特許 6791982 フレーム構造が改善したバッテリーモジュール及びこのためのフレームアセンブリー

(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】6791982

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】フレーム構造が改善したバッテリーモジュール及びこのためのフレームアセンブリー

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 E

   H01M2/10 Y

【請求項の数】10

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-556778(P2018-556778)

(86)(22)【出願日】2017年8月11日

(65)【公表番号】特表2019-502250(P2019-502250A)

(43)【公表日】2019年1月24日

(86)【国際出願番号】KR2017008759

(87)【国際公開番号】WO2018030846

(87)【国際公開日】20180215

【審査請求日】2018年7月18日

(31)【優先権主張番号】10-2016-0103079

(32)【優先日】2016年8月12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】ジェ−ウク・リュ

(72)【発明者】

【氏名】ダル−モ・カン

(72)【発明者】

【氏名】ジ−ス・ユン

【審査官】 浅野 裕之

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５３６９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２２５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９９８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５１００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０９１８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１７８３６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国実用新案第２０３３９８１９３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１３０４０８０（ＣＮ，Ａ）

【文献】 実開昭５７−１９７６７７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５１−０４１６６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−０５４２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０３５５７０７０（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 中国実用新案第２０４４４１３７３（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１３−００５６５３０（ＫＲ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１３−００３５４６１（ＫＲ，Ａ）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１１−０１３３２５６（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一つ以上のセルと、
前記セルの下端面を支持する下部プレート、前記下部プレートのいずれか一方の両側縁端から垂直に延び、前記セルの最外側に隣接するように配置される一対のサイドプレート、及び前記サイドプレートの上端といずれか一方の両側縁端が結合し、前記セルの上部を覆う上部プレートを備えたフレームアセンブリーと、
を含み、
前記一対のサイドプレートは前記下部プレートと共に断面が「コ」字形状となっており、
前記下部プレートの他方の両側縁端には、第１ガイドプレートが前記下部プレートから所定の高さだけ垂直上方に延びており、
前記上部プレートの他方の両側縁端には、第２ガイドプレートが前記上部プレートから所定の高さだけ垂直下方に延びており、
前記第１ガイドプレート及び前記第２ガイドプレートは互に離間していることを特徴とするバッテリーモジュール。

【請求項2】

前記上部プレートは、縁端部が前記サイドプレートの上端に溶接されてい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】

前記第１ガイドプレートは、前記下部プレートから折り曲げられて一体で形成され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4】

前記第２ガイドプレートは、前記上部プレートから折り曲げられて一体で形成され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5】

前記サイドプレートは、前記下部プレートから折り曲げられて一体で形成され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6】

バッテリーモジュールの外郭で少なくとも一つ以上のセルを支持するフレームアセンブリーであって、
セルの下端面を支持する下部プレートと、
前記下部プレートのいずれか一方の両側縁端から垂直に延び、前記セルの最外側に隣接するように配置される一対のサイドプレートと、
前記セルの上部を覆うように配置され、前記サイドプレートの上端にいずれか一方の両側縁端が結合した上部プレートと、
を含み、
前記一対のサイドプレートは前記下部プレートと共に断面が「コ」字形状となっており、
前記下部プレートの他方の両側縁端には、第１ガイドプレートが前記下部プレートから所定の高さだけ垂直上方に延びており、
前記上部プレートの他方の両側縁端には、第２ガイドプレートが前記上部プレートから所定の高さだけ垂直下方に延びており、
前記第１ガイドプレート及び前記第２ガイドプレートは互に離間していることを特徴とするバッテリーモジュールのフレームアセンブリー。

【請求項7】

前記上部プレートは、縁端部が前記サイドプレートの上端に溶接されていることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュールのフレームアセンブリー。

【請求項8】

前記第１ガイドプレートは、前記下部プレートから折り曲げられて一体で形成されることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュールのフレームアセンブリー。

【請求項9】

前記第２ガイドプレートは、前記上部プレートから折り曲げられて一体で形成されることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュールのフレームアセンブリー。

【請求項10】

前記サイドプレートは、前記下部プレートから折り曲げられて一体で形成されることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュールのフレームアセンブリー。

【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に関し、より詳しくは、外郭のフレームによってセルが支持される構造を有するバッテリーモジュール及びこのためフレームアセンブリーに関する。

【0002】

本出願は、２０１６年８月１２日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−０１０３０７９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】

通常、バッテリーモジュールは、複数のセルが直列及び／または並列接続によって集合した構造から形成される。このようなバッテリーモジュールは、通常、複数のセルが一方向に配列されて積層されたセルアセンブリーと、セルアセンブリーを囲むプレートを有するフレームと、を備える。

【0004】

従来のバッテリーモジュールは、図１に示したように、押出やダイキャスト工法によって一体型に形成されるフレーム１０によってセルアセンブリー２０が囲まれた構造として製作されていた。

【0005】

しかし、このような押出やダイキャスト工法は、工程費用が高くてバッテリーモジュールの単価を上昇させる主要原因となり、強制的にバッテリーモジュールの膨張を抑制するため、セルの寿命に悪影響を及ぼし得る恐れがある。

