JP7399540B2 - 電池パックおよびこれを含むデバイス - Google Patents

Description

（関連出願（ら）との相互引用）
本出願は、２０２０年６月２２日付韓国特許出願第１０－２０２０－００７５９５５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組み含まれる。

本発明は、電池パックおよびこれを含むデバイスに関し、より具体的には絶縁性能を確保することができる電池パックおよびこれを含むデバイスに関する。

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においてエネルギー源として大きな関心を受けている。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せず、環境にやさ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の二次電池構造に対する必要性が高まり、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、複数個の電池セルを直列／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利用し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。

ただし、電池モジュールを利用して電池パックを構成する場合、電池セルを電池モジュール単位で製造した後、電池モジュール単位で製造された電池モジュールを再び電池パックに収納する２段階の組立過程が必要であり、全般的な製造工程が複雑になるという問題がある。

また、電池パック構造において絶縁性能は電池パックの安定性のために必須的に要求される性能であり、電池モジュール製造工程時に絶縁構造を電池モジュール内部に挿入する工程が追加的に必要である。この時、電池モジュール内部に絶縁構造を装着し、絶縁構造が装着された電池モジュールを再び電池パックに装着する過程で電池モジュールの組立工程が相当複雑になり、絶縁構造が複雑な内部構造の間に形成されることによって干渉が発生して基本的な絶縁性能の確保に困難を経験することがある。

本発明の解決しようとする課題は、電池パックの製造工程が単純化される電池パックおよびこれを含むデバイスを提供することにある。

また本発明の解決しようとする課題は、絶縁性能が向上する電池パックおよびこれを含むデバイスを提供することにある。

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。

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パックは、複数のモジュール領域を有する下部パックハウジング、前記モジュール領域に形成された熱伝導性樹脂層、および前記熱伝導性樹脂層の上側で前記複数のモジュール領域のそれぞれに装着されているセルブロックを含み、前記セルブロックは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、および前記電池セル積層体を囲む絶縁部材を含む。

前記セルブロックの上部を覆う上部パックハウジングをさらに含むことができる。

前記絶縁部材は、前記電池セル積層体で電極リードが形成された部分を除いた前記電池セル積層体の上下左右面を覆うことができる。

前記電池セル積層体の両側面および前記絶縁部材の間には側面プレートが位置することができる。

前記の側面プレートは、弾性部材で形成され得る。

前記の側面プレートは、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）で形成され得る。

前記の側面プレートは、射出成形され得る。

前記絶縁部材は、熱収縮チューブ（Ｈｅａｔ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ Ｔｕｂｅ）で形成され得る。

前記絶縁部材は、絶縁テープで形成され得る。

本発明の他の一実施形態によるデバイスは、前記電池パックを含む。

本発明の一実施形態による電池パックおよびこれを含むデバイスは、電池パックの組立工程および構造を簡素化することができ、電池パックを軽量化することができ、簡素化されたセルブロック単位で絶縁性能を確保し、電池パックの絶縁性能を向上させることができる。

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得るだろう。

本発明の一実施形態による電池パックを示す図面である。 図１のセルブロックを示す図面である。 図２のセルブロックを分解して示す分解斜視図である。 図２のＡ－Ａ部分を示す断面図である。 比較例として、Ｕ字形フレームを含む電池モジュールを示す分解斜視図である。 比較例として、上下左右面で形成されたモジュールフレームを含む電池モジュールを示す分解斜視図である。

以下で説明される実施形態は、発明の理解のために例示として示したものであって、本発明はここで説明される実施形態とは異なるように多様に変形して実施され得ることが理解されるべきである。ただし、本発明を説明するに当たり、関連した公知の機能あるいは構成要素に対す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、その詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付した図面は、発明の理解のために実際の縮尺のとおり図示されたものでなく、一部の構成要素の寸法が誇張して図示され得る。

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ことに使用され得るが、構成要素は用語により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のみで使用される。

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、文脈上明白に異なるように意味しない限り、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しようとするものであり、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ものと理解されるべきである。

以下、図１を参照して本発明の一実施形態による電池パックの全体的な構成について説明する。

図１は本発明の一実施形態による電池パックを示す図面である。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態による電池パックは、複数のモジュール領域を有する下部パックハウジング１００、前記モジュール領域に塗布された熱伝導性樹脂層３００、および熱伝導性樹脂層３００の上側で前記複数のモジュール領域のそれぞれに装着されているセルブロック４００を含む。図３を参照すれば、セルブロック４００は、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体４１０、および前記電池セル積層体を囲む絶縁部材４３０を含む。

下部パックハウジング１００は、複数のセルブロック４００を収容する。下部パックハウジング１００の複数のモジュール領域は、セルブロック４００の大きさと対応する大きさで形成され、複数のセルブロック４００は、複数のモジュール領域にそれぞれ位置付けられ得る。本実施形態によれば、複数のセルブロック４００は、電池セルの積層方向に沿って２列に配置され得る。

