特許 7475480 電池モジュールおよびこれを含む電池パック

(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】2024-04-18

(45)【発行日】2024-04-26

(54)【発明の名称】電池モジュールおよびこれを含む電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/591 20210101AFI20240419BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20240419BHJP

   H01M 50/507 20210101ALI20240419BHJP

【ＦＩ】

H01M50/591

H01M50/262 S

H01M50/507

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022558535

(86)(22)【出願日】2021-10-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-10

(86)【国際出願番号】 KR2021014613

(87)【国際公開番号】W WO2022114529

(87)【国際公開日】2022-06-02

【審査請求日】2022-09-27

(31)【優先権主張番号】10-2020-0164593

(32)【優先日】2020-11-30

(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】セユン・ジュン

(72)【発明者】

【氏名】ジョンヨン・イ

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・リョル・オ

(72)【発明者】

【氏名】ペク・サン・イ

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５０４４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０７８５２７４７（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

(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、
前記電池セル積層体の少なくとも一端部に位置するバスバーフレーム、
前記電池セル積層体と前記バスバーフレームを含むセルブロックを収容するモジュールフレーム、
前記セルブロックの前後面を覆うと共に、前記モジュールフレームと結合されるエンドプレート、および
前記エンドプレートと前記電池セル積層体の間に位置する絶縁カバーを含み、
前記絶縁カバーは第１絶縁カバーと第２絶縁カバーを含み、
前記第１絶縁カバーは前記バスバーフレームに結合された第１バスバーの正面及び側面を覆い、前記第２絶縁カバーは前記バスバーフレームに結合された第２バスバーの正面及び側面を覆う、電池モジュール。

【請求項2】

前記第１バスバーは、前記第２バスバーより大きな面積を有する、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記第２バスバーは、端子バスバー（ｔｅｒｍｉｎａｌ ｂｕｓｂａｒ）である、請求項２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記絶縁カバーは第３絶縁カバーをさらに含み、前記第３絶縁カバーは前記端子バスバーの一側端部で形成された突出部の下端に位置する、請求項３に記載の電池モジュール。

【請求項5】

複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、
前記電池セル積層体の少なくとも一端部に位置するバスバーフレーム、
前記電池セル積層体と前記バスバーフレームを含むセルブロックを収容するモジュールフレーム、
前記セルブロックの前後面を覆うと共に、前記モジュールフレームと結合されるエンドプレート、および
前記エンドプレートと前記電池セル積層体の間に位置する絶縁カバーを含み、
前記絶縁カバーは第１絶縁カバーと第２絶縁カバーを含み、
前記第１絶縁カバーは前記バスバーフレームに結合された第１バスバーを覆い、前記第２絶縁カバーは前記バスバーフレームに結合された第２バスバーを覆い、
前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーがそれぞれ前記第１バスバーと前記第２バスバーが互いに離隔された空間と前記第１バスバーと前記第２バスバーを遮蔽することによって、前記第１バスバーと前記第２バスバーの短絡を遮断する、電池モジュール。

【請求項6】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーは前記バスバーフレームに結合される、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】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーはそれぞれ、接着剤によって前記バスバーフレームに結合される、請求項６に記載の電池モジュール。

【請求項8】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーはそれぞれ、締結部材によって前記バスバーフレームに結合される、請求項６に記載の電池モジュール。

【請求項9】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーは接着剤によって前記エンドプレートに結合される、請求項１～８の何れか一項に記載の電池モジュール。

【請求項10】

請求項１～９の何れか一項による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】

（関連出願との相互引用）
本出願は２０２０年１１月３０日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１６４５９３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含まれる。

【0002】

本発明は電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものであって、より詳しくは、バスバー間ショート防止構造が設けられた電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものである。

【背景技術】

【0003】

二次電池は、モバイル機器および電気自動車などの多様な製品群のエネルギー源として多くの関心を集めている。このような二次電池は化石燃料を使用する既存製品の使用を代替することができる有力なエネルギー資源であって、エネルギー使用による副産物が発生しなくて環境にやさしいエネルギー源として脚光を浴びている。

【0004】

最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まるにつれて、複数の二次電池が直列／並列に連結された電池モジュールを集合させたマルチモジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。

【0005】

一方、複数の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを用いてその他の構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。

【0006】

このような電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームおよび前記電池セル積層体の前後面をカバーするバスバーフレームを含む。

【0007】

図１は、従来の電池モジュールの構造を示した図である。

【0008】

図１を参照すれば、従来の電池モジュールは、電池セル積層体を収容するモジュールフレーム２０、電池セル積層体の前後面をカバーするバスバーフレーム３０、バスバーフレームの外側面に装着された複数のバスバー４０、およびバスバーフレーム３０から突出形成されて複数のバスバー４０を区画する隔壁５０を含むことができる。

