特許 7566281 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】2024-10-04

(45)【発行日】2024-10-15

(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 50/293 20210101AFI20241007BHJP

   H01M 50/227 20210101ALI20241007BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20241007BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20241007BHJP

【ＦＩ】

H01M50/293

H01M50/227

H01M50/262 P

H01M50/204 401H

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021569545

(86)(22)【出願日】2021-03-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-01

(86)【国際出願番号】 KR2021002932

(87)【国際公開番号】W WO2021221300

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2021-11-22

(31)【優先権主張番号】10-2020-0052265

(32)【優先日】2020-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

【前置審査】

(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】チャンフン・イ

(72)【発明者】

【氏名】ジュンヨブ・ソン

(72)【発明者】

【氏名】ジョンファ・チェ

(72)【発明者】

【氏名】ミン・ソプ・キム

【審査官】森 透

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０４５７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２８１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０２９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１１４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７３９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００２０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６３８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－０００８６２４（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５０１４０（ＪＰ，Ａ）

(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】

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下部フレーム；および
前記下部フレームの上側を覆う上部プレートを含み、
前記電池セル積層体の前記複数の電池セルの間には少なくとも一つの隔壁が形成され、
前記隔壁は、前記上部プレートの下面部とまたは前記下部フレームの底面と一体に形成され、
前記隔壁の少なくとも一面から前記上部プレートの下面に亘って絶縁部材が付着しており、前記絶縁部材が前記電池セル積層体の上側を覆う、電池モジュール。

【請求項2】

前記隔壁は、前記複数の電池セルの間および前記電池セル積層体の両側面に形成される、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記絶縁部材は、絶縁フィルムで形成される、請求項１又は２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記隔壁は複数個が形成され、前記複数の隔壁は一定の間隔で配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記電池セル積層体と前記下部フレームの底部との間に形成された熱伝導性樹脂層をさらに含み、
前記熱伝導性樹脂層は、前記隔壁の間に形成される、請求項４に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記電池セル積層体の前後面を覆うエンドプレートをさらに含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項7】

請求項１～６のいず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（ら）との相互引用］
本出願は、２０２０年４月２９日付韓国特許出願第１０－２０２０－００５２２６５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、電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関し、より具体的に組立性が改善さ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。

【背景技術】

【0003】

現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常的になることに伴い、このようなモバイル機器と関連した分野の技術に対する開発が活発になってきている。また、充放電が可能な二次電池は、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案として、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利用されているところ、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長所のため、脚光を浴びている。

【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間に置いて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】

一般的にリチウム二次電池は、外装材の形状により、電極組立体が金属カンに内装されているカン型二次電池と、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装されているパウチ型二次電池とに分類され得る。

【0007】

小型機器に利用さ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利用さ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）が利用される。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、一つ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。

【0008】

図１は従来の電池モジュールの断面図である。

【0009】

図１を参照すると、従来の電池モジュールは、複数の電池セル１０が積層されて電池セル積層体を形成し、電池セル積層体は、下部フレーム２１、および下部フレーム２１の開放された上部を覆う上部プレート２２内に収容される。この時、上部プレート２２の下面部には絶縁のための絶縁フィルム３０が付着しており、電池セル積層体の複数の電池セル１０の間には圧縮パッド４０が付着している。

【0010】

ただし、積層されている電池セル１０の個数が増える場合、電池セルの精密な組立が難しくなることがあり、電池セルの組立が完了した後にも電池セルの個数が増えることによって電池モジュールの長さが長くなり、電池モジュールの垂れ現象が発生する虞がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、垂れが防止され、組立性が改善された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にある。

【0012】

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前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され得る。

【課題を解決するための手段】

【0013】

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を収容する下部フレーム；および前記下部フレームの上側を覆う上部プレートを含み、前記電池セル積層体の前記複数の電池セルの間には少なくとも一つの隔壁が形成され、前記隔壁の少なくとも一面には絶縁部材が付着している。

