JP7142765B2 - 長さが延びた絶縁パッドを備えるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

Description

本発明は、長さが延びた絶縁パッドを備えるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より具体的には、セル積層体の外側面とサイドプレートとの間に介在される絶縁パッドの長さが延びてバスバーフレームとサイドプレートとの間にも絶縁パッドが介在された構造を有するバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。

本出願は、２０１９年３月１９日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００３１３３３号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

図１及び図２を参照すると、バッテリーモジュールを構成するメインハウジング２が四枚のプレートからなる４－プレート構造が適用されるバッテリーモジュールにおいて、メインハウジング２内に収容される複数のバッテリーセル１としては通常パウチ型バッテリーセルが適用される。

パウチ型バッテリーセル１は、軟質の特性を有し、このような特性のため、バッテリーセル１の保管中に重力によって電解液が下側に集まってバッテリーセル１の下方の厚さが相対的に厚くなる現象が生じ得る。

このようにバッテリーセル１の下方がより厚くなると、サイドプレート３でセル積層体を押し付けるとき、サイドプレート３が傾き得る。サイドプレート３が傾いた状態で押し付けられると、セル積層体を構成するそれぞれのバッテリーセル１の位置が当初の設計から変わり、この場合、セル積層体の前面と後面にそれぞれ結合されるバスバーフレームとの位置関係も設計通りにならないおそれがある。

これは、バスバーフレームに備えられたバスバーとバッテリーセルの電極リードとの間の溶接部位に疲労度を累積させて溶接部位の破損をもたらし、バッテリーモジュールの製品不良を引き起こし得る。

勿論、セル積層体がメインハウジング２内に挿入されるときバスバーフレームも共に挿入されるため、樹脂材質のバスバーフレームがサイドプレート３の傾きをある程度防止可能である。また、セル積層体とサイドプレート３との間には弾性を有する材質からなる絶縁パッド４が挿入されるため、サイドプレート３の傾きをある程度防止可能である。

しかし、バスバーフレームとサイドプレート３との間にも設計公差による間隔が生じ得るため、サイドプレート３を用いてセル積層体の側面を押し付けるとき、サイドプレート３が傾くことを十分に防止することはできない。

したがって、従来のバッテリーモジュールの構造を大きく変化させないながらも、サイドプレート３の傾き抑制のための構造を有するバッテリーモジュールの開発が求められている。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、サイドプレートを用いたセル積層体の押し付け時にサイドプレートの傾きを抑制することで、セル積層体が両側方から水平に押し付けられるようにすることを目的とする。

本発明が解決しようとする技術的課題は上記の課題に制限されず、その他の課題は下記の発明の説明から当業者に明確に理解できるであろう。

本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルが積層されたセル積層体と、セル積層体の長手方向の一側及び他側を覆う一対のバスバーフレームと、バスバーフレームが外側に露出するようにセル積層体とバスバーフレームとの結合体を収容するハウジングと、セル積層体の側面とハウジングの内側面との間及びバスバーフレームの側面とハウジングの内側面との間に介在される絶縁パッドと、を含む。

ハウジングは、セル積層体の上部を覆う上部ハウジングと、セル積層体の下部を覆う下部ハウジングと、セル積層体の両側部を覆う一対のサイドプレートと、を含み得る。

上部ハウジングは、セル積層体の上面と対面する上部カバー部、及び上部カバー部の両側端部から垂直に折り曲げられてセル積層体の側面と対面する一対の上部固定部を含み、下部ハウジングは、セル積層体の下面と対面する下部カバー部、及び下部カバー部の両側端部から垂直に折り曲げられてセル積層体の側面と対面する一対の下部固定部を含み得る。

サイドプレートは、絶縁パッドと上部固定部との間及び絶縁パッドと下部固定部との間に介在され得る。

セル積層体は、両側方が押し付けられた状態でハウジング内に挿入され、絶縁パッドは、セル積層体の押し付けに伴う弾性復元力によってサイドプレートを外側に押し返して上部固定部及び下部固定部に密着させ得る。

絶縁パッドは、セル積層体とサイドプレートとの間に介在されるセル支持部と、セル支持部から延びてバスバーフレームとサイドプレートとの間に介在されるフレーム支持部と、を含み得る。

