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特表2022-553999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
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-27
(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 50/50 20210101AFI20221220BHJP
H01M 50/548 20210101ALI20221220BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20221220BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20221220BHJP
【ＦＩ】
H01M50/50 201A
H01M50/548 301
H01M50/249
H01M50/211
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022524681
(86)(22)【出願日】2021-07-19
(85)【翻訳文提出日】2022-04-26
(86)【国際出願番号】 KR2021009286
(87)【国際公開番号】W WO2022019596
(87)【国際公開日】2022-01-27
(31)【優先権主張番号】10-2020-0090580
(32)【優先日】2020-07-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ジュン－ヒ・パク
【テーマコード（参考）】
5H040
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H040AA03
5H040AS07
5H040AT04
5H040AY06
5H040DD02
5H040DD22
5H040DD24
5H040JJ02
5H040JJ03
5H043AA19
5H043CA08
5H043FA02
5H043FA22
5H043HA02F
5H043HA06F
5H043HA09F
5H043JA02F
(57)【要約】
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールは、一対の電極リードを備えるバッテリーセルを複数個含むセル積層体と、互いに隣接するバッテリーセルそれぞれの電極リードが引き出される一対の引出スリットを備える締結バーフレームと、互いに隣接する一対の引出スリットをそれぞれ通過した一対の電極リードが通過する挿入スリットを備え、締結バーフレーム上に締結される締結バーと、を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の電極リードを備えるバッテリーセルを複数個含むセル積層体と、互いに隣接するバッテリーセルそれぞれの電極リードが引き出される一対の引出スリットを備える締結バーフレームと、
互いに隣接する前記一対の引出スリットをそれぞれ通過した一対の電極リードが通過する挿入スリットを備え、前記締結バーフレーム上に締結される締結バーと、
を含むバッテリーモジュール。
【請求項2】
前記締結バーは、前記挿入スリットを通過した一対の電極リードを巻き取った状態で前記締結バーフレーム上に締結される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項3】
前記一対の電極リードを含むリード集合体は、前記締結バーによる巻取によって前記締結バーフレーム上に密着する、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項4】
前記締結バーフレームは、幅方向の両側に形成される一対の第１固定部を備え、前記締結バーは、長手方向の両端部に形成されて前記第１固定部にそれぞれ結合される第２固定部を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項5】
前記一対の第１固定部は、前記引出スリットの延長方向の両側にそれぞれ位置する、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
【請求項6】
前記一対の第２固定部は、前記挿入スリットの延長方向の両側にそれぞれ位置する、請求項４又は５に記載のバッテリーモジュール。
【請求項7】
前記第１固定部は、第１締結孔を備え、前記第２固定部は、前記第１締結孔に対応する位置に対応する形状で形成される第２締結孔を備える、請求項４から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項8】
前記締結バーは、前記第１締結孔及び前記第２締結孔をともに貫通する固定部材によって前記締結バーフレーム上に固定される、請求項７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項9】
