の手作業が求められ、金属材質の電極リード２０の弾性回復力によって電極リード２０とバスバー３０とが密着せず、また、複数の電極リード２０がバスバー３０の一つの箇所で重ねられた後に溶接４０されるため、溶接性が低下するという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電極リードを曲げることなくバスバーに結合して電極リードとバスバーとの密着が可能なバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することを目的とする。

また、本発明は、電極リードが重ねられないことによって溶接性が向上したバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することを他の目的とする。

また、電極リードの曲げのための手作業工程が要らなく、生産ラインの自動化比率が向上したバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することをさらに他の目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明の一面によれば、複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、前記複数のバッテリーセルに各々備えられた電極リードに各々結合する複数のバスバーと、を含み、前記バスバーは、前記バッテリーセルの前記電極リードが装着されるフレームと、前記フレームに結合し、前記電極リードに電気的に結合する導電部材と、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールを提供できる。

また、前記フレームには収容溝が形成され、前記導電部材が前記収容溝に収容され得る。

そして、前記収容溝には、前記導電部材に弾性力を付与する弾性付与部が設けられ得る。

また、前記弾性付与部は、前記収容溝の隅から斜めの方向へ突出する突起として設けられ、前記突起は、前記導電部材に接触し得る。

そして、前記突起は、前記導電部材に接触する部分にラウンド部が形成され得る。

また、前記導電部材は、前記フレームにフック結合方式で締結され得る。

そして、前記バスバーの前記フレームの一側には結合突部が形成され、他側には結合溝部が形成され、前記複数のバッテリーセルに各々結合したバスバーにおいて、いずれか一つのバスバーの結合突部と、いずれか一つのバスバーに隣接する他の一つのバスバーの結合溝部とが相互に結合し得る。

また、前記結合突部及び前記結合溝部の各々の中心部には中空が形成され、前記バッテリーモジュールが、前記フレームを支持するために前記結合突部の中空及び前記結合溝部の中空を貫通する支持バーをさらに含み得る。

そして、前記導電部材が前記フレームの外側へ突出し、前記バッテリーモジュールが、外側へ突出した複数の前記導電部材に接触して電気的に結合する導電プレートをさらに含み得る。

また、前記フレームには、挿入突起が形成され、前記導電プレートには、前記挿入突起が挿入される挿入溝が形成され得る。

なお、本発明の他面によれば、前述のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックを提供し、また、前記バッテリーモジュールを含む自動車を提供することができる。

本発明の実施例は、個別のバスバーのフレーム及び導電部材によって、電極リードを曲げることなく各々のバスバーに結合することができ、電極リードが弾性回復力によって復元されないため、電極リードとバスバーとの密着が可能であるとの効果を奏する。

また、複数の電極リードが複数のバスバーに各々結合するため、電極リードが相互重ねられず、これによって溶接性が向上する効果を奏する。

また、電極リードの曲げのための手作業工程が要らなく、生産ラインの自動化比率が向上する効果を奏する。

また、バッテリーセルの大きさに応じてバスバーを標準化して使用することができる効果を奏する。

従来のバッテリーセルに備えられた電極リードとバスバーとが電気的に結合した様子を示した図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの概略的な分離斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、個別のバッテリーセルの電極リードがバスバーから分離した様子を示した斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、個別のバッテリーセルの電極リードがバスバーに結合した様子を示した斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、バスバーのフレーム及び導電部材の分離斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、バスバーが相互に結合した様子を示した断面図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、バスバーが相互に結合した後に支持バーが結合した様子を示した断面図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、導電プレートがバスバーから分離された様子を示した斜視図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、導電プレートがバスバーに結合した様子を示した斜視図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。

本明細書において使用される「結合」または「連結（接続）」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、または直接連結（接続）される場合のみならず、一つの部材が接続部材を介して他の部材に間接的に結合するか、または間接的に連結（接続）される場合も含む。

図２は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの概略的な分離斜視図であり、図３は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、個別のバッテリーセルの電極リードがバスバーから分離された様子を示した斜視図であり、図４は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、個別のバッテリーセルの電極リードがバスバーに結合した様子を示した斜視図であり、図５は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、バスバーのフレーム及び導電部材の分離斜視図である。

図２～図５を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、バッテリーセル積層体１００及び複数のバスバー２００を含む。