バスバーフレームは、ハウジングの内側に挿入される挿入部を備え得る。

バスバーフレームの挿入部と絶縁パッドのフレーム支持部とが対向する面は、それぞれ絶縁パッドのセル支持部の延長方向と所定の角度を成すようにテーパー形状を有し得る。

一方、本発明の他の一態様によるバッテリーパック及び自動車は、本発明の一態様によるバッテリーモジュールを含む。

本発明の一態様によれば、サイドプレートを用いたセル積層体の押し付け時にサイドプレートの傾きを抑制することで、セル積層体を両側方から水平に押し付けることができる。

本明細書に添付される次の図面は、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

従来のバッテリーモジュールにおいて、サイドプレートを用いてセル積層体を押し付けるときに生じ得るサイドプレートの傾き現象を説明するための図である。 従来のバッテリーモジュールにおいて、サイドプレートを用いてセル積層体を押し付けるときに生じ得るサイドプレートの傾き現象を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを示した斜視図である。 本発明に適用されるセル積層体を示した斜視図である。 本発明に適用されるバッテリーセルを示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを示した正面図である。 図２に示されたバッテリーモジュールのＸ－Ｘ’線に沿った切断図である。 図２に示されたバッテリーモジュールのＹ－Ｙ’線に沿った切断図である。 図８のＡ領域の拡大図である。 図９に示されたバッテリーモジュールの他の実施形態を示した図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。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形態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形態に過ぎず、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３及び図４を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールは、セル積層体１００、絶縁パッド２００、バスバーフレーム３００及びハウジング４００を含む形態で具現される。

図４を参照すると、セル積層体１００は、互いに広い面同士が対面して積層された複数のバッテリーセル１１０を含む。セル積層体１００両側の最も外側には絶縁パッド２００が備えられる。すなわち、セル積層体１００はハウジング４００内に収容されるが、このとき、セル積層体１００の体積を最小にし且つ挿入し易くするため、スポンジなどのように弾性及び絶縁性を有する材質からなる絶縁パッド２００がセル積層体１００両側の最も外側に配置される。

また、絶縁パッド２００は、隣接したバッテリーセル１１０同士の間にも追加的に介在され得る。

バッテリーセル１１０としてはパウチ型バッテリーセルが適用され得る。図５を参照すると、パウチ型バッテリーセル１１０は電極組立体（図示せず）、一対の電極リード１１１及びセルケース１１２を含む。

図示されていないが、電極組立体は、交互に繰り返して積層された正極板と負極板との間にセパレータを介在した形態を有し、両側の最も外側には絶縁のためセパレータが位置することが望ましい。

正極板は、正極集電体及びその一面上にコーティングされる正極活物質層からなり、一端部には正極活物質がコーティングされない正極無地部領域が形成され、該正極無知部領域が正極タブとして機能する。

負極板は、負極集電体及びその一面または両面上にコーティングされる負極活物質層からなり、一端部には負極活物質がコーティングされない負極無知部領域が形成され、該負極無知部領域は負極タブとして機能する。

また、セパレータは、正極板と負極板との間に介在されて相異なる極性を有する電極板同士が直接接触することを防止するが、正極板と負極板との間で電解質を媒介体にしてイオンが移動できるように多孔性材質からなり得る。

一対の電極リード１１１は、それぞれ正極タブ（図示せず）及び負極タブ（図示せず）と連結されてセルケース１１２の外側に引き出される。一対の電極リード１１１は、バッテリーセル１１０の長手方向の一側及び他側にそれぞれ引き出される。すなわち、本発明に適用されるバッテリーセル１１０は、正極リード及び負極リードが互いに反対方向に引き出される両方向引き出し型バッテリーセルに該当する。

セルケース１１２は、電極組立体を収容する収容部１１２ａ、及び収容部１１２ａの周縁方向に延び、電極リード１１１が外部に引き出された状態で熱融着によってシーリングされてセルケース１１２を密封するシーリング部１１２ｂの二つの領域を含む。

図示していないが、セルケース１１２は、樹脂層／金属層／樹脂層が順に積層された多層のパウチフィルムからなる上部ケース及び下部ケースのそれぞれの周縁部分が当接して熱融着されることで密封される。

