JP2021521603A - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体に連結されたバスバーフレーム、前記電池セル積層体に含まれている前記複数の電池セルのうち、互いに隣接する電池セルからそれぞれ突出したセルテラス、前記セルテラスからそれぞれ突出する電極リード、および前記電極リードのうち、互いに隣接する電極リードの間に配置され、前記バスバーフレームに形成された隔壁を含み、前記隔壁は、前記電池セル積層体に含まれている前記複数の電池セルのうち、最外側電池セルから突出した第１セルテラスと、前記最外側電池セルの直ぐ隣りの電池セルから突出した第２セルテラスとの間に位置する最外側隔壁を含む。
Description
関連出願（ら）との相互引用
本出願は、２０１８年１２月６日付韓国特許出願第１０−２０１８−０１５６１４５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。
本出願は、２０１８年１２月６日付韓国特許出願第１０−２０１８−０１５６１４５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、電池モジュールに関し、より具体的に接触防止のためのバスバーフレーム形状を有する電池モジュールに関する。
製品群による適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源により駆動される電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点から、環境親和性およびエネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されていている。
前記電気自動車などに適用される電池パックは、高出力を得るために複数の単位セルを含む多数のセルアセンブリーを直列に連結した構造を有している。そして、前記単位セルは、正極および負極集電体、セパレータ、活物質、電解液などを含んで構成要素間の電気化学的反応により反復的な充放電が可能である。
一方、近年、エネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量構造に対する必要性が高まりながら、多数の二次電池が直列および／または並列に連結された多数の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先に構成し、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。
従来の電池モジュールは、相互積層される複数個の電池セル、および複数個の電池セルの電極リードを電気的に連結するバスバーアセンブリーを含んで構成される。ここで、バスバーアセンブリーは、それぞれの電池セルの電極リードを個別的に通過させるリードスロットを備えたバスバーフレーム、およびバスバーフレームに装着され、リードスロットの個数に対応するように備えられるバスバースロットを備え、バスバースロットを通過した電極リードと溶接などで連結されるバスバーを含んで構成される。
しかし、従来の電池モジュールでは、セルテラスと電池セルの個数が増えればその分電極リードの個数も増加し、電極リードとセルテラス形状がコンパクトになる場合が発生するため、隣接する電極リードとセルテラス周縁が接触することがある。
図１は従来の電池モジュールにおけるバスバーフレームを示した図面である。図２は図１の「Ａ」領域の拡大図である。具体的に、図２ａは電極リード４０とセルテラス３０周縁が接触する可能性を示す断面図であり、図２ｂは電極リード４０とセルテラス３０周縁が接触することを防止するために絶縁テープ６０を付着したものを示す断面図である。
図１を参照すると、複数の電池セル１０が積層され、電池セル１０を覆うパウチから延長されたセルテラス３０から突出する電極リード４０が少なくとも一つ接触して一つのリードスロットを通過している。
図２ａを参照すると、隣接するセルテラス３０の間の間隔が電池セル１０から遠くなることによって次第に狭くなる構造を有する時、電極リード４０とセルテラス３０周縁が近接するようになり、これらが接触することがある。電極リード４０とセルテラス３０周縁が接触すると、セルテラス３０が電位を帯びるようになって電池セル１０の寿命が低下したりパウチが腐蝕されることがある。
図２ｂを参照すると、先に言及した電極リード４０とセルテラス３０周縁の接触を防止するために別途の絶縁テープ６０を付着することができる。しかし、絶縁テープ６０を付着する方式は追加費用および工程が発生し、付着位置が適切でなければ依然として接触が発生する可能性がある。また、絶縁テープ６０の接着力を永久的に維持することができず、絶縁テープ６０が離脱する可能性も発生する。
