特許 6848072 バッテリーモジュール

(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】6848072

(24)【登録日】2021年3月5日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】バッテリーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/20 20210101AFI20210315BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 S

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-538625(P2019-538625)

(86)(22)【出願日】2017年12月12日

(65)【公表番号】特表2020-506506(P2020-506506A)

(43)【公表日】2020年2月27日

(86)【国際出願番号】KR2017014502

(87)【国際公開番号】WO2018143556

(87)【国際公開日】20180809

【審査請求日】2019年7月18日

(31)【優先権主張番号】10-2017-0015582

(32)【優先日】2017年2月3日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】514278061

【氏名又は名称】サムスン エスディアイ カンパニー，リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】フン・テ・ロ

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０９９４９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２８７５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０９８９８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１９−５１２８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２１４０２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１３１２４３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリーモジュールにおいて、
複数のバッテリーセルの上部に載置された回路基板；
前記複数のバッテリーセルを電気的に連結し、前記回路基板に電気的に接続されたバスバー；および
一方向に配列される前記複数のバッテリーセルのうち、対向する両側の終端に位置する一対のエンドプレート；
を含み、
前記回路基板の一終端には前記バッテリーモジュールの外部に露出して外部装置の電気的連結のためのコネクタを含み、
前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一つのエンドプレートは金属性材質で形成され、前記コネクタを囲むコネクタ接地部および前記コネクタ接地部と連結される連結部を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。

【請求項2】

前記コネクタ接地部および前記連結部は、前記金属性材質で形成されたエンドプレートと同じ材質で形成され、前記金属性材質で形成されたエンドプレートに接地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3】

前記複数のバッテリーセルの端側面を覆うように前記一対のエンドプレートに結合される一対のサイドプレート；および
前記エンドプレートおよび前記サイドプレートに結合して前記バスバーおよび回路基板を保護する上部カバー；
をさらに含み、
前記コネクタは前記上部カバーの外部に露出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4】

前記コネクタ接地部は、前記コネクタの外部の終端の入口側の縁状に沿って一定の厚さを有して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】

前記一対のエンドプレートと前記一対のサイドプレートは金属性材質で形成され、接地されることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。

【請求項6】

前記上部カバーは絶縁性材質で形成されることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。

【請求項7】

一方向に配列される複数のバッテリーセルの両側の終端に位置するバッテリーモジュールのエンドプレートにおいて、
金属性材質で形成され、バッテリーモジュールの一側面に大きさに対応する面積を有するメインプレート；
金属性材質で形成され、前記バッテリーモジュールのコネクタを囲むコネクタ接地部；および
金属性材質で形成され、前記コネクタ接地部と前記メインプレートの間を連結する連結部；
を含むことを特徴とする、バッテリーモジュールのエンドプレート。

【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する。

【背景技術】

【0002】

通常的にバッテリーセルは、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気などのエネルギー源として使われ、適用される外部機器の種類によって多様にその形態を変化させて使用する。

【0003】

携帯電話のような小型のモバイル機器は、単一のバッテリーセルの出力と容量で所定時間の間作動が可能である。しかし、電力の消耗が大きい電気自動車、ハイブリッド自動車のように長時間駆動、高電力駆動が必要な場合には、出力および容量を高め得るように多数個のバッテリーセルを電気的に連結して大容量のバッテリーモジュールを構成する。バッテリーモジュールは内蔵されたバッテリーセルの個数により出力電圧や出力電流を高めることができる。そして、このようなバッテリーモジュールを電気的に多数個連結してバッテリーパックを構成することができる。

【0004】

一方、バッテリーモジュールの場合、ＥＭＣまたはＥＳＤが回路基板に流入して不良が発生する問題を解決する必要があり、特にＬＶ（低電圧）コネクタに流入する静電気（ＥＳＤ）エネルギーを処理する必要性が提起される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、バッテリーモジュールの低電圧コネクタに流入する静電気を処理できる構成を有するバッテリーモジュールを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施例に係るバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルの上部に載置された回路基板；前記複数のバッテリーセルを電気的に連結し、前記回路基板に電気的に接続されたバスバー；および一方向に配列される前記複数のバッテリーセルのうち、対向する両側の終端に位置する一対のエンドプレート；を含み、前記回路基板の一終端には前記バッテリーモジュールの外部に露出して外部装置の電気的連結のためのコネクタを含み、前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一つのエンドプレートは金属性材質で形成され、前記コネクタを囲むコネクタ接地部および前記コネクタ接地部と連結される連結部を含む。

