JP7048854B2 - セル積層体の保護構造を有するバッテリーモジュール - Google Patents

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１８年１２月５日付韓国特許出願第１０－２０１８－０１５５５１５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る。

本開示は、バッテリーモジュールに関し、より詳細にはセル積層体に対する保護構造を有するバッテリーモジュールに関する。

一般にバッテリーモジュールは、複数のセルが積層されて作られた積層体が一定強度を有する保護構造体（例：金属フレーム）により囲まれて構成される。

バッテリーモジュール製造の際、保護構造体はセル積層体との結合されるとき、セル積層体に損傷を与えないようにすることによりバッテリーモジュールを良好に生産することができる。

電池モジュールの製造には適用機器（例：電気自動車）において占める体積を最適化するために保護構造体とセル積層体との間に緊密な結合関係はもちろん、保護構造体がセル積層体を安全に保護するように結合されることが求められる。

セル積層体に対する損傷を防止し、かつセル積層体と保護構造体の結合を緊密にできるバッテリー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。

発明の一側面によるバッテリーモジュールは、複数の二次電池セルが積層されて構成されたセル構造体と、少なくとも一つの開口を含み、前記開口を介して内部空間に前記セル構造体を収容するように構成されたフレームと、前記開口をカバーし、前記セル構造体と前記フレームとの間に配置されて前記セル構造体をカバーする保護カバーを含む側面プレートとを含み、前記保護カバーは、前記セル構造体の内部に向かって突き出た縁を含む。

前記フレームは、第１開口と第２開口とが対向配置されたボックス型のモノフレームからなる。

前記側面プレートは、前記第１開口および前記第２開口をそれぞれカバーしうる。

前記保護カバーは、中心部を含む第１部位と、端部で前記第１部位の境界につながっている第２部位とを含み、前記縁のうち前記第１部位に対応する部位は、前記フレームの長さ方向に対して垂直である方向に沿って平行であり、前記縁のうち前記第２部位に対応する部位は、傾斜した形状を有しうる。

前記フレームの長さ方向に沿って前記第１部位に置かれる仮想の直線と前記第２部位の縁に沿って置かれる直線との間の角が鋭角でありうる。

平面を基準として前記縁は、略Ｖ字形状や円弧形状を有しうる。

前記フレームは、前記セル構造体と前記フレームとを固定させるための少なくとも一つの接着剤注入孔を含み得、前記接着剤注入孔は、前記フレームの長さ方向および前記長さ方向に垂直である方向に沿って複数配置されうる。

前記保護カバーと前記セル構造体との間にパッドが配置されうる。

前記フレームは、前記セル構造体と前記フレームとを固定させるための少なくとも一つの接着剤注入孔を含み得、前記フレームの長さ方向に沿った前記第１部位の長さＸと前記二次電池セルの一部分の長さ（Ａ）が次の条件を満足しうる。
Ｘ＞２Ａ

前記で、Ｘは前記二次電池セルの電極アセンブリ一端から前記保護カバーの端部までの直線距離、Ａは前記フレームの長さ方向に沿った前記二次電池セルの段差領域の直線距離を示す。

前記フレームは、前記セル構造体と前記フレームとを固定させるための少なくとも一つの接着剤注入孔を含み、前記フレームの長さ方向に沿った前記第１部位の長さＸと前記フレームの一部分の長さＢが次の条件を満足しうる。
Ｂ＞Ｘ＞Ａ

前記で、Ｘは前記二次電池セルの電極アセンブリ一端から前記保護カバーの端部までの直線距離、Ｂは前記二次電池セルの電極アセンブリ一端から前記接着剤注入孔が位置する前記フレームの内周面までの直線距離、Ａは前記フレームの長さ方向に沿った前記二次電池セルの段差領域の直線距離を示す。

前記第１開口は前記側面プレートによりカバーされ、前記第２開口は他の側面プレートによりカバーされ、前記他の側面プレートは前記セル構造体と前記フレームとの間に配置されて前記セル構造体をカバーする他の保護カバーを含み、前記他の保護カバーは前記保護カバーの形状と異なる形状を有しうる。

