(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】2024-03-28
(45)【発行日】2024-04-05
(54)【発明の名称】改善された電極リード接続構造を有するバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車
(51)【国際特許分類】
H01M 50/507 20210101AFI20240329BHJP
H01M 50/503 20210101ALI20240329BHJP
H01M 50/51 20210101ALI20240329BHJP
H01M 50/516 20210101ALI20240329BHJP
H01M 50/548 20210101ALI20240329BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20240329BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20240329BHJP
【FI】
H01M50/507
H01M50/503
H01M50/51
H01M50/516
H01M50/548 301
H01M50/211
H01M50/249
(21)【出願番号】P 2022548489
(86)(22)【出願日】2021-08-13
(86)【国際出願番号】 KR2021010836
(87)【国際公開番号】W WO2022035294
(87)【国際公開日】2022-02-17
【審査請求日】2022-08-09
(31)【優先権主張番号】10-2020-0101956
(32)【優先日】2020-08-13
(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
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ジュン-ヒ・パク
【審査官】小森 重樹
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-160736(JP,A)
【文献】特表2014-520367(JP,A)
【文献】特開2007-026907(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/50-50/598
H01M 50/20-50/298
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1電極リードを備える第1バッテリーセル、及び第2電極リードを備えて前記第1バッテリーセルと隣接する第2バッテリーセルを含むセル積層体と、
前記第1電極リード及び前記第2電極リードが通過する一対のリード引出スリットを備えるバスバーフレームと、
前記バスバーフレーム上に固定されるバスバーと、を含み、
前記第1電極リードの長手方向の端部と第2電極リードの長手方向の端部とが
重畳しないで噛み合った状態で
、前記第1電極リードおよび前記第2電極リードが前記バスバー
の同一平面上に配置され、前記第1電極リードと第2電極リードとの噛合領域には前記バスバーとの接合のための溶接部が形成される、バッテリーモジュール。
【請求項2】
前記第1電極リードは、長手方向の端部から延設される複数の第1突出部を備える、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項3】
前記複数の第1突出部は、
前記第1電極リードの幅方向に沿って相互に離隔して配置される、請求項2に記載のバッテリーモジュール。
【請求項4】
前記第2電極リードは、長手方向の端部から延設される複数の第2突出部を備える、請求項3に記載のバッテリーモジュール。
【請求項5】
前記複数の第2突出部は、
前記第2電極リードの幅方向に沿って相互に離隔して配置される、請求項4に記載のバッテリーモジュール。
【請求項6】
前記複数の第2突出部は、それぞれ、前記複数の第1突出部同士の間毎に形成される空間内に配置される、請求項5に記載のバッテリーモジュール。
【請求項7】
前記溶接部は、
前記複数の第1突出部及び前記複数の第2突出部上に形成される、請求項6に記載のバッテリーモジュール。
【請求項8】
前記第1突出部及び第2突出部の長さは、前記バスバーの幅と対応する、請求項6又は7に記載のバッテリーモジュール。
【請求項9】
前記溶接部は、
前記第1突出部及び第2突出部の長手方向の全体にわたって形成される、請求項6から8のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項10】
前記バスバーは、
前記一対のリード引出スリット同士の間に配置される、請求項1から9のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項11】
前記第1電極リードの長手方向の端部の表面と前記第2電極リードの長手方向の端部の表面とは同一平面を成す、請求項1から10のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項12】
請求項1から11のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック。
