JP7118495B2 - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０１９年６月２５日付韓国特許出願第１０－２０１９－００７５８２６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、電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものであって、より詳しくは、電池モジュールの組立公差およびスウェリングを減少させる電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものである。

二次電池は、モバイル機器および電気自動車などの多様な製品群でエネルギー源として多くの関心を受けている。このような二次電池は化石燃料を使用する既存製品の使用を代替することができる有力なエネルギー資源であって、エネルギー使用による副産物が発生しなくて環境に優しいエネルギー源として脚光を浴びている。

最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まるにつれて、多数の二次電池が直列／並列に連結された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。

一方、複数個の電池セルを直列／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構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを用いてその他の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。

このような電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、電池セル積層体を保護するために前記電池セル積層体をカバーするフレーム部材を含む。

図１は、従来の電池モジュールに対する斜視図である。図２は、図１のＡ－Ａ’部分であって、電池セルの間にパッドが挿入された様子を示した図である。

図１および図２を参照すれば、従来の電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル１０積層体が上下左右面に形成されたフレーム２０内部に収容される。この時、図２に示されているように、複数の電池セルの間には圧縮パッド３０が挿入された。

このような圧縮パッド３０は、電池セル１０とフレーム２０の間に反発力を発生させて電池セル１０積層体をフレーム２０内部に固定することができ、電池セル積層体がフレーム２０内部に組立てられる時に発生する組立公差を減らすことができ、電池セル１０の温度上昇による電池セル１０スウェリング発生時、スウェリングによる体積増加分を吸収する機能を果たした。

しかし、前記のような圧縮パッドは圧縮による膨張力に限界があって、組立公差吸収量およびスウェリング吸収量に限界があるという問題点があった。

また、圧縮パッドはパッド自体の物性を有し、隣接の電池セルの間または電池セルとフレームの間に介されているため両側から圧力を受けるようになる位置的特徴を有する。これによって、圧縮パッドの圧縮と収縮が繰り返されることによって圧縮パッドの弾性が次第に減少して、長時間組立公差吸収およびスウェリング吸収機能を正常に果たしにくいという問題点があった。

また、電池セル積層体をフレームに組み立てる過程において圧縮パッドを電池セル積層体の電池セルの間にそれぞれ挿入設置しなければならないので組み立て工程が複雑であり圧縮パッドを別途に製作および生産しなければならないという問題点があった。

本発明の解決しようとする課題は、組立公差吸収量およびスウェリング吸収量に優れた電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。

また、本発明の解決しようとする課題は、組立公差吸収およびスウェリング吸収機能を持続的に果たすことができる電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。

また、本発明の解決しようとする課題は、より単純な構造を活用して組立公差吸収およびスウェリング吸収機能を果たすことができる電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。

本発明の課題は以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

前記課題を実現するための本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体が内部に挿入されているフレーム部材を含み、前記フレーム部材は、前記電池セル積層体の上下面をカバーする平面部および前記電池セル積層体の両側面をカバーする曲面部を含み、前記曲面部は前記電池セル積層体の積層方向に沿って位置する前記フレーム部材の両側面に形成され、前記曲面部は前記電池セル積層体を支持する。