【0014】

前記隔壁は、前記上部プレートの下面部と一体に形成され得る。

【0015】

前記隔壁は、前記複数の電池セルの間および前記電池セル積層体の両側面に形成され得る。

【0016】

前記隔壁は、前記下部フレームの底面と一体に形成され得る。

【0017】

前記絶縁部材は、前記上部プレートの下面部に付着され得る。

【0018】

前記絶縁部材は、絶縁フィルムで形成され得る。

【0019】

前記隔壁は複数個が形成され、前記複数の隔壁は一定の間隔で配置され得る。

【0020】

前記電池セル積層体と前記下部フレームの底部との間に形成された熱伝導性樹脂層をさらに含み、前記熱伝導性樹脂層は、前記隔壁の間に形成され得る。

【0021】

前記電池セル積層体の前後面を覆うエンドプレートをさらに含むことができる。

【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】

実施形態によると、隔壁構造を通じて電池モジュールの垂れが防止され、組立性が改善され得る。

【0024】

本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた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得るだろう。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】従来の電池モジュールの断面図である。

【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】本発明の一実施形態による図２の電池モジュールの分解斜視図である。

【図4】図２の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面の主要構成を示す模式図である。

【図5】本発明の変形例による図３の電池モジュールの分解斜視図である。

【図6】本発明の変形例による図３の電池モジュールの分解斜視図である。

【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多様な実施形態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。

【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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【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は本発明の一実施形態による図２の電池モジュールの分解斜視図である。図４は図２の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面の主要構成を示す模式図である。

【0033】

図２乃至図４を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００を含む。モジュールフレーム２００の底部２１０ａの下にはヒートシンクが位置することができる。

【0034】

まず、電池セル１１０は、パウチ型電池セルであり得る。このようなパウチ型電池セルは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチケースに電極組立体を収納した後、前記パウチケースのシーリング部を熱融着して形成され得る。この時、電池セル１１０は、長方形のシート型構造で形成され得る。

【0035】

このような電池セル１１０は、複数個が構成され得、複数の電池セル１１０は、互いに電気的に連結され得るように積層されて電池セル積層体１２０を形成する。特に、図３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が積層され得る。

【0036】

電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００は、上部プレート２２０および下部フレーム２１０を含む。下部フレーム２１０は、底部２１０ａ、および底部２１０ａの両端部で上向きに延長された２個の側面部２１０ｂを含むことができる。底部２１０ａは電池セル積層体１２０の下面を覆うことができ、側面部２１０ｂは電池セル積層体１２０の両側面を覆うことができる。

【0037】

上部プレート２２０は、下部フレーム２１０により囲まれる前記下面および前記両側面を除いた残りの上面（ｚ軸方向）を囲む一つの板状型構造で形成され得る。上部プレート２２０と下部フレーム２１０は、互いに対応する縁部位が接触された状態で、溶接などにより結合することによって、電池セル積層体１２０を上下左右に覆う構造を形成することができる。上部プレート２２０と下部フレーム２１０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２２０と下部フレーム２１０は所定の強度を有する金属材質を含むことができる。

【0038】

一方、具体的に図示されていないが、変形例によるモジュールフレーム２００は、上面、下面および両側面が一体となった金属板材形態のモノフレームであり得る。つまり、下部フレーム２１０と上部プレート２２０が互いに結合する構造でなく、押圧成形で製造されて上面、下面および両側面が一体となった構造であり得る。

【0039】

エンドプレート３００は、モジュールフレーム２００の開放された互いに対応する両側（ｙ軸方向）に位置して電池セル積層体１２０を覆うように形成され得る。このようなエンドプレート３００は、外部の衝撃から電池セル積層体１２０およびその他電装品を物理的に保護することができる。

【0040】

一方、具体的に図示されていないが、電池セル積層体１２０とエンドプレート３００との間にはバスバーが装着されるバスバーフレーム、および電気的絶縁のための絶縁カバーなどが位置することができる。

