JP7282434B2 - 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１０－２０１９－００７５８２７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組み含まれる。

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、電池モジュールの大きさを縮小し、意図しない電気的連結による安定性問題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。

製品群による適用容易性が高く、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、電気的駆動源により駆動され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という一次的な長所だけでなく、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から、環境親和性およびエネルギー効率性の向上のための新しい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台当たり１個または２～４個の電池セルが使用されることに対し、自動車などのように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、多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使用される。

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に対する必要性が高まり、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。

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。

電池モジュールで電池セル積層体とバスバーを連結する時、バスバーの位置が電池モジュールの大きさに大きい影響を与え得る。したがって、バスバーの位置を最適化するためのセルリード溶接構造に対して改善が必要である。それだけでなく、従来の電池モジュールでは、セルテラスと電池セルの個数が増えれば、その分、電極リードの個数も増加し、電極リードとセルテラス形状がコンパクトになる場合が発生するため、隣接する電極リードとセルテラス縁とが接触して電池セルの寿命低下などの問題が発生することがある。

本発明が解決しようとする課題は、電極リードとバスバーの結合構造を変更してコンパクトな構造を有し、電気的安定性を向上させる電池モジュールおよび電池パック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、前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され得る。

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に連結されたバスバーフレーム、前記電池セル積層体に含まれている電池セルのうち、互いに隣接する電池セルからそれぞれ突出されたセルテラス、および前記セルテラスからそれぞれ突出され、同一の極性を有する複数の電極リードを含んでおり、前記セルテラスのうちの少なくとも一つは前記バスバーと接触するベンディング部を含む。

前記バスバーは、前記電池セル積層体と向き合う第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを含み、前記セルテラスは、前記第１面から前記バスバーに形成されたスロットを貫通し、前記スロットを貫通した前記セルテラスが前記第２面で折り曲げられて前記ベンディング部を形成することができる。

前記複数の電極リードは、前記バスバーの第２面で互いに重なり、前記電極リードと重なる前記バスバー部分に溶接部が形成され、前記溶接部と前記スロットとの間に前記ベンディング部が形成され得る。

前記複数の電池セルのそれぞれは、電極組立体、および前記電極組立体を収容するセルケースを含み、前記セルテラスは、前記セルケースから延長されて前記セルケースと一体に形成され得る。

前記バスバーは、金属で形成され得る。

前記バスバーは、絶縁部材で形成され得る。

前記バスバーには、前記セルテラスが通過するスロットが形成されており、前記スロットの周囲には、前記バスバーを覆う金属部材が形成され得る。

前記バスバーは、前記電池セル積層体と向き合う第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを含み、前記金属部材は、前記第２面に位置することができる。

前記金属部材は、前記バスバーに形成された陥没部に位置することができる。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前述した電池モジュールを含む。

実施形態によれば、バスバーに形成されたスロットをセルテラスが通過し、セルテラス端部が曲がって電極リードとバスバーが結合することによって電池モジュールの長さ方向の大きさを縮小して重量を減少させることができる。そのために、電池モジュールの単位体積当たりエネルギー密度を増加させることができる。

また、電極リードがこれに隣接するセルテラス縁に接触しないようにして、パウチ型セルケースの腐食とセルの寿命が低下される現象を防止する電池モジュールを実現することができる。

本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。 図１の電池モジュールに含まれている電池セルの斜視図である。 比較例による電池セル積層体とバスバーの連結関係を概略的に示す平面図である。 図１の電池モジュールで電池セル積層体とバスバーの連結関係を概略的に示す部分平面図である。 図４で電極リードとセルテラスの連結関係を拡大して示す図面である。 本発明の他の一実施形態によるバスバーを示す正面図である。 本発明の他の一実施形態によるバスバーを示すために図６の切断線Ａ－Ａに沿って切断した断面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の多様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することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に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。

本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、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した。

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ため、本発明が必ず図示されたところに限定されるのではない。図面において、複数の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」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には、中間にまた他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上」にあるということは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ず重力反対方向に向かって「上」に位置することを意味するのではない。

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」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

また、明細書全体において、「平面状」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面状」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。