前記曲面部は、前記フレーム部材の垂直断面上で前記フレーム部材の内側方向に曲がって形成できる。

前記曲面部は、前記複数の電池セルの積層方向に弾性力が作用する弾性部材から形成できる。

前記弾性部材は、板スプリングから形成できる。

前記平面部の両端には、前記弾性部材が係止結合される係止顎部が形成できる。

前記曲面部と前記係止顎部を固定する曲面部固定材をさらに含むことができる。

前記弾性部材には弾性変形可能なシワ部が形成できる。

前記弾性部材の上下端にはそれぞれ、シワ部が形成され、前記シワ部は前記平面部と連結できる。

前記フレーム部材の両側で前記シワ部を支持するシワ部支持台をさらに含むことができる。

前記シワ部は前記弾性部材の長さ方向に沿って弾性変形できる。

前記曲面部は、前記フレーム部材の水平断面上で前記フレーム部材の内側方向に曲がって形成できる。

前記平面部の両側端の角は、前記曲面部の上下端の角と対応するように形成できる。

前記曲面部は、前記複数の電池セルの積層方向に弾性力が作用する弾性部材から形成され、前記弾性部材にはシワ部が形成できる。

前記弾性部材の上下端にはそれぞれ、シワ部が形成され、前記シワ部は前記平面部と連結できる。

本発明の他の一実施形態による電池パックは前記電池モジュールを含む。

本発明の一実施形態による電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、曲面部の圧縮および膨張が容易で組立公差吸収量およびスウェリング吸収量が向上した効果を提供する。

また本発明の一実施形態による電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、曲面部が弾性部材から形成され、弾性が減少せず持続的な弾性保持が可能な効果を提供する。

また本発明の一実施形態による電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、既存のフレーム部材を活用して組立公差およびスウェリングを吸収することによって、より単純な構造によって組立公差およびスウェリングを吸収することができる効果を提供する。

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はずである。

従来の電池モジュールに対する斜視図である。 図１のＡ－Ａ’部分であって、電池セルの間にパッドが挿入された様子を示した図である。 本発明の第１実施形態による、曲面部がフレーム部材の垂直断面上でフレーム部材の内側方向に曲がるように形成された電池モジュールを示した図である。 図３のＢ－Ｂ’部分を示した図である。 図３のＢ－Ｂ’部分であって、本発明の第２実施形態による弾性部材および係止顎部が形成された電池モジュールを示す断面である。 図３のＢ－Ｂ’部分であって、本発明の第３実施形態によるシワ部が形成された電池モジュールを示す断面である。 本発明の第４実施形態による、曲面部がフレーム部材の水平断面上でフレーム部材の内側方向に曲がるように形成された電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の第５実施形態による曲面部がフレーム部材の水平断面上でフレーム部材の内側方向に曲がるように形成され、シワ部が形成された電池モジュールを示す斜視図である。

以下で説明される実施形態は発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明はここで説明される実施形態と異なって多様に変形して実施できるのが理解されなければならないはずである。但し、本発明を説明することにおいて、関連した公知の機能あるいは構成要素に関する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明にすることがあると判断される場合、その詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付された図面は発明の理解を助けるために実際縮尺のとおり図示されたのではなく、一部構成要素の寸法が誇張して図示できる。

本出願で使用される第１、第２の用語は多様な構成要素を説明するのに使用できるが、構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。

また、本出願で使用される用語は単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、権利範囲を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で“含む”、“なる”または“構成される”などの用語は明細書上記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたものが存在するのを指定しようとするのであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解されなければならない。

以下、図３および図４を参照して本発明の第１実施形態による電池モジュールについて説明する。

図３は、本発明の第１実施形態による、曲面部がフレーム部材の垂直断面上でフレーム部材の内側方向に曲がるように形成された電池モジュールを示した図である。図４は、図３のＢ－Ｂ’部分を示した図である。

図３および図４を参照すれば、本発明の第１実施形態による電池モジュールは、複数の電池セル１００が積層されている電池セル積層体、電池セル積層体が内部に挿入されているフレーム部材２００を含み、フレーム部材２００は、電池セル積層体の上下面をカバーする平面部２１０、２２０および電池セル積層体の両側面をカバーする曲面部２３０、２４０を含み、曲面部２３０、２４０は電池セル積層体の積層方向に沿って位置するフレーム部材２００の両側面に形成され、曲面部２３０、２４０は電池セル積層体を支持する。

この時、曲面部２３０、２４０は、フレーム部材２００の垂直断面上でフレーム部材２００の内側方向に曲がるように形成できる。より詳しくは、曲面部２３０、２４０は、図３の曲面部２３０、２４０をｙｚ平面に切断した時、曲面部２３０、２４０がｙ軸方向に曲がって見えるように形成できる。