本発明が解決しようとする課題は、バスバーフレームの外側で電極リードがこれに隣接したセルテラス周縁に接しないようにする電池モジュールを提供することにある。
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されずに本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張され得る。
本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、前記電池セル積層体に連結されたバスバーフレーム、前記電池セル積層体に含まれている前記複数の電池セルのうち、互いに隣接する電池セルからそれぞれ突出したセルテラス、前記セルテラスからそれぞれ突出する電極リード、および前記電極リードのうち、互いに隣接する電極リードの間に配置され、前記バスバーフレームに形成された隔壁を含み、前記隔壁は、前記電池セル積層体に含まれている前記複数の電池セルのうち、最外側電池セルから突出した第１セルテラスと、前記最外側電池セルの直ぐ隣りの電池セルから突出した第２セルテラスとの間に位置する最外側隔壁を含む。
前記最外側隔壁は、折り曲げ構造を有することができる。
前記バスバーフレームには、前記電極リードを離隔させる複数のパスガイダーが形成されており、前記最外側隔壁は、前記バスバーフレームの最外側に位置する２個のパスガイダーの間に配置されてもよい。
前記電極リードは、前記バスバーフレームに形成されたリードスロットに挿入され、前記第１セルテラスから突出した電極リードと前記第２セルテラスの端部は、前記最外側隔壁により離隔が維持されてもよい。
前記隔壁は、前記バスバーフレームに形成された複数のパスガイダーのうち、互いに隣接するパスガイダーの間に一つずつ配置されてもよい。
前記第１セルテラスから突出した電極リードと前記第２セルテラスから突出した電極リードの極性が全て負極であってもよい。
互いに同一の極性を有する前記電極リードが突出して出る前記第１セルテラスと前記第２セルテラスの間の間隔は、前記電極リードが突出して出る方向に沿って次第に狭くなってもよい。
前記最外側隔壁の折り曲げ構造は、前記第１セルテラスと前記第２セルテラスの間の間隔が狭くなる方向に折り曲げられてもよい。
前記隔壁を間に置いて互いに隣接する電極リードは、前記バスバーフレームに形成されたリードスロットを通過して前記バスバーフレームの後面で接触して連結されてもよい。
前記電池セル積層体に含まれている前記複数の電池セルのうち、最外側電池セルから中間の電池セルに行くほど前記隔壁の曲がった角度が次第に小さくなってもよい。
前記最外側電池セルから突出する前記第１セルテラスは、前記最外側電池セルの直ぐ隣りの電池セルから突出した前記第２セルテラスよりも曲がった構造を有することができる。
前記電極リードは、前記バスバーフレームに形成されたリードスロットに挿入され、互いに隣接するセルテラスの端部のうちの一つの端部と、他の一つの端部に連結された電極リードとは、前記隔壁により離隔が維持されてもよい。
互いに同一の極性を有する前記電極リードが突出して出る前記セルテラスは、前記電極リードが突出して出る方向に沿って間隔が狭くなってもよい。
本発明の他の一実施例による電池パックは、前述した電池モジュールを含む。
本発明の他の一実施例によるデバイスは、前述した電池パックを含む。
実施例によれば、バスバーフレーム最外側に隔壁を形成して電極リードがこれに隣接したセルテラス周縁に接触しないようにして、パウチ腐蝕とセル寿命が低下する現象を防止する電池モジュールを実現することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施例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することができるように詳細に説明する。本発明は、多様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例に限定されない。
本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明が必ず図示されたところに限定されるのではない。図面において、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した。そして図面において、説明の便宜のために、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、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、明細書全体において、「平面状」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面状」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。