前記二次電池セルはパウチ型からなり、前記側面プレートは、バスバープレートでありうる。

発明の他の一側面によるバッテリーパックは、前述したバッテリーモジュールを含み得る。

実施形態によれば、フレームにセル構造体を挿入して電池モジュールを組み立てる際、側面プレートに提供された保護カバーによりフレームがセル構造体の電池セルを損傷させることを防止することができる。そのため、絶縁性能に優れたバッテリーモジュールを製造することができる。

また、保護カバーの形状によってセル構造体とフレームの結合を容易になして作業生産性も向上させることができる。

本発明の実施形態によるバッテリーモジュールを示す結合斜視図である。 本発明の実施形態によるバッテリーモジュールにおけるセル構造体とフレームが分離した状態を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態による電池セルを示す図である。 本発明の実施形態によるバッテリーモジュールにおける側面プレートを示す斜視図である。 本発明の実施形態によるバッテリーモジュールにおけるセル構造体と側面プレートが結合された状態の平面図である。 図１の切断線ＶＩ－ＶＩに沿った部分断面図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーモジュールにおけるセル構造体と側面プレートが結合された状態の平面図である。

以下、添付する図面を参照して本発明の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又は類似する構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。

明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているというとき、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「電気的に連結」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」するというとき、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。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は本発明の実施形態によるバッテリーモジュールを示す結合斜視図であり、図２は本発明の実施形態によるバッテリーモジュールにおけるセル構造体とフレームが分離した状態を示す分解斜視図である。

図示するように、実施形態によるバッテリーモジュール１００は、複数の二次電池セル２２が積層されて構成されたセル構造体２０がボックス形状のフレーム３０の内部空間に挿入された構造からなる。

セル構造体２０は、パウチ型電池セル２２が複数積層されて構成され、この構造体の底には電池セル２２を支持するための底板２４が配置され、両端には側面プレート４０，４０’が配置されるため、この側面プレート４０，４０’は、複数の電池セル２２の電気的連結のためのバスバーが配置されるバスバープレートでありうる。

セル構造体２０を囲んで保護するフレーム３０は、少なくとも一つの開口を有して内部空間を形成するボックス型のモノフレーム（ｍｏｎｏ ｆｒａｍｅ）で備えられる。実施形態におけるフレーム３０は、両開口３２，３２’が対向配置された直六面体形状のモノフレームで備えられる。このフレーム３０は一定の剛性を持つために金属材質からなるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

フレーム３０の少なくとも一面にはセル構造体２０とフレーム３０の固定結合のための接着剤（例：接着性レジン）が注入される注入孔３４が設けられる。実施形態における注入孔３４は、フレーム３０の長さ方向ｙおよびこの長さ方向に垂直である方向ｘに沿って複数設けられる。注入孔３４は円形からなり、その形状や配置状態は必ずしも図面のような状態に限定されるものではない。

図３は実施形態による電池セル２２を概略的に示す図であり、電池セル２２は電極アセンブリ２２０が収容されたパウチ２２２を封止した形態からなる。図３において拡大した円に示すように、電池セル２２はその製造過程で製造工程条件や電池セルの構造などの理由により作られた段差領域２２４を含み得る。この段差領域２２４のパウチ２２２は他の領域に比べて突出した形態を有することができる。

そのため、セル構造体２０には複数の電池セル２２が有する各々の段差領域２２４により一種の出っ張りが作られるが、このような出っ張りはフレーム３０がセル構造体２０に挟まれる際、フレーム３０との干渉を起こす余地がある。これらの間に干渉が発生すると該当パウチ２２２部位が損傷し、このような損傷は電池セル２２の絶縁特性を低下させる。

本実施形態ではこれを防止するために、側面プレート４０，４０’の少なくとも一つに保護カバーを設けている。

図４は本発明の実施形態によるバッテリーモジュールにおける側面プレートを示す斜視図である。図５は本発明の実施形態によるバッテリーモジュールにおけるセル構造体と側面プレートが結合された状態の平面図である。図６は図１の切断線ＶＩ－ＶＩに沿った部分断面図である。