【0009】

この時、複数のバスバーのうちの隣接したバスバー４０の間には一つの隔壁５０のみが形成されており、バスバー４０の間の間隔も非常に狭く形成されることがある。また、モジュールフレーム底部２１とバスバー４０の間の間隔も非常に狭く形成されることがある。

【0010】

電池モジュールの内部では水分発生および電池セルからの電解液漏液現象が起こることがあり、このような液体がバスバーを腐食させてバスバーの間の沈殿物が連結されてバスバー間のショート（ｓｈｏｒｔ）現象が発生することがある。ショート現象が発生する場合、電池モジュールの発火の可能性が高まって安全性に問題が生じることがあり、結果的にバスバー間のショート現象を事前に防止することができるバスバーおよびバスバーフレーム構造が必須的に要求される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の解決しようとする課題は、バスバー間のショート現象を防止することができる構造を有する電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。

【0012】

本発明の課題は以上で言及した課題に制限されず、言及されていない更なる他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記課題を実現するための本発明の一実施形態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、前記電池セル積層体の少なくとも一端部に位置するバスバーフレーム、前記電池セル積層体と前記バスバーフレームを含むセルブロックを収容するモジュールフレーム、前記セルブロックの前後面を覆うと共に、前記モジュールフレームと結合されるエンドプレート、および前記エンドプレートと前記電池セル積層体の間に位置する絶縁カバーを含み、前記絶縁カバーは第１絶縁カバーと第２絶縁カバーを含み、前記第１絶縁カバーは前記バスバーフレームに結合された第１バスバーを覆い、前記第２絶縁カバーは前記バスバーフレームに結合された第２バスバーを覆う。

【0014】

前記第１バスバーは、前記第２バスバーより大きな面積を有することができる。

【0015】

前記第２バスバーは、端子バスバー（ｔｅｒｍｉｎａｌ ｂｕｓｂａｒ）であってもよい。

【0016】

前記絶縁カバーは第３絶縁カバーをさらに含み、前記第３絶縁カバーは前記端子バスバーの一側端部で形成された突出部の下端に配置できる。

【0017】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーがそれぞれ前記第１バスバーと前記第２バスバーが互いに離隔された空間と前記第１バスバーと前記第２バスバーを遮蔽することによって、前記第１バスバーと前記第２バスバーの短絡を遮断することができる。

【0018】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーは前記バスバーフレームに結合できる。

【0019】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーはそれぞれ、接着剤によって前記バスバーフレームに結合できる。

【0020】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーはそれぞれ、締結部材によって前記バスバーフレームに結合できる。

【0021】

前記第１絶縁カバーと前記第２絶縁カバーは接着剤によって前記エンドプレートに結合できる。

【0022】

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記電池モジュールを含むことができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の一実施形態による電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、バスバーの間の間隔確保構造、バスバーの間の二重隔壁構造およびバスバーとモジュールフレーム底部の間の空間確保構造を通じてバスバー間のショート現象を防止して電池モジュールの安定性を確保することができる。

【0024】

本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていない更なる他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】従来の電池モジュールの構造を示した図である。

【図2】本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。

【図3】図２の電池モジュールの構成要素を結合した電池モジュールの部分斜視図である。

【図4】図３の電池モジュールに絶縁カバーを付着した様子を示す正面図である。

【図5】図４の電池モジュールにおいて絶縁カバーがバスバーを覆っている様子を投影して示した斜視図である。

【図6】本発明の他の一実施形態による電池モジュールを示す部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態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することができるように詳しく説明する。本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。

【0027】

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、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な参照符号を付けるようにする。

【0028】

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ので、本発明が必ずしも図示のところに限定されるのではない。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。そして図面において、説明の便宜のために、一部層および領域の厚さを誇張されるように示した。

【0029】

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の上に”または“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、その中間に更なる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”あるという時には中間に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”または“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、必ずしも重力反対方向に向かって“の上に”または“上に”位置することを意味するのではない。

【0030】

また、明細書全体で、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くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

【0031】

また、明細書全体で、“平面上”という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、“断面上”という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。

【0032】

図２は、本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。図３は、図２の電池モジュールの構成要素を結合した電池モジュールの部分斜視図である。

【0033】

図２を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュールは、複数の電池セル１１０が積層形成された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０の両端部に装着されたバスバーフレーム１３０、電池セル積層体１２０を収容するフレーム部材３００、および電池セル積層体１２０とバスバーフレーム１３０が結合されたセルブロックを両端部で囲むエンドプレート６００を含む。

