JP7045551B2 - 接続ボードおよびこれを含む電池モジュール - Google Patents

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１７年１１月２７日付韓国特許出願第１０－２０１７－０１５９７２９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含まれている。

本発明は、接続ボードおよびこれを含む電池モジュールに関し、より具体的には凹凸形態の接続ボードおよびこれを含む電池モジュールに関する。

モバイル機器に対する技術開発および需要の増加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。これにより、多様な要求に応じる二次電池に対する研究が多く進められている。

二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートブック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クキングされている小型電池パックが用いられるが、ノートブック、電気自動車などの中大型デバイスには二つまたはそれ以上の電池セルを並列および／または直列接続した電池モジュールまたは電池パックがパックキングされている中型または大型電池パックが用いられている。

このような中大型電池パックにおける二次電池の安定性問題はより重要である。ここで、多数の電池セルが用いられることによって一部の電池セルでの作動異常は、他の電池セルへの連鎖反応を誘発し得、それによる発火および爆発は大型事故を招く。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）を接続するための接続部材、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ている。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て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、外部入出力端子の構成を設置するための別途の部材またはフレームを備えることが必要であり、このような設置構成が電池モジュール内で占める空間が増加することにより、単位体積当たり電池容量が減少する問題があった。

実施形態は、電池モジュールに接続ボードを結合するとき、狭い空間で冷却流路構造を侵害せず電池モジュールに結合できる接続ボードおよびこれを含む電池モジュールを提供する。

また、振動および衝撃にも接続ボードが電池モジュールから分離しないようにする電池モジュールを提供する。

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することができる。

本発明の一実施形態による接続ボードは、ボトムカバー、および前記ボトムカバーに連結された複数のバスバー装着部を含み、前記ボトムカバーの一側には凹凸構造が形成される。

前記ボトムカバーの凹凸構造は、複数の突出部を含み、前記ボトムカバーには少なくとも一つのロック部材が形成されており、前記ロック部材は、前記突出部または前記突出部の延長線上に形成され得る。

前記ロック部材は、前記ボトムカバーの側面から突出し得る。

前記複数の突出部のうち互いに隣り合う突出部の間に開口部が形成され、前記バスバー装着部の中心線の仮想の延長線上に前記開口部が位置し得る。

前記バスバー装着部が連結された前記ボトムカバーの部分は、前記凹凸構造が形成された前記ボトムカバーの一側の反対側に位置し得る。

本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルを収納し、側面プレートを含むハウジング、および前記ハウジングの一端または両端に位置する接続ボードを含み、前記接続ボードは、前記側面プレートに結合され、前記側面プレートには複数の空気チャンネルが形成されており、前記接続ボードは、前記複数の空気チャンネルのうち互いに隣り合う空気チャンネルの間に位置する複数の突出部を含む。

前記接続ボードは、ボトムカバーと前記ボトムカバーに連結された複数のバスバー装着部を含み、前記バスバー装着部が連結された前記ボトムカバーの部分の反対側に前記複数の突出部が形成され得る。

前記側面プレートと前記ボトムカバーは、前記電池セルの電極リードが突出した方向に重なり得る。

前記側面プレートは、第１プレートと第２プレートを含み、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に装着領域が形成されており、前記装着領域に前記ボトムカバーが位置し得る。

前記第１プレートには前記複数の空気チャンネルが形成されており、前記第２プレートは前記第２プレートの一側から突出した複数のバスバー支持部を含み得る。

前記突出部は、前記ボトムカバーの一側から突出し、前記ボトムカバーは、前記突出部または前記突出部が突出した方向の延長線上に形成されたロック部材を含み得る。

前記側面プレートは掛かり部を含み、前記ロック部材が前記掛かり部に装着されて前記接続ボードと前記ハウジングの分離を防止し得る。

前記掛かり部は、前記複数の空気チャンネルのうち互いに隣り合う空気チャンネルの間に位置し得る。

前記電池モジュールは、ワイヤおよびワイヤの一端に接続されたコネクタをさらに含み、前記コネクタは、前記ボトムカバーに装着され得る。

前記側面プレートは、前記ボトムプレートと垂直に形成され、前記側面プレートと前記ボトムプレートは、一体に形成され得る。

本発明の一実施形態による電池パックは、前述した電池モジュールを含み得る。

実施形態によれば、接続ボードの突出部が空気チャンネルの間に位置するように電池モジュールの側面プレートに結合することによって、空間制限の問題を解消することができる。

