JP7062209B2 - 電池モジュールおよびこ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２０１９年６月１８日付韓国特許出願第１０－２０１９－００７２４９８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、電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものであって、より詳しくは、改善されたセンシング連結部材を含む電池モジュールに関するものである。

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ー源として多くの関心を受けている。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を代替することができる有力なエネルギー資源であって、エネルギー使用による副産物が発生しなくて環境に優しいエネルギー源として脚光を浴びている。

最近、二次電池のエネルギー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るにつれて、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。

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の構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。

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、電池セル積層体の両端にそれぞれ形成されるバスバーフレーム、両端のバスバーフレームを連結する連結部を含んで構成される。

図１は、従来の電池モジュールでのバスバーフレーム、両端のバスバーフレームを連結するカバープレートおよびカバープレート上に備えられた軟性回路基板（ＦＰＣ、Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）を示した図である。

図１を参照すれば、従来は両端のバスバーフレーム３０を軟性回路基板２０を通じて連結し、軟性回路基板２０の上端にカバープレート１０を設置して軟性回路基板２０の損傷を防止するようにした。

但し、図１に開示されているように、軟性回路基板２０が備えられたカバープレート１０によってその厚さだけ電池モジュールの高さも増加し、モジュールの重量が増加するという問題点がある。

このように電池モジュールの大きさが増加する場合、電池モジュールの設置時に設置空間がさらに多く必要であり、車両に電池モジュールを設置する場合、車両の走行性能を減少させるという問題点がある。

また、電池モジュールの重量が増加する場合、電池モジュールの活用性が全般的に減少し、同様に車両に重量のある電池モジュールを設置する場合、車両の走行性能が下落し燃費が減少するという問題点がある。

本発明の解決しようとする課題は、よりコンパクトであり単純な構造を有するセンシング連結部材を含む電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。

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はずである。

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およびこれを含む電池パックは、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の下部面および両側面を覆う下部フレーム、前記電池セル積層体の上部面を覆う上部フレーム、前記電池セル積層体の前後面にそれぞれ形成されるバスバーフレームおよび前記バスバーフレームを連結する連結部を含み、前記連結部はフレキシブルフラットケーブル（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ；ＦＦＣ）から形成され前記上部フレームと前記電池セル積層体の間に位置する。

前記連結部は、前記電池セル積層体の上側面に位置する連結本体、前記連結本体の両端でバスバーフレーム方向にそれぞれ折り曲げ形成された連結ケーブルおよび前記連結ケーブルと連結されて前記バスバーフレームとそれぞれ結合する連結ケーブルコネクタを含むことができる。

前記連結ケーブルコネクタは、前記バスバーフレームに形成された接続部と結合することができる。

前記連結ケーブルは、下側方向に形成された第１連結ケーブル、前記第１連結ケーブルから前記電池セル積層体の積層方向のうちの一方向に折り曲げ形成された第２連結ケーブル、および前記第２連結ケーブルから前記電池セル積層体の積層方向のうちの他方向に折り曲げ形成された第３連結ケーブルを含むことができる。

前記連結ケーブルは、軟性の平らな形態に形成できる。

前記バスバーフレームに形成された接続部は、前記第１連結ケーブルの一側に形成され前記第３連結ケーブルと連結された連結部コネクタと結合することができる。

前記接続部は前記第１連結ケーブルを基準にして前記第２連結ケーブルの反対側に形成され、前記第３連結ケーブルは前記第２連結ケーブルよりさらに長く形成され前記第３連結ケーブルと連結された連結部コネクタは前記接続部と結合することができる。

