JP7076883B2 - 軟性印刷回路基板を覆う保護カバーを含む電池モジュール - Google Patents

軟性印刷回路基板を覆う保護カバーを含む電池モジュール Download PDF

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Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１９年２月２１日付韓国特許出願第１０－２０１９－００２０７０６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。
本発明は、電池モジュールに関し、より具体的には電池モジュールをセンシングする軟性印刷回路基板を含む電池モジュールに関する。
二次電池は製品群毎の適用容易性が高く、高いエネルギ密度などの電気的特性を有するので、携帯用機器だけでなく電気的駆動源によって駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができる一次的な長所だけでなくエネルギの使用による副産物が全く発生しない点で環境に優しくエネルギ効率性向上のための新たなエネルギ源として注目されている。
上記電気自動車などに適用される電池パックは、高出力を得るために複数の単位セルを含む多数のセル組立体を直列に連結した構造を有している。そして、上記単位セルは陽極および陰極集電体、セパレータ、活物質、電解液などを含んで構成要素の間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。
一方、近来エネルギ貯蔵源としての活用をはじめとして大容量構造に対する必要性が高まるにつれ多数の二次電池が直列および／または並列に連結された多数の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。
複数の電池セルを直列／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先に構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを利用し、その他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。上記電池パックに含まれる電池モジュールの個数、または電池モジュールに含まれる電池セルの個数は求められる出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
軟性印刷回路基板は、電池モジュールを構成している複数の電池セルそれぞれと連結され、これらをセンシングするように構成され、セル組立体の一側に延びてバスバーおよびコネクタと連結されるように実装されることができる。このような室長過程で軟性印刷回路基板は外部に露出され得るが、これによって軟性印刷回路基板に損傷が加えられる場合、回路パターンの短絡または断線などの問題が発生し得る。
本発明が解決しようとする課題は、軟性印刷回路基板を覆うカバーを形成することによって組み立て過程または運転過程で軟性印刷回路基板が損傷しないように保護できる電池モジュール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は、少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体、上記セル組立体を収容するモジュールケース、上記モジュールケース内の上記セル組立体の一面に位置して上記セル組立体を少なくとも部分的にカバーする上部フレーム、上記上部フレームに長手方向に取り付けられて上記電池セルをセンシングするように構成された軟性印刷回路基板、および上記モジュールケース内で上記軟性印刷回路基板をカバーするように上記上部フレームの主面（ｍａｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ）と平行であるメインカバー部が上記上部フレーム上に取り付けられる保護カバーを含み得る。
上記軟性印刷回路基板は、上記上部フレームの端部で上記セル組立体の一側面に屈曲される屈曲部を含み、上記保護カバーは少なくとも一側端部で上記軟性印刷回路基板の屈曲部に対応するように屈曲して延びる軒部をさらに含み得る。
上記保護カバーは上記セル組立体の縁を囲むように屈曲した縁部をさらに含み、上記軒部と上記縁部は上記メインカバー部の主面に対して互いに異なる角度に延び得る。
上記メインカバー部の主面に対して上記軒部が屈曲した角度は、上記メインカバー部の主面に対して上記縁部が屈曲した角度よりさらに小さく形成され得る。
上記軒部は、上記縁部の一部が切開されて形成され得る。
上記セル組立体の電極リードと電気的に接続されるバスバーと、上記セル組立体を少なくとも一側でカバーするバスバーフレームと、を含むバスバー組立体、および上記バスバー組立体を外側で覆うエンドプレートをさらに含み、上記保護カバーの軒部は、上記軟性印刷回路基板の屈曲部と上記エンドプレートとの間に位置し得る。
上記保護カバーは、非伝導性射出物からなる。
上記保護カバーは、上記セル組立体の長手方向に沿って延びて外側から見るとき凹むように形成された補強部をさらに含み得る。
上記補強部は複数で形成され、上記軟性印刷回路基板は隣接する上記補強部の間に位置し得る。
本発明の他の実施形態による電池パックは、上記少なくとも一つの電池モジュール、および上記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケースを含み得る。
本発明のまた他の実施形態によるデバイスは、上記少なくとも一つの電池パックを含み得る。
