JP7843323B2 - 電池モジュール - Google Patents

電池モジュール

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Description

本発明は、電池モジュールに関し、より詳しくはセルの電圧差を最少化する電池モジュールに関する。
二次電池(rechargeable battery)は、一次電池とは異なり、充電および放電を繰り返し行う電池である。小容量化二次電池は、携帯電話機やノートパソコンおよびキャムコーダーなどの携帯が可能な小型電子機器に使用される。大容量化および高密度化二次電池は、ハイブリッド自動車および電気自動車のモータ駆動用電源やエネルギー保存用に使用される。
二次電池は、比較的に高いエネルギー密度を要求する、例えば、ハイブリッド車両のモータを駆動できるように、直列および/または並列に接続された複数の電池セルを含む二次電池モジュールとして使用することができる。例えば、二次電池モジュールは、比較的高出力の二次電池モジュール(例えば、電気自動車)を実現するために、希望する電力量に符合する数で構成された複数の電池セルの電極端子などを互いに接続して形成する。
一例を挙げると、二次電池モジュールは、複数の電池セルをホルダーに収納し、タブで直列および/または並列接続して形成される。二次電池モジュールは、消費者の使用条件による電圧と電流が高いため、電池セルを接続するタブと、タブに接続されるバッテリー管理システムと、を含む。
この時、一つのタブに複数の電池セルが接続するので、放電により電池セル間に電圧差が発生し得る。電池セル間の電圧差は、電池セルの寿命を低下させる可能性がある。
本発明の一実施例は、タブ部材を共有する複数の電池セル間の電圧差を最少化する二次電池モジュールを提供することである。
本発明の一実施例による二次電池モジュールは、互いに平行な第1列と第2列に配置される複数の電池セル、前記電池セルを収容するホルダー、および前記第1列と前記第2列に対応配置され、前記電池セルの電極端子に溶接されるタブ部材を含み、前記タブ部材は、前記第1列と前記第2列間に配置される本体部、前記本体部に接続され、前記第1列に配置され、前記第1列の前記電極端子などに第1タブで接続される第1ネック部、および前記本体部に接続され、前記第2列に配置され、前記第2列の前記電極端子などに第2タブで接続される第2ネック部を含む。
前記第1ネック部は、電気的に接続する前記第1タブを対で備え、一対の前記第1タブは、前記第1列方向に配置される2つの電池セルそれぞれの電極端子に溶接され、電気的に接続することができる。前記第1ネック部は、前記第1列方向で前記第1列方向に配置される2つの電池セルを回避し、2つの電池セルの間に配置され、一対の第1タブは、前記第1ネック部に接続され、前記第1列方向に配置される2つの電池セルを回避し、2つの電池セルそれぞれの電極端子に接続することができる。
前記第2ネック部は、電気的に接続される前記第2タブを対に備え、一対の前記第2タブは、前記第2列方向に配置される2つの電池セルそれぞれの電極端子に溶接され、電気的に接続することができる。
前記第2ネック部は、前記第2列方向で前記第2列方向に配置される2つの電池セルを回避し、2つの電池セルの間に配置され、一対の第2タブは、前記第2ネック部に接続され、前記第2列方向に配置される2つの電池セルを回避し、2つの電池セルそれぞれの電極端子に接続することができる。
前記電池セルは、円筒形の二次電池であり、前記第1列に配置される電池セルの軸方向中心と前記第2列に配置される電池セルの軸方向中心は、前記第1列と前記第2列に交差する方向で互いにずれて配置され、前記第1列と前記第2列の端に配置される2つの電池セルの側面は、前記第1列と前記第2列の配置方向に前記ずれている角度を有することができる。
前記タブ部材は、前記第1列と前記第2列との間に配置される本体部、および2つの電池セルの側面に前記ずれている角度方向に延び、前記本体部の端に接続され、前記側面から下向きに凸状の断面に形成される折曲部を含むことができる。
前記折曲部は、曲率半径を有し、前記曲率半径の上端折曲開始点は、前記電池セルの軸方向両端に形成されるラウンド部の対角線の上方に配置することができる。
