特許 7536357 電池モジュールおよびこれを含む電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-09

(45)【発行日】2024-08-20

(54)【発明の名称】電池モジュールおよびこれを含む電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20240813BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20240813BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20240813BHJP

   H01M 50/264 20210101ALI20240813BHJP

   H01M 50/289 20210101ALI20240813BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20240813BHJP

   H01M 50/50 20210101ALI20240813BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20240813BHJP

   H01M 50/569 20210101ALI20240813BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240813BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240813BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20240813BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20240813BHJP

   H01M 10/6555 20140101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 401H

H01M50/211

H01M50/262 E

H01M50/264

H01M50/289

H01M50/293

H01M50/50 201Z

H01M50/548 301

H01M50/569

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/647

H01M10/6551

H01M10/6555

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023505437

(86)(22)【出願日】2022-01-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-17

(86)【国際出願番号】 KR2022000251

(87)【国際公開番号】W WO2022149887

(87)【国際公開日】2022-07-14

【審査請求日】2023-01-25

(31)【優先権主張番号】10-2021-0003175

(32)【優先日】2021-01-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ウォン・キョン・パク

(72)【発明者】

【氏名】ジュンヨブ・ソン

(72)【発明者】

【氏名】スビン・パク

(72)【発明者】

【氏名】ホング・ハン

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１３２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６０５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００４２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０９２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０１８９１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

Ｈ０１Ｍ １０／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルが積層された電池セル積層体；および
前記電池セル同士の間に位置する冷却フィン；
を含む電池モジュールであって、
前記電池セルは、突出した電極リードを含み、
前記電池セルは、前記電極リードが突出する方向の一端部を含む領域、前記電極リードが突出する方向の他端部を含む領域、及び、前記一端部を含む領域と前記他端部を含む領域との間の中央部分を含む領域を含み、
前記冷却フィンは、前記電池セルの中央部分を含む領域には接触せず、前記電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触するように位置する、電池モジュール。

【請求項2】

前記電極リードは、前記電池セルから互いに対向する方向に突出すると共に互いに異なる極性を有する第１電極リードおよび第２電極リードを含む、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

複数の電池セルが積層された電池セル積層体；および
前記電池セル同士の間に位置する冷却フィン；
を含む電池モジュールであって、
前記電池セルは、突出した電極リードを含み、
前記冷却フィンは、前記電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触するように位置し、
前記電極リードは、前記電池セルから互いに対向する方向に突出すると共に互いに異なる極性を有する第１電極リードおよび第２電極リードを含み、
前記冷却フィンは、第１冷却フィンおよび第２冷却フィンを含み、
前記第１冷却フィンは、前記第１電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触し、
前記第２冷却フィンは、前記第２電極リードが突出する方向の前記電池セルの他端部を含む領域に接触する、電池モジュール。

【請求項4】

前記第１冷却フィンと前記第２冷却フィンとは、前記電池セル同士の間で前記第１電極リードおよび第２電極リードが突出する方向に沿って離隔して位置する、請求項３に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記電池モジュールは、前記電池セル同士の間に位置した接着部材をさらに含み、
前記接着部材は、前記第１冷却フィンと前記第２冷却フィンとの間に位置する、請求項３または４に記載の電池モジュール。

【請求項6】

前記電池セル積層体の上面および下面が露出される、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項7】

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前面、後面および両側面をカバーする弾性部材をさらに含む、請求項３～６のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項8】

前記弾性部材は、前記電池セル積層体の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながる、請求項７に記載の電池モジュール。

【請求項9】

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記前面と前記弾性部材との間に位置する第１センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記後面と前記弾性部材との間に位置する第２センシングブロックをさらに含む、請求項７または８に記載の電池モジュール。

【請求項10】

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記両側面と前記弾性部材との間に位置する側面パッドをさらに含む、請求項７～９のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項11】

