JP7292654B2 - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

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Description

関連出願との相互引用
本出願は、２０１９年１２月１７日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１６９２０２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、より詳細には、ベンティング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に関する。
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においてエネルギー源として大きな関心を受けている。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せず、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の二次電池構造に対する必要性が高まり、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。
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、電池セル積層体の両端にそれぞれ形成されるバスバーフレーム、バスバーフレームに形成される端子バスバー、バスバーフレーム外郭に形成されるエンドプレートを含む。
図１は従来の電池モジュールを示す分解斜視図である。図２は図１が組み立てられた様子を示す図面である。
図１および図２を参照すると、従来の電池モジュールは、複数の電池セル１１が積層形成された電池セル積層体１０、電池セル積層体１０を収容するフレーム２０、電池セル積層体１０の前後面に形成されたバスバーフレーム３０、バスバーフレーム３０を覆うエンドプレート４０を含む。
この時、図２に示されているように、フレーム２０とエンドプレート４０は互いに結合し、フレーム２０とエンドプレート４０は互いに密封されて結合する。このように電池セル積層体１０を収容するフレーム２０とエンドプレート４０が密封されて結合すると、電池モジュールの過充電時に電池セル１１の内部圧力が増加して電池セル１１の融着強度限界値を越える場合、電池セル１１で発生したガスが電池セル１１の外部に排出され、排出口なしに密封された電池モジュール構造により電池モジュールおよび電池モジュールが装着された電池パックが爆発する恐れがある。
本発明の解決しようとする課題は、電池モジュール内部のガスを排出することができるベンティング構造を有す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にある。
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下記の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。
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；前記電池セル積層体を収容するフレーム；前記電池セル積層体の前後面を覆うエンドプレート；および前記エンドプレートと前記電池セル積層体との間に形成されるバスバーフレームを含み、前記バスバーフレームには複数個のスロットが形成され、前記エンドプレートの中央にはベンティング部が形成され、前記複数の電池セルは、前記複数個のスロットを通り、前記ベンティング部につながる第１流路部を通じて外部と連結される。
前記エンドプレートは前記フレームと溶接で結合し、前記エンドプレートと前記フレームは密封されてもよい。
前記複数の電池セルは、終端が密封されたシーリング部が形成され、前記シーリング部は、前記複数個のスロットを通り、前記ベンティング部につながる第１流路部を通じて外部と連結されてもよい。
前記複数の電池セルは、前記電池セルの両端から突出形成された電極リードを含み、前記電極リードは、前記スロットを通過して前記バスバーフレームに形成されたバスバーと接合されてもよい。
前記エンドプレートの上端にはコネクタ開口部が形成され、前記コネクタ開口部にはコネクタが挿入設置され、前記複数の電池セルは、前記複数個のスロットを通り、前記コネクタ開口部につながる第２流路部を通じて外部と連結されてもよい。
前記バスバーフレームは、一側に形成されて前記エンドプレートが形成された方向に突出形成された端子バスバーを含み、前記端子バスバーは、前記エンドプレートの一側に形成された端子バスバー開口部を通過するように形成され、前記複数の電池セルは、前記複数個のスロットを通り、前記端子バスバー開口部につながる第３流路部を通じて外部と連結されてもよい。
前記ベンティング部は、ホール形状のベンティングホールで形成されてもよい。
前記ベンティングホールは、複数個で形成されてもよい。
前記ベンティング部は、スロット形状のベンティングスロットが少なくとも一つ形成されてもよい。
前記ベンティングスロットは、前記バスバーフレームに形成された複数個のスロットと対応する部分に形成されてもよい。
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、エンドプレートに形成されるベンティング部を通じて、電池モジュール内部のガスを外部に排出可能にして、電池モジュールの爆発時に爆発による発火を遅延させ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得るだろう。