図３は本発明の一実施例による電池モジュールに含まれるバスバーフレームを示す平面図である。図４は図３の「Ｂ」領域における電池セル積層体とバスバーフレームの連結部位を示す拡大図である。
図３および図４を参照すると、本発明の一実施例による電池モジュールに含まれているバスバーフレーム５００は、パスガイダー２６０を含み、バスバーフレーム５００には複数のリードスロット５１０が形成されている。リードスロット５１０は、後述する電極リードが挿入される開口部であり得る。
パスガイダー２６０は、複数個が備えられてもよい。ここで、複数個のパスガイダー２６０は複数個のリードスロット５１０の個数に対応するように備えられてもよい。バスバーフレーム５００の両側最外側に位置するパスガイダー２６０は、互いに連結された第１枝部２６０ａと第２枝部２６０ｂを含み、バスバーフレーム５００と後述する電池セル積層体とバスバーフレーム５００が連結される方向であるｙ方向と第１枝部２６０ａは平行である。これに反し、第２枝部２６０ｂはｙ方向からｘ方向に傾いた斜線形状を有する。
互いに隣接するパスガイダー２６０の間に隔壁５３０が形成されている。隔壁５３０は、隣接するパスガイダー２６０の間に最少１個形成されてもよく、狭い空間に隔壁５３０が多数形成されれば工程が複雑になり得る。したがって、パスガイダー２６０の間に隔壁５３０は１個形成され、隔壁５３０を間に置いて２個のリード電極が１個のリードスロット５１０を通過する構造が好ましい。本実施例で隔壁５３０は、バスバーフレーム５００に形成された複数のパスガイダー２６０のうち、互いに隣接するパスガイダー２６０の間に１個ずつ配置されてもよい。
リードスロット５１０には負極の電極リード１６０が挿入されてもよい。負極の電極リード１６０は、銅で形成され得るため、セルテラス１３５と接触して腐蝕を起こす可能性が高い。１個のリードスロット５１０に挿入される電極リード１６０は複数個であってもよく、リードスロット５１０に形成された隔壁５３０により複数の電極リード１６０が分離されて挿入されてもよい。電極リード１６０がリードスロット５１０を通過した後、バスバーと共にレーザ溶接を通じて電気的に連結されてもよい。電極リード１６０の挿入構造は、電池セルの直列および並列連結構造の設計変更により多様に変形されてもよい。
図５は図３の「Ｃ」領域における電池セル積層体とバスバーフレームの連結部位を示す拡大図である。
図３および図５を参照すると、本実施例による電池モジュールは、電池セル積層体１０５に連結されたバスバーフレーム５００を含み、電池セル１００から突出したセルテラス１３５、およびセルテラス１３５から突出した電極リード１６０を含む。
バスバーフレーム５００には、電極リード１６０を離隔させる複数のパスガイダー２６０が形成されており、バスバーフレーム５００の最外側に位置する２個のパスガイダー２６０の間に最外側隔壁５３０ｐが形成されている。最外側隔壁５３０ｐは、電池セル積層体１０５に含まれている電池セル１００のうち最外側電池セル１００ｐから突出した第１セルテラス１３５ａと、最外側電池セル１００ｐの直ぐ隣りの電池セル１００から突出した第２セルテラス１３５ｂとの間に位置する。最外側隔壁５３０ｐは、折り曲げ構造を有することができる。第１セルテラス１３５ａは、第２セルテラス１３５ｂよりも曲がった構造を有することができる。
本実施例において第１セルテラス１３５ａから突出した電極リード１６０と第２セルテラス１３５ｂから突出した電極リード１６０の極性は全て負極であってもよい。互いに同一の極性を有する電極リード１６０が突出して出る第１セルテラス１３５ａと第２セルテラス１３５ｂの間の間隔は、電極リード１６０が突出して出る方向に沿って次第に狭くなる。最外側隔壁５３０ｐの折り曲げ構造は、第１セルテラス１３５ａと第２セルテラス１３５ｂの間の間隔が狭くなる方向に折り曲げられてもよい。
図６は図３のバスバーフレームを含む電池モジュールを示す平面図である。図６の左側上段図面は電池セル積層体１０５にバスバーフレーム５００が装着された構造を上方から見た平面図であり、左側下断図面は前記構造を正面から見た正面図であり、右側図面は正面図の一部分を拡大した図面である。
