JP7246812B2 - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

Description

関連出願との相互参照

本出願は、２０１９年６月２５日付の韓国特許出願第１０－２０１９－００７５８２８号に基づく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し、より具体的には、電池モジュールの大きさを縮小し、電池セル積層体の構成が変更されても、部品構成の変更なく容易に適用可能な電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関する。

製品群による適用の容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、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低減できるという一次的な利点だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で環境にやさしくかつエネルギーの効率性アップのための新たなエネルギー源として注目されている。

小型モバイル機器にはデバイス１台あたり１、２、３、または４つの電池セルが用いられるのに対し、自動車などのような中大型デバイスには高出力大容量が必要である。したがって、複数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが用いられる。

一方、近年、エネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量構造への必要性が高まるにつれ、複数の二次電池が直列および／または並列に連結された複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。

電池モジュールにおいて電池セル積層体とバスバーとを連結する時、電池セル積層体に含まれている電池セルの個数に応じて電池セルの電極リードとバスバーとが連結される位置が異なり、これにより、電極リードの長さが過度に長くなりうる。また、電極リードの長さが長くならない範囲でバスバーと連結するためにバスバーの個数を調整する場合、バスバーが結合されるバスバーフレームの構成を、バスバーの個数が変更されるたびに併せて変更しなければならないという煩わしさが存在していた。したがって、電極リードの長さが長くならないようにしながらも、電池セルの個数変更に対応して容易に構造変更が可能となるようにバスバーおよびバスバーフレームの構成を設計する必要があった。

本発明が解決しようとする課題は、電極リードの長さが長くならないようにしながらも、電池セルの個数変更に対応して容易に構造変更が可能なバスバーおよびバスバーフレームを含む電池モジュールおよび電池パックを提供することである。

しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張可能である。

本発明の一実施例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と、前記電池セル積層体の前後面に形成されたバスバーフレームと、前記電池セル積層体を基準として前記バスバーフレームの外側に形成され、外部の電源と電気的に連結される複数のバスバーとを含む電池モジュールであって、前記バスバーフレームは、前記バスバーフレームから突出して前記バスバーの端部を覆うように形成された複数の固定部を含む。

前記バスバーは、一端が開放されたスリットを含む平板形態であってもよい。

前記固定部は、前記バスバーの長手方向である第１方向の両端部を覆うように形成される。

前記固定部は、前記バスバー側に突出したフックを含み、前記バスバーの両端部には、前記フックと締結される溝部を含むことができる。

前記固定部は、前記バスバーフレームから前記バスバーに向かって突出したホルダを含むことができる。

前記ホルダは、前記バスバーフレームの下面から突出した２つのクランプ部を含み、前記２つのクランプ部のそれぞれの端部には、互いに向かい合うように形成された傾斜面を含むことができる。

前記複数の電池セルは、それぞれ、前記バスバーフレームに向かって突出した電極リードを含み、前記電極リードのうち互いに隣り合う電池セルから突出した２つの電極リードは、前記バスバーのスリットまたは前記複数のバスバーの間を通過して前記バスバーの一面で重なる。

前記電極リードと前記バスバーとの重なる部分に溶接部が形成される。

前記複数の電池セルは、それぞれ、前記バスバーフレームに向かって突出した電極リードを含み、前記バスバーの長手方向である第１方向に沿った前記電極リードの幅は、前記スリットの長さと等しいか、小さくてよい。

前記固定部のうち隣り合う固定部間の間隔は、前記スリットの幅より大きく、前記バスバーの幅より小さくてよい。

本発明の他の実施例による電池パックは、前記少なくとも１つの電池モジュールと、前記少なくとも１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とを含むことができる。

本発明の他の実施例によるデバイスは、前記少なくとも１つの電池パックを含むことができる。

実施例によれば、バスバーの一端部が開放された形態のスリットを含むとともに、バスバーフレームにバスバーの端部を覆う固定部を含むことによって、電池セルの個数が変更されても、電極リードの長さが長くならないながらもバスバーフレームの構造変更なくバスバーと容易に連結させることが可能な電池モジュールを実現することができる。

