特許 7556589 電池セルの寿命が向上した電池パック及びこれを含むデバイス

(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】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-26

(54)【発明の名称】電池セルの寿命が向上した電池パック及びこれを含むデバイス

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/262 20210101AFI20240918BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240918BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240918BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20240918BHJP

   H01M 50/264 20210101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

H01M50/262 S

H01M50/262 M

H01M50/262 E

H01M50/204 401H

H01M10/613

H01M10/6554

H01M50/264

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022565911

(86)(22)【出願日】2021-08-23

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-08

(86)【国際出願番号】 KR2021011182

(87)【国際公開番号】W WO2022065699

(87)【国際公開日】2022-03-31

【審査請求日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】10-2020-0121933

(32)【優先日】2020-09-22

(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】ジュン・フン・イ

(72)【発明者】

【氏名】ジェ・フン・ヤン

(72)【発明者】

【氏名】サン・ユン・ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・ス・ハ

(72)【発明者】

【氏名】セ・ホ・キム

【審査官】富永 泰規

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０６８７５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－０６３３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２４０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０２９２７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－１１６４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２５４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６９１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０６８７０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０３９１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３３９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０７１８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０ － ５０／２９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平な状態で垂直方向に積層された複数の電池モジュール（１０００）と、
前記電池モジュール（１０００）の外郭に位置する上部押圧プレート（２１１０）、電池モジュール（１０００）の下部に位置する下部押圧プレート（２１２０）、並びに前記上部押圧プレート（２１１０）と下部押圧プレート（２１２０）とを連結する複数の側面プレート（２１３０）及び補強部（２１４０）を含む押圧部材（２１００）と、
前記押圧部材（２１００）を取り囲むパックケース（２３００）と、
複数の電池モジュール（１０００）を垂直方向に貫く第１弾性部材（２２１０）と、
を含み、
前記側面プレート（２１３０）は、互いに密着するか接着材によって固定された上部側面プレート（２１３１）の下側縁部と下部側面プレート（２１３２）の上側縁部とを含み、密着または接着材によって固定された部分に前記補強部（２１４０）が位置し、
前記第１弾性部材（２２１０）は、一側が前記上部押圧プレート（２１１０）と連結され、他側が前記下部押圧プレート（２１２０）と連結されており、前記上部押圧プレート（２１１０）と前記下部押圧プレート（２１２０）との間の引張力を提供するように構成されている、電池パック。

【請求項2】

前記上部側面プレート（２１３１）の下側縁部が、外側に向かって所定の長さ突出した第１延長部（２１３１（ａ））を備え、前記下部側面プレート（２１３２）の上側縁部が、外側に向かって所定の長さ突出した第２延長部（２１３２（ａ））を備え、前記第１延長部（２１３１（ａ））と前記第２延長部（２１３２（ａ））とが密着するかまたは固定されている、請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

前記補強部（２１４０）は、前記第１延長部（２１３１（ａ））及び前記第２延長部（２１３２（ａ））を取り囲む形状を有する、請求項２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記補強部（２１４０）は外力によって変形可能な金属材からなる、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項5】

水平な状態で垂直方向に積層された複数の電池モジュール（１０００）と、
前記電池モジュール（１０００）の外郭に位置する上部押圧プレート（２１１０）、電池モジュール（１０００）の下部に位置する下部押圧プレート（２１２０）、並びに前記上部押圧プレート（２１１０）と下部押圧プレート（２１２０）とを連結する複数の側面プレート（２１３０）及び補強部（２１４０）を含む押圧部材（２１００）と、
前記押圧部材（２１００）を取り囲むパックケース（２３００）と、を含み、
前記側面プレート（２１３０）は、互いに密着するか接着材によって固定された上部側面プレート（２１３１）の下側縁部と下部側面プレート（２１３２）の上側縁部とを含み、密着または接着材によって固定された部分に前記補強部（２１４０）が位置し、
前記パックケース（２３００）は、上部パックカバー（２３１０）と下部パックカバー（２３２０）とを含み、前記上部パックカバー（２３１０）と前記上部押圧プレート（２１１０）との間に第２弾性部材（２２２０）を備えている、電池パック。