図２に示すフレーム３０の開口の第１開口３２をカバーする側面プレート４０は図４に示すように、図２の第１開口３２をカバーしながらバスバーが設置される本体４２とこの本体４２の一端で図２のフレーム３０の長さ方向ｙに沿って延びる保護カバー４４を含む。

図２および図４を参照すると、側面プレート４０の本体４２は第１開口３２に対応するセル構造体２０の一端部をカバーし、保護カバー４４は複数の電池セル２２の段差領域２２４が作る出っ張りをカバーする。また、保護カバー４４はセル構造体２０とフレーム３０が結合された状態を基準にセル構造体２０とフレーム３０との間に配置される。図６を参照すると、保護カバー４４とセル構造体２０との間にはパッド５０が配置されうる。パッド５０は衝撃を緩和できるフォーム型で形成したりポリウレタンなどの材質で形成することができ、外部の衝撃からセル構造体２０を保護する役割をすることができる。

本実施形態において、セル構造体２０の内部に向かう保護カバー４４の縁、すなわちセル構造体２０の長さ方向ｙに垂直である方向ｘに沿ってセル構造体２０を横切る縁はセル構造体２０の内部に向かって突き出た形状からなる。このような保護カバー４４は中心部を含む第１部位４４０と、保護カバー４４の両端部で第１部位４４０の境界につながっている第２部位４４２とを含む。

ここで、第１部位４４０に対応する保護カバー４４の縁は、フレーム３０の長さ方向ｙに対して垂直である方向ｘに沿って平行に延びた直線形状からなる。また、第２部位４４２に対応する保護カバー４４の縁は傾斜した形状からなる。

図５を参照すると、保護カバー４４の縁はフレーム３０の長さ方向ｙに沿って第１部位４４０に置かれる仮想の直線と第２部位４４２の縁に沿って置かれる直線との間の角（α）が鋭角をなすことによって、平面を基準として略Ｖ字形状を有する。

側面プレート４０は、本体４２と保護カバー４４が一体をなすように射出成形により製造することができ、一定の絶縁機能を確保できる材質（例：Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｉｎｄｅｘ；ＣＴＩ等級３以上のプラスチック）で設けられる。

一方、実施形態でフレーム３０の他の開口である第２開口３２’をカバーする他の側面プレート４０’は、前述した側面プレート４０と基本構成は同様であるが、保護カバー４４’の形状は前述した保護カバー４４の形状と異なるようにすることができる。すなわち、この他の保護カバー４４’は、セル構造体２０の内部に向かった縁を一字型として全体的に平坦をなす（図５参照）。

これとは異なり、フレーム３０の第２開口３２’も前述した保護カバー４４を含む側面プレートによりカバーされうる。

このような実施形態のバッテリーモジュール１００は、前述したように、電池セル２２の段差領域２２４を保護カバー４４でカバーした状態でセル構造体２０がフレーム３０に挿入されるので、これらの結合時、フレーム３０がセル構造体２０の電池セル２２に衝撃を与え、これを損傷させることを保護カバー４４により未然に防止することができる。

さらに、保護カバー４４はフレーム３０の長さ方向ｙに沿った中心部（第１部位）の長さに比べて両周辺部（第２部位）の長さが短く、保護カバー４４がフレーム３０内部に挿入される時にも保護カバー４４がフレーム３０の内壁に干渉される確率を低くすることができる。これによりセル構造体２０とフレーム３０の組み立て過程で電池セル２２に伝達される衝撃を防いで電池セルに損傷を負わせる確率を低くすることができ、組み立て性も容易にすることができる。

一方、セル造立体２０とフレーム３０は、相互結合された状態で、フレーム３０の注入孔３４を介して提供される接着性レジン６０により固定することができる。図６は接着性レジン６０によりセル造立体２０とフレーム３０が固定された状態を示す。

実施形態によるフレーム３０の長さ方向ｙに沿った保護カバー４４の第１部位４４０の長さＸと電池セル２２の一部分の長さ（Ａ）は、電池セル２２の段差領域２２４が損傷し、これから電流が漏洩することを防止するために次の条件を満足する。

