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JP7395230B2 - 電池モジュールおよびそ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２０２０年９月２２日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１２２２９４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それを含む電池パックに関し、より詳細には絶縁性能が確保される電池モジュールおよびそ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でエネルギ源として多くの関心を集めている。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に代える有力なエネルギ資源であって、エネルギの使用にともなう副産物が発生しないため環境に優しいエネルギ源として脚光を浴びている。
最近、二次電池のエネルギ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構成要素を追加して電池パックを構成することが一般的な方法である。
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、電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、電池セル積層体の前後面をカバーするバスバーフレームを含む。
図１は従来の電池モジュール従来の電池モジュールを示す斜視図である。
図１を参照すると、従来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１０、両側面および底面で形成されて電池セル積層体１０を収容するモジュールフレーム２１、電池セル積層体１０の上面部をカバーする上部プレート２２、電池セル積層体１０の前後面をカバーするバスバーフレーム３０、バスバーフレーム３０の外側面をそれぞれカバーするエンドプレート２３および電池セル積層体１０の下側面とモジュールフレーム２１の底部の間に配置された熱伝導性樹脂層６０を含み得る。また、上部プレート２２と電池セル積層体１０の上面部の間に絶縁フィルム４０が配置され、電池セル積層体１０の絶縁機能を行うことができる。
ただし、絶縁フィルム４０が電池セル積層体１０の上面部に限定されるように形成され、電池セル積層体１０の両側面および下側面をカバーするモジュールフレーム２１と電池セル積層体１０の間に絶縁が確保されない問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、絶縁性能が確保される電池モジュールおよびそ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、言及されていないまた他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。
前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モジュールフレーム；前記電池セル積層体の前後面をカバーするバスバーフレーム；および上面部および両側面部で形成され、前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの間で前記電池セル積層体の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材を含み、前記絶縁部材の両側面部は複数の面が交互に折り曲げられて形成される。
前記絶縁部材の両側面部は前記モジュールフレームの両側面と前記電池セル積層体の最外側電池セルの間に形成され得る。
前記絶縁部材の両側面部は弾性材を含み得る。
前記両側面部は前記上面部で下側方向に折り曲げられた後前記モジュールフレームの底面と両側面が接する部分で再び上側方向に折り曲げられ、前記折り曲げが繰り返されて前記両側面部を形成し得る。
前記下側方向に折り曲げられた部分が一カ所ずつおよび前記上側方向に折り曲げられた部分が二カ所ずつ形成され得る。
前記複数の面それぞれは前記電池セル積層体の最外側電池セルと対応する大きさで形成され得る。
前記複数の面が折り曲げられる部分には折り曲げ部が形成され、折り曲げ部は前記複数の面と垂直な方向に形成された折り曲げ面を含み得る。
前記絶縁部材の上面部と両側面部の間にはジャバラ部が形成され得る。
前記両側面部は前記バスバーフレームの側面部と接着部材により接合され得る。
本発明の他の一実施形態による電池パックは前記電池モジュールを含み得る。
本発明の一実施形態による電池モジュールおよびそれを含む電池パックは、電池セル積層体の上面部および両側面部を囲むように形成された絶縁部材により電池モジュールの絶縁性能を確保し、同時に交互に折り曲げられて形成される絶縁部材の両側面部により電池セルのスウェリングを吸収する効果を提供する。
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されることができる。
従来の電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による絶縁部材が電池セル積層体上に組み立てられた様子を示す図である。 本発明の一実施形態による絶縁部材が電池セル積層体上に組み立てられる様子を示す図である。 図４のＡ部分を拡大した図面であり、本発明の一実施形態による絶縁部材の両側面部を示す図である。
以下で説明される実施形態は発明の理解を深めるために例示的に示したものであり、本発明はここで説明される実施形態とは異に多様に変形して実施できることを理解されなければならない。ただし、本発明を説明するにあたり関連する公知機能あるいは構成要素に係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はその詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付する図面は発明の理解を深める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を誇張して示す場合もある。
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ために使用されるが、構成要素は用語によって限定されるべきではない。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にのみ使用される。