【請求項6】

前記上部パックカバー（２３１０）と前記上部押圧プレート（２１１０）との間には四角柱形状を有する金属材の間隔維持部（２５００）が位置する、請求項５に記載の電池パック。

【請求項7】

水平な状態で垂直方向に積層された複数の電池モジュール（１０００）と、
前記電池モジュール（１０００）の外郭に位置する上部押圧プレート（２１１０）、電池モジュール（１０００）の下部に位置する下部押圧プレート（２１２０）、並びに前記上部押圧プレート（２１１０）と下部押圧プレート（２１２０）とを連結する複数の側面プレート（２１３０）及び補強部（２１４０）を含む押圧部材（２１００）と、
前記押圧部材（２１００）を取り囲むパックケース（２３００）と、を含み、
前記側面プレート（２１３０）は、互いに密着するか接着材によって固定された上部側面プレート（２１３１）の下側縁部と下部側面プレート（２１３２）の上側縁部とを含み、密着または接着材によって固定された部分に前記補強部（２１４０）が位置し、
電池モジュール（１０００）は、
所定の面積を有し、水平に位置するヒートシンク（１００）と、
前記ヒートシンク（１００）の上面及び下面にそれぞれ位置する上部支持プレート（２１０）及び下部支持プレート（２２０）を含む支持プレート（２００）と、
前記上部支持プレート（２１０）と密着する第１電池セル（５１０）及び前記下部支持プレート（２２０）と密着する第２電池セル（５２０）を含む電池セル（５００）と、
前記第１電池セル（５１０）の上部に位置する上部カバープレート（６１０）及び前記第２電池セル（５２０）の下部に位置する下部カバープレート（６２０）を含むカバープレート（６００）と、を含む、電池パック。

【請求項8】

前記ヒートシンク（１００）の上面には所定の高さ突出した隆起部（１１０）が設けられ、前記上部支持プレート（２１０）には前記隆起部（１１０）を収容するための第１開口部（２１１）が形成され、前記第１電池セル（５１０）は前記隆起部（１１０）の上面に位置する、請求項７に記載の電池パック。

【請求項9】

前記ヒートシンク（１００）の下面には所定の高さ突出した隆起部（１１０）が設けられ、前記下部支持プレート（２２０）には前記隆起部（１１０）を収容するための第２開口部（２２１）が形成され、前記第２電池セル（５２０）は前記隆起部（１１０）の下面に位置する、請求項７に記載の電池パック。

【請求項10】

前記上部支持プレート（２１０）と前記上部カバープレート（６１０）との間には、両側縁部及び中央に沿って延び、所定の高さ及び幅を有する第１支持フレーム（４１０）が位置する、請求項７から９のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項11】

前記下部支持プレート（２２０）と前記下部カバープレート（６２０）との間には、両側縁部及び中央に沿って延び、所定の高さ及び幅を有する第２支持フレーム（４２０）が位置する、請求項７から１０のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項12】

中央に沿って延びる前記第１支持フレーム（４１０）及び前記第２支持フレーム（４２０）には、第１弾性部材（２２１０）が通過するように、第１貫通ホール（４１１）及び第２貫通ホール（４２１）がそれぞれ設けられている、請求項１０を引用する請求項１１に記載の電池パック。

【請求項13】

前記上部支持プレート（２１０）と前記上部カバープレート（６１０）との間には第１バスバーアセンブリー（３１０）が位置し、前記第１バスバーアセンブリー（３１０）は、第１収容溝（３１１（ａ））が形成された第１バスバーフレーム（３１１）、及び所定の角度に複数回折り曲げられた凹凸構造を有し、前記第１収容溝（３１１（ａ））に着座するバスバー（３１２）を含む、請求項７から１２のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項14】

前記下部支持プレート（２２０）と前記下部カバープレート（６２０）との間には第２バスバーアセンブリー（３２０）が位置する、請求項７から１３のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項15】

請求項１から１４のいずれか一項に記載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】

本出願は２０２０年０９月２２日付の韓国特許出願第２０２０－０１２１９３３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この明細書の一部として含まれる。