接続ボードにロック部材を形成し、側面プレートの装着領域に形成することによって、側面プレート締結以後の接続ボードが流動する問題を解消することができる。

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。 本発明の一実施形態による電池モジュールのハウジングに接続ボードが結合する前の状態を示す斜視図である。 図３の右側に位置する接続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の左側に位置する接続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の接続ボードが電池モジュールのハウジングに結合された状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による接続ボードを示す図である。 図６で接続ボードが側面プレートに結合された状態の正面図である。 本発明の一実施形態による接続ボードが側面プレートに結合された状態の側面図の一部である。 本実施形態による接続ボードにコネクタおよびワイヤが接続された状態を示す部分斜視図である。 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。

以下、添付した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具現することができ、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する。

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すため、本発明は必ずしも図示されたものに限定されない。図面において複数層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、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」あるというとき、これは他の部分の「真上に」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「真上に」あるというときには中間に他の部分が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」あるということは、基準になる部分の上または下に位置する場合であり、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置する場合を意味することではない。

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、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も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」というとき、これは対象の部分を上から見た場合を意味し、「断面上」というとき、これは対象の部分を垂直に切断した断面を横から見た場合を意味する。

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、本実施形態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を収容してボトムプレート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を含み得る。一対の側面プレート１５２にはそれぞれ接続ボード（２００ａ、２００ｂ）が結合されている。

以下では図２ないし図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調べる。

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み得、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、正極リードまたは負極リードであり、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、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る。端部が片方の方向に曲がった電極リード１１１は、隣接する他の電池セルが有する電極リード１１１の端部と当接し得る。互いに当接した２個の電極リード１１１は、互いに溶接等により固定され得、これにより電池セル積層体１００内部の電池セル間の電気的接続がなされる。

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）を備え得る。カートリッジは、複数の電池セルの配列に用いら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流動を防止し、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リング形態で構成され得る。この場合、カートリッジの四つの角は電池セルの外周部に位置し得る。

図３は本発明の一実施形態による電池モジュールのハウジングに接続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の右側に位置する接続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の左側に位置する接続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の接続ボードが電池モジュールのハウジングに結合された状態を示す斜視図である。図７は本発明の一実施形態による接続ボードを示す図である。図８は図６で接続ボードが側面プレートに結合された状態の正面図である。図９は本発明の一実施形態による接続ボードが側面プレートに結合された状態の側面図の一部である。

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がボトムプレート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し得る。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場合を示した。

本実施形態で側面プレート１５２は、ボトムプレート１５１と一体に形成される。一体に形成されることの意味は、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って一体に形成されることを意味する。

図３ないし図６を参照すると、側面プレート１５２に接続ボード（２００ａ、２００ｂ）が結合される。図４および図５を参照すると、接続ボード（２００ａ、２００ｂ）は、複数の突出部２１０を含み、側面プレート１５２には複数の空気チャンネル１６０が形成されており、図４を参照すると、接続ボード（２００ａ、２００ｂ）の突出部２１０は、複数の空気チャンネル１６０のうち互いに隣り合う空気チャンネルの間に位置するように側面プレート１５２に結合される。図６に示すように、側面プレート１５２と接続ボード（２００ａ、２００ｂ）は、電池セル１１０の電極リードが突出した方向であるｘ軸方向に互いに重なる。具体的に、側面プレート１５２は、接続ボード（２００ａ、２００ｂ）の後述する図７のボトムカバー２０５とｘ軸方向に重なる。