【0007】

一実施例において、前記コネクタ接地部および前記連結部は前記金属性材質で形成されたエンドプレートと同じ材質で形成され、前記金属性材質で形成されたエンドプレートに接地される。

【0008】

一実施例において、前記複数のバッテリーセルの端側面を覆うように前記一対のエンドプレートに結合される一対のサイドプレート；および前記エンドプレートおよび前記サイドプレートに結合して前記バスバーおよび回路基板を保護する上部カバー；をさらに含み、前記コネクタは前記上部カバーの外部に露出する。

【0009】

一実施例において、前記コネクタ接地部は前記コネクタ外部の終端の入口側の縁状に沿って一定の厚さを有して形成される。

【0010】

一実施例において、前記一対のエンドプレートと前記一対のサイドプレートは金属性材質で形成され、接地される。

【0011】

一方、前記上部カバーは絶縁性材質で形成され得る。

【0012】

本発明の他の実施例に係るバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルの上部に載置された回路基板；前記複数のバッテリーセルを電気的に連結し、前記回路基板に電気的に接続されたバスバー；一方向に配列される前記複数のバッテリーセルのうち、対向する両側の終端に位置する一対のエンドプレート；前記複数のバッテリーセルの端側面を覆うように前記一対のエンドプレートに結合される一対のサイドプレート； 前記エンドプレートおよび前記サイドプレートに結合して前記バスバーおよび回路基板を保護する上部カバー；および前記回路基板の一終端には前記バッテリーモジュールの外部に露出して外部装置の電気的連結のためのコネクタを含み、前記コネクタは入口の外側に形成された金属性のコネクタハウジングを含み、前記コネクタハウジングは前記コネクタの連結ピンのうち接地のための接地ピンに電気的に連結される接地ピン連結部を含む。

【0013】

前記実施例において、前記コネクタハウジングの接地ピン連結部に連結されたコネクタの接地ピンは、前記回路基板のパターンを通じて前記バッテリーモジュールの金属性材質と連結される。

【0014】

本発明のさらに他の実施例に係るバッテリーモジュールのエンドプレートは、一方向に配列される複数のバッテリーセルの両側の終端に位置し、金属性材質で形成され、バッテリーモジュールの一側面に大きさに対応する面積を有するメインプレート；金属性材質で形成され、前記バッテリーモジュールのコネクタを囲むコネクタ接地部；および金属性材質で形成され、前記コネクタ接地部と前記メインプレートの間を連結する連結部を含む。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一実施例に係るバッテリーモジュールは、低電圧コネクタに流入する静電気を、コネクタ外部の金属性の縁を通じて外部の金属ケースを通じて接地させて静電気を外部に流すことができる。

【0016】

本発明の一実施例に係るバッテリーモジュールは、低電圧コネクタに流入する静電気を、コネクタ外部の金属ハウジングを通じてコネクタ内部の各種ラインのうち接地ラインと連結させて接地させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施例に係るバッテリーモジュールの上部カバーが分解された斜視図である。

【図2】本発明の一実施例に係るバッテリーモジュールのエンドプレートの斜視図である。

【図3】本発明の他の実施例に係るバッテリーモジュールを示した斜視図である。

【図4】本発明の他の実施例に係るバッテリーモジュールのコネクタを示した斜視図である。

【図5】図４のコネクタを正面から見た正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

【0019】

本発明の実施例は当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施例は多様な他の形態に変形され得、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。かえって、これらの実施例は本開示をさらに忠実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。