【0002】

本発明は電池パック及びこれを含むデバイスに関し、具体的には電池セルにかかる圧力を適正圧力に維持させて電池セルの寿命を延ばし、電池セルとヒートシンクとが面接触する構造を有することで、迅速な放熱が可能である電池セルの寿命が向上した電池パック及びこれを含むデバイスに関する。

【背景技術】

【0003】

最近、化石燃料の使用による大気汚染、エネルギー枯渇による代替エネルギーの開発によって生産された電気エネルギーを貯蔵することができる二次電池に対する需要が増加している。充放電の可能な二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車動車などに使われるなど、日常生活に密接に使われている。

【0004】

現代社会で必要不可欠に使われている各種の電子機器のエネルギー源として使われている二次電池は、モバイル機器の使用量の増加及び複雑化、電気自動車などの開発によって所要容量が増加している。使用者の需要を満たすために、小型機器には多数の電池セルを配置しているが、自動車などには多数の電池セルを電気的に連結する電池モジュールまたこのような電池モジュールを多数備えた電池パックが使われる。

【0005】

一方、電池セルは、充放電が繰り返される過程でスウェリングが発生し、これによって全体的な体積が増加することになる。しかし、電池セルの寿命を延ばすためには、電極と活物質との電気的接触が向上しなければならなく、このためには、常に一定の押圧力を電池セルにかける必要がある。

【0006】

図１は従来技術による電池モジュールの構造を示す斜視図である。図１に示すように、従来技術による電池モジュールは、ヒートシンク２０に垂直に配置されている複数の端電池１０、複数の端電池１０を取り囲んで保護するケース３０、垂直に配置されている複数の端電池１０の側面に位置する押圧プレート４０、及び押圧プレート４０とケース３０との間に位置する圧力調節部材５０を含む。

【0007】

このように、従来技術の電池モジュールは、ケース３０と押圧プレート４０との間に圧力調節部材５０である弾性体が位置して端電池１０の両側面を押圧する構造を有し、よってスウェリングの際に体積増加を抑制することができるという利点はある。

【0008】

しかし、従来技術による電池モジュールは、単純に押圧のみを行うだけで、圧力調節の機能を有しないので、電池セルの寿命を延ばすことができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２０１９－１２５４５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

前記のような問題点を解決するための本発明は、電池セルのスウェリング有無に関係なく常に一定の範囲に押圧することができる構造を有する電池パック及びこれを含むデバイスを提供することを目的とする。

【0011】

また、本発明は、電池セルで発生する熱を効率的に冷却することで、発熱による２次的な問題の発生を抑制することができる電池パック及びこれを含むデバイスを提供することを目的とする。

【0012】

さらに、本発明は、密着力を改善して電池セルに対する冷却偏差を減少させることができる電池パック及びこれを含むデバイス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】

【0013】

前記のような目的を達成するために、本発明による電池パックは、水平な状態で垂直方向に積層された複数の電池モジュール（１０００）と、前記電池モジュール（１０００）の外郭に位置する上部押圧プレート（２１１０）、電池モジュール（１０００）の下部に位置する下部押圧プレート（２１２０）、前記上部押圧プレート（２１１０）と下部押圧プレート（２１２０）とを連結する複数の側面プレート（２１３０）、及び補強部（２１４０）を含む押圧部材（２１００）と、前記押圧部材（２１００）を取り囲むパックケース（２３００）と、を含み、前記側面プレート（２１３０）は互いに密着するか接着材によって固定された上部側面プレート（２１３１）及び下部側面プレート（２１３２）を含み、密着または固定された部分に前記補強部（２１４０）が位置することを特徴とする。

【0014】

また、本発明による電池パックにおいて、前記上部側面プレート（２１３１）の下側縁部が、外側に向かって所定の長さ突出した第１延長部（２１３１（ａ））を備え、前記下部側面プレート（２１３２）の上側縁部が、外側に向かって所定の長さ突出した第２延長部（２１３２（ａ））を備え、前記第１延長部（２１３１（ａ））と第２延長部（２１３２（ａ））とが密着または固定されていることを特徴とする。