バッテリーセル積層体１００は、複数のバッテリーセル１１０が積層されるように構成され得る（図２参照）。バッテリーセル１１０は多様な構造を有することができ、複数のバッテリーセル１１０は、多様な方式で積層可能である。バッテリーセル１１０は、正極板／セパレーター／負極板の順に配列される単位セル（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）、または、正極板／セパレーター／負極板／セパレーター／正極板／セパレーター／負極板の順に配列されたバイセル（Ｂｉ－Ｃｅｌｌ）を電池容量に合わせて複数個を積層した構造を有し得る。

バッテリーセル１１０には、電極リード１１１が備えられ得る。電極リード１１１は、外部に露出して外部機器に連結される一種の端子であって、導電性材質が用いられ得る。電極リード１１１は、正極電極リード及び負極電極リードを含み得る。正極電極リードと負極電極リードとは、バッテリーセル１１０の長手方向に対して相互逆方向に配置されてもよく、または、正極電極リードと負極電極リードとがバッテリーセル１１０の長手方向に対して相互同一方向に位置されてもよい。電極リード１１１は、後述するバスバー２００の導電部材２２０に電気的に結合する。

バッテリーセル積層体１００には、バッテリーセル１１０を収納する複数のカートリッジ（図示せず）が備えられ得る。各々のカートリッジ（図示せず）は、プラスチック射出成形によって製造され得、バッテリーセル１１０を収納できる収納部が形成された複数のカートリッジ（図示せず）が積層され得る。複数のカートリッジ（図示せず）が積層されたカートリッジ組立体には、コネクター要素または端子要素が備えられ得る。コネクター要素には、例えば、バッテリーセル１１０の電圧または温度関連のデータを提供するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，図示せず）などに接続するための多様な形態の電気的接続部品または接続部材が含まれ得る。そして、端子要素は、バッテリーセル１１０に接続するメイン端子として正極端子及び負極端子を含み、端子要素は、ターミナルボルトが備えられて外部と電気的に接続し得る。なお、バッテリーセル１１０は、多様な形状を有し得る。

バスバー２００は、複数のバッテリーセル１１０に各々備えられた電極リード１１１に各々結合し、電極リード１１１を電気的に接続する。ここで、電気的接続には直列または並列が含まれる。

バスバー２００は、フレーム２１０と、導電部材２２０を含む。以下、フレーム２１０と導電部材２２０について説明する。

フレーム２１０には、導電部材２２０が結合し、バッテリーセル１１０及びバッテリーセル１１０の電極リード１１１が載置される。即ち、図３及び図４を参照すれば、導電部材２２０がフレーム２１０に結合した状態でバッテリーセル１１０がフレーム２１０に装着されることで、電極リード１１１と導電部材２２０とが接触し、溶接（図４のＡ参照）、例えば、レーザー溶接によって導電部材２２０と電極リード１１１とを電気的に結合することができる。

フレーム２１０には、収容溝２１１が形成され得、導電部材２２０は、フレーム２１０に形成された収容溝２１１に収容され得る。導電部材２２０が収容されて固定可能であれば、収容溝２１１の大きさ、形状及び種類は多様であり得る。導電部材２２０は、フレーム２１０に収容され、フレーム２１０の外側へ突出し得、このようにフレーム２１０の外側へ突出した導電部材２２０に多様な器具または装置などが電気的に接続し得る。

フレーム２１０に形成された収容溝２１１には、導電部材２２０に弾性力を付与する弾性付与部２１２が設けられ得る。弾性付与部２１２は、導電部材２２０に接触し、導電部材２２０がフレーム２１０の外側へ突出した状態を維持可能にするだけでなく、多様な器具または装置などが導電部材２２０に接続したとき、接触を維持可能にする弾性力を付与する。弾性付与部２１２は、導電部材２２０に接触して導電部材２２０に弾性力を付与できれば、多様に設けられ得る。例えば、弾性付与部２１２は、コイルばねや板ばねなどのような各種ばねとして設けられ得る。または、図５を参照すれば、弾性付与部２１２は、フレーム２１０に形成された収容溝２１１の隅から斜めの方向に突出する突起２１３として設けられ得る。ここで、フレーム２１０がプラスチック射出物で製作される場合、突起２１３は、フレーム２１０と一体に形成され得る。そして、突起２１３は、導電部材２２０の一側、例えば、図５の矢印Ｚ方向を基準にして矢印Ｚ方向が上方である場合、導電部材２２０の下側に接触して導電部材２２０に弾性力を付与しながら導電部材２２０を支持し得る。そして、突起２１３は、導電部材２２０に接触する部分にラウンド部２１４が形成され得る。このような構造によって導電部材２２０は、弾性力が付与された状態で支持可能である。