請求項３～１０のいずれか一項に記載の電池モジュール；
前記電池モジュールを収納するパックフレーム；および
前記電池モジュールと前記パックフレームの底部との間に位置する熱伝導性樹脂層；
を含む電池パックであって、
前記冷却フィンが、前記電池セル積層体の下面から延長されて前記熱伝導性樹脂層と接触する、電池パック。

【請求項12】

前記電池セルが、前記熱伝導性樹脂層と接触する、請求項１１に記載の電池パック。

【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２０２１年１月１１日付韓国特許出願第１０－２０２１－０００３１７５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含まれる。

【0002】

本発明は電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものであって、より具体的には冷却性能が向上した電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものである。

【背景技術】

【0003】

現代社会では携帯電話機、ノートパソコン、キャムコーダー、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化するにつれて、前記のようなモバイル機器関連分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電の可能な二次電池は化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案であって、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

【0004】

現在商用化された二次電池としてはニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうちのリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらなくて充放電が自由であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所で脚光を浴びている。

【0005】

このようなリチウム二次電池は主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを挟んで配置された電極組立体、および電極組立体を電解液と共に密封収納する電池ケースを備える。

【0006】

一般に、リチウム二次電池は外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内装されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内装されているパウチ型二次電池に分類することができる。

【0007】

小型機器に用いられる二次電池の場合、二つ～三つの電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに用いられる二次電池の場合は、複数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が用いられる。このような電池モジュールは複数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって容量および出力が向上する。また、一つ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。

【0008】

二次電池は、適正温度より高まる場合、二次電池の性能が低下することがあり、激しい場合、爆発や発火の危険もある。特に、複数の二次電池、即ち、電池セルを備えた電池モジュールや電池パックは、狭い空間で複数の電池セルから出る熱が合算されて温度がさらに速くてひどく上がることがある。言い換えれば、複数の電池セルが積層された電池モジュールとこのような電池モジュールが装着された電池パックの場合、高い出力を得ることができるが、充電および放電時、電池セルから発生する熱を除去することが容易でない。電池セルの放熱が適切に行われない場合、電池セルの劣化が速くなりながら寿命が短くなり、爆発や発火の可能性が大きくなる。

【0009】

さらに、車両用電池パックに含まれる電池モジュールの場合、直射光線に頻繁に露出され、夏季や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。

【0010】

一方、複数の電池セルがコンパクトに積層されて電池モジュールを構成するため、最も外側に位置した電池セルが外部環境の影響をさらに多く受ける。これによって、電池セルの温度偏差が深化することになる。このような電池セルの温度不均一は電池モジュール自体の寿命を低める原因になることがある。

【0011】

したがって、電池モジュールや電池パックを構成する場合、効果的な冷却性能を確保し電池セルの温度偏差を減らすことは非常に重要であると言える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明が解決しようとする課題は、冷却性能が向上し、電池セルの温度偏差が最小化された電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することである。

【0013】

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の課題に限定されず、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できる。

【課題を解決するための手段】

【0014】

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た電池セル積層体；および前記電池セル同士の間に位置する冷却フィンを含む。前記電池セルは突出した電極リードを含み、前記冷却フィンは、前記電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触するように位置する。

【0015】

前記電極リードは、前記電池セルから互いに対向する方向に突出し互いに異なる極性を有する第１電極リードおよび第２電極リードを含むことができる。

【0016】

前記冷却フィンは第１冷却フィンおよび第２冷却フィンを含むことができる。前記第１冷却フィンは前記第１電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触することになり、前記第２冷却フィンは前記第２電極リードが突出する方向の前記電池セルの他端部を含む領域に接触することになる。

【0017】

前記第１冷却フィンと前記第２冷却フィンは、前記電池セル同士の間で前記第１電極リードおよび第２電極リードが突出する方向に沿って離隔して配置することができる。

【0018】

前記電池モジュールは前記電池セル同士の間に位置した接着部材をさらに含むことができ、前記接着部材は前記第１冷却フィンと前記第２冷却フィンとの間に配置することができる。

【0019】

前記電池セル積層体の上面および下面が露出されてもよい。

【0020】

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前面、後面および両側面をカバーする弾性部材をさらに含むことができる。

