(57)【要約】  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、並んで互いに隣接して積層された電池セル組立体、前記電池セル組立体を収容するモジュールフレーム、前記電池セル組立体の長手方向の両端に位置して前記モジュールフレームと溶接結合されるエンドプレートを含み、前記エンドプレートは前記モジュールフレームと溶接結合される溶接部を含む本体部、および前記本体部のうち前記溶接部を除いた部分を被覆する絶縁コーティング部を含む。
2021532543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが、並んで互いに隣接して積層された電池セル組立体；
前記電池セル組立体を収容するモジュールフレーム；および
前記電池セル組立体の長手方向の両端に位置して前記モジュールフレームと溶接結合されるエンドプレート
を含み、
前記エンドプレートは、前記モジュールフレームと溶接結合される溶接部を含む本体部、および前記本体部のうち前記溶接部を除いた部分を被覆する絶縁コーティング部を含む、電池モジュール。
【請求項２】
前記エンドプレートは前記電池セル組立体と対向する内面と、前記内面と反対側に位置する外面を含み、前記絶縁コーティング部は前記内面上および前記外面上に位置する、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記絶縁コーティング部は、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂から選択された少なくとも一つを含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記絶縁コーティング部の厚さは、２０μｍ〜２００μｍである、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記絶縁コーティング部の厚さは、５０〜１４０μｍである、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記本体部は金属材料からなる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記金属材料は、鉄、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金から選択される少なくとも一つを含む、請求項６に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記本体部の厚さは１．０ｍｍ〜３．５ｍｍである、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記電池セル組立体の電極リードと電気的に連結されるバスバーをさらに含み、前記エンドプレートは前記バスバーを露出させる端子開口を含む、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記絶縁コーティング部は、前記端子開口を囲むように形成される、請求項９に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
前記バスバーが固定され、前記電池セル組立体と前記エンドプレートの間に位置するバスバーフレームをさらに含み、前記エンドプレートは前記バスバーフレームに直接隣接して配置される、請求項９または１０に記載の電池モジュール。
【請求項１２】
前記エンドプレートは、前記電池モジュールを外部と電気的に連結するための外部結合部をさらに含み、前記外部結合部では前記絶縁コーティング部が除去されて前記本体部が露出している、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項１３】
前記絶縁コーティング部は、前記内面側で前記電池セル組立体に向かって突出した一つ以上の突出部を含む、請求項２ないし１２のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一項による少なくとも一つの電池モジュール；および
前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケース
を含む、電池パック。
【請求項１５】
請求項１４による少なくとも一つの電池パックを含む、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１９年２月２６日付韓国特許出願第１０−２０１９−００２２７１９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。
【０００２】
本発明は、電池モジュールに関し、より具体的には絶縁性能を有するエンドプレートを含む電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
二次電池は製品群による適用容易性が高く、高いエネルギ密度などの電気的特性を有するので、携帯用機器だけでなく電気的駆動源によって駆動す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の使用にともなう副産物が全く発生しない点で環境に優しくエネルギ効率性の向上のための新たなエネルギ源として注目されていている。
【０００４】
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組立体を直列に連結した構造を有している。そして、前記単位セルは陽極および陰極集電体、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って反復的な充放電が可能である。
【０００５】