【0015】

また、本発明による電池パックにおいて、前記補強部（２１４０）は、前記第１延長部（２１３１（ａ））及び第２延長部（２１３２（ａ））を取り囲む形状を有することを特徴とする。

【0016】

また、本発明による電池パックにおいて、前記補強部（２１４０）は外力によって変形可能な金属材からなることを特徴とする。

【0017】

また、本発明による電池パックにおいて、前記パックケース（２３００）は上部パックカバー（２３１０）及び下部パックカバー（２３２０）を含み、前記上部パックカバー（２３１０）と上部押圧プレート（２１１０）との間に第２弾性部材（２２２０）を備えていることを特徴とする。

【0018】

また、本発明による電池パックにおいて、前記上部パックカバー（２３１０）と上部押圧プレート（２１１０）との間には四角柱形を有する金属材の間隔維持部（２５００）が位置することを特徴とする。

【0019】

また、本発明による電池パックにおいて、電池モジュール（１０００）は、所定の面積を有し、水平に位置するヒートシンク（１００）と、前記ヒートシンク（１００）の上面及び下面にそれぞれ位置する上部支持プレート（２１０）及び下部支持プレート（２２０）を含む支持プレート（２００）と、前記上部支持プレート（２１０）と密着する第１電池セル（５１０）及び前記下部支持プレート（２２０）と密着する第２電池セル（５２０）を含む電池セル（５００）と、前記第１電池セル（５１０）の上部に位置する上部カバープレート（６１０）及び前記第２電池セル（５２０）の下部に位置する下部カバープレート（６２０）を含むカバープレート（６００）とを含むことを特徴とする。

【0020】

また、本発明による電池パックにおいて、前記ヒートシンク（１００）の上面には所定の高さ突出した隆起部（１１０）が設けられ、前記上部支持プレート（２１０）には前記隆起部（１１０）を収容するための第１開口部（２１１）が形成され、前記第１電池セル（５１０）は前記隆起部（１１０）の上面に位置することを特徴とする。

【0021】

また、本発明による電池パックにおいて、前記ヒートシンク（１００）の下面には所定の高さ突出した隆起部（１１０）が設けられ、前記下部支持プレート（２２０）には前記隆起部（１１０）を収容するための第２開口部（２２１）が形成され、前記第２電池セル（５２０）は前記隆起部（１１０）の下面に位置することを特徴とする。

【0022】

また、本発明による電池パックにおいて、前記上部支持プレート（２１０）と前記上部カバープレート（６１０）との間には、両側縁部及び中央に沿って延び、所定の高さ及び幅を有する第１支持フレーム（４１０）が位置することを特徴とする。

【0023】

また、本発明による電池パックにおいて、前記下部支持プレート（２２０）と前記下部カバープレート（６２０）との間には、両側縁部及び中央に沿って延び、所定の高さ及び幅を有する第２支持フレーム（４２０）が位置することを特徴とする。

【0024】

また、本発明による電池パックにおいて、中央に沿って延びる前記第１支持フレーム（４１０）及び前記第２支持フレーム（４２０）には、第１弾性部材（２２１０）が通過するように、第１貫通ホール（４１１）及び第２貫通ホール（４２１）がそれぞれ設けられることを特徴とする。

【0025】

また、本発明による電池パックにおいて、前記上部支持プレート（２１０）と前記上部カバープレート（６１０）との間には第１バスバーアセンブリー（３１０）が位置し、前記第１バスバーアセンブリー（３１０）は、第１収容溝（３１１（ａ））が形成された第１バスバーフレーム（３１１）と、所定の角度に複数回折り曲げられた凹凸構造を有し、前記第１収容溝（３１１（ａ））に着座するバスバー（３１２）とを含むことを特徴とする。

【0026】

また、本発明による電池パックにおいて、前記下部支持プレート（２２０）と前記下部カバープレート（６２０）との間には第２バスバーアセンブリー（３２０）が位置することを特徴とする。

