JP2023511731A

JP2023511731A - 電池モジュールおよびそれを含む電池パック

Info

Publication number: JP2023511731A
Application number: JP2022546113A
Authority: JP
Inventors: ヒョン・ウク・ジョン
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2041-07-30
Also published as: KR20220039300A; WO2022065666A1; EP4099488A1; EP4099488A4; US20230013906A1; CN115516701A; JP7463016B2

Abstract

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されている電池セル積層体；前記電池セル積層体を収容するモジュールフレーム；および前記電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレートを含み、前記モジュールフレームと接する前記エンドプレートの両側下端コーナー部には排水路が形成される。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２０年９月２２日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１２２２９２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、より詳細にはバスバー間のショート防止のための電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関する。

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でエネルギ源として多くの関心を集めている。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に代える有力なエネルギ資源であって、エネルギ使用による副産物が発生しないため環境に優しいエネルギ源として脚光を浴びている。

最近二次電池のエネルギ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、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。

なお、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構成要素を追加して電池パックを構成することが一般的な方法である。

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、前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームおよび電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレートを含む。

図１は従来の電池モジュールの底部を示す斜視図である。図２は図１のＡ部分を拡大した図である。図３はエンドプレートの内側面を見た図である。

図１ないし図３を参照すると、従来の電池モジュールは、電池セル積層体を収容するモジュールフレーム２０および電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレート３０を含む。この時、図３に示すように、エンドプレートに別途の水分排出構造が存在しないことを確認できる。電池モジュールに水分排出構造が存在しない場合、外部から電池モジュール内部に水分が流入し得る。また、電池モジュール内部に流入した水蒸気が凝縮して凝縮水が発生し得る。また、電池セルから電解液が漏液してモジュールフレームの内側を漏液した電解液が占める。

このように電池モジュール内部に液体が発生する場合、電池セルと連結されたバスバーが液体によって浸漬され、浸漬されたバスバーが腐食することによりバスバー間のショート（ｓｈｏｒｔ）現象が発生し得る。ショート現象が発生する場合、ショートによる火災が発生し得、電池モジュールの性能が低下し得る。

本発明が解決しようとする課題は、電池モジュール内部の液体を排出する構造を含む電池モジュール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ことができる。

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を収容するモジュールフレーム；および前記電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレートを含み、前記モジュールフレームと接する前記エンドプレートの両側下端コーナー部には、排水路が形成される。

前記排水路が形成された部分を除いた前記エンドプレートと前記モジュールフレームが接する部分は、溶接で結合され得る。

前記排水路は、前記エンドプレートの下端外側コーナー部に向かって第１傾斜を有するように形成され、前記排水路と連結される前記エンドプレートの内側下端部は、前記排水路に向かって第２傾斜を有するように形成され得る。

前記第１傾斜は、前記第２傾斜より傾斜角がさらに大きくてもよい。

前記排水路は、前記エンドプレートの下端内側コーナー部で下端外側コーナー部に向かって形成され得る。

前記エンドプレートの縁には、前記モジュールフレームに向かって突出形成された枠部が形成され、前記排水路は前記枠部に形成され得る。

前記電池セル積層体と前記エンドプレートとの間には、絶縁カバーが形成され、前記エンドプレートの内側下端部は、前記絶縁カバーの下側に形成され得る。

前記電池セル積層体の前後面には、バスバーフレームが形成され、前記バスバーフレームは、前記エンドプレートの内側下端部の上側空間と連結され得る。

前記バスバーフレームの外側面には、複数のバスバーが取り付けられ、前記複数のバスバーは、前記内側下端部の上側空間と連結され得る。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記電池モジュールおよび前記電池モジュールの前記排水路と連結された排水装置を含み得る。

本発明の一実施形態による電池モジュールおよびそれを含む電池パックは、エンドプレートの両側下端コーナー部に排水路が形成されて電池モジュール内部の液体を外部に排出することができる。

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ることができる。

従来の電池モジュールの底部分を示す斜視図である。図１のＡ部分を拡大した図である。エンドプレートの内側面を見た図である。本発明の一実施形態による電池モジュールの底部分を示す斜視図である。図４のモジュールフレームの内部に挿入されている部品を示す図である。図４のＢ部分を拡大した図である。本発明の一実施形態によるエンドプレートの内側面を示す平面図である。本発明の一実施形態によるエンドプレートの内側面を示す斜視図である。

以下で説明される実施形態は発明の理解を深める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は異に多様に変形して実施できることが理解されなければならない。ただし、本発明を説明するにあたり関連する公知機能あるいは構成要素に係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はその詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付する図面は発明の理解を深めるために実際の縮尺のとおり図示されたものでなく一部構成要素の寸法を誇張して示す場合もある。

