JP7337196B2 - 電池モジュールおよびそれを含む電池パック - Google Patents

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２０年４月２７日付韓国特許出願第１０－２０２０－００５０７２５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、より具体的には部品の大型化による成形不良を改善させ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。

モバイル機器に対する技術開発と需要増加につれ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、ノートブック、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大きな関心を集めている。

小型モバイル機器にはデバイス１台当り一つまたはいくつかの電池セルが使用されることに対し、自動車などのように中大型デバイスには高出力大容量が必要である。中大型電池モジュールは可能であれば小さい大きさと重量に製造されることが好ましいので、高い集積度で積層され得、容量に比べて中量が小さい角形電池、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使用されている。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使用され、少しずつより多くの電池セルを電池モジュール内に取り付ける必要性が増大している。

一方、電池モジュールはより多くの電池セルを含むための必要性の増大につれ、電池モジュールに含まれる部品の大きさもまた大型化する必要がある。しかし、電池モジュールに含まれる部品において射出成形により形成される部品は大型化により未成形区間が発生した。そのため、電池モジュールの大型化が実現されるためには未成形区間に対する成形不良を改善する必要がある。

本発明が解決しようとする課題は、電池モジュールの大型化による部品の成形不良を改善させた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。

本発明が解決しようとする課題は、上述した課題に制限されるものではなく、言及されていない課題は本明細書および添付する図面から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に明確に理解されることができる。

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形成された電池セル積層体と、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を含み、前記バスバーフレームは、前記電池セル積層体の底面の少なくとも一部領域を囲む支え部を含み、前記支え部は、前記バスバーフレームから電池セルの長手方向に延びた延長領域および前記延長領域上に形成されている突出領域を含む。

前記突出領域は、少なくとも二つの突出領域を含み、前記少なくとも二つの突出領域は前記電池セルが積層されている方向と対応する方向に離隔し得る。

前記突出領域は、前記支え部に形成された未成形区間と対応する位置に形成され得る。

前記突出領域は、前記電池セル積層体における二つの電池セルの間の領域に対応する位置に形成され得る。

前記突出領域は、前記延長領域から前記電池セル積層体の方に向かって突出し得る。

前記突出領域は、対称の形状を有し得る。

前記突出領域は、前記延長領域上に少なくとも一つの層が積層されて形成され得る。

前記突出領域は、前記延長領域上に少なくとも二つの層が積層されて形成され、前記延長領域に隣接する層の長さがより長く形成され得る。

前記延長領域に隣接する層の長さは、前記電池セル積層体における二つの電池セルの間の領域と同じであるか、或いは、前記電池セル積層体における二つの電池セルの間の領域より短く形成され得る。

前記延長領域の厚さは、前記突出領域が形成された位置における前記支え部の厚さより小さくてもよい。

本発明の他の一実施形態による電池パックは前で説明した電池モジュールを含む。

実施形態によれば、電池モジュールの大型化によるバスバーフレームの一部区間の厚さを補強し、バスバーフレームの射出成形時発生する成形不良を改善させることができる。

また、バスバーフレームの部分的な厚さ補強により全体厚さ増加による熱伝導性樹脂塗布量の増加を防止することができる。

本発明の効果は上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は本明細書および添付する図面から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に明確に理解されることができる。

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１の電池モジュール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。 比較例による電池モジュールでバスバーフレームを示す図である。 図３のバスバーフレームで成形不良区間を示す図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールでバスバーフレームを示す図である。 図５のＡ領域を拡大した図である。 図２のｘｙ平面を沿って切断した断面を示す図である。 図７のＢ領域を切断線ａ－ａ’に沿って切断した断面図である。 図８のＢ領域を切断線ｂ－ｂ’に沿って切断した断面図である。 図８のＢ領域を切断線ｃ－ｃ’に沿って切断した断面図である。

以下、添付する図面を参照して本発明の様々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できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で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。

本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。

また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面で、説明の便宜上一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

また、明細書全体で、ある部分が他の構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

また、明細書全体で、「平面上」というとき、これは対象部分を上から見たときを意味し、「断面上」というとき、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見たときを意味する。

