特許 6789388 バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6789388

(24)【登録日】2020年11月5日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6551 20140101AFI20201116BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20201116BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20201116BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20201116BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20201116BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/6551

   H01M2/10 S

   H01M10/613

   H01M10/625

   H01M10/647

   H01M10/6556

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-518450(P2019-518450)

(86)(22)【出願日】2018年7月5日

(65)【公表番号】特表2019-535108(P2019-535108A)

(43)【公表日】2019年12月5日

(86)【国際出願番号】KR2018007653

(87)【国際公開番号】WO2019013492

(87)【国際公開日】20190117

【審査請求日】2019年4月5日

(31)【優先権主張番号】10-2017-0087940

(32)【優先日】2017年7月11日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】500239823

【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100122161

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 崇

(72)【発明者】

【氏名】ガン−ウ・イ

(72)【発明者】

【氏名】ジュン−ヨプ・ソン

【審査官】 田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０４３７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７００１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／６５５１

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、
前記バッテリーセル積層体が収納されるケースと、
前記ケースの内部に挿入され、前記バッテリーセル積層体に接触して支持される放熱部材と、
を含み、
前記ケースには挿入孔が形成され、
前記放熱部材が、
ベースプレートと、
前記ベースプレートに結合し、前記挿入孔に挿入される少なくとも一つの突出部と、
を含み、
前記突出部には、少なくとも一つの段差が形成され、前記段差には係止溝が形成され、前記ケースには、前記係止溝に結合可能なフックが形成される、
バッテリーモジュール。

【請求項2】

前記ベースプレートは、前記ケースの内部に挿入され、前記ケースのうち、前記挿入孔が形成された一側に接触することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。

【請求項3】

前記ベースプレートの一側が、前記ケースに接触し、前記一側に対向する前記ベースプレートの他側が、前記バッテリーセル積層体に接触することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。

【請求項4】

前記突出部は、少なくとも二つが設けられ、
第１突出部には、冷媒が前記ベースプレートに流入できるように冷媒流入口が形成されて流入流路が連結され、第２突出部には冷媒が前記ベースプレートから流出できるように冷媒流出口が形成されて流出流路が連結されることを特徴とする、請求項２又は３に記載のバッテリーモジュール。

【請求項5】

前記ケースには、少なくとも一つのガイド突起が形成され、
前記ベースプレートには、前記ガイド突起に沿って前記ベースプレートの挿入をガイドできる少なくとも一つのガイド孔が形成されることを特徴とする、請求項１から４のうちのいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。

【請求項6】

請求項１から５のうちのいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、バッテリーパック。

【請求項7】

請求項１から５のうちのいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、自動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、締結部材を備えることなく放熱部材を固定することができるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関する。

【0002】

本出願は、２０１７年７月１１日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００８７９４０号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

【背景技術】

【0003】

モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていたが、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く用いられている。

【0004】

このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材を各々正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質が各々塗布された正極板及び負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。

【0005】

リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。

【0006】

従来のバッテリーモジュールには、バッテリーセルで発生する熱を放出するためにバッテリーセルに接触するヒートシンクのような放熱部材が使用される。 しかし、ケースにバッテリーセルが収納された後、ヒートシンクがバッテリーセルに接触することから、ヒートシンクを固定するためのボルト及びナットのような締結部材が必要であった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする技術的課題は、ボルト及びナットのような締結部材を備えることなく放熱部材をバッテリーセルに接触し固定できるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することを目的とする。

【0008】

また、本発明は、放熱部材をケースの内部に正確に挿入可能なバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックを提供することを他の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を達成するため、本発明の一面によれば、複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、前記バッテリーセル積層体が収納されるケースと、前記ケースの内部に挿入され、前記バッテリーセル積層体に接触し支持される放熱部材と、を含む、バッテリーモジュールを提供し得る。

【0010】

また、前記ケースには挿入孔が形成され、前記放熱部材は、ベースプレートと、前記ベースプレートに結合し、前記挿入孔に挿入される少なくとも一つの突出部と、を含み得る。

【0011】

そして、前記ベースプレートは、前記ケースの内部に挿入され、前記ケースのうち挿入孔が形成された一側に接触し得る。

【0012】

また、前記ベースプレートの一側は、前記ケースに接触し、前記一側に対向する前記ベースプレートの他側は、前記バッテリーセル積層体に接触し得る。

【0013】

そして、前記突出部は、少なくとも二つが設けられ、第１突出部には、冷媒が前記ベースプレートに流入できるように冷媒流入口が形成されて流入流路が連結され、第２突出部には冷媒が前記ベースプレートから流出できるように冷媒流出口が形成されて流出流路が連結され得る。