導電部材２２０は、電気が通じる金属などの多様な材質から設けられ、フレーム２１０に結合して電極リード１１１に電気的に結合する。例えば、導電部材２２０は、フレーム２１０に形成された収容溝２１１に収容され、弾性付与部２１２によって支持され得る。ここで、図３及び図５を参照すれば、導電部材２２０は、フレーム２１０の収容溝２１１に挿入された後、フレーム２１０に、多様な方式、例えば、フック結合方式によって締結され得る。即ち、導電部材２２０にフック結合突起２２１が形成され、フレーム２１０にフック結合溝２１９が形成されて相互に結合してもよく、または、導電部材２２０にフック結合溝（図示せず）が形成され、フレーム２１０にフック結合突起（図示せず）が形成されて相互に結合してもよい。但し、フック方式でなくても結合突起と結合溝とによって結合可能な多様な方式を採用することができる。導電部材２２０は、例えば、側面でフック結合方式によってフレーム２１０に締結し固定され、下側で弾性付与部２１２によって支持され得る。このように、導電部材２２０がフレーム２１０に結合した状態でバッテリーセル１１０の電極リード１１１がバスバー２００に載置されてバスバー２００の導電部材２２０に接触し、電極リード１１１が導電部材２２０に接触した状態で溶接によって相互電気的に結合できる（図３及び図４参照）。

即ち、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいては、個別のバッテリーセル１１０に各々のバスバー２００が結合し、電極リード１１１が折り曲げられていない状態でバスバー２００の導電部材２２０に結合するため、電極リード１１１とバスバー２００とが密着でき、また、電極リード１１１が相互重ねられないことから溶接性が向上し、また、電極リード１１１の折り曲げのための手作業工程が要らなく、生産ラインの自動化比率が向上する効果を奏する。

図６は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいて、バスバーが相互に結合した様子を示した断面図であり、図７は、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールにおいてバスバーが相互に結合した後に支持バーが結合した様子を示した断面図である。

図６を参照すれば、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの支持のために、バスバー２００同士が相互に結合し得る。このために、バスバー２００のフレーム２１０の一側には、結合突部２１５が形成され得、フレーム２１０の一側と対向する他側には、結合溝部２１６が形成され得る。複数のバッテリーセル１１０が積層される場合、複数のバッテリーセル１１０の各々に結合したバスバー２００が相互整列される。ここで、複数のバスバー２００のいずれか一つのバスバー２００のフレーム２１０の結合突部２１５は、いずれか一つのバスバー２００のフレーム２１０に隣接する他の一つのバスバー２００のフレーム２１０の結合溝部２１６に結合し、このような方式でバスバー２００同士が相互に結合して支持され得る。結合突部２１５と結合溝部２１６とは、相互対応可能な大きさ及び形状として設けられ得る。

そして、結合突部２１５と結合溝部２１６の各々の中心部には、中空２１７（図６参照）が形成され得、図７を参照すれば、支持バー３００が結合突部２１５の中空２１７及び結合溝部２１６の中空２１７を貫通してバスバー２００のフレーム２１０に結合し、これによって支持バー３００が複数のフレーム２１０を支持できるため、バスバー２００のフレーム２１０の剛性を確保することができる。ここで、支持バー３００の形状は多様であり得、例えば、断面が円形であり得る。但し、支持バー３００の形状がこれに限定されることではない。

以下、図面を参照して本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの作用及び効果について説明する。

バッテリーセル積層体１００は、複数のバッテリーセル１１０が積層されて形成され、複数のバッテリーセル１１０の電極リード１１１各々にはバスバー２００が各々結合する。バスバー２００は、フレーム２１０及び導電部材２２０を含み、導電部材２２０がフレーム２１０に結合した後、バッテリーセル１１０の電極リード１１１が導電部材２２０に溶接などによって電気的に結合する。このように、フレーム２１０及び導電部材２２０を備えた複数のバスバー２００がバッテリーセル１１０の電極リード１１１の各々に結合するため、電極リード１１１を折り曲げることなくバスバー２００に電気的に結合することができ、これによって、電極リード１１１とバスバー２００とが密着可能となる。

バスバー２００のフレーム２１０には、結合突部２１５及び結合溝部２１６が形成され、相互隣接するフレーム２１０が結合突部２１５及び結合溝部２１６によって相互に結合して支持され得る。また、結合突部２１５と結合溝部２１６の各々に形成された中空２１７に支持バー３００を挿入することができ、これによって、フレーム２１０が支持される共に剛性も確保することができる。

