特許 7086420 電池モジュール、その製造方法および電池モジュールを含む電池パック

(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】

(24)【登録日】2022-06-10

(45)【発行日】2022-06-20

(54)【発明の名称】電池モジュール、その製造方法および電池モジュールを含む電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/653 20140101AFI20220613BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20220613BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20220613BHJP

   H01M 50/507 20210101ALI20220613BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20220613BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20220613BHJP

【ＦＩ】

H01M10/653

H01M50/204 401H

H01M10/625

H01M50/507

H01M10/613

H01M10/647

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2020568809

(86)(22)【出願日】2020-02-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-10-21

(86)【国際出願番号】 KR2020002049

(87)【国際公開番号】W WO2020166998

(87)【国際公開日】2020-08-20

【審査請求日】2020-12-10

(31)【優先権主張番号】10-2019-0016864

(32)【優先日】2019-02-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2019-0108423

(32)【優先日】2019-09-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2020-0017528

(32)【優先日】2020-02-13

(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】ジス・ユン

(72)【発明者】

【氏名】ジェ・ヒョン・ジュ

(72)【発明者】

【氏名】ダフン・カン

(72)【発明者】

【氏名】キョンホ・ソ

【審査官】佐藤 卓馬

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／７０６９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１７１５０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１０３１５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５３

Ｈ０１Ｍ ５０／２０４

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ ５０／５０７

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、および
前記電池セル積層体を収容し、互いに対応する上部面と下部面を有するフレーム部材を含み、
前記フレーム部材の前記下部面には熱伝導性樹脂を注入するための注液ホールが形成され、
前記フレーム部材の前記上部面には支持治具の突起が貫通するための挿入ホールが形成される電池モジュール。

【請求項2】

前記フレーム部材の前記下部面と前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層をさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記フレーム部材の前記上部面と前記電池セル積層体との間に位置する絶縁カバーをさらに含む、請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記フレーム部材の前記上部面と前記絶縁カバーとの間には前記支持治具の前記突起が前記挿入ホールを貫通した後から前記電池セル積層体を支持する面までの距離だけ離隔空間が形成される、請求項３に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記挿入ホールは、複数個が形成され、前記複数個が形成された前記挿入ホールは、前記フレーム部材の前記上部面の中間部分および長さ方向に沿って両端部に形成される、請求項１～４の何れか一項に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記フレーム部材の前後面を覆うバスバーフレームをさらに含み、
前記フレーム部材は、前記電池セル積層体の上下左右面を囲む、請求項１～５の何れか一項に記載の電池モジュール。

【請求項7】

前記フレーム部材の前記上部面および前記下部面は、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に沿って互いに向き合う、請求項１～６の何れか一項に記載の電池モジュール。

【請求項8】

複数の電池セルが積層されている電池セル積層体をフレーム部材内に収容する段階、
前記フレーム部材の上部面に支持治具を装着する段階、および
前記フレーム部材の下部面に形成された注液ホールを通じて熱伝導性樹脂を注入する段階を含み、
前記熱伝導性樹脂を注入する段階において、前記フレーム部材内の部品が流動しないように前記支持治具が前記部品を支える電池モジュールの製造方法。

【請求項9】

前記フレーム部材の前記上部面に形成された挿入ホールに挿入されるように前記支持治具は少なくとも一つの突起を含む、請求項８に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項10】

前記熱伝導性樹脂を注入する段階後に、前記支持治具を前記フレーム部材から取り外す段階をさらに含む、請求項９に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項11】

前記フレーム部材の前記下部面に形成された前記注液ホールを通じて前記熱伝導性樹脂を注入する段階は、前記フレーム部材を上下反転させた状態で行われ、
前記支持治具を前記フレーム部材から取り外す段階は、前記フレーム部材を元の状態に再び上下反転させた状態で行う、請求項１０に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項12】

前記支持治具は、プラスチック材質から形成される、請求項９～１１の何れか一項に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項13】

