特許 7531691 電池モジュール、これを含む電池パックおよびその製造方法

(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】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

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

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/211 20210101AFI20240802BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20240802BHJP

   H01M 50/50 20210101ALI20240802BHJP

   H01M 50/298 20210101ALI20240802BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240802BHJP

   H01M 10/655 20140101ALI20240802BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20240802BHJP

   H01M 50/557 20210101ALI20240802BHJP

   H01M 50/264 20210101ALI20240802BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

H01M50/211

H01M50/284

H01M50/50 201Z

H01M50/298

H01M50/204 401H

H01M10/655

H01M50/548 301

H01M50/557

H01M50/264

H01M50/291

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023511983

(86)(22)【出願日】2022-01-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-08

(86)【国際出願番号】 KR2022000274

(87)【国際公開番号】W WO2022149897

(87)【国際公開日】2022-07-14

【審査請求日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】10-2021-0003178

(32)【優先日】2021-01-11

(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】ホング・ハン

(72)【発明者】

【氏名】ジュンヨブ・ソン

(72)【発明者】

【氏名】ウォン・キョン・パク

(72)【発明者】

【氏名】スビン・パク

【審査官】多田 達也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１７３８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２６０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０５７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１９４９６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２４４８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２３－５３５９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２３－５３６４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００６６８９６（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００１６３２６（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００５４７０９（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２１－００００５５１（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ１０／５２－１０／６６７

Ｈ０１Ｍ５０／５０－５０／５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体と、
前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面および後面をそれぞれ覆う第１センシングブロックおよび第２センシングブロックと、
前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の両側面をカバーする弾性部材とを含み、
少なくとも２つの前記電極リードは、前記第１センシングブロックのスリットまたは前記第２センシングブロックのスリットを通過した後、曲がって互いに接合されて電極リード接合体を形成し、
前記弾性部材が前記電極リード接合体をカバーし、
前記弾性部材は、前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記両側面に沿って連続的につながる電池モジュール。

【請求項2】

前記電池セル積層体の上面および下面が露出する、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記電池セルの電圧情報伝達のためのＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体を含み、
前記ＬＶセンシング組立体は、前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックの少なくとも１つに位置する、請求項１又は２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記ＬＶセンシング組立体が前記電極リード接合体と連結される、請求項３に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記ＬＶセンシング組立体は、ＬＶコネクタと、前記ＬＶコネクタと前記電極リード接合体とを連結する連結部材と、前記連結部材の一端に位置して前記電極リード接合体に接合される接合プレートとを含む、請求項４に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記連結部材は、フレキシブルプリント回路基板またはフレキシブルフラットケーブルである、請求項５に記載の電池モジュール。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の電池モジュールと、
前記電池モジュールを収納するパックフレームと、
前記電池モジュールと前記パックフレームの底部との間に位置する熱伝導性樹脂層とを含み、
前記弾性部材は、下部が開放されて、前記電池セル積層体の下面が露出する電池パック。

【請求項8】

前記電池セル積層体の前記下面は、前記熱伝導性樹脂層と接触する、請求項７に記載の電池パック。

【請求項9】

電極リードを含む複数の電池セルを積層して電池セル積層体を製造する段階と、
前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面および後面をそれぞれ覆うように第１センシングブロックおよび第２センシングブロックを配置する段階と、
前記電極リードを前記第１センシングブロックのスリットまたは前記第２センシングブロックのスリットに通過させた後、少なくとも２つの前記電極リード同士を互いに接合させて電極リード接合体を形成する段階と、
前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の両側面をカバーするように弾性部材を配置する段階とを含み、
前記弾性部材が前記電極リード接合体をカバーし、
前記弾性部材は、前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記両側面に沿って連続的につながる電池モジュールの製造方法。

【請求項10】

前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックの少なくとも１つに前記電池セルの電圧情報伝達のためのＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体が位置する、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ＬＶセンシング組立体と前記電極リード接合体とを連結する段階をさらに含む、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ＬＶセンシング組立体は、ＬＶコネクタと、前記ＬＶコネクタと前記電極リード接合体とを連結する連結部材と、前記連結部材の一端に位置した接合プレートとを含み、
前記ＬＶセンシング組立体と前記電極リード接合体とを連結する段階で、前記接合プレートを前記電極リード接合体に接合させる、請求項１１に記載の電池モジュールの製造方法。

【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、２０２１年１月１１日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０００３１７８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含まれる。

【0002】

本発明は、電池モジュール、これを含む電池パックおよびその製造方法に関し、より具体的には、生産性が向上した電池モジュール、これを含む電池パックおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化されるにつれ、このようなモバイル機器に関連する分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電可能な二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方策として、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられていることから、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