【0020】

また、以下の図面において各層の厚さや大きさは説明の便宜および明確性のために誇張されたものであり、図面において同じ符号は同じ要素を指し示す。本明細書で使われた通り、用語「および／または」は該当列挙された項目のうちいずれか一つおよび一つ以上のすべての組み合わせを含む。また、本明細書で「連結される」という意味は、Ａ部材とＢ部材が直接連結される場合だけでなく、Ａ部材とＢ部材の間にＣ部材が介在されてＡ部材とＢ部材が間接に連結される場合も意味する。

【0021】

本明細書で使われた用語は特定の実施例を説明するために使われたものであり、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使われた通り、単数の形態は文脈上異なる場合を明確に指摘しない限り、複数の形態も含むことができる。また、本明細書で使われる場合、「含む（comprise、include）」および／または「含む（comprising、including）」は、言及した形状、数字、段階、動作、部材、要素および／またはこれらのグループの存在を特定するものであって、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはグループの存在または付加を排除するものではない。

【0022】

本明細書で第１、第２等の用語が多様な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために使われるが、これらの部材、部品、領域、層および／または部分はこれらの用語によって限定されてはならないことは自明である。これらの用語は一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分と区別するためにのみ使われる。したがって、以下で詳述する第１部材、部品、領域、層または部分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２部材、部品、領域、層または部分を指し示し得る。

【0023】

「下部（beneath）」、「下（below）」、「低い（lower）」、「上部（above）」、「上（upper）」のような空間と関連した用語が、図面に図示された一つの要素または特徴と他の要素または特徴の容易な理解のために利用され得る。このような空間と関連した用語は、本発明の多様な工程状態または使用状態により本発明の容易な理解のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。例えば、図面の要素または特徴がひっくり返されると、「下部」または「下」と説明された要素または特徴は「上部」または「上に」となる。したがって、「下」は「上部」または「下」を包括する概念である。

【0024】

図１は、本発明の一実施例に係るバッテリーモジュールの上部カバーが分解された斜視図を示すものである。図２は、本発明の一実施例に係るバッテリーモジュールのエンドプレートの斜視図を示すものである。

【0025】

図１および図２を参照すると、本発明の一実施例に係るバッテリーモジュール１００は、多数個のバッテリーセル、インナーカバー、回路基板１１０、バスバー１２０、エンドプレート１３０、サイドプレート１４０、上部カバー１５０を含む。

【0026】

バッテリーセル（図示されず）はエネルギーを発生する装置であって、図面に図示してはいないが、複数個で構成されて第１方向ｘに配列され得る。バッテリーセルは表面が開口したケースとケース内に収納された電極組立体および電解液を含むことができる。ケースの開口部はキャップ組立体によって密閉され得る。そして、バッテリーセルの上面であるキャップ組立体には互いに異なる極性の電極端子、すなわち、正極端子と負極端子が備えられ得る。

【0027】

インナーカバー（図示されず）は複数のバッテリーセルの上部に位置し、インナーカバーには複数のバッテリーセルを互いに電気的に連結するための多数のバスバー１２０が上部に装着される。インナーカバーは複数のバッテリーセルの上部全体をカバーできる大きさで形成され得る。また、インナーカバーは複数のバッテリーセルの電極端子を上部に露出させるための複数のホールが備えられ得る。前記インナーカバーは絶縁物質で備えられることが好ましい。

【0028】

回路基板１１０はインナーカバーの上部に締結され、複数のバッテリーセルの充放電状態を制御およびモニタリングする電子素子を具備する。前記回路基板１１０はインナーカバーの上部で、両側に配列されたバスバー１２０と離隔するように中心に締結され得る。すなわち、インナーカバーの上部には、第１方向ｘの中心に回路基板１１０が装着され、回路基板１１０を中心として両側に第１方向ｘに複数のバッテリーセルを電気的に連結する多数のバスバー１２０が装着される。また、回路基板１１０は前記バスバー１２０と電気的に接続され得る。前記バスバー１２０は回路基板１１０の下面に備えられた入出力端子に電気的に接続され得る。すなわち、バスバー１２０の回路基板接続部は回路基板１１０の下面に備えられた入出力端子に接続され得る。併せて、回路基板１１０にはバッテリーモジュール１００の外部に露出して外部装置と電気的に連結されるためのコネクタ１１０ａを含む。このコネクタ１１０ａは低電圧（ＬＶ）コネクタであり得る。

