▶ エルジー エナジー ソリューション リミテッドの特許一覧
(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】2022-12-28
(54)【発明の名称】電池モジュールおよびそれを含む電池パック
(51)【国際特許分類】
H01M 50/588 20210101AFI20221221BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20221221BHJP
H01M 50/593 20210101ALI20221221BHJP
H01M 50/291 20210101ALI20221221BHJP
H01M 50/289 20210101ALI20221221BHJP
H01M 50/293 20210101ALI20221221BHJP
【ＦＩ】
H01M50/588
H01M50/211
H01M50/593
H01M50/291
H01M50/289 101
H01M50/293
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022519039
(86)(22)【出願日】2021-08-05
(85)【翻訳文提出日】2022-03-24
(86)【国際出願番号】 KR2021010351
(87)【国際公開番号】W WO2022065673
(87)【国際公開日】2022-03-31
(31)【優先権主張番号】10-2020-0122293
(32)【優先日】2020-09-22
(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】スンファン・ジャン
(72)【発明者】
【氏名】ジュンヨブ・ソン
(72)【発明者】
【氏名】グワン・ウ・キム
【テーマコード（参考）】
5H040
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H040AA18
5H040AS07
5H040AT04
5H040AY05
5H040AY10
5H040NN03
5H043AA04
5H043AA13
5H043BA15
5H043BA17
5H043CA08
5H043CA22
5H043FA04
5H043GA25
5H043GA26
5H043JA08
5H043LA21
(57)【要約】
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モジュールフレーム；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；上面部および両側面部で形成され、前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの間で前記電池セル積層体の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材；および前記絶縁部材の上面部と前記バスバーフレームの両側上端部を結合する固定部材を含む。
【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モジュールフレーム；
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；
上面部および両側面部で形成され、前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの間で前記電池セル積層体の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材；および
前記絶縁部材の前記上面部と前記バスバーフレームの両側の上端部を結合する固定部材を含む、電池モジュール。
【請求項2】
前記絶縁部材の前記上面部の両側には孔が形成され、前記バスバーフレームの両側の前記上端部には挿入部が形成され、前記固定部材は前記孔を通過して前記挿入部に挿入されることによって前記絶縁部材と前記バスバーフレームを結合する、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記固定部材はボルトで形成される、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記挿入部は前記バスバーフレームの上端で上側に突出形成された、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記挿入部の内部には段差部が形成され、前記固定部材の下端には掛かり部が形成され、
前記固定部材の前記掛かり部は前記挿入部の前記段差部と係止結合する、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記絶縁部材は絶縁フィルムで形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項7】
前記絶縁部材は収縮チューブで形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項8】
前記絶縁部材の前記上面部と前記両側面の間にはジャバラ部が形成される、請求項１～７の何れか一項に記載の電池モジュール。
【請求項9】
前記固定部材は前記絶縁部材の前記上面部の四つの頂点部分にそれぞれ設けられる、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項10】
請求項１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９月２２日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１２２２９３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。