前記固定部材は、ボルトである、請求項８に記載のバッテリーモジュール。
【請求項10】
前記第１固定部は、第１締結孔を備え、前記第２固定部は、前記第１締結孔に対応する位置に対応する形状で形成されるスナップフィット突起を備える、請求項４から６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】
請求項１から１０のうち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12】
請求項１から１０のうち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、バスバーと電極リードとの間の溶接及び／または電極リード同士の溶接がなくても、電極リード同士の間を安定的且つ容易に電気的に接続することができる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する。
【0002】
本出願は、２０２０年７月２１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００９０５８０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】
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を電気的に接続するため、通常、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、互いに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を通過し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、互いに隣接したバッテリーセル同士が電気的に接続される。
【0004】
バスバーフレーム２上には複数のバスバー３が備えられ、それぞれのバスバー３毎に一対の電極リード１が結合され得る。勿論、電気的接続形態に応じて、三つ以上の電極リード１が一つのバスバー３に結合されてもよい。
【0005】
このように伝導性材質のバスバー３を用いてバッテリーセル同士を電気的に接続する従来のバッテリーモジュールの構造によれば、バスバーフレーム２にはバスバー３を固定可能な構造が形成される必要がある。また、このような従来のバッテリーモジュールの構造によれば、バスバー３に電極リード１を溶接する追加的な工程が求められる。
【0006】
したがって、高価な金属材質のバスバー３を省略し、電極リード１同士を直接的に接続することでコストを節減する必要がある。また、電極リード１同士の直接的な接続においても、溶接を適用しなくても安定的な電気的接続を具現可能にすることで、溶接のための設備を省くことによる設備投資の節減を図る必要性がある。
【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電気的な接続において、金属材質のバスバーを省略し、電極リード同士を直接的に接続してコストを節減することを目的とする。
【0008】
また、本発明は、電極リード同士の直接的な接続において、溶接を適用しなくても安定的な電気的接続を具現可能なバッテリーモジュールの構造を適用することで、溶接のための設備を省くことによる設備投資の節減を実現することを他の目的とする。
【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】
上記の課題を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、一対の電極リードを備えるバッテリーセルを複数個含むセル積層体と、互いに隣接するバッテリーセルそれぞれの電極リードが引き出される一対の引出スリットを備える締結バーフレームと、互いに隣接する一対の引出スリットをそれぞれ通過した一対の電極リードが通過する挿入スリットを備え、締結バーフレーム上に締結される締結バーと、を含む。
【0011】
締結バーは、挿入スリットを通過した一対の電極リードを巻き取った状態で締結バーフレーム上に締結され得る。
【0012】
一対の電極リードを含むリード集合体は、締結バーによる巻取によって締結バーフレーム上に密着し得る。
【0013】
締結バーフレームは、幅方向の両側に形成される一対の第１固定部を備え、締結バーは、長手方向の両端部に形成されて第１固定部にそれぞれ結合される第２固定部を備え得る。
【0014】
一対の第１固定部は、引出スリットの延長方向の両側にそれぞれ位置し得る。
【0015】
一対の第２固定部は、挿入スリットの延長方向の両側にそれぞれ位置し得る。
【0016】
第１固定部は、第１締結孔を備え、第２固定部は、第１締結孔に対応する位置に対応する形状で形成される第２締結孔を備え得る。
【0017】
締結バーは、第１締結孔及び第２締結孔をともに貫通する固定部材によって締結バーフレーム上に固定され得る。
【0018】
固定部材は、ボルトであり得る。
【0019】
第１固定部は、第１締結孔を備え、第２固定部は、第１締結孔に対応する位置に対応する形状で形成されるスナップフィット突起を備え得る。