前記折曲部は、曲率半径を有し、前記曲率半径の上端折曲開始点は、前記電池セルの軸方向両端に形成されるラウンド部の上方に配置することができる。
前記折曲部は、前記電池セルの側面に向かって凸状の側方凸面をさらに含むことができる。
前記折曲部は、前記側面から下向きに凸状の曲線断面(U)に形成することができる。
前記折曲部は、前記側面から下向きに凸状の角ばっている断面(V)に形成することができる。
前記第1タブの接続構造は、前記電極端子に2枝に溶接されて折曲され、高さ方向に延びる第11接続、続いて前記第1列に直交する方向に延びる第12接続、および続いて前記第1ネック部に接続するように前記第1列方向に延びる第13接続を含むことができる。
前記第2タブの接続構造は、前記電極端子に2枝に溶接されて折曲され、高さ方向に延びる第21接続、続いて前記第2列に直交する方向に延びる第22接続、および続いて前記第2ネック部に接続するように前記第2列方向に延びる第23接続を含むことができる。
一実施例の二次電池モジュールは、タブ部材を本体部、第1ネック部、第2ネック部、および第1タブ、第2タブを含む第1列の電池セル、第2列の電池セルの電極端子と接続するので、タブ部材の本体部を共有するようにすることができる。したがって、複数の電池セル間の電圧差が最小化することができる。したがって、電池セルの寿命短縮を防止することができる。
本発明の第1実施例による二次電池モジュールの分解斜視図である。 本発明の第1実施例による二次電池モジュールの平面図である。 図2の4つの電池セルを接続するタブ部材の平面図である。 図2のタブ部材の斜視図である。 図3のV-V線に沿って切断した断面図である。 本発明の第2実施例による二次電池モジュールにおいて、4つの電池セルを接続するタブ部材の平面図である。 図6のVII-VII線に沿って切断した断面図である。 本発明の第3実施例による二次電池モジュールの断面図である。 本発明の第4実施例による二次電池モジュールの断面図である。 本発明の第5実施例による二次電池モジュールの断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野で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。しかし、本発明は、様々な異なる形態に実施することができ、ここで説明する実施例に限られない。図面で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じ参照符号を付けた。
図1は、本発明の第1実施例による二次電池モジュールの分解斜視図であり、図2は、本発明の第1実施例による二次電池モジュールの平面図である。図1および図2を参照すると、第1実施例の二次電池モジュール1は、複数の電池セル10、電池セル10を収容するホルダー20、電池セル10の電極端子40などに溶接されるタブ部材50を含む。
複数の電池セル10は、円筒形の二次電池からなり、円筒形の二次電池の軸方向の両端に電極端子40を備える。即ち、電極端子40は、各電池セル10の軸方向の両端に備えられる正極端子41と負極端子42を含む。
ホルダー20は、ボトムホルダー21とタブホルダー22とを含む。ボトムホルダー21とタブホルダー22は、第1方向(x軸方向)と第1方向に交差する第2方向(y軸方向)に離隔される複数の電池セル10を収容するように、内部にハニカム構造を形成し、第2方向に交差する第3方向(z軸方向)で互いに結合し、締結部材23で堅固に締結される。
図1の状態で、ボトムホルダー21は、電池セル10の下側を収容し、タブホルダー22は、電池セル10の上側を収容する。このような状態でボトムホルダー21とタブホルダー22は、締結部材23で締結される。
また、ボトムホルダー21とタブホルダー22は、ボトムホルダー21の外側に備えられる結合部24と、結合部24に対応するタブホルダー22の外側に備えられる突起部25のスナップフィット(snap fit)構造とでさらに結合することができる。
図3は、図2の4つの電池セルを接続するタブ部材の平面図である。図1、図2および図3を参照すると、複数の電池セル10は、ホルダー20に収容され、平行な第1列(R1)と第2列(R2)に配置される。第1列(R1)と第2列(R2)は、第2方向に設定され、第1方向に互いに離隔される。
