(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】2024-10-28
(54)【発明の名称】電池の破断防止のための電池モジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 50/507 20210101AFI20241018BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20241018BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20241018BHJP
【FI】
H01M50/507
H01M50/204 401F
H01M50/211
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024523959
(86)(22)【出願日】2022-12-02
(85)【翻訳文提出日】2024-04-22
(86)【国際出願番号】 KR2022019517
(87)【国際公開番号】W WO2023113328
(87)【国際公開日】2023-06-22
(31)【優先権主張番号】10-2021-0182156
(32)【優先日】2021-12-17
(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
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ジョン・フン・パク
(72)【発明者】
【氏名】ジュン・キュ・パク
(72)【発明者】
【氏名】ジェ・ファン・シン
(72)【発明者】
【氏名】ジュン・ウ・チェ
【テーマコード(参考)】
5H040
5H043
【Fターム(参考)】
5H040AA37
5H040AT04
5H040AY04
5H040AY08
5H040DD03
5H043AA04
5H043BA11
5H043CA08
5H043CA21
5H043FA04
5H043LA22F
(57)【要約】
本発明の実施形態による電池モジュールは、複数個の電池、複数個の電池が収容されるように形成された収容部、収容部の上部をカバーし、複数個の電池と連結部を介して電気的に連結されるバスバーを支持するように形成される第1フレーム、及び収容部の側部をカバーし、第1フレームと結合されるように形成される第2フレームを含み、第2フレームは、第1フレームに結合される第1部材及び複数個の電池の体積変化に応じて連結部が力を加える方向に第1部材に対して回転可能になるように第1部材に結合された第2部材を含むことができる。本発明の一実施形態によると、スウェリングにより二次電池の体積が増加しても電池モジュール内で電池モジュールの構造も適応的に変形されて空間的余裕が確保されることで二次電池の破断を防止することができる。また、二次電池の破断を防止することにより電池モジュール内で火災や爆発が発生する危険性を減らすことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池本体及び電池テラスを含む複数個の電池;
前記複数個の電池が収容されるように形成された収容部;
前記収容部の上部をカバーし、前記電池テラスとリードとを介して電気的に連結されるバスバーを支持するように形成される第1フレーム;及び
前記収容部の側部をカバーし、前記第1フレームと結合されるように形成される第2フレームを含み、
前記第2フレームは:
前記第1フレームに結合される第1部材;及び
前記複数個の電池の体積変化に応じて前記電池テラス及び前記リードのうち少なくとも1つが力を加える方向に、前記第1部材に対して回転可能になるように前記第1部材に結合された第2部材を含む、電池モジュール。
【請求項2】
前記第2部材を前記第1部材に対して回転可能にする結合軸を含む、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記リードは、前記第1フレーム及び前記第2フレームの間に備えられた連結空間を介して前記バスバー及び前記複数個の電池を連結する、請求項2に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記複数個の電池の体積が所定体積以上に増加する場合、
前記電池テラス及び前記リードのうち少なくとも1つが前記第2フレームに接触して前記力を加えることにより、前記第2部材が前記第1部材に対して前記力が加えられる方向に回転される、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記複数個の電池のうち最も外側に配置される最外側電池は、前記第2フレームに隣接するように配置される、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記第1部材は、前記第1フレームに対して前記電池テラス及び前記リードのうち少なくとも1つが力を加える方向に回転可能になるように前記第1フレームに結合される、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項7】
複数個の電池が収容されるように形成される収容部;
前記収容部の上部をカバーし、バスバーを下部で支持するように形成される第1フレーム;及び
前記収容部の側部をカバーし、前記第1フレームに結合される第2フレームを含み、
前記第2フレームは:
前記第1フレームに結合される第1部材;及び