【0027】

また、本発明は、前記電池パックを含むデバイスであってもよい。

【発明の効果】

【0028】

以上で説明したように、本発明による電池セルの寿命が向上した電池パック及びこれを含むデバイスによれば、上部押圧プレートと下部押圧プレートとの間に弾性部材を備えるとともに、上部側面プレートと下部側面プレートとの連結部品に補強部が位置しているので、押圧部材の内側に介在されている電池セルを常に一定の範囲に押圧することができ、よって電池セルの性能を向上させることができるという利点がある。

【0029】

また、本発明による電池セルの寿命が向上した電池パック及びこれを含むデバイスによれば、電池セルの相対的に広い側面とヒートシンクとが水平方向に位置する状態で互いに密着しているので、熱交換面積の増加によって電池セルの冷却性能が向上するという利点がある。

【0030】

さらに、本発明による電池セルの寿命が向上した電池パック及びこれを含むデバイスによれば、複数の支持フレーム及び締結部材によって電池セル、ヒートシンク及び支持プレートなどが締結されるので、これらの電池セルとヒートシンクとの密着力を均一に維持することができるだけでなく、空間活用性を極大化することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】従来技術による電池モジュールの斜視図である。

【図2】本発明の好適な実施例による電池パックの斜視図である。

【図3】図２に示す電池パックの分解斜視図である。

【図4】図２のＡ－Ａ’線に沿って切断した断面図である。

【図5】スウェリングの際、側面プレート及び補強部の変形を説明するための模式図である。

【図6】本発明の好適な実施例による電池モジュールの分解斜視図である。

【図7】本発明の好適な実施例による電池モジュールにおいてヒートシンクと支持プレートとの結合構造を説明するための斜視図である。

【図8】本発明の好適な実施例による電池モジュールにおいて電池セルの装着構造を説明するための斜視図である。

【図9】本発明の好適な実施例による電池モジュールにおいて支持フレームの配置構造を説明するための斜視図である。

【図10】本発明の好適な実施例による電池モジュールにおいて電池セルとバスバーとの結合構造を説明するための斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、添付図面に基づき、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省省略する。

【0033】

また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、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。

【0034】

以下、本発明による電池セルの寿命が向上した電池パックにういて添付図面を参照しながら説明する。

【0035】

図２は本発明の好適な実施例による電池パックの斜視図であり、図３は図２に示す電池パックの分解斜視図であり、図４は図２のＡ－Ａ’線に沿って切断した断面図であり、図５はスウェリングの際、側面プレート及ぶ補強部の変形を説明するための模式図である。

【0036】

図２～図４に示すように、本発明による電池パック２０００は、複数の電池モジュール１０００が水平に積層されており、積層された複数の電池モジュール１０００の上面及び下面に位置する押圧部材２１００、弾性部材２２００、パックケース２３００、電池モジュール１０００を固定する複数の締結部材２４００、及び間隔維持部２５００を含む。

【0037】

まず、押圧部材２１００は、積層された電池モジュール１０００の上面に密着するように位置する上部押圧プレート２１１０、積層された電池モジュール１０００の下面に密着するように位置する下部押圧プレート２１２０、電池モジュール１０００の両側面に所定の距離だけ離隔して位置する複数の側面プレート２１３０、及び補強部２１４０を含む。

【0038】

ここで、側面プレート２１３０は、下側縁部が外側に向かって所定の長さ突出した第１延長部２１３１（ａ）が設けられた上部側面プレート２１３１と、上側縁部が外側に向かって所定の長さ突出した第２延長部２１３２（ａ）が設けられた下部側面プレート２１３２とを含み、これらの第１延長部２１３１（ａ）と第２延長部２１３２（ａ）とは互いに密着するか接着剤などを介して固定される。

【0039】

そして、補強部２１４０は前述した第１延長部２１３１（ａ）及び第２延長部２１３２（ａ）を外部で取り囲んでおり、このために、複数回折り曲げられて第１延長部２１３１（ａ）及び第２延長部２１３２（ａ）を収容することができるポケットを備えている。もちろん、前記のような機能を果たすことができれば、いくらでも形状の変形が可能であるというのは明らかである。