一例として、第1列(R1)には、正極端子41が上方に配置され、負極端子42が下方に配置されている。また第2列(R2)には、正極端子41が下方に配置され、負極端子42が上方に配置されている。
第1列(R1)に配置される電池セル10の軸方向中心と、第2列(R2)に配置される電池セル10の軸方向中心は、第1列(R1)と第2列(R2)に交差する方向で互いにずれて配置される。したがって、円筒形電池セル10が互いに隣接するように配置されることを防止することができる。
即ち、第1列(R1)に配置される電池セル10に対して、第2列(R2)に配置される電池セル10は、第2方向(y軸方向)にシフトされた状態を維持する。したがって、第1列(R1)と第2列(R2)の端に配置される2つの電池セル10の側面は、第1列(R1)と第2列(R2)の配置方向にずれている角度(θ)を有する。
一例として、タブ部材50は、ニッケル素材を含んで形成することができ、電池セル10を電気的に並列および/または直列接続し、バッテリー管理システム(BMS)30に接続される。タブ部材50は、薄い板材を打ち抜くことによって形成することができる。
一例として、バッテリー管理システム(BMS)30は、ボトムホルダー21およびタブホルダー22の側面に設置されることができる。タブ部材50は、第1方向(x軸方向)の一方の側に出力端54をそれぞれ備え、出力端54でバッテリー管理システム(BMS)30に電気的に接続される。
タブ部材50は、ボトムホルダー21およびタブホルダー22の装着溝221に配置され、対応する電極端子40などを接続する。装着溝221の一側には突出部222が備えられ、タブ部材50に対応する結合ホール(H)に結合される。
したがって、装着溝221は、タブ部材50を電極端子40に溶接する前に、タブ部材50の位置を設定し、タブ部材50の位置を一定化することができる。また、突出部222は、タブ部材50の位置設定完了時、結合ホール(H)に結合され、タブ部材50が装着溝221から分離されることを防止する。
図4は、図2のタブ部材の斜視図である。再び図4を参照すると、タブ部材50は、本体部51、第1タブ521と第2タブ522および第1ネック部531と第2ネック部532を含む。
第1タブ521の接続構造は、正極端子41に2枝に溶接されて折曲され、高さ方向(z軸方向)に延びる第11接続(C11)、続いて第1列(R1)に直交する方向に延びる第12接続(C12)、および続いて第1ネック部531に接続するように第1列(R1)方向に延びる第13接続(C13)を含む。
第2タブ522の接続構造は、負極端子42に2枝に溶接されて折曲され、高さ方向(z軸方向)に延びる第21接続(C21)、続いて第2列(R2)に直交する方向に延びる第22接続(C22)、および続いて第2ネック部532に接続するように第2列(R2)方向に延びる第23接続(C23)を含む。
第11接続(C11)、第12接続(C12)および第13接続(C13)を含む第1タブ521の接続構造と、第21接続(C21)、第22接続(C22)および第23接続(C23)を含む第2タブ522の接続構造とは、遠距離を経て本体部51に接続される。
したがって、第1タブ521の接続構造が本体部51を通してタブ部材50の最終出力端までの全体距離と、第2タブ522の接続構造が本体部51を通してタブ部材50の最終出力端までの全体距離との差を最小化する。即ち、第1列(R1)の電池セルと第2列(R2)の電池セル10との間の電圧差を最小化することができる。
再び、図3および図4を参照すると、本体部51は、電池セル10の第1列(R1)と第2列(R2)との間に配置され、第2方向に接続される。第1タブ521は、第1列(R1)の正極端子41に接続される。第1タブ521は、本体部51に接続され、第1列(R1)に配置され、第1タブ521に接続される。第2タブ522は、第2列(R2)の負極端子42に接続される。第2タブ522は、本体部51に接続し、第2列(R2)に配置され、第2タブ522に接続される。