【0021】

前記弾性部材は、前記電池セル積層体の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながってもよい。

【0022】

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記前面と前記弾性部材の間に位置する第１センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記後面と前記弾性部材の間に位置する第２センシングブロックをさらに含むことができる。

【0023】

前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記両側面と前記弾性部材の間に位置する側面パッドをさらに含むことができる。

【0024】

本発明の一実施形態による電池パックは、前記電池モジュール；前記電池モジュールを収納するパックフレーム；および前記電池モジュールと前記パックフレームの底部の間に位置する熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）層を含む。前記冷却フィンが前記電池セル積層体の下面から延長されて前記熱伝導性樹脂層と接触する。

【0025】

前記電池セルが前記熱伝導性樹脂層と接触することになる。

【発明の効果】

【0026】

本発明の実施形態によれば、電池セルの発熱が激しい部分に冷却フィンを部分的に配置して、電池セルの各部分間温度偏差を最少化することができる。

【0027】

また、電池セル積層体の下面を露出させる構造で、熱伝達経路を単純化して冷却性能を向上させることができる。

【0028】

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請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態による電池モジュールを示した斜視図である。

【図2】図１の電池モジュールに対する分解斜視図である。

【図3】図２の電池モジュールに含まれている電池セルと冷却フィンを示した斜視図である。

【図4】本発明の比較例による電池モジュールを示した斜視図である。

【図5】図１の電池モジュールの前面部分を拡大して示した部分斜視図である。

【図6】図５の電池モジュールの前面部分を正面から見た図である。

【図7】本発明の一実施形態による電池パックに対する分解斜視図である。

【図8】図７の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、添付した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の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しく説明する。本発明は様々の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。

【0031】

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、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な参照符号を付けるようにする。

【0032】

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。図面において様々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、一部層および領域の厚さを誇張して示した。

【0033】

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“の直上に”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“の直上に”あるという時には中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分“の上に”または“上に”あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって“の上に”または“上に”位置することを意味するのではない。

【0034】

また、明細書全体で、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くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

【0035】

また、明細書全体で、“平面上”という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、“断面上”という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。

【0036】

図１は、本発明の一実施形態による電池モジュールの概略的な斜視図である。図２は、図１の電池モジュールに対する分解斜視図である。図３は、図２の電池モジュールに含まれている電池セルと冷却フィンを示した斜視図である。

【0037】

図１～図３を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体２００および電池セル１１０の間に位置する冷却フィン３００を含む。具体的には、電池セル１１０のうちの互いに隣接した電池セル１１０の間に冷却フィン３００が位置する。

【0038】

まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであるのが好ましく、長方形のシート型構造に形成することができる。本実施形態による電池セル１１０は、突出した第１および第２電極リード１１１、１１２を含む。具体的に、本実施形態による電池セル１１０は、第１および第２電極リード１１１、１１２がセル本体１１３を基準にして互いに対向して一端部１１４ａと他端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。より詳しくは、第１および第２電極リード１１１、１１２は電極組立体（図示せず）と連結され、前記電極組立体（図示せず）から電池セル１１０の外部に突出する。第１および第２電極リード１１１、１１２は互いに異なる極性であって、一例として、そのうちの一つは正極リード１１１であってもよく、他の一つは負極リード１１２であってもよい。即ち、一つの電池セル１１０を基準にして正極リード１１１と負極リード１１２が互いに対向する方向に突出することになる。

【0039】

一方、電池セル１１０は、セルケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態でセルケース１１４の一端部１１４ａおよび他端部１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃを接着することによって製造することができる。言い換えれば、本実施形態による電池セル１１０は総３ケ所のシーリング部を有し、シーリング部は熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、他の一側部は連結部１１５からなり得る。セルケース１１４は樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなり得る。

【0040】

このような電池セル１１０は複数個から構成でき、複数の電池セル１１０は相互電気的に連結されるように積層されて電池セル積層体２００を形成する。特に、図１および図２に示されているようにｘ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０を積層することができる。これにより、第１および第２電極リード１１１、１１２はそれぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出することになる。