一方、近来エネルギ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るにつれ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。
【０００６】
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。前記電池パックに含まれる電池モジュールの個数、または電池モジュールに含まれる電池セルの個数は求められる出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
【０００７】
複数の電池モジュールを利用して電池パックを構成する場合、高いエネルギ密度のためにはできるだけ一つの電池モジュールが占める空間の大きさを減少させる必要があり、また安全性のためには電池モジュール内で部品間の十分な絶縁が確保されなければならない要求もある。しかし、絶縁性能の確保のために絶縁プレートなどプラスチック材質の部品を追加する場合、該当部品の大きさだけ電池モジュールの大きさも増加し、追加される部品の組み立てのための工程上の負担も増加し、反面、比較的剛性が低いプラスチック部品の比率が高くなり電池モジュール全体の剛性も低くなる問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するためのものであり、電池モジュール内で部品数を減少させて電池モジュールの大きさを減少させることによってエネルギ密度を高め、同時に十分な絶縁性能および電池モジュールの剛性も確保できる電池モジュールを提供する。
【０００９】
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、並んで互いに隣接して積層された電池セル組立体、前記電池セル組立体を収容するモジュールフレーム、前記電池セル組立体の長手方向の両端に位置して前記モジュールフレームと溶接結合されるエンドプレートを含み、前記エンドプレートは前記モジュールフレームと溶接結合される溶接部を含む本体部、および前記本体部のうち前記溶接部を除いた部分を被覆する絶縁コーティング部を含む。
【００１１】
前記エンドプレートは、前記電池セル組立体と対向する内面と、前記内面と反対側に位置する外面を含み、前記絶縁コーティング部は前記内面上および前記外面上に位置し得る。
【００１２】
前記絶縁コーティング部は、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂から選択された少なくとも一つを含み得る。
【００１３】
前記絶縁コーティング部の厚さは、２０μｍ〜２００μｍであり得る。
【００１４】
前記絶縁コーティング部の厚さは、５０μｍ〜１４０μｍであり得る。
【００１５】
前記本体部は金属材料からなり得る。
【００１６】
前記金属材料は、鉄、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金から選択される少なくとも一つを含み得る。
【００１７】
前記本体部の厚さは、１．０ｍｍ〜３．５ｍｍであり得る。
【００１８】
前記電池セル組立体の電極リードと電気的に連結されるバスバーをさらに含み、前記エンドプレートは前記バスバーを露出させる端子開口を含み得る。
【００１９】
前記絶縁コーティング部は、前記端子開口を囲むように形成され得る。
【００２０】
前記電池モジュールは前記バスバーが固定され、前記電池セル組立体とエンドプレートの間に位置するバスバーフレームをさらに含み、前記エンドプレートは前記バスバーフレームに直接隣接して配置され得る。
【００２１】
前記絶縁コーティング部は、前記内面側で前記電池セル組立体に向かって突出した一つ以上の突出部を含み得る。
【００２２】
本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記した少なくとも一つの電池モジュール、および前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケースを含み得る。
【００２３】
本発明の他の一実施形態によるデバイスは前記した少なくとも一つの電池パックを含み得る。
【発明の効果】
【００２４】
実施形態によれば、エンドプレートと電池セル組立体の間の絶縁のために備えられる絶縁カバーなどがなくとも、十分な絶縁性能を確保すると同時に電池モジュールのエネルギ密度上昇および電池モジュールの剛性向上を達成できる電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による電池モジュールのエンドプレートを示す図である。
【図３】エンドプレートの一部分を切って示す部分断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による電池モジュールを正面から見た図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるエンドプレートの一部分を切って示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、本発明が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した。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されるように示した。
【００２９】
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「の上に」または「上に」位置することを意味するものではない。
【００３０】
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。
【００３１】
図１は本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。
【００３２】
