JP7206000B2 - 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７月１９日付韓国特許出願第１０－２０１９－００８７９０８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全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、レーザの透過を防止す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やさ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ことにつれて、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。

このような一つの電池モジュール内部を保護するフレームを構成することにおいて、部品の品質が向上され、空間活用が増大され、サーマルレジンの使用量が減少できるＵ－フレーム構造で形成された電池モジュールが研究された。

このようなＵ－フレーム構造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積層体、底面および両側面から形成されて電池セル積層体の下部面および両側面をカバーするＵ字型構造の下部フレーム、電池セル積層体の上部面をカバーする上部フレームを含んで構成される。

図１は、従来電池モジュールの上下部フレーム接触部の構造を示す断面図である。

図１を参照すれば、従来の電池モジュールは、電池セル１０積層体、底面および両側面から形成されて電池セル積層体の下部面および両側面をカバーする下部フレーム２０、電池セル積層体の上部面をカバーする上部フレーム３０、および最外郭電池セルと下部フレーム２０の間に形成されたパッド１１から形成された。

この時、下部フレーム２０と上部フレーム３０は溶接によって接合することになり、図１のＡ部分拡大図に示されているように、溶接時に下部フレーム２０と上部フレーム３０の間にレーザが透過することがあり、フレーム２０、３０内部にレーザが透過する場合、透過したレーザによってフレーム内部の電池セル１０が損傷する恐れがある。

本発明の解決しようとする課題は、フレーム間の溶接時、溶接区間を通じてレーザビームがフレーム内部に透過しないようにするレーザビーム透過防止構造を含む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、言及されていないまた他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解できるはずである。

上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およびこれを含む電池パックは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、底面および両側面から形成されて前記電池セル積層体の下部面および両側面をカバーする下部フレーム、前記電池セル積層体の上部面をカバーする上部フレーム、および前記電池セル積層体の最外郭電池セルと前記下部フレームの両側面との間に位置するパッドと対応するように前記上部フレームから突出形成されたリブを含み、前記リブは前記上部フレームと前記下部フレームの間に透過するレーザを遮断する。

前記下部フレームの両側面上部角と前記上部フレームの下面とは溶接で結合できる。

前記リブは、前記上部フレームを押出して形成できる。

前記リブは、別途に加工され前記上部フレームに付着できる。

前記上部フレームから突出した前記リブの高さは１．５ｍｍ以上で形成できる。

前記下部フレームは、前記リブが挿入されるリブ挿入部をさらに含むことができる。

前記リブ挿入部は、前記電池セル積層体と離隔されるように形成できる。

前記リブの側面にはリブ溝が形成され、前記リブ挿入部には前記リブ溝に挿入されるリブ溝係止部が形成され、前記リブ溝係止部は前記リブ溝に係止結合できる。

前記リブ溝は前記電池セル積層体が位置した方向に形成され、前記リブ溝係止部は前記リブ溝に係止結合できる。

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、上部フレームの下側に突出形成されたリブによって、上部フレームと下部フレーム間の溶接時に上下部フレームの間に透過するレーザを遮断させて、レーザによる電池セルの損傷を未然に防止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できるはずである。

従来電池モジュールの上下部フレーム接触部の構造を示す断面図である。 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。 本発明の一実施形態による上部フレームに形成されたリブを示した図である。 本発明の一実施形態によるリブの位置および効果を示した図である。 本発明の他の実施形態による上下部フレームの連結構造を示した図である。 本発明の他の実施形態による上下部フレームの連結構造を示した図である。

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って、本発明はここで説明される実施形態と異なるように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、関連する公知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、添付した図面は発明の理解を助けるために実際縮尺のとおり示されたのではなく、一部構成要素の寸法が誇張されるように示されることがある。

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“を含む”、“からなる”または“から構成される”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ものであって、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２～図４を参照して本発明の一実施形態による電池モジュールについて説明する。

図２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る。図３は、本発明の一実施形態による上部フレームに形成されたリブを示した図である。図４は、本発明の一実施形態によるリブの位置および効果を示した図である。

図２～図４を参照すれば、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１００が積層されている電池セル積層体、底面および両側面のＵ字型構造で形成され電池セル積層体の下部面および両側面をカバーする下部フレーム２００、電池セル積層体の上部面をカバーする上部フレーム３００、電池セル積層体の最外郭電池セルと下部フレームの両側面との間に位置するパッド１１０、上記パッド１１０と対応するように上部フレーム３００から突出形成されたリブ３１０を含む。

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。

電池セル積層体は、下部面および両側面をカバーする下部フレーム２００および上部面をカバーする上部フレーム３００で囲まれて形成される。この時、下部フレーム２００上に電池セル積層体が挿入され、その後、上部フレーム３００によって電池セル積層体の上側面をカバーする方法で電池セル積層体がフレーム内部に装着できる。

下部フレーム２００および上部フレーム３００は互いに結合されてフレーム内部に位置した電池セル積層体を収容する。この時、二つのフレームは溶接によって結合できる。より詳しくは、下部フレーム２００の両側面上部角と上部フレーム３００の両側下面が溶接によって結合することができる。