外力を受ける方向に前記第1部材に対して回転可能になるように前記第1部材に結合される第2部材を含む、バスバーフレーム。
【請求項8】
前記第1部材は、前記第1フレームに結合されて固定される、請求項7に記載のバスバーフレーム。
【請求項9】
前記第1部材は、前記第1フレームに対して前記外力を受ける方向に回転可能になるように前記第1フレームに結合される、請求項7に記載のバスバーフレーム。
【請求項10】
前記第2部材は、前記第1部材にピンフック結合される、請求項7に記載のバスバーフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[関連出願の相互参照]
本出願は、2021年12月17日付韓国特許出願第10-2021-0182156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含まれる。
【0002】
本発明は、破断防止のための電池モジュールに関し、スウェリング現象による二次電池の破断を事前に防止することができる電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0003】
環境汚染、石油枯渇などの理由で代替エネルギーの開発が必須的に求められるのに伴い、太陽熱、水力、風力、海洋エネルギー、バイオマスエネルギーなどのようなエネルギー源に基づいた電力生産技術の研究及び開発が進められている。特に、繰り返し充電が可能な二次電池に対する研究が活発に進められており、二次電池の材料、効率、構造、安定性、及びシステムのような側面に対する開発が行われている。
【0004】
パウチタイプ、角形タイプ、円筒状タイプなどのような多様な形態の二次電池が自動車、携帯電話、ノートパソコンなどのような電子システムに適用されており、それぞれの形態に適するようにデザインされた電池モジュールの集合である電池パックが電子システム内に装着されて活用されている。
【0005】
電子システム内で複数個の二次電池が長期間用いられることによって安定性に対する使用者及び開発者の認識が広がっており、二次電池の製造過程だけでなく活用時にも安定性の管理に対する要求が大きくなっている。
【0006】
但し、従来の技術によると、製造過程において二次電池内のガスを完璧に除去することができないか二次電池の活用時に二次電池内の電解液が気化して二次電池が膨れ上がるスウェリング(swelling)現象が発生することがある。スウェリング現象は、過充電/過放電の状態が長期間維持されたり、衝撃を受けたり、老朽化されたりする場合にも発生することがあり、放置すると二次電池が破断されるか、破断により電池モジュール内で火災や爆発が発生する危険性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、電池モジュールに装着された複数個の二次電池に対するスウェリングが発生する場合、電池モジュールの構造により二次電池の破断が発生しないようにするために、空間的余裕を確保することができる適応的な構造を含む電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の実施形態による電池モジュールは、複数個の電池、前記複数個の電池が収容されるように形成された収容部、前記収容部の上部をカバーし、前記複数個の電池と連結部を介して電気的に連結されるバスバーを支持するように形成される第1フレーム、及び前記収容部の側部をカバーし、前記第1フレームと結合されるように形成される第2フレームを含み、前記第2フレームは、前記第1フレームに結合される第1部材及び前記複数個の電池の体積変化に応じて前記連結部が力を加える方向に前記第1部材に対して回転可能になるように前記第1部材に結合された第2部材を含むことができる。
【0009】
前記電池モジュールは、前記第2部材を前記第1部材に対して回転可能にする結合軸を含むことができる。
【0010】
前記複数個の電池は電池本体及び電池テラスを含み、前記バスバーは前記複数個の電池と電気的に連結させるリードを含み、前記電池テラス及び前記リードは前記連結部を形成することができる。
【0011】
前記リードは、前記第1フレーム及び前記第2フレームの間に備えられた連結空間を介して前記バスバー及び前記複数個の電池を連結することができる。
【0012】
前記複数個の電池の体積が所定体積以上に増加する場合、前記連結部が前記第2フレームに接触されて前記力を加えることにより、前記第2部材が前記第1部材に対して前記力が加えられる方向に回転されてよい。
【0013】
前記複数個の電池のうち最も外側に配置される最外側電池は、前記第2フレームに隣接するように配置されてよい。
【0014】
前記第1部材は、前記第1フレームに対して前記連結部が力を加える方向に回転可能になるように前記第1フレームに結合されてよい。
【0015】
本発明の実施形態によるバスバーフレームは、複数個の電池が収容されるように形成される収容部、前記収容部の上部をカバーし、バスバーを下部で支持するように形成される第1フレーム、及び前記収容部の側部をカバーし、前記第1フレームに結合される第2フレームを含み、前記第2フレームは、前記第1フレームに結合される第1部材及び外力を受ける方向に前記第1部材に対して回転可能になるように前記第1部材に結合される第2部材を含むことができる。
【0016】
前記第1部材は、前記第1フレームに結合されて固定されてよい。
【0017】
前記第1部材は、前記第1フレームに対して前記外力を受ける方向に回転可能になるように前記第1フレームに結合されてよい。