これによって、複数個の電池セル１００のうち隣接する電極リード１６０は、２個ずつ対をなした後、それぞれのパスガイダー２６０を通じて電極リード１６０がリードスロット５１０を通過して電極リード１６０群を形成することができる。この時、パスガイダー２６０と隔壁５３０の間に１個の電極リード１６０が配置されてもよい。隔壁５３０はｙ方向と平行な方向に長く伸びた形状を有する。ただし、最外側隔壁５３０ｐは第１セルテラス１３５ａと第２セルテラス１３５ｂの間の間隔が狭くなる方向に折り曲げられる折り曲げ構造を有することができる。
バスバーフレーム５００の最外側部分で構造的に、最外側電池セル１００ｐから突出する第１セルテラス１３５ａは、バスバーフレーム５００の中心部に位置する電池セル１００から突出するセルテラス１３５に比べて最外側電池セル１００ｐから伸びる時に多く折り曲げられる構造である。したがって、第１セルテラス１３５ａから突出する電極リード１６０が、第２セルテラス１３５ｂと接触する可能性が高くなる。電極リード１６０と第２セルテラス１３５ｂが接触するようになると、セルテラス１３５を含むパウチケースが腐蝕し、セルテラス１３５が電位を帯びるようになって電池セル１００の寿命が低下することがある。
これと関連して本実施例によれば、最外側隔壁５３０ｐにより第１セルテラス１３５ａから突出した電極リード１６０と第２セルテラス１３５ｂの端部との離隔が維持され得る。それだけでなく、隔壁５３０により互いに隣接するセルテラス１３５の端部のうちの一つの端部と、他の一つの端部に連結された電極リード１６０との離隔が維持され得る。複数の電池セル１００のそれぞれの電極リード１６０が突出した方向に沿って間隔が狭くなるセルテラス１３５が形成される。セルテラス１３５は電池ケース本体が延長された部分であってもよい。
パスガイダー２６０は、隣接する２個の電池セル１００のそれぞれの電極リード１６０が延長されるようにするセルテラス１３５を形成する前に、電極リード１６０がリードスロット５１０を通過するようにガイドするためのものであって、バスバーフレーム５００の一側に形成されてもよい。具体的にバスバーフレーム５００は、電池セル１００から離隔して位置するバスバーフレーム５００の後面内側にパスガイダー２６０を備えることができる。
このようなパスガイダー２６０は、リードスロット５１０を通過する前に２個の電極リード１６０およびこれを含むケース本体１３２の延長部が互いに近づけるようにバスバーフレーム５００の後面で所定のガイド空間を形成することができる。このために、前記ガイド空間の幅はバスバーフレーム５００の後方（ｙ軸方向）からリードスロット５１０を備えたバスバーフレーム５００の前方（−ｙ軸方向）に行くほど狭くなってもよい。
図７は本発明の他の一実施例による電池モジュールに含まれているバスバーフレームを示す図面である。
図７を参照すると、本実施例による電池モジュールに含まれるバスバーフレームは、前述した図５の実施例と同一であるが、電池モジュールをデバイスに装着するためのホール６５０がバスバーフレーム５００に形成されている。
このように、バスバーフレーム５００の最外側に本実施例による電池モジュールが車両のようなデバイスに装着されるためのホール６５０が形成されると、このようなホール６５０の形成空間が設けなければならない。そのために、最外側電池セル１００ｐが他の電池セル１００に比べて構造的に多く折り曲げられるため、第１セルテラス１３５ａから突出する電極リード１６０が、第２セルテラス１３５ｂと接触する可能性が高くなる。このような構造で本実施例による隔壁５３０ｐの役割がより重要になり得る。
図８は本発明の他の一実施例による電池モジュールにおいて電池セル積層体とバスバーフレームの連結部位を示す平面図である。
図８で説明する実施例は、図３乃至図６で説明した実施例とほぼ同一であるが、隔壁５３０の形状の一部に差がある。以下では相違点を中心として説明し、差がある部分を除き、図３乃至図６を参照して説明した内容は本実施例に適用され得る。
図８を参照すると、電池セル積層体に含まれている電池セル１００のうち、最外側電池セル１００ｐから中間の電池セル１００に行くほど隔壁５３０の曲がった角度が次第に小さくなってもよい。
前述した電池モジュールは、電池パックに含まれてもよい。電池パックは、本実施例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、電池モジュールを用い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。
以上で本発明の好ましい実施例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のではなく、特許請求の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多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１３５：セルテラス