【請求項13】
請求項1から11のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、改善された電極リード接続構造を有するバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より具体的には、バスバーの使用量を最小化できるように電極リードの形状が変更されたバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
【0002】
本出願は、2020年8月13日付け出願の韓国特許出願第10-2020-0101956号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【0003】
通常、セル積層体を構成する複数のパウチ型バッテリーセル同士の間を電気的に接続するため、バスバー3を備えるバスバーフレーム2が用いられる。この場合、隣接したパウチ型バッテリーセルのそれぞれの電極リード1は、バスバーフレーム2に形成されたリードスリット2aを通過し、リードスリット2aを通った一対の電極リード1はバスバーフレーム2上に固定された伝導性材質のバスバー3にそれぞれ溶接によって結合される。これにより、隣接したバッテリーセル同士の間が電気的に接続される。
【0004】
このとき、バスバー3は、一対の電極リード1がそれぞれ結合されるように分岐した一対のプレート3aを備える。
【0005】
このように分岐した一対のプレート3aを備えるバスバー3を用いて一対の電極リード1同士を電気的に接続しようとする場合、電極リード1の個数ほどのプレート3aが必要となって製造コストの上昇が避けられない。また、分岐した一対のプレート3aのそれぞれに一対の電極リード1を一対一で結合させる場合は、一対の電極リード1同士の間に流れる電流の経路が長くなって抵抗値が上昇するため、それによるエネルギー損失のおそれも増加する。
【0006】
したがって、バスバー3を構成する高価な伝導性金属材料の使用量を最小化し、隣接した一対の電極リード1同士の間に流れる電流の経路を最小化できるように構造的な改善が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセル同士の間を電気的に接続する際、十分な結合力を維持しながらもバスバーと電極リードとの間の結合面積を最小化することで、バスバーの製作に必要な伝導性金属材料の使用量を最小化し、これによってバッテリーモジュールの製造コストを節減することを一目的とする。
【0008】
また、本発明は、一つのバスバーを介して電気的に接続される一対の電極リード同士の間に流れる電流の経路を最小化することで、抵抗の上昇によるエネルギー損失を防止することを一目的とする。
【0009】
本発明が解決しようとする技術的課題は上記の課題に制限されず、その他の課題は下記の発明の説明から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、第1電極リードを備える第1バッテリーセル、及び第2電極リードを備えて前記第1バッテリーセルと隣接する第2バッテリーセルを含むセル積層体と、前記第1電極リード及び前記第2電極リードが通過する一対のリード引出スリットを備えるバスバーフレームと、前記バスバーフレーム上に固定されるバスバーと、を含み、前記第1電極リードの長手方向の端部と第2電極リードの長手方向の端部とが噛み合った状態で前記バスバー上に配置され、前記第1電極リードと第2電極リードとの噛合領域には前記バスバーとの接合のための溶接部が形成される。
【0011】
前記第1電極リードは、長手方向の端部から延設される複数の第1突出部を備え得る。
【0012】
前記複数の第1突出部は、前記第1電極リードの幅方向に沿って相互に離隔して配置され得る。
【0013】
前記第2電極リードは、長手方向の端部から延設される複数の第2突出部を備え得る。
【0014】
前記複数の第2突出部は、前記第2電極リードの幅方向に沿って相互に離隔して配置され得る。
【0015】
前記複数の第2突出部は、それぞれ、前記複数の第1突出部同士の間毎に形成される空間内に配置され得る。
【0016】
前記溶接部は、前記複数の第1突出部及び前記複数の第2突出部上に形成され得る。
【0017】
前記第1突出部及び第2突出部の長さは、前記バスバーの幅と同一であり得る。
【0018】
前記溶接部は、前記第1突出部及び第2突出部の長手方向の全体にわたって形成され得る。
【0019】
前記バスバーは、前記一対のリード引出スリット同士の間に配置され得る。
【0020】
前記第1電極リードの長手方向の端部の表面と前記第2電極リードの長手方向の端部の表面とは、同一平面を成し得る。
【0021】
上述した課題を解決するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、上述した本発明の一態様によるバッテリーモジュールを含む。
【0022】
上述した課題を解決するため、本発明のさらに他の一態様による自動車は、上述した本発明の一態様によるバッテリーモジュールを含む。
【発明の効果】
【0023】