【0041】

本実施形態による冷却フィン３００は、第１電極リード１１１が突出する方向の電池セル１１０の一端部１１４ａを含む領域Ｐ１に接触するように位置する。より具体的に、本実施形態による冷却フィン３００は第１冷却フィン３１０および第２冷却フィン３２０を含むことができ、第１冷却フィン３１０は第１電極リード１１１が突出する方向の電池セル１１０の一端部１１４ａを含む領域Ｐ１に接触し、第２冷却フィン３２０は第２電極リード１１２が突出する方向の電池セル１１０の他端部１１４ｂを含む領域Ｐ２に接触することになる。即ち、第１冷却フィン３１０と第２冷却フィン３２０は、電池セル１１０の間で第１および第２電極リード１１１、１１２が突出する方向（ｙ軸と平行な方向）に沿って離隔して配置することができる。

【0042】

電池セル１１０に対する充放電が反復的に行われると、第１および第２電極リード１１１、１１２部分に多くの熱が発生する。これにより、第１電極リード１１１が突出する方向の電池セル１１０の一端部１１４ａを含む領域Ｐ１と第２電極リード１１２が突出する方向の電池セル１１０の他端部１１４ｂを含む領域Ｐ２が中央部分に比べて高い温度を示す。よって、本実施形態では、電池セル１１０中の発熱が激しい部分に第１冷却フィン３１０と第２冷却フィン３２０をそれぞれ配置することによって、放熱および冷却性能を高めることができる。

【0043】

図２では一対の冷却フィン３００のみ示したが、電池セル１１０の間それぞれに本実施形態による冷却フィン３００が全て配置されてもよい。

【0044】

図４は、本発明の比較例による電池モジュールを示した斜視図である。

【0045】

図４を参照すれば、本発明の比較例による電池モジュール１０は、電池セル１１が積層された電池セル積層体２０および電池セル１１の間に位置した冷却フィン３０を含むことができる。本比較例による冷却フィン３０は、電池セル１１の本体一面全体をカバーするように配置することができる。部分ごとに発熱程度の差が激しい電池セル１１０に対して電池セル１１の本体一面全体をカバーするように形成された冷却フィン３０は電池セル１１０の部分間温度偏差を解消しにくい。

【0046】

これとは異なり、本実施形態による冷却フィン３００は、第１冷却フィン３１０と第２冷却フィン３２０を含むため、電池セル１１０の発熱が激しい一端部１１４ａおよび他端部１１４ｂ部分で熱発散が効果的に行われ、一つの電池セル１１０に対して各部分間温度偏差を最小化することができる。電池セル１１０の各部分間温度偏差は、終局的に電池モジュール１００の性能低下の原因になるため、本実施形態による第１冷却フィン３１０と第２冷却フィン３２０は電池モジュールの性能および寿命向上に寄与し得る。

【0047】

一方、本実施形態による冷却フィン３００は、熱伝導度が高い金属素材を含むことができる。具体的な素材の制限はなく、一例としてアルミニウム（Ａｌ）を含むことができる。

【0048】

一方、本実施形態による電池モジュール１００は電池セル１１０の間に位置した接着部材８００をさらに含むことができる。このような接着部材８００は、互いに離隔されている第１冷却フィン３１０と第２冷却フィン３２０の間に配置することができる。接着部材８００は、接着性を有する薄い部材であれば特別な制限なく適用が可能である。一例として、両面テープやスプレー形態で噴射された接着剤が接着部材８００として使用できる。

【0049】

高い出力を得るために複数の電池セル１１０を積層して電池セル積層体２００を形成することができ、電池セル１１０の個数が増えることにより電池セル１１０間の固定が問題になることがある。本実施形態による電池モジュール１００では、互いに離隔されている第１冷却フィン３１０と第２冷却フィン３２０を配置するため、その間に接着部材８００が付着される空間を設けることができる。図４に示された本発明の比較例による電池モジュール１０の場合、冷却フィン３０が電池セル１１の本体一面全体をカバーするため、接着部材が付着される空間が別にない。本実施形態による電池モジュール１００は接着部材８００を電池セル１１０の間に付着することができて、電池セル１１０間の固定力を高めることができるという長所を有する。