【0004】

現在商用化された二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあるが、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらず、充放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いというメリットから注目されている。

【0005】

このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液と共に密封収納する電池ケースとを備える。

【0006】

一般に、リチウム二次電池は、外装材の形状により、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池とに分類される。

【0007】

小型機器に用いられる二次電池の場合、２－３個の電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに用いられる二次電池の場合は、多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が用いられる。このような電池モジュールは、多数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって、容量および出力が向上する。また、１つ以上の電池モジュールは、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。

【0008】

図１は、従来の電池モジュールを示す分解斜視図である。

【0009】

図１を参照すれば、従来の電池モジュール１０は、電池セル積層体２０がモジュールフレーム３０とエンドプレート４０に収納されて形成される。

【0010】

電池セル積層体２０は、複数の電池セル１１が一方向に沿って積層されて形成され、これによって電極リード１１Ｌが電池セル１１の積層される一方向と垂直な方向に突出できる。

【0011】

モジュールフレーム３０は、電池セル積層体２０を外部衝撃などから保護するために所定の強度を有する素材からなり、構造的には、上部フレーム３１と下部フレーム３２とが結合されて形成される。上部フレーム３１および下部フレーム３２の対応する角同士で溶接接合を行うことができる。

【0012】

電池セル積層体２０を基準として電極リード１１Ｌの突出方向にエンドプレート４０が位置することができ、電池セル積層体２０とエンドプレート４０との間にバスバーフレーム５０が位置することができる。モジュールフレーム３０とエンドプレート４０は、対応する角同士で溶接接合を行うことができる。

【0013】

図２は、図１の電池モジュールに含まれているバスバーフレーム５０とエンドプレート４０を拡大して示す斜視図であり、図３は、図２の「Ａ」部分を拡大して示す部分図である。この時、説明の便宜のために、図３は、電池セル１１の電極リード１１Ｌが含まれている様子を示した。

【0014】

図１～図３を参照すれば、バスバーフレーム５０にはバスバー５１が装着される。バスバー５１は、複数の電池セル間の電気的連結のためのもので、電池セル１１の電極リード１１Ｌがバスバーフレーム５０に形成されたスリットを通過した後、曲がってバスバー５１と連結される。電極リード１１Ｌとバスバー５１との間の連結において、電気的連結が可能であればその方法に制限はなく、一例として、溶接接合で連結される。このように、バスバー５１を介して電池セル１１が電気的に連結された電池セル積層体２０は、外部に露出する端子バスバーなどを介して他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）などと連結可能である。つまり、従来の電池モジュール１０は、バスバー５１を介して電池セルを電気的に連結し、端子バスバーなどを介して電池モジュール１０を他の電池モジュールと電気的に連結することによって、ＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）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の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。

【0015】

一方、電池モジュール１０の発火や爆発を防止するために、電池セルの電圧情報と温度情報を測定してＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達する必要がある。従来の電池モジュール１０は、ＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体６０を含み、電池セルの電圧情報を前記ＢＭＳに伝達することができる。具体的には、ＬＶセンシング組立体６０が接合部材６１によってバスバー５１と連結されて各電池セルの電圧を測定することができ、測定された値をコネクタを介して外部ＢＭＳに伝達することができる。つまり、従来の電池モジュール１０は、バスバー５１とＬＶセンシング組立体６０を介して電圧情報を伝達することによって、ＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）連結を実現することができる。ここで、ＬＶ連結は、電池セルの電圧を検知し制御するためのセンシング連結を意味する。

【0016】

まとめると、従来の電池モジュール１０は、ＨＶ連結を実現するために、積層された電池セルそれぞれの電極リード１１Ｌをバスバー５１に接合し、ＬＶ連結を実現するために、ＬＶセンシング組立体６０を電極リード１１Ｌが接合されたバスバー５１に連結することができる。また、このようなバスバー５１を装着するために、バスバーフレーム５０を形成することができる。

【0017】

ただし、電池モジュール１０にこのようなＨＶ連結とＬＶ連結を実現するためには、多くの部品が必要であり、複雑な一連の製造工程が要求されるというデメリットがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

本発明が解決しようとする課題は、従来のＨＶ連結構造とＬＶ連結構造を改善して生産性が向上した電池モジュール、これを含む電池パックおよびその製造方法を提供することである。

【0019】

しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、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可能である。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明の一実施例による電池モジュールは、電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体と、前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面および後面をそれぞれ覆う第１センシングブロックおよび第２センシングブロックと、前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の両側面をカバーする弾性部材とを含む。少なくとも２つの前記電極リードは、前記第１センシングブロックのスリットまたは前記第２センシングブロックのスリットを通過した後、曲がって互いに接合されて電極リード接合体を形成し、前記弾性部材が前記電極リード接合体をカバーする。

