(57)【要約】  本発明によるバッテリーモジュールは、中空構造で形成されたモジュールケースと、前記モジュールケース内に配置され、一方向に積層された二次電池セルからなるセル積層体と、前記二次電池セルを電気的に連結する複数のバスバー、及び前記二次電池セルの電圧をセンシングするセンシング部材が所定の位置に組み立てられ、前記セル積層体の外周に設けられて前記セル積層体と一体的に前記モジュールケース内に挿入配置されるバスバーフレームとを含み、前記バスバーフレームは、前記セル積層体の長手方向に配置される水平フレームと、前記水平フレームの両端部にヒンジ結合され、前記セル積層体の前面部及び後面部に高さ方向に配置される一対の垂直フレームとを含む。
2021501447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空構造で形成されたモジュールケースと、
前記モジュールケース内に配置され、一方向に積層された複数の二次電池セルからなるセル積層体と、
前記複数の二次電池セルを電気的に連結する複数のバスバー、及び前記二次電池セルの電圧をセンシングするセンシング部材が所定の位置に組み立てられ、前記セル積層体の外周に設けられて前記セル積層体と一体的に前記モジュールケース内に挿入配置されるバスバーフレームと
を含み、
前記バスバーフレームは、
前記セル積層体の長手方向に配置される水平フレームと、前記水平フレームの両端部にヒンジ結合され、前記セル積層体の前面部及び後面部に高さ方向に配置される一対の垂直フレームとを含む、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記一対の垂直フレームは、
一方向に沿って予め決められた間隔を置いて前記二次電池セルの電極リードが通過するように貫設された複数のスロット部と、前記スロット部同士の間に設けられる組立ガイド部とを含み、
前記組立ガイド部には、前記バスバー、及び前記センシング部材に連結される印刷回路基板が選択的に取り付けられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記組立ガイド部は、前記バスバーが取り付けられる複数の第１組立ガイド部と、前記印刷回路基板が取り付けられる第２組立ガイド部とを含み、前記第２組立ガイド部は前記一対の垂直フレームのいずれか一方に設けられる、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記第１組立ガイド部及び前記第２組立ガイド部は、前記バスバーまたは前記印刷回路基板の面積に対応するサイズで形成されたボディを含み、前記ボディは、横断面が弧状になるように前記セル積層体に対向する方向に湾曲した形状を有する、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記ボディは、前記セル積層体の一側から少なくとも前記二次電池セルのテラスの長さよりも遠い距離に位置するように湾曲し、前記ボディと前記セル積層体の一側との間には所定の衝撃緩衝空間が設けられる、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記複数のバスバーは所定の厚さを有する四角形の金属板状に形成されており、
前記第１組立ガイド部は前記バスバーの下端角部分を囲む形態で収容する角受け部材を備え、前記一対の垂直フレームは前記第１組立ガイド部の上部に設けられる係止顎を備え、
前記バスバーは、下端角部分が前記角受け部材に嵌められて前記第１組立ガイド部に配置され、上端部が前記係止顎に係止されて位置固定される、請求項３から５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記第１組立ガイド部は、
前記ボディで囲まれた内側の空いた空間を区切るリブをさらに含み、前記バスバーの一面は前記リブに接触して支持される、請求項４または５に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記印刷回路基板は、電子素子が前記ボディで囲まれた内側空間に収容されるように第２組立ガイド部に配置される、請求項４、５、または７に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
前記第２組立ガイド部は、前記ボディの内側面で前記印刷回路基板に向かう方向に突出するように設けられた少なくとも１つの支柱をさらに含み、
前記印刷回路基板は、前記少なくとも１つの支柱に対応する個数の孔を備え、前記少なくとも１つの支柱を嵌め込んで前記第２組立ガイド部に固定される、請求項４、５、７、または８に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
前記一対の垂直フレームのいずれか一方は、前記印刷回路基板が取り付けられたフロントフレームと定義され、前記一対の垂直フレームの他方はリアフレームと定義され、
前記センシング部材は、
前記フロントフレームに位置した前記バスバーに連結されて前記二次電池セルの電圧をセンシングする第１電圧センシングユニットと、前記リアフレームに位置した前記バスバーに連結されて前記二次電池セルの電圧をセンシングする第２電圧センシングユニットとを含み、
前記第１電圧センシングユニット及び前記第２電圧センシングユニットは、前記印刷回路基板に連結され、前記第２電圧センシングユニットは、複数のワイヤ、ＦＦＣ及びＦＰＣＢのうち１つで形成された伝送部材を介して前記印刷回路基板に連結される、請求項２から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１１】
