JP2021530854A

JP2021530854A - 電池パックおよびそれを含むデバイス

Info

Publication number: JP2021530854A
Application number: JP2021523542A
Authority: JP
Inventors: ダフン・カン; ジェ・ヒョン・ジュ; ジス・ユン; キョンホ・ソ
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2021-11-11
Anticipated expiration: 2040-02-17
Also published as: KR102423608B1; JP7062211B2; CN112585806B; WO2020171500A1; CN112585806A; EP3813145A1; US20210336307A1; KR20200100433A; EP3813145A4; US11996571B2

Abstract

本発明の一実施形態による電池パックは、一つ以上の電池セルが積層されて形成された電池モジュール；前記電池モジュールの上面上に位置する上部フレーム；前記電池モジュールの一側面上に位置する第１側面フレーム；および前記第１側面フレームに対向するように、前記電池モジュールの他側面上に位置する第２側面フレームを含み、前記上部フレームは、前記上部フレームの一端部に位置する一つ以上の第１ヒンジ部を含み、前記第１側面フレームは、前記第１側面フレームの上部縁に位置し、前記第１ヒンジ部と締結される一つ以上の第１ポールを含み、前記第１ヒンジ部には前記第１ポールが挿入される第１開口が形成され、前記第１開口は、前記上部フレームと垂直な方向および前記上部フレームと平行する方向の間を向くように傾いて形成される。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１９年２月１８日付韓国特許出願第１０−２０１９−００１８７２１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、電池パックおよびそれを含むデバイスに関し、より具体的には電池モジュールを含む電池パックおよびそれを含むデバイスに関する。

現代社会では携帯電話、ノートブック、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化されることにより、前記のようなモバイル機器と関連する分野の技術に対する開発が活発に行われている。また、充放電が可能な二次電池は化石燃料を使用する従来のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案として、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ−ＨＥＶ）等の動力源として利用されているため、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

現在、商用化された二次電池としてはニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあるが、そのうちリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起きず充放電が自由で、自己放電率が非常に低くエネルギ密度が高い長所により脚光を浴びている。

このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された陽極板と陰極板がセパレータを間に置いて配置された電極組立体と、電極組立体を電解液と共に密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。

一般にリチウム二次電池は外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池に分類することができる。

小型機器に利用される二次電池の場合、２−３個の電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに利用される二次電池の場合は、多数の電池セルを電気的に接続した電池パックが利用される。

このような電池パックには普通多数の二次電池が含まれ、このような多数の二次電池は互いに直列および並列に連結されることによって容量および出力を向上させる。このような電池パックは、多数の二次電池、すなわち電池セルが積層された形態で備えられた電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙｍｏｄｕｌｅ）、電池モジュールを内部空間に収納する電池モジュールフレーム（Ｂａｔｔｅｒｙｍｏｄｕｌｅｆｒａｍｅ）およびそれを囲むハウジング（Ｈｏｕｓｉｎｇ）を含む。

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、電池パックを構成する電池モジュールフレーム間の結合力を向上させ、耐久性が向上した電池パックおよびそれを含むデバイスを提供することにある。

本発明の一実施形態による電池パックは、一つ以上の電池セルが積層されて形成された電池モジュール；前記電池モジュールの上面上に位置する上部フレーム；前記電池モジュールの一側面上に位置する第１側面フレーム；および前記第１側面フレームに対向するように、前記電池モジュールの他側面上に位置する第２側面フレームを含み、前記上部フレームは、前記上部フレームの一端部に位置する一つ以上の第１ヒンジ部を含み、前記第１側面フレームは、前記第１側面フレームの上部縁に位置し、前記第１ヒンジ部と締結される一つ以上の第１ポールを含み、前記第１ヒンジ部には前記第１ポールが挿入される第１開口が形成され、前記第１開口は前記上部フレームと垂直な方向および前記上部フレームと平行する方向の間を向くように傾いて形成される。

前記第１開口は、前記電池モジュールに対向するように、内側に傾いて形成され得る。

前記第１開口は、前記電池モジュールに対向する領域を向くように、外側に傾いて形成され得る。

前記上部フレームは、前記第１ヒンジ部に対向する端部に位置する一つ以上の第２ヒンジ部を含み、前記第２側面フレームは、前記第２側面フレームの上部縁に位置し、前記第２ヒンジ部と締結される一つ以上の第２ポールを含み、前記第２ヒンジ部には前記第２ポールが挿入される第２開口が形成され、前記第２開口は前記上部フレームと垂直な方向および前記上部フレームと平行する方向の間を向くように傾いて形成され得る。

