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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024152585
(43)【公開日】2024-10-25
(54)【発明の名称】二次電池モジュール
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/291 20210101AFI20241018BHJP
   H01M 50/505 20210101ALI20241018BHJP
   H01M 50/503 20210101ALI20241018BHJP
   H01M 50/50 20210101ALI20241018BHJP
   H01M 50/588 20210101ALI20241018BHJP
   H01M 50/59 20210101ALI20241018BHJP
【FI】
H01M50/291
H01M50/505
H01M50/503
H01M50/50
H01M50/588
H01M50/59
【審査請求】有
【請求項の数】12
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023214911
(22)【出願日】2023-12-20
(31)【優先権主張番号】10-2023-0049496
(32)【優先日】2023-04-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】590002817
【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG SDI Co., LTD.
【住所又は居所原語表記】150-20 Gongse-ro,Giheung-gu,Yongin-si, Gyeonggi-do, 446-902 Republic of Korea
(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】朴 相勳
【テーマコード(参考)】
5H040
5H043
【Fターム(参考)】
5H040AA01
5H040AA07
5H040AT01
5H040AY05
5H040AY06
5H040CC01
5H040CC13
5H040DD03
5H040DD13
5H040FF02
5H043CA03
5H043FA04
5H043JA01
5H043JA06F
5H043JA13F
5H043LA02F
(57)【要約】
【課題】コアパック(core pack)を複数備える場合、隣接するバスバーの固定のための空間を最小化する二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による二次電池モジュールは、第1コアパックと第2コアパックとを含み、前記第1コアパックと前記第2コアパックとのそれぞれは第1方向および前記第1方向と交差する第2方向(Y)に離隔する複数の電池セルを収容して、前記第2方向と交差する第3方向で互いに結合される第1ホルダーおよび第2ホルダーと、前記第1方向に沿って前記電池セル同士を電気的に接続して前記第2方向(Y)に離隔配置される複数のタブと、前記タブをバッテリー管理システム(BMS)に連結する複数のバスバーと、を含み、前記第1コアパックは前記第2コアパックに向かって突出するリブを備え、前記リブは前記第2コアパックのバスバーを押す。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1コアパックと第2コアパックとを含み、
前記第1コアパックと前記第2コアパックとのそれぞれは、
第1方向、および前記第1方向と交差する第2方向に離隔する複数の電池セルを収容して、前記第2方向と交差する第3方向に互いに結合される第1ホルダーおよび第2ホルダーと、
前記第1方向に沿って前記電池セル同士を電気的に接続して前記第2方向に離隔配置される複数のタブと、
前記タブをバッテリー管理システム(BMS)に連結する複数のバスバーと、を含み、
前記第1コアパックは、
前記第2コアパックに向かって突出するリブ(rib)を備え、
前記リブは前記第2コアパックのバスバーを押す、二次電池モジュール。
【請求項2】
前記タブのうち、
前記第1コアパックに使用される板型タブ部材は、前記電池セルを互いに連結し、
前記第2コアパックに使用される折り曲げ型タブ部材は、
前記電池セルに連結される内平面部と、前記内平面部に対して折り曲げられて前記第2ホルダーの側面に配置される内側面部と、を含む、請求項1に記載の二次電池モジュール。
【請求項3】
前記バスバーは、第1バスバー部材と第2バスバー部材とを含み、
前記第1コアパックに使用される前記第2バスバー部材は、
前記板型タブ部材と離隔する平面部と、前記平面部に連結されて前記第2ホルダーの側面に配置される側面部と、を含み、
前記第2コアパックに使用される前記第1バスバー部材は、
前記折り曲げ型タブ部材の前記内平面部と向き合う外平面部と、前記外平面部に対して折り曲げられて前記内側面部に連結される外側面部とを含む、請求項2に記載の二次電池モジュール。