前記水平フレームは前記セル積層体の上部に配置され、前記伝送部材は前記水平フレームの下面に取り付けられる、請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１２】
前記一対の垂直フレームの上端部上に前記水平フレームの両側の終端部が置かれ、前記水平フレームの両側の終端部のうち一部分は、前記一対の垂直フレームの上端部に接触しないように他の部分より薄く設けられて前記伝送部材が引き出し可能な開口を形成する、請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも１つ以上含むバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、構造的安全性及び組立性が改善されたバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックに関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年４月２５日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００４８０５５号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
小型モバイル機器には１台の装置あたり一つまたは二つ、三つの二次電池セルが使用される一方、自動車などのような中型・大型装置には高出力・大容量の必要性から、多数の二次電池セルを電気的に連結した中型・大型バッテリーモジュールが使用され、このようなバッテリーモジュールを多数連結して具現したバッテリーパックも使用される。
【０００４】
電気自動車の場合、バッテリーモジュールが一般に車体またはトランク空間に搭載される。したがって、電気自動車用バッテリーモジュール／パックは、体積はなるべく小さく、エネルギー密度は非常に高くなければならず、振動及び衝撃が続く環境でも構造的安定性を維持できなければならない。そのため、電気自動車用バッテリーモジュールの構成には、積層し易く体積対比エネルギー密度の高いパウチ型二次電池セルが多く使用されている。
【０００５】
パウチ型二次電池セルは、電極端子の機能を果たす電極リードが薄型の金属シート状のものとして提供されるため、パウチ型二次電池セルから構成されたバッテリーモジュールは、上記電極リードを容易且つ安定的に連結する手段として金属板状のバスバーを含む。上記バスバーは、一般に、ボード（ｂｏａｒｄ）形態のバスバーフレーム上に一定のパターンで取り付けられる。
【０００６】
そして、パウチ型二次電池セルから構成されたバッテリーモジュールは、一部の二次電池セルで過電圧、過電流または過発熱が生じた場合、それをセンシングし制御するための多数のワイヤ、印刷回路基板、コネクタなどのような電圧センシング部品、そしてパウチ型二次電池セルを収納して保護するためのモジュールケースを含んで構成される。
【０００７】
一方、電気自動車用バッテリーモジュールを設計するときは、外部の衝撃に対する安全性を最も重要なものとして考慮しなければならない。パウチ型二次電池セルは機械的剛性が低いが、パウチ型二次電池セルのうち電極リードが突出している部分は特に衝撃に弱い。上記電極リードが突出している部分にバスバーフレームが取り付けられるが、従来のバッテリーモジュールでは、外部から衝撃が加えられると、バスバーフレームが二次電池セルに向かって反るか又は割れてしまい、上記電極リードが突出している部分に直接当たって二次電池セルに損傷を与えることがある。したがって、外部衝撃を受けた際に、バスバーフレームが変形しても二次電池セルの損傷を最小化することのできるバスバーフレームが求められる。
【０００８】
また、上記電圧センシング部品は、二次電池セルの数に比例するため、部品数が多く連結構造が複雑である。中型・大型バッテリーモジュールは、これら電圧センシング部品によってバッテリーモジュール内の組立空間に制約が生じ、特にセンシングワイヤの場合、外部の衝撃によってワイヤが切れて各種の事故を引き起こすおそれもある。そこで、上記電圧センシング部品を二次電池セルと共に安全且つ空間効率的にモジュールケースの内部に配置できる方策が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであって、バスバーフレーム及びモジュールケースの空間を効率的に活用してバスバー、印刷回路基板及び電圧センシング部品を組み立てることで、コンパクトなサイズのバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
また、二次電池セルとの組立性を向上させ、外部衝撃の際に二次電池セルの損傷を最小化できるバスバーフレームを備えたバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、中空構造で形成されたモジュールケースと、前記モジュールケース内に配置され、一方向に積層された二次電池セルからなるセル積層体と、前記二次電池セルを電気的に連結する複数のバスバー、及び前記二次電池セルの電圧をセンシングするセンシング部材が所定の位置に組み立てられ、前記セル積層体の外周に設けられて前記セル積層体と一体的に前記モジュールケース内に挿入配置されるバスバーフレームとを含み、前記バスバーフレームは、前記セル積層体の長手方向に配置される水平フレームと、前記水平フレームの両端部にヒンジ結合され、前記セル積層体の前面部及び後面部に高さ方向に配置される一対の垂直フレームとを含む、バッテリーモジュールが提供される。