前記第１開口および前記第２開口は互いに対向する方向に傾いて形成され得る。

前記第１開口および前記第２開口は互いに逆方向に傾いて形成され得る。

前記第１開口は前記上部フレームと平行する方向から６０度〜７０度の角度を形成し得る。

前記第１ヒンジ部は二つ以上であり、前記上部フレームの一端部に沿って離隔して位置し、前記第１ポールは二つ以上であり、前記第１側面フレームの上部縁に沿って離隔して位置し得る。

前記第１ポールを前記第１ヒンジ部に締結するために、前記第１開口の間隔は前記第１ポールの直径より小さくてもよい。

本発明の実施形態によれば、ヒンジ部に形成された開口の方向を調節することによって、電池モジュールフレーム間の結合力を向上させ、耐久性が向上した電池パックを提供することができる。

本発明の一実施形態による電池パックの斜視図である。図１の電池パックに対する分解斜視図である。図２の上部フレームおよび第１側面フレームを拡大して示す部分図である。図３の上部フレームおよび第１側面フレームに対する断面図である。比較例による上部フレームおよび第１側面フレームを拡大して示す部分図である。図５の上部フレームおよび第１側面フレームに対する断面図である。本発明の他の一実施形態による上部フレームおよび第１側面フレームを拡大して示す部分図である。図７の上部フレームおよび第１側面フレームに対する断面図である。

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に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又は類似する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、本発明は必ずしも図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拡大して示す。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、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「の上に」または「上に」あるという時、これは他の部分の「真上に」ある場合だけでなくその中間にまた他の部分がある場合も含む。逆にある部分が他の部分の「真上に」あるという時には中間に他の部分が存在しないことを意味する。また、基準になる部分「の上に」または「上に」あるということは基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力逆方向に向かって「上に」または「上に」位置することを意味するものではない。

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」という時、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。

図１は本発明の一実施形態による電池パック１００の斜視図であり、図２は図１の電池パック１００に対する分解斜視図である。

図１および図２を参照すると、本発明の一実施形態による電池パック１００は、一つ以上の電池セルが積層された形態で備えられた電池モジュール３００、電池モジュール３００の上面上に位置する上部フレーム４００、電池モジュール３００の一側面上に位置する第１側面フレーム５００および第１側面フレーム５００に対向するように電池モジュール３００の他側面上に位置する第２側面フレーム６００を含む。

また、電池パック１００は対向する側面があいたまま電池モジュール３００を囲むハウジング２００および前記両側面を覆うカバー２１０を含み得る。

また、電池パック１００は、第１側面フレーム５００と第２側面フレーム６００上に配置され、電池モジュール３００を構成する電池セルの電極リードと連結された複数のバスバー７００を含み得る。

一方、複数のバスバー７００とカバー２１０の間に絶縁カバー９００が配置され得、上部フレーム４００の上面上にフレキシブル回路基板８００が配置され得る。

図３は図２の上部フレーム４００および第１側面フレーム５００を拡大して示す部分図面であり、図４は図３の上部フレーム４００および第１側面フレーム５００に対する断面図である。具体的には、図３は上部フレーム４００および第１側面フレーム５００が締結される前を示し、図４は上部フレーム４００および第１側面フレーム５００が締結された後を示す。

図３および図４を参照すると、上部フレーム４００は一つ以上の第１ヒンジ部４１０を含み、第１側面フレーム５００は一つ以上の第１ポール５１０を含む。

第１ヒンジ部４１０は上部フレーム４００の一端部に位置し、第１ポール５１０は第１側面フレーム５００の上部縁に位置する。

第１ポール５１０は円筒形棒が第１側面フレーム５００と平行する方向に延びている形態であり、第１ヒンジ部４１０には第１ポール５１０が挿入される第１開口４２０が形成される。特に、第１ヒンジ部４１０の内部は第１ポール５１０が位置できる空間があり、第１開口４２０の間隔は第１ポール５１０の直径より小さいので、第１ヒンジ部４１０と第１ポール５１０がヒンジ（Ｈｉｎｇｅ）結合をなすことができる。これにより、上部フレーム４００と第１側面フレーム５００の結合がなされる。

また、第１ヒンジ部４１０は二つ以上であり得、上部フレーム４００の一端部に沿って離隔して位置し得る。同様に、第１ヒンジ部４１０と締結される第１ポール５１０も二つ以上であり得、第１側面フレーム５００の上部縁に沿って離隔して位置し得る。第１ヒンジ部４１０と第１ポール５１０が二つ以上であれば、上部フレーム４００と第１側面フレーム５００がより堅固に結合され得ることはもちろんである。

この時、本実施形態による第１開口４２０は上部フレーム４００と垂直な方向および上部フレーム４００と平行する方向の間を向くように傾いて形成される。具体的には、図４を再び参照すると、第１開口４２０は電池モジュールに対向するように、内側に傾いて形成され得る。