実施形態によれば、セル組立体を覆う上部フレームの外側に位置した軟性印刷回路基板を保護カバーで覆って構成することによって軟性印刷回路基板の損傷を防止できる効果がある。
また、軟性印刷回路基板がセル組立体の一側縁で屈曲される部分に保護カバーの軒部を備えて効果的に保護することができる。
電池モジュールを示す分解斜視図である。 図１の電池モジュールを結合してＩＩ－ＩＩ線に沿って切って示す断面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。 図３の電池モジュールを結合して「Ａ」部分を拡大して示す部分拡大斜視図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿って切って示す断面図である。
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。
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。
図１は電池モジュールを示す分解斜視図であり、図２は図１の電池モジュールを結合してＩＩ－ＩＩ線に沿って切って示す断面図である。
図１を参照すると、電池モジュール１０はセル組立体２０とその一面に位置してセル組立体２０を少なくとも部分的にカバーする上部フレーム３１を含む。セル組立体２０は、複数の電池セル２１が積層されて構成され、それぞれの電池セル２１はパウチ型二次電池として設けられる。複数の電池セル２１は互いに電気的に接続され得、電池セル２１それぞれは電極組立体とこれを収容する電池ケースおよび上記電池ケースの外に突出して上記電極組立体と電気的に接続される電極リード２３を含む。
上部フレーム３１は、セル組立体２０の上面を囲むように位置し、セル組立体２０の電極リード２３が引き出される方向の側面にはバスバーフレーム５３が位置する。バスバーフレーム５３にはバスバー５１が外側に向かって固定されてバスバー組立体５０を構成し、セル組立体２０の電極リード２３はバスバーフレーム５３に形成されたスリットを通過してバスバー５１と電気的に接続される。上部フレーム３１とバスバーフレーム５３は、絶縁性素材、一例として非伝導性合成樹脂からなり、バスバー５１は伝導性の金属材料からなる。
軟性印刷回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ，ＦＰＣＢ）４０は、上部フレーム３１の長手方向に延びて取り付けられて電池セル２１をセンシングするように構成される。すなわち、図１に示すように、軟性印刷回路基板４０は上部フレーム３１の上面に安着して各電池セル２１の電気的、熱的データをセンシングする。また、軟性印刷回路基板４０は、上部フレーム３１の端部でバスバーフレーム５３に向かって屈曲されることによりモジュールコネクタおよびバスバー５１と連結される。モジュールコネクタはバスバー組立体５０、特にバスバーフレーム５３に結合され得る。
一方、セル組立体２０と上部フレーム３１を収容するようにモジュールケース３５が備えられる。モジュールケース３５は電池モジュール１０の外観を形成し、セル組立体２０の電極リード２３の引き出し方向に位置する一側または両側面にバスバー組立体５０が結合され、その外側にエンドプレート６０が結合される。そして、軟性印刷回路基板４０はモジュールケース３５内で上部フレーム３１の一面に取り付けられる。
また、電池モジュール１０は各種電装部品を含み得、一例としてＩＣＢ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）またはＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）等を含み得る。上記ＩＣＢおよびＢＭＳボードなどの電装部品は上記複数の電池セルと電気的に接続され得る。
図２を参照すると、軟性印刷回路基板４０は、上部フレーム３１とバスバーフレーム５３が接する縁を通りながら屈曲部４３を形成する。このように曲げられた軟性印刷回路基板４０はモジュールコネクタおよびバスバー５１に電気的に接続される。
上部フレーム３１上に実装され、バスバーフレーム５３に向かって屈曲された軟性印刷回路基板４０は上部にモジュールケース３５の内部面と対向し、前方または後方ではエンドプレート６０の内部面と対向する。したがって、製造過程で上部フレーム３１上に軟性印刷回路基板４０を安着後エンドプレート６０とモジュールケース３５を組み立てるときに外部に露出していた軟性印刷回路基板４０に損傷が加えられ得る。この時、軟性印刷回路基板４０の回路パターンが断線する恐れがあり、回路パターン間の混線がある場合には短絡（ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）して発火し得る。
また、軟性印刷回路基板４０の屈曲部４３は、上部フレーム３１またはバスバーフレーム５３に堅固に固定されることができず部分的に空間内で浮いているようになる。これにより外部衝撃や振動が発生する場合、屈曲部４３はモジュールケース３５またはエンドプレート６０の内部面との摩擦によって軟性印刷回路基板４０の保護層が剥がれ、回路パターン層が露出して短絡などの問題が発生し得る。
図３は本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図であり、図４は図３の電池モジュールを結合して「Ａ」部分を拡大して示す部分拡大斜視図であり、図５は図４のＶ－Ｖ線に沿って切って示す断面図である。