【００１２】
前記一対の垂直フレームは、一方向に沿って予め決められた間隔を置いて前記二次電池セルの電極リードが通過するように貫設されたスロット部と、前記スロット部同士の間に設けられる組立ガイド部とを含み、前記組立ガイド部には、前記バスバー、及び前記センシング部材に連結される印刷回路基板が選択的に取り付けられ得る。
【００１３】
前記組立ガイド部は、前記バスバーが取り付けられる複数の第１組立ガイド部と、前記印刷回路基板が取り付けられる第２組立ガイド部とを含み、前記第２組立ガイド部は前記一対の垂直フレームのいずれか一方に設けられ得る。
【００１４】
前記第１及び第２組立ガイド部は、前記バスバーまたは前記印刷回路基板の面積に対応するサイズで形成されたボディを含み、前記ボディは、横断面が弧（ａｒｃ）状になるように前記セル積層体に対向する方向に湾曲した形状を有し得る。
【００１５】
前記ボディは、前記セル積層体の一側から少なくとも前記二次電池セルのテラスの長さよりも遠い距離に位置するように湾曲し、前記ボディと前記セル積層体の一側との間には所定の衝撃緩衝空間が設けられ得る。
【００１６】
前記複数のバスバーは所定の厚さを有する四角形の金属板状に形成されており、前記第１組立ガイド部は前記バスバーの下端角部分を囲む形態で収容する角受け部材を備え、前記一対の垂直フレームは前記第１組立ガイド部の上部に設けられる係止顎を備え、前記バスバーは下端角部分が前記角受け部材に嵌められて前記第１組立ガイド部に配置され、上端部が前記係止顎に係止されて位置固定され得る。
【００１７】
前記第１組立ガイド部は、前記ボディで囲まれた内側の空いた空間を区切るリブをさらに含み、前記バスバーの一面は前記リブに接触して支持され得る。
【００１８】
前記印刷回路基板は、電子素子が前記ボディで囲まれた内側空間に収容されるように第２組立ガイド部に配置され得る。
【００１９】
前記第２組立ガイド部は、前記ボディの内側面で前記印刷回路基板に向かう方向に突出するように設けられた少なくとも１つの支柱をさらに含み、前記印刷回路基板は、前記少なくとも１つの支柱に対応する個数の孔を備え、前記少なくとも１つの支柱を嵌め込んで前記第２組立ガイド部に固定され得る。
【００２０】
前記一対の垂直フレームのいずれか一方は、前記印刷回路基板が取り付けられたフロントフレームと定義され、他方はリアフレームと定義され、前記センシング部材は、前記フロントフレームに位置した前記バスバーに連結されて前記二次電池セルの電圧をセンシングする第１電圧センシングユニットと、前記リアフレームに位置した前記バスバーに連結されて前記二次電池セルの電圧をセンシングする第２電圧センシングユニットとを含み、前記第１電圧センシングユニット及び前記第２電圧センシングユニットは、前記印刷回路基板に連結され、前記第２電圧センシングユニットは、複数のワイヤ、ＦＦＣ（Ｆｌａｔ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｃａｂｌｅ）及びＦＰＣＢ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）のうち１つで形成された伝送部材を介して前記印刷回路基板に連結され得る。
【００２１】
前記水平フレームは前記セル積層体の上部に配置され、前記伝送部材は前記水平フレームの下面に取り付けられ得る。
【００２２】
前記一対の垂直フレームの上端部上に前記水平フレームの両側の終端部が置かれ、前記水平フレームの両側の終端部のうち一部分は、前記一対の垂直フレームの上端部に接触しないように他の部分より薄く設けられて前記伝送部材が引き出し可能な開口を形成し得る。
【００２３】
本発明の他の様態によれば、上述したバッテリーモジュールを少なくとも１つ以上含むバッテリーパックが提供される。
【００２４】
前記バッテリーパックは、電気自動車または電力貯蔵装置のようなデバイスのエネルギー源として使用され得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様によれば、バスバーフレーム及びモジュールケースの空間を効率的に活用して二次電池セル、バスバー、印刷回路基板及び電圧センシング部品を組み立てることで、コンパクトなサイズのバッテリーモジュールを提供することができる。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、二次電池セルとの組立性を向上させ、外部衝撃の際に二次電池セルの損傷を最小化できるバスバーフレームを備えたバッテリーモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるセルバスバーフレーム組立体の斜視図である。
【図４】モジュールカバーを分離したバッテリーモジュールの前面部を示した斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態によるバスバーフレームのうちフロントフレームの正面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】図２のフロントフレーム部分の拡大図である。
【図８】図２のフロントフレーム部分の拡大図である。
【図９】図５のフロントフレームの斜視図である。