本出願は２０２０年９月２２日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１２２２９３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それを含む電池パックに関し、より詳細には絶縁性能が確保される電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関する。
【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でエネルギ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に代える有力なエネルギ資源であって、エネルギ使用にともなう副産物が発生しないため環境に優しいエネルギ源として脚光を浴びている。
【0004】
最近、二次電池のエネルギ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って、多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構成要素を追加して電池パックを構成することが一般的な方法である。
【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、電池セル積層体を収容するモジュールフレーム、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を示す斜視図である。
【0008】
図１を参照すると、従来の電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体１０両側面および底面で形成されて電池セル積層体１０を収容するモジュールフレーム２１電池セル積層体１０の上面部をカバーする上部プレート２２、電池セル積層体１０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３０の外側面をそれぞれカバーするエンドプレート２３および電池セル積層体１０の下側面とモジュールフレーム２１の底部間に配置された熱伝導性樹脂層６０を含み得る。また、上部プレート２２と電池セル積層体１０の上面部の間に絶縁フィルム４０が配置され、電池セル積層体１０の絶縁機能を行うことができる。
【0009】
ただし、絶縁フィルム４０が電池セル積層体１０の上面部に限定されるように形成され、電池セル積層体１０の両側面および下側面をカバーするモジュールフレーム２１と電池セル積層体１０の間に絶縁が確保されない問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明が解決しようとする課題は、絶縁性能が確保される電池モジュールおよびそれを含む電池パックを提供することにある。
【0011】
本発明の課題は以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
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を収容するモジュールフレーム；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；上面部および両側面部で形成され、前記電池セル積層体と前記モジュールフレームの間で前記電池セル積層体の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材；および前記絶縁部材の上面部と前記バスバーフレームの両側の上端部を結合する固定部材を含む。
【0013】
前記絶縁部材の上面部の両側には孔が形成され、前記バスバーフレームの両側の上端部には挿入部が形成され、前記固定部材は前記孔を通過して前記挿入部に挿入されることによって前記絶縁部材と前記バスバーフレームを結合し得る。
【0014】
前記固定部材はボルトで形成され得る。
【0015】
前記挿入部は前記バスバーフレームの上端で上側に突出形成され得る。
【0016】
前記挿入部の内部には段差部が形成され、前記固定部材の下端には掛かり部が形成され、前記固定部材の前記掛かり部は前記挿入部の前記段差部と係止結合し得る。
【0017】
前記絶縁部材は絶縁フィルムで形成され得る。
【0018】
前記絶縁部材は収縮チューブで形成され得る。
【0019】
前記絶縁部材の上面と両側面の間にはジャバラ部（wrinkled part）が形成され得る。
【0020】
前記固定部材は前記絶縁部材の上面部の四つの頂点部分にそれぞれ設けられ得る。
【0021】
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み得る。
【発明の効果】
【0022】
本発明の一実施形態による電池モジュールおよびそれを含む電池パックは、電池セル積層体の上面部および両側面部を囲むように形成された絶縁部材により電池モジュールの絶縁性能を確保し、絶縁部材とバスバーフレームを結合する固定部材により絶縁部材の固定力を強化する効果を提供する。
【0023】
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ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】従来の電池モジュールを示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。
【図3】本発明の一実施形態による絶縁部材が電池セル積層体上に組み立てられた様子を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態による絶縁部材が電池セル積層体上に組み立てられる様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下で説明される実施形態は発明の理解を深めるために例示的に示したものであり、本発明はここで説明される実施形態とは異に多様に変形して実施できることを理解されなければならない。ただし、本発明を説明するにあたり関連する公知機能あるいは構成要素に係る具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合はその詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付する図面は発明の理解を深めるために実際の縮尺のとおり図示されたものでなく一部構成要素の寸法を誇張して示す場合もある。