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ために使用できるが、構成要素は用語によって限定されるべきではない。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にのみ使用される。

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り、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意味を示さない限り、複数の表現を含む。本出願で「含む」、「からなる」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するためであり、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の可能性をあらかじめ排除しないものとして理解されなければならない。

以下、図４ないし図６を参照して本発明の一実施形態による排水路が形成された電池モジュールについて説明する。

図４は本発明の一実施形態による電池モジュールの底部分を示す斜視図である。図５は図４のモジュールフレームの内部に挿入されている部品を示す図である。図６は図４のＢ部分を拡大した図である。

図４ないし図６を参照すると、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されている電池セル積層体１００、電池セル積層体１００を収容するモジュールフレーム２００、電池セル積層体１００の前後面をカバーするエンドプレート３００を含む。

電池セルは二次電池として、パウチ型二次電池で構成される。このような電池セルは複数で構成され、複数の電池セル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１００を形成する。このような複数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み得る。

モジュールフレーム２００は電池セル積層体１００を収容する。モジュールフレーム２００によりモジュールフレーム２００の内部に収容された電池セル積層体１００を物理的に保護する。

バスバーフレーム５００は電池セル積層体１００の前後面をカバーするように形成され、電池セル積層体１００の前後面に位置して複数の電池セルから延長形成された電極リードと連結される。より詳細には、バスバーフレーム５００の外側面に取り付けられた複数のバスバー５１０にバスバーフレーム５００を貫通して延長した電極リードが結合されることによって電池セルとバスバー５１０との間に電気的に連結される。

エンドプレート３００は電池セル積層体１００を基準としてバスバーフレーム５００の外側にそれぞれ形成され、電池セル積層体１００およびバスバーフレーム５００をカバーするように形成される。バスバーフレーム５００は図８に示されたエンドプレート３００の内側下端部３１３と連結される。

エンドプレート３００は外部の衝撃からバスバーフレーム５００、電池セル積層体１００およびこれと連結された複数の電装品を保護し、同時に電池セル積層体１００と外部電源との電気的連結を案内する。エンドプレート３００とバスバーフレーム５００との間には図８に示された絶縁カバー４００が挿入される。絶縁カバー４００はバスバーフレーム５００と外部との電気的連結を遮断して電池モジュールの絶縁性能を確保する。

本実施形態によれば、モジュールフレーム２００と接するエンドプレート３００の両側下端コーナー部３１０には排水路Ｌが形成される。排水路Ｌを介して電池モジュール内部の液体を外部に排出することができる。

従来には電池モジュールに液体排出構造が別に設けられておらず、電池モジュールの内部に液体が集まる場合、電池セルと連結されたバスバーが液体によって浸漬され、浸漬されたバスバーが腐食することによりバスバー間のショート（ｓｈｏｒｔ）現象が発生し得る。ショート現象が発生する場合、ショートによる火災が発生し得、電池モジュールの性能が低下し得る。

そこで本実施形態によれば、エンドプレート３００の両側下端コーナー部３１０に排水路Ｌを形成し、排水路Ｌを介して電池モジュール内部の液体を外部に排出できるようにすることによって、バスバー間のショート現象を防止できる。また、バスバーを除いたモジュール内部の電装品が液体によって浸水する現象も防止できる。

以下、図６ないし図８を参照して、本発明の一実施形態による排水構造をより詳細に説明する。

図７は本発明の一実施形態によるエンドプレートの内側面を示す平面図である。図８は本発明の一実施形態によるエンドプレートの内側面を示す斜視図である。

図６ないし図８を参照すると、本実施形態による電池モジュールで、エンドプレート３００とモジュールフレーム２００が接する部分は溶接で結合される。図６に示すように、溶接ラインは排水路Ｌが形成された部分を除いて形成される。すなわち、エンドプレート３００とモジュールフレーム２００の結合時排水路Ｌが形成された部分を除いて残りの接する部分を溶接により結合させ得る。エンドプレート３００の両側下端コーナー部３１０とモジュールフレーム２００のコーナー部の部分は従来にも溶接が行われない部分であり、排水路Ｌの形成によりエンドプレート３００とモジュールフレーム２００との間の溶接結合力が低下しない。

図７および図８に示すように、排水路Ｌはエンドプレート３００の下端内側コーナー部３１１で下端外側コーナー部３１２に向かって第１傾斜Ｓ１を有するように形成される。また、排水路Ｌと連結されるエンドプレート３００の内側下端部３１３は排水路Ｌに向かって第２傾斜Ｓ２を有するように形成される。この時、第１傾斜Ｓ１は第２傾斜Ｓ２より傾斜角がさらに大きくてもよい。