【0040】

したがって、図５のように、電池セルが定常状態にあるときは、第１延長部２１３１（ａ）と第２延長部２１３２（ａ）とが互いに密着した状態を維持するが、スウェリングによって体積が増加するとき、補強部２１４０または接着剤が上部側面プレート２１３１と下部側面プレート２１３２とが開くことをある程度抑制することによって電池セルに所定の圧力をかけるようになる。特に、補強部２１４０が外力によって変形可能な金属材からなる場合には、電池セルの酷いスウェリングによって急激に膨張して特定の圧力を超えても、急激な変位を防止することができる。

【0041】

弾性部材２２００は、第１弾性部材２２１０及び第２弾性部材２２２０を含む。電池モジュール１０００の中央部を垂直方向に貫く複数の第１弾性部材２２１０の一側は上部押圧プレート２１１０と連結され、他側は下部押圧プレート２１２０と連結されている。したがって、上部押圧プレート２１１０及び下部押圧プレート２１２０の中央部を引っ張っているので、スウェリング有無に関係なく、電池モジュール１０００の中央部の中心に位置する電池セル５００を常に一定の範囲に押圧することができる。

【0042】

第１弾性部材２２１０は上部押圧プレート２１１０と下部押圧プレート２１２０との間の引張力を提供する一方で、第２弾性部材２２２０は上部押圧プレート２１１０と上部パックカバー２３１０との間に位置して押圧力を提供する。特に、第２弾性部材２２２０は複数が所定の距離だけ離隔していることが好ましい。これは、電池セルのスウェリング偏差によって発生し得る押圧板の撓み現象を抑制して押圧力の偏差を最小化することができる。

【0043】

ここで、第１弾性部材２２１０及び第２弾性部材２２２０はコイル形状を有することができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

【0044】

パックケース２３００は、上部押圧プレート２１１０の上面に位置する上部パックカバー２３１０、下部押圧プレート２１２０の下面に位置する下部パックカバー２３２０、及び側面プレート２１３０に平行に位置する側面パックカバー２３３０を含む。

【0045】

締結部材２４００は垂直方向に積層された複数の電池モジュール１０００を所定の力で固定するためのものであり、一例として一側端部に螺旋溝を有するボルトであってもよく、他側にはナットが締結されることで、電池モジュール１０００を互いに固定することができる。

【0046】

もちろん、スウェリングの際、電池モジュールの膨張を考慮して、多少緩く締結されることが好ましい。

【0047】

一方、上部押圧プレート２１１０と上部パックカバー２３１０との間の中央部には間隔維持部２５００がさらに備えられることができる。これは、第２弾性部材２２２０及び第３弾性部材２２３０による引張力及び押圧力を補うためのものであり、金属材の四角柱であってもよい。

【0048】

図６は本発明の好適な実施例による電池モジュールの分解斜視図である。図６に示すように、各電池モジュール１０００は、ヒートシンク１００、支持プレート２００、バスバーアセンブリー３００、支持フレーム４００、電池セル５００、及びカバープレート６００を含む。

【0049】

まず、ヒートシンク１００は内部に流路が形成された所定の面積を有する平板状のものであり、ヒートシンク１００の上面及び下面に所定の距離だけ離隔したままで突出した複数の隆起部１１０が形成されている。隆起部１１０についての詳細な説明は後述する。

【0050】

支持プレート２００は、ヒートシンク１００の両面、より詳細にはヒートシンク１００の上面に位置する上部支持プレート２１０と、ヒートシンク１００の下面に位置する下部支持プレート２２０とを含む。

【0051】

電池セル５００を電気的に互いに連結するためのバスバーアセンブリー３００は、第１バスバーアセンブリー３１０と、第２バスバーアセンブリー３２０とを含む。第１バスバーアセンブリー３１０は上部支持プレート２１０の上面に位置し、第２バスバーアセンブリー３２０は下部支持プレート２２０の下面に配置される。

【0052】

たとえ図面には、第１バスバーアセンブリー３１０が総６個から構成され、上部支持プレート２１０の縁部付近にそれぞれ１個ずつ、さらにこれらの間で所定の距離だけ離隔したままで４個が長手方向（Ｘ軸方向）に沿って位置するものとして示されているが、これは一例に過ぎないだけで、上部支持プレート２１０と密着することができれば個数や位置は変更可能である。