具体的には、第１開口４２０は、上部フレーム４００と平行する方向からの角度Ｘが６０度〜７０度を形成するように傾いて形成され得る。それによって、重力方向に対する第１ヒンジ部４１０と第１ポール５１０との間の係止量Ａが増加したことを確認することができる。ここで重力方向は上部フレーム４００と垂直な方向のうち下降する方向を意味する。

図５は比較例による上部フレーム４０および第１側面フレーム５０を拡大して示す部分図面であり、図６は図５の上部フレーム４０および第１側面フレーム５０に対する断面図である。具体的には、図５は上部フレーム４０および第１側面フレーム５０が締結される前を示し、図６は上部フレーム４０および第１側面フレーム５０が締結された後を示す。

図５および図６を参照すると、比較例による上部フレーム４０は一つ以上のヒンジ部４１を含み、第１側面フレーム５０はポール５１を含む。ヒンジ部４１に上部フレーム４０と垂直な方向を向く開口４２が形成されたことを除くと、先立って説明した本発明の一実施形態と同じ構成を有するので、重複する部分に対しては説明を省略する。

比較例によるヒンジ部４１の開口４２は、従来のヒンジ結合の締結方式として、開口４２が上部フレーム４０と垂直な方向を向くように形成されている。具体的には、開口４２と上部フレーム４０と平行する方向の間の角度Ｙが９０度を形成する。

図４および図６を共に参照すると、重力方向を基準に、本実施形態による第１ヒンジ部４１０と第１ポール５１０の間の係止量Ａは比較例によるヒンジ部４１とポール５１の間の係止量Ｂより増加したことを確認することができる。すなわち、第１ヒンジ部４１０の第１開口４２０が所定の角度に傾いて形成されることによって、締結角度だけでなく、ヒンジ結合の係止量が増加する。したがって、従来より上部フレーム４００と第１側面フレーム５００の間の結合程度が向上してフレームが分離する現象を防止することができる。

一方、上で述べたように、第１開口４２０は、上部フレーム４００と平行する方向からの角度Ｘが６０度〜７０度を形成するように傾いて形成され得る。前記角度Ｘが７０度を超えると、重力方向を基準とした１ヒンジ部４１０と第１ポール５１０の間の係止量が充分でなくフレーム間の分離を防止することができない。反面、前記角度Ｘが６０度未満であれば、重力方向と垂直な方向に対する係止量が減少し、同様にフレーム間の分離を防止できなくなる。

一方、具体的に示していないが、図２の第２側面フレーム６００にも、第１側面フレーム５００と相互同一ないし類似の構成を適用することができる。すなわち、第２側面フレーム６００はその上部縁に位置する第２ポールを含み得、上部フレーム４００は第１ヒンジ部４１０に対向する端部に位置する一つ以上の第２ヒンジ部を含み得る。具体的には、第２ヒンジ部には前記第２ポールが挿入される第２開口が形成され得、前記第２開口は上部フレーム４００と垂直な方向および上部フレーム４００と平行する方向の間を向くように傾いて形成され得る。

ただし、第２開口は電池モジュールに対向するように、内側に傾いて形成されることが好ましい。すなわち、上部フレーム４００の互いに対向する端部に位置する第１ヒンジ部４１０および第２ヒンジ部において、第１ヒンジ部４１０の第１開口４２０と第２ヒンジ部の第２開口は互いに対向する方向に傾いて形成されることが好ましい。第１ヒンジ部４１０と第２ヒンジ部の締結方向が互いに対向するので、上部フレーム４００に特定方向に力が作用しても、互いに対向する締結方向が相互補完の関係をなし、第１側面フレーム５００と第２側面フレーム６００に対する上部フレーム４００の結合程度がより向上することができる。

図７は本発明の他の一実施形態による上部フレーム４００および第１側面フレーム５００を拡大して示す部分図面であり、図８は図７の上部フレーム４００および第１側面フレーム５００に対する断面図である。具体的には、図７は上部フレーム４００および第１側面フレーム５００が締結される前を示し、図８は上部フレーム４００および第１側面フレーム５００が締結された後を示す。

以下では、本発明の他の一実施形態について説明する。

図７および図８を参照すると、上部フレーム４００は第１ヒンジ部４１１を含み、第１側面フレーム５００は第１ポール５１０を含む。第１ヒンジ部４１１に形成された第１開口４２１の傾いた方向を除いては、他の構成は先立って説明した本発明の一実施形態と相互同一ないし類似するので、これに関する説明は省略する。

本発明の他の一実施形態による第１開口４２１は上部フレーム４００と垂直な方向および上部フレーム４００と平行する方向の間を向くように傾いて形成されているが、図７および図８のように、電池モジュールに対向する領域を向くように外側に傾いて形成され得る。