それぞれのモジュール領域の間には隔壁１１０が形成されて各モジュール領域の間を区画することができる。隔壁１１０は、モジュール領域に位置付けたセルブロック４００の側面と向き合うように形成され得る。下部パックハウジング１００およびこれに形成された隔壁１１０は、複数のセルブロック４００を外部の衝撃から保護することができる。

熱伝導性樹脂層３００は、下部パックハウジング１００の底面に形成され得る。熱伝導性樹脂層３００は、複数のモジュール領域のそれぞれに配置された複数のセルブロック４００から発生した熱を電池パックの外部に伝達することができる。熱伝導性樹脂層３００は、塗布された熱伝導性樹脂が硬化して形成され得る。セルブロック４００は、熱伝導性樹脂が硬化する前に複数のモジュール領域のそれぞれに安着することができる。熱伝導性樹脂層３００に伝達された熱は下部パックハウジング１００の下側を通じて外部に排出され得る。

本実施形態によれば、セルブロック４００の上部を覆う上部パックハウジング２００をさらに含むことができる。上部パックハウジング２００は、下部パックハウジング１００、および下部パックハウジング１００に形成された隔壁１１０と結合することができる。上部パックハウジング２００を通じて複数のセルブロック４００を上下方向に固定させ、外力から複数のセルブロックを保護することができる。

従来は電池セル積層体およびこれと連結された多様な部品を組み立てて電池モジュールを形成し、複数の電池モジュールが再び電池パックに収容される構造を採用していた。しかし、本実施形態による電池パックは、図１および図２に示されているように電池セル積層体４１０、および電池セル積層体を囲む絶縁部材４３０だけで形成されたセルブロック４００が電池パックを形成する下部パックハウジング１００に直ちに結合するモジュールレス（Ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造で形成されることによって、従来のように別途の電池モジュールを製造することなく、電池セル積層体が含まれているセルブロックと電池パックハウジング構造が直接結合した単純な構造の電池パック構造を形成することができる。これによって、全般的な電池パック製造工程が簡素化され、電池パックの製造費用が節減され、電池パックの重量が軽量化される効果を有することができる。

以下、図２乃至図４を参照して本発明の一実施形態による絶縁部材が形成された電池セル積層体について比較例と共に説明する。

図２は図１のセルブロックを示す図面である。図３は図２のセルブロックを分解して示す分解斜視図である。図４は図２のＡ－Ａ部分を示す断面図である。

図２乃至図４を参照すれば、本発明の一実施形態によるセルブロック４００は、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体４１０、および電池セル積層体４１０を囲む絶縁部材４３０を含む。

電池セルは、二次電池であって、パウチ型二次電池で構成され得る。このような電池セルは、複数個で構成することができ、複数の電池セルは互いに電気的に連結され得るように互いに積層されて電池セル積層体４１０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両端に突出形成された電極リードを含むことができる。

絶縁部材４３０は、電池セル積層体を囲むように形成される。より詳細には、図２を参照すれば、絶縁部材４３０は、電池セル積層体４１０で電極リード４１１が形成された部分を除いた電池セル積層体４１０の上下左右面を覆うことができる。絶縁部材４３０が電池セル積層体４１０を覆うことによって、電池セル積層体４１０の絶縁性能を確保することができる。

図５は比較例として、Ｕ字形フレームを含む電池モジュールを示す分解斜視図である。

図５を参照すれば、従来のＵ字形フレームを含む電池モジュールは、複数の電池セルが積層形成された電池セル積層体１０ａ、電池セル積層体１０ａを収容するＵ字形フレーム２０、電池セル積層体１０ａの上側を覆う上部プレート３０、電池セル積層体１０ａの前後面を覆うエンドプレート４０を含むことができる。

電池パック構造における絶縁性能は、電池パックの安定性のための必須の安全性能である。このような絶縁性能を確保するために、図５の電池セル積層体１０ａの上側面に電池セル上端部のそれぞれに絶縁テープＴが付着され、Ｕ字形フレーム２０の底面には絶縁フィルムＦが付着され得る。絶縁テープＴおよび絶縁フィルムＦを通じて電池セル積層体１０ａと外部との絶縁性能を確保することができる。

ただし、図５に示されているように、電池セルのそれぞれに個別的に絶縁テープＴを付着しなければならず、電池セル毎に絶縁テープを付着した後、電池セルを積層した電池セル積層体１０ａにバスバーフレーム１０ｂを含むセルブロックアセンブリー１０を組み立てなければならない。その後、Ｕ字形フレーム２０の底面に絶縁フィルムＦを付着し、セルブロックアセンブリー１０をＵ字形フレーム２０の内部に挿入した後、上部プレート３０とエンドプレート４０を組み立てる方式で電池モジュールを製作しなければならないため、絶縁性能の確保のために前述した複雑な製造工程が追加的に要求されるという問題がある。