本発明の一実施例による電池モジュールを示す正面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ’に沿った断面を示す図である。 図１の電池モジュールに含まれている電池セルの斜視図である。 本発明の一実施例による電池モジュールにおいて他の実施態様を示す図である。 図１のＡ部分の一実施例による拡大断面図である。 図１のＡ部分の他の実施例による拡大断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、本発明の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しく説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示のところに限定されない。図面において、様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」または「上部」にあるとする時、これは、他の部分の「直上」にある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上」にあるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。さらに、基準となる部分の「上」または「上部」にあるというのは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の反対方向に向かって「上」または「上部」に位置することを意味するものではない。

また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは対象部分を上からみた時を意味し、「断面上」とする時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横からみた時を意味する。

以下、図１～３を参照して、本発明の一実施例による電池モジュールについて説明する。

図１は、本発明の一実施例による電池モジュールを示す正面図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ’に沿った断面を示す図であり、図３は、図１の電池モジュールに含まれている電池セルの斜視図である。

図１および図２を参照すれば、本実施例による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０と、電池セル積層体１２０の両端からそれぞれ突出した電極リード１５０と、バスバーフレーム２００と、バスバー２５０とを含むことができる。バスバーフレーム２００は、リードスリットを含み、前記リードスリットは、バスバー２５０に形成されたスリット２５１に対応するように整列され、電極リード１５０は、バスバー２５０と電気的に連結可能である。本実施例によるバスバー２５０は、金属物質からなってもよい。

以下、図３を参照して、１つの電池セル１１０の構成について説明する。

電池セル１１０は二次電池であって、パウチ型二次電池から構成される。このような電池セル１１０は複数構成され、複数の電池セル１１０は、電気的に相互連結可能なように相互積層されて電池セル積層体１２０を形成することができる。このような複数の電池セル１１０はそれぞれ、電極組立体１２５と、セルケース１３３と、電極組立体１２５から突出した電極リード１５０とを含むことができる。

電極組立体１２５は、正極板、負極板およびセパレータなどから構成される。セルケース１３３は、電極組立体１２５をパッケージングするためのもので、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなってもよい。このようなセルケース１３３は、ケース本体１３２と、セルテラス１３０とを含むことができる。ケース本体１３２は、電極組立体１２５を収容することができる。このために、ケース本体１３２には、電極組立体１２５を収容可能な収容空間が設けられている。セルテラス１３０は、ケース本体１３２から延び、電極組立体１２５を密封できるようにシーリングされる。このようなセルテラス１３０の一側、具体的には、セルテラス１３０の前方（ｙ軸方向）には電極リード１５０が一部突出できる。

電極リード１５０は、電極組立体１２５と電気的に連結可能である。このような電極リード１５０は、一対で備えられる。一対の電極リード１５０の一部はそれぞれ、セルケース１３３の前方および後方（ｙ軸方向）からセルテラス１３０の外部に突出できる。上述した電池セル１１０の構成は一例であり、電池セル積層体１２０を構成するための電池セル１１０の形態は多様に変形可能である。

図１を参照すれば、本実施例によるバスバー２５０は、電極リード１５０が通過可能なスリット２５１を含む。この時、スリット２５１は、バスバー２５０の一端部で開口している。つまり、バスバー２５０は、一端部が開放されたスリット２５１を含む平板形態であってもよい。このような構造により、電極リード１５０がスリット２５１を通過してバスバー２５０の一面と重なるようにする過程で、電極リード１５０をスリット２５１の大きさによる干渉なく組立てることが可能である。電極リード１５０の幅（ｚ軸方向）は、スリット２５１の長さと等しいか、小さく形成される。

一方、このように一端部が開放されたスリット２５１を含むバスバー２５０を採用することによって、電池セル積層体１２０に含まれている電池セル１１０の個数が変更されても、電極リード１５０の長さ（ｙ軸方向）を過度に長くしないながらも容易にバスバー２５０と結合することができる。

例えば、図２の場合、電池セル積層体１２０が８個の電池セル１１０を２セット含むケースであり、図４の場合、電池セル積層体１２０が１０個の電池セル１１０を２セット含むケースを示したものである。従来の平板状バスバー（スリットを含まないバスバー）を適用する場合、図２のように、隣り合う一対の電極リード１５０がバスバーの間を通過するように挿入した後、バスバーと電極リード１５０とを溶接して構成し、この時、電池セル１１０の個数が図４のように増加する場合に適用するためには、依然としてバスバーの間にのみ電極リード１５０が通過するため、バスバーの間にまで電極リード１５０を到達させるために電極リード１５０の長さが長くなるほかなかった。