【0020】
上記の課題を達成するため、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。
【0021】
上記の課題を達成するため、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】
【0022】
本発明の一態様によれば、バッテリーセル同士の電気的接続において、金属材質のバスバーを省略して電極リード同士を直接的に接続でき、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。
【0023】
また、本発明の一態様によれば、電極リード同士の直接的な接続において、溶接を適用しなくても安定的な電気的接続を具現可能なバッテリーモジュールの構造を適用することで、溶接のための設備を省くことによる設備投資の節減を実現することができる。
【0024】
さらに、本発明の一態様によれば、電極リードの電気的接続に溶接が用いられないため、一部のバッテリーセルで問題が発生した場合、締結バーを締結バーフレームから分離してバッテリーセルを簡単に交替することができる。
【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り、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4】本発明のセル積層体を示した図である。
【図5】本発明の締結バーフレームを示した図である。
【図6】本発明のセル積層体と締結バーフレームとが結合された状態を示した図である。
【図7】本発明の一実施形態による締結バーを示した図である。
【図8】本発明の締結バーがリード挿入スリットを通過した一対の電極リードを巻き取る前の状態を示した図である。
【図9】本発明の締結バーがリード挿入スリットを通過した一対の電極リードを巻き取った後の状態を示した図である。
【図10】締結バーと締結バーフレームとの結合構造を示した図であって、本発明の他の実施形態による締結構造を示した図である。
【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、本明細書及び請求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面に示された構成は、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】
【0029】
セル積層体１０は、一対の電極リード１１ａを備えるバッテリーセル１１を複数個含む。バッテリーセル１１は、例えばパウチ型バッテリーセルであり得、この場合、相異なる極性を有する一対の電極リード１１ａは互いに反対方向に引き出される。セル積層体１０を構成する複数のバッテリーセル１１は、第１バッテリーセル１１に備えられる第１電極リード１１ａと、第１バッテリーセル１１と隣接する第２バッテリーセル１１に備えられて第１バッテリーセル１１の第１電極リード１１ａと同じ方向に引き出された第２電極リード１１ａとが、相異なる極性を有するように積層される。
【0030】
このようなセル積層体１０の積層配列は、複数のバッテリーセル１１同士を直列で接続するためである。すなわち、相異なる極性を有する第１電極リード１１ａと第２電極リード１１ａとが電気的に接続されることで、互いに隣接したバッテリーセル１１同士が直列で接続される。
【0031】
締結バーフレーム２０は、略長方形のプレート状であり、セル積層体１０の長手方向（Ｙ軸に平行な方向）の一側及び他側にそれぞれ配置される。締結バーフレーム２０は、非伝導性材質からなることが望ましい。セル積層体１０を構成する複数のバッテリーセル１１を直列で接続するため、締結バーフレーム２０は一対で備えられる。
【0032】
締結バーフレーム２０は、少なくとも一つのリード連結領域Ｓを備える。リード連結領域Ｓが複数個備えられる場合は、複数のリード連結領域Ｓは締結バーフレーム２０の長手方向（Ｘ軸に平行な方向）に沿って相互に離隔して位置する。
【0033】
それぞれのリード連結領域Ｓは、一対の引出スリット２１及び一対の第１固定部２２を含む。一対の引出スリット２１は、締結バーフレーム２０の幅方向（Ｚ軸に平行な方向）に沿って延設され、締結バーフレーム２０の長手方向（Ｘ軸に平行な方向）に沿って相互に離隔する。
【0034】
電極リード１１ａは、引出スリット２１を通過する。一対の引出スリット２１のうちの一方を通って第１バッテリーセル１１の第１電極リード１１ａが引き出され、他方の引出スリット２１を通って第２バッテリーセル１１の第２電極リード１１ａが引き出される。第１電極リード１１ａと第２電極リード１１ａとは相異なる極性を有し、後述する締結バー３０によって互いに密着することで、互いに隣接する第１バッテリーセル１１と第２バッテリーセル１１とを直列で接続する。
【0035】
一対の第１固定部２２は、締結バーフレーム２０の幅方向（Ｚ軸に平行な方向）の両側に形成され、例えば締結バーフレーム２０の表面から突出した形態を有し得る。一対の第１固定部２２は、引出スリット２１の延長方向の両側にそれぞれ位置する。第１固定部２２は、第１締結孔２２ａを備え得る。