前記第１連結ケーブルと前記接続部の間の距離より前記第２連結ケーブルと第３連結ケーブルの長さの合計がさらに長くてもよい。

前記連結部の両側には二列に形成されたガイドラインが形成され、前記バスバーフレームは前記二列のガイドラインの間に配置されてもよい。

前記連結部は、前記複数の電池セルのうちの一つの電池セルの長さ方向と平行に形成できる。

前記連結部は、前記複数の電池セルのうちの一側の最外郭電池セルを基準にして１６番目の電池セルに対応する位置で前記電池セルの長さ方向と平行に形成できる。

前記連結部は、ガイドジグに形成された開口部を通じて前記バスバーフレームに結合できる。

前記連結部には連結部固定部が形成され、前記連結部は前記連結部固定部を通じて前記電池セル積層体に付着できる。

前記連結部固定部は前記連結部の両側下端に位置して前記連結部が前記電池セル積層体に付着されるようにすることができる。

本発明の一実施形態による電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、カバープレートの除去によって電池モジュールの高さが縮小されることにより、電池モジュール自体のエネルギー密度を増加させ電池モジュールの設置空間を確保し車両に電池モジュールまたは電池パック設置時、走行性能を向上させる効果がある。

また、本発明の一実施形態による電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、カバープレートの除去によって電池モジュールの重量が減少することによって、電池モジュールの活用性を強化することができ、車両に電池モジュール設置時、燃費を向上させる効果がある。

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はずである。

従来の電池モジュールでのバスバーフレーム、両端のバスバーフレームを連結するカバープレートおよびカバープレート上に備えられた軟性回路基板を示した図である。 本発明の一実施形態による連結部および周辺構成を示した図である。 図２の連結部とバスバーフレームを結合した様子を示した図である。 本発明の一実施形態による連結部を上側から見た図である。 図４のＡ部分を拡大した図である。 本発明の一実施形態による連結ケーブルを上面から見た図である。 本発明の一実施形態による連結ケーブルを側面から見た図である。 本発明の一実施形態による連結ケーブルがバスバーフレームに設置された様子を示した図である。 本発明の一実施形態によるガイドジグの様子を示した図である。

以下で説明される実施形態は発明の理解の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異なって多様に変形されて実施できるのが理解されなければならないはずである。但し、本発明を説明することにおいて、関連した公知の機能あるいは構成要素に関する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明にすることがあると判断される場合、その詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付された図面は発明の理解のために実際縮尺のとおり示されたのでなく、一部構成要素の寸法が誇張されて示される。

本出願で使用される第１、第２の用語は多様な構成要素を説明するのに使用できるが、構成要素は用語によって限定されてはならない。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としてのみ使用される。

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って、権利範囲を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で“含む”、“なる”または“構成される”などの用語は明細書上記載された特徴、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のを指定しようとするのであり、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の存在または付加可能性を予め排除しないと理解されなければならない。

以下、図２～図３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。

図２は、本発明の一実施形態による連結部および周辺構成を示した図である。図３は、図２の連結部とバスバーフレームが結合した様子を示した図である。

図２および図３を参照すれば、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１００が積層されている電池セル積層体、底面および両側面のＵ字型構造に形成されて電池セル積層体の下部面および両側面を覆う下部フレーム２１０、電池セル積層体の上部面を覆う上部フレーム２２０、電池セル積層体の前後面にそれぞれ形成されるバスバーフレーム３００およびバスバーフレームを連結する連結部４００を含む。

電池セル１００は二次電池であって、パウチ型二次電池から構成できる。このような電池セル１００は複数個で構成でき、複数の電池セル１００は相互電気的に連結されるように相互積層されて電池セル積層体を形成することができる。このような複数個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むことができる。

電池セル積層体は、下部面および両側面を覆う下部フレーム２１０、および上部面を覆う上部フレーム２２０で囲まれて形成される。この時、下部フレーム２１０上に電池セル積層体が挿入され、その後、上部フレームを通じて電池セル積層体の上側面を覆う方法で電池セル積層体がフレーム内部に装着できる。

下部フレーム２１０および上部フレーム２２０は互いに結合されてフレーム内部に位置した電池セル積層体を収容する。この時、二つのフレームは溶接によって接合でき、但し、フレームの接合方式はこれに限定されず、多様な実施形態によって実現できる。