従来の電池モジュールを示す分解斜視図である。 図１が組み立てられた様子を示す図面である。 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電池モジュールの第１流路部が形成される様子を示す図面である。 図４のＡ－Ａ’部分を示す図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの第２流路部が形成される様子を示す図面である。 図６のＢ－Ｂ’部分を示す図面である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの第３流路部が形成される様子を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるベンティング部が形成された様子を示す図面である。 図９のＣ－Ｃ’部分を示す図面である。 本発明のまた他の実施形態によるベンティング部が形成された様子を示す図面である。 図１１のＤ－Ｄ’部分を示す図面である。
以下で説明される実施形態は、発明の理解のために例示として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は異なるように多様に変形して実施され得ることが理解されるべきである。ただし、本発明を説明するに当たり、関連した公知の機能あるいは構成要素に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にす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、発明の理解のために実際の縮尺のとおり図示されたものでなく、一部の構成要素の寸法が誇張して図示され得る。
本出願で使用される第１、第２用語は、多様な構成要素を説明することに使用され得るが、構成要素は用語により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のみで使用される。
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、文脈上明白に異なるように意味しない限り、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、明細書上に記載された特徴、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ことを指定しようとするものであり、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ものと理解されるべきである。
以下、図３乃至図５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３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４は本発明の一実施形態による電池モジュールの第１流路部が形成される様子を示す図面である。図５は図４のＡ－Ａ’部分を示す図面である。
図３乃至図５を参照すると、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１１０が積層されている電池セル積層体１００、電池セル積層体１００を収容するフレーム２００、電池セル積層体１００の前後面を覆うエンドプレート４００、およびエンドプレート４００と電池セル積層体１００との間に形成されるバスバーフレーム３００を含み、バスバーフレーム３００には複数個のスロット３３０が形成され、エンドプレート４００の中央にはベンティング部４１０が形成され、複数の電池セル１１０は、複数個のスロット３３０を通り、ベンティング部４１０につながる第１流路部Ｆ１を通じて外部と連結される。
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、複数個が構成され得、複数の電池セル１１０は互に電気的に連結され得るように互に積層されて電池セル積層体１００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、電池ケースおよび電極組立体から両端で突出形成された電極リード１１１を含むことができる。
電極組立体は、正極板、負極板およびセパレータなどで構成され得る。セルケースは、電極組立体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は、ケース本体およびシーリング部１１２を含むことができる。
シーリング部１１２は、ケース本体から延長形成され、終端が密封されて形成され得る。シーリング部１１２は、ケース本体から延長形成される電極リード１１１を囲むように形成され得る。
フレーム２００は、電池セル積層体１００の上下左右面で電池セル積層体１００およびこれと結合されたバスバーフレーム３００を収容するように形成され得る。電池セル積層体１００の下端とフレーム２００の下面との間には熱伝導性樹脂が注液され得、注液された熱伝導性樹脂を通じて電池セル積層体１００の下面とフレーム２００の下面との間に熱伝導性樹脂層が形成され得る。
バスバーフレーム３００は、電池セル積層体１００の前後面にそれぞれ形成される。バスバーフレーム３００は、複数個の電池セル１１０の電極リード１１１を電気的に連結できるように上記電池セル積層体１００の前後面を覆って形成され得る。バスバーフレーム３００の外面にはバスバー３１０が配置され、バスバー３１０は電極リード１１１と連結されて電極リード１１１と電気的に連結され得る。
端子バスバー３２０は、電池セル積層体１００を基準としてバスバーフレーム３００の外側に形成される。端子バスバー３２０は、バスバーフレーム３００の両側にそれぞれ形成されて、複数の電池セル１１０と連結されたバスバーフレーム３００と電池パックに形成された電源とを電気的に連結する。
バスバーフレーム３００およびバスバー３１０上には複数個のスロット３３０が形成され得る。複数の電池セル１１０の両端から突出形成された電極リード１１１は、複数個のスロット３３０を通過した後、バスバーフレーム３００の外面に形成されたバスバー３１０と接合され得る。この時、電極リード１１１とバスバー３１０は溶接を通じて互に接合され得る。