【0006】

代案として、韓国公開特許第２０１５−００３１８６１号公報には、セルアセンブリーの側面にサイドプレートが隣接して配置されるバッテリーモジュールが開示されている。韓国公開特許第２０１５−００３１８６１号公報は、一方向に並べられた複数のバッテリーセルと、前記バッテリーセルの側面に隣接して配置されるサイドプレートと、を含み、前記サイドプレートは、前記バッテリーセルの方向へ突出して前記バッテリーセルを加圧する加圧領域を備え、加圧領域がバッテリーセルにテンションを提供してバッテリーセルの動きを防止することで、安全性が向上したバッテリーモジュールを開示している。

【0007】

韓国公開特許第２０１２−００５１２３７号公報は、パウチ型二次電池が少なくとも二つ以上が積層して並んで配置され、電極タブ付き面が同一に配置され、前記パウチ型二次電池の各々が垂直または水平に摺動して装着され、前記パウチ型二次電池の電極タブ付き面を含む外周面と結合し、上、下、側面分離型の組立式構造から形成されたバッテリーモジュールケースを開示している。

【0008】

前記のような技術が提示されているにもかかわらず、従来はスウェリングによるエンドプレートの膨張をある程度許容しながらもバッテリーモジュールを安定的に支持し、素材や工程面から費用を節減することができる技術的手段が提示されておらず、これに対する対策が求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、メタルシートなどの素材からなるプレートが組み立てられてフレームが形成された構造を有するバッテリーモジュール及びこのためフレームアセンブリーを提供することを目的とする。

【0010】

また、本発明は、溶接加工によってフレームが形成される構造を有するバッテリーモジュール及びこのためフレームアセンブリー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】

【0011】

上記の課題を達成するため、本発明は、少なくとも一つ以上のセルと、前記セルの下端面を支持する下部プレート、前記下部プレートのいずれか両側縁端から垂直に延び、前記セルの最外側に隣接するように配置されるサイドプレート、及び前記サイドプレートの上端に結合し、前記セルの上部を覆う上部プレートを備えたフレームアセンブリーと、を含むバッテリーモジュールが提供される。

【0012】

前記上部プレートは、縁端部が前記サイドプレートの上端に溶接されることで結合することが望ましい。

【0013】

本発明によるバッテリーモジュールは、前記下部プレートの他の両側縁端から垂直に延び、セルの離脱を防止する第１ガイドプレートをさらに含み得る。

【0014】

前記第１ガイドプレートは、前記下部プレートから折り曲げられて一体で形成され得る。

【0015】

本発明によるバッテリーモジュールは、前記上部プレートの縁端から垂直に延び、セルの離脱を防止する第２ガイドプレートをさらに含み得る。

【0016】

前記第２ガイドプレートは、前記上部プレートから折り曲げられて一体で形成され得る。

【0017】

前記サイドプレートは、前記下部プレートから折り曲げられて一体で形成され得る。

【0018】

本発明の他面によれば、バッテリーモジュールの外郭で少なくとも一つ以上のセルを支持するフレームアセンブリーであって、セルの下端面を支持する下部プレートと、前記下部プレートのいずれか両側縁端から垂直に延び、前記セルの最外側に接するように配置されるサイドプレートと、前記セルの上部を覆うように配置され、前記サイドプレートの上端に両側縁端が結合した上部プレートと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールのフレームアセンブリーが提供される。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、バッテリーモジュールのフレームアセンブリーがメタルシートのようなプレート素材から製作されるため軽量化が可能であり、溶接加工によって組み立てられることで工程費用が節減される。

【0020】

また、セルの過充電などによってバッテリーモジュールにスウェリングが発生したとき、サイドプレートの膨張程度を適正水準に許容することが可能であるため、セルの寿命に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

【0021】

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】従来技術によるバッテリーモジュールの外観を示した斜視図である。

【図2】本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの構成を示した分解斜視図である。

【図3】図２の結合斜視図である。

【図4】本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの構成を示した斜視図である。

【図5】図４の結合斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図２は、本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの構成を示した分解斜視図である。

【0024】

図２を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールは、複数個のセル１００と、複数個のセル１００を囲むように配置され、下部プレート１１１、サイドプレート１１３及び上部プレート１１４を備えるフレームアセンブリー１１０と、を含む。

【0025】

各々のセル１００は、薄板状の胴体を有するものであって、望ましくは、パウチ型二次電池によって構成される。複数のセル１００は、一方向に配列され、実質的に積層構造をなす。

【0026】

フレームアセンブリー１１０は、複数個のセル単位としてセル１００を収容して支持及び保護する構造物であって、セル１００の下部に位置する下部プレート１１１と、セル１００の最外側に隣接するように配置されるサイドプレート１１３と、セル１００の上部に位置する上部プレート１１４と、を備える。フレームアセンブリー１１０を成す各々のプレート１１１、１１３、１１４は、数ミリメートル程度の薄い厚さを有する、例えば、アルミニウム板材のようなメタルシート（またはメタルプレート）によって形成される。