第1ネック部531は、電気的に接続する一対の第1タブ521を備え、2つの電池セル10の正極端子41を並列に接続する。第1ネック部531は、 第1列(R1)方向に配置される2つの電池セル10を回避し、2つの電池セル10の間に配置される。一対の第1タブ521は、第1ネック部531に接続され、第1列(R1)方向に配置される2つの電池セル10を回避し、2つの電池セル10それぞれの正極端子41に接続される。
第2ネック部532は、電気的に接続する一対の第2タブ522を備え、2つの電池セル10の負極端子42を並列に接続する。第2ネック部532は、第2列(R2)方向で第2列(R2)方向に配置される2つの電池セル10を回避し、2つの電池セル10の間に配置される。一対の第2タブ522は、第2ネック部532に接続され、第2列(R2)方向に配置される2つの電池セル10を回避し、2つの電池セル10それぞれの負極端子42に接続される。
第1列(R1)の第1タブ521と第1ネック部531は、本体部51まで第1列(R1)に位置する2つの電池セル10の電流経路を同一にする。したがって、第1列(R1)の電池セル10間の電圧差を最小化することができる。
第2列(R2)の第2タブ522と第2ネック部532は、本体部51まで第2列(R2)に位置する2つの電池セル10の電流経路を同一にする。したがって、第2列(R2)の電池セル10間の電圧差を最小化することができる。
本体部51は、第1ネック部531および第2ネック部532に接続され、第1列(R1)で並列接続された2つの電池セル10と第2列(R2)で並列接続された2つの電池セル10を直列に接続する。
したがって、第1列(R1)で並列接続された2つの電池セル10の電流は、本体部51に流れ、第2列(R2)で並列接続された2つの電池セル10の電流は、本体部51に流れる。
この時、タブ部材50の本体部51は、第1列(R1)と第2列(R2)に共有されるため、第1列(R1)と第2列(R2)の電池セル10との間の電圧差を最小化することができる。したがって、電池セル10の寿命短縮を防止することができる。
一方、タブ部材50は、第1列(R1)と第2列(R2)との間に配置される本体部51の端に接続され、側面から下向き凸状の断面で形成される折曲部55をさらに含む。折曲部55は、2つの電池セル10の側面にずれている角度(θ)方向に延びる。
図5は、図3のV-V線に沿って切断した断面図である。図5を参照すると、折曲部55は、曲率半径を有し、曲率半径の上端折曲開始点(BSP、bending start point)は、電池セル10の軸方向の両端に形成されるラウンド部(RP)の対角線の上方に配置することができる。
折曲部55は、バッテリー管理システム(BMS)30と電池セル10を接続するタブ部材50に備えられ、バッテリー管理システム30と電池セル10との間で両方向に伝達される衝撃や振動を吸収および緩和することができる。
また、折曲部55は、電池セル10の側面との間に間隙(G)を形成する。間隙(G)は、タブ部材50に組み立ての自由度を増加させ、電池セル10とタブ部材50の溶接のためのセッティングを容易にする。
以下、本発明の様々な実施例について説明する。第1実施例および既に説明された実施例の構成と同一な構成に関する説明を省略し、互いに異なる構成に関する説明を記載する。
図6は、本発明の第2実施例による二次電池モジュールにおいて、4つの電池セルを接続するタブ部材の平面図であり、図7は、図6のVII-VII線に沿って切断した断面図である。図6および図7を参照すると、第2実施例の二次電池モジュール2に適用されるタブ部材250において、折曲部55は曲率半径を有し、曲率半径の上端折曲開始点(BSP2)は、電池セル10の軸方向(図7の上下方向)の両端に形成されるラウンド部(RP)の上方に配置することができる。
タブ部材250が第2タブ522に溶接で接続され、折曲部55の側面で電池セル10と接触し、タブ部材250と電池セル10の接続をさらに堅くする。したがって、折曲部55は、バッテリー管理システム(BMS)30と電池セル10を接続するタブ部材250に備えられ、バッテリー管理システム30側よりも電池セル10側にさらに堅固に接続された状態で、両方向に伝達される衝撃や振動を吸収および緩和することができる。