エンドプレート４００は、電池セル積層体の長さ方向を基準として端子バスバー３２０の外側に形成されて、バスバーフレーム３００を覆うことができる。エンドプレート４００は、外部の衝撃からバスバーフレーム３００およびこれと連結された多くの電装品を保護し、電池モジュールを電池パックに装着できる電池モジュールマウンティング構造を有し、後述するエンドプレート４００に形成された端子バスバー開口部３２１を通じて端子バスバー３２０が外部に突出されるようにすることによって、バスバーフレーム３００と電池パックに形成された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４００は、フレーム２００と溶接で結合し、これによってエンドプレート４００とフレーム２００内部の複数の電池セル１１０は密封されたカバー内部に位置することができる。
ベンティング部４１０は、バスバーフレーム３００のスロット３３０を過ぎたガスを外部に排出することができる。本発明の一実施形態によると、ベンティング部４１０は、ベンティングホール４１０で形成され得る。ベンティングホール４１０は、エンドプレート４００の中央に位置して、複数のスロット３３０から排出されるガスを外部に排出させることができる。
コネクタ５００は、バスバーフレーム３００の外側面上端でバスバーフレーム３００から突出形成され、バスバーフレーム３００と結合して複数の電池セル１１０と電池モジュール外部の電池パックに形成された電装品と電気的に連結され得る。エンドプレート４００には後述するコネクタ開口部４２０が形成されて、コネクタ５００がコネクタ開口部４２０を通じて外部に突出形成され得る。一例として、コネクタ５００は、複数の電池セルからセンシングされた電圧を電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）に伝達することができる。
以下、図４および図５を参照して本発明の一実施形態による第１流路部について説明する。
図４は本発明の一実施形態による電池モジュールの第１流路部が形成される様子を示す図面である。図５は図４のＡ－Ａ’部分を示す図面である。
本発明の一実施形態によると、複数の電池セル１１０は、複数個のスロット３３０を通り、ベンティング部４１０につながる第１流路部Ｆ１を通じて外部と連結される。
複数の電池セル１１０を過充電時、電池セル内部の圧力が増加してシーリング部１１２の融着強度限界値を逸脱する場合、電池セル１１０内部のガスが外部に排出され得る。電池モジュールは、気密性のためにエンドプレート４００とフレーム２００を密封して結合するが、従来は電池セルでガスが排出される時、排出されたガスが電池モジュール外部に排出されず、電池モジュール内部に蓄積された後に爆発する危険があった。そこで、本発明の一実施形態によると、エンドプレート４００の中央にベンティング部４１０を配置して、複数の電池セル１１０で発生したガスが複数のスロット３３０を通過してベンティング部４１０を通じて外部に排出され得るようにすることによって、電池モジュールの爆発時に発火現象を遅延させ、爆発により発生する周辺の電装品の損傷を最小化させることができる。
複数の電池セル１１０から複数個のスロット３３０を通り、ベンティング部４１０につながるルートを第１流路部Ｆ１と定義し、複数の電池セル１１０で発生したガスは第１流路部Ｆ１を通じて外部に排出され得る。
より詳細には、本発明の一実施形態による複数の電池セル１１０は、終端が密封されたシーリング部１１２が形成され、シーリング部１１２は、複数個のスロット３３０を通り、ベンティング部４１０につながる第１流路部Ｆ１を通じて外部と連結され得、電池セル１１０内部の圧力増加によりシーリング部１１２の密封が解除され、発生したガスが第１流路部Ｆ１を通じて電池モジュール外部に排出され得る。
以下、図６および図７を参照して本発明の一実施形態による第２流路部について説明する。
図６は本発明の一実施形態による電池モジュールの第２流路部が形成される様子を示す図面である。図７は図６のＢ－Ｂ’部分を示す図面である。
図６および図７を参照すると、エンドプレート４００の上端にはコネクタ５００が形成されるコネクタ開口部４２０が形成され、コネクタ開口部４２０にはコネクタ５００が挿入設置され、複数の電池セル１１０は、複数個のスロット３３０を通り、コネクタ開口部４２０につながる第２流路部Ｆ２を通じて外部と連結され得る。
コネクタ開口部４２０にコネクタ５００が挿入されてコネクタ開口部４２０の一部を閉鎖するが、コネクタ開口部４２０と挿入されたコネクタ５００との間にガス排出が可能な空間が発生するようになる。複数の電池セル１１０から発生したガスは、スロット３３０を通り、コネクタ開口部４２０のガス排出可能空間につながる第２流路部Ｆ２を通じて外部に排出され得る。
以下、図８を参照して本発明の一実施形態による第３流路部について説明する。
図８は本発明の一実施形態による電池モジュールの第３流路部が形成される様子を示す図面である。
図８を参照すると、バスバーフレーム３００は、一側に形成され、エンドプレート４００が形成された方向に突出形成された端子バスバー３２０を含み、端子バスバー３２０は、エンドプレート４００の一側に形成された端子バスバー開口部３２１を通過するように形成され、複数の電池セル１１０は、複数個のスロット３３０を通り、端子バスバー開口部３２１につながる第３流路部Ｆ３を通じて外部と連結され得る。
端子バスバー開口部３２１に端子バスバー３２０が挿入されて端子バスバー開口部３２１の一部を閉鎖するが、端子バスバー開口部３２１と挿入された端子バスバー３２０との間にガス排出が可能な空間が発生するようになる。複数の電池セル１１０から発生したガスは、スロット３３０を通り、端子バスバー開口部３２１のガス排出可能空間につながる第３流路部Ｆ３を通じて外部に排出され得る。
以下、図９および図１０を参照して本発明の他の実施形態によるベンティング部について説明する。
図９は本発明の他の実施形態によるベンティング部が形成された様子を示す図面である。図１０は図９のＣ－Ｃ’部分を示す図面である。