【図１０】図４のフロントフレームのうち印刷回路基板が取り付けられた領域の拡大図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるセンシング部材が取り付けられたバスバーフレームの部分分解斜視図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるセンシング部材が取り付けられたバスバーフレームの部分分解斜視図である。
【図１３】図１１の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
【００２９】
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００３０】
図１は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ’に沿った断面図であり、図３は本発明の一実施形態によるセルバスバーフレーム組立体の斜視図であり、図４はモジュールカバーを分離したバッテリーモジュール１の前面部を示した斜視図である。
【００３１】
これら図面を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１は、モジュールケース１０、モジュールカバー２０、セル積層体３０、バスバーフレーム４０を含む。
【００３２】
モジュールケース１０は、内部空間に上記セル積層体３０及びバスバーフレーム４０を収納可能な中空構造であって、四角管状に設けられ、セル積層体３０に機械的支持力を提供して、外部の衝撃などからセル積層体３０を含めた内部構成品を保護する役割を果たす。したがって、モジュールケース１０は、剛性を確保できるように鋼などの金属材質で製作され得る。
【００３３】
モジュールケース１０は、セル積層体３０及びバスバーフレーム４０で形成されたセルバスバーフレーム組立体を内部空間に締り嵌め方式で挿入できる程度の寸法を有するように製作される。このようにモジュールケース１０の寸法を減らすことで、バッテリーモジュール１の単位体積あたりのエネルギー密度は高く維持しながら、その体積はスリム化することができる。
【００３４】
また、モジュールケース１０の内部空間にセルバスバーフレーム組立体がタイトに嵌め込まれて圧迫されるため、例えばカートリッジのような別途の固定用部品を使用しなくても二次電池セル３２の移動を抑制することができる。
【００３５】
モジュールカバー２０は、二次電池セル３２の電極リード３４及びバスバー５０が外部に露出することを防止できるように、モジュールケース１０の開放部に取り付けられる。モジュールカバー２０は、プラスチックのような絶縁素材で製作され得、バッテリーモジュール１の内部からワイヤコネクタ７４及び電極ターミナルなどを引き出すことができる孔を含む。
【００３６】
セル積層体３０は、複数の二次電池セル３２の集合体であり得る。本実施形態において、二次電池セル３２は正極リードと負極リードとが互いに反対方向に突出した両方向タイプのパウチ型二次電池であって、上下方向に立てられるとともに水平方向に密着配列されてセル積層体３０を形成する。二次電池セル３２同士の間には緩衝パッドがさらに介在され得る。上記緩衝パッドは、充放電過程で生じ得る二次電池セル３２の膨れ（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）による膨張力を吸収する役割を果たす。
【００３７】
上記パウチ型二次電池は、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を含んで構成され得る。パウチ外装材は、２つのパウチで構成され得、その少なくとも１つには凹形状をなした内部空間が形成され得る。そして、パウチの内部空間に電極組立体が収納される。２つのパウチ外周面にはシーリング部が備えられ、シーリング部を互いに融着することで、電極組立体が収容された内部空間を密閉し得る。上記電極組立体に電極リード３４が取り付けられ、電極リード３４がパウチ外装材のシーリング部の間に介在されてパウチ外装材の外部に露出することで、二次電池の電極端子として機能することができる。
【００３８】
本実施形態のバスバーフレーム４０は、バスバー５０及びターミナル端子などを固定可能であり、絶縁性素材で形成されたフレームであって、水平フレーム４１及び一対の垂直フレーム４２、４３を含む。上記バスバーフレーム４０には、二次電池セル３２を電気的に連結する複数のバスバー５０及び二次電池セル３２の電圧をセンシングするセンシング部材が所定の位置に組み立てられ得る。
【００３９】
水平フレーム４１は、セル積層体３０の上部でセル積層体３０の長手方向に配置される。一対の垂直フレーム４２、４３は、セル積層体３０の前面部及び後面部に高さ方向に配置され、セル積層体３０の外周を部分的に囲む形態でセル積層体３０に設けられ得る。
【００４０】
例えば、図３のように、バスバーフレーム４０は、セル積層体３０の長さと幅に対応するサイズの略「コ」字状であって、セル積層体３０の上部、前面部、後面部を囲む形態でセル積層体３０に設けられ得る。ここで、上記セル積層体３０の前面部及び後面部は、二次電池セル３２の電極リード３４が位置した部分を意味し、セル積層体３０の上部は立てられた二次電池セル３２のエッジ部分を意味する。
【００４１】
特に、上記一対の垂直フレーム４２、４３が水平フレーム４１にヒンジ４０ａで結合され、水平フレーム４１の両端部を基準として所定の角度で回転可能に設けられる。垂直フレーム４２、４３が水平フレーム４１に対して所定の角度で回転可能に設けられることで、セル積層体３０にバスバーフレーム４０を組み立てるとき、電極リード３４を容易に溶接することができる。
【００４２】