図１を参照すると、本実施形態による電池モジュール１００は複数の電池セル１１２が並んで互いに隣接して積層された電池セル組立体１１０とこれを収納して電池モジュール１００の外観を形成するモジュールフレーム１２０、および前記電池セル組立体１１０の長手方向の両端に位置し、前記モジュールフレーム１２０と溶接結合されるエンドプレート２００を含む。
【００３３】
前記電池セル組立体１１０は複数の電池セル１１２を含む二次電池の集合体である。電池セル組立体１１０は複数の電池セル１１２を含み得、それぞれの電池セルは電極リード１１４を含む。電池セル１１２は板状を有するパウチ型電池セルであり得るが、これに限定されるものではない。前記電極リード１１４は陽極リードまたは陰極リードであり、各電池セル１１２の電極リード１１４は端部が片方の方向に曲がり得、これによって隣接する他の電池セル１１２が有する電極リードの端部と当接し得る。互いに当接した２個の電極リード１１４は互いに溶接等により固定され得、これにより電池セル組立体１１０内部の電池セル１１２間の電気的連結が行われる。
【００３４】
複数の電池セル１１２は電極リード１１４が一側方向に整列するように垂直積層されて電池セル組立体１１０をなす。前記電池セル組立体１１０は電池セル組立体１１０の長手方向に開放された少なくとも一つの開口を有するモジュールフレーム１２０に収納される。この時、前記電極リード１１４は前記開口を介してモジュールフレーム１２０の外側に引き出され、電極リード１１４が引き出される方向で電池セル組立体１１０と結合するバスバーフレーム５０が含まれ得る。バスバーフレーム５０にはバスバー５１が外側に向かって固定され得、電池セル組立体１１０の電極リード１１４はバスバーフレーム５０に形成されたスリットを通過してバスバー５１と電気的に連結される。ここでバスバーフレーム５０は絶縁性素材、例えば非伝導性合成樹脂からなり、バスバー５１は伝導性の金属材料からなる。
【００３５】
また、電池モジュール１００は電池セル組立体１１０の上部でモジュールフレーム１２０の長手方向に延びて取り付けられ、電池セル１１２をセンシングするように構成された軟性印刷回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ，ＦＰＣＢ）４０を含む。さらに電池モジュール１００は各種電装部品を含み得、一例として内部回路基板（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ：ＩＣＢ）およびバッテリ管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）等を含み得る。前記ＩＣＢおよびＢＭＳボードなどの電装部品は前記複数の電池セルと電気的に連結され得る。
【００３６】
引き続き、図１に加えて図２ないし図４を参照してエンドプレート２００の構成について詳細に説明する。
【００３７】
図２は本発明の一実施形態による電池モジュール１００のエンドプレート２００を示す図面であり、図３はエンドプレート２００の一部分を切って示す部分断面図であり、図４は本発明の一実施形態による電池モジュール１００を正面から見た図である。
【００３８】
エンドプレート２００は電池セル組立体１１０の両端でバスバーフレーム５０を覆うことによりモジュールフレーム１２０の開口に結合され、この時モジュールフレーム１２０と溶接部２１１で溶接結合されて固定される。
【００３９】
エンドプレート２００は金属材質からなる本体部２１０とこのような本体部２１０の全面に被覆されて形成される絶縁コーティング部２２０を含む。この時、絶縁コーティング部２２０は前記溶接部２１１を除いた本体部２１０全体に被覆される。すなわち、図３に示すように、エンドプレート２００が電池セル組立体１１０と対向してバスバーフレーム５０と直接接触することになる内面２０１上だけでなく、内面２０１の反対側に位置して電池モジュール１００の外部に露出する部分である外面２０２に対応する部分上にも絶縁コーティング部２２０が位置する。
【００４０】
このような構成によって、エンドプレート２００と電池セル組立体１１０の間に追加の絶縁カバーまたは絶縁シートを備えなくても、エンドプレート２００の内側に位置する部品とエンドプレート２００間の十分な絶縁を維持することができる。
【００４１】
この時、前記絶縁コーティング部２２０はエポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂から選択された少なくとも一つを含み得る。また、絶縁コーティング部２２０の厚さ（すなわち、本体部２１０の表面にコートされた層の厚さ）は２０μｍ〜２００μｍであり得る。絶縁コーティング部２２０の厚さが２０μｍ未満であれば、十分な絶縁性能を得ることができず、２００μｍを超えるとその厚さが過度に厚くなって部品減少の効果を享受することができないので好ましくない。より好ましくは前記絶縁コーティング部２２０の厚さは５０μｍ〜１４０μｍであり得る。
【００４２】
前記本体部２１０は金属材質からなり、例えば鉄、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金から選択される少なくとも一つを含み得る。また、本体部２１０の厚さは１．０ｍｍ〜３．５ｍｍであり得る。本体部２１０の厚さが１．０ｍｍ未満であり、電池モジュール１００を外部の衝撃などから保護できる十分な剛性を確保できず、３．５ｍｍ超過であれば、その重量が過度に増加して電池モジュール１００全体の重量上昇を招くので好ましくない。
【００４３】