前記フレーム部材の前記上部面と前記電池セル積層体との間に絶縁カバーを形成する段階をさらに含む、請求項８～１２の何れか一項に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項14】

前記部品は、前記電池セル積層体および前記絶縁カバーを含む、請求項１３に記載の電池モジュールの製造方法。

【請求項15】

請求項１～７の何れか一項に記載の電池モジュールを含む電池パック。

【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、２０１９年２月１３日付韓国特許出願第１０－２０１９－００１６８６４号、２０１９年９月２日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１０８４２３号および２０２０年２月１３日付韓国特許出願第１０－２０２０－００１７５２８号に基づいた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全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。

【0002】

本発明は、電池モジュール、その製造方法および電池モジュールを含む電池パックに関し、より具体的に熱伝導性樹脂が注液される空間を一定に維持する電池モジュール、その製造方法および電池モジュールを含む電池パックに関する。

【背景技術】

【0003】

製品群による適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源により駆動される電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点から、環境親和性およびエネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されていている。

【0004】

小型モバイル機器にはデバイス１台当たり１個または２～４個の電池セルが使用されることに対し、自動車などのように中大型デバイスには高出力大容量が必要である。したがって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが使用される。

【0005】

中大型電池モジュールは、可能な限り小さい大きさと重量で製造されることが好ましいため、高い集積度に積層可能であり、容量に比べて中量が小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池モジュールの電池セルとして主に使用されている。

【0006】

図１は従来の電池モジュールにおけるフレーム底部に形成されたホールを示す斜視図である。図２は図１の電池モジュールを上下反転させた様子を示す斜視図である。図３は図１の切断線Ａ－Ａに沿って切断した断面図である。

【0007】

図１および図２を参照すると、電池モジュールは、セル積層体を外部衝撃、熱または振動から保護するために、前面と後面が開放されて電池セル積層体を内部空間に収納するフレーム部材１０を含むことができる。フレーム部材１０は、上端部１２と底部１１を有し、図１の電池モジュールを上下反転させた様子を示す図２を参照すると、フレーム部材１０の底部１１には注液ホール２０が形成され、このような注液ホール２０を通じて熱伝導性樹脂が電池セル積層体とフレーム部材１０の間に注液されて熱伝導性樹脂層を形成することができる。

【0008】

熱伝導性樹脂層は、電池セル積層体で発生した熱を電池モジュール外側に伝達し、電池セル積層体を電池モジュール内に固定する役割になる。フレーム部材１０の底部１１にはチェッキングホール３０がさらに形成され、熱伝導性樹脂を注液する時に必要以上に注入された熱伝導性樹脂は、チェッキングホール３０を通じて電池モジュール外側に吐出され、これによって注液量を確認することができる。

【0009】

図１は、熱伝導性樹脂を注液するために電池モジュールを１８０度反転させた状態であり、この時、図３に示したように、電池モジュール内部の部品が重力により下へ移動することがある。電池モジュール内部には複数の電池セル１４が積層されて形成された集合体である電池セル積層体１５が装着されており、重力により電池セル積層体１５の移動によって、熱伝導性樹脂を注液することができる空間が元来設計された空間より広くなり、この時、熱伝導性樹脂が注液されてフレーム底部と電池セル積層体の間の空間を満たす熱伝導性樹脂の量が必要以上に増加することがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明が解決しようとする課題は、熱伝導性樹脂が注液される空間を一定に維持して製造工程の費用を節減すると共に、不必要な重量増加を防止する電池モジュール、その製造方法および電池モジュールを含む電池パックを提供することにある。

【0011】

しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されずに本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張され得る。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、および前記電池セル積層体を収容し、互いに対応する上部面と下部面を有するフレーム部材を含み、前記フレーム部材の下部面には熱伝導性樹脂を注入するための注液ホールが形成され、前記フレーム部材の上部面には支持治具の突起が貫通するための挿入ホールが形成される。

【0013】

前記電池モジュールは、前記フレーム部材の下部面と前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層をさらに含むことができる。