図３及び図４を再度参照すると、バスバーフレーム３００は、セル積層体１００の長手方向（図３及び図４において、Ｙ軸方向）の一側及び他側を覆う部品であって、セル積層体１００の長手方向の両側に延びる電極リード１１１をバッテリーモジュールの外側へと引き出すための複数のリードスリットＳを備える。

バスバーフレーム３００は、複数のバスバー３１０及び一対のモジュール端子３２０を備える。バスバー３１０は、バスバーフレーム３００の外側面上に載置され、リードスリットＳを通って外側に引き出された電極リードと溶接によって結合される。一つのバスバー３１０には異なるバッテリーセル１１０から引き出された一対の電極リード１１１が結合され得、これによってバッテリーセル１１０同士を電気的に接続することができる。

一対のモジュール端子３２０は、バッテリーモジュールの幅方向（図３において、Ｘ軸方向）の両端部にそれぞれ位置する。モジュール端子３２０は、セル積層体１００の最も外側に配置されるバッテリーセル１１０から引き出された電極リード１１１と溶接によって結合される。一対のモジュール端子３２０のうち一方は正極リードと連結され、他方は負極リードと連結される。

図３とともに図６及び図７を参照すると、ハウジング４００は、内部にセル積層体１００及び絶縁パッド２００を収容する部品であって、上部ハウジング４１０、下部ハウジング４２０及び一対のサイドプレート４３０を含む。

上部ハウジング４１０は、セル積層体１００の上面と対面する上部カバー部４１１、及び上部カバー部４１１の長手方向（図６及び図７において、Ｘ軸方向）の両側端部から略垂直方向に折り曲げられてセル積層体１００の側面と対面する一対の上部固定部４１２を含む。

下部ハウジング４２０は、セル積層体１００の下面と対面する下部カバー部４２１、及び下部カバー部４２１の長手方向（図６及び図７において、Ｘ軸方向）の両側端部から略垂直方向に折り曲げられてセル積層体１００の側面と対面する一対の下部固定部４２２を含む。

サイドプレート４３０は、絶縁パッド２００の外側を覆い、その長手方向（図６及び図７において、Ｚ軸方向）の一側は絶縁パッド２００と上部固定部４１２との間に介在され、その長手方向（（図６及び図７において、Ｚ軸方向）の他側は絶縁パッド２００と下部固定部４２２との間に介在される。

このようなハウジング４００の構造によって、セル積層体１００は、幅方向（図６及び図７において、Ｘ軸方向）の両側部が押し付けされた状態でハウジング４００内に挿入され、このとき、絶縁パッド２００はセル積層体１００に対する押し付けに伴う弾性復元力によってサイドプレート４３０を外側に押し返す。これによって、サイドプレート４３０が上部固定部４１２及び下部固定部４２２に密着するようになる。

上部ハウジング４１０とサイドプレート４３０とは、このようにサイドプレート４３０が上部固定部４１２に密着した状態で上部固定部４１２の外側面からの溶接作業によって相互結合され得る。

同様に、下部ハウジング４２０とサイドプレート４３０とは、このようにサイドプレート４３０が下部固定部４２２に密着した状態で下部固定部４２２の外側面からの溶接作業によって相互結合され得る。

次いで、図８及び図９を参照すると、絶縁パッド２００は、セル積層体１００の側面とハウジング４００の内側面との間に介在されるだけでなく、バスバーフレーム３００の側面とハウジング４００の内側面との間にも介在される。

すなわち、絶縁パッド２００は、セル積層体１００とサイドプレート４３０との間に介在されるセル支持部２１０、及びセル支持部２１０から延びてバスバーフレーム３００とサイドプレート４３０との間に介在されるフレーム支持部２２０を含む。

セル支持部２１０及びフレーム支持部２２０は、その位置によって異なる名称を付しただけであって、互いに連結されて一体の絶縁パッド２００を構成する。

フレーム支持部２２０は、このようにバスバーフレーム３００のうちハウジング４００の内側に挿入された部分に該当する挿入部３３０とサイドプレート４３０との間に弾性的に押し付けられた状態で介在されることで、セル積層体１００の形態が変形されても、それによってサイドプレート４３０が傾く現象を抑制することができる。