【0021】

前記弾性部材は、前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記両側面に沿って連続的につながる。

【0022】

前記電池セル積層体の上面および下面が露出できる。

【0023】

前記電池モジュールは、前記電池セルの電圧情報伝達のためのＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体を含むことができ、前記ＬＶセンシング組立体は、前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックの少なくとも１つに位置することができる。

【0024】

前記ＬＶセンシング組立体が前記電極リード接合体と連結される。

【0025】

前記ＬＶセンシング組立体は、ＬＶコネクタと、前記ＬＶコネクタと前記電極リード接合体とを連結する連結部材と、前記連結部材の一端に位置して前記電極リード接合体に接合される接合プレートとを含むことができる。

【0026】

前記連結部材は、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄｄ）またはフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）であってもよい。

【0027】

本発明の一実施例による電池パックは、前記電池モジュールと、前記電池モジュールを収納するパックフレームと、前記電池モジュールと前記パックフレームの底部との間に位置する熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）層とを含む。前記弾性部材は、下部が開放されて、前記電池セル積層体の下面が露出する。

【0028】

前記電池セル積層体の前記下面は、前記熱伝導性樹脂層と接触できる。

【0029】

本発明の一実施例による電池モジュールの製造方法は、電極リードを含む複数の電池セルを積層して電池セル積層体を製造する段階と、前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面および後面をそれぞれ覆うように第１センシングブロックおよび第２センシングブロックを配置する段階と、前記電極リードを前記第１センシングブロックのスリットまたは前記第２センシングブロックのスリットに通過させた後、少なくとも２つの前記電極リード同士を互いに接合させて電極リード接合体を形成する段階と、前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の両側面をカバーするように弾性部材を配置する段階とを含む。前記弾性部材が前記電極リード接合体をカバーする。

【0030】

前記弾性部材は、前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記両側面に沿って連続的につながる。

【0031】

前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックの少なくとも１つに前記電池セルの電圧情報伝達のためのＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体が位置することができる。

【0032】

前記電池モジュールの製造方法は、前記ＬＶセンシング組立体と前記電極リード接合体とを連結する段階をさらに含むことができる。

【0033】

前記ＬＶセンシング組立体は、ＬＶコネクタと、前記ＬＶコネクタと前記電極リード接合体とを連結する連結部材と、前記連結部材の一端に位置した接合プレートとを含むことができる。前記ＬＶセンシング組立体と前記電極リード接合体とを連結する段階で、前記接合プレートを前記電極リード接合体に接合させることができる。

【発明の効果】

【0034】

本発明の実施例によれば、従来のバスバーを除去する代わりに、電極リード間の接合および電極リードとＬＶセンシング組立体との間の接合を一体に形成して、ＨＶ連結とＬＶ連結が同時に行われるので、生産性の向上を期待できる。

【0035】

また、バスバーの使用が不必要なだけに、電池モジュールの重量が軽くなり、製造単価が低くなるというメリットがある。

【0036】

さらに、センシングブロック上でＨＶ連結とＬＶ連結が行われるが、このようなセンシングブロックをカバーする弾性部材を配置して、センシングブロックの保護および固定が可能になる。

【0037】

本発明の効果は以上に言及した効果に制限されず、言及されていないさらに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であろう。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】従来の電池モジュールを示す分解斜視図である。

【図2】図１の電池モジュールに含まれているバスバーフレームとエンドプレートを拡大して示す斜視図である。

【図3】図２の「Ａ」部分を拡大して示す部分図である。

【図4】本発明の一実施例による電池モジュールを示す斜視図である。

【図5】図４の電池モジュールに対する分解斜視図である。

【図6】図５の電池モジュールに含まれている電池セルを示す斜視図である。

【図7】図４の電池モジュールの前面部分を拡大して示す部分斜視図である。

【図8】図７の電池モジュールの前面部分を正面から眺めた図である。

【図9】図５の電池モジュールに含まれている電池セル積層体と冷却フィンを示す斜視図である。

【図10】図４の電池モジュールが複数集まって形成した電池パックを示す斜視図である。

【図11】図１０の切断線Ｂ－Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。

【図12】本発明の一実施例による電池モジュールの製造方法を説明するための斜視図である。

【図13】本発明の一実施例による電池モジュールの製造方法を説明するための斜視図である。

【図14】本発明の一実施例による電池モジュールの製造方法を説明するための斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、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細に説明する。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。

【0040】

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の参照符号を付す。

【0041】

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ものに限定されない。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、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

【0042】

また、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。さらに、基準となる部分の「上に」あるというのは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の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。

【0043】

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」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

【0044】

さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、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。