【0029】

バスバー１２０は、バッテリーセルのうち隣接するバッテリーセル間の電極端子を互いに連結することによって、バッテリーセルを直列や並列に連結する。バスバー１２０はインナーカバーを通じて上部に露出した複数のバッテリーセルの電極端子に接触および接続され、インナーカバーによって支持される。バスバー１２０は第１方向ｘに配列された複数のバッテリーセルにおいて、同じ列に配列された電極端子の間を電気的に連結することができる。すなわち、バスバー１２０はインナーカバーの上部で第１方向ｘに両側に互いに離隔するように配列され得る。バスバー１２０は回路基板１１０の方向に突出した回路基板接続部を具備することができる。前記回路基板接続部は回路基板１１０に結合されて電気的に接続され得る。

【0030】

エンドプレート１３０は、一方向に配列された多数のバッテリーセルのうち、対向する両側の終端にそれぞれ位置する。両側の終端に位置するエンドプレート１３０のうち少なくとも一つは金属性材質で形成され、この金属性材質で形成されたエンドプレート１３０はコネクタ接地部１３０ａおよび連結部１３０ｂをさらに含む。コネクタ接地部１３０ａは、回路基板１１０のコネクタ１１０ａの入口でコネクタ１１０ａを囲む形状を有する。すなわち、コネクタ接地部１３０ａは図２に図示された通り、コネクタ１１０ａの外部の終端の入口側の縁状に沿って一定の厚さを有して形成され、全体として四角形のリング状に制作され得る。一方、コネクタ接地部１３０ａはコネクタ１１０ａ全体をぐるりと取り囲むように形成されてもよいが、コネクタ１１０ａの上部面と側面のみを囲むように形成されてもよい。連結部１３０ｂはエンドプレート１３０のメインプレートからコネクタ接地部１３０ａまで延びる金属性の連結ラインである。連結部１３０ｂはバッテリーモジュール１００の外形に沿って外部表面の屈曲に対応して形成され得る。そして、コネクタ接地部１３０ａおよび連結部１３０ｂはエンドプレート１３０と同じ金属性材質で製作される。そして、前記コネクタ接地部１３０ａと連結部１３０ｂが形成されたエンドプレート１３０は、外部に接地されるように接地ラインをさらに含んでもよく、エンドプレート１３０自ら静電気（ＥＳＤ）エネルギーを吸収できる場合には、外部接地ラインを具備しなくてもよい。

【0031】

このように回路基板１１０のコネクタ１１０ａを囲むコネクタ接地部１３０ａが金属材質で形成されることによって、前記コネクタ１１０ａ、特に低電圧コネクタに流入する静電気は、バッテリーモジュール１００の外側に露出したコネクタ接地部１３０ａを通って連結部１３０ｂを通じて金属性材質のケースであるエンドプレート１３０に流され、最終的に接地に流すことができる。これに伴い、自動車などに利用されるバッテリーモジュール１００のＥＳＤまたはＥＭＣの問題が解決され得る。

【0032】

一方、一対のエンドプレート１３０は、コネクタ接地部１３０ａと連結部１３０ｂが形成されたエンドプレート１３０だけでなく、反対側にあるエンドプレート１３０も同様に金属性材質で形成されて、バッテリーモジュールをメタルケースで保護することができる。

【0033】

また、サイドプレート１４０は複数のバッテリーセルの端側面を覆うように、一対のエンドプレート１３０に結合され得る。すなわち、一対のエンドプレート１３０と、一対のサイドプレート１４０と、によって区画された空間の中に、複数のバッテリーセルが第１方向ｘに配列され得る。

【0034】

上部カバー１５０はエンドプレート１３０およびサイドプレート１４０に結合されて、バスバー１２０および回路基板１１０を外部環境から保護する。前記上部カバー１５０は絶縁物質で構成され得る。

【0035】

図３は、本発明の他の実施例に係るバッテリーモジュールを示した斜視図である。図４は、本発明の他の実施例に係るバッテリーモジュールのコネクタを示した斜視図である。図５は、図４のコネクタを正面から見た正面図である。