【0014】

前記電池モジュールは、前記フレーム部材の上部面と前記電池セル積層体との間に位置する絶縁カバーをさらに含むことができる。

【0015】

前記フレーム部材の上部面と前記絶縁カバーとの間には前記支持治具の突起が前記挿入ホールを貫通した後から前記電池セル積層体を支持する面までの距離だけ離隔空間が形成されてもよい。

【0016】

前記挿入ホールは、複数個が形成され、前記複数個が形成された挿入ホールは、前記フレーム部材の上部面の中間部分および長さ方向に沿って両端部に形成されてもよい。

【0017】

前記電池モジュールは、前記フレーム部材の前後面を覆うバスバーフレームをさらに含み、前記フレーム部材は、前記電池セル積層体の上下左右面を囲んでもよい。

【0018】

前記フレーム部材の上部面および下部面は、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に沿って互いに向き合ってもよい。

【0019】

本発明の他の一実施例による電池モジュールの製造方法は、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体をフレーム部材内に収容する段階、前記フレーム部材の上部面に支持治具を装着する段階、および前記フレーム部材の下部面に形成された注液ホールを通じて熱伝導性樹脂を注入する段階を含み、前記熱伝導性樹脂を注入する段階において、前記フレーム部材内の部品が流動しないように前記支持治具が前記部品を支える。

【0020】

前記フレーム部材の上部面に形成された挿入ホールに挿入されるように前記支持治具は少なくとも一つの突起を含むことができる。

【0021】

前記電池モジュールの製造方法は、前記熱伝導性樹脂を注入する段階後に、前記支持治具を前記フレーム部材から取り外す段階をさらに含むことができる。

【0022】

前記フレーム部材の下部面に形成された注液ホールを通じて熱伝導性樹脂を注入する段階は、前記フレーム部材を上下反転させた状態で行われ、前記支持治具を前記フレーム部材から取り外す段階は、前記フレーム部材を元の状態に再び上下反転させた状態で行ってもよい。

【0023】

前記支持治具は、プラスチック材質から形成されてもよい。

【0024】

前記電池モジュールの製造方法は、前記フレーム部材の上部面と前記電池セル積層体との間に絶縁カバーを形成する段階をさらに含むことができる。

【0025】

前記部品は、前記電池セル積層体および前記絶縁カバーを含むことができる。

【0026】

本発明の他の一実施例による電池パックは、前述した電池モジュールを含む。

【発明の効果】

【0027】

実施例によれば、ジグを用いて電池モジュール内部部品が重力により下へ移動しないようにし、電池モジュールの上部面にホールを加工することによってジグに形成された突起が電池モジュール上部面ホールに挿入されることによって熱伝導性樹脂が注液される空間を常時一定になるように維持することができる。

【0028】

また、樹脂をモジュール内に適正量だけ注入して製造工程の費用を節減し、不必要な重量増加を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】従来の電池モジュールにおけるフレーム底部に形成されたホールを示す斜視図である。

【図2】図１の電池モジュールを上下反転させた様子を示す斜視図である。

【図3】図１の切断線Ａ－Ａに沿って切断した断面図である。

【図4】本発明の一実施例による電池モジュールを示す分解斜視図である。

【図5】図４の電池モジュール構成要素が結合された様子を示す図面である。

【図6】図５の電池モジュールを上下反転させた様子を示す斜視図である。

【図7】図６の切断線Ｂ－Ｂに沿って切断した断面図である。

【図8】本実施例によるジグが電池モジュール上端に結合された様子を示す図面である。

【図9】図８で支持治具を電池モジュールに結合する前の様子を示す図面である。

【図10】図８の電池モジュールを上下反転させた様子を示す図面である。

【図11】図１０の切断線Ｃ－Ｃに沿って切断した断面図で支持治具を分離した様子を示す図面である。

【図12】図１１でジグを電池モジュール内部に挿入した様子を示す断面図である。

【図13】図１２のＰ領域を拡大した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施例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細に説明する。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例に限定されない。

【0031】

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。

【0032】

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明が必ず図示されたところに限定されるのではない。図面において、複数の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。そして図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