【請求項4】
前記リブは、前記第2コアパックの前記第1バスバー部材の前記外側面部を押す、請求項3に記載の二次電池モジュール。
【請求項5】
前記リブは、
前記第1コアパックの前記第2ホルダーにペアで備えられ、前記第2バスバー部材の幅方向の両側に備えられて、前記第1バスバー部材の前記外側面部をペアで押す、請求項4に記載の二次電池モジュール。
【請求項6】
前記第2バスバー部材は、前記側面部で前記第1コアパックの前記第1ホルダーと前記第2ホルダーとの結合方向に延びる垂直部、および前記垂直部に連結される水平部を備える、請求項4に記載の二次電池モジュール。
【請求項7】
前記リブは、
前記第1コアパックの前記第2ホルダーにペアで備えられ、前記第2バスバー部材の前記垂直部の幅方向の両側に備えられて、前記垂直部を保持する、請求項6に記載の二次電池モジュール。
【請求項8】
前記第2バスバー部材の前記側面部は、前記第1コアパックの前記第1ホルダーと前記第2ホルダーの高さの合計よりも大きく、
前記第1バスバー部材の前記外側面部は、前記第1コアパックで前記第2ホルダーの最下端よりも高く位置する、請求項6に記載の二次電池モジュール。
【請求項9】
前記第1バスバー部材は、前記外側面部で前記第2コアパックの前記第2ホルダーの側面に沿って延びる、請求項7に記載の二次電池モジュール。
【請求項10】
前記リブは、積層された前記外側面部と前記内側面部とをペアで支持する、請求項9に記載の二次電池モジュール。
【請求項11】
前記第1コアパックおよび前記第2コアパックのそれぞれは、
複数の電池セル同士を並列に接続した第1ラインと、他の複数の電池セル同士を並列および直列に接続した第2ラインと、更に他の複数の電池セル同士を並列および直列に接続した第3ラインとを含み、
前記第1ライン、前記第2ラインおよび前記第3ラインは、
直列に接続されて前記バッテリー管理システムに連結される、請求項1に記載の二次電池モジュール。
【請求項12】
互いに隣接する前記第1コアパックの前記第2バスバー部材と前記第2コアパックの前記第1バスバー部材とは、
互いに異なる極性を有する、請求項3に記載の二次電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二次電池モジュールに関し、より詳しくは、複数の電池セル同士を電気的に接続するタブ(tab)とタブをバッテリー管理システムに連結するバスバーとが隣接するように配置されるコアパック(core pack)を複数備える二次電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
二次電池(rechargeable battery)は、一次電池とは異なり、充電および放電を反復的に行う電池である。小容量化二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびキャムコーダーのように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貯蔵用として使用される。
【0003】
二次電池は、比較的に高いエネルギー密度を要求し、例えばハイブリッド車両のモータを駆動することができるように、直列および/または並列に接続された複数個の電池セルを含む二次電池モジュールとして使用され得る。例えば、二次電池モジュールは、比較的に高出力二次電池モジュール(例:電気自動車)を具現するために、希望する電力量に対応する個数で備えられた複数の電池セルの電極端子を互いに連結して形成される。
【0004】
一例を挙げると、二次電池モジュールは、複数のコアパック(core pack)を備え、コアパックは直列および/または並列に接続された複数個の電池セルを備え、コアパックをケースに収納して形成される。消費者の使用条件による電圧と電流とが高い場合、二次電池モジュールは外部衝撃に対する強い耐久性を要求する。
【0005】
二次電池モジュールが大容量のために複数のコアパックを水平方向に隣接して配置して形成される場合、各コアパックでバスバーの離脱を防止するためにバスバーの形状で隔離させる隔壁を構成し、隔壁内でバスバーをボルトやスクリューで固定させる。しかし、コアパック間の空間が狭いため、ボルトやスクリューを使用することができない場合が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の一実施形態の目的は、コアパック(core pack)を複数備える場合、隣接するバスバーの固定のための空間を最小化する二次電池モジュールを提供することにある。
【0007】
本発明の一実施形態の目的は、隣接するコアパックの隣接するバスバー間の空間を最小化しながら、バスバーの離隔および固定を堅固にして電気的に安定性を確保する二次電池モジュールを提供することにある。
【0008】