図１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２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を参照すると、本実施形態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、電池セル積層体１２０の両端からそれぞれ突出された電極リード１５０、バスバーフレーム２１０、バスバー２８０、ＩＣＢボード２９０を含むことができる。バスバーフレーム２１０は、リードスロットを含み、前記リードスロットは、バスバー２８０に形成されたスロット２５０と対応するように整列され、電極リード１５０は、バスバー２８０と電気的に連結され得る。本実施形態によるバスバー２８０は、金属物質からなることができる。

以下、図２を参照して一つの電池セル１１０の構成について説明する。

図１および図２を参照すると、電池セル１１０は、二次電池であって、パウチ型二次電池で構成され得る。このような電池セル１１０は、複数個で構成され得、複数個の電池セル１１０は互いに電気的に連結され得るように互いに積層されて電池セル積層体１２０を形成することができる。

このような複数個の電池セル１１０はそれぞれ、電極組立体１２５、セルケース１３３、および電極組立体１２５から突出された電極リード１５０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で構成され得る。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あって、樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなることができる。このようなセルケース１３３は、ケース本体１３２およびセルテラス１３０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を収容することができる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から延長され、電極組立体１２５を密封することが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、具体的にセルテラス１３０の前方（＋Ｘ軸方向）には電極リード１５０が一部突出され得る。

電極リード１５０は、電極組立体１２５と電気的に連結され得る。このような電極リード１５０は一対で備えられ得る。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（＋Ｘ軸方向）および後方（－Ｘ軸方向）でセルテラス１３０外部に突出され得る。

前述した電池セル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され得る。

図３は比較例による電池セル積層体とバスバーの連結関係を概略的に示す平面図である。

図３は図１のＺ軸方向に見下ろした平面図であり、複数の電池セル１１が積層されて電池セル積層体１２を形成し、各電池セル１１からセルテラス１３が突出され、セルテラス１３端部で電極リード１５が延長される。セルテラス１３は、電池セル１１と連結される電極リード１５を囲んでおり、電極リード１５は、バスバーフレーム２１のリードスロットと、バスバー２８のスロット２５を貫通する。複数の電極リード１５がバスバー２８の一面でバスバー２８と共に互いに溶接され得る。

このように従来の比較例による電池モジュールにおいて電極リード１５とバスバー２８の結合関係により、バスバー２８と電池セル積層体１２が第１距離Ｄ１を形成することができ、第１距離Ｄ１は電池モジュールの大きさに影響を与え得る。

図４は図１の電池モジュールにおいて電池セル積層体とバスバーの連結関係を概略的に示す部分平面図である。図５は図４で電極リードとセルテラスの連結関係を拡大して示す図面である。

図１、図４および図５を参照すると、本実施形態による電池モジュール１００に含まれる電池セル積層体１２０は、複数の電池セル１１０がＹ軸方向に沿って積層されており、Ｘ軸方向に電極リード１５０が各電池セル１１０から突出されている。

本実施形態による電池モジュール１００は、バスバー２８０の位置を最適化して電池モジュール１００の大きさを縮小することができる。このために、既存のセルテラス１３０および電極リード１５０の長さは維持した状態で、バスバー２８０の位置を電池セル１１０側に移動させることができる。この時、バスバーフレーム２１０のリードスロットとバスバー２８０のスロット２５０を貫通する構成が電極リード１５０でなく、セルテラス１３０になることができる。

図１および図５を参照すると、本実施形態によるバスバー２８０は、電池セル積層体１２０と向き合う第１面２８０ａと、第１面２８０ａの反対側に位置する第２面２８０ｂとを含む。本実施形態によるセルテラス１３０は、電池セル１１０から延長されてバスバーフレーム２１０のリードスロットおよびバスバー２８０のスロット２５０まで貫通した後、バスバー２８０の第２面２８０ｂで折り曲げられ得る。具体的に、セルテラス１３０は、第１面２８０ａからバスバー２８０に形成されたスロット２５０を貫通し、スロット２５０を貫通したセルテラス１３０が第２面２８０ｂで折り曲げられてベンディング部ＢＰを形成することができる。