図8は、本発明の第3実施例による二次電池モジュールの断面図である。図8を参照すると、第3実施例の二次電池モジュール3に適用されるタブ部材350において、折曲部355は曲率半径を有し、曲率半径の上端折曲開始点(BSP)は、電池セル10の軸方向両端に形成されるラウンド部(RP)の対角線の上方に配置することができる。
折曲部355は、バッテリー管理システム30と電池セル10を接続するタブ部材350に備えられ、バッテリー管理システム30と電池セル10との間で両方向に伝達される衝撃や振動を吸収および緩和することができる。
また、折曲部355は、電池セル10の側面に向かって凸状の側方凸面56をさらに含む。側方凸面56は、タブ部材350に組み立ての自由度を増加させ、電池セル10とタブ部材350の溶接のためのセッティングを容易にし、また電池セル10と接触され、タブ部材350と電池セル10の接続をさらに堅固にする。
図9は、本発明の第4実施例による二次電池モジュールの断面図である。図9を参照すると、第4実施例の二次電池モジュール4に適用されるタブ部材450において、折曲部455は側面から下向き凸状の曲線断面で形成される。一例として、曲線断面は、「U」字状で形成される。
タブ部材450が第2タブ522に溶接で接続され、曲線断面で形成される折曲部455の側面で電池セル10と接触され、タブ部材450と電池セル10の接続をさらに堅くする。したがって、折曲部455は、バッテリー管理システム(BMS)30と電池セル10を接続するタブ部材450に備えられ、バッテリー管理システム30側よりも電池セル10側にさらに堅固に接続された状態で、両方向に伝達される衝撃や振動を吸収および緩和することができる。
図10は、本発明の第5実施例による二次電池モジュールの断面図である。図10を参照すると、第5実施例の二次電池モジュール5に適用されるタブ部材550において、折曲部555は側面から下向き凸状の角ばっている断面で形成される。一例として、角ばっている断面は、「V」字状で形成される。
タブ部材550が第2タブ522に溶接で接続され、角ばっている断面で形成される折曲部555の側面で電池セル10と接触し、タブ部材550と電池セル10の接続をさらに堅固にする。したがって、折曲部555は、バッテリー管理システム(BMS)30と電池セル10を接続するタブ部材550に備えられ、バッテリー管理システム30側よりも電池セル10側にさらに堅固に接続された状態で両方向に伝達される衝撃や振動を吸収および緩和することができる。
また、折曲部555と電池セル10との間に設定される可変間隙(G2)は、タブ部材450に組み立ての自由度を増加させ、電池セル10とタブ部材450の溶接のためのセッティングを容易にする。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、請求範囲と発明の説明および添付図面の範囲内で様々に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
1、2、3、4、5 二次電池モジュール
10 電池セル
20 ホルダー
21 ボトムホルダー
22 タブホルダー
23 締結部材
24 突起部
25 結合部
30 バッテリー管理システム(BMS)
40 電極端子
41 正極端子
42 負極端子
50 タブ部材
51 本体部
54 出力端
55 折曲部
56 側方凸面
221 装着溝
222 突出部
250 タブ部材
350 タブ部材
355 折曲部
450 タブ部材
455 折曲部
521 第1タブ
522 第2タブ
531 第1ネック部
532 第2ネック部
550 タブ部材
555 折曲部
BSP 折曲開始点
BSP2 折曲開始点
C11 第11接続
C12 第12接続
C13 第13接続
C21 第21接続
C22 第22接続
C23 第23接続
G、G2 間隙
H 結合ホール
R1 第1列
R2 第2列
RP ラウンド部
θ 角度

Claims (14)

  1. 互いに平行な第1列と第2列に配置される複数の電池セルと、
    前記電池セルを収容するホルダーと、
    前記第1列と前記第2列に対応配置され、前記電池セルの電極端子に溶接されるタブ部材と、を含み、