第１開口４２１は、上部フレーム４００と平行する方向からの角度Ｘ’が６０度〜７０度を形成するように傾いて形成され得、これによって、重力方向に対する第１ヒンジ部４１１と第１ポール５１０の間の係止量Ａ’が増加し得る。

一方、具体的に示していないが、第１側面フレーム５００に対向する第２側面フレームが上部フレーム４００の側面上に配置され得、第２側面フレームの上部縁に一つ以上の第２ポールが形成され、上部フレーム４００に第２ポールと締結される第２ヒンジ部が形成され得る。この時、第２ヒンジ部が第１ヒンジ部４１１に対向する上部フレーム４００の端部に位置することはもちろんである。

第２ヒンジ部には前記第２ポールが挿入される第２開口が形成され得、前記第２開口は上部フレーム４００と垂直な方向および上部フレーム４００と平行する方向の間を向くに傾いて形成され得る。

ただし、第２開口は電池モジュールに対向する領域を向くように、外側に傾いて形成されることが好ましい。すなわち、上部フレーム４００の互いに対向する端部に位置する第１ヒンジ部４１１および第２ヒンジ部において、第１ヒンジ部４１１の第１開口４２１と第２ヒンジ部の第２開口は互いに逆方向に傾いて形成されることが好ましい。第１ヒンジ部４１１と第２ヒンジ部の締結方向が互いに背を向ける形態であるので、上部フレーム４００に特定方向に力が作用しても、互いに反対である締結方向が相互補完の関係をなし、第１側面フレーム５００と第２側面フレームに対する上部フレーム４００の結合程度がより向上することができる。

上述した電池パックは多様なデバイスに適用することができる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用され得るが、これに制限されず二次電池を使用できる多様なデバイスに適用可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態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、次の請求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。

４０上部フレーム
４１ヒンジ部
４２開口
５０第１側面フレーム
５１ポール
１００電池パック
２００ハウジング
３００電池モジュール
４００上部フレーム
４１０第１ヒンジ部
４２０第１開口
５００第１側面フレーム
５１０第１ポール
６００第２側面フレーム

Claims

一つ以上の電池セルが積層されて形成された電池モジュール；
前記電池モジュールの上面上に位置する上部フレーム；
前記電池モジュールの一側面上に位置する第１側面フレーム；および
前記第１側面フレームに対向するように、前記電池モジュールの他側面上に位置する第２側面フレームを含み、
前記上部フレームは、前記上部フレームの一端部に位置する一つ以上の第１ヒンジ部を含み、
前記第１側面フレームは、前記第１側面フレームの上部縁に位置し、前記第１ヒンジ部と締結される一つ以上の第１ポールを含み、
前記第１ヒンジ部には前記第１ポールが挿入される第１開口が形成され、
前記第１開口は、前記上部フレームと垂直な方向および前記上部フレームと平行する方向の間を向くように傾いて形成された電池パック。
前記第１開口は、前記電池モジュールに対向するように、内側に傾いて形成された請求項１に記載の電池パック。
前記第１開口は、前記電池モジュールに対向する領域を向くように、外側に傾いて形成された請求項１に記載の電池パック。
前記上部フレームは、前記第１ヒンジ部に対向する端部に位置する一つ以上の第２ヒンジ部を含み、
前記第２側面フレームは、前記第２側面フレームの上部縁に位置し、前記第２ヒンジ部と締結される一つ以上の第２ポールを含み、
前記第２ヒンジ部には前記第２ポールが挿入される第２開口が形成され、
前記第２開口は、前記上部フレームと垂直な方向および前記上部フレームと平行する方向の間を向くように傾いて形成された請求項１〜３の何れか一項に記載の電池パック。
前記第１開口および前記第２開口は、互いに対向する方向に傾いて形成された請求項４に記載の電池パック。
前記第１開口および前記第２開口は、互いに逆方向に傾いて形成された請求項４に記載の電池パック。
前記第１開口は、前記上部フレームと平行する方向から６０度〜７０度の角度を形成する請求項１〜６の何れか一項に記載の電池パック。
前記第１ヒンジ部は二つ以上であり、前記上部フレームの前記一端部に沿って離隔して位置し、
前記第１ポールは二つ以上であり、前記第１側面フレームの前記上部縁に沿って離隔して位置する請求項１〜７の何れか一項に記載の電池パック。
前記第１ポールを前記第１ヒンジ部に締結するために、前記第１開口の間隔は前記第１ポールの直径より小さい請求項１〜８の何れか一項に記載の電池パック。
請求項１〜９の何れか一項による電池パックを含むデバイス。