本発明の一態様によれば、バッテリーセル同士の間を電気的に接続する際、十分な結合力を維持しながらもバスバーと電極リードとの間の結合面積を最小化することで、バスバーの製作に必要な伝導性金属材料の使用量を最小化することができ、これによってバッテリーモジュールの製造コストを節減することができる。
【0024】
また、本発明の一態様によれば、一つのバスバーを介して電気的に接続される一対の電極リード同士の間に流れる電流の経路が著しく短縮されるため、抵抗の上昇によるエネルギー損失を防止することができる。
【0025】
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形態を例示するものであって、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ものであるため、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】
【0026】
【
図1】従来のバッテリーモジュールの構造を示した図である。
【
図2】従来のバッテリーモジュールの構造を示した図である。
【
図3】本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを示した図である。
【
図5】本発明のバスバーフレーム及びバスバーを示した図である。
【
図6】本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、一対の電極リードとバスバーとの結合部位を示した部分拡大図である。
【
図7】本発明の他の実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、一対の電極リードとバスバーとの結合部位を示した部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【0028】
以下、
図3~
図7を参照して本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを説明する。
図3~
図7を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールは、セル積層体10、バスバーフレーム20及びバスバー30を含む。
【0029】
前記セル積層体10は、隣接する第1バッテリーセル11と第2バッテリーセル12とを含む複数のバッテリーセルが積層されて形成される。前記セル積層体10を構成するバッテリーセルは、例えばパウチ型バッテリーセルであり得、この場合、互いに逆極性を有する一対の電極リードは互いに反対方向に引き出される。
【0030】
互いに対面する第1バッテリーセル11と第2バッテリーセル12とは、第1バッテリーセル11の長手方向の一側から延びる第1電極リード11aと、第1バッテリーセル11に隣接する第2バッテリーセル12の長手方向の一側から延びて第1電極リード11aと隣接する第2電極リード12aとが互いに逆極性を有するように積層される。
【0031】
このようなセル積層体10の積層配列は、第1バッテリーセル11及び第2バッテリーセル12を含む複数のバッテリーセル同士を互いに直列で接続するためである。すなわち、互いに逆極性を有する第1電極リード11aと第2電極リード12aとが電気的に接続されることで、隣接した第1バッテリーセル11と第2バッテリーセル12とは直列で接続される。
【0032】
前記バスバーフレーム20は、プレートの形状が略長方形であり、セル積層体10の長手方向(Y軸方向)の一側及び他側にそれぞれ配置される。前記バスバーフレーム20は、後述する複数のバスバー30同士の間の絶縁のため、非伝導性材質からなることが望ましい。前記セル積層体10を構成する複数のバッテリーセル同士を直列で接続するため、バスバーフレーム20は一対で備えられる。
【0033】
前記バスバーフレーム20は、少なくとも一つのリード連結領域Sを備える。前記リード連結領域Sが複数個備えられる場合、複数のリード連結領域Sはバスバーフレーム20の長手方向(X軸方向)に沿って相互に離隔して位置する。それぞれのリード連結領域S内には、一対のリード引出スリット21が形成される。前記リード引出スリット21は、一つの電極リードが通過できるように、電極リードの幅と対応する長さ及び電極リードの厚さと対応する幅を有し、バスバーフレーム20の幅方向(Z軸方向)に沿って延設される。また、前記一対のリード引出スリット21は、バスバーフレーム20の長手方向(X軸方向)に沿って相互に離隔して形成される。
【0034】
前記バスバー30は、伝導性材質の金属からなり、リード連結領域Sの個数ほど備えられる。前記バスバー30は、リード連結領域S内に位置する一対のリード引出スリット21同士の間に固設される。前記バスバー30は、バスバーフレーム20の幅方向(Z軸方向)に沿って長く延びた形態を有し得る。
【0035】
同じ方向に平行に延びた前記第1電極リード11aと第2電極リード12aとは、一つのリード連結領域S内に形成された一対のリード引出スリット21と一対一で対応するように位置する。
【0036】
図6を参照すると、前記第1電極リード11aは、リード引出スリット21を通過してバスバー30に向かって折り曲げられる。同様に、前記第2電極リード12aは、リード引出スリット21を通過してバスバー30及び第1電極リード11aに向かって折り曲げられる。