【0050】

図２を再び参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル積層体２００の前面、後面および両側面をカバーする弾性部材７００をさらに含むことができる。ここで、前面は電池セル積層体２００のｙ軸方向の面を意味し、後面は電池セル積層体２００の－ｙ軸方向の面を意味し、両側面はそれぞれ電池セル積層体２００のｘ軸および－ｘ軸方向の面を意味する。但し、これは説明の便宜のために称した面であり、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変化可能である。一方、電池セル積層体２００の前面および後面は、電池セル１１０の突出した第１および第２電極リード１１１、１１２が位置した面であってもよい。

【0051】

本実施形態による弾性部材７００は、電池セル積層体２００の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながってもよい。複数の電池セル１１０が反復的に充放電される過程で、その内部電解質が分解されガスが発生して電池セル１１０が膨らむ現象、即ち、スウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生することがある。特に、各電池セル１１０は電池セル１１０の積層方向（ｘ軸と平行な方向）にスウェリングが起こることがある。本実施形態では、弾性を有する弾性部材７００が電池セル積層体２００の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながるため、電池セル１１０のスウェリングを抑制および制御することができ、電池セル１１０の積層方向での電池モジュール１００の変形を防止することができる。

【0052】

また、本実施形態による電池モジュールは、モジュールフレームとエンドプレートが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を形成することができる。モジュールフレームやエンドプレートの代わりに、本実施形態による電池モジュール１００は弾性部材７００によってその形態を維持および固定することができる。モジュールフレームとエンドプレートが除去されることによって、電池セル積層体２００をモジュールフレーム内部に収納する工程やモジュールフレームとエンドプレートを組み立てる工程のように精密なコントロールが要求される複雑な工程が不要である。また、除去されたモジュールフレームとエンドプレートだけ電池モジュール１００の重量を大きく減らすことができるという長所を有する。また、本実施形態による電池モジュール１００はモジュールフレームの除去によって、電池パック組み立て工程時再作業性が有利であるという長所を有し、従来のモジュールフレームを有する電池モジュールはモジュールフレームの溶接構造で不良が発生しても再作業が不可能であるということと比較される。

【0053】

また、電池セル積層体２００の上面および下面が外部に露出され、モジュールフレームによって囲まれることより熱発散に効果的であるため冷却性能が向上できる。ここで、上面は電池セル積層体２００のｚ軸方向の面を意味し、下面は電池セル積層体２００の－ｚ軸方向の面を意味する。特に、電池セル積層体２００の下面が露出されており、電池セル積層体２００の下面が後述の熱伝導性樹脂層と直接接触可能である。

【0054】

このような弾性部材７００は所定の弾性力を有すればその素材に特別な制限はないが、一例として、高分子ポリマー合成素材、ＦＲＢ（Ｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）などの複合材料および金属合金のうちの少なくとも一つを含むことができる。
一方、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル積層体２００の前記両側面と弾性部材７００の間に位置する板状型の側面パッド６００をさらに含むことができる。モジュールフレームとエンドプレートが除去される代わりに、側面パッド６００が電池セル積層体２００の前記両側面に配置されて、電池モジュール１００の剛性を補完し、電池セル１１０と弾性部材７００の間の緩衝機能を果たすことができる。このような側面パッド６００にはフォーム素材のパッドを適用することができる。

【0055】

以下、図５および図６などを参照して、第１および第２センシングブロックおよびＬＶセンシング組立体について詳しく説明する。

【0056】

図５は、図１の電池モジュールの前面部分を拡大して示した部分斜視図である。図６は、図５の電池モジュールの前面部分を正面から見た図である。但し、図５および図６は説明の便宜のために弾性部材が省略された様子を示した。

