特許 7619718 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】2025-01-14

(45)【発行日】2025-01-22

(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 50/211 20210101AFI20250115BHJP

   H01M 50/242 20210101ALI20250115BHJP

   H01M 50/588 20210101ALI20250115BHJP

   H01M 50/593 20210101ALI20250115BHJP

   H01M 50/224 20210101ALI20250115BHJP

   H01M 50/231 20210101ALI20250115BHJP

【ＦＩ】

H01M50/211

H01M50/242

H01M50/588

H01M50/593

H01M50/224

H01M50/231

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023514123

(86)(22)【出願日】2021-10-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-26

(86)【国際出願番号】 KR2021014273

(87)【国際公開番号】W WO2022097951

(87)【国際公開日】2022-05-12

【審査請求日】2023-02-28

(31)【優先権主張番号】10-2020-0145152

(32)【優先日】2020-11-03

(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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100229448

【弁理士】

【氏名又は名称】中槇 利明

(72)【発明者】

【氏名】スン・リュル・ペク

(72)【発明者】

【氏名】ジェホン・ジョン

【審査官】松嶋 秀忠

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１７５８８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－００５７２６１（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００５３３５８（ＫＲ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５２００６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１００８５７８７（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２２１９０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－２９８

Ｈ０１Ｍ 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と、
前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームと、
前記電池セル積層体の前後面に位置するバスバーフレームと、
前記バスバーフレームをカバーしかつ、前記モジュールフレームと結合されるエンドプレートとを含み、
前記エンドプレートは、補強部を覆う絶縁部を含み、前記補強部はプレートと該プレート上に形成された突出部とを有する第１補強部を含み、前記突出部は前記エンドプレートに形成された貫通溝に挿入され、該突出部の材質と前記プレートの材質とが同じであり、
前記絶縁部は、前記バスバーフレームと接する電池モジュール。

【請求項2】

前記突出部は、前記エンドプレートの外面に露出している、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記突出部は、十字形状を有する、請求項１又は２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記補強部は、互いに異なる位置に配置される前記第１補強部、第２補強部、および第３補強部を含む、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記第１補強部は、前記エンドプレートの中心部に位置し、
前記第２補強部は、前記エンドプレートの縁に位置し、
前記第３補強部は、前記エンドプレートのマウンティング部に位置する、請求項４に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記第１補強部は、前記エンドプレートの中心部と同一の大きさ、又は前記エンドプレートの中心部より小さい大きさを有し、かつ、前記エンドプレートの厚さより薄い厚さを有する前記プレートである、請求項５に記載の電池モジュール。

【請求項7】

前記第１補強部の少なくとも一部が前記エンドプレートの外面に露出している、請求項５又は６に記載の電池モジュール。

【請求項8】

前記第２補強部は、前記エンドプレートの縁において前記エンドプレートの外面から内面に向かって延びる、請求項５から７のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項9】

前記第２補強部は、前記エンドプレートの縁とそれぞれ同一の長さ、又は前記エンドプレートの縁より短い長さを有するプレートである、請求項５から８のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項10】

前記第２補強部の両側面は、前記エンドプレートの両面にそれぞれ露出している、請求項８に記載の電池モジュール。

【請求項11】

前記第２補強部の両側面のうち前記エンドプレートの内面に露出している側面は、前記モジュールフレームの側面と溶接結合される、請求項１０に記載の電池モジュール。

【請求項12】

前記第３補強部は、前記マウンティング部の内側面に挿入されている、請求項５から１１のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項13】

前記第３補強部は、前記マウンティング部の内側面に沿って延びる、請求項１２に記載の電池モジュール。

【請求項14】

前記補強部は、金属材質である、請求項４から１３のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項15】

請求項１から１４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】

関連出願との相互参照
本出願は、２０２０年１１月３日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１４５１５２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、電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関し、より具体的には、軽量化されかつ、溶接性および剛性品質を確保したエンドプレートを含む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】

モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても多くの関心を集めている。

【0004】

小型モバイル機器にはデバイス１台あたり１個または２、３、４個の電池セルが用いられるのに対し、自動車などのような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用いられる。

【0005】

中大型電池モジュールは、できるだけ小さい大きさと重量で製造されることが好ましいので、高い集積度で積層可能であり、容量に比べて重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用いられている。一方、電池モジュールは、電池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モジュールフレームを含むことができる。

【0006】

図１は、従来の電池モジュールの分解斜視図である。

【0007】

図１を参照すれば、従来の電池モジュール１０は、複数の電池セルが一方向に積層されている電池セル積層体（図示せず）を収容するモジュールフレーム１１と、電池セル積層体（図示せず）の前後面に位置するバスバーフレーム１３と、バスバーフレーム１３をカバーし、モジュールフレーム１１と結合されるエンドプレート２０とを含む。