【0036】
締結バー３０は、長手方向（Ｚ軸に平行な方向）に沿って延びた挿入スリット３１、及び挿入スリット３１の延長方向の両側にそれぞれ位置する一対の第２固定部３２を含む。締結バー３０は、挿入スリット３１を通過した一対の電極リード１１ａを巻き取った状態で締結バーフレーム２０上に締結される。
【0037】
具体的には、締結バー３０は、互いに隣接する一対の引出スリット２１をそれぞれ通過した一対の電極リード１１ａが挿入スリット３１をともに通過した状態で、長手方向（Ｚ軸に平行な方向）に平行な中心軸を基準にして、図８に示された矢印方向またはその逆方向に回転することで、一対の電極リード１１ａを巻き取る。このような巻取は、一対の電極リード１１ａを含むリード集合体が締結バーフレーム２０上に密着するまで行われる。締結バー３０は、このようにリード集合体を締結バーフレーム２０上に押し付けた状態で締結バーフレーム２０上に締結されることで、一対の電極リード１１ａが互いに密着して安定的な電気的接続状態を維持できるようにする。すなわち、締結バー３０は、巻取方式によって一対の電極リード１１ａ同士を密着させることで、溶接しなくても、一対の電極リード１１ａ相互間の安定的な電気的接続を可能にする。
【0038】
一対の第２固定部３２は、締結バー３０の長手方向（Ｚ軸に平行な方向）の両端部にそれぞれ形成され、それぞれの第２固定部３２は第１固定部２２に結合される。第２固定部３２は、例えば第１締結孔２２ａに対応する位置に対応する形状で形成される第２締結孔３２ａを備え得る。この場合、締結バー３０は、第１締結孔２２ａ及び第２締結孔３２ａをともに貫通する固定部材Ｂによって締結バーフレーム２０上に固定され得る。固定部材Ｂは、ボルトであり得る。
【0039】
上述したように、締結バー３０は、リード集合体を構成する一対の電極リード１１ａ同士を密着させるための巻取を行うための道具であって、電極リード１１ａ同士を電気的に接続する電気的媒介体として機能するものではない。したがって、締結バー３０は、非伝導性材質からなってもよい。
【0040】
一方、本発明の締結バーフレーム２０と締結バー３０との締結方式としては、上述したような締結孔２２ａ、３２ａに固定部材Ｂを挿入する方式と異なる方式が適用されてもよい。
【0041】
図１０を参照すると、締結バーフレーム２０の第１固定部２２には、上述した実施形態と同様に、第１締結孔２２ａが形成され、締結バー３０の第２固定部３２には上述した実施形態と異なって、スナップフィット突起３２ｂが形成され得る。
【0042】
スナップフィット突起３２ｂは、第１締結孔２２ａに対応する位置に対応する大きさで形成される。スナップフィット突起３２ｂは、第１締結孔２２ａ内に押し込まれることで自然に固定されるように、延長方向端部の断面積が他の部分の断面積よりも大きく形成される。このような形状によって、スナップフィット突起３２ｂは、嵌合方式によって第１締結孔２２ａ内に押し込まれた後、広い断面積を有する端部の形状によって締結バーフレーム２０に固定される。
【0043】
上述した本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールによれば、複数のバッテリーセル１１同士の電気的接続を溶接なしに実現でき、伝導性材質のバスバーのような部品を省略することができる。すなわち、本発明の一実施形態によれば、締結バー３０を用いて一対の電極リード１１ａを巻き取り、巻取をタイトに維持した状態で締結バー３０を締結バーフレーム２０上に固定する工程だけで、簡単にバッテリーセル１１同士の電気的接続を実現することができる。
【0044】
一方、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックは、上述した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、本発明のさらに他の一実施形態による自動車は、上述した本発明によるバッテリーモジュールまたはバッテリーパックを少なくとも一つ含む。
【0045】
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】
【0046】
１０ セル積層体
１１ バッテリーセル、第１バッテリーセル、第２バッテリーセル
１１ａ 電極リード、第１電極リード、第２電極リード
２０ 締結バーフレーム
２１ 引出スリット
２２ 第１固定部
２２ａ 締結孔、第１締結孔
３０ 締結バー
３１ 挿入スリット
３２ 第２固定部
３２ａ 締結孔、第２締結孔
３２ｂ スナップフィット突起
Ｂ 固定部材
Ｓ リード連結領域
１１ バッテリーセル、第１バッテリーセル、第２バッテリーセル
１１ａ 電極リード、第１電極リード、第２電極リード
２０ 締結バーフレーム
２１ 引出スリット
２２ 第１固定部
２２ａ 締結孔、第１締結孔
３０ 締結バー
３１ 挿入スリット
３２ 第２固定部
３２ａ 締結孔、第２締結孔
３２ｂ スナップフィット突起
Ｂ 固定部材
Ｓ リード連結領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】