換言すれば、バスバーフレーム４０とセル積層体３０とを組み立てるためには、二次電池セル３２の電極リード３４の一端部を垂直フレーム４２、４３に備えられたスロット部４７に挿入した後、これらを曲げて対応するバスバー５０の表面に超音波溶接する。このとき、例えば一対の垂直フレーム４２、４３が水平フレーム４１に対して直角で固定されていると、バスバーフレーム４０をセル積層体３０上に被せる方式で組み立てるとき、各二次電池セル３２の電極リード３４部分を垂直フレーム４２、４３のスロット部４７に挿入可能な空間を確保できない。
【００４３】
しかし、本発明の場合、水平フレーム４１をセル積層体３０の上部に設け、垂直フレーム４２、４３を所定の角度で回転可能に構成することで、各二次電池セル３２の電極リード３４部分を垂直フレーム４２、４３のスロット部４７に挿入可能な空間を確保することができる。したがって、セル積層体３０の寸法に対応する「コ」字構造のバスバーフレーム４０であっても、電極リード３４を損傷させることなく、セル積層体３０の前面部に垂直フレーム４２、４３の一方を組み付ける後、セル積層体３０の後面部に垂直フレーム４２、４３の他方を組み付けることができる。
【００４４】
図４及び図５を参照すると、一対の垂直フレーム４２、４３は、一方向に沿って予め決められた間隔を置いて二次電池セル３２の電極リード３４が通過するように貫設されたスロット部４７、及び上記スロット部４７同士の間に設けられる組立ガイド部４４、４５を含む。上記組立ガイド部４４、４５には、バスバー５０及び印刷回路基板６０が選択的に取り付けられ得る。上記印刷回路基板６０は、二次電池セル３２の電圧測定のためのセンシング部材と連結された部品であって、二次電池セル３２の電圧情報をＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ、図示せず）に伝送する。
【００４５】
上記組立ガイド部４４、４５は、複数の第１組立ガイド部４４、及び単数の第２組立ガイド部４５を含む。上記複数の第１組立ガイド部４４は、少なくともバッテリーモジュール１に必要なバスバー５０の個数に対応する個数だけ備えられ、上記第２組立ガイド部４５は、印刷回路基板６０の個数に対応する個数だけ備えられ得る。
【００４６】
以下、説明の便宜上、セル積層体３０の前面部に配置された垂直フレームをフロントフレーム４２とし、セル積層体３０の後面部に配置された垂直フレームをリアフレーム４３とする。
【００４７】
本実施形態の場合、図２と共に図７を参照すると、セル積層体３０が総２４個のパウチ型二次電池セル３２で構成されている。そして、二次電池セル３２は３個が１つのグループをなして並列で連結され、このように並列で連結された３個ずつの総８つのグループの二次電池セル３２が直列で連結されて構成されている。
【００４８】
フロントフレーム４２の第１組立ガイド部４４に５つのバスバー５０が取り付けられ、リアフレーム４３の第１組立ガイド部４４に４個のバスバー５０が取り付けられる。そして、上記フロントフレーム４２には第２組立ガイド部４５がさらに設けられ、印刷回路基板６０が取り付けられるようにした。
【００４９】
各グループ単位の二次電池セル３２は、電極リード３４が一体でフロントフレーム４２及びリアフレーム４３に備えられたスロット部４７を前後に通過し、対応するバスバー５０に溶接方式で取り付けられることで直列で連結される。
【００５０】
フロントフレーム４２のバスバー５０のうち配列順に１番目のバスバー５０には第１グループの二次電池セル３２の正極リードが溶接され、フロントフレーム４２のバスバー５０のうち配列順に５番目バスバー５０には第８グループの二次電池セル３２の負極リードが溶接される。そして、残りのフロントフレーム４２及びリアフレーム４３のバスバー５０のそれぞれには、いずれか一グループの二次電池セル３２の正極リード及び別の一グループの二次電池セル３２の負極リードが溶接されることで、総２４個の二次電池セル３２が直列及び並列で連結される。
【００５１】
フロントフレーム４２とリアフレーム４３とは、第１組立ガイド部４４の個数と配置間隔、そして第２組立ガイド部４５の有無が相違するが、基本的な構造は同一であるため、以下ではフロントフレーム４２を基準として垂直フレーム４２、４３について説明する。
【００５２】
第１組立ガイド部４４及び第２組立ガイド部４５は、図５〜図９に示したように、バスバー５０または印刷回路基板６０の面積に対応するサイズで形成されたボディ４６を含み、上記ボディ４６は、横断面が弧状になるように上記セル積層体３０に対向する方向に湾曲した形態を有する。このような第１組立ガイド部４４及び第２組立ガイド部４５は、背面が盛り上がって設けられる。
【００５３】
本実施形態において、バスバー５０は、所定の厚さを有する四角形の金属板状のバスバー５０であり得る。第１組立ガイド部４４は、上記ボディ４６で囲まれた内側の空いた空間を区切るリブ４４ｂ、及び上記バスバー５０の下端角部分を囲む形態で収容する角受け部材４４ａを含むことができる。
【００５４】
ボディ４６の内側の空いた空間に格子模様でリブ４４ｂを配置することで、ボディ４６に剛性をもたせることができる。バスバー５０の広い面は格子模様のリブ４４ｂが適用されたボディ４６の前面に配置される。角受け部材４４ａは、バスバー５０を上方から下方へと嵌め込んだとき、バスバー５０の下端角部分を保持可能なポケット形状で設けられ得る。
【００５５】
バスバー５０の上端部分は係止顎４８によって固定され得る。上記係止顎４８は、図９のように、第１組立ガイド部４４の上部に位置し、フロントフレーム４２の前面に対してカンチレバー状に突出して、その終端は下方に折り曲げられた形態を有する。