【0018】
前記第2部材は、前記第1部材にピンフック結合されてよい。
【発明の効果】
【0019】
本発明によると、スウェリングにより二次電池の体積が増加しても、電池モジュール内で空間的余裕が確保されることで二次電池の破断を防止することができる。
【0020】
本発明によると、スウェリングによる二次電池の体積変化に対応するように電池モジュールの構造も適応的に変形されて二次電池の破断を防止することができる。
【0021】
本発明によると、二次電池の破断を防止することにより電池モジュール内で火災や爆発が発生する危険性を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【
図1】本発明の一実施形態による電池モジュールの一側面を示す図である。
【
図2】本発明の一実施形態による電池モジュールの他の側面を示す図である。
【
図3】本発明の一実施形態による電池モジュールの結合関係の一部を示す図である。
【
図4】本発明の他の実施形態による電池モジュールの結合関係の一部を簡略に示す図である。
【
図5】本発明の他の実施形態による電池モジュールのスウェリング時の構造変形の原理を示す図である。
【
図6】本発明の実施形態による電池モジュールの結合軸を示す図である。
【
図7】本発明の他の実施形態による電池モジュールの結合関係の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下では、添付の図を参照しつつ、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるよう、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、幾多の異なる形態に具現されてよく、以下の実施形態により制限されるか限定されるものではない。
【0024】
本発明を明確に説明するため、説明と関係ない部分、又は本発明の要旨を不要に濁し得る関連の公知技術に対する詳細な説明は省略し、本明細書で各図の構成要素に参照符号を付加することにおいては、明細書全体に亘って同一又は類似の構成要素に対して同一又は類似の参照符号を付ける。
【0025】
また、本明細書及び特許請求の範囲で用いられている用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈されるべきである。
【0026】
図1は、本発明の一実施形態による電池モジュール100の一側面を示す図である。
【0027】
電池モジュール100は、収容部101を含むことができる。例えば、収容部101は、複数個の電池200を収容することができ、複数個の電池200は、収容部101の内部空間に装着されてよい。複数個の電池200は、二次電池であってよい。
【0028】
電池モジュール100は、複数個のフレーム110、120を含むことができる。
【0029】
複数個のフレーム110、120は、第1フレーム110を含むことができる。例えば、第1フレーム110は、収容部101の上部をカバーすることができる。
【0030】
複数個のフレーム110、120は、第2フレーム120を含むことができる。例えば、第2フレーム120は、収容部101の側部をカバーすることができる。
【0031】
第1フレーム110及び第2フレーム120は、収容部101を取り囲む形態で形成されてよい。例えば、第1フレーム110は、収容部101の上部をカバーし、第2フレーム120は、収容部101の側部をカバーして収容部101を取り囲むことができる。
【0032】
第1フレーム110は、第2フレーム120と結合されてよい。
【0033】
第1フレーム110上にはバスバー130が配置されてよい。例えば、バスバー130が第1フレーム110上に配置され、第1フレーム110がバスバー130を支持することができる。バスバー130は、電池モジュール100と外部を電気的に連結させることができる。
【0034】
収容部101、第1フレーム110及び第2フレーム120は、バスバーフレームを形成することができる。バスバーフレームは、バスバー130を含むことができる。
【0035】
図2は、本発明の一実施形態による電池モジュール100の他の側面を示し、
図3は、本発明の一実施形態による電池モジュールの結合関係の一部(A領域)を示す図である。
【0036】
電池モジュール100の収容部101には、複数個の電池200が装着されてよい。
【0037】
複数個の電池200は、それぞれ電池本体210及び電池テラス220を含むことができる。例えば、電池本体210は、分離膜を挟んで負極と正極が交互に積層された電極組立体を少なくとも含むことができる。電池テラス220は、電池本体210(または、電池本体210に含まれた電極組立体)と外部を電気的に連結させることができる。
【0038】
収容部101の上部を、第1フレーム110がカバーすることができ、収容部101の側部を、第2フレーム120がカバーすることができる。第1フレーム110上にはバスバー130が配置されてよい。バスバー130は、リード140と連結されてよい。バスバー130は、リード140を介して電池200と電気的に連結されてよい。例えば、バスバー130は、リード140と電気的に連結されてよく、リード140は、電池テラス220と電気的に連結され、バスバー130が電池200と電気的に連結されてよい。
【0039】