【0008】

ここで、エンドプレート２０は、一般に金属材質からなり、外部衝撃や水分などの浸透から電池モジュール１０内の電池セルの破損および変形の発生を防止した。また、エンドプレート２０は、金属材質からなり、電池モジュール１０が電池パックフレームに固定可能な剛性を確保し、金属材質からなるモジュールフレーム１１と溶接結合された。

【0009】

ここで、金属材質のエンドプレート２０は、熱伝導性を有していて、従来の電池モジュール１０においてバスバーフレーム１３とエンドプレート２０との間に絶縁部材２５をさらに含み、エンドプレート２０が電池セル積層体（図示せず）およびこれと電気的に連結されたバスバーが装着されているバスバーフレーム１３と直接接するのを防止した。これによって、従来の電池モジュール１０は、金属材質のエンドプレート２０の重量自体とともに、絶縁部材２５が追加されることによって、全体モジュールの重量が増加してしまった。しかし、持続的な自動車軽量化の傾向に合わせて、電池モジュール１０も軽量化される必要があり、従来の電池モジュール１０に含まれているエンドプレート２０および絶縁部材２５に対する軽量化の必要性も要求されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の解決しようとする課題は、軽量化されかつ、溶接性および剛性品質を確保したエンドプレートを含む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。

【0011】

本発明が解決しようとする課題が上述した課題に制限されるわけではなく、言及されていない課題は本明細書および添付した図面から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に明確に理解されるであろう。

【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と、前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームと、前記電池セル積層体の前後面に位置するバスバーフレームと、前記バスバーフレームをカバーしかつ、前記モジュールフレームと結合されるエンドプレートとを含み、前記エンドプレートは、補強部が挿入されている絶縁部を含み、前記絶縁部は、前記バスバーフレームと接する。

【0013】

前記補強部は、互いに異なる位置に配置される第１補強部、第２補強部、および第３補強部を含むことができる。

【0014】

前記第１補強部は、前記エンドプレートの中心部に位置し、前記第２補強部は、前記エンドプレートの縁に位置し、前記第３補強部は、前記エンドプレートのマウンティング部に位置することができる。

【0015】

前記第１補強部は、前記エンドプレートの中心部と同一の大きさ、又は前記エンドプレートの中心部より小さい大きさを有し、かつ、前記エンドプレートの厚さより薄い厚さを有することができる。

【0016】

前記第１補強部の少なくとも一部が前記エンドプレートの外面に露出している。

【0017】

前記第１補強部は、前記プレート上に突出部が形成されている。

【0018】

前記突出部は、前記エンドプレートの外面に露出している。

【0019】

前記突出部は、十字形状を有することができる。

【0020】

前記第２補強部は、前記エンドプレートの縁において前記エンドプレートの外面から内面に向かって延びることができる。

【0021】

前記第２補強部は、前記エンドプレートの縁とそれぞれ同一の長さ、又は前記エンドプレートの縁より短い長さを有するプレートであってもよい。

【0022】

前記第２補強部の両側面は、前記エンドプレートの両面にそれぞれ露出している。

【0023】

前記第２補強部の両側面のうち前記エンドプレートの内面に露出している側面は、前記モジュールフレームの側面と溶接結合される。

【0024】

前記第３補強部は、前記マウンティング部の内側面に挿入されている。

【0025】

前記第３補強部は、前記マウンティング部の内側面に沿って延びることができる。

【0026】

前記補強部は、金属材質であってもよい。

【0027】

本発明の他の実施例による電池パックは、上記で説明した電池モジュールを含む。

【発明の効果】

【0028】

実施例によれば、本発明のエンドプレートは、補強部が挿入されている絶縁部を含み、軽量化されかつ、溶接性および剛性品質を確保することができる。

【0029】

本発明の効果が上述した効果に制限されるわけではなく、言及されていない効果は本明細書および添付した図面から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に明確に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】従来の電池モジュールの分解斜視図である。

【図2】本発明の一実施例による電池モジュールの分解斜視図である。

【図3】図２の電池モジュールに含まれているエンドプレートを構成する構成要素を結合した状態を示す斜視図である。

【図4】図３のエンドプレートの分解斜視図である。

【図5】図３のエンドプレートのＡ領域を拡大した図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【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。

【0035】

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。

【0036】

以下、本発明の実施例による電池モジュールについて説明する。ただし、ここで電池モジュールの前後面のうち前面を基準として説明されるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、後面の場合も、同一または類似の内容で説明される。