これに対し、本実施例のように、一端部が開放されたスリット２５１を含むバスバー２５０を用いる場合、図４の（Ｂ）に示されているように、隣り合う一対の電極リード１５０が、バスバー２５０の間のみならず、バスバー２５０に形成されたスリット２５１を通過することも可能なため、隣り合う一対の電極リード１５０の位置と近く位置するどこでも通過可能であり、よって、電極リード１５０の過度の延長なく電極リード１５０とバスバー２５０とを結合することができる。隣り合う一対の電極リード１５０は、このようにバスバー２５０のスリット２５１または隣り合うバスバー２５０間の空間を通過してバスバー２５０の一面で重なり、電極リード１５０とバスバー２５０との重なる部分に溶接部を形成して、電極リード１５０とバスバー２５０とを電気的に連結することができる。

この過程で、必要に応じてバスバー２５０の個数を調整する必要があるが、本実施例によれば、バスバー２５０の個数を調整しても、バスバー２５０が固定されるバスバーフレーム２００の構成は変更せずにバスバー２５０の個数を調整することが可能である。

つまり、本実施例によれば、図１に示されているように、バスバーフレーム２００は、バスバーフレーム２００から突出してバスバー２５０の端部を覆うように形成された複数の固定部２１０を含む。固定部２１０は、バスバーフレーム２００の下端または上端（ｚ軸方向）から外側に突出した部分から延びてバスバー２５０の端部を覆うように形成される。バスバー２５０の下端を覆う固定部２１０は、バスバーフレーム２００の下端から外側に突出した部分からバスバー２５０に向かって上方（ｚ軸方向）に突出することでバスバー２５０の下端を覆う。バスバー２５０の上端を覆う固定部２１０は、バスバーフレーム２００の上端から外側に突出した部分からバスバー２５０に向かって下方（ｚ軸方向）に突出することでバスバー２５０の上端を覆う。

このような固定部２１０によって、バスバー２５０の個数が変更されても、バスバーフレーム２００に形成された固定部２１０の変更なく、バスバー２５０の装着位置だけを変更して適用することが可能である。従来は、バスバー２５０に穴を形成し、当該穴をバスバーフレーム２００の射出物が充填されるように形成することによって、バスバー２５０をバスバーフレーム２００に固定していた。このような構成によれば、バスバーフレーム２００の射出物が突出している位置が定められているため、バスバー２５０は定められた位置にのみ装着可能であり、よって、バスバー２５０の個数および装着位置などを変更するためには、バスバーフレーム２００の形態自体を変更しなければならなかった。

これに対し、本実施例によれば、複数の固定部２１０によってバスバー２５０が固定されるため、バスバー２５０の脱着、装着が容易であり、よって、必要に応じてバスバー２５０の個数および位置を容易に変更することができる。例えば、同一の構成のバスバーフレーム２００を採用している図１および図４の（Ａ）を比較すれば、固定された状態の固定部２１０に対して、バスバー２５０の装着位置を異ならせることが可能なため、図１のように４つのバスバー２５０を装着することもでき、バスバー２５０間の間隔を狭めて、図４の（Ａ）のように５つのバスバー２５０を装着することもできるのである。

このような構成において、隣り合う固定部２１０間の間隔は、バスバー２５０に含まれているスリット２５１の幅より大きく、バスバー２５０の幅より小さくてよい。固定部２１０の間隔をこのように調整することによって、バスバー２５０の個数および位置に関係なく、固定部２１０を用いてバスバー２５０をバスバーフレーム２００に容易に装着することができる。

図５および図６を参照して、本発明の一実施例および他の実施例による固定部２１０の具体的な構成について説明する。

図５および図６は、図１のＡ部分の拡大断面図であって、それぞれ一実施例および他の実施例による固定部２１０およびこれに結合されたバスバー２５０の構成を示す。

図５に示しているように、本発明の一実施例による固定部２１０は、バスバー２５０側に突出したフック２１１を含む。つまり、一実施例において、固定部２１０とバスバー２５０との結合は、スナップフィット結合によって行われる。このために、バスバー２５０は、フック２１１が結合できるように、フック２１１に対応する位置に内側に陥没した溝部２５２を含む。本実施例では、フック２１１と結合する構成として溝部２５２を例示したが、これに限定されず、フック２１１と結合可能なホールであってもよい。このように、固定部２１０に含まれているフック２１１と、バスバー２５０に含まれている溝部２５２との結合および脱着によって、バスバー２５０をバスバーフレーム２００に容易に装着および脱着することができる。