また本発明の一実施形態の目的は、コアパックで電池セル同士を連結するタブとバスバーとの重なった部分に対する固定を堅固にする二次電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一実施形態による二次電池モジュールは、第1コアパックと第2コアパックとを含み、前記第1コアパックと前記第2コアパックとのそれぞれは、第1方向、および前記第1方向と交差する第2方向(Y)に離隔する複数の電池セルを収容して、前記第2方向と交差する第3方向に互いに結合される第1ホルダーおよび第2ホルダーと、前記第1方向に沿って前記電池セル同士を電気的に接続して前記第2方向(Y)に離隔配置される複数のタブと、前記タブをバッテリー管理システム(BMS)に連結する複数のバスバーと、を含み、前記第1コアパックは、前記第2コアパックに向かって突出するリブ(rib)を備え、前記リブは前記第2コアパックのバスバーを押すことができる。
【0010】
前記タブのうち、前記第1コアパックに使用される板型タブ部材は、前記電池セルを互いに連結し、前記第2コアパックに使用される折り曲げ型タブ部材は、前記電池セルに連結される内平面部と、前記内平面部に対して折り曲げられて前記第2ホルダーの側面に配置される内側面部と、を含むことができる。
【0011】
前記バスバーは、第1バスバー部材と第2バスバー部材とを含み、前記第1コアパックに使用される前記第2バスバー部材は、前記板型タブ部材と離隔する平面部と、前記平面部に連結されて前記第2ホルダーの側面に配置される側面部と、を含み、前記第2コアパックに使用される前記第1バスバー部材は、前記折り曲げ型タブ部材の前記内平面部と向き合う外平面部と、前記外平面部に対して折り曲げられて前記内側面部に連結される外側面部とを含むことができる。
【0012】
前記リブは、前記第2コアパックの前記第1バスバー部材の前記外側面部を押すことができる。
【0013】
前記リブは、前記第1コアパックの前記第2ホルダーにペアで備えられ、前記第2バスバー部材の幅方向の両側に備えられて、前記第1バスバー部材の前記外側面部をペアで押すことができる。
【0014】
前記第2バスバー部材は、側面部で前記第1コアパックの前記第1ホルダーと前記第2ホルダーとの結合方向に延びる垂直部、および前記垂直部に連結される水平部を備えることができる。
【0015】
前記リブは、前記第1コアパックの前記第2ホルダーにペアで備えられ、前記第2バスバー部材の前記垂直部の幅方向の両側に備えられて、前記垂直部を保持することができる。
【0016】
前記第2バスバー部材の前記側面部は、前記第1コアパックの前記第1ホルダーと前記第2ホルダーの高さの合計よりも大きく、前記第1バスバー部材の前記外側面部は、前記第1コアパックで前記第2ホルダーの最下端よりも高く位置することができる。
【0017】
前記第1バスバー部材は、前記外側面部で前記第2コアパックの前記第2ホルダーの側面に沿って延びることができる。
【0018】
前記リブは、積層された前記外側面部と前記内側面部とをペアで支持することができる。
【0019】
前記第1コアパックおよび前記第2コアパックのそれぞれは、複数の電池セルを並列に接続した第1ラインと、他の複数の電池セルを並列および直列に接続した第2ラインと、更に他の複数の電池セルを並列および直列に接続した第3ラインとを含み、前記第1ライン、前記第2ラインおよび前記第3ラインは、直列に接続されて前記バッテリー管理システムに連結され得る。
【0020】
互いに隣接する前記第1コアパックの前記第2バスバー部材と前記第2コアパックの前記第1バスバー部材とは、互いに異なる極性を有することができる。
【発明の効果】
【0021】
一実施形態の二次電池モジュールは、第1コアパックが第2コアパックに向かって突出するリブを備え、リブが第2コアパックのバスバーを押すため、隣接するバスバーの固定のための空間を最小化することができる。また一実施形態は、第1コアパックのリブが第2コアパックのバスバーを押すため、バスバーの離隔を堅固にして電気的な安定性を確保することができる。
【0022】
また、一実施形態は、第2コアパックに使用される第1タブ部材が内平面部と内側面部とを含み、第2コアパックに使用される第1バスバー部材は、内平面部に連結される外平面部と、内側面部に連結される外側面部とを含み、リブが第2コアパックの第1バスバー部材の外側面部を押すため、タブとバスバーとの重なった部分に対する固定を堅固にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
図1】本発明の一実施形態による二次電池モジュールの斜視図である。
図2図1の二次電池モジュールに使用される第1コアパックとバッテリー管理システムとを分解した斜視図である。
図3図1のIII-III線に沿って切断した断面図である。
図4図1で電池セルの直列および並列関係を示した平面図である。
図5図1の第1コアパック、第1タブ部材および第1バスバー部材の結合状態を示した斜視図である。
図6図1の第1コアパックの第1バスバー部材と第2コアパックの第2バスバー部材の平面図である。
図7図6のVII-VII線に沿って切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、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一の参照符号を付した。