Ｘ＞２Ａ

前記で、Ｘは電池セル２２の電極アセンブリ２２０一端から保護カバー４４の端部までの直線距離を、Ａはフレーム３０の長さ方向に沿った電池セル２２の段差領域２２４の直線距離を示す。

また、フレーム３０の長さ方向に沿った保護カバー４４の第１部位の長さＸとフレーム３０の一部分の長さＢは、注入孔３４を介して提供される接着性レジン６０の過注入を防止するために、次の条件を満足する。
Ｂ＞Ｘ＞Ａ

前記で、Ｘは電池セル２２の電極アセンブリ２２０一端から保護カバー４４の端部までの直線距離、Ｂは電池セル２２の電極アセンブリ２２０一端から注入孔３４が位置するフレーム３０の内周面までの直線距離、Ａは前記フレームの長さ方向に沿った電池セル２２の段差領域の直線距離を示す。

図７は本発明の他の一実施形態によるバッテリーモジュールにおけるセル構造体と側面プレートが結合された状態の平面図である。

図７の実施形態は前述した実施形態のバッテリーモジュールと基本的な構成を共にする。ただし、図７の実施形態では保護カバー４６の縁が平面を基準として円弧形状を有して構成されることが相異する。

上述したバッテリーモジュールはバッテリーパックで構成されて多様なデバイスに適用することができる。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への適用が可能である。

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、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用いる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。

１００：バッテリーモジュール
２０：セル構造体
２２：電池セル
３０：フレーム
４０：側面プレート
４４：保護カバー
２２４：段差領域
３４：注入孔

Claims (15)