【0041】

本実施形態によると、電池セル積層体１２０の複数の電池セルの間には少なくとも一つの隔壁４００が形成され、隔壁４００の少なくとも一面には絶縁部材５００が付着される。

【0042】

従来は図１に示されているように電池セルの間に圧縮パッド４０が形成されて電池セル積層体の膨れ（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）を吸収しており、従来の電池モジュールは、一つの電池モジュールに電池セルが１２個乃至２４個が含まれて電池モジュールの幅が狭いが、本実施形態による電池モジュール１００一つには約３２個乃至４８個の電池セルが含まれている大面積モジュールであって、電池モジュールの幅が相対的に広く形成される。本実施形態による電池モジュール１００のように積層される電池セルの個数が多い場合、電池セルの精巧な積層が難しくなることがあり、電池モジュールの幅が広くなる場合、電池モジュールの垂れ現象が発生することがある。

【0043】

そこで、本実施形態によると、図４に示されているように、積層される電池セル１１０の間に少なくとも一つの隔壁４００を形成して、隔壁４００を通じて電池セル１１０の膨れ現象を防止すると同時に、隔壁４００で区分された電池セルの積層個数による組立性を改善し、隔壁４００の剛性を通じて電池モジュール１００の部分的な垂れ現象を防止することができる。また隔壁４００の少なくとも一面には絶縁部材５００を付着して、電池モジュール１００の絶縁性能を確保することができる。

【0044】

図４を参照すると、絶縁部材５００は、上部プレート２２０の下面部に付着され得る。これによって電池セル積層体と上部プレート２２０との間の絶縁機能を確保することができる。本実施形態によると、絶縁部材５００は、絶縁フィルムで形成され得るが、これに限定されず、多様な絶縁部材を利用して電池モジュールの絶縁性能を確保することができる。

【0045】

本実施形態によると、隔壁４００は複数個が形成され、複数個の隔壁４００は一定の間隔で配置され得る。各隔壁４００と隔壁４００との間には一定個数の積層された電池セル１１０が挿入され得る。

【0046】

図３および図４を参照すると、電池セル積層体１２０と下部フレーム２１０の底部２１０ａとの間には熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を含む熱伝導性樹脂層６００が形成され得る。熱伝導性樹脂層６００は、熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を底部２１０ａに塗布し、塗布された熱伝導性樹脂が硬化して形成され得る。

【0047】

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、具体的にシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材のうちの少なくとも一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１２０を構成する一つ以上の電池セル１１０を固定する役割を果たすことができる。また、熱伝導特性に優れて電池セル１１０で発生した熱を迅速に電池モジュールの下側に伝達することができる。

【0048】

図４に示されているように、熱伝導性樹脂層６００は、隔壁４００の間に形成され得る。熱伝導性樹脂層６００は、熱伝導性樹脂を隔壁４００の間に露出される底部２１０ａに塗布して形成され得る。

【0049】

以下、図５および図６を参照して、本発明の変形例による電池モジュールについて説明する。本発明の変形例による電池モジュールで、後述する変形例に関する説明以外の内容は前述したとおりである。

【0050】

図５は本発明の変形例による図３の電池モジュールの分解斜視図である。図６は本発明の変形例による図３の電池モジュールの分解斜視図である。

【0051】

図５を参照すると、本変形例による電池モジュールは、隔壁４００が上部プレート２２０の下面部と一体に形成され得る。この時、隔壁４００は、複数の電池セル１１０の間および電池セル積層体１２０の両側面に形成され得る。絶縁フィルム５００は、隔壁４００の両側面および上部プレート２２０の下面部に形成され得る。隔壁４００が上部プレート２２０と一体に形成されることによって組立工程が単純化され、組立性が向上することができる。

【0052】

図６を参照すると、本変形例による電池モジュールは、隔壁４００が下部フレーム２１０の底面２１０ａと一体に形成され得る。この時、絶縁フィルム５００は、隔壁４００の両側面に形成され得る。隔壁４００が下部フレーム２１０と一体に形成されることによって組立工程が単純化され、組立性が向上することができる。

【0053】

本発明の実施形態による電池パックは、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り得る。

【0054】

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れ得る。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。

【0055】

以上で本発明の好ましい実施形態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ず、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】

【0056】

２１０：下部フレーム
２１０ａ：下部フレーム底部
２１０ｂ：下部フレームの側面部
２２０：上部プレート
４００：隔壁
５００：絶縁部材
６００：熱伝導性樹脂層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】