ベンディング部ＢＰが形成されるため、バスバー２８０の第２面２８０ｂで、電極リード１５０が第２面２８０ｂに平行な方向に直ちに突出されてバスバー２８０と溶接部を形成することができる。互いに隣接する電池セル１１０でそれぞれ突出されたセルテラス１３０、このようなセルテラス１３０から突出された互いに隣接する電極リード１５０は同一の極性を有することができ、バスバー２８０と共に溶接され得る。前述したベンディング部ＢＰは、バスバー２８０のスロット２５０と前記溶接部との間に形成され得る。このような構造によって、図４に示したように、電池セル積層体１２０とバスバーフレーム２１０との間の第２距離Ｄ２が比較例である図３の第１距離Ｄ１に比べて減って電池モジュールの大きさを縮小することができる。

図６は本発明の他の一実施形態によるバスバーを示す正面図である。

図６を参照すると、本実施形態によるバスバー２８０は、前述した実施形態とは異なり、バスバー２８０が金属で形成されず、絶縁物質で形成され得る。絶縁物質で形成されたバスバー２８０は、セルテラス１３０の端部が電極リード１５０の端部と接触してセルテラス１３０を含むパウチケースが腐食され、セルテラス１３０が電位を帯びるようになって電池セル１１０の寿命が低下することを防止することができる。本実施形態においてバスバー２８０は、同一極性の電極リード１５０を互いに連結するために絶縁物質で形成されたバスバー２８０上に別途の金属部材２８０ｍが形成されている。ここで、金属部材２８０ｍは、絶縁部材からなるバスバー２８０の上に付着され得る。金属部材２８０ｍは、互いに隣接する電極リード１５０と接触して溶接などにより電極リード１５０を電気的に連結することができる。金属部材２８０ｍは、バスバー２８０の第２面２８０ｂに位置する。

図７は本発明の他の一実施形態によるバスバーを示すために図６の切断線Ａ－Ａに沿って切断した断面図である。

図７を参照すると、バスバー２８０の第２面２８０ｂに陥没部ＤＳＰが形成されている。陥没部ＤＳＰ内に金属部材２８０ｍが位置することができる。陥没部ＤＳＰ内に挿入された金属部材２８０ｍにより電池モジュールの大きさを追加的に縮小することができる。

図示されていないが、図６の実施形態においてバスバー２８０を金属物質で形成し、スロット２５０周囲の電極リード１５０と溶接される部分を除いた残りの部分を覆うように絶縁部材を追加する変形実施形態として、バスバー２８０構造を形成することも可能である。

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。

前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され得る。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得るが、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用い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ず、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多様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
１３０：セルテラス
１５０：電極リード
２１０：バスバーフレーム
２８０ｍ：金属部材
ＢＰ：ベンディング部

Claims (9)

1. 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に連結されたバスバーフレーム、
   前記電池セル積層体に含まれている電池セルのうち、互いに隣接する電池セルからそれぞれ突出されたセルテラス、および
   前記セルテラスからそれぞれ突出され、同一の極性を有する複数の電極リード
   を含む電池モジュールであって、
   前記セルテラスのうちの少なくとも一つはバスバーと接触するベンディング部を含み、
   前記バスバーは、前記電池セル積層体と向き合う第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを含み、
   前記セルテラスは、前記第１面から前記バスバーに形成されたスロットを貫通し、前記スロットを貫通した前記セルテラスが前記第２面で折り曲げられて前記ベンディング部を形成する、電池モジュール。
2. 前記複数の電極リードは前記バスバーの第２面で互いに重なり、前記電極リードと重なる前記バスバーの一部分に溶接部が形成され、
   前記溶接部と前記スロットとの間に前記ベンディング部が形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記複数の電池セルのそれぞれは、電極組立体、および前記電極組立体を収容するセルケースを含み、
   前記セルテラスは、前記セルケースから延長されて前記セルケースと一体に形成される、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記バスバーは、金属で形成された、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
5. 前記バスバーは、絶縁部材で形成され、前記絶縁部材上に金属部材が形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
6. 前記バスバーには、前記セルテラスが通過するスロットが形成されており、前記スロットの周囲には、前記バスバーを覆う前記金属部材が形成される、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記バスバーは、前記電池セル積層体と向き合う第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを含み、
   前記金属部材は、前記第２面に位置する、請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記金属部材は、前記バスバーに形成された陥没部に位置する、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む電池パック。

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