【0045】

図４は、本発明の一実施例による電池モジュールを示す斜視図である。図５は、図４の電池モジュールに対する分解斜視図である。図６は、図５の電池モジュールに含まれている電池セルを示す斜視図である。

【0046】

図４～図６を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール１００は、電極リード１１１、１１２を含む複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体２００と、電極リード１１１、１１２が突出した電池セル積層体２００の前面および後面をそれぞれ覆う第１センシングブロック４１０および第２センシングブロック４２０と、第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および電池セル積層体２００の両側面をカバーする弾性部材７００とを含む。ここで、前面は、電池セル積層体２００のｙ軸方向の面を意味し、後面は、電池セル積層体２００の－ｙ軸方向の面を意味し、両側面は、それぞれ電池セル積層体２００のｘ軸および－ｘ軸方向の面を意味する。また、下面は、電池セル積層体２００の－ｚ軸方向の面を意味し、上面は、電池セル積層体２００のｚ軸方向の面を意味する。ただし、これは説明の便宜のために称した面であり、対象となる事物の位置や観測者の位置などに応じて異なる。上述のように、電池セル積層体２００の前面および後面は、電池セル１１０の突出した電極リード１１１、１１２が位置した面であってもよい。

【0047】

まず、電池セル１１０は、パウチ型電池セルであることが好ましく、長方形のシート状構造に形成される。本実施例による電池セル１１０の電極リードは、突出した第１および第２電極リード１１１、１１２を含む。具体的には、本実施例による電池セル１１０は、第１および第２電極リード１１１、１１２がセル本体１１３を基準として互いに対向して一端部１１４ａと他端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。より詳しくは、第１および第２電極リード１１１、１１２は、電極組立体（図示せず）と連結され、前記電極組立体（図示せず）から電池セル１１０の外部に突出する。第１および第２電極リード１１１、１１２は、互いに異なる極性であって、一例として、その１つは正極リード１１１であってもよく、他の１つは負極リード１１２であってもよい。つまり、１つの電池セル１１０を基準として正極リード１１１と負極リード１１２が互いに対向する方向に突出できる。

【0048】

一方、電池セル１１０は、セルケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態で、セルケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃとを接着することによって製造できる。言い換えれば、本実施例による電池セル１１０は、計３箇所のシーリング部を有し、シーリング部は、熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、他の一側部は、連結部１１５からなる。セルケース１１４は、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなる。

【0049】

このような電池セル１１０は複数で構成され、複数の電池セル１１０は、相互電気的に連結できるように積層されて電池セル積層体２００を形成する。特に、図４および図５に示されているように、ｘ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０が積層される。これによって、第１電極リード１１１および第２電極リード１１２は、それぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出できる。つまり、第１電極リード１１１および第２電極リード１１２は、電池セル積層体２００の前記前面および前記後面に位置することができる。

【0050】

以下、図７および図８などを参照して、本実施例による第１センシングブロックと第２センシングブロックについて詳しく説明する。

【0051】

図７は、図４の電池モジュールの前面部分を拡大して示す部分斜視図である。図８は、図７の電池モジュールの前面部分を正面から眺めた図である。ただし、図７および図８は、説明の便宜のために、図４の弾性部材７００が省略された様子を示した。

【0052】

図５～図８を併せて参照すれば、第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は、電極リード１１１、１１２が突出した電池セル積層体２００の前面および後面をそれぞれ覆う。より具体的には、第１センシングブロック４１０は、電池セル積層体２００の前記前面と弾性部材７００との間に位置することができ、第２センシングブロック４２０は、電池セル積層体２００の前記後面と弾性部材７００との間に位置することができる。弾性部材７００については後述する。

【0053】

このような第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は、電気的絶縁を示す素材を含むことができ、一例として、プラスチック素材、高分子素材または複合素材を含むことができる。また、第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は、一種のバスケット形状を有し、電池セル積層体２００の前記前面および前記後面をそれぞれ覆うように構成される。

【0054】

以下、説明の重複を避けるために、図７と図８に示された第１センシングブロック４１０を基準として説明するが、第２センシングブロック４２０にも同一あるいは類似の構造が適用可能である。

【0055】

上述のように、電極リード１１１、１１２が電池セル積層体２００の前記前面および前記後面に位置することができる。この時、第１センシングブロック４１０にはスリット４１０Ｓが形成され、第１センシングブロック４１０が配置される時、電極リード１１１、１１２がこのようなスリット４１０Ｓを通過する。次に、少なくとも２つの電極リード１１１、１１２が曲がって互いに接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成する。第２センシングブロック４２０にも同様にスリットが形成され、電極リードがこのようなスリットを通過した後、曲がって電極リード接合体を形成することができる。