    前記タブ部材は、
    前記第1列と前記第2列との間に配置される本体部と、
    前記本体部に接続され、前記第1列に配置され、前記第1列の前記電極端子に第1タブで接続する第1ネック部と、
    前記本体部に接続され、前記第2列に配置され、前記第2列の前記電極端子に第2タブで接続する第2ネック部と、を含み、
    前記第1ネック部及び前記第2ネック部は、前記本体の外側に向かって突出し、前記第1タブ及び前記第2タブは、互いに対向する方向に突出する、
    電池モジュール。
  2. 前記第1ネック部は、
    電気的に接続する一対の前記第1タブを備え、
    一対の前記第1タブは、
    前記第1列方向に配置される2つの前記電池セルそれぞれの前記電極端子に溶接され、電気的に接続される、請求項1に記載の電池モジュール。
  3. 前記第1ネック部は、
    前記第1列方向に配置される2つの前記電池セルの間に配置され、
    一対の前記第1タブは、
    前記第1ネック部に接続され、2つの前記電池セルそれぞれの電極端子に接続する、請求項2に記載の電池モジュール。
  4. 前記第2ネック部は、
    電気的に接続する一対の前記第2タブを備え、
    一対の前記第2タブは、
    前記第2列方向に配置される2つの前記電池セルそれぞれの前記電極端子に溶接され、電気的に接続される、請求項2に記載の電池モジュール。
  5. 前記第2ネック部は、
    前記第2列方向で前記第2列方向に配置される2つの前記電池セルの間に配置され、
    一対の前記第2タブは、
    前記第2ネック部に接続され、前記第2列方向に配置される2つの前記電池セルそれぞれの前記電極端子に接続される、請求項4に記載の電池モジュール。
  6. 前記電池セルは、円筒形の電池であり、
    前記第1列に配置される前記電池セルの軸方向中心と、前記第2列に配置される前記電池セルの軸方向中心は、
    前記第1列と前記第2列に交差する方向で互いにずれて配置され、
    前記第1列と前記第2列の端に配置される2つの前記電池セルの側面は、
    前記第1列と前記第2列の配置方向にずれる角度を有する、請求項1に記載の電池モジュール。
  7. 前記タブ部材は、
    前記第1列と前記第2列との間に配置される前記本体部、および
    2つの前記電池セルの側面と交差する方向に延び、前記本体部の端に接続され、前記側面から下向き凸状の断面で形成される折曲部を含む、請求項6に記載の電池モジュール。
  8. 前記折曲部は、曲率半径を有し、
    前記曲率半径の上端折曲開始点は、
    前記電池セルの軸方向両端に形成されるラウンド部の対角線の上方に配置される、請求項7に記載の電池モジュール。
  9. 前記折曲部は、曲率半径を有し、
    前記曲率半径の上端折曲開始点は、
    前記電池セルの軸方向両端に形成されるラウンド部の上方に配置される、請求項7に記載の電池モジュール。
  10. 前記折曲部は、前記電池セルの前記側面に向かって凸状の側方凸面をさらに含む、請求項7に記載の電池モジュール。
  11. 前記折曲部は、前記側面から下向き凸状の曲線断面(U)で形成される、請求項7に記載の電池モジュール。
  12. 前記折曲部は、前記側面から下向き凸状の角ばっている断面(V)で形成される、請求項7に記載の電池モジュール。
  13. 前記第1タブの接続構造は、
    前記電極端子に2つで溶接され、折り曲げられて高さ方向に延びる第11接続、
    続いて前記第1列に直交する方向に延びる第12接続、および
    続いて前記第1ネック部に接続するように前記第1列方向に延びる第13接続を含む、請求項1に記載の電池モジュール。
  14. 前記第2タブの接続構造は、
    前記電極端子に2つで溶接され、折り曲げられて高さ方向に延びる第21接続、
    続いて前記第2列に直交する方向に延びる第22接続、および
    続いて前記第2ネック部に接続するように前記第2列方向に延びる第23接続を含む、請求項13に記載の電池モジュール。
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