【００５６】
バスバー５０は、下端部分から上記角受け部材４４ａに嵌め込まれた後、背面が上記格子模様のリブ４４ｂに密着するように第１組立ガイド部４４に取り付けられ得る。このとき、係止顎４８は上方に反ってから、バスバー５０が上記格子模様のリブ４４ｂに完全に密着すると元の位置に戻り、その終端がバスバー５０の上端に引っ掛かるようになる。したがって、バスバー５０は、上記係止顎４８によって第１組立ガイド部４４に位置固定可能である。
【００５７】
このようにバスバー５０がフロントフレーム４２の第１組立ガイド部４４に取り付けられ、上記バスバー５０に二次電池セル３２の電極リード３４が取り付けられ得る。このとき、第１組立ガイド部４４のボディ４６部分が弧状に形成されているため、二次電池セル３２の電極リード３４が上記ボディ４６の曲面に沿って曲がり、ボディ４６の両側に位置したスロット部４７に容易に嵌め込まれるようにガイドできる。
【００５８】
また、図７及び図８を参照すると、フロントフレーム４２をセル積層体３０の前面部に組み付けるとき、第１組立ガイド部４４と第２組立ガイド部４５のボディ４６は、セル積層体３０の一側（二次電池セル３２の本体）から少なくとも二次電池セル３２のテラス３６の長さよりも遠い距離Ｄに位置するように、突出深さが緩い曲面を有し得る。
【００５９】
この場合、上記ボディ４６と上記セル積層体３０の一側との間に所定の衝撃緩衝空間が設けられ得る。このような衝撃緩衝空間が確保されると、例えば一定水準以下の外力が加えられてバッテリーモジュール１の前面部または後面部が圧縮されても、フロントフレーム４２の背面、すなわち第１組立ガイド部４４及び第２組立ガイド部４５のボディ４６が二次電池セル３２の本体に直接接触しなくなり、バッテリーモジュール１の安全性が低下するのを防止できる。
【００６０】
一方、一定水準を超えた外力が加えられてフロントフレーム４２の背面が接触しても、組立ガイド部のボディ４６が緩い曲面構造となっているため、二次電池セル３２に加えられる衝撃を緩和させることができる。
【００６１】
また、第１組立ガイド部４４同士の間には電極リード３４間の短絡を防止するための隔板４９がさらに備えられ得る。上記隔板４９は、バスバー５０の付着面よりも突出して、互いに隣接したバスバー５０の間を離間する壁体のような機能を果たす。したがって、隔板４９は、それぞれのバスバー５０に取り付けられた単位グループの二次電池セル３２の電極リード３４間の短絡の危険性を低減することができる。
【００６２】
第２組立ガイド部４５は、印刷回路基板６０をフロントフレーム４２に取り付けるための構成要素である。
【００６３】
図７及び図８を再度参照すると、印刷回路基板６０は、電子素子がボディ４６で囲まれた内側空間に収容されるように第２組立ガイド部４５に配置され得る。このように、印刷回路基板６０の電子素子がボディ４６の内側空間に向かうように配置されると、電子素子を保護することができ、その後フロントフレーム４２にモジュールカバー２０を被せるとき、モジュールカバー２０と印刷回路基板６０の電子素子との間の干渉又は衝突を防止することができる。
【００６４】
第２組立ガイド部４５は、上記ボディ４６の内側面で上記印刷回路基板６０に向かう方向に突出するように設けられた少なくとも１つの支柱４５ａをさらに含み、印刷回路基板６０は上記少なくとも１つの支柱４５ａに対応する個数の孔を備える。
【００６５】
例えば、図９に示したように、本実施形態の第２組立ガイド部４５は３つの支柱４５ａを有する。そして、印刷回路基板６０には３つの孔が備えられる。図１０のように、印刷回路基板６０は３つの孔に上記３つの支柱４５ａを嵌め込むことで第２組立ガイド部４５に固定可能である。
【００６６】
一方、図１１〜図１３を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１は、バスバーフレーム４０に設けられるセンシング部材をさらに含む。
【００６７】
上記センシング部材は、フロントフレーム４２に位置したバスバー５０に連結されて二次電池セル３２の電圧をセンシングする第１電圧センシングユニット７１、及びリアフレーム４３に位置したバスバー５０に連結されて二次電池セル３２の電圧をセンシングする第２電圧センシングユニット７２を含むことができる。
【００６８】
一グループ単位の二次電池セル３２がバスバー５０を介して直列で連結されているため、それぞれのバスバー５０における電圧値は、各バスバー５０に連結されている二次電池セル３２の電圧値に該当する。本実施形態の場合、上記第１電圧センシングユニット７１は５つのセンシングピンＰを備え、上記５つのセンシングピンＰはフロントフレーム４２に位置した５つのバスバー５０にそれぞれ取り付けられて該当位置のバスバー５０における電圧値をセンシングする。同様に、第２電圧センシングユニット７２は、４つのセンシングピンＰを備え、リアフレーム４３に位置した４つのバスバー５０にそれぞれ取り付けられて該当位置のバスバー５０における電圧値をセンシングする。
【００６９】
上記第１及び第２電圧センシングユニット７１、７２でセンシングした二次電池セル３２の電圧値は印刷回路基板６０に伝送され、上記印刷回路基板６０はＢＭＳに上記電圧情報を伝送する。このとき、印刷回路基板６０には、ＢＭＳ（図示せず）とワイヤコネクタ７４を介して連結され得る。
【００７０】