【0025】
図1は、本発明の一実施形態による二次電池モジュールの斜視図である。図1を参照すれば、一実施形態の二次電池モジュールは、第1コアパック100と第2コアパック200とを含む。第1コアパック100と第2コアパック200とは、第2方向(y軸方向)に隣接して配置されるようにケース300に収容され、二次電池モジュールを形成する(図4参照)。
【0026】
第1コアパック100と第2コアパック200とのそれぞれは、第1ホルダー10、第2ホルダー20、複数のタブ30(31、32、33)および複数のバスバー40(41、42)を含む。一例として、第1ホルダー10は、コアパックでボトムホルダーを形成し、第2ホルダー20は、トップホルダーを形成し、タブ30は、ニッケル素材を含むニッケルタブで形成され得る。
【0027】
第1ホルダー10と第2ホルダー20とは、第1方向(x軸方向)と、第1方向と交差する第2方向(y軸方向)とに離隔する複数の電池セル50を収容するように内部にハニカム構造を形成して、第2方向と交差する第3方向(z軸方向)に互いに結合する。
【0028】
一例として、第1ホルダー10と第2ホルダー20とは、第1ホルダー10の外側に備えられる突起部材11と、突起部材11に対応する第2ホルダー20の外側に備えられる結合部材12とのスナップフィット(snap fit)構造で結合する。
【0029】
図2は、図1の二次電池モジュールに使用される第1コアパックとバッテリー管理システムとを分解した斜視図である。図3は、図1のIII-III線に沿って切断した断面図である。図4は、図1で電池セルの直列および並列関係を示した平面図である。
【0030】
図1乃至図4を参照すれば、電池セル50を直列および並列に接続するタブ30は、第1タブ部材31、第2タブ部材32、および第3タブ部材33を含む。つまり、第1タブ部材31、第2タブ部材32、および第3タブ部材33は、第1方向(x軸方向)に沿って電池セル50同士を電気的に並列および直列接続して第2方向(y軸方向)に離隔配置される。
【0031】
第1タブ部材31、第2タブ部材32、および第3タブ部材33は、第2ホルダー20上で、第2方向に沿って並んで配置され、第1ホルダー10下に対称構造である第2方向の逆方向に沿って並んで配置され、電池セル50同士を電気的に並列および直列接続する。
【0032】
便宜上、第2ホルダー20上の構造を基準に説明する。第1タブ部材31は、複数の電池セル50のうちの一部の電池セル50同士を第1方向に沿って電気的に並列および直列接続する。第2タブ部材32は、複数の電池セル50のうちの他の一部の電池セル50同士を第1方向に沿って電気的に並列および直列接続する。第3タブ部材33は、複数の電池セル50のうちの残りの電池セル50同士を第1方向に沿って電気的に並列および直列接続する。
【0033】
第1コアパック100および第2コアパック200のそれぞれは、複数の全体電池セル50のうちの一部の複数の電池セル50を並列に連結した第1ライン(L1)と、他の複数の電池セル50を並列および直列に接続した第2ライン(L2)と、更に他の複数の電池セル50を並列および直列に接続した第3ライン(L3)と、を含む。第1ライン(L1)は第1タブ部材31で設定され、第2ライン(L2)は第2タブ部材32で設定され、第3ライン(L3)は第3タブ部材33で設定される。
【0034】
第1ライン(L1)乃至第3ライン(L3)、つまり、第1タブ部材31乃至第3タブ部材33は、直列に接続されて第1、第2バスバー部材41、42を通じてバッテリー管理システム(BMS)に連結される。
【0035】
互いに隣接する第1コアパック100の第2バスバー部材42と第2コアパック200の第1バスバー部材41とは、互いに異なる極性を有するように第1コアパック100と第2コアパック200とが配置される。したがって、y軸方向に隣接する第2バスバー部材42と第1バスバー部材41とは、電気的に分離された状態を維持する必要がある。
【0036】
第1、第2ホルダー10、20の第2方向の最外郭に配置される第1タブ部材31は、折り曲げ型タブ部材で形成され、内側に配置される第2タブ部材32と第3タブ部材33とは、電池セル50を互いに連結する板型タブ部材で形成され得る。
【0037】
折り曲げ型タブ部材の第1タブ部材31は、電池セル50に連結される内平面部311と、内平面部311に対して折り曲げられて第1、第2ホルダー10、20の側面に配置される内側面部312とを含む。
【0038】
バスバー40は、第1バスバー部材41と第2バスバー部材42とを含む。第1、第2コアパック100、200は、全て第1、第2バスバー部材41、42を備える。図3を参照すれば、隣接した第1、第2コアパック100、200の場合、第2コアパック200に使用される第1バスバー部材41は、一側では第2ホルダー20の上で折り曲げ型タブ部材である第1タブ部材31に連結され、他の一側ではバッテリー管理システム(BMS)に連結される。
【0039】