【0037】

図２は、本発明の一実施例による電池モジュールの分解斜視図である。

【0038】

図２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、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体（図示せず）と、前記電池セル積層体（図示せず）を収容するモジュールフレーム１１０と、前記電池セル積層体（図示せず）の前後面に位置するバスバーフレーム１３０と、バスバーフレーム１３０をカバーしかつ、モジュールフレーム１１０と結合されるエンドプレート２００とを含む。ここで、バスバーフレーム１３０には、前記電池セル積層体（図示せず）と電気的に連結されているバスバーが位置することができる。

【0039】

モジュールフレーム１１０は、上部面、前面および後面が開放され、底部および側部を含むＵ字状フレームと、前記電池セル積層体（図示せず）の上部を覆う上部プレートとを含むことができる。ただし、モジュールフレーム１１０はこれに限定されたものではなく、Ｌ字状フレーム、または前後面を除いて前記電池セル積層体（図示せず）を囲むモノフレームのような他の形状のフレームに代替されてもよい。

【0040】

モジュールフレーム１１０に収容されている前記電池セル積層体（図示せず）は、複数の電池セルが積層されており、前記電池セルは、パウチ型電池セルであることが好ましい。前記電池セルは、電極組立体を樹脂層と金属層とを含むラミネートシートのパウチケースに収納した後、前記パウチケースのシーリング部を熱融着して製造される。このような前記電池セルは、複数から構成され、前記複数の電池セルは、相互電気的に連結できるように積層された電池セル積層体（図示せず）を形成する。

【0041】

以下、エンドプレート２００について具体的に説明する。

【0042】

図３は、図２の電池モジュールに含まれているエンドプレートを構成する構成要素を結合した状態を示す斜視図である。

【0043】

図２および図３を参照すれば、エンドプレート２００は、補強部２３０、２５０、２７０が挿入されている絶縁部２１０を含むことができる。より具体的には、エンドプレート２００の絶縁部２１０がバスバーフレーム１３０と接することができる。言い換えれば、補強部２３０、２５０、２７０は、バスバーフレーム１３０と接するエンドプレート２００の内面に露出していない。

【0044】

これによって、エンドプレート２００は、補強部２３０、２５０、２７０が電池セル積層体（図示せず）およびこれと電気的に連結されたバスバーが装着されているバスバーフレーム１３０と直接接するのを防止することができる。

【0045】

一例として、エンドプレート２００の絶縁部２１０は、補強部２３０、２５０、２７０がインサート射出されて形成される。より具体的には、エンドプレート２００は、補強部２３０、２５０、２７０を射出金型に挿入した後、射出金型内に溶融樹脂を注入して、補強部２３０、２５０、２７０を溶融樹脂で覆い、一定時間が経過した後、冷却および固化させて製造される。ここで、溶融樹脂は、絶縁部２１０をなす物質であってもよい。これによって、エンドプレート２００は、補強部２３０、２５０、２７０と絶縁部２１０とが一体化されて、射出金型から取り出される。ただし、これに限定されるものではなく、補強部２３０、２５０、２７０が絶縁部２１０に挿入できる方法であれば使用可能である。

【0046】

より具体的には、絶縁部２１０は、絶縁材質からなる。一例として、前記絶縁材質は、プラスチック物質を含むことができる。より具体的には、プラスチック物質は、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＣ＋ＡＢＳ（ポリカーボネートおよびアクリロニトリル－ブタジエン－スチレンの混合）などであってもよい。ただし、前記絶縁材質がこれに限定されるものではなく、絶縁性能を有する物質であれば使用可能である。

【0047】

これによって、エンドプレート２００は、絶縁部２１０を含み、従来に比べて軽量化可能であり、製造費用が節減され、製造工程も簡易になる。

【0048】

また、補強部２３０、２５０、２７０は、金属材質であってもよい。一例として、前記金属材質は、アルミニウム、スチールのような物質を含むことができる。ただし、前記金属材質がこれに限定されるものではなく、成形が容易で重量が軽い物質であれば使用可能である。

【0049】

これによって、エンドプレート２００は、補強部２３０、２５０、２７０が挿入されて、電池モジュール１００に要求される剛性を十分に確保することができ、従来に比べて金属材質の含有量が減少することによって、製造費用が節減され、製造工程も簡易になる。

【0050】

以下、補強部２３０、２５０、２７０について具体的に説明する。

【0051】

図４は、図３のエンドプレートの分解斜視図である。図５は、図３のエンドプレートのＡ領域を拡大した図である。

【0052】

図３および図４を参照すれば、補強部２３０、２５０、２７０は、互いに異なる位置に配置される第１補強部２３０、第２補強部２５０、および第３補強部２７０を含むことができる。