上記第１電圧センシングユニット７１と印刷回路基板６０とは、フロントフレーム４２に配置されるため、これらの間の連結は比較的簡単である。しかし、上記第２電圧センシングユニット７２はリアフレーム４３に配置されるため、印刷回路基板６０と連結しようとすれば、別途の手段が必要である。そのため、本発明は第２電圧センシングユニット７２を印刷回路基板６０に連結する役割をする伝送部材７３をさらに含む。
【００７１】
伝送部材７３としては、ハーネスワイヤ、ＦＦＣ及びＦＰＣＢのうちいずれか１つを採用し得る。望ましくは、ＦＦＣまたはＦＰＣＢを伝送部材７３として使用することが、空間活用度の増加、及び、導体間の短絡危険の防止に有利である。
【００７２】
このような伝送部材７３は、水平フレーム４１の下面に固定されるように取り付けられ得る。詳しくは図示していないが、水平フレーム４１の下面に長手方向に沿って溝を形成し、伝送部材７３を上記溝に嵌め込んで取り付け得る。
【００７３】
また、図１０及び図１３に示したように、水平フレーム４１は、フロントフレーム４２の上端部上に両側の終端部４１ａが置かれた状態でフロントフレーム４２上に支持され、伝送部材７３を外に引き出すことができるように水平フレーム４１の両側の終端部４１ａに開口４１ｂを有する。
【００７４】
例えば、水平フレーム４１の両側の終端部４１ａのうち一部分は、フロントフレーム４２の上端部に接触しないように他の部分より薄く設けられて上記開口４１ｂを形成し得る。伝送部材７３は、このような開口４１ｂを通ってフロントフレーム４２の上端部上に引き出され、フロントフレーム４２の前面部に配線され得る。そして、上記開口４１ｂの下にフロントフレーム４２の第２組立ガイド部４５を位置させることで、伝送部材７３と連結された印刷回路基板６０を容易に取り付けることができる。
【００７５】
このような構造を有する本実施形態によれば、バスバー５０、印刷回路基板６０及びセンシング部材のような部品をバスバーフレーム４０及びモジュールケース１０の内部空間に効率的に配置でき、構造的安定性及び単位体積あたりのエネルギー密度が高いバッテリーモジュール１を提供することができる。
【００７６】
一方、本発明の一実施形態によるバッテリーパック（図示せず）は、上述したバッテリーモジュール１を１つ以上含む。
【００７７】
このとき、バッテリーパックには、バッテリーモジュール１の外に、バッテリーモジュール１を収納するためのケース（図示せず）、バッテリーモジュール１の充放電を制御するための各種の装置（図示せず）、例えばＢＭＳ、電流センサ、ヒューズなどがさらに含まれ得る。
【００７８】
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車にも適用され得る。
【００７９】
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【００８０】
一方、本明細書における上、下、左、右のような方向を示した用語は、説明の便宜上使用されたものに過ぎず、対象になる物の位置や観測者の位置などによって変り得ることは本発明の当業者に自明である。
【符号の説明】
【００８１】
１  バッテリーモジュール
１０  モジュールケース
２０  モジュールカバー
３０  セル積層体
３２  二次電池セル
３４  電極リード
３６  テラス
４０  バスバーフレーム
４０ａ  ヒンジ
４１  水平フレーム
４１ａ  終端部
４１ｂ  開口
４２  垂直フレーム（フロントフレーム）
４３  垂直フレーム（リアフレーム）
４４  第１組立ガイド部
４４ａ  角受け部材
４４ｂ  リブ
４５  第２組立ガイド部
４５ａ  支柱
４６  ボディ
４７  スロット部
４８  係止顎
４９  隔板
５０  バスバー
６０  印刷回路基板
７１  第１電圧センシングユニット
７２  第２電圧センシングユニット
７３  伝送部材
７４  ワイヤコネクタ
【図１】
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【図２】
2021501447.tif 000004
【図３】
2021501447.tif 000005
【図４】
2021501447.tif 000006
【図５】
2021501447.tif 000007
【図６】
2021501447.tif 000008
【図７】
2021501447.tif 000009
【図８】
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【図９】
2021501447.tif 000011
【図１０】
2021501447.tif 000012
【図１１】
2021501447.tif 000013
【図１２】
2021501447.tif 000014
【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月30日(2020.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空構造で形成されたモジュールケースと、
前記モジュールケース内に配置され、一方向に積層された複数の二次電池セルからなるセル積層体と、
前記複数の二次電池セルを互いに電気的に連結する複数のバスバーと前記二次電池セルの電圧をセンシングするセンシング部材とを含むバスバーフレームであって、前記セル積層体の外周に設けられて前記セル積層体とともに前記モジュールケース内に配置されるバスバーフレームと
を含み、