電池セル１００は二次電池であって、パウチ型二次電池から構成できる。このような電池セル１００は複数個で構成でき、複数の電池セル１００は相互電気的に連結されるように相互積層されて電池セル積層体を形成することができる。このような複数個の電池セルはそれぞれ電極組立体、電池ケースおよび電極組立体から突出した電極リードを含むことができる。電池セル積層体の前面および後面には、電極リードを電気的に連結できるバスバーフレームが形成できる。

本発明の第１実施形態のように、曲面部２３０、２４０がフレーム部材２００の内側方向に曲がって形成されることによって、従来の圧縮パッドなどの別途の構成なく、曲がった曲面部２３０、２４０のみでも組立公差吸収およびスウェリング吸収機能を果たすことができる。このように既存の電池セル積層体を保護するために設けられたフレームの両側面を活用して電池セルの組立公差およびスウェリングを吸収可能にすることによって、より単純で効率的に組立公差およびスウェリングを吸収できるようになった。

フレーム部材２００の平面部２１０、２２０および曲面部２３０、２４０は一体に形成できる。フレーム部材２００はアルミニウムから形成できる。但し、フレーム部材２００の材質はアルミニウムに限定されず、組立公差吸収およびスウェリング吸収のための曲げ変形の可能な範囲内で多様な材料から形成できる。

以下、図５を参照して本発明の第２実施形態による電池モジュールについて説明する。

図５は、図３のＢ－Ｂ’部分であって、本発明の第２実施形態による弾性部材および係止顎部が形成された電池モジュールを示す断面である。

図５を参照すれば、本発明の第２実施形態による電池モジュールは、フレーム部材２００の曲面部２３０、２４０が電池セル１００の積層方向に弾性力が作用する弾性部材２３０、２４０から形成できる。このように電池モジュールの最外郭に位置した弾性部材２３０、２４０を用いて電池セルの組立公差およびスウェリングを吸収可能になることによって、曲面部２３０、２４０の変形範囲が広くなって組立公差およびスウェリング吸収量が増加でき、持続的な弾性保持が可能なようにすることができる。

弾性部材２３０、２４０は板スプリングから形成できる。但し、弾性部材２３０、２４０は板スプリングに限定されず、組立公差吸収およびスウェリング吸収が円滑に行われるための弾性部材の曲げ変形が可能な範囲内で多様な材料から形成できる。

弾性部材２３０、２４０は平面部２１０、２２０と別途に製作できる。また弾性部材２３０、２４０を平面部２１０、２２０に固定させ、弾性部材２３０、２４０がフレームから離脱しないように支持するように係止結合される係止顎部２１１、２１２、２２１、２２２が形成できる。

係止顎部２１１、２１２、２２１、２２２は上側平面部２１０の両端に二つの係止顎部２１１、２１２、下側平面部２２０の両端に二つの係止顎部２２１、２２２がそれぞれ形成されて弾性部材２３０、２４０の上下端を固定および支持することができる。

曲面部固定材２１１ａ、２１２ａ、２２１ａ、２１２ａは、曲面部２３０、２４０と平面部２１０、２２０に係止結合された係止顎部２１１、２１２、２２１、２２２を連結固定することができる。より詳しくは、曲面部固定材２１１ａは平面部２１０の一端に形成される係止顎部２１１と曲面部２３０の上端を連結固定し、曲面部固定材２１２ａは平面部２１０の他端に形成される係止顎部２１２と曲面部２４０の上端を連結固定し、曲面部固定材２２１ａは平面部２２０の一端に形成される係止顎部２２１と曲面部２３０の下端を連結固定し、曲面部固定材２２２ａは平面部２２０の他端に形成される係止顎部２２２と曲面部２４０の下端を連結固定する。

曲面部固定材２１１ａ、２１２ａ、２２１ａ、２１２ａによって曲面部２３０、２４０と平面部２１０、２２０が分離されることを防止し、弾性部材から形成された曲面部２３０、２４０の弾性変形時、フレーム部材２００および複数の電池セル１００間の干渉が発生しないようにすることができる。曲面部固定材２１１ａ、２１２ａ、２２１ａ、２１２ａはボルトおよびナットから形成され、係止顎部２１１、２１２、２２１、２２２と曲面部２３０、２４０を貫通固定することができる。但し、固定方法は前記実施形態に限定されず、多様な固定方式によって係止顎部２１１、２１２、２２１、２２２と曲面部２３０、２４０を連結固定することができる。