本実施形態によれば、第２傾斜Ｓ２は２度の勾配が適用される。電池モジュールの内部に形成された液体が重力によってエンドプレート３００の内側下端部３１３に集まるが、この時、内側下端部３１３の第２傾斜Ｓ２が排水路Ｌが位置した方向に２度の傾斜を有するように形成されることによって、内側下端部３１３に集まった液体が内側下端部３１３を伝って流れて排水路Ｌに流入する。排水路Ｌの第１傾斜Ｓ１は内側下端部３１３の第２傾斜Ｓ２より傾斜角がさらに大きいので、排水路Ｌに流入した液体は第２傾斜Ｓ２で形成された排水路Ｌを伝って電池モジュールの外部に排出される。

エンドプレート３００の縁にはモジュールフレーム２００に向かって突出形成された枠部３２０が形成され、排水路Ｌは枠部３２０に形成される。図８を参照すると、排水路Ｌおよび内側下端部３１３の上側空間は絶縁カバー４００の下端部と連結される。したがって、絶縁カバー４００の表面にできた凝縮水などが重力によって絶縁カバー４００の表面を伝って絶縁カバー４００の下側に形成された内側下端部３１３上に流れた後、再び内側下端部３１３の第２傾斜Ｓ２を伝って排水路Ｌに流入し得る。

図５に示されたバスバーフレーム５００もまた、図７および図８に示された排水路Ｌおよび内側下端部３１３の上側空間と連結される。したがって、バスバーフレーム５００の表面にできた凝縮水などが重力によってバスバーフレーム５００およびバスバーフレーム５００の外側に取り付けられた複数のバスバー５１０の表面を伝ってバスバーフレーム５００の下側に形成された内側下端部３１３上に流れた後、再び内側下端部３１３の第２傾斜Ｓ２を伝って排水路Ｌに流入し得る。

図８を参照すると、電池モジュールの排水路Ｌの外には排水装置Ｄが形成される。排水装置Ｄは排水路Ｌと連結されて排水路Ｌに排出された液体を収集し、少なくとも一つの電池モジュールが取り付けられた電池パックの外部に前記液体を排出することができる。

前記電池パックは、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（ＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ；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できる多様なデバイスに適用することが可能であり、これもまた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、本発明は上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することなく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って多様な変形実施が可能であることは勿論であり、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別に理解されるべきではない。

２００モジュールフレーム
３００エンドプレート
３１０両側下端コーナー部
Ｌ排水路
３１１下端内側コーナー部
３１２下端外側コーナー部
３１３内側下端部
３２０枠部
４００絶縁カバー
５００バスバーフレーム
５１０バスバー
Ｄ排水装置
Ｓ１第１傾斜
Ｓ２第２傾斜

Claims

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を収容するモジュールフレーム；および
前記電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレートを含み、
前記モジュールフレームと接する前記エンドプレートの両側下端コーナー部には、排水路が形成される、電池モジュール。
前記排水路が形成された部分を除いた前記エンドプレートと前記モジュールフレームとが接する部分は、溶接で結合されている、請求項１に記載の電池モジュール。
前記排水路は、前記エンドプレートの下端外側コーナー部に向かって第１傾斜を有するように形成され、前記排水路と連結される前記エンドプレートの内側下端部は、前記排水路に向かって第２傾斜を有するように形成される、請求項１または２に記載の電池モジュール。
前記第１傾斜は、前記第２傾斜より傾斜角がさらに大きい、請求項３に記載の電池モジュール。
前記排水路は、前記エンドプレートの下端内側コーナー部で下端外側コーナー部に向かって形成された、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記エンドプレートの縁には、前記モジュールフレームに向かって突出形成された枠部が形成され、
前記排水路は、前記枠部に形成される、請求項１～５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と前記エンドプレートとの間には、絶縁カバーが形成され、
前記エンドプレートの内側下端部は、前記絶縁カバーの下側に形成される、請求項１～６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の前後面には、バスバーフレームが形成され、
前記バスバーフレームは、前記エンドプレートの内側下端部の上側空間と連結される、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
前記バスバーフレームの外側面には、複数のバスバーが取り付けられ、前記複数のバスバーは、前記内側下端部の上側空間と連結される、請求項８に記載の電池モジュール。
請求項１～９のいずれか一項に記載の電池モジュール；および
前記電池モジュールの前記排水路と連結された排水装置を含む、電池パック。