また、図６に示しているように、本発明の他の実施例による固定部２１０は、バスバーフレーム２００からバスバー２５０に向かって突出した一対のクランプ部２１２からなるホルダであってもよい。クランプ部２１２の端部には、互いに向かい合うように形成された傾斜面２１２１を含むことができる。バスバー２５０が装着されていない時には、互いに向かい合う傾斜面２１２１間の距離が狭くなっており、バスバー２５０を傾斜面２１２１の間に挿入することによってバスバー２５０を装着する時に、クランプ部２１２間の空間が広くなってバスバー２５０が挿入および固定される。バスバーフレーム２００は、射出成形体で形成され、クランプ部２１２は、このような射出成形体の一部で形成されることから、バスバー２５０が嵌合される外力によってクランプ部２１２の間が広がり、その状態で元の状態に戻ろうとする弾性によってバスバー２５０が固定される。本実施形態によれば、バスバー２５０に別途の固定のための構成をさらに形成しなくても、バスバーフレーム２００に装着することが可能になるので、より多様な形態のバスバー２５０を位置、大きさ、および個数の制限なく装着することが可能である。

一方、本発明の実施例による電池モジュールは、１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これを含む電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。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可能であるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを使用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、本発明の好ましい実施例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、以下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本発明の権利範囲に属する。

１００：電池モジュール
１５０：電極リード
２００：バスバーフレーム
２１０：固定部
２５０：バスバー
２５１：スリット

Claims (11)

1. 複数の電池セルが左右方向に積層されている電池セル積層体と、
   前記電池セル積層体の前後面に形成されたバスバーフレームと、
   前記バスバーフレームに対して前記電池セル積層体とは反対側に形成され、外部の電源と電気的に連結される複数のバスバーとを含む電池モジュールであって、
   前記バスバーフレームは、前記バスバーフレームから突出して前記バスバーの端部を覆うように形成された複数の固定部を含み、
   前記固定部は、前記バスバー側に突出したフックを含み、
   前記バスバーの両端部には、前記フックと締結される溝部を含む、電池モジュール。
2. 前記バスバーは、一端が開放されたスリットを含む平板形態である、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記固定部は、前記バスバーの上下方向の両端部を覆うように形成される、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 複数の電池セルが左右方向に積層されている電池セル積層体と、
   前記電池セル積層体の前後面に形成されたバスバーフレームと、
   前記バスバーフレームに対して前記電池セル積層体とは反対側に形成され、外部の電源と電気的に連結される複数のバスバーとを含む電池モジュールであって、
   前記バスバーフレームは、前記バスバーフレームから突出して前記バスバーの端部を覆うように形成された複数の固定部を含み、
   前記固定部は、前記バスバーフレームから前記バスバーに向かって突出したホルダを含み、前記ホルダは、前記バスバーフレームの下面から突出した２つのクランプ部を含む、電池モジュール。
5. 前記２つのクランプ部のそれぞれの端部には、互いに向かい合うように形成された傾斜面を含む、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記複数の電池セルは、それぞれ、前記バスバーフレームに向かって突出した電極リードを含み、
   前記電極リードのうち互いに隣り合う電池セルから突出した２つの電極リードは、前記バスバーのスリットまたは前記複数のバスバーの間を通過して前記バスバーの一面で重なる、請求項２に記載の電池モジュール。
7. 前記電極リードと前記バスバーとの重なる部分に溶接部が形成される、請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記複数の電池セルは、それぞれ、前記バスバーフレームに向かって突出した電極リードを含み、
   前記バスバーの長手方向である第１方向に沿った前記電極リードの幅は、前記スリットの長さと等しいか、小さい、請求項２に記載の電池モジュール。
9. 前記固定部のうち隣り合う固定部間の間隔は、前記スリットの幅より大きく、前記バスバーの幅より小さい、請求項２及び請求項６から８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの電池モジュールと、
    前記少なくとも１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と
    を含む電池パック。
11. 請求項１０に記載の少なくとも１つの電池パックを含むデバイス。

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