また、前記エンドプレート２００は、バスバーフレーム５０に外側に向かって固定されたバスバー５１が露出する端子開口２３０を含む。この時、端子開口２３０を囲むように絶縁コーティング部２２０が形成される。これによって、バスバー５１と金属材質の本体部２１０の間に十分な絶縁性能を確保することができ、特に十分な沿面距離を確保することができる。ここで沿面距離は、絶縁のために確保されなければならない距離として、二つの導体の間の絶縁体表面による距離である。本実施形態の構成によれば、絶縁コーティング部２２０がエンドプレート２００の内側２０１だけでなく外側２０２および端子開口２３０を囲む部分にすべて形成されているので、単にエンドプレート２００内側にのみ絶縁シートないしコーティングを配置した従来技術に比べてさらに長い沿面距離の確保が可能であり、したがって絶縁距離の確保のために絶縁シートないしコーティングの厚さを無理に増加させる必要がないため、設計マージンも向上することができる。
【００４４】
特に、従来には電池セル組立体１１０およびバスバーフレーム５０とエンドプレート２００間の絶縁のために別途の絶縁カバー（または絶縁シート）を備えたが、この場合本実施形態の構成に比べて一つの電池モジュール１００当たり２個以上の部品がさらに必要であり、また追加される部品の厚さだけ電池モジュール１００全体の厚さも増加するしかなかった。しかし、本実施形態によれば、エンドプレート２００の内側２０１および外側２０２に形成された絶縁コーティング部２２０により前述したように十分な絶縁性能の確保が可能であるので、絶縁カバー（または絶縁シート）を省略することができ、これにより電池モジュール１００全体の大きさも減少して結果的にエネルギ密度を上昇させることができる。
【００４５】
さらに、図４に示すように、本実施形態の構成によれば、バスバー５１周囲に絶縁のための射出物（例えば従来の絶縁カバーまたはバスバーフレーム）を外部に露出させる量を極端に減らすことができるために電池モジュール１００を外部の衝撃などからより効果的に保護することができる。すなわち、射出物が露出されなくても、エンドプレート２００の内側２０１および外側２０２に形成された絶縁コーティング部２２０により十分な絶縁距離が確保されるのでバスバー５１に対応する部分を除いた電池セル組立体１１０の正面全体をエンドプレート２００で覆う構成が可能である。この時、エンドプレート２００の内側には金属材質の本体部２１０が位置して優れた剛性を有するので、このようなエンドプレート２００により覆われる部分を増加させることによって電池モジュール１００の剛性を増加させることができる。
【００４６】
また、前記エンドプレート２００は、前記電池モジュール１００を外部と電気的に連結するための外部結合部２１２をさらに含み、前記外部結合部２１２では絶縁コーティング部２２０が除去されて前記本体部２１０が露出するように構成される。このような構成によって、外部との電気的連結を達成しながらも外部結合部２１２周囲に位置する絶縁コーティング部２２０により十分な絶縁性能を得ることができる。
【００４７】
一方、絶縁コーティング部２２０は、エンドプレート２００の内側２０１で電池セル組立体１１０に向かって突出した一つ以上の突出部２２１を含むこともできる。突出部２２１は電池セル組立体１１０と結合された部品と接触して電池セル組立体１１０とエンドプレート２００間の適切な距離を維持できるように構成されることができる。これによって、絶縁コーティング部２２０の全体の厚さはより薄くなり、かつ突出部２２１によってエンドプレート２００と電池セル組立体１１０の間の絶縁距離が確保できるため、より効果的に電池モジュール１００の全体重量を減少させて部品間の絶縁を確保することができる。
【００４８】
本実施形態のエンドプレート２００は、金属材質の本体部２１０全体に絶縁コーティング部２２０を形成した後、コンピュータ数値制御（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ：ＣＮＣ）加工によって必要な部分で絶縁コーティング部２２０を除去することによって製造されることができる。特にこの時、絶縁コーティング部２２０が除去される部分である溶接部および外部結合部２１２は他の構成との結合のために形成される部分であるため、精密なサイズ制御が重要であるが、ＣＮＣ加工により、このように必要なサイズ制御を精密に行うことができる。
【００４９】
このように、本発明の一実施形態によれば、エンドプレートの内面上および外面上に形成された絶縁コーティング部を備えることによって、絶縁のための追加の部品なしで十分な絶縁性能の確保が可能であり、電池モジュールの大きさを減少させて電池モジュールの剛性を向上させることができる。
【００５０】
一方、本発明の実施形態による電池モジュールは、一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成し得る。
【００５１】
上記説明した電池モジュールおよびそれを含む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されるが、本発明はこれに制限されず電池モジュールおよびそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
５０    バスバーフレーム
５１    バスバー
１００    電池モジュール
１１０    電池セルル組立体
１１２    電池セル
１１４    電極リード
１２０    モジュールフレーム
２００    エンドプレート
２０１    内面
２０２    外面
２１０    本体部
２１１    溶接部
２１２    外部結合部
２２０    絶縁コーティング部
２２１    突出部
２３０    端子開口
【図１】
2021532543.tif 000003
【図２】
2021532543.tif 000004
【図３】
2021532543.tif 000005
【図４】
2021532543.tif 000006
【図５】
2021532543.tif 000007
【国際調査報告】
2021532543.tif 000008
2021532543.tif 000009
2021532543.tif 000010
2021532543.tif 000011