【0014】

また、前記突出部は、前記挿入孔に挿入され、前記ケースにフック方式またはスナップ方式で結合し得る。

【0015】

そして、前記突出部には、少なくとも一つの段差が形成され、前記段差には係止溝が形成され、前記ケースには、前記係止溝に結合可能なフックが形成され得る。

【0016】

また、前記ケースには、少なくとも一つのガイド突起が形成され、前記ベースプレートには、前記ガイド突起に沿って前記ベースプレートの挿入をガイドできる少なくとも一つのガイド孔が形成され得る。

【0017】

なお、本発明の他面によれば、前述のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提供され、前記のバッテリーモジュールを含む自動車が提供され得る。

【発明の効果】

【0018】

本発明の実施例は、防熱部材がバッテリーセル積層体によって支持され、突出部がケースにフック方式またはスナップ方式で結合することから、ボルト及びナットのような締結部材を備えることなくバッテリーセルに接触し固定することができる。

【0019】

また、放熱部材がケースに形成されたガイド突起に沿って挿入されるため、ケースの内部に正確に挿入することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な全体斜視図である。

【図2】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な分離斜視図である。

【図3】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおけるケースの内部を示した図である。

【図4】図１の線Ａ−Ａ’に沿って見た断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

【0022】

図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。

【0023】

本明細書において使用される「結合」または「連結」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、または直接連結される場合のみならず、一つの部材が接続部材を介して他の部材に間接的に結合するか、または間接的に連結される場合も含む。

【0024】

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な全体斜視図であり、図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な分離斜視図であり、図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおけるケースの内部を示した図であり、図４は、図１の線Ａ−Ａ’に沿って見た断面図である。図３においては、ケースの一部が部分切開されている。

【0025】

図１〜図４を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、バッテリーセル積層体１００と、ケース２００と、放熱部材３００と、を含む。

【0026】

バッテリーセル積層体１００は、複数のバッテリーセル１１０が積層されるように構成され得る（図４参照）。バッテリーセル１１０は、多様な構造を有し得、複数のバッテリーセル１１０は、多様な方式で積層され得る。バッテリーセル１１０は、正極板／セパレーター／負極の順に配列される単位セル（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）または正極板／セパレーター／負極板／セパレーター／正極板／セパレーター／負極の順に配列されたバイセル（Ｂｉ−Ｃｅｌｌ）を電池容量に合わせて複数個を積層した構造を有し得る。

【0027】

バッテリーセル１１０には、電極リードが備えられ得る。電極リードは、外部へ露出して外部機器に接続する一種の端子であって、伝導性材質が使われ得る。電極リードは、正極リード及び負極リードを含み得る。正極リードと負極リードとは、バッテリーセル１１０の長手方向に対して相互反対方向に配置してもよく、または正極リードと負極リードとがバッテリーセル１１０の長手方向に対して相互同一の方向に位置してもよい。電極リードは、バスバーに電気的に結合し得る。

【0028】

バッテリーセル積層体１００には、バッテリーセル１１０を収納する複数のカートリッジ（図示せず）が備えられ得る。各々のカートリッジは、プラスチックの射出成形によって製造され得、バッテリーセル１１０を収納できる収納部が形成された複数のカートリッジが積層され得る。複数のカートリッジが積層されたカートリッジ組立体には、コネクター要素または端子要素が備えられ得る。コネクター要素は、例えば、バッテリーセル１１０の電圧または温度に関わるデータを提供できるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，図示せず）などに接続するための多様な形態の電気的な接続部品または接続部材が含まれ得る。そして、端子要素は、バッテリーセル１１０に接続するメイン端子であって、正極端子及び負極端子を含み、端子要素には、ターミナルボルトが備えられ、外部と電気的に接続し得る。一方、バッテリーセル１１０は、多様な形状を有し得る。

【0029】

ケース２００には、バッテリーセル積層体１００が収納される（図４参照）。ケース２００は、バッテリーセル積層体１００またはバッテリーセル１１０が収納された複数のカートリッジの全体を囲み、これによって外部の振動や衝撃からバッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体を保護する。