【0053】

第２バスバーアセンブリー３２０は第１バスバーアセンブリー３１０と対称をなしている構造なので、更なる説明は省略する。

【0054】

次に、支持フレーム４００は、第１支持フレーム４１０及び第２支持フレーム４２０を含む。第１支持フレーム４１０は上部支持プレート２１０と上部カバープレート６１０との間に位置し、第２支持フレーム４２０は下部支持プレート２２０と下部カバープレート６２０との間に位置する。そのより詳細な内容は後述する。

【0055】

電池セル５００は、ヒートシンク１００に水平に位置する複数の第１電池セル５１０と第２電池セル５２０を含む。具体的には、第１電池セル５１０は上部支持プレート２１０と上部カバープレート６１０との間に位置し、第２電池セル５２０は下部支持プレート２２０と下部カバープレート６２０との間に位置する。

【0056】

前記のような第１電池セル５１０と第２電池セル５２０とは互いに同じ構成を有する電池セルであってもよい。一例として、電極組立体（図示せず）を収納するセルケースと一対の電極リードとを含むことができる。

【0057】

ここで、電極組立体は、長いシート状の正極及び負極の間に分離膜が介在されてから巻き取られる構造を有するゼリーロール型組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を挟んでいる状態で積層される構造のスタック型組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタックフォルディング型組立体、または電池セルが分離膜を挟んでいる状態で積層されて互いに付着されるラミネーションスタック型組立体などからなることができるが、これに限定されない。本発明による電極組立体は、カーブドモジュールを形成する場合、物理的ストレスが最も少ないスタックフォルディング型、またはラミネーションスタック型構造であることが好ましい。

【0058】

前記のような電極組立体はセルケースに収納され、セルケースは、通常に、内部層／金属層／外部層のラミネートシート構造を有している。内部層は電極組立体と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解液性を有しなければならなく、また外部に対する密閉のために、シーリング性、すなわち内部層同士熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性がよいポリプロピレン、ポリエチレン、酢酸ポリエチレン、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂から選択されることができるが、これに限定されず、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性及び耐化学性に優れたポリプロピレンが最も好ましい。

【0059】

内部層と接している金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好適な材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム薄膜を使うことができる。

【0060】

そして、金属層の他側面には外部層が備えられる。このような外部層は、電極組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができ、一例としてナイロンまたはポリエチレンテレフタレートを使うことができるが、これに限定されない。

【0061】

一方、一対の電極リードは正極リード及び負極リードからなり、電極組立体の正極タブと負極タブとがそれぞれ電気的に連結された後、セルケースの外部に露出されるか、タブなしに電極組立体と直接連結されても関係ない。

【0062】

次に、カバープレート６００は電池セル５００を外部から保護する役割を果たし、上部カバープレート６１０と下部カバープレート６２０とを含む。

【0063】

具体的には、上部カバープレート６１０は第１電池セル５１０の上部に位置して第１電池セル５１０の上面を保護し、下部カバープレート６２０は第２電池セル５２０の下部に位置して第２電池セル５２０の下面を保護する。

【0064】

そして、前述した締結部材２４００が貫くことができるように、上部カバープレート６１０及び下部カバープレート６２０には所定の距離だけ離隔して形成された複数の貫通ホールが形成されている。

【0065】

図７は本発明の好適な実施例による電池モジュールにおいてヒートシンクと支持プレートとの結合構造を説明するための斜視図である。

【0066】

図７を参照して説明すれば、本発明によるヒートシンク１００の上面には上部支持プレート２１０が位置し、ヒートシンク１００の下面には下部支持プレート２２０が位置する。

【0067】

一方、ヒートシンク１００の両面、すなわち上面及び下面には所定の形状に所定の高さ突出した状態の隆起部１１０がそれぞれ形成されることが好ましく、上部支持プレート２１０にはヒートシンク１００の上面に形成された隆起部１１０を収容するための第１開口部２１１が形成され、下部支持プレート２２０にはヒートシンク１００の下面に形成された隆起部１１０を収容するための第２開口部２２１が形成されることがより好ましい。