1. 複数の二次電池セルが積層されて構成されたセル構造体と；
   長さ方向に延び、少なくとも一つの開口を含み、前記開口を介して前記長さ方向に沿って内部空間に前記セル構造体を収容するように構成されたフレームと；
   前記開口をカバーする本体と、前記本体の一端から前記フレームの前記長さ方向に沿って延び、前記セル構造体と前記フレームとの間に配置されて前記セル構造体の前記二次電池セルの側面をカバーする保護カバーと、を含む側面プレートと
   を含み、
   前記保護カバーは、前記セル構造体の側部に沿って前記フレームの前記長さ方向に前記セル構造体の中央部に向かって突き出た縁を含む、バッテリーモジュール。
2. 前記フレームは、第１開口と第２開口とが対向配置されたボックス型のモノフレームである、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記側面プレートは、前記第１開口および前記第２開口をそれぞれカバーする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記保護カバーは、前記保護カバーの中心部を含む第１部位と、前記保護カバーの端部で前記第１部位の境界につながっている第２部位とを含み、
   前記縁のうち前記第１部位に対応する部位は、前記フレームの長さ方向に対して垂直である方向に沿って平行であり、前記縁のうち前記第２部位に対応する部位は、傾斜した形状を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記フレームの長さ方向に沿って前記第１部位に置かれる仮想の直線と前記第２部位の縁に沿って置かれる直線との間の角が鋭角である、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記保護カバーが平面に沿って延び、前記平面を基準として前記縁が略Ｖ字形状を有する、請求項４又は５に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記フレームは、前記セル構造体と前記フレームとを固定させるための少なくとも一つの接着剤注入孔を含む、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記接着剤注入孔は、前記フレームの長さ方向および前記長さ方向に垂直である方向に沿って複数配置される、請求項７に記載のバッテリーモジュール。
9. 複数の二次電池セルが積層されて構成されたセル構造体と；
   長さ方向に延び、少なくとも一つの開口を含み、前記開口を介して前記長さ方向に沿って内部空間に前記セル構造体を収容するように構成されたフレームと；
   前記開口をカバーし、前記セル構造体と前記フレームとの間に配置されて前記セル構造体をカバーする保護カバーを含む側面プレートと
   を含み、
   前記保護カバーは、前記セル構造体の側部に沿って前記フレームの前記長さ方向に前記セル構造体の中央部に向かって突き出た縁を含む、バッテリーモジュールであって、
   前記保護カバーは、前記保護カバーの中心部を含む第１部位と、前記保護カバーの端部で前記第１部位の境界につながっている第２部位とを含み、
   前記縁のうち前記第１部位に対応する部位は、前記フレームの長さ方向に対して垂直である方向に沿って平行であり、前記縁のうち前記第２部位に対応する部位は、傾斜した形状を有し、
   前記フレームは、前記セル構造体と前記フレームとを固定させるための少なくとも一つの接着剤注入孔を含み、
   前記フレームの長さ方向に沿った前記第１部位の長さＸと前記二次電池セルの一部分の長さ（Ａ）が次の条件を満足する、バッテリーモジュール：
   Ｘ＞２Ａ
   前記で、Ｘは前記二次電池セルの電極アセンブリ一端から前記保護カバーの端部までの直線距離であり、Ａは前記フレームの長さ方向に沿った前記二次電池セルの段差領域の直線距離である。
10. 複数の二次電池セルが積層されて構成されたセル構造体と；
    長さ方向に延び、少なくとも一つの開口を含み、前記開口を介して前記長さ方向に沿って内部空間に前記セル構造体を収容するように構成されたフレームと；
    前記開口をカバーし、前記セル構造体と前記フレームとの間に配置されて前記セル構造体をカバーする保護カバーを含む側面プレートと
    を含み、
    前記保護カバーは、前記セル構造体の側部に沿って前記フレームの前記長さ方向に前記セル構造体の中央部に向かって突き出た縁を含む、バッテリーモジュールであって、
    前記保護カバーは、前記保護カバーの中心部を含む第１部位と、前記保護カバーの端部で前記第１部位の境界につながっている第２部位とを含み、
    前記縁のうち前記第１部位に対応する部位は、前記フレームの長さ方向に対して垂直である方向に沿って平行であり、前記縁のうち前記第２部位に対応する部位は、傾斜した形状を有し、
    前記フレームは、前記セル構造体と前記フレームとを固定させるための少なくとも一つの接着剤注入孔を含み、
    前記フレームの長さ方向に沿った前記第１部位の長さＸと前記フレームの一部分の長さＢが次の条件を満足する、バッテリーモジュール：
    Ｂ＞Ｘ＞Ａ
    前記で、Ｘは前記二次電池セルの電極アセンブリ一端から前記保護カバーの端部までの直線距離であり、Ｂは前記二次電池セルの電極アセンブリ一端から前記接着剤注入孔が位置する前記フレームの内周面までの直線距離であり、Ａは前記フレームの長さ方向に沿った前記二次電池セルの段差領域の直線距離である。
11. 複数の二次電池セルが積層されて構成されたセル構造体と；
    長さ方向に延び、少なくとも一つの開口を含み、前記開口を介して前記長さ方向に沿って内部空間に前記セル構造体を収容するように構成されたフレームと；
    前記開口をカバーし、前記セル構造体と前記フレームとの間に配置されて前記セル構造体をカバーする保護カバーを含む側面プレートと
    を含み、
    前記保護カバーは、前記セル構造体の側部に沿って前記フレームの前記長さ方向に前記セル構造体の中央部に向かって突き出た縁を含む、バッテリーモジュールであって、
    前記フレームは、第１開口と第２開口とが対向配置されたボックス型のモノフレームであり、
    前記第１開口は前記側面プレートによりカバーされ、前記第２開口は他の側面プレートによりカバーされ、前記他の側面プレートは前記セル構造体と前記フレームとの間に配置されて前記セル構造体をカバーする他の保護カバーを含み、前記他の保護カバーは前記保護カバーの形状と異なる形状を有する、バッテリーモジュール。
12. 前記保護カバーが平面に沿って延び、前記平面を基準として前記縁が円弧形状を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
13. 前記二次電池セルはパウチ型である、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
14. 前記側面プレートは、バスバープレートである、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
15. 請求項１ないし１４のいずれか一項によるバッテリーモジュールを含む、バッテリーパック。

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