前記バスバーフレームはさらに、前記二次電池セルの長手方向に沿って配置される水平フレームと、前記水平フレームの両端部にヒンジ結合され、前記セル積層体の前面部及び後面部に配置される一対の垂直フレームとを含む、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記一対の垂直フレームは、一方向に沿って所定の間隔を置いて前記二次電池セルの電極リードが通過するように貫設された複数のスロット部と、前記スロット部同士の間に設けられる組立ガイド部とを含み、
前記組立ガイド部には、前記バスバー、及び前記センシング部材に連結される印刷回路基板のいずれか一方が取り付けられる、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記組立ガイド部は、前記バスバーが取り付けられる複数の第１組立ガイド部と、前記印刷回路基板が取り付けられる第２組立ガイド部とを含み、
前記第２組立ガイド部は、前記一対の垂直フレームのいずれか一方に設けられる、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記第１組立ガイド部は、前記バスバーと前記セル積層体との間に介在するように配置されている、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記第１組立ガイド部及び前記第２組立ガイド部は、前記バスバーまたは前記印刷回路基板の面積に対応するサイズで形成されたボディを含み、
前記ボディは、横断面が弧状になるように前記セル積層体に対向する方向に突出するように湾曲した形状を有する、請求項３または４に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記ボディは、前記セル積層体の一側から少なくとも前記二次電池セルのテラスの長さよりも遠い距離に位置するように湾曲し、前記ボディと前記セル積層体の一側との間には所定の衝撃緩衝空間が設けられる、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記複数のバスバーは、所定の厚さを有する四角形の金属板状に形成されており、
前記第１組立ガイド部は、前記バスバーの下端角部分を囲む形態で前記下端角部分を収容する角受け部材を備え、
前記一対の垂直フレームは、前記第１組立ガイド部の上部に設けられる係止顎を備え、
前記バスバーは、前記下端角部分が前記角受け部材に嵌められて前記第１組立ガイド部に配置され、前記バスバーの上端部が前記係止顎に係止されることにより前記バスバーの位置が固定される、請求項３から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記第１組立ガイド部は、前記ボディで囲まれた内側の空いた空間を区切るリブをさらに含み、前記バスバーの一面は前記リブに接触して支持される、請求項５または６に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
前記印刷回路基板は、電子素子が前記ボディで囲まれた内側空間に収容されるように第２組立ガイド部に配置される、請求項５、６、または８に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
前記第２組立ガイド部は、前記ボディの内側面で前記印刷回路基板に向かう方向に突出するように設けられた少なくとも１つの支柱をさらに含み、
前記印刷回路基板は、前記少なくとも１つの支柱に対応する個数の孔を備え、前記少なくとも１つの支柱が前記孔に嵌め込まれることにより前記印刷回路基板が前記第２組立ガイド部に固定される、請求項５、６、８、または９に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１１】
前記一対の垂直フレームのいずれか一方は、前記印刷回路基板が取り付けられたフロントフレームと定義され、前記一対の垂直フレームの他方はリアフレームと定義され、
前記センシング部材は、前記フロントフレームに位置した前記バスバーに連結されて前記二次電池セルの電圧をセンシングする第１電圧センシングユニットと、前記リアフレームに位置した前記バスバーに連結されて前記二次電池セルの電圧をセンシングする第２電圧センシングユニットとを含み、
前記第１電圧センシングユニット及び前記第２電圧センシングユニットは、前記印刷回路基板に連結され、前記第２電圧センシングユニットは、複数のワイヤ、ＦＦＣ及びＦＰＣＢのうち１つで形成された伝送部材を介して前記印刷回路基板に連結される、請求項２から１０のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１２】
前記水平フレームは、前記セル積層体の上部に配置され、前記伝送部材は、前記水平フレームの下面に取り付けられる、請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１３】
前記一対の垂直フレームの上端部上に前記水平フレームの両側の終端部が置かれ、前記水平フレームの両側の終端部のうち一部分は、前記一対の垂直フレームの上端部に接触しないように他の部分より薄く設けられて、前記伝送部材が引き出し可能な開口を形成する、請求項１２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも１つ以上含むバッテリーパック。
【国際調査報告】
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2021501447.tif 000018
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