特許 7062168 二次電池セルモジュールおよびその組立方法

(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】

(24)【登録日】2022-04-22

(45)【発行日】2022-05-06

(54)【発明の名称】二次電池セルモジュールおよびその組立方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/213 20210101AFI20220425BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20220425BHJP

   H01M 50/249 20210101ALN20220425BHJP

【ＦＩ】

H01M50/213

H01M50/244 A

H01M50/249

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019564047

(86)(22)【出願日】2018-10-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-07-16

(86)【国際出願番号】 KR2018012275

(87)【国際公開番号】W WO2019093671

(87)【国際公開日】2019-05-16

【審査請求日】2019-11-19

(31)【優先権主張番号】10-2017-0148727

(32)【優先日】2017-11-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ジェ・ミン・ユ

(72)【発明者】

【氏名】ダル・モ・カン

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・オ・ムン

(72)【発明者】

【氏名】ジェウク・リュ

(72)【発明者】

【氏名】ス・チャン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ジ・ス・ユン

【審査官】浅野 裕之

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０６８７０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１５５８４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１０９９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１４８８８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０６５３１９１８（ＣＮ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１７７８６６８（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００１１２０６（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１２４７３９０（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１４３１８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２２９７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０４９０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２９６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５６０９６１４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－２４３５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０１６５５８９９（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特表２０２０－５１４９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５２００７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０７３８１４５５（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特表２０１８－５１２７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１３６４１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０～５０／２９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ジグ板と、その上に配置されている複数のガイド棒とを含む組立ジグを用いて二次電池セルモジュールを組立てる方法において、
下部フレームの複数の整列用貫通口に前記複数のガイド棒を挿入した状態で、前記下部フレームを前記ジグ板上に搭載する段階と、
前記下部フレーム上に複数の電池セルを配置する段階と、
上部フレームの複数の整列用貫通口に前記複数のガイド棒を挿入した状態で、前記複数の電池セル上に前記上部フレームを搭載する段階と、
前記上部フレームと前記下部フレームとを固定する段階と、
前記組立ジグを前記上部フレームおよび前記下部フレームから分離する段階とを含み、
前記電池セルは、円筒形状を有する、二次電池セルモジュールの組立方法。

【請求項2】

前記下部フレームを前記ジグ板上に搭載する段階の前に、底板の複数の孔に前記複数のガイド棒を挿入した状態で、前記底板を前記ジグ板上に搭載する段階をさらに含む、請求項１に記載の二次電池セルモジュールの組立方法。

【請求項3】

前記組立ジグを前記上部フレームおよび前記下部フレームから分離する段階は、前記底板を前記ジグ板から分離することによって行われる、請求項２に記載の二次電池セルモジュールの組立方法。

【請求項4】

前記下部フレームが有する整列用貫通口と前記上部フレームが有する整列用貫通口は、相互に対応する位置に配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の二次電池セルモジュールの組立方法。

【請求項5】

前記下部フレームが有する整列用貫通口と前記上部フレームが有する整列用貫通口それぞれの個数は、前記組立ジグの前記ガイド棒の数よりも多い、請求項４に記載の二次電池セルモジュールの組立方法。

【請求項6】

複数の三角柱、隣接した３つの前記三角柱を連結する複数の連結部、および前記連結部から突出している支え部を含む下部フレームと、
複数の三角柱、隣接した３つの前記三角柱を連結する複数の連結部、および前記連結部から突出している支え部を含む上部フレームと、
前記下部フレームと前記上部フレームとの間に挟持されている複数の電池セルとを含み、
前記下部フレームの複数の連結部の少なくとも２つと、前記上部フレームの複数の連結部の少なくとも２つには、整列用貫通口が形成されており、前記下部フレームの整列用貫通口と前記上部フレームの整列用貫通口は、相互に対応する位置に配置されており、
前記電池セルは、円筒形状を有する、二次電池セルモジュール。

【請求項7】

前記下部フレームの複数の連結部それぞれと前記上部フレームの複数の連結部それぞれは、１つの整列用貫通口を有する、請求項６に記載の二次電池セルモジュール。

【請求項8】

前記下部フレームの複数の連結部それぞれと前記上部フレームの複数の連結部それぞれには、前記三角柱の角とそれぞれ連結される３つの補助壁がさらに形成されており、前記整列用貫通口は、前記連結部の前記補助壁がない中央部に配置されている、請求項６または７に記載の二次電池セルモジュール。

【請求項9】

前記下部フレームと前記上部フレームの三角柱それぞれは、３つの円弧状の壁面とこれらの間とを連結する長方形の面を含む、請求項６～８のいずれか一項に記載の二次電池セルモジュール。