１６０：電極リード
２６０：パスガイダー
５００：バスバーフレーム
５１０：リードスロット
１６０：電極リード
２６０：パスガイダー
５００：バスバーフレーム
５１０：リードスロット
Claims (15)
- 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に連結されたバスバーフレーム、
前記電池セル積層体に含まれている前記複数の電池セルのうち、互いに隣接する電池セルからそれぞれ突出したセルテラス、
前記セルテラスからそれぞれ突出する電極リード、および
前記電極リードのうち、互いに隣接する電極リードの間に配置され、前記バスバーフレームに形成された隔壁を含み、
前記隔壁は、前記電池セル積層体に含まれている前記複数の電池セルのうち、最外側電池セルから突出した第１セルテラスと、前記最外側電池セルの直ぐ隣りの電池セルから突出した第２セルテラスとの間に位置する最外側隔壁を含む電池モジュール。 - 前記最外側隔壁は、折り曲げ構造を有する、請求項１に記載の電池モジュール。
- 前記バスバーフレームには、前記電極リードを離隔させる複数のパスガイダーが形成されており、前記最外側隔壁は、前記バスバーフレームの最外側に位置する２個のパスガイダーの間に配置される、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
- 前記電極リードは、前記バスバーフレームに形成されたリードスロットに挿入され、前記第１セルテラスから突出した電極リードと前記第２セルテラスの端部は、前記最外側隔壁により離隔が維持される、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。
- 前記隔壁は、前記バスバーフレームに形成された複数のパスガイダーのうち、互いに隣接するパスガイダーの間に一つずつ配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記第１セルテラスから突出した電極リードと前記第２セルテラスから突出した電極リードの極性が全て負極である、請求項１から５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 互いに同一の極性を有する前記電極リードが突出して出る前記第１セルテラスと前記第２セルテラスの間の間隔は、前記電極リードが突出して出る方向に沿って次第に狭くなる、請求項６に記載の電池モジュール。
- 前記最外側隔壁の折り曲げ構造は、前記第１セルテラスと前記第２セルテラスの間の間隔が狭くなる方向に折り曲げられた、請求項７に記載の電池モジュール。
- 前記隔壁を間に置いて互いに隣接する電極リードは、前記バスバーフレームに形成されたリードスロットを通過して前記バスバーフレームの後面で接触して連結される、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。
- 前記電池セル積層体に含まれている前記複数の電池セルのうち、前記最外側電池セルから中間の電池セルに行くほど前記隔壁の曲がった角度が次第に小さくなる、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。
- 前記最外側電池セルから突出する前記第１セルテラスは、前記最外側電池セルの直ぐ隣りの電池セルから突出した前記第２セルテラスよりも曲がった構造を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記電極リードは、前記バスバーフレームに形成されたリードスロットに挿入され、互いに隣接するセルテラスの端部のうちの一つの端部と、他の一つの端部に連結された電極リードとは、前記隔壁により離隔が維持される、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。
- 互いに同一の極性を有する前記電極リードが突出して出る前記セルテラスは、前記電極リードが突出して出る方向に沿って間隔が狭くなる、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。
- 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を含む電池パック。
- 請求項１４に記載の電池パックを含むデバイス。
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