バスバー130と複数個の電池200を電気的に連結させるリード140及び電池テラス220を連結部と称することができる。例えば、リード140及び電池テラス220は連結部を形成することができ、連結部を介してバスバー130と複数個の電池200が電気的に連結されてよい。
【0040】
第1フレーム110は、連結空間を含むことができる。例えば、リード140は、第1フレーム110に形成された連結空間を介してバスバー130と複数個の電池200を電気的に連結させることができる。
【0041】
第1フレーム110と第2フレーム120との間にも連結空間が備えられてよい。例えば、リード140は、第1フレーム110と第2フレーム120との間に備えられた連結空間を介してバスバー130と複数個の電池200を電気的に連結させることができる。
【0042】
第1フレーム110は、収容部101の上部をカバーし、第2フレーム120は、収容部101の側部をカバーすることができる。
【0043】
収容部101に装着される複数個の電池200のうち最も外側に配置される最外側電池は、第2フレーム120に隣接するように配置されてよい。
【0044】
第1フレーム110は、第2フレーム120と結合されてよい。例えば、第1フレーム110の縁は、第2フレーム120と結合されてよい。
【0045】
第1フレーム110と第2フレーム120の結合関係において、A領域を参照してより詳細に説明する。
【0046】
第2フレーム120は、第1部材121を含むことができる。例えば、第1部材121は第1フレーム110に結合されてよい。
【0047】
第2フレーム120は、第2部材122を含むことができる。例えば、第2部材122は、第1部材121に対して回転可能になるように、前記第1部材121に結合されてよい。
【0048】
第2フレーム120は、結合軸123を含むことができる。例えば、結合軸123により、第2部材122は、第1部材121に対して回転することができる。
【0049】
収容部101、第1フレーム110及び第2フレーム120は、バスバーフレームを形成することができる。バスバーフレームは、バスバー130を含むことができる。
【0050】
図4は、本発明の他の実施形態による電池モジュールの結合関係の一部を簡略に示す図である。
図4は、第1フレーム110、第2フレーム120の位置関係を容易に説明するために他の構成が省略されてよい。
【0051】
第1フレーム110は、第2フレーム120と結合されてよい。
【0052】
第2フレーム120は、第1部材121、第2部材122及び結合軸123を含むことができる。
【0053】
第1部材121は、第1フレーム110に結合され、第1フレーム110に対して固定されてよい。例えば、第1部材121は、第1フレーム110の縁に結合されて固定されてよい。
【0054】
第1部材121は、第2部材122と結合されてよい。例えば、第2部材122は、第1部材121に対して回転可能になるように第1部材121に結合されてよい。
【0055】
第2部材122は、第1部材121を基準として外力を受ける方向に回転され得る。例えば、外部から第2部材122に力が加えられる場合、第2部材122は、第1部材121を基準として力が加えられる方向に回転され得る。
【0056】
第1部材121と第2部材122は、結合軸123を介して結合されてよい。例えば、結合軸123は、第2部材122が第1部材121に回転可能になるように結合させることができる。
【0057】
第2部材122は、結合軸123を回転軸として、外力を受ける方向に回転され得る。
【0058】
図5は、本発明の他の実施形態による電池モジュールのスウェリング時の構造変形の原理を示す図である。
【0059】
複数個の電池200において、製造過程で二次電池内のガスを完璧に除去することができないか二次電池の活用時に二次電池内の電解液が気化する場合、スウェリングが発生することがある。複数個の電池200に対するスウェリングが発生する場合、複数個の電池200の体積が増加することがあり、所定体積以上に増加すると電池モジュール100の他の構成の位置またはロードに影響を及ぼし得る。
【0060】
複数個の電池200のそれぞれは、電池本体210及び電池テラス220を含むことができる。例えば、電池本体210は、電極組立体がパウチ内に含まれた形態であってよい。電池テラス220は、電池本体210と外部を電気的に連結させることができる。
【0061】
バスバー130は、第1フレーム110上に配置されてよい。
【0062】
バスバー130は、リード140と連結されてよい。例えば、リード140は、バスバー130を複数個の電池200と電気的に連結させることができる。
【0063】
リード140は、電池テラス220と連結されてよい。例えば、リード140と電池テラス220が電気的に連結されることによりバスバー130と複数個の電池200が電気的に連結されてよい。
【0064】
リード140及び電池テラス220は、連結部を形成することができる。例えば、連結部は、スウェリングにより電池本体210の体積が所定体積以上に増加した場合、第2フレーム120に力を加える部分であってよい。
【0065】
スウェリング現象が発生すると、電池本体210が膨れ上がるに伴い変形(または体積増加)され得る。例えば、スウェリング以前の電池本体210は、バスバー130から垂直方向に一定距離(Y)離れ、電池本体210の中心が一端から一定距離(X)離れた形態であってよい。スウェリング以前の電池本体210は、特定のバスバー130を基準として電池本体210の一端と中心が一定角度(θ)をなす状態であってよい。