【請求項10】

前記電池セルは、円筒形状を有する、請求項９に記載の二次電池セルモジュール。

【請求項11】

請求項６～１０のいずれか一項に記載の二次電池セルモジュールと、
前記二次電池セルモジュールを収納する下部ケースと、
前記二次電池セルモジュールを覆う上部ケースとを含む二次電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願との相互参照
本出願は、２０１７年１１月９日付の韓国特許出願第１０－２０１７－０１４８７２７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組み込まれる。

【0002】

本発明は、二次電池セルモジュールおよびその組立方法に関する。

【背景技術】

【0003】

再充電により半永久的に使用可能な二次電池は、携帯用電子機器の電源はもちろん、自動車の動力源などへとその用途が次第に拡大している。携帯用電子機器の場合には、単一セルからなる二次電池を用いるが、自動車の動力源として用いられる二次電池の場合には、大容量を実現するために、複数の電池セルを１つのモジュール内に搭載し、再び複数のモジュールを所定の配列で配置して積載した電池パックを構成する。

【0004】

複数の電池セルを１つのモジュール内に搭載する方式には、電池セルの形状などに応じて多様な方式があるが、そのうち、円筒形などの棒状電池セルの場合、上部フレームと下部フレームとの間に棒状電池セルを配置し、上部フレームと下部フレームとをしっかり合わせて固定する方式を使用する。この場合に、上下部フレームと電池セルとの組立は、下部フレーム上に電池セルを配列し、その上に上部フレームを覆った後、上下部フレームを固定する順に行われる。しかし、複数のセルを同時に組立てなければならないので、各セルの組立公差などによって組立不良が発生する恐れがあり、これを補完するために、接着剤を用いてセルを下部フレームに固定させるなどの付加的工程を行うことがあるが、これによって組立工程の時間と費用が増加する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする技術的課題は、接着剤を用いたセルの固定などの付加的工程を用いなくても、複数の電池セルと上下部フレームとを正確に組立てることができる二次電池セルモジュールの組立方法とその方法により組立てられた二次電池セルモジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施例による二次電池セルモジュールを組立てる方法は、ジグ板と、その上に配置されている複数のガイド棒とを含む組立ジグを用いて二次電池セルモジュールを組立てる方法に関し、下部フレームの複数の整列用貫通口に前記複数のガイド棒を挿入した状態で、前記下部フレームを前記ジグ板上に搭載する段階と、前記下部フレーム上に複数の電池セルを配置する段階と、上部フレームの複数の整列用貫通口に前記複数のガイド棒を挿入した状態で、前記複数の電池セル上に前記上部フレームを搭載する段階と、前記上部フレームと前記下部フレームとを固定する段階と、前記組立ジグを前記上部フレームおよび前記下部フレームから分離する段階とを含む。

【0007】

前記二次電池セルモジュールを組立てる方法は、前記下部フレームを前記ジグ板上に搭載する段階の前に、底板の複数の孔に前記複数のガイド棒を挿入した状態で、前記底板を前記ジグ板上に搭載する段階をさらに含むことができ、前記組立ジグを前記上部フレームおよび前記下部フレームから分離する段階は、前記底板を前記ジグ板から分離することによって行われる。

【0008】

前記下部フレームが有する整列用貫通口と前記上部フレームが有する整列用貫通口は、相互に対応する位置に配置され、前記下部フレームが有する整列用貫通口と前記上部フレームが有する整列用貫通口それぞれの個数は、前記組立ジグの前記ガイド棒の数よりも多くてもよいし、前記電池セルは、円筒形状を有することができる。

【0009】

本発明の実施例による二次電池セルモジュールは、複数の三角柱、隣接した３つの前記三角柱を連結する複数の連結部、前記連結部から突出している支え部を含む下部フレームと、複数の三角柱、隣接した３つの前記三角柱を連結する複数の連結部、前記連結部から突出している支え部を含む上部フレームと、前記下部フレームと前記上部フレームとの間に挟持されている複数の電池セルとを含み、前記下部フレームの複数の連結部の少なくとも２つと、前記上部フレームの複数の連結部の少なくとも２つには、整列用貫通口が形成されており、前記下部フレームの整列用貫通口と前記上部フレームの整列用貫通口は、相互に対応する位置に配置されている。

【0010】

前記下部フレームの複数の連結部それぞれと前記上部フレームの複数の連結部それぞれは、１つの整列用貫通口を有することができる。

【0011】

前記下部フレームの複数の連結部それぞれと前記上部フレームの複数の連結部それぞれには、前記三角柱の角とそれぞれ連結される３つの補助壁がさらに形成されており、前記整列用貫通口は、前記連結部の前記補助壁がない中央部に配置され、前記下部フレームと前記上部フレームの三角柱それぞれは、３つの円弧状の壁面とこれらの間とを連結する長方形の面を含むことができ、前記電池セルは、円筒形状を有することができる。