【0034】

電池セル１１０は、パウチ型電池セルであるのが好ましい。本実施形態で電池セル積層体１２０は図２のｙ軸方向に沿って積層され、ｚ軸方向にフレーム部材３００内部に配置されてフレーム部材３００底部と電池セル積層体１２０の間に形成される熱伝導性樹脂層４００によって冷却が行われる。

【0035】

電池セル積層体１２０を収納するフレーム部材３００は、上部プレート３１０とモジュールフレーム３２０を含むことができる。モジュールフレーム３２０は複数のユニット収納部を含み、上部プレート３１０はモジュールフレーム３２０に装着された電池セル積層体１２０の上部を覆う板状型構造に形成できる。モジュールフレーム３２０は電池セル積層体１２０の下面および両側面を囲み、上部プレート３１０は残りの上面（ｚ軸方向）を囲むことができる。上部プレート３１０とモジュールフレーム３２０は互いに対応する角部位が接触した状態で、溶接などによって結合されることによって、電池セル積層体１２０を上下左右にカバーする構造を形成することができる。上部プレート３１０とモジュールフレーム３２０を通じて電池セル積層体１２０を物理的に保護することができる。このために、上部プレート３１０とモジュールフレーム３２０は所定の強度を有する金属材料を含むことができる。

【0036】

一方、具体的に示さなかったが、変形例によるフレーム部材３００は、上面、下面および両側面が一体化した金属板材形態のモノフレームであってもよい。即ち、モジュールフレーム３２０と上部プレート３１０が相互に結合される構造でなく、押出成形で製造されて上面、下面および両側面が一体化した構造であってもよい。

【0037】

電池セル積層体１２０の開放された第１側（ｘ軸方向）と第２側（ｘ軸反対方向）にバスバーフレーム１３０が配置できる。バスバーフレーム１３０は、電池セル積層体１２０の第１側（ｘ軸方向）と第２側（ｘ軸反対方向）に位置して電池セル積層体１２０をカバーすると同時に、電池セル積層体１２０と外部機器との連結を案内する役割を果たすことができる。具体的に、バスバーフレーム１３０にはバスバー２８０が装着でき、電池セル１１０の電極リード１１１、１１２がバスバーフレーム１３０に形成されたスロットを通過した後に曲がってバスバー２８０と接合できる。これによって、電池セル積層体１２０を構成する電池セル１１０が直列にまたは並列に連結できる。

【0038】

本実施形態によるバスバー２８０は第１バスバー２８０ａと第２バスバー２８０ｂを含むことができ、第１バスバー２８０ａの面積は第２バスバー２８０ｂの面積に対比して大きくてもよい。この時、第２バスバー２８０ｂは端子バスバーであってもよく、第２バスバー２８０ｂの一側端部はｚ軸方向からｘ軸方向に折れた突出部２８０ｐ形状を有することができる。

【0039】

第２バスバー２８０ｂの突出部２８０ｐは電池モジュール１０外部に露出されてもよい。第２バスバー２８０ｂは、他の電池モジュールやバッテリディスコネクトユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ：ＢＤＵ）などと連結されて高電圧（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＨＶ）連結を実現することができる。ここで、ＨＶ連結は電力を供給するための電源役割の連結であって、電池セル間の連結や電池モジュール間の連結を意味する。

【0040】

エンドプレート６００は、フレーム部材３００の開放された第１側（ｘ軸方向）と第２側（ｘ軸反対方向）に位置して電池セル積層体１２０をカバーするように形成できる。このようなエンドプレート６００は、外部の衝撃から電池セル積層体１２０およびその他の電装品を物理的に保護することができる。電池セル積層体１２０とエンドプレート６００の間にバスバーフレーム１３０が配置できる。

【0041】

一方、バスバーフレーム１３０とエンドプレート６００の間には電気的絶縁のための絶縁カバーが形成できる。以下では、本実施形態による絶縁カバーについて詳しく説明する。

【0042】

図４は、図３の電池モジュールに絶縁カバーを付着した様子を示す正面図である。図５は、図４の電池モジュールにおいて絶縁カバーがバスバーを覆っている様子を投影して示した斜視図である。

【0043】

図２～図４を参照すれば、本実施形態による電池モジュールは、エンドプレート６００と電池セル積層体１２０の間に位置する絶縁カバー５００を含む。本実施形態による絶縁カバー５００は第１絶縁カバー５００ａと第２絶縁カバー５００ｂを含み、第１絶縁カバー５００ａはバスバーフレーム１３０に結合された第１バスバー２８０ａを覆い、第２絶縁カバー５００ｂはバスバーフレーム１３０に結合された第２バスバー２８０ｂを覆うことができる。