以下では、本発明の一実施形態による二次電池用電極について説明する。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するが、必ずしもこれに限定されるものではなく後面の場合にも同一または類似の内容が説明され得る。

図１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。図２は図１の電池モジュール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１および図２を参照すると、本実施形態による電池モジュール１００は複数の電池セル１１０が積層されて形成された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を収容するモジュールフレーム２００、および電池セル積層体１２０の前後面を覆うエンドプレート１５０を含む。また、電池モジュール１００は、エンドプレート１５０と電池セル積層体１２０の間に位置するバスバーフレーム１３０をさらに含む。

一例として、モジュールフレーム２００は上部面、前面および後面が開放されたＵ字型フレーム３００、電池セル積層体１２０の上部を覆う上部プレート４００を含む。ただし、モジュールフレーム２００はこれに限定されるものでなく、Ｌ字型フレームまたは前後面を除いて電池セル積層体１２０を囲むモノフレームのような別の形状のフレームに代えることができる。

バスバーフレーム１３０は並列積層された電池セル積層体１２０の前後面下端を囲む部分を含むことによって、外部衝撃から電池セル積層体１２０を保護したり電池セル積層体１２０の絶縁性能を向上させることができる。

ただし、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は電池セル積層体１２０が既存の電池モジュールに比べて相対的に多くの電池セル個数を含む大面積モジュールを含む。大面積モジュールの場合、電池モジュールの水平方向の長さが相対的に長くなる。ここで、電池モジュールの水平方向の長さとは、電池セルが積層された方向への長さを意味する。

以下では、本発明の一実施形態による電池モジュール１００に含まれるバスバーフレーム１３０と関連して比較例と比較して具体的に説明する。

図３は比較例による電池モジュールにおけるバスバーフレームを示す図である。図４は図３のバスバーフレームにおける成形不良区間を示す図である。

図３および図４を参照すると、電池モジュール（図示せず）に含まれるバスバーフレーム１３は電池セル積層体（図示せず）の前後面の底面の少なくとも一部領域を囲むことができる支え部１４が形成されている。支え部１４はバスバーフレーム１３からバスバーフレーム１３に垂直な方向に延びている。

ただし、バスバーフレーム１３が大面積モジュールに取り付けられるために、電池モジュールの水平方向に進行されることによりバスバーフレーム１３も大型化されなければならない。そのためバスバーフレーム１３の支え部１４もまた大型化されなければならない。図４を参照すると、大型化されたバスバーフレーム１３の射出成形時支え部１４の一部領域に未成形区間１４ａが発生し得る。ここで、未成形区間１４ａは支え部１４の薄い厚さによって支え部１４の一部領域が射出成形されないことを意味する。

このような支え部１４の未成形区間１４ａが発生することを防ぐために、支え部１４の全体厚さを増加させる場合、支え部１４により全体重量が増加してフレーム２００に加えられる荷重が大きくなり、重量による破損が発生し得る。また、この場合、支え部１４の厚さ増加によって支え部１４により支えられる電池セル積層体もモジュールフレーム底部から遠ざかることになって、電池セル積層体とモジュールフレームの間に熱伝導性樹脂層を形成するために使われる熱伝導性樹脂の塗布量も増加する。そのため、モジュール全体重量および熱抵抗が増加し、電池セル積層体１２０で発生する発熱が外部に十分に排出されず、発熱による火災危険性が大きくなる。また、熱伝導性樹脂の塗布量が増加して電池モジュールの製造コストおよび製造時間が増加する。

そのため、本発明の実施形態で、射出成形により大面積モジュールに取り付けられるための大型化したバスバーフレーム１３０を形成する際、前述した比較例による支え部１４の未成形区間１４ａのような部分が発生しないようにするバスバーフレームについては後述する。

図５は本発明の一実施形態による電池モジュールにおけるバスバーフレームを示す図である。図６は図５のＡ領域を拡大した図である。

図１、図２、図５、図６を参照すると、電池モジュール１００に含まれるバスバーフレーム１３０は電池セル積層体１２０の前後面の底面の少なくとも一部領域を囲むことができる支え部１４０が形成されている。また、バスバーフレーム１３０は電池セル積層体１２０の前後面の下端を囲む支え部１４０が形成されている。特に、電池セル積層体１２０の電池セル１１０はフレーム２００の底面に向かう突出部（図示せず）を含み得、支え部１４０は電池セル積層体１２０の電池セル１１０に形成されたそれぞれの突出部（図示せず）を囲み得る。そのため支え部１４０は突出部（図示せず）を外部衝撃から保護することができ、電池セル１１０の絶縁性能を向上させることができる。