図３を参照すると、本実施形態による電池モジュール１００は、図１に示す電池モジュール１０の構成をほとんどのそのまま含み得る。すなわち、電池モジュール１００は複数の電池セル２１を含むセル組立体２０とその一面に位置してセル組立体２０を少なくとも部分的にカバーする上部フレーム１３１を含む。電極リード２３が引き出される方向のセル組立体２０の側面にはバスバーフレーム５３が位置し、バスバーフレーム５３にはバスバー５１が外側に向かって固定され、バスバー組立体５０を構成することができる。セル組立体２０の電極リード２３はバスバーフレーム５３に形成されたスリットを通過してバスバー５１と電気的に接続され得る。
軟性印刷回路基板１４０は、上部フレーム１３１の長手方向に延びて取り付けられて電池セル２１をセンシングするように構成される。また、軟性印刷回路基板１４０は上部フレーム１３１の端部でバスバーフレーム５３に向かって屈曲された屈曲部１４３を形成してモジュールコネクタおよびバスバー５１と連結される。
また、セル組立体２０と上部フレーム１３１を収容するようにモジュールケース３５が備えられる。モジュールケース３５でセル組立体２０の電極リード２３の引き出し方向に位置する一側または両側面にバスバー組立体５０が結合され、その外側でエンドプレート６０が結合される。そして、軟性印刷回路基板１４０はモジュールケース３５内で上部フレーム１３１の一面に取り付けられる。
図３および図４を参照すると、軟性印刷回路基板１４０をカバーするように上部フレーム１３１上に保護カバー１７０が取り付けられ得る。保護カバー１７０は上部フレーム１３１の主面（ｍａｉｎ ｓｕｒｆａｃｅ）と平行であるメインカバー部１７１とセル組立体２０の縁を囲むように屈曲した縁部１７３を含み得る。また、保護カバー１７０は軟性印刷回路基板１４０の屈曲部１４３に対応するように屈曲して延びる軒部１７５を備えることができる。
このような保護カバー１７０は、セル組立体２０および上部フレーム１３１がモジュールケース３５内に収容されるとき上部フレーム１３１上に実装された軟性印刷回路基板１４０をカバーして保護し得る。これにより組み立て過程で軟性印刷回路基板１４０が露出することを防止して損傷を受けることを防ぐことができる。
一方、保護カバー１７０の軒部１７５と縁部１７３は、メインカバー部１７１の主面に対して互いに異なる角度に延び得る。すなわち、図４に示すように、メインカバー部１７１の主面に対して軒部１７５が屈曲した角度は縁部１７３が屈曲した角度よりさらに小さく形成され得る。このような軒部１７５は保護カバー１７０の縁部１７３の一部が切開されて形成され得る。なお、図５を参照すると、保護カバー１７０の軒部１７５は、軟性印刷回路基板１４０の屈曲部１４３とエンドプレート６０との間に位置し得る。
すなわち、保護カバー１７０の軒部１７５は、軟性印刷回路基板１４０のモジュールコネクタまたはバスバー５１に連結されるように延びる部分に対応するように位置し得る。したがって、保護カバー１７０の軒部１７５は軟性印刷回路基板１４０の屈曲部１４３が急激に曲がらないように縁部１７３より上方に持ち上がっているようになる。
保護カバー１７０は、軟性印刷回路基板１４０を覆いながらもこれと接触しても短絡のような電気的な干渉がないように非伝導性射出物からなる。
一方、再び図３および図４を参照すると、保護カバー１７０はセル組立体２０の長手方向に沿って延びて外側に凹むように形成された補強部１７６を備え得る。この時、補強部１７６は複数が並んで形成され得、軟性印刷回路基板１４０は互いに隣接する補強部１７６の間に位置し得る。
このような補強部１７６は、プレート状からなる保護カバー１７０が容易に歪んだり変形されることを防止することができ、強度を向上させることができる。これと共に隣接する補強部１７６の間に軟性印刷回路基板１４０を位置させることによって上部フレーム３１上で軟性印刷回路基板１４０が流動せずその位置が固定されるようにすることができる。
本発明の他の実施形態によれば、軟性印刷回路基板を覆う保護カバーは互いに屈曲された角度が相異する軒部と縁部を区分して備えず、単一の角度で屈曲した軒部を有するように形成されることができる。そのため電池モジュールの種類によって軟性印刷回路基板のデザインが変わる場合は軟性印刷回路基板の屈曲部位置に関係なく共通して適用できる長所がある。
本発明のまた他の実施形態によれば、軟性印刷回路基板のデザインによって補強部が設計されて保護カバーに適用されることもできる。この場合、より精密に軟性印刷回路基板をカバーして保護することが可能になる。
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。
上述した電池モジュールおよびそれを含む電池パックは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、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用されるが、本発明はこれに制限されず電池モジュールおよびそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスへの適用が可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
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また、本発明の権利範囲に属する。
１０，１００ 電池モジュール
２０ セル組立体
２１ 電池セル
２３ 電極リード
３１，１３１ 上部フレーム
３５ モジュールケース
４０，１４０ 軟性印刷回路基板
４３，１４３ 屈曲部
５０ バスバー組立体
５１ バスバー
５３ バスバーフレーム
６０ エンドプレート
１７０ 保護カバー
１７１ メインカバー部