【0030】

ケース２００は、バッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体の形状に対応する形状に形成され得る。例えば、バッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体が六面体形状に設けられる場合、ケース２００も、これに対応するように六面体形状として設けられ得る。ケース２００は、例えば、金属材質のプレートを折り曲げて製造されるか、または、プラスチック射出物によって製造され得る。そして、ケース２００は、一体型として製造されてもよく、または分離した各々のプレートが結合して製造されてもよい。ケース２００には、前述のコネクター要素または端子要素が外部に露出可能な貫通部（図示せず）が形成され得る。即ち、コネクター要素または端子要素は、外部の所定の部品または部材と電気的に接続し得るが、このような電気的接続がケース２００によって妨げられないようにケース２００に貫通部が形成され得る。

【0031】

ケース２００には、後述する放熱部材３００の突出部３２０が挿入されるように挿入孔２１０が形成され得（図１及び図２参照）、放熱部材３００のガイド孔３１１がガイドされるようにガイド突起２３０が形成され得る（図２及び図３参照）。

【0032】

放熱部材３００は、バッテリーセル積層体１００で発生する熱を放出できる多様な方式が適用され得、例えば、放熱部材３００は、ヒートシンクとして設けられ得る。放熱部材３００は、ケース２００の内部に挿入され、バッテリーセル積層体１００に接触し支持される。従来のバッテリーモジュール（図示せず）の場合、ケース（図示せず）にバッテリーセル（図示せず）が挿入され、バッテリーセル（図示せず）の下側に放熱部材（図示せず）が配置されてバッテリーセルに接触し、放熱部材を固定するためにボルト及びナットを使用した。しかし、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、放熱部材３００が先に挿入されてケース２００に接触し、放熱部材３００がケース２００に接触した状態でバッテリーセル積層体１００が挿入されて放熱部材３００に接触するため、放熱部材３００は、バッテリーセル積層体１００によって支持され、これによって、放熱部材３００を固定するためのボルト及びナットが不要となる。

【0033】

放熱部材３００は、ベースプレート３１０と、突出部３２０と、を含み得る。ベースプレート３１０は、多様な形状を有し得、バッテリーセル積層体１００に接触してバッテリーセル１１０から発生する熱を放出する。このために、ベースプレート３１０には、冷媒が流入してから流出されるように設けられ得る。

【0034】

ベースプレート３１０は、ケース２００の内部に挿入され、ケース２００のうち挿入孔２１０が形成された一側に接触し得る。ここで、ベースプレート３１０の一側は、ケース２００に接触し、一側に対向するベースプレート３１０の他側は、バッテリーセル積層体１００に接触し得る（図４参照）。即ち、ベースプレート３１０がケース２００の内側面とバッテリーセル積層体１００のと間に介され、ケース２００の内側面及びバッテリーセル積層体１００に各々接触し得、これによって、ベースプレート３１０は、バッテリーセル積層体１００によって支持される。ケース２００には、バッテリーセル積層体１００を支持するための蓋（図示せず）が結合し得る。

【0035】

突出部３２０は一つ以上が設けられ得、ベースプレート３１０に結合してケース２００に形成された挿入孔２１０に挿入される。即ち、突出部３２０がケース２００の挿入孔２１０に挿入されれば、ベースプレート３１０はケース２００の内側面に接触する。ここで、突出部３２０には、一つ以上の段差３２８が形成され得、段差３２８には係止溝３２９が形成され、ケース２００の挿入孔２１０には突出部３２０の係止溝３２９に結合可能なフック２２０が形成され得る。ここで、フック２２０の形状は多様である。即ち、突出部３２０は、挿入孔２１０に挿入され、ケース２００にフック方式またはスナップ方式で結合し得る。但し、突出部３２０にフックが形成され、ケース２００に係止溝が形成されてもよい。前述のように、放熱部材３００のベースプレート３１０がケース２００とバッテリーセル積層体１００との間に介されてバッテリーセル積層体１００によって支持されるため、放熱部材３００を固定するボルト及びナットを備えなくてもよい。しかし、放熱部材３００の固定力を高めるためにケース２００にフック２２０が形成され、突出部３２０に形成された係止溝３２９にフック方式で結合すれば、放熱部材３００は、突出部３２０が形成された部分でフック方式で結合し固定され、バッテリーセル積層体１００に接触した部分では、バッテリーセル積層体１００によって支持されるため、ボルト及びナットを備えなくても充分固定できる効果を奏する。そして、これによって、ボルト及びナットの製作に必要な費用を節減することができ、ボルト及びナット結合工程が省略されるので、作業者の作業が便利となる効果を奏する。