支え部１４０はバスバーフレーム１３０から電池セルの長手方向に延びている。また、支え部１４０は電池セル積層体１２０の前後面の下端を囲み得る程度に延びている。また、支え部１４０は電池セル積層体１２０の電池セル１１０に形成された突出部（図示せず）を囲み得る程度に延びている。

支え部１４０は延長領域１４１および延長領域１４１上に形成される少なくとも二つの突出領域１４５を含み得る。延長領域１４１はバスバーフレーム１３０からバスバーフレーム１３０に垂直な方向に延びた領域である。突出領域１４５は延長領域１４１から電池セル積層体１２０に向かって突出した領域である。少なくとも二つの突出領域１４５は電池セル積層体１２０の電池セル１１０が積層されている方向に離隔している。このとき、突出領域１４５は延長領域１４１の厚さを補強する役割をすることができる。

支え部１４０は射出されて成形されるが延長領域１４１および突出領域１４５もまた一体に射出されて成形されることができる。支え部１４０はフレーム２００に加えられる荷重を減らし、フレーム２００上に塗布される絶縁物質の塗布量を減らし、適切な熱抵抗を有するために、薄い厚さを維持する必要がある。ただし、バスバーフレーム１３０が大面積モジュールに取り付けられるために電池セル積層体の積層方向により延びて射出されることで、延長領域１４１もまた電池セル積層体の積層方向により延びて射出される。そのため、延長領域１４１が薄い厚さを維持しながらも、既存の長さより電池セル積層体の積層方向に延びることにより、図４のような未成形区間１４ａが発生し得る。

図１、図４ないし図６を参照すると、支え部１４０の射出成形時図４のような未成形区間１４ａが発生することを防止するために、突出領域１４５は延長領域１４１で未成形区間１４ａが発生する可能性が高い区間に部分的に形成される。また、突出領域１４５は延長領域１４１に形成された未成形区間と対応する位置に形成される。また、突出領域１４５は延長領域１４１で未成形区間１４ａが発生することを防止するために、延長領域１４１上に一定の間隔で互いに離隔して形成されることができる。

そのため、大型化されたバスバーフレーム１３０に含まれた支え部１４０は薄い厚さを維持しながらも、突出領域１４５により延長領域１４１の一部区間の厚さが補強される。すなわち、支え部１４０は延長領域１４１の厚さを増加させず、かつ面積が広くなることによる未成形による脆弱な部分を突出領域１４５により補完することができる。また、突出領域１４５はバスバーフレーム１３０が射出成形されることにより一体に成形されることができ、製造方法が簡易で製造時間も短縮させることができる。

図７は図２のｘｙ平面を沿って切断した断面を示す図である。図８は図７のＢ領域を切断線ａ－ａ’に沿って切断した断面図である。

図１、図５ないし図８を参照すると、支え部１４０は延長領域１４１および突出領域１４５を含み、突出領域１４５は電池セル積層体１２０に積層された少なくとも二つの電池セル１１０の間の領域に対応する位置に形成される。一例として、電池セル積層体１２０の電池セル１１０は突出部１１０Ｐを含む。突出領域１４５は少なくとも二つの電池セル１１０のそれぞれに形成された突出部１１０Ｐの間の領域に対応する位置に形成される。

そのため、支え部１４０は大型化による未成形区間を防止するために突出領域１４５を形成しながらも、電池セル１１０の突出部１１０Ｐの間の空間に対応する位置に突出領域１４５を形成し、支え部１４０と電池セル積層体１２０の間に空いた空間を最小化することができる。また、支え部１４０の突出領域１４５は突出部１１０Ｐの側面も保護することができ、電池セル１１０の突出部１１０Ｐに対する外部衝撃からの保護性能が向上することができる。また、支え部１４０と電池セル積層体１２０の間に空いた空間が最小化され、フレーム２００に塗布される熱伝導性樹脂層の厚さも既存厚さと同様に維持することができ、全体重量および熱抵抗が増加しない。