【0026】
本出願で使用される第１，第２用語は多様な構成要素を説明するために使用されるが、構成要素は用語によって限定されない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。
【0027】
また、本出願で使用される用語は単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであり、権利範囲を限定する意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なる意味を示さない限り複数の表現を含む。本出願で「含む」、「からなる」または「構成される」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたものが存在することを指定するためであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものとして理解されなければならない。
【0028】
以下、図２を参照して本発明の一実施形態による電池モジュールについて説明する。
【0029】
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分解斜視図である。
【0030】
図２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は、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体１００、電池セル積層体１００を収容するモジュールフレーム２１０および電池セル積層体１００の前後面をカバーするバスバーフレーム３００を含む。また、上面および両側面で形成され、電池セル積層体１００とモジュールフレーム２１０の間で電池セル積層体１００の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材４００を含む。
【0031】
電池セルは二次電池として、パウチ型二次電池で構成されることができる。このような電池セルは複数で構成でき、複数の電池セルは相互電気的に接続されるように相互積層されて電池セル積層体１００を形成することができる。このような複数の電池セルはそれぞれ電極組立体、電池ケースおよび電極組立体から突出した電極リードを含み得る。
【0032】
本実施形態によれば、図２に示すようにモジュールフレーム２１０はＵ字型フレーム形状に形成される。モジュールフレーム２１０は、上部が開放され、電池セル積層体１００を収容するように形成される。モジュールフレーム２１０は互いに向かい合う２個の側面部および底部で形成される。電池セル積層体１００は、左右面は２個の側面部とそれぞれ対応し、下面は底部と対応するようにモジュールフレーム２１０の内部に収容される。
【0033】
上部プレート２２０は上部が開放されたモジュールフレーム２１０の上部で電池セル積層体１００をカバーするように形成される。この際、上部プレート２２０とモジュールフレーム２１０は溶接により接合される。モジュールフレーム２１０および上部プレート２２０により電池セル積層体１００を上下左右にカバーすることができる。
【0034】
エンドプレート２３０は電池セル積層体１００の前後面をカバーするように形成され、電池セル積層体１００のバスバーフレーム３００およびその他これらと連結された電装品を物理的に保護することができる。また、エンドプレート２３０は電池モジュールを電池パックにマウンティングする構造を含み得る。
【0035】
バスバーフレーム３００は、電池セル積層体１００とエンドプレート２３０の間に形成され、複数の電池セルに形成された電極リードを電気的に接続する。バスバーフレーム上には複数のバスバーが取り付けられ、バスバーにより複数の電池セルの電圧情報などをセンシングする。センシングされた情報はバスバーフレームと連結されたコネクタ（図示せず）を介して電池モジュールを含む電池パックに転送される。バスバーフレーム３００とエンドプレート２３０の間には絶縁カバー（図示せず）が形成される。
【0036】
熱伝導性樹脂層６００は電池セル積層体１００の下面とモジュールフレーム２１０の底部の間に形成される。熱伝導性樹脂層６００は電池セル積層体１００から発生する熱は外部に伝達することによって電池モジュールの冷却機能を行うことができる。熱伝導性樹脂層６００はサーマルレジン（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｓｉｎ）を含み得る。
【0037】
本実施形態によれば、上面および両側面で形成され、電池セル積層体１００とモジュールフレーム２１０の間で電池セル積層体１００の上面および両側面を囲むように形成された絶縁部材４００をさらに含み得る。
【0038】
従来には絶縁部材が電池セル積層体の上面のみカバーするように形成され、電池セル積層体の両側面とモジュールフレームの両側面部の間の絶縁性能が確保されない問題があった。
【0039】
そこで、本実施形態によれば、上面部および両側面部に一体化して形成された絶縁部材４００が電池セル積層体１００の上面および両側面をカバーするように形成されることによって、電池セル積層体１００とモジュールフレーム２１０の両側面部の間の絶縁性能を確保することができる。また、絶縁部材４００の上面部と両側面部が一体に形成されることによって、絶縁部材４００を電池セル積層体１００上に容易に取り付けることができる。
【0040】
【0041】