上述の内容以外の構成は前述の本発明の第１実施形態と同一である。

以下、図６を参照して本発明の第３実施形態による電池モジュールについて説明する。

図６は、図３のＢ－Ｂ’部分であって、本発明の第３実施形態によるシワ部が形成された電池モジュールを示す断面である。

図６を参照すれば、本発明の第３実施形態による電池モジュールは、フレーム部材２００の両側面が電池セル１００の積層方向に弾性力が作用する弾性部材２３０、２４０から形成され、弾性部材２３０、２４０の上下端にはそれぞれ弾性部材２３０、２４０の長さ方向に弾性変形可能なシワ部２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂが形成できる。このように弾性部材２３０、２４０にシワ部２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂが形成されることによって、弾性部材２３０、２４０の弾性変形範囲を増やすことができる。シワ部２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂは伸縮性に優れた材質から形成できる。

シワ部２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂのうちの二つのシワ部２１０ａ、２２０ａはフレームの一側面弾性部材２３０の上下端に、他の二つのシワ部２１０ｂ、２２０ｂはフレームの他側面弾性部材２４０の上下端にそれぞれ形成できる。

シワ部２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂは伸縮性に優れフレーム部材２００から離脱することがあるという問題点があるため、シワ部支持台２１０ａ１、２１０ｂ１、２２０ａ１、２２０ｂ１によってシワ部２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂおよび弾性部材２３０、２４０を平面部２１０、２２０に固定および支持することができる。

シワ部支持台２１０ａ１、２１０ｂ１、２２０ａ１、２２０ｂ１は平面部２１０、２２０の両端にそれぞれ形成できる。この時、シワ部支持台２１０ａ１、２１０ｂ１、２２０ａ１、２２０ｂ１のうちの二つのシワ部支持台２１０ａ１、２１０ｂ１は上側平面部２１０に、他の二つのシワ部支持台２２０ａ１、２２０ｂ１は下側平面部２２０にそれぞれ形成できる。

シワ部２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂが形成された弾性部材２３０、２４０の上下端は、シワ部支持台２１０ａ１、２１０ｂ１、２２０ａ１、２２０ｂ１にそれぞれ挿入結合して平面部２１０、２２０に固定および支持できる。

上述の内容以外の構成は、前述の本発明の第１実施形態と同一である。

以下、図７を参照して本発明の第４実施形態による電池モジュールについて説明する。

図７は、本発明の第４実施形態による、曲面部がフレーム部材の水平断面上でフレーム部材の内側方向に曲がるように形成された電池モジュールを示す斜視図である。

図７を参照すれば、本発明の第４実施形態による電池モジュールは、フレーム部材２００’の曲面部２３０’、２４０’がフレーム部材２００’の水平断面上でフレーム部材２００’の内側方向に曲がるように形成できる。より詳しくは、曲面部２３０’、２４０’は、図７の曲面部２３０’、２４０’をｘｙ平面に切断した時、曲面部２３０’、２４０’がｙ軸方向に曲がって見えるように形成できる。

曲面部２３０’、２４０’が水平断面上で曲がることによって、平面部２１０’、２２０’の両側端の角は曲面部２３０’、２４０’の上下端の角と対応するように腰部が凹形状に形成できる。

上述の内容以外の構成は、前述の本発明の第１実施形態と同一である。

以下、図８を参照して本発明の第５実施形態による電池モジュールについて説明する。

図８は、本発明の第５実施形態による曲面部がフレーム部材の水平断面上でフレーム部材の内側方向に曲がるように形成され、シワ部が形成された電池モジュールを示す斜視図である。