図１、図５ないし図８を参照すると、突出領域１４５は対称の形状を有することができる。また、突出領域１４５は延長領域１４１上に少なくとも一つの層が丸く形成される領域であり得る。また、突出領域１４５は延長領域１４１上に少なくとも一つの層が積層されて形成される領域であり得る。特に、積層されて形成された領域は延長領域１４１と滑らかに連結される。この時、突出領域１４５は延長領域１４１に比べて長さが小さい少なくとも一つの層が延長領域１４１上に形成される領域であり得る。また、突出領域１４５は延長領域１４１上に少なくとも二つの層が積層されて形成され、少なくとも二つの層の長さは延長領域１４１に比べて長さが小さく、延長領域１４１に隣接する層の長さがさらに長く形成される。また、突出領域１４５が突出部１１０Ｐの間の領域に対応する位置に形成される場合、突出領域１４５は二つの電池セル１１０の間の領域に比べて同じであるか短く形成される。

そのため、支え部１４０は大型化による未成形区間を防止するために突出領域１４５が形成され、突出領域１４５の射出成形時製造工程が簡易で製造時間が短い。

図９は図８のＢ領域を切断線ｂ－ｂ’に沿って切断した断面図である。図１０は図８のＢ領域を切断線ｃ－ｃ’に沿って切断した断面図である。

図１、図５ないし図１０を参照すると、支え部１４０は延長領域１４１の厚さｈ１が突出領域１４５が形成された位置の支え部の厚さｈ２に比べて小さい。これは延長領域１４１が電池セル積層体１２０の電池セル１１０に形成された突出部１１０Ｐを囲み、突出領域１４５に比べて薄い厚さを有しなければならないからである。そのため、支え部１４０は延長領域１４１と突出部１１０Ｐの下面と対応し、突出領域１４５は突出部１１０Ｐの側面と対応し、電池セル１１０の突出部１１０Ｐに対する外部衝撃からの保護性能が向上することができる。

したがって、本明細書で説明する発明はバスバーフレーム１３０の大型化による支え部１４０の面積が広くなる場合にも、支え部１４０の既存の目的である電池セル１１０の突出部１１０Ｐの保護および絶縁性能確保を実現し、かつ突出領域１４５により支え部１４０の未成形区間の補完および剛性向上、突出部１１０Ｐの保護強化などを実現することができる。

以上、本出願で説明する発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本出願で説明する発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している本出願で説明する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出願で説明する発明の権利範囲に属する。

１００ 電池モジュール
１１０ 電池セル
１２０ 電池セル積層体
１３０ バスバーフレーム
１４０ 支え部
２００ モジュールフレーム

Claims (8)

1. 複数の電池セルが積層形成された電池セル積層体と、
   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を含み、
   前記バスバーフレームは、前記電池セル積層体の底面の少なくとも一部の領域を囲む支え部を含み、
   前記支え部は、前記バスバーフレームから電池セルの長手方向に延びた延長領域および前記延長領域上に形成されている突出領域を含み、
   前記突出領域によって前記支え部の一部区間が前記電池セル積層体の方に向かって突出しており、
   前記突出領域は、前記電池セル積層体における二つの電池セルの間の領域に対応する位置に形成されている、電池モジュール。
2. 前記突出領域は、少なくとも二つの突出領域を含み、前記少なくとも二つの突出領域は前記電池セルが積層されている方向と対応する方向に離隔している、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記突出領域は、前記支え部に形成された未成形区間と対応する位置に形成されている、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 前記突出領域は、前記延長領域上に少なくとも一つの層が積層されて形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
5. 前記突出領域は、前記延長領域上に少なくとも二つの層が積層されて形成され、前記延長領域に隣接する層の長さがより長く形成される、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記延長領域に隣接する層の長さは、前記電池セル積層体における二つの電池セルの間の領域と同じであるか、或いは、前記電池セル積層体における二つの電池セルの間の領域より短く形成される、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記延長領域の厚さは、前記突出領域が形成された位置における前記支え部の厚さより小さい、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
8. 請求項１から７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。

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