【0033】

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には、中間にまた他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上」にあるということは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ず重力反対方向に向かって「上」に位置することを意味するのではない。

【0034】

また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0035】

また、明細書全体において、「平面状」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面状」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。

【0036】

図４は本発明の一実施例による電池モジュールを示す分解斜視図である。図５は図４の電池モジュール構成要素が結合された様子を示す図面である。図６は図５の電池モジュールを上下反転させた様子を示す斜視図である。図７は図６の切断線Ｂ－Ｂに沿って切断した断面図である。

【0037】

図４および図５を参照すると、本実施例による電池モジュールは、複数の電池セル１１０が積層されている電池セル積層体１２０、および電池セル積層体１２０を収容し、互いに対応する下部面１０１と上部面１０２を有するフレーム部材１００を含み、フレーム部材１００の下部面１０１には熱伝導性樹脂を注入するための注液ホール１３５および／または注液ホール１３５に注入される熱伝導性樹脂の流れを検出するためのチェッキングホール１３０が形成される。チェッキングホール１３０から熱伝導性樹脂が観察されると注入を中止することによって熱伝導性樹脂の注入を完了することができる。本実施例によれば、フレーム部材１００の上部面１０２には支持治具の突起が貫通するための挿入ホール１４０が形成されている。挿入ホール１４０は、複数個が形成され、複数個が形成された挿入ホール１４０は、フレーム部材１００の上部面１０２の中間部分および長さ方向に沿って両端部に形成されてもよい。ここで、長さ方向は電池セル積層体１２０がフレーム部材１００に挿入される方向と同じ方向であり得る。

【0038】

本実施例によるフレーム部材１００は、電池セル積層体１２０の前面と後面を除いた残りの外面を囲んでおり、電池セル積層体１２０の前面と後面にそれぞれエンドプレート１５０が位置し、電池セル積層体１２０とエンドプレート１５０の間にバスバーフレーム１４５が位置する。電池セル積層体１２０の前面と後面を除いた残りの外面は電池セル積層体の上下左右面であり得る。

【0039】

本実施例によるフレーム部材１００の下部面１０１と電池セル積層体１２０の間に熱伝導性樹脂層４００が位置する。熱伝導性樹脂層４００は、注液ホール１３５を通じて注入された熱伝導性樹脂が硬化して形成され得、電池セル積層体１２０で発生した熱を電池モジュール外側に伝達し、電池セル積層体１２０を電池モジュール内に固定する役割になる。熱伝導性樹脂層４００は、電池セル積層体１２０から発生する熱を外部に放出することができるように熱伝導物質から形成され、シリコン、ウレタン、エポキシなどを含むことができる。

【0040】

図６および図７を参照すると、本実施例による電池モジュールは、フレーム部材１００の上部面１０２と電池セル積層体１２０との間に位置する絶縁カバー１０５をさらに含むことができる。絶縁カバー１０５は、プラスチック射出物から形成されてもよい。後述する支持治具の突起が挿入ホール１４０を貫通して絶縁カバー１０５および絶縁カバー１０５が支えている電池セル積層体１２０が移動しないように支持することができる。この時、本実施例による電池モジュールではフレーム部材１００の上部面１０２と絶縁カバー１０５の間には離隔空間ＳＤが形成されてもよい。

【0041】

以下、図８乃至図１３を参照して、本発明の他の一実施例による電池モジュールの製造方法について説明する。

【0042】

図８は、本実施例による支持治具が電池モジュール上端に結合された様子を示す図面である。図９は、図８で支持治具を電池モジュールに結合する前の様子を示す図面である。図１０は、図８の電池モジュールを上下反転させた様子を示す図面である。図１１は、図１０の切断線Ｃ－Ｃに沿って切断した断面図で支持治具を分離した様子を示す図面である。図１２は、図１１で支持治具を電池モジュール内部に挿入した様子を示す断面図である。図１３は、図１２のＰ領域を拡大した図面である。