図８は、本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、導電プレートがバスバーから分離された様子を示した斜視図であり、図９は、本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールにおいて、導電プレートがバスバーに結合した様子を示した斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールの作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールで説明した内容と共通する部分は、前述の説明を代わりにする。

本発明の第２実施例は、バスバー２００に結合する導電プレート４００をさらに含むという点で第１実施例とは相違する。

本発明のバッテリーモジュールは、第１実施例のように複数のバスバー２００が開放された状態で多様な器具または装置などに個別的に連結されるか、または、第２実施例のように複数のバスバー２００が導電プレート４００を介して電気的に接続した後、導電プレート４００と他の器具または装置などが電気的に接続し得る。

図８を参照すれば、第１実施例で説明したように、バスバー２００のフレーム２１０が結合突部２１５及び結合溝部２１６によって相互に結合し、支持バー３００によって支持され得る。ここで、導電部材２２０は、フレーム２１０の外側、例えば、図８の矢印Ｚ方向を基準で矢印Ｚ方向が上方である場合、フレーム２１０の上方へ突出し得、導電プレート４００は上方へ突出した複数の導電部材２２０に接触して電気的に結合する（図９参照）。導電プレート４００がバスバー２００のフレーム２１０に結合できるよう、フレーム２１０には挿入突起２１８が形成され得、導電プレート４００には挿入突起２１８が挿入される挿入溝４１０が形成され得る。または、導電プレート４００に挿入突起（図示せず）が形成され得、フレーム２１０に挿入突起（図示せず）が挿入される挿入溝（図示せず）が形成され得る。

一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、前述したような本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを一つ以上含むことができる。また、前記バッテリーパック（図示せず）は、バッテリーモジュールに加え、このようなバッテリーモジュールを収納するためのケース、バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。

一方、本発明の一実施例による自動車（図示せず）は、前述のバッテリーモジュールまたはバッテリーパック（図示せず）を含み得、前記バッテリーパック（図示せず）には、前記バッテリーモジュールが含まれ得る。そして、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、前記自動車（図示せず）、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような電気を使用するように設けられる所定の自動車（図示せず）に適用することができる。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、特に、二次電池関連産業に利用可能である。

１００ バッテリーセル積層体
１１０ バッテリーセル
１１１ 電極リード
２００ バスバー
２１０ フレーム
２１１ 収容溝
２１２ 弾性付与部
２１３ 突起
２１４ ラウンド部
２１５ 結合突部
２１６ 結合溝部
２１７ 中空
２１８ 挿入突起
２１９ フック結合溝
２２０ 導電部材
２２１ フック結合突起
３００ 支持バー
４００ 導電プレート
４１０ 挿入溝

Claims (10)

1. 複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、
   前記複数のバッテリーセルに各々備えられた電極リードに各々結合する複数のバスバーと、を含み、
   前記バスバーは、
   前記バッテリーセルの前記電極リードが装着されるフレームと、
   前記フレームに結合し、前記電極リードに電気的に結合する導電部材と、を含み、
   前記フレームには収容溝が形成され、前記導電部材が、前記フレームの外側へ突出した状態で前記収容溝に収容され、
   前記収容溝には、前記導電部材に弾性力を付与する弾性付与部が設けられ、
   前記弾性付与部が、前記導電部材が前記フレームの外側へ突出した状態を維持できるように、前記導電部材に接触することを特徴とするバッテリーモジュール。
2. 前記弾性付与部は、前記収容溝の隅から斜めの方向へ突出する突起として設けられ、前記突起は、前記導電部材に接触することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記突起は、前記導電部材に接触する部分にラウンド部が形成されたことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記導電部材は、前記フレームにフック結合方式で締結されることを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記バスバーの前記フレームの一側には結合突部が形成され、他側には結合溝部が形成され、
   前記複数のバッテリーセルに各々結合したバスバーにおいて、いずれか一つのバスバーの結合突部と、前記いずれか一つのバスバーに隣接する他の一つのバスバーの結合溝部とが相互に結合することを特徴とする、請求項１から４のうちのいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記結合突部及び前記結合溝部の各々の中心部には中空が形成され、前記フレームを支持するために、前記結合突部の中空及び前記結合溝部の中空を貫通する支持バーをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記導電部材が前記フレームの外側へ突出し、外側へ突出した複数の前記導電部材に接触して電気的に結合する導電プレートをさらに含むことを特徴とする、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記フレームには、挿入突起が形成され、前記導電プレートには、前記挿入突起が挿入される挿入溝が形成されることを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーモジュール。
9. 請求項１から８のうちのいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、バッテリーパック。
10. 請求項１から８のうちのいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、自動車。

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