【0057】

図２、図３、図５および図６を共に参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、第１センシングブロック４１０および第２センシングブロック４２０を含むことができる。第１センシングブロック４１０は電池セル積層体２００の前記前面と弾性部材７００の間に配置することができ、第２センシングブロック４２０は電池セル積層体２００の前記後面と弾性部材７００の間に配置することができる。

【0058】

このような第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は電気的絶縁を帯びる素材を含むことができ、一例として、プラスチック素材、高分子素材または複合素材を含むことができる。また、第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は一種のバスケット形態を有し、電池セル積層体２００の前記前面および前記後面をそれぞれ覆うように構成できる。

【0059】

以下、図５と図６に示された第１センシングブロック４１０を基準にして説明するが、第２センシングブロック４２０にも同一乃至類似の構造を適用することができる。

【0060】

前述のとおり、第１および第２電極リード１１１、１１２が電池セル積層体２００の前記前面に配置されてもよい。第１センシングブロック４１０にはスリット４１０Ｓを形成することができ、第１センシングブロック４１０が配置される時、第１および第２電極リード１１１、１１２がこのようなスリット４１０Ｓを通過することができる。その次に、少なくとも２つの電極リード１１１、１１２同士が曲げられ接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成することができる。具体的に、隣接した電池セル１１０に対して同じ方向に突出した第１および第２電極リード１１１、１１２がその第１および第２電極リード１１１、１１２の突出方向と垂直な方向に曲げられ、互いに接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成することができる。これにより、電極リード接合体１１０Ｌの一面は、電池セル１１０から第１および第２電極リード１１１、１１２が突出する方向（ｙ軸方向）と垂直であってもよい。この時、互いに同じ極性の電極リード同士が接合されてもよく、互いに異なる極性の電極リード同士が接合されてもよい。言い換えれば、電池セル１１０間の並列連結を実現するために互いに同じ極性の電極リード同士を接合することができ、また電池セル１１０間の直列連結を実現するために互いに異なる極性の電極リード同士を接合することができる。これは電池モジュールの設計によって変化可能である。

【0061】

一方、電池セル積層体２００の外側に位置した電池セル１１０の第１および第２電極リード１１１、１１２は端子バスバー５００と連結できる。従来の電池モジュールがバスバーを通じて電極リードを互いに連結したことと異なり、本実施形態による第１および第２電極リード１１１、１１２は互いに直接接合され、そのうちの一部が端子バスバー５００と連結されることによって、ＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成することができる。ここで、ＨＶ連結は電力を供給するための電源役割の連結であって、電池セル間の連結や電池モジュール間の連結を意味する。従来の電池モジュールがバスバーを通じて電極リードを互いに連結したことと異なり、本実施形態による第１および第２電極リード１１１、１１２同士が互いに直接接合され、そのうちの一部が端子バスバー５００と連結されることによって、ＨＶ連結を形成することができる。したがって、本実施形態によるＨＶ連結構造で、バスバーおよびバスバーが装着されるバスバーフレームは除去できる。

【0062】

一方、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セルの電圧情報伝達のためのＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体９００を含むことができる。ＬＶセンシング組立体９００は、第１センシングブロック４１０および第２センシングブロック４２０のうちの少なくとも一つに配置することができる。具体的には、第１センシングブロック４１０中の電池セル積層体２００と対向する面の反対面にＬＶセンシング組立体９００を配置することができる。同様に、具体的に図示していないが、第２センシングブロック４２０中の電池セル積層体２００と対向する面の反対面にＬＶセンシング組立体９００を配置することができる。

【0063】

ＬＶセンシング組立体９００はＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結のためのものであって、ここでＬＶ連結は電池セルの電圧を感知して制御するためのセンシング連結を意味する。ＬＶセンシング組立体９００を通じて電池セル１１０の電圧情報と温度情報を外部ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達することができる。