【0036】

図３〜図５を参照すると、本発明の他の実施例に係るバッテリーモジュール２００は、図１に図示されたバッテリーモジュール１００と同様に、多数個のバッテリーセル、インナーカバー、回路基板１１０、バスバー１２０、エンドプレート１３０、サイドプレート１４０、上部カバー１５０を含む。

【0037】

バッテリーモジュール２００の多数個のバッテリーセル、インナーカバー、回路基板１１０、バスバー１２０、サイドプレート１４０、上部カバー１５０は、バッテリーモジュール１００のエンドプレート１３０を除いた多数個のバッテリーセル、インナーカバー、回路基板１１０、バスバー１２０、サイドプレート１４０、上部カバー１５０と同じ構成要素を含む。そして、バッテリーモジュール２００のエンドプレート１３０は、図１のバッテリーモジュール１００のエンドプレート１３０とは異なり、コネクタ接地部と連結部を含まない。

【0038】

一方、バッテリーモジュール２００の回路基板１１０は図１のコネクタ１１０ａと異なる形態のコネクタ２１０を含む。図４および図５を参照すると、コネクタ２１０はコネクタ２１０の外側に形成された金属性材質のコネクタハウジング２２０を含む。前記コネクタハウジング２２０は絶縁材質の内部ハウジング（図示されず）を囲む形態で製作されてもよく、内部ハウジングなしに多数のコネクタピンを外郭から囲む形態で製作されてもよい。一方、コネクタハウジング２２０は絶縁材質のハウジングの上部面または上部面と側面の外部のみを囲むように製作されてもよい。またはコネクタハウジング２２０はコネクタ２１０の入口側の上部にのみ形成されてもよい。

【0039】

コネクタハウジング２２０は、コネクタ２１０にある多数個の連結ピンのうち、接地ラインと繋がれる接地ピンに電気的に連結される接地ピン連結部２２０ａを含む。接地ピン連結部２２０ａはコネクタハウジング２２０の内部面から突出延長されて接地ピンと一体に形成され得る。または接地ピン連結部２２０ａは、コネクタハウジング２２０の内部面から延びて接地ピンと電気的に連結され得るように、前記接地ピンの外郭を囲んで接続する形態で製作されてもよい。図４では接地ピン連結部２２０ａがコネクタ２１０の接地ピンと一体に形成される様子を示しており、図５では接地ピン連結部２２０ａがコネクタ２１０の接地ピンの周りを囲んで電気的に接続される様子を示している。

【0040】

また、コネクタハウジング２２０の接地ピン連結部２２０ａに連結されたコネクタの接地ピンは、回路基板１１０のパターンを通じてバッテリーモジュール２００の金属性材質と連結される。前記金属性材質はエンドプレート１３０やサイドプレート１４０でもよく、外部の接地ラインでもよい。

【0041】

このように、本発明の他の実施例に係るバッテリーモジュール２００は、コネクタ２１０の周辺で発生する静電気が、コネクタハウジング２２０を通じて接地ピン連結部２２０ａと接地ピンに流れるようになる。接地ピンに流れた静電気は、回路基板のパターンを通じてバッテリーモジュールの金属性材質に接地されるか外部接地ラインを通じて接地されるであろう。したがって、自動車などに利用されるバッテリーモジュール２００のＥＳＤまたはＥＭＣの問題が解決され得る。

【0042】

以上で説明したことは本発明に係るバッテリーモジュールを実施するための一つの実施例に過ぎないものであって、本発明は前記実施例に限定されず、以下の特許請求の範囲で請求するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変更実施が可能な範囲まで本発明の技術的精神があると言える。

【符号の説明】

【0043】

１００ バッテリーモジュール
１１０ 回路基板
１１０a コネクタ
１２０ バスバー
１３０ エンドプレート
１３０ａ コネクタ接地部
１３０ｂ 連結部
１４０ サイドプレート
１５０ 上部カバー
２００ バッテリーモジュール
２１０ コネクタ
２２０ コネクタハウジング
２２０ａ 接地ピン連結部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】