【0012】

本発明の実施例による二次電池セルモジュールを下部ケースに収納し、これを上部ケースで覆うことで、二次電池パックを構成する。

【0013】

本発明の実施例による二次電池セルモジュール組立用ジグは、ジグ板と、前記ジグ板上に所定の間隔で配置されている複数のガイド棒とを含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明の実施例による二次電池セルモジュールの組立方法を用いると、下部フレーム上に電池セルモジュールを正確に整列することができ、また、整列された電池セルモジュール上に上部フレームを正確に配置可能で組立不良を防止することができる。また、接着剤を用いたセル固定などの付加的工程を省略することによって、二次電池セルモジュールの組立工程を単純化して組立時間と費用を節減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施例による二次電池セルモジュールの斜視図である。

【図2】本発明の一実施例による二次電池セルモジュールの上部フレームまたは下部フレームの一部分を拡大して示す斜視図である。

【図3】本発明の一実施例による二次電池セルモジュールの上部フレームまたは下部フレームの一部分を拡大して示す平面図である。

【図4】本発明の一実施例による二次電池セルモジュールの組立方法に用いる組立ジグの斜視図である。

【図5】本発明の一実施例により二次電池セルモジュールを組立てる過程を順に示す斜視図である。

【図6】本発明の一実施例により二次電池セルモジュールを組立てる過程を順に示す斜視図である。

【図7】本発明の一実施例により二次電池セルモジュールを組立てる過程を順に示す斜視図である。

【図8】本発明の一実施例により二次電池セルモジュールを組立てる過程を順に示す斜視図である。

【図9】本発明の一実施例により二次電池セルモジュールを組立てる過程を順に示す斜視図である。

【図10】本発明の一実施例による二次電池セルモジュールを上下ケースに収納して二次電池パックを製造する過程の分解斜視図である。

【図11】本発明の一実施例による二次電池セルモジュールを上下ケースに収納して製造した二次電池パックの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明の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できるように詳しく説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。

【0017】

図面において、様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似の部分については同一の図面符号を付した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとする時、これは、他の部分の「直上」にある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上」にあるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。

【0018】

図１は、本発明の一実施例による二次電池セルモジュールの斜視図である。

【0019】

図１を参照すれば、本発明の一実施例による二次電池セルモジュール１００は、下部フレーム１１０と、上部フレーム１２０と、これらの間に挟持されている複数の電池セル１３０とからなる。電池セル１３０は、細長い棒状に形成されており、本実施例では、円筒形状の電池セル１３０を例示する。上部フレーム１２０には、正極と負極との接続端子１２１、１２２が設けられており、複数の上部固定部１２３が形成されている。下部フレーム１１０には、上部固定部１２３と結合するための下部固定部１１３が形成されている。下部固定部１１３と上部固定部１２３とは雄雌結合して、下部フレーム１１０と上部フレーム１２０とを固定する。

【0020】

図２および図３を参照して、本発明の一実施例による二次電池セルモジュール１００の上部および下部フレーム１１０、１２０の構造についてより詳しく説明する。図２は、本発明の一実施例による二次電池セルモジュールの上部フレームまたは下部フレームの一部分を拡大して示す斜視図であり、図３は、本発明の一実施例による二次電池セルモジュールの上部フレームまたは下部フレームの一部分を拡大して示す平面図である。

【0021】

図２および図３を参照すれば、二次電池セルモジュールの上部フレーム１２０または下部フレーム１１０は、円筒形状の電池セル１３０を収容するためのセル領域１７を有する。セル領域１７は、その周囲に形成されている複数の三角柱１１と、隣接した３つの三角柱１１を連結する連結部１４と、連結部１４上に形成されており、三角柱１１の一方の角に連結されている複数の補助壁１２と、連結部１４からセル領域１７に向かって突出している支え部１３とによって形成される。それぞれのセル領域１７は、３つの三角柱１１とこれらを連結する３つの連結部１４とによって囲まれており、３つの連結部１４それぞれから突出している３つの支え部１３は、電池セル１３０がセル領域１７から離脱するのを防ぐ。三角柱１１の３つの辺に相当する壁面は、円弧状の曲面であり、頂点に相当する部分は、長方形の面である。補助壁１２は、各連結部１４ごとに３つずつ配置されており、連結部１４の中央には補助壁１２のない部分があり、この部分に整列用貫通口１９が形成されている。整列用貫通口１９は、電池セル１３０を下部フレーム１１０に整列し、その上に上部フレーム１２０を覆って組立てる過程で、上部フレーム１２０および下部フレーム１１０と複数の電池セル１３０とが正確に整列できるようにするために用いるガイド棒を通過させるための孔である。図２および図３には、整列用貫通口１９が連結部１４ごとに形成されている場合を例示しているが、連結部１４の一部にのみ形成してもよい。整列用貫通口１９は、所定の規則により上部フレーム１２０および下部フレーム１１０の全体に均一に分布することができ、下部フレーム１１０のある位置に整列用貫通口１９が形成されていれば、上部フレーム１２０の対応する位置にも整列用貫通口１９が形成されている。つまり、上部フレーム１２０と下部フレーム１１０とにおける整列用貫通口１９の配置位置は同一である。