【0056】

より具体的には、隣接した電池セル１１０に対して同じ方向に突出した電極リード１１１、１１２がその電極リード１１１、１１２の突出方向と垂直な方向に曲がり、互いに接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成することができる。これによって、電極リード接合体１１０Ｌの一面は、電池セル１１０から電極リード１１１、１１２が突出する方向（ｙ軸方向）と垂直であってもよい。この時、互いに同じ極性の電極リード同士で接合されてもよく、互いに異なる極性の電極リード同士で接合されてもよい。言い換えれば、電池セル１１０間の並列連結を実現するために、互いに同じ極性の電極リード同士で接合することができ、また、電池セル１１０間の直列連結を実現するために、互いに異なる極性の電極リード同士で接合することができる。これは電池モジュールの設計に応じて異なる。

【0057】

一方、電池セル積層体２００の外側に位置した電池セル１１０の電極リード１１１、１１２は、端子バスバー５００と連結される。従来の電池モジュール１０（図１～図３参照）がバスバー５１を介して電極リードを互いに連結したのとは異なり、本実施例による電極リード１１１、１１２は互いに直接接合され、その一部が端子バスバー５００と連結されることによって、ＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成することができる。ここで、ＨＶ連結は、電力を供給するための電源の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。したがって、本実施例によるＨＶ連結構造において、バスバーおよびバスバーが装着されるバスバーフレームは除去可能である。

【0058】

一方、本実施例による電池モジュール１００は、電池セルの電圧情報伝達のためのＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体９００を含むことができる。ＬＶセンシング組立体９００は、第１センシングブロック４１０および第２センシングブロック４２０の少なくとも１つに位置することができる。具体的には、第１センシングブロック４１０のうち電池セル積層体２００に対向する面の反対面にＬＶセンシング組立体９００が位置することができる。同様に、具体的に図示しないが、第２センシングブロック４２０のうち電池セル積層体２００に対向する面の反対面にＬＶセンシング組立体９００が位置することができる。

【0059】

ＬＶセンシング組立体９００は、ＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結のためのものであり、ここで、ＬＶ連結は電池セルの電圧を検知し制御するためのセンシング連結を意味する。ＬＶセンシング組立体９００を介して電池セル１１０の電圧情報と温度情報が外部ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達される。このようなＬＶセンシング組立体９００は、電極リード接合体１１０Ｌと連結される。

【0060】

このようなＬＶセンシング組立体９００は、ＬＶコネクタ９１０と、ＬＶコネクタ９１０と電極リード接合体１１０Ｌとを連結する連結部材９２０と、連結部材９２０の一端に位置して電極リード接合体１１０Ｌに接合される接合プレート９３０とを含むことができる。

【0061】

ＬＶコネクタ９１０は、複数の電池セル１１０を制御するために、外部の制御装置と信号を送受信するように構成される。連結部材９２０は、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄｄ）またはフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）であってもよい。複数の電池セル１１０から測定された電圧および温度情報が、連結部材９２０とＬＶコネクタ９１０を介して外部のＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｍａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達される。つまり、ＬＶコネクタ９１０と連結部材９２０とを含むＬＶセンシング組立体９００は、各電池セル１１０の過電圧、過電流、過発熱などの現象を検出し、制御することができる。接合プレート９３０は、連結部材９２０の一端に位置し、電気伝導性を有する金属素材で構成される。このような接合プレート９３０を電極リード１１１、１１２に接合することによって、連結部材９２０と電極リード１１１とを電気的、物理的に連結することができる。具体的には、接合プレート９３０の一側は、連結部材９２０を貫通した後、曲がることによって連結部材９２０と結合され、接合プレート９３０の他側は、板状形態に構成されて電極リード１１１、１１２と接合、特に溶接接合可能である。

【0062】

一方、上述のように、電池セル１１０は、ｘ軸方向に沿って積層されて電池セル積層体２００を形成することができ、これによって、電極リード１１１、１１２は、それぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出できる。この時、上述のように、少なくとも２つの電極リード１１１、１１２が曲がって互いに接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成することができる。このような電極リード接合体１１０ＬにＬＶセンシング組立体９００の接合プレート９３０が直接接合されて、ＬＶセンシング組立体９００と電極リード１１１、１１２とが互いに連結される。

【0063】

電極リード接合体１１０Ｌを形成するための電極リード１１１、１１２間の接合や電極リード接合体１１０Ｌと接合プレート９３０との間の接合において、電気的連結が可能であればその接合方式に特別な制限はなく、一例として、溶接接合が行われる。また、ｙ軸方向に突出した電極リード１１１、１１２を基準として説明したが、－ｙ軸方向に突出した電極リード１１１、１１２についても同様に電極リード接合体およびＬＶセンシング組立体９００の構造が形成される。