【0053】

ここで、第１補強部２３０、第２補強部２５０、および第３補強部２７０は、エンドプレート２００上に配置されている位置によって適切な金属材質からなる。一例として、第１補強部２３０、第２補強部２５０、および第３補強部２７０は、すべて同一であるか、互いに異なる金属材質からなってもよい。

【0054】

第１補強部２３０は、エンドプレート２００の中心部に位置することができる。言い換えれば、第１補強部２３０は、エンドプレート２００の中心部に沿って延びている。一例として、第１補強部２３０は、エンドプレート２００の中心部と同一の大きさを有するプレートであってもよい。また、第１補強部２３０は、エンドプレート２００の厚さより薄い厚さを有するプレートであってもよい。これによって、第１補強部２３０は、エンドプレート２００の中心部の剛性を補強することができる。

【0055】

また、第１補強部２３０の少なくとも一部は、エンドプレート２００の外面に露出している。これによって、第１補強部２３０は、エンドプレート２００の中心部に占める面積を最大化することができ、エンドプレート２００の中心部の剛性をより大きく補強することができる。これとともに、第１補強部２３０におけるエンドプレート２００の外面に露出している一部を介して、電池モジュール１００に加えられる外部衝撃および水分などの浸透も効果的に防止可能である。

【0056】

また、第１補強部２３０は、プレート２３１上に突出部２３５が形成されている。ここで、突出部２３５がエンドプレート２００の外面に露出している。さらに、突出部２３５は、所定の形状を有することができ、一例として、突出部２３５は、十字形状を有することができる。ただし、これに限定されるものではなく、エンドプレート２００上に形成できる形状であれば、制限なく適用可能である。

【0057】

これによって、第１補強部２３０は、エンドプレート２００の外面に突出している突出部２３５の面積に対応する分だけ、エンドプレート２００の中心部の剛性をより追加的に補強することができる。これとともに、第１補強部２３０の突出部２３５を介して、電池モジュール１００に加えられる外部衝撃および水分などの浸透も効果的に防止可能である。

【0058】

第２補強部２５０は、エンドプレート２００の縁に位置することができる。より具体的には、第２補強部２５０は、エンドプレート２００の縁においてエンドプレート２００の外面から内面に向かって延びることができる。一例として、第２補強部２５０は、前記エンドプレートの縁とそれぞれ同一の長さ、又は前記エンドプレートの縁より短い長さのプレートであってもよい。これによって、第２補強部２５０は、エンドプレート２００の縁の剛性を補強することができる。

【0059】

また、第２補強部２５０の両側面は、前記エンドプレートの両面にそれぞれ露出している。ここで、第２補強部２５０の両側面のうち前記エンドプレートの内面に露出している側面は、前記モジュールフレームの側面と溶接結合される。ここで、第２補強部２５０は、金属材質からなり、溶接結合可能な金属材質からなってもよい。

【0060】

これによって、第２補強部２５０は、エンドプレート２００の縁に占める面積を最大化することができ、エンドプレート２００の縁の剛性をより大きく補強することができる。これとともに、第２補強部２５０におけるエンドプレート２００の内面に露出している側面を介して、モジュールフレーム１１０との溶接性を十分に確保することができる。また、第２補強部２５０におけるエンドプレート２００の外面に露出している側面を介して、電池モジュール１００に加えられる外部衝撃および水分などの浸透も効果的に防止可能である。

【0061】

第３補強部２７０は、エンドプレート２００のマウンティング部Ａに位置することができる。より具体的には、エンドプレートに位置したマウンティング部Ａは、ねじなどのような固定部材（図示せず）が結合可能な内側面を含むことができる。一例として、マウンティング部Ａの内側面は、前記固定部材が結合可能なねじ山などが形成されていてもよい。ここで、第３補強部２７０は、マウンティング部Ａの内側面に挿入されている。一例として、第３補強部２７０は、マウンティング部Ａの内側面に沿って延びることができる。

【0062】

これによって、第３補強部２７０は、エンドプレート２００のマウンティング部Ａの剛性を補強することができる。これとともに、第３補強部２７０は、電池モジュール１００が電池パックフレームに固定可能な剛性を確保することができる。

【0063】

本発明の他の実施例による電池パックは、上記で説明した電池モジュールを含む。一方、本実施例による電池モジュールは、１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。

【0064】

上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可能である。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可能であるが、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。

【0065】

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】

【0066】

１００：電池モジュール
１１０：モジュールフレーム
１３０：バスバーフレーム
２００：エンドプレート
２１０：絶縁部
２３０：第１補強部
２５０：第２補強部
２７０：第３補強部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】