【0022】

図４～図９を参照して、本発明の一実施例により二次電池セルモジュールを組立てる方法について説明する。図４は、本発明の一実施例による二次電池セルモジュールの組立方法に用いる組立ジグの斜視図であり、図５～図９は、本発明の一実施例により二次電池セルモジュールを組立てる過程を順に示す斜視図である。

【0023】

図４を参照すれば、組立ジグ１０は、ジグ板１と、その上に所定の間隔で配置されている複数のガイド棒２とからなる。

【0024】

まず、図５に示すように、組立ジグ１０のジグ板１上に底板３を載せる。底板３にはガイド棒２それぞれに対応する複数の孔（図示せず）が形成されていて、底板３は、ガイド棒２が貫通した状態で、ジグ板１の真上に置かれる。底板３に形成されている孔の数は、ガイド棒２の数と同一であるか、それより多くてもよい。底板３は、ゴムなどの弾性のある材質で形成して、組立ジグ１０と下部フレーム１１０との間の衝撃を緩衝する役割を果たすようにできる。

【0025】

次に、図６に示すように、下部フレーム１１０を底板３上に配置する。この時、ガイド棒２は、図２および図３で説明した下部フレーム１１０の整列用貫通口１９を貫通して上に突出し、下部フレーム１１０は、底板３の真上に置かれる。この時、整列用貫通口１９の数は、ガイド棒２の数と同一であるか、それより多くてもよい。

【0026】

次に、図７に示すように、下部フレーム１１０上に複数の電池セル１３０を配置する。電池セル１３０は、図２および図３で説明した下部フレーム１１０のセル領域１７に収容され、図２および図３で説明した支え部１３によって下方向への移動が制限される。この時、ガイド棒２は、電池セル１３０の間を通って電池セル１３０上に突出する。

【0027】

次に、図８に示すように、複数の電池セル１３０上に上部フレーム１２０を搭載し、図１で説明した上部固定部１２３と下部固定部１１３とを結合させて、上部フレーム１２０と下部フレーム１１０とを固定する。この時、ガイド棒２は、上部フレーム１２０の整列用貫通口１９を貫通して上に突出し、上部フレーム１２０のセル領域１７それぞれには電池セル１３０が１つずつ収容され、支え部１３によって電池セル１３０の上方向への移動が制限される。整列用貫通口１９の数は、ガイド棒２の数と同一であるか、それより多くてもよい。

【0028】

次に、図９に示すように、組立てられた二次電池セルモジュール１００と共に底板３を持ち上げて組立ジグ１０を分離する。

【0029】

次に、底板３を分離すれば、図１に示すような二次電池セルモジュールが得られる。

【0030】

このように組立てられた二次電池セルモジュールを上下ケース内に収納して二次電池パックを製造する。

【0031】

図１０は、本発明の一実施例による二次電池セルモジュールを上下ケースに収納して二次電池パックを製造する過程の分解斜視図であり、図１１は、本発明の一実施例による二次電池セルモジュールを上下ケースに収納して製造した二次電池パックの斜視図である。

【0032】

図１０に示すように、組立てられた二次電池セルモジュール１００を下部ケース３００に収納し、これを上部ケース２００で覆うことで、図１１に示すような、二次電池パックを製造する。この時、２つの接続端子１２１、１２２は、上部ケースの開口部を通って露出され得る。

【0033】

以上の方法で二次電池セルモジュールを組立てると、下部フレーム上に電池セルモジュールを正確に整列することができ、また、整列された電池セルモジュール上に上部フレームを正確に配置可能で組立不良を防止することができる。また、接着剤を用いたセル固定などの付加的工程を省略することによって、二次電池セルモジュールの組立工程を単純化して組立時間と費用を節減することができる。

【0034】

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

【符号の説明】

【0035】

１ ジグ板
２ ガイド棒
３ 底板
１０ 組立ジグ
１１ 三角柱
１２ 補助壁
１３ 支え部
１４ 連結部
１７ セル領域
１９ 整列用貫通口
１００ 二次電池セルモジュール
１１０ 下部フレーム
１１３ 下部固定部
１２０ 上部フレーム
１２１ 接続端子
１２２ 接続端子
１２３ 上部固定部
１３０ 電池セル
２００ 上部ケース
３００ 下部ケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】