一方、バスバーフレーム３００は、セル積層体１００の幅方向の両側を絶縁パッド２００によって押し付けた状態でセル積層体１００と絶縁パッド２００をハウジング内に収容する工程、及び上部ハウジング４１０及び下部ハウジング４２０をサイドプレート４３０に溶接によって結合する工程の後、ハウジング４００内に挿入され得る。このような工程順序に従う場合、絶縁パッド２００のフレーム支持部２２０のため、バスバーフレーム３００の挿入部３３０をハウジング４００の内側に押し込み難いことがあり得る。

図１０を参照すると、フレーム支持部２２０は、挿入部３３０の挿入をより容易にするため、図９とは異なる形態を有し得る。図９に示されたバッテリーモジュールにおいて、バスバーフレーム３００の挿入部３３０と絶縁パッド２００のフレーム支持部２２０とが対向する面はそれぞれ絶縁パッド２００のセル支持部２１０の延長方向と平行な形態を有する。これと異なって、図１０に示されたバッテリーモジュールの場合、バスバーフレーム３００の挿入部３３０と絶縁パッド２００のフレーム支持部２２０とが対向する面は、それぞれ絶縁パッド２００のセル支持部２１０の延長方向と所定の角度を成すようにテーパー形状を有する。

本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールが図１０に示されたような構造を有する場合、バスバーフレーム３００を挿入するとき、挿入口の幅が広くなってより容易に挿入可能になる。

以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で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。

１ バッテリーセル
３ サイドプレート
４ 絶縁パッド
１００ セル積層体
１１０ バッテリーセル
２００ 絶縁パッド
２１０ セル支持部
２２０ フレーム支持部
３００ バスバーフレーム
３１０ バスバー
３３０ 挿入部
４００ ハウジング
４１０ 上部ハウジング
４１１ 上部カバー部
４１２ 上部固定部
４２０ 下部ハウジング
４２１ 下部カバー部
４２２ 下部固定部
４３０ サイドプレート

Claims (8)

1. 複数のバッテリーセルが積層されたセル積層体と、
   前記セル積層体の長手方向の一側及び他側を覆う一対のバスバーフレームと、
   前記バスバーフレームが外側に露出するように前記セル積層体と前記バスバーフレームとの結合体を収容するハウジングであって、前記複数のバッテリーセルの積層方向に垂直な前記セル積層体の両側部を覆う一対のサイドプレートを含むハウジングと、
   前記セル積層体と前記サイドプレートとの間に介在されるセル支持部と、前記セル支持部から延びて前記バスバーフレームのうち前記ハウジングの内側に挿入される挿入部と前記サイドプレートとの間に弾性的に押し付けられた状態で介在されるフレーム支持部と、を含む絶縁パッドと、
   を含む、バッテリーモジュール。
2. 前記ハウジングは、
   前記セル積層体の上部を覆う上部ハウジングと、
   前記セル積層体の下部を覆う下部ハウジングと、
   を更に含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記上部ハウジングは、前記セル積層体の上面と対面する上部カバー部、及び前記上部カバー部の両側端部から垂直に折り曲げられて前記セル積層体の側面と対面する一対の上部固定部を含み、
   前記下部ハウジングは、前記セル積層体の下面と対面する下部カバー部、及び前記下部カバー部の両側端部から垂直に折り曲げられて前記セル積層体の側面と対面する一対の下部固定部を含む、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記サイドプレートは、前記絶縁パッドと前記上部固定部との間及び前記絶縁パッドと前記下部固定部との間に介在される、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記セル積層体は、両側方が押し付けられた状態で前記ハウジング内に挿入され、
   前記絶縁パッドは、前記セル積層体の押し付けに伴う弾性復元力によって前記サイドプレートを外側に押し返して前記上部固定部及び前記下部固定部に密着させる、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記バスバーフレームの前記挿入部と前記絶縁パッドの前記フレーム支持部とが対向する面は、それぞれ前記絶縁パッドの前記セル支持部の延長方向と所定の角度を成すようにテーパー形状を有する、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
7. 請求項１から６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。
8. 請求項１から６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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