また前記電池モジュールを電池パックに収納する過程が追加的に必要であるため、電池セルをモジュール単位で製造した後、モジュール単位で製造された電池モジュールを再び電池パックに収納する２段階の過程が必要であり、製造工程が複雑になるという問題がある。

図６は比較例として、上下左右面で形成されたモジュールフレームを含む電池モジュールを示す分解斜視図である。

図６を参照すれば、上下左右面で形成されたモジュールフレームを含む電池モジュールは、電池セル積層体およびバスバーフレームが結合したセルブロックアセンブリー１１とモジュールフレーム２１との間に絶縁コーティング層Ｃが挿入されて絶縁性能を確保することができる。しかし、このような絶縁コーティング層Ｃをモジュールフレーム２１の内壁に塗布する工程が追加的に必要である。また絶縁コーティング層Ｃの内部にセルブロックアセンブリー１１が挿入される時、挿入されるセルブロックアセンブリー１１と絶縁コーティング層Ｃ間の摩擦により絶縁コーティング層Ｃのコーティングが損傷する虞もある。

そこで、本実施形態によれば、比較例である図５に示されているように、電池モジュールを製造する工程および電池モジュールの内部に絶縁テープおよび絶縁フィルムを付着する工程を別途に要しないという長所がある。また本実施形態によれば、比較例である図６に示されているように、電池モジュールのモジュールフレーム上に絶縁コーティング層を塗布する工程を別途に要せず、絶縁部材４３０が囲まれたまま下部パックハウジング１００のモジュール領域に装着されることによって絶縁部材４３０が損傷する虞もないという長所がある。

また絶縁部材４３０を電池セル積層体４１０に囲むだけで十分であるため、製造工程が簡素化され、また絶縁部材４３０が電池セル積層体４１０に直接接触するように結合されることによって電池セル積層体４１０の直接絶縁が可能となり、絶縁性能が向上することができる。

また絶縁部材４３０は、図６に示されているように、電池セル積層体４１０の側面の周り方向を囲むように形成されて電池セル積層体４１０の動きを最小化し、電池セル積層体４１０を固定させる役割を果たすことができる。

本実施形態によれば、電池セル積層体４１０の両側面および絶縁部材４３０の間には側面プレート４２０が位置することができる。側面プレート４２０は、弾性部材で形成されて電池セル積層体４１０の膨れ（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）を吸収することができる。本実施形態によれば、側面プレート４２０は、弾性のあるゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）材料で形成されることができ、射出成形されて一定水準の強度を確保することができる。

絶縁部材４３０は、熱収縮チューブ（Ｈｅａｔ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ Ｔｕｂｅ）で形成され得る。熱収縮チューブで形成された絶縁部材を通じて、電池セル積層体４１０の絶縁機能を確保すると同時に、温度上昇時にチューブが収縮して電池セル積層体４１０としっかりと結合して電池セル積層体４１０を固定させることができる。

この他にも絶縁部材４３０は、絶縁テープでも形成され得る。絶縁テープが電池セル積層体４１０と接着されることによって電池セル積層体４１０を固定させることができる。

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。

前記電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。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得るが、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逸脱せずに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り多様な変形実施が可能であることはもちろん、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。

１０ａ：電池セル積層体
１００：下部パックハウジング
１１０：隔壁
２００：上部パックハウジング
３００：熱伝導性樹脂層
４００：セルブロック
４１０：電池セル積層体
４１１：電極リード
４２０：側面プレート
４３０：絶縁部材
Ｔ：絶縁テープ

Claims (9)

1. 複数のモジュール領域を有する下部パックハウジング、
   前記モジュール領域に形成された熱伝導性樹脂層、および
   前記熱伝導性樹脂層の上側で前記複数のモジュール領域のそれぞれに装着されているセルブロックを含み、
   前記セルブロックは、
   複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、および
   前記電池セル積層体を囲む絶縁部材を含み、
   前記電池セル積層体の両側面および前記絶縁部材の間には側面プレートが位置し、
   前記電池セル積層体の上面及び下面は前記絶縁部材と接触しており、
   前記側面プレートが前記電池セル積層体中の前記複数の電池セルの積層方向に直交する方向に配置されている電池パック。
2. 前記セルブロックの上部を覆う上部パックハウジングをさらに含む、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記絶縁部材は、前記電池セル積層体で電極リードが形成された部分を除いた前記電池セル積層体の上下左右面を覆っている、請求項１または２に記載の電池パック。
4. 前記の側面プレートは、弾性部材で形成されている、請求項３に記載の電池パック。
5. 前記の側面プレートは、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）で形成されている、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記の側面プレートは、射出成形されている、請求項３に記載の電池パック。
7. 前記絶縁部材は、熱収縮チューブ（Ｈｅａｔ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ Ｔｕｂｅ）で形成されている、請求項１～６の何れか一項に記載の電池パック。
8. 前記絶縁部材は、絶縁テープで形成されている、請求項１～６の何れか一項に記載の電池パック。
9. 請求項１～８の何れか一項に記載の電池パックを含むデバイス。

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