【0066】
スウェリングが発生して電池本体210が膨れ上がった場合、電池本体210の中心が一端から特定距離(dX)ほどさらに離れるように電池本体210が変形されることがある。この場合、電池本体210は、特定のバスバー130を基準として電池本体210の一端と中心が特定角度(θ-dX)をなす状態であってよい。
【0067】
収容部101内に装着された電池本体210の体積が所定体積以上に増加して電池本体210の中心が一端から特定距離(dX)ほどさらに離れるように電池本体210が変形される場合、連結部は、スウェリング方向に移動して第2フレーム120に力を加えることができる。例えば、リード140及び電池テラス220のうち少なくとも1つは、第2フレーム120に力を加えることができる。
【0068】
連結部を形成するリード140及び電池テラス220のうち少なくとも1つが第2フレーム120に力を加える場合、第1フレーム110に固定結合された第1部材121は動かないことがある。
【0069】
連結部を形成するリード140及び電池テラス220のうち少なくとも1つが第2フレーム120に力を加える場合、第2部材122は、第1部材121に対して力が加えられる方向に回転され得る。
【0070】
前述したところにより、スウェリングによって電池200の体積が増加しても、電池モジュール100内で体積変化に対応するように電池モジュールの構造も適応的に変形されることにより空間的余裕が確保され、二次電池の破断を防止することができる。
【0071】
図6は、本発明の実施形態による電池モジュールの結合軸を示す図である。
【0072】
第1部材121は、第2部材122と結合されてよい。例えば、第2部材122は、第1部材121にピンフック結合されてよい。第1部材121と第2部材122がピンフック結合され、結合軸123を形成することができる。
【0073】
第1部材121は、第1結合部121-1を含むことができる。例えば、第1部材121の一端は、第2部材122が結合されるように形成された第1結合部121-1を含むことができる。
【0074】
第2部材122は、第2結合部122-1を含むことができる。例えば、第2部材122の一端は、第1部材121と結合されるように形成された第2結合部122-1を含むことができる。
【0075】
第1結合部121-1は、第2結合部122-1がピンフック結合できるように形成され得る。例えば、第1結合部121-1は、第2結合部122-1が挿入(またはピン挿入)され得る挿入空間があってよい。第2結合部122-1は、第1結合部121-1に形成された挿入空間に挿入されてよく、第2結合部122-1は、第1結合部121-1の挿入空間の外郭を形成する係止部にフック結合されてよい。
【0076】
第2結合部122-1は、第1結合部121-1の係止部に係止できるように形成された突出部を含むことができる。例えば、第2結合部122-1の突出部は、第1結合部121-1の係止部に係止してフック結合されてよい。
【0077】
第2結合部122-1は、第1結合部121-1の挿入空間内で回転され得る。例えば、第2結合部122-1が第1結合部121-1の挿入空間に挿入されてフック結合された状態で、第2結合部122-1が回転することができる。
【0078】
図7は、本発明の他の実施形態による電池モジュールの結合関係の一部を示す図である。
【0079】
電池モジュール内の空間的余裕をさらに確保するために、第1部材121は、フレーム結合軸124をさらに含んでもよい。
【0080】
フレーム結合軸124は、第1フレーム110と第2フレーム120を結合させることができ、第2フレーム120を第1フレーム110に対して回転可能にする結合軸であってよい。
【0081】
フレーム結合軸124は、第2フレーム120の第1部材121に形成されてよい。例えば、フレーム結合軸124は、第1部材121が第1フレーム110と結合される第1部材121の他端に形成されてよい。
【0082】
第1部材121がフレーム結合軸124をさらに含む場合、第1部材121が第1フレーム110に対して回転可能であり得る。例えば、連結部が第2フレーム120に力を加える場合、第2部材122だけでなく、第1部材121も第1フレーム110に対して回転することができる。具体的に説明すると、第2部材122は、第1部材121又は第1フレーム110に対して回転可能であり、第1部材121は、第1フレーム110に対して回転可能であり得る。
【0083】
フレーム結合軸124の具体的な構造においては、結合軸123に対する説明が適用され得る。
【0084】
前述したように、本発明の実施形態によると、スウェリングにより二次電池の体積が増加しても、適応的に変形される構造により空間的余裕が確保されることで二次電池の破断を防止することができ、電池モジュール内で火災や爆発が発生する危険性を減らすことができる。
【0085】
以上、本発明は、たとえ限定された実施形態と図により説明されたが、本発明はこれにより限定されず、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能である。
【符号の説明】
【0086】
100 電池モジュール
101 収容部
110 第1フレーム
120 第2フレーム
121 第1部材
121-1 第1結合部
122 第2部材
122-1 第2結合部
123 結合軸
124 フレーム結合軸
130 バスバー
140 リード
200 電池
210 電池本体
220 電池テラス
【国際調査報告】