１７３ 縁部
１７５ 軒部
１７６ 補強部

Claims (10)

  1. 少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体；
    前記セル組立体を収容するモジュールケース；
    前記モジュールケース内の前記セル組立体の一面に位置して前記セル組立体を少なくとも部分的にカバーする上部フレーム；
    前記上部フレームに長手方向に取り付けられて前記電池セルをセンシングするように構成された軟性印刷回路基板；および
    前記モジュールケース内で前記軟性印刷回路基板をカバーするように前記上部フレームの主面と平行であるメインカバー部が前記上部フレーム上に取り付けられる保護カバー
    を含む、電池モジュールであって、
    前記軟性印刷回路基板は、前記上部フレームの端部で前記セル組立体の一側面に屈曲される屈曲部を含み、
    前記保護カバーは、少なくとも一側端部で前記軟性印刷回路基板の屈曲部に対応するように屈曲して延びる軒部をさらに含む、電池モジュール。
  2. 少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体；
    前記セル組立体を収容するモジュールケース；
    前記モジュールケース内の前記セル組立体の一面に位置して前記セル組立体を少なくとも部分的にカバーする上部フレーム；
    前記上部フレームに長手方向に取り付けられて前記電池セルをセンシングするように構成された軟性印刷回路基板；および
    前記モジュールケース内で前記軟性印刷回路基板をカバーするように前記上部フレームの主面と平行であるメインカバー部が前記上部フレーム上に取り付けられる保護カバー
    を含む、電池モジュールであって、
    前記軟性印刷回路基板は、前記上部フレームの端部で前記セル組立体の一側面に屈曲される屈曲部を含み、
    前記保護カバーは、少なくとも一側端部で前記軟性印刷回路基板の屈曲部に対応するように屈曲して延びる軒部をさらに含み、
    前記保護カバーは、前記セル組立体の縁を囲むように屈曲した縁部をさらに含み、
    前記軒部と前記縁部は、前記メインカバー部の主面に対して互いに異なる角度に延びる、電池モジュール。
  3. 前記メインカバー部の主面に対して前記軒部が屈曲した角度は、前記メインカバー部の主面に対して前記縁部が屈曲した角度よりさらに小さく形成された、請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記軒部は、前記縁部の一部が切開されて形成された、請求項２または３に記載の電池モジュール。
  5. 少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体；
    前記セル組立体を収容するモジュールケース；
    前記モジュールケース内の前記セル組立体の一面に位置して前記セル組立体を少なくとも部分的にカバーする上部フレーム；
    前記上部フレームに長手方向に取り付けられて前記電池セルをセンシングするように構成された軟性印刷回路基板；および
    前記モジュールケース内で前記軟性印刷回路基板をカバーするように前記上部フレームの主面と平行であるメインカバー部が前記上部フレーム上に取り付けられる保護カバー
    を含む、電池モジュールであって、
    前記軟性印刷回路基板は、前記上部フレームの端部で前記セル組立体の一側面に屈曲される屈曲部を含み、
    前記保護カバーは、少なくとも一側端部で前記軟性印刷回路基板の屈曲部に対応するように屈曲して延びる軒部をさらに含み、
    前記セル組立体の電極リードと電気的に接続されるバスバーと、前記セル組立体を少なくとも一側でカバーするバスバーフレームと、を含むバスバー組立体；および
    前記バスバー組立体を外側で覆うエンドプレート
    をさらに含み、
    前記保護カバーの軒部は、前記軟性印刷回路基板の屈曲部と前記エンドプレートとの間に位置する、電池モジュール。
  6. 前記保護カバーは、非伝導性射出物からなる、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体；
    前記セル組立体を収容するモジュールケース；
    前記モジュールケース内の前記セル組立体の一面に位置して前記セル組立体を少なくとも部分的にカバーする上部フレーム；
    前記上部フレームに長手方向に取り付けられて前記電池セルをセンシングするように構成された軟性印刷回路基板；および
    前記モジュールケース内で前記軟性印刷回路基板をカバーするように前記上部フレームの主面と平行であるメインカバー部が前記上部フレーム上に取り付けられる保護カバー
    を含む、電池モジュールであって、
    前記保護カバーは、前記セル組立体の長手方向に沿って延びて外側から見るとき凹むように形成された補強部をさらに含む、電池モジュール。
  8. 前記補強部は複数で形成され、前記軟性印刷回路基板は隣接する前記補強部の間に位置する、請求項７に記載の電池モジュール。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の少なくとも一つの電池モジュール；および
    前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケース
    を含む、電池パック。
  10. 請求項９に記載の少なくとも一つの電池パックを含む、デバイス。
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