図９および図１０を参照すると、本発明の他の実施形態によるベンティング部は、複数のベンティングホール４１０’で形成され得る。ベンティングホール４１０’が複数個で形成されることによって、電池モジュール内で発生するガスをより迅速に外部に排出することができる。ただし、本発明の一実施形態による複数のベンティングホール４１０’は、電池モジュールの耐久性および気密性を確保するように形成されなければならない。
以下、図１１および図１２を参照して本発明のまた他の実施形態によるベンティング部について説明する。
図１１は本発明のまた他の実施形態によるベンティング部が形成された様子を示す図面である。図１２は図１１のＤ－Ｄ’部分を示す図面である。
図１１および図１２を参照すると、本発明のまた他の実施形態によるベンティング部は、スロット形状のベンティングスロット４１０”が少なくとも一つ形成され得る。またベンティングスロット４１０”は、バスバーフレーム３００に形成された複数個のスロット３３０と対応する部分に形成され得る。したがって、複数の電池セル１１０で発生したガスが複数個のスロット３３０を通過した後、複数個のスロット３３０の位置および形状と対応するベンティングスロット４１０”に迅速に移動してベンティングスロット４１０”を通じて外部に排出されることによって、電池モジュール内部のガスを迅速に排出して電池モジュールの安全性を迅速に確保することができる。ただし、本発明の一実施形態による少なくとも一つのベンティングスロット４１０”は、電池モジュールの耐久性および気密性を確保するように形成されなければならない。
前述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り得る。
上記電池パックは、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、本発明は前述した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が属する技術分野における通常の知識を有する者により多様な変形実施が可能であることはもちろん、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なならない。
１００：電池セル積層体
１１０：電池セル
１１１：電極リード
１１２：シーリング部
２００：フレーム
３００：バスバーフレーム
３１０：バスバー
３２０：端子バスバー
３２１：端子バスバー開口部
３３０：スロット
４００：エンドプレート
４１０：ベンティング部（ベンティングホール）
４１０'：複数のベンティングホール
４１０”：ベンティングスロット
４２０：コネクタ開口部
５００：コネクタ
Ｆ１：第１流路部
Ｆ２：第２流路部
Ｆ３：第３流路部

Claims (10)

  1. 複数の電池セルが互いに接して積層されている電池セル積層体；
    前記電池セル積層体を収容するフレーム；
    前記電池セル積層体の前後面を覆うエンドプレート；および
    前記エンドプレートと前記電池セル積層体との間に形成されるバスバーフレームを含み、
    前記バスバーフレームには複数個のスロットが形成され、前記エンドプレートの中央にはベンティング部が形成され、
    前記複数の電池セルは、前記複数個のスロットを通り、前記ベンティング部につながる第１流路部を通じて外部と連結され、
    前記複数の電池セルは、終端が密封されたシーリング部が形成され、前記シーリング部は、前記複数個のスロットを通り、前記ベンティング部につながる第１流路部を通じて外部と連結される電池モジュール。
  2. 前記エンドプレートは前記フレームと溶接で結合し、前記エンドプレートと前記フレームは密封される、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は、前記電池セルの両端から突出形成された電極リードを含み、
    前記電極リードは、前記スロットを通過して前記バスバーフレームに形成されたバスバーと接合される、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  4. 前記エンドプレートの上端にはコネクタ開口部が形成され、
    前記コネクタ開口部にはコネクタが挿入設置され、
    前記複数の電池セルは、前記複数個のスロットを通り、前記コネクタ開口部につながる第２流路部を通じて外部と連結される、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  5. 前記バスバーフレームは、一側に形成されて前記エンドプレートが形成された方向に突出形成された端子バスバーを含み、
    前記端子バスバーは、前記エンドプレートの一側に形成された端子バスバー開口部を通過するように形成され、
    前記複数の電池セルは、前記複数個のスロットを通り、前記端子バスバー開口部につながる第３流路部を通じて外部と連結される、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  6. 前記ベンティング部は、ホール形状のベンティングホールで形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記ベンティングホールは、複数個で形成される、請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 前記ベンティング部は、スロット形状のベンティングスロットが少なくとも一つ形成される、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記ベンティングスロットは、前記バスバーフレームに形成された複数個のスロットと対応する部分に形成される、請求項８に記載の電池モジュール。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む電池パック。
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