電池セル積層体の前後面にはそれぞれバスバーフレーム３００が形成される。バスバーフレーム３００はバスバーおよびセル連結ボードを含み、複数個の電池セル１００の電極リードを電気的に連結することができるように前記電池セル積層体の両側面を覆って形成できる。

バスバーフレーム３００は、電池セル積層体の一側面に形成された第１バスバーフレーム３１０、電池セル積層体の他側面に形成された第２バスバーフレーム３２０から形成されて、電池セル積層体両側の電極リードをそれぞれ電気的に連結することができる。

第１、第２バスバーフレーム３１０、３２０にはそれぞれエンドプレート３１１、３１２が装着できる。エンドプレート３１１、３１２は外部の衝撃から第１、第２バスバーフレーム３１０、３２０に備えられた様々な電装品を保護し、同時に第１、第２バスバーフレーム３１０、３２０と外部電源間の電気的連結を案内することができる。エンドプレート３１１、３１２と第１、第２バスバーフレーム３１０、３２０の間には絶縁部材（図示せず）が挿入されて、バスバーフレーム３１０、３２０と外部との不必要な電気的連結を遮断することができる。

連結部４００は、第１、第２バスバーフレーム３１０、３２０の間に備えられて二つのバスバーフレームを電気的に連結する。従来は、バスバーフレームの間に軟性回路基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）が備えられ、二つのバスバーフレームが前記軟性回路基板を通じて連結され、軟性回路基板の上端には軟性回路基板の損傷を防止するようにカバープレートが設置された。しかし、本発明の一実施形態によれば、軟性回路基板を保護および支持していたカバープレートを除去し、軟性回路基板の代わりにカバープレートなどの保護部材を必要としない平らなケーブルから形成されたＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）から形成されたケーブルを使用して二つのバスバーフレームを連結する。

このようにＦＦＣによる二つのバスバーフレームの連結を通じて、電池モジュールの高さが縮小されバッテリー自体のエネルギー密度を増加させ、電池モジュールの設置空間確保が可能であり、自動車に電池モジュール設置時、走行性能および燃費を向上させることができる。

前述のように、本発明の一実施形態によってＦＦＣから形成された連結部４００は上部フレーム２２０と電池セル１００積層体の間に位置する。より詳しくは、電池セル１００積層体の上側面には絶縁部材（図示せず）が形成され、連結部４００は絶縁部材（図示せず）と上部フレーム２２０の間に位置する。

連結部４００は、複数の電池セル１００のうちの一つの電池セルの長さ方向と平行に形成できる。本発明の一実施形態によれば、連結部４００は、複数の電池セル１００のうちの一側の最外郭電池セルを基準にして１６番目の電池セルに対応する位置で前記電池セルの長さ方向と平行に形成できる。このように連結部の位置を電池セルのうちの一つと対応させることによって、連結部の組み立てがより容易に行われる。

連結部４００は軟質のケーブルから形成されて曲がることが可能であり、バスバーフレーム間の電気的連結のための回路はケーブル内部に挿入されているので、外部の衝撃に対処するのが容易である。

以下、図４～図５を参照して本発明の一実施形態による連結部について説明する。

図４は、本発明の一実施形態による連結部を上側から見た図である。図５は、図４のＡ部分を拡大した図である。

連結部４００は、複数の電池セル１００の長さ方向と平行に形成できる。これによって連結部４００の長さを最小化することができ、連結部製作にかかる原価を節減することができ、バスバーフレーム３００との連結時、垂直方向に容易に連結することができる。

連結部４００には連結部固定部４１１を形成することができる。連結部固定部４１１は連結部４００の両側下端に位置して電池セル積層体に付着されることによって、連結部４００を電池セル積層体に固定されるようにすることができる。