図４および図５を参照すると、側面プレート１５２は、複数の空気チャンネル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バスバー支持部１５５を含む第２プレート１５２ｂを含み得る。第１プレート１５２ａと第２プレート１５２ｂとの間に装着領域１５３が形成されており、接続ボード（２００ａ、２００ｂ）は、装着領域１５３に挿入され得る。複数のバスバー支持部１５５は、接続ボード（２００ａ、２００ｂ）が側面プレート１５２に結合された後にｙ軸方向に接続ボード（２００ａ、２００ｂ）が流動することを防止することができる。

側面プレート１５２には掛かり部１５４が形成されており、掛かり部１５４は複数の空気チャンネル１６０のうち互いに隣り合う空気チャンネル１６０の間に配置され得る。掛かり部１５４は、後述する図７のロック部材２４０と結合してハウジング１５０と接続ボード（２００ａ、２００ｂ）の分離を防止することができる。

以下で図７および図８を参照して、接続ボード（２００ａ、２００ｂ）と側面プレート１５２について具体的に調べ、これらの結合関係について説明する。

図７を参照すると、本実施形態による接続ボード２００ａは、ボトムカバー２０５およびボトムカバー２０５に連結された複数のバスバー装着部２２０を含む。ボトムカバー２０５の一側には凹凸構造が形成されている。バスバー装着部２２０が連結されたボトムカバー２０５部分は、前記凹凸構造が形成されたボトムカバー２０５一側の反対側に位置する。本実施形態による凹凸構造は、複数の突出部２１０を含み、互いに隣り合う突出部２１０の間に開口部２３０が形成されている。開口部２３０は、バスバー装着部２２０の中心線の仮想の延長線Ｌ１上に位置し得る。

また、接続ボード２００ａに含まれるボトムカバー２０５は、突出部２１０または突出部２１０が突出した方向の延長線上に形成されたロック部材２４０を含み得る。

図９の側面図を参照すると、ロック部材２４０は、ボトムカバー２０５の側面から突出している構造であり得る。ロック部材２４０は、ボトムカバー２０５と一体に形成され、ボトムカバー２０５を射出成形するとき一体に形成され得る。

ロック部材２４０は、複数形成され得、ボトムカバー２０５の左側および右側にそれぞれ２個ずつ形成されることもできるが、これに制限されず、ボトムカバー２０５の左側および右側にそれぞれ１個ずつ形成されるか２個以上を形成することもできる。ただし、ボトムカバー２０５の左側および右側それぞれに形成されるロック部材２４０の個数は同一であることが好ましい。

図８を参照すると、図７の接続ボード２００ａが側面プレート１５２に結合されている。本実施形態によれば、接続ボード２００ａの突出部２１０が側面プレート１５２の空気チャンネル１６０の間に配置されるように結合されるので、エア冷却のための冷却流路構造を侵害せず接続ボード２００ａが側面プレート１５２を含むハウジングに結合され得る。突出部２１０の間に位置する開口部２３０は、空気チャンネル１６０とｘ軸方向に重なる。

突出部２１０はボトムカバー２０５の一側から突出し、ボトムカバー２０５に形成されたロック部材２４０は突出部２１０または突出部２１０が突出した方向の延長線上に配置され得る。すなわち、ロック部材２４０は空気チャンネル１６０とｘ軸方向に重ならないようにボトムカバー２０５に形成され得る。

図１０は本実施形態による接続ボードにコネクタおよびワイヤが接続された状態を示す部分斜視図である。

図１０を参照すると、図４および図７に示す接続ボード２００ａの上下位置を互いに変えて示している。すなわち、接続ボード２００ａのボトムカバー２０５が上に位置し、接続ボード２００ａの複数のバスバー装着部２２０がボトムカバー２０５の下に位置するように配置した。図示していないが、バスバー装着部２２０にはバスバーが締結され、バスバーの一端に接続されたプリント回路基板がボトムカバー２０５に装着され得る。

ボトムカバー２０５にはコネクタ２７０が装着されており、コネクタ２７０はワイヤ２８０により他のコネクタに接続され、このコネクタを介してバッテリ管理システム（図示せず）と接続され得る。コネクタ２７０がボトムカバー２０５に装着されてボトムカバー２０５とともに図４で説明した装着領域１５３に挿入されるので、コネクタ２７０の装着空間まで確保することができる。