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り、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意味を示さない限り複数の表現を含む。本出願で「含む」、「からなる」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するためであり、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などの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものとして理解されなければならない。
以下、図２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２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を収容するモジュールフレーム２１０および電池セル積層体１００の前後面をカバーするバスバーフレーム３００を含む。また、上面および両側面で形成され、電池セル積層体１００とモジュールフレーム２１０の間で電池セル積層体１００の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材４００を含む。
電池セルは二次電池として、パウチ型二次電池で構成されることができる。このような電池セルは複数で構成され、複数の電池セルは相互電気的に接続されるように相互積層されて電池セル積層体１００を形成する。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み得る。
本実施形態によれば、図２に示すようにモジュールフレーム２１０はＵ字型フレーム形状に形成される。モジュールフレーム２１０は、上部が開放され、電池セル積層体１００を収容するように形成される。モジュールフレーム２１０は互いに向かい合う２個の側面部および底部で形成される。電池セル積層体１００は、左右面は２個の側面部とそれぞれ対応し、下面は底部と対応するようにモジュールフレーム２１０の内部に収容される。
上部プレート２２０は上部が開放されたモジュールフレーム２１０の上部で電池セル積層体１００をカバーするように形成される。この時、上部プレート２２０とモジュールフレーム２１０は溶接により接合される。モジュールフレーム２１０および上部プレート２２０により電池セル積層体１００を上下左右にカバーすることができる。
エンドプレート２３０は電池セル積層体１００の前後面をカバーするように形成され、電池セル積層体１００、バスバーフレーム３００およびその他これらと連結された電装品を物理的に保護することができる。また、エンドプレート２３０は電池モジュールを電池パックにマウンティングする構造を含み得る。
バスバーフレーム３００は、電池セル積層体１００とエンドプレート２３０の間に形成され、複数の電池セルに形成された電極リードを電気的に接続する。バスバーフレーム上には複数のバスバーが取り付けられ、バスバーを介して複数の電池セルの電圧情報などをセンシングする。センシングされた情報はバスバーフレームと連結されたコネクタ（図示せず）を介して電池モジュールを含む電池パックに転送される。バスバーフレーム３００とエンドプレート２３０の間には絶縁カバー（図示せず）が形成される。
熱伝導性樹脂層６００は電池セル積層体１００の下面とモジュールフレーム２１０の底部の間に形成される。熱伝導性樹脂層６００は電池セル積層体１００から発生する熱は外部に伝達することによって電池モジュールの冷却機能を行うことができる。熱伝導性樹脂層６００はサーマルレジン（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｓｉｎ）を含み得る。
本実施形態によれば、上面および両側面で形成され、電池セル積層体１００とモジュールフレーム２１０の間で電池セル積層体１００の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材４００をさらに含み得る。
従来には絶縁部材が電池セル積層体の上面のみカバーするように形成され、電池セル積層体の両側面とモジュールフレームの両側面部の間の絶縁性能が確保されない問題があった。
そこで、本実施形態によれば、上面部および両側面部に一体化して形成された絶縁部材４００が電池セル積層体１００の上面および両側面をカバーするように形成されることによって、電池セル積層体１００とモジュールフレーム２１０の両側面部の間の絶縁性能を確保することができる。また、絶縁部材４００の上面部と両側面部が一体に形成されることによって、絶縁部材４００を電池セル積層体１００上に容易に取り付けることができる。
絶縁部材４００は絶縁フィルムで形成される。また、絶縁部材は収縮チューブで形成される。上記の通りに、絶縁部材４００は薄くて軽いながらも電池セル積層体１００を完全にカバーする素材で形成されて電池モジュールの絶縁性能を向上させることができる。
以下、図２ないし図５を参照して本発明の一実施形態による絶縁部材の両側面部について説明する。
図３は本発明の一実施形態による絶縁部材が電池セル積層体上に組み立てられた様子を示す図である。図４は本発明の一実施形態による絶縁部材が電池セル積層体上に組み立てられる様子を示す図である。図５は図４のＡ部分を拡大した図面であり、本発明の一実施形態による絶縁部材の両側面部を示す図である。
図２ないし図５を参照すると、本発明の一実施形態による絶縁部材の両側面部４２０は複数の面が交互に折り曲げられて形成される。絶縁部材４００の両側面部４２０が複数の面が交互に折り曲げられるように形成されることによって、両側面部４２０と垂直な方向に積層形成された電池セル積層体１００複数の電池セルでスウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生する場合、交互に折り曲げられて形成された両側面部４２０がスウェリングを吸収することができる。
これにより絶縁部材４００の両側面部４２０は電池セル積層体１００の両側面方向に絶縁性能を確保できるようになると同時に電池セル積層体１００の両側面として作用するスウェリングを吸収できる効果を有する。
本実施形態によれば、絶縁部材４００の両側面部４２０はモジュールフレーム２１０の両側面と電池セル積層体１００の最外側電池セルの間に形成される。したがって、モジュールフレーム２１０の両側面の内部で電池セル積層体１００から発生するスウェリングを吸収して電池モジュールの構造的安定性を確保することができる。絶縁部材４００の両側面部４２０は弾性材を含み得る。これにより電池セル積層体１００から発生するスウェリングをより効率的に吸収することができる。