連結部４００の両側には二列に形成されたガイドラインＬを形成することができる。連結部４００を電池セル１００積層体の両端に備えられている第１、第２バスバーフレーム３１０、３２０と誤差範囲内の位置に連結するために、電池モジュールを上側から下側に見る時、第１、第２バスバーフレーム３１０、３２０が連結部４００の両側にそれぞれ形成された二列のガイドラインＬの間に位置するように結合することができる。ガイドラインＬを通じて連結部４００をバスバーフレーム３００に結合させることによって、より正確で安定的な連結部４００の装着が可能である。

本発明の一実施形態によれば、連結部４００は、電池セル１００積層体の上側面に位置する連結本体４１０、連結本体４１０の両端で第１、第２バスバーフレーム３１０、３２０方向にそれぞれ折り曲げ形成された連結ケーブル４２０および連結ケーブル４２０と連結されてバスバーフレーム３００とそれぞれ結合する連結部コネクタ４３０を含むことができる。

以下、図６～図９を参照して本発明の一実施形態による第１、第２、第３連結ケーブルおよび連結ケーブルコネクタの構成およびガイドジグによる連結部の装着について説明する。

図６は、本発明の一実施形態による連結ケーブルを上面から見た図である。図７は、本発明の一実施形態による連結ケーブルを側面から見た図である。図８は、本発明の一実施形態による連結ケーブルがバスバーフレームに設置された様子を示した図である。図９は、本発明の一実施形態によるガイドジグの様子を示した図である。

図６～図９を参照すれば、連結ケーブル４２０は、下側方向に形成された第１連結ケーブル４２１、第１連結ケーブル４２１から電池セル１００積層体の積層方向のうちの一方向に折り曲げ形成された第２連結ケーブル４２２、前記第２連結ケーブル４２２から電池セル１００積層体の積層方向のうちの他方向に折り曲げ形成された第３連結ケーブル４２３を含むことができる。連結ケーブル４２０は軟性の平らな形態に形成され、平らな面を中心にして折り曲げ設置することができる。

連結部コネクタ４３０は第３連結ケーブル４２３と連結されて、バスバーフレーム３００の一側に形成されている接続部４４０と結合することができる。より詳しくは、接続部４４０は第１連結ケーブル４２１を基準にして第２連結ケーブル４２２の反対側に形成され、第３連結ケーブル４２３は第２連結ケーブル４２２よりさらに長く形成される。

したがって、連結本体４１０と連結された連結ケーブル４２０は、まず、バスバーフレーム３００のフレーム面に沿って第１連結ケーブル４２１を通じて下側垂直方向に延長され、接続部４４０が位置した高さに至った時、第２連結ケーブル４２２を通じて９０度に折り曲げられて接続部４４０の反対方向に水平延長され、第２連結ケーブル４２２が所定の長さだけ延長された後、再び第３連結ケーブル４２３を通じて１８０度方向に折り曲げられて接続部４４０が位置した方向に水平延長される構造を有することができる。

また、第１連結ケーブル４２１と接続部４４０の間の距離より第２連結ケーブル４２２と第３連結ケーブル４２３の長さの合計がさらに長くてもよい。このように連結ケーブル４２０が折り曲げ部分を形成し、第２連結ケーブル４２２と第３連結ケーブル４２３が余分の長さを確保することによって、連結部４００が引っ張られる時、バスバー間の電気的連結ルートを安定的に運用することができる。

連結部４００をバスバーフレームに結合時、ガイドジグ４５０を用いて結合することができる。連結部４００の結合時、ガイドジグ４５０は電池セル積層体の上側部分に予め設定された位置に配置され、ガイドジグ４５０に形成された開口部４５０ａは連結部４００の結合位置および形態と対応する大きさで形成できる。

したがって、連結部４００の結合時、連結部４００をガイドジグ４５０の開口部４５０ａに内に挿入してバスバーフレーム３００に結合することができる。ガイドジグ４５０を用いて、連結部４００の結合位置を容易に把握することができ、連結部４００の精密で迅速な結合が可能である。