【0064】

このようなＬＶセンシング組立体９００は、ＬＶコネクタ９１０、ＬＶコネクタ９１０と第１および第２電極リード１１１、１１２を連結する連結部材９２０、および連結部材９２０の一端に位置して第１および第２電極リード１１１、１１２に接合される接合プレート９３０を含むことができる。

【0065】

ＬＶコネクタ９１０は、複数の電池セル１１０を制御するために外部の制御装置と信号を送受信するように構成することができる。連結部材９２０は、軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）または軟性平板ケーブル（ＦＦＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）であってもよい。複数の電池セル１１０から測定された電圧および温度情報が、連結部材９２０とＬＶコネクタ９１０を通じて外部のＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｍａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達できる。即ち、ＬＶコネクタ９１０と連結部材９２０を含むＬＶセンシング組立体９００は、各電池セル１１０の過電圧、過電流、過発熱などの現象を検出して、制御することができる。接合プレート９３０は連結部材９２０の一端に位置し、電気伝導性を有する金属素材から構成できる。このような接合プレート９３０を第１および第２電極リード１１１、１１２に接合することによって、連結部材９２０と第１電極リード１１１を電気的、物理的に連結することができる。具体的に、接合プレート９３０の一側は連結部材９２０を貫通した後、曲げられることによって連結部材９２０と結合され、接合プレート９３０の他側は板状形態に構成されて第１および第２電極リード１１１、１１２と接合、特に溶接接合できる。

【0066】

一方、前述のとおり、電池セル１１０はｘ軸方向に沿って積層されて電池セル積層体２００を形成することができ、これにより、第１および第２電極リード１１１、１１２はそれぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出することになる。この時、前述のとおり、少なくとも２つの電極リード１１１、１１２同士が曲げられ接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成することができる。このような電極リード接合体１１０ＬにＬＶセンシング組立体９００の接合プレート９３０が直接接合されて、ＬＶセンシング組立体９００と第１および第２電極リード１１１、１１２が互いに連結できる。本実施形態による電池モジュール１００はＨＶ連結とＬＶ連結がそれぞれ行われず一度に行われるので、生産性向上を期待することができ、バスバーフレームなどの構成を除去することができてよりコンパクトな構成の電池モジュール１００を製造することができるという長所を有する。

【0067】

電極リード接合体１１０Ｌを形成する第１および第２電極リード１１１、１１２間の接合や電極リード接合体１１０Ｌと接合プレート９３０間の接合において、電気的連結が可能であればその接合方式に特別な制限はなく、一例として溶接接合を行うことができる。また、ｙ軸方向に突出した第１および第２電極リード１１１、１１２を基準にして説明したが、－ｙ軸方向に突出した第１および第２電極リード１１１、１１２に対しても同様に電極リード接合体およびＬＶセンシング組立体９００の構造を形成することができる。

【0068】

一方、図１および図２に示されているように、本実施形態による弾性部材７００は第１および第２電極リード１１１、１１２、即ち、電極リード接合体１１０Ｌをカバーすることができる。構造上、電極リード接合体１１０Ｌが第１センシングブロック４１０や第２センシングブロック４２０の外側に位置し、このような電極リード接合体１１０Ｌを弾性部材７００がカバーすることによって、外部環境からの保護が可能である。

【0069】

以下、図７および図８を参照して、本発明の一実施形態による電池パックについて詳しく説明する。

【0070】

図７は、本発明の一実施形態による電池パックに対する分解斜視図である。図８は、図７の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示した断面図である。この時、図８は、図７の電池モジュール１００、熱伝導性樹脂層１３００およびパックフレーム１１００の底部１１１０が図７と異なり互いに接触した状態であるのを仮定してその断面を示したものである。

【0071】

図７および図８を参照すれば、本発明の一実施形態による電池パック１０００は、電池モジュール１００、電池モジュール１００を収納するパックフレーム１１００、および電池モジュール１００とパックフレーム１１００の底部１１１０の間に位置する熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）層１３００を含む。