両側面部４２０は上面部４１０で下側方向に折り曲げられた後モジュールフレーム２１０の底面と両側面が接する部分で再び上側方向に折り曲げられ、前記折り曲げが繰り返されることにより両側面部を形成することができる。図５に示されたところによれば、下側方向に折り曲げられた部分４２１ａが一カ所および上側方向に折り曲げられた部分４２１ｂが二カ所形成される。折り曲げられた部分が生じることによって折り曲げの部分による弾性力が電池セル積層体１００の側面に完全に作用できる。ただし折り曲げの部分が過度に多く生じる場合には両側面部が電池セル積層体とモジュールフレームの間の空間を過度に多く占めることになるので、本実施形態のような折り曲げの部分が形成されるようにすることが好ましい。
本実施形態によれば、複数の面それぞれは電池セル積層体１００の最外側電池セルと対応する大きさで形成される。これにより複数の電池セロからスウェリング発生時電池セル面と対応する部分で発生するスウェリングをすべて吸収する。
両側面部４２０で、複数の面が折り曲げられる部分には折り曲げ部が形成される。折り曲げ部は複数の面と垂直な方向に形成された折り曲げ面Ｐを含み得る。折り曲げ面Ｐが複数の面と垂直な方向に形成されることによって、複数の面の間に空間を提供し、これに基づいて複数の面と垂直な方向への弾性力を提供する。前記弾性力は電池セル積層体１００のスウェリング発生時スウェリングを吸収するのに役に立つ。
両側面部４２０はバスバーフレーム３００の側面部と接着部材３１０により接合される。これにより絶縁部材４００の両側面部４２０をバスバーフレーム３００上に固定させて電池セル積層体１００の絶縁機能およびスウェリング吸収機能を安定的に行うようにすることができる。接着部材３１０は両面テープまたは液状接着剤を含み得る。
絶縁部材４００の上面部４１０と両側面部４２０の間にはジャバラ部４３０が形成される。ジャバラ部４３０は上面部４１０と両側面部４２０を連結する。ジャバラ部４３０により絶縁部材４００の上面部４１０と両側面部４２０が形成する角度が柔軟に調節される。これにより絶縁部材４００の組み立て時電池セル積層体１００の両側面と絶縁部材４００の両側面部４２０の間の干渉なしに絶縁部材４００が電池セル積層体１００の両側面および上面に滑らかに安着することができる。
本実施形態による電池モジュールは、絶縁部材４００の上面部４１０とバスバーフレーム３００の両側上段部を結合する固定部材５００をさらに含む。より詳細には、絶縁部材４００の上面部４１０両側には孔４１１が形成され、バスバーフレーム３００の両側上段部には挿入部３０１が形成され、固定部材５００は孔４１１を通過して挿入部３０１に挿入されることによって絶縁部材４００とバスバーフレーム３００を結合させる。固定部材５００はボルトで形成される。ボルトは挿入部３０１に締結されることによって絶縁部材４００とバスバーフレーム３００を結合させる。
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。
前記電池パックは多様なデバイスに適用することができる。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されるが、本発明はこれに制限されず電池モジュールを使用できる多様なデバイスへの適用が可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
以上、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、本発明は上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することなく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って多様な変形実施が可能であることはもちろんであり、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別に理解されるべきではない。
１０ 電池セル積層体
２１ モジュールフレーム
３０ バスバーフレーム
１００ 電池セル積層体
２００ モジュールフレーム
２１０ Ｕ字型フレーム
２２０ 上部プレート
２３０ エンドプレート
３００ バスバーフレーム
３０１ 挿入部
３１０ 接着部材
４００ 絶縁部材
４１０ 絶縁部材の上面部
４１１ 孔
４２０ 絶縁部材の両側面部
４２１ａ 下側方向に折り曲げられた部分
４２１ｂ 上側方向に折り曲げられた部分
Ｐ 折り曲げ面
４３０ ジャバラ部
５００ 固定部材
６００ 熱伝導性樹脂層

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；
    前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム；
    前記電池セル積層体の前後面をカバーするバスバーフレーム；および
    上面部および両側面部で形成され、前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの間で前記電池セル積層体の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材を含み、
    前記絶縁部材の前記両側面部は複数の面が折り曲げられて形成される、電池モジュール。
  2. 前記絶縁部材の前記両側面部は前記モジュールフレームの両側面と前記電池セル積層体の最外側電池セルの間に形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記絶縁部材の前記両側面部は弾性材を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
  4. 前記両側面部は前記上面部で下側方向に折り曲げられた後前記モジュールフレームの底面と両側面が接する部分で再び上側方向に折り曲げられ、前記折り曲げが繰り返されて前記両側面部を形成する、請求項１に記載の電池モジュール。
  5. 前記下側方向に折り曲げられた部分が一カ所ずつおよび前記上側方向に折り曲げられた部分が二カ所ずつ形成される、請求項４に記載の電池モジュール。
  6. 前記複数の面それぞれは前記電池セル積層体の最外側電池セルと対応する大きさで形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
  7. 前記複数の面が折り曲げられる部分には折り曲げ部が形成され、折り曲げ部は前記複数の面と垂直な方向に形成された折り曲げ面を含む、請求項１～６の何れか一項に記載の電池モジュール。
  8. 前記絶縁部材の前記上面部と前記両側面部の間にはジャバラ部が形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
  9. 前記両側面部は前記バスバーフレームの側面部と接着部材により接合される、請求項１に記載の電池モジュール。
  10. 請求項１による電池モジュールを含む、電池パック。
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