図１１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１１を参照すると、本実施形態による電池モジュール１０００において、電池セル積層体１００を上下部でそれぞれトップカバー２０００と側面プレート１５２を含むハウジング１５０が覆い、一対のエンドプレート１５００が互いに向かい合う一側面および他側面にそれぞれ位置して電池セル積層体１００を囲む。

前述した本発明の一実施形態による電池モジュールは、電池パックをなすか、複数の電池モジュールが電気的に接続されて電池パックを形成することができる。

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、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用い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。

１５０ ハウジング
１５２ 側面プレート
２００ａ、２００ｂ 接続ボード
２１０ 突出部
２４０ ロック部材

Claims (16)

1. 電池モジュールのハウジングの側面プレートに結合される接続ボードであって、
   前記接続ボードが前記側面プレートに結合されたときに、前記側面プレートに形成された複数の空気チャンネルのうち互いに隣り合う空気チャンネルの間に位置するように構成された複数の突出部を含む、接続ボード。
2. ボトムカバー、および
   前記ボトムカバーに連結された複数のバスバー装着部を含み、
   前記ボトムカバーの一側には凹凸構造が形成され、
   前記ボトムカバーの凹凸構造は、前記複数の突出部を含み、前記ボトムカバーには少なくとも一つのロック部材が形成されており、
   前記ロック部材は、前記突出部または前記突出部の延長線上に形成される、請求項１に記載の接続ボード。
3. 前記ロック部材は、前記ボトムカバーの側面から突出している、請求項２に記載の接続ボード。
4. 前記複数の突出部のうち互いに隣り合う突出部の間に開口部が形成され、前記バスバー装着部の中心線の仮想の延長線上に前記開口部が位置する、請求項２又は３に記載の接続ボード。
5. 前記バスバー装着部が連結された前記ボトムカバーの部分は、前記凹凸構造が形成された前記ボトムカバーの一側の反対側に位置する、請求項２ないし４のいずれか一項に記載の接続ボード。
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、および
   前記ハウジングの一端または両端に位置する接続ボードを含み、
   前記接続ボードは、前記側面プレートに結合され、前記側面プレートには複数の空気チャンネルが形成されており、前記接続ボードは、前記複数の空気チャンネルのうち互いに隣り合う空気チャンネルの間に位置する複数の突出部を含む、電池モジュール。
7. 前記接続ボードは、ボトムカバーと前記ボトムカバーに連結された複数のバスバー装着部を含み、
   前記バスバー装着部が連結された前記ボトムカバーの部分の反対側に前記複数の突出部が形成される、請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記側面プレートと前記ボトムカバーは、前記電池セルの電極リードが突出した方向に重なる、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 前記側面プレートは、第１プレートと第２プレートを含み、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に装着領域が形成されており、前記装着領域に前記ボトムカバーが位置する、請求項７又は８に記載の電池モジュール。
10. 前記第１プレートには前記複数の空気チャンネルが形成されており、前記第２プレートは前記第２プレートの一側から突出した複数のバスバー支持部を含む、請求項９に記載の電池モジュール。
11. 前記突出部は、前記ボトムカバーの一側から突出し、前記ボトムカバーは、前記突出部または前記突出部が突出した方向の延長線上に形成されたロック部材を含む、請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の電池モジュール。
12. 前記側面プレートは掛かり部を含み、前記ロック部材が前記掛かり部に装着されて前記接続ボードと前記ハウジングの分離を防止する、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記掛かり部は、前記複数の空気チャンネルのうち互いに隣り合う空気チャンネルの間に位置する、請求項１２に記載の電池モジュール。
14. ワイヤおよびワイヤの一端に接続されたコネクタをさらに含み、
    前記コネクタは、前記ボトムカバーに装着されている、請求項７ないし１３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
15. 前記側面プレートは、前記ボトムプレートと垂直に形成され、前記側面プレートと前記ボトムプレートは、一体に形成される、請求項６ないし１４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
16. 請求項６ないし１５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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