【0036】

一方、突出部３２０は、ベースプレート３１０へ流入する冷媒の入口とベースプレート３１０から流出する冷媒の出口の機能を有し得る。即ち、突出部３２０は、ケース２００にフック結合してベースプレート３１０を支持することもでき、または、冷媒の移動通路として用いられることも可能である。もし、突出部３２０がフック結合によってベースプレート３１０を単に支持する機能のみを有すれば、突出部３２０の個数は一つであってもよく、一つ以上が備えられてもよく、この場合、冷媒がベースプレート３１０に流入した後、ベースプレート３１０から流出されるためにベースプレート３１０には流入口と流出口とが別に形成され得る。しかし、突出部３２０が冷媒の移動通路の機能も有するとしたら、突出部３２０は二つ以上が設けられ得る。即ち、冷媒の流入口と流出口とが少なくとも一つずつ必要となるため、突出部３２０は少なくとも二つを有することが望ましい。但し、突出部３２０が一つ設けられ、一つの突出部３２０が流入口または流出口のいずれか一つの機能を有し、突出部３２０の流入口または流出口に対応するようにベースプレート３１０に突出部３２０ではなく流出口または流入口が形成された場合の実施例も可能である。突出部３２０が二つである場合、第１突出部３２１には冷媒がベースプレート３１０に流入するように冷媒流入口３２２が形成されて流入流路（図示せず）に連結され、第２突出部３２５には、冷媒がベースプレート３１０から流出するように冷媒流出口３２６が形成されて流出流路（図示せず）に連結され得る。即ち、冷媒は、流入流路（図示せず）から第１突出部３２１に形成された冷媒流入口３２２に通してベースプレート３１０へ流入し、ベースプレート３１０から第２突出部３２５に形成された冷媒流出口３２６を通して流出流路（図示せず）へ流出する。

【0037】

放熱部材３００は、ケース２００に挿入される過程で反るか、回転してしまい、挿入方向と異なる方向へケース２００に挿入され得る。これを防止するために、図２及び図３を参照すれば、ケース２００には一つ以上のガイド突起２３０が形成され、ベースプレート３１０には、一つ以上のガイド孔３１１が形成され得る。即ち、ベースプレート３１０に形成されたガイド孔３１１がケース２００に形成されたガイド突起２３０に沿って挿入されるため、ベースプレート３１０の挿入時、ベースプレート３１０が反るか回転することなく正確な方向へ挿入することができるという効果を奏する。

【0038】

以下、図面を参照して本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明する。

【0039】

図１〜図４を参照すれば、ケース２００には挿入孔２１０が形成され得、放熱部材３００にはベースプレート３１０から突出する突出部３２０が形成され得る。放熱部材３００は、ケース２００に挿入され、ケース２００の内側面とバッテリーセル積層体１００との間に介されるため、放熱部材３００は、バッテリーセル積層体１００によって支持され得る。そして、ケース２００の挿入孔２１０にはフック２２０が形成され、放熱部材３００の突出部３２０には係止溝３２９が形成され、放熱部材３００の突出部３２０は、ケース２００にフック方式またはスナップ方式で結合し得る。

【0040】

このような方式によって放熱部材３００がバッテリーセル積層体１００によって支持され、突出部３２０がケース２００にフック方式またはスナップ方式で結合するため、ボルト及びナットのような締結部材を備えなくてもバッテリーセル１１０に接触し固定することができるという効果を奏する。

【0041】

一方、本発明の一実施例によるバッテリーパック（図示せず）は、前述のような本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０を一つ以上含み得る。また、前記バッテリーパックは、このようなバッテリーモジュール１０の他に、このようなバッテリーモジュール１０を収納するためのケース、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどがさらに含まれ得る。

【0042】

一方、本発明の一実施例による自動車（図示せず）は、前述のバッテリーモジュール１０またはバッテリーパック（図示せず）を含み得、前記バッテリーパックには、前記バッテリーモジュール１０が含まれ得る。そして、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、前記自動車、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような電気を使用するように設けられる所定の自動車（図示せず）に適用することができる。

【0043】

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパックに関し、特に、二次電池関連産業に利用可能である。

【符号の説明】

【0045】

１０ バッテリーモジュール
１００ バッテリーセル積層体
１１０ バッテリーセル
２００ ケース
２１０ 挿入孔
２２０ フック
２３０ ガイド突起
３００ 放熱部材
３１０ ベースプレート
３１１ ガイド孔
３２０ 突出部
３２１ 第１突出部
３２２ 冷媒流入口
３２５ 第２突出部
３２６ 冷媒流出口
３２８ 段差
３２９ 係止溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】