【0043】

まず、図４に示した内容を参照すると、本実施例による電池モジュールの製造方法は、複数の電池セル１１０が積層されている電池セル積層体１２０を収容するようにフレーム部材１００を電池セル積層体１２０に挿入する段階を含む。図５に示したように、フレーム部材１００の上部面１０２には従来の電池モジュールとは異なり挿入ホール１４０が形成されており、このような挿入ホール１４０は、熱伝導性樹脂注入のための用途ではなく、図８乃至図１０に示した支持治具３００の突起３１０が挿入されるための用途である。

【0044】

次に、図８を参照すると、本実施例による電池モジュールの製造方法は、電池モジュールのフレーム部材１００の上部面上に支持治具３００を装着する段階を含む。支持治具３００は、プラスチック材質から形成されてもよい。図９は支持治具を電池モジュールに結合する前の様子を示すために電池モジュールを上下反転させた状態である。図９および図１１を参照すると、本実施例による支持治具３００は、電池モジュールを支持するための支持面と、前記支持面から電池モジュールに向かって突出した少なくとも一つの突起３１０が形成されている。少なくとも一つの突起３１０は、フレーム部材１００上部面１０２に形成された挿入ホール１４０に対応するように位置する。突起３１０の直径は、挿入ホール１４０の直径と同じか、またはそれより小さくてもよい。突起３１０の高さは、フレーム部材１００と支持治具３００の結合体を反転させる前の電池セル積層体１２０とフレーム部材１００の上部面１０２との間の空間の間隔より大きい値を有することができる。

【0045】

次に、図１０を参照すると、本実施例による電池モジュールの製造方法は、支持治具３００がフレーム部材１００上部面上に装着し、電池モジュールの上下を反転させた状態で、フレーム部材１００の下部面１０１に形成された注液ホール１３５を通じて熱伝導性樹脂を注入する段階を含む。熱伝導性樹脂を注液ホール１３５を通じて注液する時、重力が作用する方向（図１０で下端方向）に電池モジュールの下端部で支持治具３００が電池モジュールを支持している状態である。具体的に、図１２に示したように、支持治具３００の突起３１０が電池モジュール内部の部品を支持するため、重力により前記部品が下へ動かない。したがって、フレーム部材１００の下部面１０１と電池セル積層体１２０との間の空間が増えずに維持された状態で熱伝導性樹脂が一定量注液され得る。ここで、重力により動くことができる部品は、電池セル積層体１２０および電池セル積層体１２０とフレーム部材１００との間に位置する絶縁カバー１０５を含むことができる。例えば、図１３を参照すると、支持治具３００の突起３１０は、絶縁カバー１０５を重力反対方向に支持することによって、絶縁カバー１５０および電池セル積層体１２０が重力により移動することを最小化することができる。

【0046】

次に、図示していないが、本実施例による電池モジュールの製造方法は、熱伝導性樹脂を注入する段階後に支持治具をフレーム部材から取り外す段階をさらに含むことができる。支持治具をフレーム部材から取り外す段階は、フレーム部材を元の状態に再び上下を反転させた状態で行うことができる。このような工程によって、図１３に示したように、絶縁カバー１０５とフレーム部材の上部面１０２との間に離隔空間ＳＤが維持され得る。

【0047】

一方、本発明の実施例による電池モジュールは、一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することができる。

【0048】

前述した電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、多様なデバイスに適用さ得る。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用され得るが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを用いることができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。

【0049】

以上で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のではなく、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多様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】

【0050】

１０：フレーム部材
１１：底部
１２：上端部
１４：電池セル
１５：電池セル積層体
２０：注液ホール
３０：チェッキングホール
１００：フレーム部材
１００：フレーム部材
１０１：下部面
１０２：上部面
１０５：絶縁カバー
１１０：電池セル
１２０：電池セル積層体
１３５：注液ホール
１４０：挿入ホール
１４５：バスバーフレーム
３００：支持治具
３１０：突起
４００：熱伝導性樹脂層
ＳＤ：離隔空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】