【0064】

従来の電池モジュール１０は、ＨＶ連結のために、バスバー５１に電極リード１１Ｌを接合させ、また、これとは別個にバスバー５１にＬＶセンシング組立体６０を連結する。これに対し、本実施例による電池モジュール１００は、電極リード接合体１１０Ｌを形成する時、ＨＶ連結とＬＶ連結がそれぞれ行われずに一度に行われるので、生産性の向上を期待することができ、バスバーフレームなどの構成を除去可能で、よりコンパクトな構成の電池モジュール１００を製造できるというメリットを有する。

【0065】

これとともに、バスバーの使用が不必要で、バスバーやバスバーフレームを除去することができる。また、従来のバスバーフレーム５０とエンドプレート４０を、第１および第２センシングブロック４１０、４２０および後述する弾性部材７００に代替したものであるので、電池モジュール１００の重量が軽くなり、その製造単価が低くなるというメリットがある。

【0066】

一方、本実施例による第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は、電池モジュール１００のＨＶ連結およびＬＶ連結を案内すると同時に、所定の強度を備えて電池セル１１０を保護する役割を担うことができる。

【0067】

以下、このような弾性部材７００について詳しく説明する。

【0068】

図４および図５を再び参照すれば、本実施例による弾性部材７００は、電池セル積層体２００の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながる。より具体的には、弾性部材７００が第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および電池セル積層体２００の両側面に沿って連続的につながる。複数の電池セル１１０が繰り返し充放電される過程で、その内部の電解質が分解しガスが発生して電池セル１１０が膨らむ現象、つまり、スウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生しうる。特に、各電池セル１１０は、電池セル１１０の積層方向（ｘ軸と平行な方向）にスウェリングが起こりうる。本実施例では、弾性を有する弾性部材７００が電池セル積層体２００の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながるため、電池セル１１０のスウェリングを抑制することができ、電池セル１１０の積層方向での電池モジュール１００の変形を最小化することができる。

【0069】

一方、図４および図５に示されているように、本実施例による弾性部材７００は、電極リード１１１、１１２、つまり、電極リード接合体１１０Ｌをカバーする。構造上、電極リード接合体１１０Ｌが第１センシングブロック４１０や第２センシングブロック４２０の外側に位置するが、このような電極リード接合体１１０Ｌを弾性部材７００がカバーすることによって、外部環境から電極リード接合体１１０Ｌに対する保護が可能である。

【0070】

つまり、本実施例により、第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および弾性部材７００を含む電池モジュールは、従来のモジュールフレーム３０（図１参照）とエンドプレート４０（図１参照）が除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を形成することができる。モジュールフレーム３０やエンドプレート４０の代わりに、電池モジュール１００が第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および弾性部材７００によってその形態が維持および固定できる。モジュールフレームとエンドプレートが除去されることによって、電池セル積層体２００をモジュールフレームの内部に収納する工程やモジュールフレームとエンドプレートを組立てる工程のように精密なコントロールが要求される複雑な工程が不必要である。また、除去されたモジュールフレームとエンドプレートだけ電池モジュール１００の重量を大きく低減できるというメリットを有する。また、本実施例による電池モジュール１００は、モジュールフレームの除去により、電池パック組立工程時に再作業性が有利というメリットを有するが、従来の電池モジュール１０において、モジュールフレーム３０自体の溶接やモジュールフレーム３０とエンドプレート４０との間の溶接において不良が発生しても再作業が不可能であることと比較できる。

【0071】

また、弾性部材７００の上部と下部が開放されて電池セル積層体２００の上面および下面が外部に露出するが、モジュールフレームによって囲まれるよりも熱発散に効果的であるため、冷却性能が向上できる。ここで、上面は、電池セル積層体２００のｚ軸方向の面を意味し、下面は、電池セル積層体２００の－ｚ軸方向の面を意味する。

【0072】

一方、このような弾性部材７００は、所定の弾性力を有すればその素材に特別な制限はないが、一例として、高分子ポリマー合成素材、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）などの複合材料および金属合金の少なくとも１つを含むことができる。

【0073】

図９は、図５の電池モジュールに含まれている電池セル積層体と冷却フィンを示す斜視図である。

【0074】

図５および図９を参照すれば、本実施例による電池モジュール１００は、電池セル１１０の間に位置した冷却フィン３００をさらに含むことができる。図５および図９では、１つの冷却フィン３００のみを示したが、電池セル１１０の間それぞれに、本実施例による冷却フィン３００がすべて位置することができる。

【0075】

冷却フィン３００は、熱伝導度が高い金属素材を含むことができる。具体的な素材の制限はなく、一例として、アルミニウム（Ａｌ）を含むことができる。熱伝導度が高い冷却フィン３００を電池セル１１０の間に配置し、直接付着させて冷却面積を広げることができる。これによって冷却性能が向上する。