【0027】

下部プレート１１１は、複数個のセル１００の下端面を一括的に支持できるベース面を備える。

【0028】

サイドプレート１１３は、下部プレート１１１のいずれか両側縁端から垂直上方へ延びてセル１００の最外側に隣接するように配置される。即ち、サイドプレート１１３は、一対が備えられ、その間隔は複数個のセル１００を収容可能な程度に設定される。サイドプレート１１３は、下部プレート１１１から折り曲げられ、断面が「コ」字形状になるように一体で形成することが望ましい。

【0029】

下部プレート１１１の他の両側縁端には、フレームアセンブリー１１０に収容されたセル１００が前後方向、即ち、セル１００の配列方向に垂直な方向へ離脱することを防止するための第１ガイドプレート１１２が数センチメートルの高さだけ垂直上方へ延びている。第１ガイドプレート１１２は、下部プレート１１１から折り曲げられて一体で形成することが望ましい。

【0030】

上部プレート１１４は、サイドプレート１１３の上端に結合し、複数個のセル１００の上部を一括的に覆う。上部プレート１１４は、その両側縁端の部分が各々サイドプレート１１３の上端に溶接（Ｗｅｌｄｉｎｇ）されることが望ましい。これによって、サイドプレート１１３と上部プレート１１４とが接触するエッジ部分には、溶接部（図３のＷ参照）が形成される。ここで、溶接法としては、レーザー溶接、超音波溶接、スポット溶接などを採用することができる。

【0031】

図３には、溶接によってサイドプレート１１３の上端に上部プレート１１４が組み立てられた状態が示されている。図３に示されたように、複数個のセル１００単位として備えられるフレームアセンブリー１１０を備えたバッテリーモジュールは、複数個のセル１００がフレームアセンブリー１１０内に配置された状態で前記上部プレート１１４の縁端部が前記サイドプレート１１３の上端に溶接されることで製作される。

【0032】

上部プレート１１４の幅は、一対のサイドプレート１１３の内部面の間隔と実質的に一致するか、または、一対のサイドプレート１１３の外部面の間隔と実質的に一致することが望ましい。

【0033】

上部プレート１１４において、サイドプレート１１３と接触しない両側縁端には、フレームアセンブリー１１０に収容されたセル１００が、前後方向、即ち、セル１００の配列方向に垂直な方向へ離脱することを防止するための第２ ガイドプレート１１５が数センチメートルの高さだけ垂直下方へ延びている。第２ガイドプレート１１５は、上部プレート１１４から折り曲げられて一体で形成することが望ましい。

【0034】

本発明の他の実施例によれば、図４に示したように、単一セルの単位としてフレームアセンブリー１１０が結合した構造を有するバッテリーモジュールが提供される。この場合、バッテリーモジュールは、単一に配置されるセル１００と、単一セル１００に対応するように備えられてセル１００を囲むように配置され、下部プレート１１１、サイドプレート１１３及び上部プレート１１４を備えるフレームアセンブリー１１０と、を含む。

【0035】

フレームアセンブリー１１０は、単一セル１００に各々対応するように備えられることから、内部に一つのセル１００のみを収容するように構成されるため、スリムな形状として提供できる。フレームアセンブリー１１０を成す下部プレート１１１、サイドプレート１１３及び上部プレート１１４の具体的な構成及び結合関係は、前述の実施例と同一であるので、その詳細な説明は略する。

【0036】

図５に示したように、セル単位として備えられるフレームアセンブリー１１０を備えるバッテリーモジュールは、単一セル１００がフレームアセンブリー１１０内に配置された状態で、前記上部プレート１１４のエッジ部分が前記サイドプレート１１３の上端に溶接されて製作される。これによって、サイドプレート１１３と上部プレート１１４とが接触するエッジ部分には溶接部Ｗが形成される。

【0037】

前記のような構成を有する本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールは、単一セル１００または複数個のセル１００単位でフレームアセンブリー１１０が結合した形態として提供される。

【0038】

フレームアセンブリー１１０は、アルミニウム板材のようなメタルシート（またはメタルプレート）によって形成された下部プレート１１１、サイドプレート１１３及び上部プレート１１４が有機的に結合してなるため、軽量化が可能である。

【0039】

フレームアセンブリー１１０の製作過程において、下部プレート１１１とサイドプレート１１３とは、曲げ加工によって一体で形成され、サイドプレート１１３の上端に、上部プレート１１４がレーザー溶接や超音波溶接のような溶接加工によって結合する。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明を適用する場合、既存の押出やダイキャスト工法によって製造されるフレームに比べて軽量化が可能となり、組立工程費用が節減可能なバッテリーモジュールを具現することができる。

【符号の説明】

【0041】

１０ フレーム
２０ セルアセンブリー
１００ 単一セル、セル
１１０ フレームアセンブリー
１１１ 下部プレート
１１２ 第１ガイドプレート
１１３ サイドプレート
１１４ 上部プレート
１１５ 第２ガイドプレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】