【0044】

比較例による絶縁カバーの場合、互いに隣接する二つのバスバーを物理的に遮る構造物がない。したがって、電解液の流出および／または水分流入などによってバスバーが腐食されるか異物によって互いに隣接するバスバー間において短絡が発生されやすい。このようにバスバー間に短絡が発生すると、モジュール発火の原因になることがある。これに反し、本実施形態によれば、互いに隣接する第１バスバー２８０ａと第２バスバー２８０ｂをそれぞれ第１絶縁カバー５００ａと第２絶縁カバー５００ｂが覆っている構造によって、第１バスバー２８０ａと第２バスバー２８０ｂの間の離隔空間５００Ｐと、第１バスバー２８０ａおよび第２バスバー２８０ｂを遮蔽することができる。具体的に、図５に示したように、第１絶縁カバー５００ａは第１バスバー２８０ａのｘ軸方向への正面と、第１バスバー２８０ａを囲む四つの側面を全て囲むように覆い、第２絶縁カバー５００ｂも第２バスバー２８０ｂのｘ軸方向への正面と、第２バスバー２８０ｂを囲む四つの側面を全て囲むように覆うことができる。このような構造によって、第１バスバー２８０ａと第２バスバー２８０ｂが互いに対向する両側面の間の離隔空間５００Ｐに電解液が流出されても第１バスバー２８０ａと第２バスバー２８０ｂに流れて行くのを物理的に遮断することができる。本実施形態によれば、電解液だけでなく異物および水分からバスバー２８０を保護することができる。

【0045】

言い換えれば、第１絶縁カバー５００ａと第２絶縁カバー５００ｂがそれぞれ第１バスバー２８０ａと第２バスバー２８０ｂが互いに離隔された空間５００Ｐと、第１バスバー２８０ａと第２バスバー２８０ｂを遮蔽することによって、第１バスバー２８０ａと第２バスバー２８０ｂの短絡を遮断することができる。

【0046】

第１絶縁カバー５００ａと第２絶縁カバー５００ｂは、バスバーフレーム１３０に結合できる。第１絶縁カバー５００ａと第２絶縁カバー５００ｂはそれぞれ接着剤を用いてバスバーフレーム１３０に結合されるか、締結部材によってバスバーフレーム１３０に結合できる。締結部材はホール、鉤などを使用して結合できるが、これに制限されず、知られた多様な方式によって締結できる。

【0047】

図６は、本発明の他の一実施形態による電池モジュールを示す部分斜視図である。図６の実施形態は図４および図５で説明した実施形態と大部分において同一であり、以下では差のある部分についてのみ説明する。

【0048】

図３および図６を参照すれば、本実施形態による絶縁カバー５１０は、第１バスバー２８０ａを覆う第１絶縁カバー５１０ａと第２バスバー２８０ｂを覆う第２絶縁カバー５１０ｂを含み、端子バスバー２８０ｂ一側端部の突出部２８０ｐ下端に位置する第３絶縁カバー５１０ｃをさらに含むことができる。

【0049】

本実施形態による第３絶縁カバー５１０ｃは、端子バスバー２８０ｂに対する絶縁役割を果たすことができる。端子バスバー２８０ｂは、他の電池モジュールやバッテリディスコネクトユニット（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ：ＢＤＵ）と連結されて高電圧（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ：ＨＶ）連結を形成することができる。

【0050】

第３絶縁カバー５１０ｃは、第２絶縁カバー５１０ｂと一体に形成できる。

【0051】

以上で説明した差異点以外に、図４および図５の実施形態で説明した内容は本実施形態に全て適用可能である。

【0052】

前述の電池モジュールは電池パックに含むことができる。電池パックは、本実施形態による電池モジュールを一つ以上集積して電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）と冷却装置などを追加してパッキングした構造であってもよい。

【0053】

前述の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できる。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できるが、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使用す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。

【0054】

以上では本発明の好ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述の特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であることはもちろんであり、このような変形実施は本発明の技術的な思想や展望から個別的に理解されてはならない

【符号の説明】

【0055】

１０：電池モジュール
２０：モジュールフレーム
３０：バスバーフレーム
４０：バスバー
１１０：電池セル
１２０：電池セル積層体
１３０：バスバーフレーム
２８０：バスバー
２８０ａ：第１バスバー
２８０ｂ：第２バスバー
２８０ｐ：突出部
３２０：モジュールフレーム
５００、５１０：絶縁カバー
５００ａ、５１０ａ：第１絶縁カバー
５００ｂ、５１０ｂ：第２絶縁カバー
５１０ｃ：第３絶縁カバー
６００：エンドプレート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】