【0076】

上述のように、弾性部材７００の下部が開放されて電池セル積層体２００の下面が外部に露出するが、本実施例による冷却フィン３００は、電池セル積層体２００の下面から突出できる。これによって、本実施例による冷却フィン３００は、後述する熱伝導性樹脂層と直接接触できる。電池セル１１０の間に配置された冷却フィン３００を直接熱伝導性樹脂層と接触させることによって、電池モジュールの熱排出性能を極大化させることができる。

【0077】

一方、図４および図５を再び参照すれば、本実施例による電池モジュール１００は、電池セル積層体２００の前記両側面と弾性部材７００との間に位置する板状型の側面パッド６００をさらに含むことができる。モジュールフレームとエンドプレートが除去される代わりに、側面パッド６００が電池セル積層体２００の前記両側面に配置されて、電池モジュール１００の剛性を補完し、電池セル１１０と弾性部材７００との間に緩衝機能を行うことができる。このような側面パッド６００にはフォーム素材のパッドが適用可能である。

【0078】

以下、図１０および図１１を参照して、本発明の一実施例による電池パックについて詳しく説明する。

【0079】

図１０は、図４の電池モジュールが複数集まって形成した電池パックを示す斜視図である。図１１は、図１０の切断線Ｂ－Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。図１１は、図１０の電池モジュール１００、熱伝導性樹脂層１３００およびパックフレーム１１００の底部１１１０が、図１０とは異なり、互いに接触した状態であることを仮定し、その断面を示したものである。

【0080】

図１０および図１１を参照すれば、本発明の一実施例による電池パック１０００は、電池モジュール１００と、電池モジュール１００を収納するパックフレーム１１００と、電池モジュール１００とパックフレーム１１００の底部１１１０との間に位置する熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）層１３００とを含む。

【0081】

電池モジュール１００は、先に説明したように、電池セル積層体２００と、第１および第２センシングブロック４１０、４２０と、弾性部材７００とを含む。電池モジュール１００に関する説明は先に言及した内容と重複するので省略する。

【0082】

電池パック１０００は、パックフレーム１１００を覆う上部カバー１２００をさらに含むことができる。つまり、多数の電池モジュール１００がパックフレーム１１００と上部カバー１２００との間に収納される。

【0083】

熱伝導性樹脂層１３００は、底部１１１０に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を塗布して形成される。具体的には、前記熱伝導性樹脂を底部１１１０上に塗布し、その上に本実施例による電池モジュール１００を位置させた後、前記熱伝導性樹脂が硬化して熱伝導性樹脂層１３００が形成される。

【0084】

前記熱伝導性樹脂は、熱伝導性接着物質を含むことができ、具体的には、シリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材の少なくとも１つを含むことができる。前記熱伝導性樹脂は、塗布時には液状であるが、塗布後に硬化して、電池セル積層体２００を構成する複数の電池セル１１０を固定する役割を果たすことができる。また、熱伝導特性に優れ、電池モジュール１００で発生した熱を迅速に底部１１１０に伝達して電池パック１０００の過熱を防止することができる。

【0085】

図４、図１０および図１１を参照すれば、上述のように、本実施例による電池モジュール１００は、モジュールフレームとエンドプレートが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を形成することができ、弾性部材７００の下部が開放されて電池セル積層体２００の下面が露出する。電池パック１０００において、電池セル積層体２００の下面は、前記熱伝導性樹脂層１３００と接触する。このため、電池セル１１０で発生した熱が、熱伝導性樹脂層１３００を経て直にパックフレーム１１００の底部１１１０に伝達される。モジュールフレーム３０がある従来の電池モジュール１０の場合、電池セルで発生した熱が複数の層を経て電池モジュールの外部に排出されるため、熱伝達経路が複雑である。つまり、電池セルから発生した熱が効果的に伝達されにくく、各層の間に形成されうるエアギャップ（Ａｉｒ ｇａｐ）などの微細な空気層が熱伝達を妨げることがある。これとは異なり、本実施例による電池セル１１０は、図１１に示されているように、熱伝導性樹脂層１３００と直接接触するため、電池モジュール１００の下側方向への熱伝達経路が単純化され、エアギャップなどの空気層の発生の可能性を低減することができる。したがって、電池モジュール１００およびこれを含む電池パック１０００の冷却性能を高めることができる。

【0086】

また、本実施例による冷却フィン３００は、電池セル積層体２００の下面から延びて熱伝導性樹脂層１３００と接触する。電池セル積層体２００の下面が露出しているため、電池セル１１０の間に位置した冷却フィン３００が直に底部１１１０上の熱伝導性樹脂層１３００と接触できる。電池セル１１０と対面する冷却フィン３００を直接熱伝導性樹脂層１３００と接触するように構成することによって、熱排出性能を極大化させることができる。