電池セル積層体の前後面にはそれぞれバスバーフレームが形成される。バスバーフレームはバスバーおよびセル連結ボードを含み、複数の電池セル１００の電極リードを電気的に連結することができるように電池セル積層体の前後面をカバーして形成できる。バスバーフレームにはそれぞれエンドプレートが装着できる。エンドプレートは外部の衝撃からバスバーフレームに備えられた様々な電装品を保護し、同時にバスバーフレームと外部電源間の電気的連結を案内することができる。エンドプレートとバスバーフレームの間には絶縁部材が挿入され、バスバーフレームと外部との電気的連結を遮断することができる。バスバーフレームの間には軟性回路基板が備えられて、電池セル積層体前後面のバスバーフレームを電気的に連結することができる。

リブ３１０は上部フレーム３００の下面に形成される。より詳しくは、リブ３１０は、電池セル積層体の最外郭電池セルと下部フレーム２００の両側面との間に位置するパッド１１０と対応する上部フレーム３００の下面で下側に突出形成できる。したがって、リブ３１０は、上部フレーム３００の下面両側にそれぞれ形成できる。

リブ３１０は、上部フレーム３００と下部フレーム２００の接合部をフレーム内側でカバーするように突出形成できる。したがって、上部フレーム３００と下部フレーム２００を溶接する時、リブ３１０は上部フレーム３００と下部フレーム２００の間に透過することがあるレーザビームが内部に入らないように遮断することができる。

本発明の一実施形態によれば、リブ３１０の突出高さは最小１．５ｍｍ以上で形成される。リブの突出高さが過度に低い時にはレーザビームが下側に透過することがあるので、レーザビームが透過しない最小限のリブ突出高さを設定して接合部を通じて透過されるレーザビームを遮断することができる。

リブ３１０は、上部フレーム３００を押出して形成できる。また、リブ３１０は、別途に加工された後、上部フレーム３００に付着することもできる。リブの形成方法はこれに限定されず、多様な製造方法によってリブを形成することができる。

以下、図５を参照して本発明の他の実施形態によるリブおよび周辺構造を説明する。

図５は、本発明の他の実施形態による上下部フレームの連結構造を示した図である。

図５を参照すれば、本発明の他の実施形態による上下部フレームの連結構造は、下部フレーム２００にリブ挿入部２１０が形成され、リブ３１０がリブ挿入部２１０に挿入結合できる。

下部フレーム２００の場合、下面および両側面のＵ字型構造で形成され、下部フレーム２００の両側面上端部分は、下部フレーム２００に収容された複数の電池セル１００にスウェリング現象およびパッドの弾性力などによってモジュールの外側方向に力を受けることができる。これは上部フレーム３００との溶接接合部分で外側方向に力を受けて、下部フレーム２００が上部フレーム３００から離脱する方向に力が作用する結果になるので、溶接以外に追加的な支持方案が必要なことがある。

よって、本発明の他の実施形態によれば、下部フレーム２００にリブ挿入部２１０が形成され、リブ３１０がリブ挿入部２１０に挿入されて、下部フレーム２００と上部フレーム３００間の溶接接合以外にも、上部フレーム３００に形成されたリブ３１０によって固定されるリブ挿入部２１０によって２次的に下部フレーム２００の離脱を防止することができる。

以下、図６を参照して、本発明の他の実施形態によるリブおよび周辺構造を説明する。

図６は、本発明の他の実施形態による上下部フレームの連結構造を示した図である。

図６を参照すれば、本発明の他の実施形態による上下部フレームの連結構造は、リブ３１０にリブ溝３１１が形成され、リブ挿入部２１０にリブ溝係止部２１１が形成され、リブ溝係止部２１１はリブ溝３１１に係止結合されて、これによってリブ３１０およびリブ挿入部２１０間の結束をさらに強化することができる。

先に説明した電池モジュールは電池パックに含まれ得る。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。

上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せずに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であり、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はずである。

１００：電池セル
１１０：パッド
２００：下部フレーム
２１０：リブ挿入部
２１１：リブ溝係止部
３００：上部フレーム
３１０：リブ
３１１：リブ溝

Claims (10)

1. 複数の電池セルが積層されている電池セル積層体；
   底面および両側面から形成されて前記電池セル積層体の下部面および両側面をカバーする下部フレーム；
   前記電池セル積層体の上部面をカバーする上部フレーム；および
   前記電池セル積層体の最外郭電池セルと前記下部フレームの両側面との間に位置するパッドと水平方向位置が重なるように前記上部フレームから突出形成されたリブを含み、
   前記下部フレームと前記上部フレームとは溶接で結合され、
   前記リブは、前記下部フレームと前記上部フレームとの接合部をフレーム内側でカバーするように突出形成される、電池モジュール。
2. 前記下部フレームの両側面上部角と前記上部フレームの下面とは溶接で結合される、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記リブは、前記上部フレームと一体に形成されている、請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 前記リブは、前記上部フレームとは別部材として前記上部フレームに付着されている、請求項１または２に記載の電池モジュール。
5. 前記上部フレームから突出した前記リブの高さは１．５ｍｍ以上で形成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
6. 前記下部フレームは、前記リブが挿入されるリブ挿入部をさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
7. 前記リブ挿入部は、前記電池セル積層体と離隔されるように形成される、請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記リブの側面にはリブ溝が形成され、前記リブ挿入部には前記リブ溝に挿入されるリブ溝係止部が形成され、前記リブ溝係止部は前記リブ溝に係止結合される、請求項６または７に記載の電池モジュール。
9. 前記リブ溝は前記電池セル積層体が位置した方向に形成され、前記リブ溝係止部は前記リブ溝に係止結合される、請求項８に記載の電池モジュール。
10. 請求項１～９のいずれか一項による電池モジュールを含む電池パック。

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