前述の電池モジュールは電池パックに含まれてもよい。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ってもよい。

前記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、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールを使用することができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。

以上では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、本発明は前述の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逸脱することなく当該発明の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な思想や展望から個別的に理解されてはならないはずである。

１００：電池セル
２１０：下部フレーム
２２０：上部フレーム
３００：バスバーフレーム
３１０：第１バスバーフレーム
３２０：第２バスバーフレーム
３１１、３１２：エンドプレート
４００：連結部
４１０：連結本体
４１１：連結部固定部
４２０：連結ケーブル
４２１：第１連結ケーブル
４２２：第２連結ケーブル
４２３：第３連結ケーブル
４３０：連結部コネクタ
４４０：接続部
４５０：ガイドジグ
４５０ａ：開口部

Claims (15)

1. 複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と、
   前記電池セル積層体の下部面および両側面を覆う下部フレームと、
   前記電池セル積層体の上部面を覆う上部フレームと、
   前記電池セル積層体の前後面にそれぞれ形成されるバスバーフレームと、
   前記バスバーフレームを連結する連結部と
   を含む電池モジュールであって、
   前記連結部はフレキシブルフラットケーブル（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ；ＦＦＣ）から形成され前記上部フレームと前記電池セル積層体の間に位置する、電池モジュール。
2. 前記連結部は、
   前記電池セル積層体の上側面に位置する連結本体と、
   前記連結本体の両端でバスバーフレーム方向にそれぞれ折り曲げ形成された連結ケーブルと、
   前記連結ケーブルと連結されて前記バスバーフレームとそれぞれ結合する連結部コネクタと
   を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記連結部コネクタは、前記バスバーフレームに形成された接続部と結合する、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記連結ケーブルは、
   下側方向に形成された第１連結ケーブルと、
   前記第１連結ケーブルから前記電池セル積層体の積層方向のうちの一方向に折り曲げ形成された第２連結ケーブルと、
   前記第２連結ケーブルから前記電池セル積層体の積層方向のうちの他方向に折り曲げ形成された第３連結ケーブルと
   を含む、請求項２又は３に記載の電池モジュール。
5. 前記連結ケーブルは、軟性の平らな形態に形成される、請求項２から４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
6. 前記バスバーフレームに形成された接続部は、前記第１連結ケーブルの一側に形成され前記第３連結ケーブルと連結された連結部コネクタと結合する、請求項４に記載の電池モジュール。
7. 前記接続部は前記第１連結ケーブルを基準にして前記第２連結ケーブルの反対側に形成され、前記第３連結ケーブルは前記第２連結ケーブルよりさらに長く形成され前記第３連結ケーブルと連結された連結部コネクタは前記接続部と結合する、請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記第１連結ケーブルと前記接続部の間の距離より前記第２連結ケーブルと前記第３連結ケーブルの長さの合計がさらに長い、請求項６又は７に記載の電池モジュール。
9. 前記連結部の両側には二列に形成されたガイドラインが形成され、
   前記バスバーフレームは前記二列のガイドラインの間に位置する、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
10. 前記連結部は、前記複数の電池セルのうちの一つの電池セルの長さ方向と平行に形成された、請求項１から９のいずれか一項に記載の電池モジュール。
11. 前記連結部は、前記複数の電池セルのうちの一側の最外郭電池セルを基準にして１６番目の電池セルに対応する位置で前記電池セルの長さ方向と平行に形成された、請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 前記連結部は、ガイドジグに形成された開口部を通じて前記バスバーフレームに結合される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池モジュール。
13. 前記連結部には連結部固定部が形成され、前記連結部は前記連結部固定部を通じて前記電池セル積層体に付着される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池モジュール。
14. 前記連結部固定部は、前記連結部の両側下端に位置して前記連結部が前記電池セル積層体に付着されるようにする、請求項１３に記載の電池モジュール。
15. 請求項１から１４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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