図８を参照すれば、本発明の第５実施形態による電池モジュールは、曲面部２３０’、２４０’がフレーム部材２００’の水平断面上でフレーム部材２００’の内側方向に曲がって形成され、曲面部２３０’、２４０’の上下端には曲面部２３０’、２４０’の長さ方向に弾性変形可能なシワ部２１０’ａ、２１０’ｂ、２２０’ａ、２２０’ｂがそれぞれ形成できる。

このように曲面部２３０’、２４０’にシワ部２１０’ａ、２１０’ｂ、２２０’ａ、２２０’ｂが形成されることによって、曲面部２３０’、２４０’の弾性変形範囲が増え、組立公差およびスウェリング時、より柔軟に対処できる。シワ部２１０’ａ、２１０’ｂ、２２０’ａ、２２０’ｂは伸縮性に優れた材質から形成できる。

シワ部２１０’ａ、２１０’ｂ、２２０’ａ、２２０’ｂのうちの二つのシワ部２１０’ａ、２２０’ａは一側曲面部２３０’の上下端に、他の二つのシワ部２１０’ｂ、２２０’ｂは他側曲面部２４０’の上下端にそれぞれ形成できる。

上述の内容以外の構成は、前述の本発明の第１、３、４実施形態と同一である。

前述の電池モジュールは電池パックに含まれてもよい。電池パックは、本実施形態による電池モジュールを一つ以上集めて電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）と冷却装置などを追加してパッキングした構造であってもよい。

前記電池パックは多様なデバイスに適用できる。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できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールを使用することができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。

以上では本発明の好ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述の特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であるのはもちろん、このような変形実施は本発明の技術的な思想や展望から個別的に理解されてはならない。

１０：電池セル
２０：フレーム
１００：電池セル
２００（２００’）：フレーム部材
２１０、２２０（２１０’、２２０’）：平面部
２３０、２４０（２３０’、２４０’）：曲面部（弾性部材）
２１１、２１２、２２１、２２２：係止顎部
２１０ａ、２１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ（２１０’ａ、２１０’ｂ、２２０’ａ、２２０’ｂ）：シワ部
２１０ａ１、２１０ｂ１、２２０ａ１、２２０ｂ１：シワ部支持台
２１１ａ、２１２ａ、２２１ａ、２１２ａ：曲面部固定材
２１１，２１２，２２１，２２２：係止顎部

Claims (11)

1. 複数の電池セルが積層されている電池セル積層体；および
   前記電池セル積層体が内部に挿入されているフレーム部材を含み、
   前記フレーム部材は、
   前記電池セル積層体の上下面をカバーする平面部；および
   前記電池セル積層体の両側面をカバーする曲面部を含み、
   前記曲面部は前記電池セル積層体の積層方向に沿って位置する前記フレーム部材の両側面に形成され、前記曲面部は前記電池セル積層体を支持しており、
   前記曲面部は、前記複数の電池セルの積層方向に弾性力が作用する弾性部材から形成され、
   前記弾性部材の上下端にはそれぞれ、複数のシワからなる弾性変形可能なシワ部が形成され、前記シワ部は前記平面部と連結される電池モジュール。
2. 前記曲面部は、前記フレーム部材の垂直断面上で前記フレーム部材の内側方向に曲がるように形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記弾性部材は、板スプリングから形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記平面部の両端には、前記弾性部材が係止結合される係止顎部が形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
5. 前記曲面部と前記係止顎部を固定する曲面部固定材をさらに含む、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記フレーム部材の両側で前記シワ部を支持するシワ部支持台をさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
7. 前記シワ部は、前記弾性部材の長さ方向に沿って弾性変形される、請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記曲面部は、前記フレーム部材の水平断面上で前記フレーム部材の内側方向に曲がるように形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
9. 前記平面部の両側端の角は、前記曲面部の上下端の角と対応するように形成された、請求項８に記載の電池モジュール。
10. 請求項１から９の何れか一項による電池モジュールを含む、電池パック。
11. 前記シワ部が形成された前記弾性部材の上下端は、前記シワ部支持台に挿入結合される、請求項６に記載の電池モジュール。

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