【0072】

電池モジュール１００は、前述のとおり、電池セル積層体２００、冷却フィン３００を含む。電池モジュール１００に関する説明は先に言及した内容と重複であるので省略する。

【0073】

電池パック１０００は、パックフレーム１１００を覆う上部カバー１２００をさらに含むことができる。即ち、複数の電池モジュール１００がパックフレーム１１００と上部カバー１２００の間に収納できる。

【0074】

熱伝導性樹脂層１３００は、底部１１１０に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を塗布して形成することができる。具体的に、前記熱伝導性樹脂を底部１１１０上に塗布し、その上に本実施形態による電池モジュール１００を位置させた後、前記熱伝導性樹脂が硬化して熱伝導性樹脂層１３００を形成することができる。

【0075】

前記熱伝導性樹脂は熱伝導性接着物質を含むことができ、具体的に、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材のうちの少なくとも一つを含むことができる。前記熱伝導性樹脂は、塗布時には液状であるが、塗布後に硬化して電池セル積層体２００を構成する複数の電池セル１１０を固定する役割を果たすことができる。また、熱伝導特性に優れて電池モジュール１００から発生した熱を迅速に底部１１１０に伝達して電池パック１０００の過熱を防止することができる。

【0076】

図２、図７および図８を参照すれば、前述のとおり、本実施形態による電池モジュール１００はモジュールフレームとエンドプレートが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を形成することができ、電池セル積層体２００の下面が露出されてもよい。よって、電池セル１１０から発生した熱が熱伝導性樹脂層１３００を経て直にパックフレーム１１００の底部１１１０に伝達されることになる。モジュールフレームがある従来のモデルの場合、電池セルから発生した熱がモジュールフレーム内部の熱伝達層とモジュールフレームを順次に経て電池モジュール外部に排出されるため熱伝達経路が複雑である。即ち、電池セルから発生した熱が効果的に伝達されにくく、各層の間に形成されることがあるエアーギャップ（Ａｉｒ ｇａｐ）などの微細な空気層が熱伝達を妨害することがある。これとは異なり、本実施形態による電池セル１１０は図８に示されているように熱伝導性樹脂層１３００と直接接触するため電池モジュール１００の下側方向への熱伝達経路が単純化され、エアーギャップなどの空気層の発生可能性を減らすことができる。したがって、電池モジュール１００およびこれを含む電池パック１０００の冷却性能を高めることができる。

【0077】

また、本実施形態による冷却フィン３００は電池セル積層体２００の下面から延長されて熱伝導性樹脂層１３００と接触する。電池セル積層体２００の下面が露出されているため、電池セル１１０の間に位置した冷却フィン３００が直に底部１１１０上の熱伝導性樹脂層１３００と接触可能である。前述の第１冷却フィン３１０と第２冷却フィン３２０は全て熱伝導性樹脂層１３００と接触可能である。電池セル１１０中の発熱が激しい部分に配置された第１冷却フィン３１０と第２冷却フィン３２０が直に熱伝導性樹脂層１３００と接触可能であるため電池モジュール１００の放熱および冷却性能を高めることができる。

【0078】

一方、モジュールフレームが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造において、構造的安全性のために露出される電池セル１１０を固定することが必須である。よって、本実施形態による電池パック１０００は電池モジュール１００を構成するそれぞれの電池セル１１０が熱伝導性樹脂層１３００に接触したまま固定されるので、構造的安全性を補完することができる。

【0079】

また、不必要な冷却構造を除去して原価節減が可能である。また、電池パック１０００の高さ方向に対する部品の個数が減少するため空間活用度を高めることができて電池モジュールの容量や出力を増大させることができる。

【0080】

本実施形態で前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変化可能である。

【0081】

前述の本実施形態による一つまたはそれ以上の電池モジュールは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。

【0082】

前記電池モジュールや電池パックは多様なデバイスに適用することができる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用することができるが、これに制限されず、二次電池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る。

【0083】

以上で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用い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のである。

【符号の説明】

【0084】

１００：電池モジュール
１１０：電池セル
２００：電池セル積層体
３００：冷却フィン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】