【0037】
前記第1電極リード11aの長手方向の端部と第2電極リード12aの長手方向の端部とは噛み合った状態でバスバー30上に配置される。このとき、前記第1電極リード11aの長手方向の端部の表面と第2電極リード12aの長手方向の端部の表面とは同一平面を成し得る。すなわち、前記第1電極リード11aと第2電極リード12aとは互いに重畳しなくてもよい。このような結合構造によれば、第1電極リード11aとバスバー30との間の溶接及び第2電極リード12aとバスバー30との間の溶接時に、溶接対象物の厚さ増加による溶接不良の発生可能性を大幅に減少させることができる。前記第1電極リード11aと第2電極リード12aとの噛合領域にはバスバー30との接合のための溶接部Wが形成される。すなわち、前記第1電極リード11a及び第2電極リード12aは、それぞれ、バスバー30と溶接される。
【0038】
前記第1電極リード11aと第2電極リード12aとの噛合のため、第1電極リード11aは長手方向の端部から延設される複数の第1突出部P1を備え、第2電極リード12aは長手方向の端部から延設される複数の第2突出部P2を備える。前記第1突出部P1は、第1電極リード11aの長手方向の端部から前記第1電極リード11aの長手方向に沿って延びた形態を有し得る。同様に、前記第2突出部P2は、第2電極リード12aの長手方向の端部から前記第2電極リード12aの長手方向に沿って延びた形態を有し得る。これにより、前記第1突出部P1と第2突出部P2とは互いに向かって延びた形態を有し得る。前記複数の第1突出部P1は、第1電極リード11aの幅方向に沿って相互に離隔して配置され、同様に複数の第2突出部P2は、第2電極リード12aの幅方向に沿って相互に離隔して配置される。前記複数の第2突出部P2のそれぞれは、複数の第1突出部P1同士の間毎に形成される空間を満たすように配置される。このとき、前記第1突出部P1と第2突出部P2とは、互いに密着した状態でそれぞれの表面が同一平面を成すように配置され得る。
【0039】
前記溶接部Wは、複数の第1突出部P1及び複数の第2突出部P2上に形成され得る。
図6には、前記溶接部Wが点形態で第1突出部P1及び第2突出部P2の全体面積のうち一部分のみに形成されている場合が示されているが、これは例示に過ぎず、第1電極リード11a及び第2電極リード12aをバスバー30上に堅固に固定するため、第1電極リード11aとバスバー30とが重畳する面積全体及び第2電極リード12aとバスバー30とが重畳する面積全体にかけて溶接部Wが形成されてもよい。または、溶接作業の容易性のため、第1突出部P1の長手方向(X軸方向)の中心部と第2突出部P2の長手方向(X軸方向)の中心部とを通るように、バスバー30の長手方向(Z軸方向)に沿って溶接部Wが長く形成されてもよい。
【0040】
前記第1突出部P1及び第2突出部P2は、バスバー30の上部から眺めたとき、図示されたように台形状であり得、これと異なって長方形、三角形、長手方向の端部がラウンド処理された形状などであってもよい。
【0041】
一方、
図7を参照すると、第1電極リード11aとバスバー30との間の結合力及び第2電極リード12aとバスバー30との間の結合力を強化するため、第1突出部P1及び第2突出部P2は、それぞれ、その長さDがバスバー30の幅と対応するように形成され得る。すなわち、前記第1突出部P1及び第2突出部P2のそれぞれの長さDは、バスバー30の幅と略等しく形成され得る。この場合、前記溶接部Wは、第1突出部P1の長手方向(X軸方向)の全体及び第2突出部P2の長手方向の全体にかけて形成されることが望ましい。
【0042】
上述した本発明によるバッテリーモジュールによれば、一対の電極リード11a、12aが噛み合った状態でバスバー30上に位置し、噛合領域に溶接部Wが形成された構造が適用されることで、バスバー30の幅を最小化しながらも、電極リード11a、12aとバスバー30との間の接合領域の幅が減少することは阻止できる。これにより、伝導性金属材質のバスバー30に必要な材料費を最小化するとともに電極リード11a、12aとバスバー30との間の結合力も確保することができ、生産性及び製品品質の向上を同時に実現することができる。
【0043】
一方、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、上述したような本発明によるバッテリーモジュールを少なくとも一つ含む。また、本発明の一実施形態による自動車は、上述したような本発明によるバッテリーモジュールまたは本発明の一実施形態によるバッテリーパックを少なくとも一つ含む。
【0044】
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【0045】
1 電極リード
2 バスバーフレーム
2a リードスリット
3 バスバー
3a プレート
10 セル積層体
11 第1バッテリーセル
11a 第1電極リード
12 第2バッテリーセル
12a 第2電極リード
20 バスバーフレーム
21 リード引出スリット
30 バスバー
P1 第1突出部
P2 第2突出部
S リード連結領域
W 溶接部