第1バスバー部材41は、外平面部411と外側面部412とを含む。外平面部411は、折り曲げ型タブ部材の内平面部311と対向し、外側面部412は外平面部411に対して折り曲げられて内側面部312に接続される。第1バスバー部材41の外平面部411は、バッテリー管理システム(BMS)に連結される。
【0040】
第1コアパック100に使用される第2バスバー部材42は、一側では第1ホルダー10の下で第1タブ部材31に連結され、第2ホルダー20上側に延びて他の一側では、バッテリー管理システム(BMS)に連結される。
【0041】
第2バスバー部材42は、平面部421と側面部422とを含む。平面部421は板型タブ部材と離隔し、側面部422は平面部421に対して折り曲げ連結されて第2、1ホルダー20、10の側面に配置される。第2バスバー部材42の平面部421は、バッテリー管理システム(BMS)に連結される。
【0042】
図5は、図1の第1コアパック、第1タブ部材および第1バスバー部材の結合状態を示した斜視図である。図6は、図1の第1コアパックの第1バスバー部材と第2コアパックの第2バスバー部材との平面図である。図7、は図6のVII-VII線に沿って切断した断面図である。
【0043】
図3乃至図7を参照すれば、第1コアパック100は、第2コアパック200に向かって突出するリブ(rib)21を備え、リブ21は、第2コアパック200のバスバー40を押す。リブ21は、第2コアパック200の第1バスバー部材41の外側面部412を押す。
【0044】
一例として、リブ21は、第1コアパック100の第2ホルダー20にペアで備えられ、第2バスバー部材42の幅方向の両側に備えられて、第1バスバー部材41の外側面部412をペアで押す。図1を参照すれば、外側面部412は、第2ホルダー20および内側面部312の外側で第1方向(x軸方向)に長く形成される。
【0045】
したがって、ペアで形成されるリブ21は、第1バスバー部材41の外側面部412を堅固に押すため、隣接する第1、第2バスバー部材41、42の固定のための空間(S)を最小化できるようにする。つまり、第1、第2バスバー部材41、42の離隔が堅固になり、電気的な安定性が確保され得る。
【0046】
リブ21が第2コアパック200の第1バスバー部材41の外側面部412を押すため、第1タブ部材31の内側面部312と第1バスバー部材41の外側面部412との重なった部分に対する固定が堅固になり得る。
【0047】
より具体的に説明すれば、第2バスバー部材42は、側面部422で第1コアパック100の第1ホルダー10と第2ホルダー20との結合方向に延びる垂直部423と、垂直部423に連結される水平部424とを備える。水平部424は、振動や外部衝撃に対応して吸収するため、第2バスバー部材42の電気的な接続構造を安定化させることができる。
【0048】
リブ21は、第1コアパック100の第2ホルダー20にペアで備えられ、第2バスバー部材42の垂直部423の幅方向の両側に備えられて、垂直部423を保持する。垂直部423は、リブ21が締まりばめで結合される結合溝を備えることができる(図7参照)。したがって、垂直部423は、第2ホルダー20の側面に接触された状態を堅固に維持することができる。
【0049】
第2バスバー部材42の側面部422は、第1コアパック100の第1ホルダー10と第2ホルダー20との高さの合計(H)よりも大きい。第1バスバー部材41の外側面部412は、第1コアパック100の第2ホルダー20の高さよりも小さい。つまり、外側面部412の下端は、第1コアパック100の第2ホルダー20の最下端よりも高く位置する。第1バスバー部材41の外側面部412は、第2コアパック200の第2ホルダー20の側面に沿って伸びる。したがって、リブ21により外側面部412が押さえられて第2コアパック200の第2ホルダー20に支持され得る。
【0050】
リブ21は、積層された外側面部412と内側面部312とをペアで支持するため、外側面部412と内側面部312とを第2コアパック200の第2ホルダー20に堅固に支持することができる。
【0051】
以上で本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の説明および添付した図面の範囲内で多様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のは当然である。
【符号の説明】
【0052】
10:第1ホルダー
11:突起部材
12:結合部材
20:第2ホルダー
21:リブ(rib)
30:タブ
31:第1タブ部材
32:第2タブ部材
33:第3タブ部材
40:バスバー
41:第1バスバー部材
42:第2バスバー部材
50:電池セル
100:第1コアパック
200:第2コアパック
311:内平面部
312:内側面部
411:外平面部
412:外側面部
421:平面部
422:側面部
423:垂直部
424:水平部
BMS:バッテリー管理システム
H:高さの合計
S:空間
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7