図３は本発明の一実施形態による絶縁部材が電池セル積層体上に組み立てられた様子を示す図である。図４は本発明の一実施形態による絶縁部材が電池セル積層体上に組み立てられる様子を示す図である。図５は図４のＡ部分であり、本発明の一実施形態による固定部材が絶縁部材とバスバーフレームを結合する様子を示す図である。
【0042】
【0043】
より詳細には、絶縁部材４００の上面部４１０の両側には孔４１１が形成され、バスバーフレーム３００の両側の上端部には挿入部３０１が形成され、固定部材５００は孔４１１を通過して挿入部３０１に挿入されることによって絶縁部材４００とバスバーフレーム３００を結合することができる。
【0044】
固定部材５００により絶縁部材４００とバスバーフレーム３００を結合することによって、絶縁部材４００とバスバーフレーム３００の間の固定力を確保すると同時に、絶縁部材４００と電池セル積層体１００の間の固定力も確保することができる。これにより外部の衝撃などにより絶縁部材４００が電池セル積層体１００と合致せずに外れて位置する現象を防止して絶縁部材４００が電池セル積層体１００の上面および両側面をすべてカバーするように固定されることによっ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】
図４および図５を参照すると、固定部材５００は絶縁部材４００の上面部４１０の四つの頂点部分に配置されて絶縁部材４００とバスバーフレーム３００を結合することができる。これにより絶縁部材４００をバスバーフレーム３００にバランスよく固定されるようにすることができる。
【0046】
本実施形態によれば、固定部材５００はボルトで形成される。ボルトは挿入部３０１に締結されることによって絶縁部材４００とバスバーフレーム３００を結合する。図５に示されたところによれば、挿入部３０１はバスバーフレーム３００の上端で上側に突出形成される。これにより絶縁部材４００の上面部４１０が電池セル積層体１００上面の間の間隔を確保して固定部材５００により挿入部３０１に結合された絶縁部材４００の上面部４１０が電池セル積層体１００の上面を加圧せず安着した状態で電池セル積層体１００をカバーするようにすることができる。
【0047】
絶縁部材４００は絶縁フィルムで形成される。また、絶縁部材４００は異種の射出物、成形フィルムおよび収縮チューブなどで形成される。上記の通りに、絶縁部材４００は薄くて軽いながらも電池セル積層体１００を完全にカバーする素材で形成されて電池モジュールの絶縁性能を向上させることができる。
【0048】
図５を参照すると、絶縁部材４００の上面部４１０と両側面部４２０の間にはジャバラ部４３０が形成される。ジャバラ部４３０は上面部４１０と両側面部４２０を連結する。ジャバラ部４３０により絶縁部材４００の上面部４１０と両側面部４２０が形成する角度が柔軟に調節される。これにより絶縁部材４００の組み立ての際電池セル積層体１００の両側面と絶縁部材４００の両側面部４２０の間の干渉なしに絶縁部材４００が電池セル積層体１００の両側面および上面に滑らかに安着できる。
【0049】
【0050】
図２および図６を参照すると、本発明の他の一実施形態による電池モジュールは、挿入部３０１の内部に段差部３０１ａが形成される。また、固定部材５００の下端には掛かり部５００ａが形成される。この時、固定部材５００の下端に形成された掛かり部５００ａは挿入部３０１内部の段差部３０１ａと係止結合する。これにより絶縁部材４００とバスバーフレーム３００の間の結束力をより一層強化することができ、絶縁部材４００の電池セル積層体１００に対する安定した安着がなされて電池モジュールの絶縁性能を向上させることができる。
【0051】
前述した電池モジュールは電池パックに含まれ得る。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め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り得る。
【0052】
前記電池パックは多様なデバイスに適用される。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るが、本発明はこれに制限されず電池モジュールを使用できる多様なデバイスに適用することが可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
【0053】
以上、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、本発明は上述した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外れることなく当該発明が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思想や展望から個別に理解されるべきではない。
【符号の説明】
【0054】
１０ 電池セル積層体
２１ モジュールフレーム
３０ バスバーフレーム
４０ 絶縁フィルム
１００ 電池セル積層体
２１０ モジュールフレーム
２２０ 上部プレート
２３０ エンドプレート
３００ バスバーフレーム
３０１ 挿入部
３０１ａ 段差部
４００ 絶縁部材
４１０ 絶縁部材の上面
４１１ 孔
４２０ 絶縁部材の両側面
４３０ ジャバラ部
５００ 固定部材
５００ａ 掛かり部
６００ 熱伝導性樹脂層
２１ モジュールフレーム
３０ バスバーフレーム
４０ 絶縁フィルム
１００ 電池セル積層体
２１０ モジュールフレーム
２２０ 上部プレート
２３０ エンドプレート
３００ バスバーフレーム
３０１ 挿入部
３０１ａ 段差部
４００ 絶縁部材
４１０ 絶縁部材の上面
４１１ 孔
４２０ 絶縁部材の両側面
４３０ ジャバラ部
５００ 固定部材
５００ａ 掛かり部
６００ 熱伝導性樹脂層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【国際調査報告】