【0087】

一方、モジュールフレームが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造において、構造的安全性のために露出する電池セル１１０を固定することが必須である。このため、本実施例による電池パック１０００は、電池モジュール１００を構成するそれぞれの電池セル１１０が熱伝導性樹脂層１３００に接触したまま固定されるので、構造的安全性を補完することができる。

【0088】

また、不必要な冷却構造を除去してコスト節減が可能である。また、電池パック１０００の高さ方向に対する部品の個数が少なくなるため、空間活用度を高められて電池モジュールの容量や出力を増大させることができる。

【0089】

以下、図１２～図１４などを参照して、本発明の一実施例による電池モジュール１００の製造方法について詳しく説明する。ただし、先に説明した内容と重複する部分については、説明の重複を避けるために省略する。

【0090】

図１２～図１４は、本発明の一実施例による電池モジュールの製造方法を説明するための斜視図である。

【0091】

図６、図９および図１２を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール１００の製造方法は、電極リード１１１、１１２を含む複数の電池セル１１０を積層して電池セル積層体２００を製造する段階と、電極リード１１１、１１２が突出した電池セル積層体２００の前面および後面をそれぞれ覆うように第１センシングブロック４１０および第２センシングブロック４２０を配置する段階とを含む。

【0092】

電池セル積層体２００の両側面には、剛性補完のために側面パッド６００を配置することができ、電池セル１１０の間には、冷却および放熱のために冷却フィン３００を配置することができる。場合によっては、電池セル１１０と側面パッド６００との間や電池セル１１０と冷却フィン３００との間に両面テープなどの接着部材を配置することができる。

【0093】

次に、図６、図８、図１２および図１３を参照すれば、本実施例による電池モジュール１００の製造方法は、電極リード１１１、１１２を第１センシングブロック４１０のスリット４１０Ｓまたは第２センシングブロック４２０のスリット４２０Ｓに通過させた後、少なくとも２つの電極リード１１１、１１２同士を互いに接合させて、電極リード接合体１１０Ｌを形成する段階を含む。

【0094】

この時、第１センシングブロック４１０および第２センシングブロック４２０の少なくとも１つにＬＶセンシング組立体９００を位置させることができる。ＬＶセンシング組立体９００は、上述のように、ＬＶコネクタ９１０と、連結部材９２０と、接合プレート９３０とを含むことができる。詳しい内容は説明の重複であるので省略する。

【0095】

本実施例による電池モジュール１００の製造方法は、ＬＶセンシング組立体９００と電極リード接合体１１０Ｌとを連結する段階をさらに含むことができる。具体的には、前記電極リード接合体１１０Ｌを形成する段階で、電極リード接合体１１０Ｌの形成と共に、ＬＶセンシング組立体９００の接合プレート９３０を電極リード接合体１１０Ｌに接合させることができる。電極リード接合体１１０Ｌを形成するための、電極リード１１１、１１２間の接合や電極リード接合体１１０Ｌと接合プレート９３０との間の接合にすべて溶接接合が適用できるが、これら２つの溶接工程を同時に行うことによって、生産性が向上できる。つまり、ＨＶ連結とＬＶ連結を同時に実現することができる。

【0096】

次に、図１４を参照すれば、本実施例による電池モジュール１００の製造方法は、第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および電池セル積層体２００の両側面をカバーするように弾性部材７００を配置する段階を含む。つまり、弾性部材７００が第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および電池セル積層体２００の両側面に沿って連続的につながる。この時、上述のように、構造上、電極リード接合体１１０Ｌが第１センシングブロック４１０や第２センシングブロック４２０の外側に位置するので、弾性部材７００は、電極リード接合体１１０Ｌ、さらにＬＶセンシング組立体９００をカバーする。電極リード接合体１１０ＬとＬＶセンシング組立体９００とを弾性部材７００がカバーすることによって、外部環境から電極リード接合体１１０ＬとＬＶセンシング組立体９００に対する保護が可能である。

【0097】

本実施例において、前、後、左、右、上、下といった方向を示す用語が使用されたが、これらの用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象となる事物の位置や観測者の位置などに応じて異なる。

【0098】

上述した本実施例による１つまたはそれ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。

【0099】

前記電池モジュールや電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用できるが、これに制限されず、二次電池を使用できる多様なデバイスに適用可能である。

【0100】

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、以下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】

【0101】

１００：電池モジュール
２００：電池セル積層体
４１０：第１センシングブロック
４２０：第２センシングブロック
７００：弾性部材

【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】

【図14】