【0068】

前記のように、隆起部１１０が両面に形成されたヒートシンク１００の上面及び下面に上部支持プレート２１０と下部支持プレート２２０とがそれぞれ密着すれば、ヒートシンク１００の上面の隆起部１１０は第１開口部２１１に挿入され、ヒートシンク１００の下面に形成された隆起部１１０は第２開口部２２１に挿入されることで、左右への揺動を防止することができる。

【0069】

ここで、上部支持プレート２１０及び下部支持プレート２２０は熱伝導性樹脂からなるプレートであってもよい。

【0070】

一方、ヒートシンク１００の一側部には冷却水を供給するための冷却水流入ポート１２０が設けられ、その付近には熱交換された冷却水が排出される冷却水流出ポート１３０が設けられており、冷却水の供給及び流出ができれば、これらの冷却水流入ポート１２０及び冷却水流出ポート１３０が必ずしも付近に位置しなくてもよいというのは明らかである。

【0071】

図８は本発明の好適な実施例による電池モジュールにおいて電池セルの装着構造を説明するための斜視図であり、図８は本発明の好適な実施例による電池モジュールにおいて支持フレームの配置構造を説明するための斜視図である。

【0072】

本発明による複数の第１電池セル５１０は、上部支持プレート２１０の第１開口部２１１に挿入された状態で外部に露出されているヒートシンク１００の隆起部１１０及び上部支持プレート２１０に水平に着座する。

【0073】

従来の電池モジュールでは、電池セルとヒートシンクとは互いに垂直に位置する構造を有するので、電池セルとヒートシンクとの接触面積が少なく、よって冷却性能に限界があった。

【0074】

これに対し、本発明による電池モジュール１０００は、ヒートシンク１００と第１電池セル５１０とが互いに平行に位置するとともに、ヒートシンク１００の隆起部１１０と第１電池セル５１０の水平側面とが接触するように配置される構造を有するので、迅速に熱伝逹効率を高めることができるという利点がある。

【0075】

もちろん、ヒートシンク１００の隆起部１１０と密着しない第１電池セル５１０の残りの領域は上部支持プレート２１０と密着しているというのは明らかである。

【0076】

一方、隆起部１１０と第１電池セル５１０との間には、これらを互いに固定するための公知の熱伝導性樹脂層が介在されることができる。

【0077】

第２電池セル５２０及び下部支持プレート２２０の装着構造は方向のみ異なるだけで、第１電池セル５１０と上部支持プレート２１０との結合構造と同一であるので、その具体的な説明は省略する。

【0078】

前述したように、支持フレーム４００は、第１支持フレーム４１０と、第２支持フレーム４２０とを含む。

【0079】

第１支持フレーム４１０は上部支持プレート２１０と上部カバープレート６１０との間、より詳細には、電池モジュールの長手方向（Ｘ軸方向）に沿って上部支持プレート２１０の両側縁部及び中央にそれぞれ位置し、所定の幅、高さ及び長さを有し、切断面は略方形のバー（Ｂａｒ）形状を有する。そして、第１支持フレーム４１０には、締結部材２４００が通過するように所定の距離だけ離隔したままで複数の第１貫通ホール４１１が形成されている。

【0080】

第２支持フレーム４２０は下部支持プレート２２０と下部カバープレート６２０との間に位置することのみを除き、残りの構成は第１支持フレーム４１０と同様である。すなわち、第２支持フレーム４２０にも、締結部材２４００が通過するように、所定の距離だけ離隔したままで複数の第２貫通ホール４２１が形成されている。

【0081】

複数の電池モジュール１０００が積層された状態で締結されても、前記のような第１支持フレーム４１０及び第２支持フレーム４２０によって支持プレート２００とカバープレート６００との間が常に所定の距離だけ離隔した状態を維持することができるので、電池セル５００が必要以上に押圧されることを防止することができるだけでなく、スウェリング発生の際、局所的な膨張を抑制することができるという利点がある。

【0082】

図１０は本発明の好適な実施例による電池モジュールにおいて電池セルとバスバーとの結合構造を説明するための斜視図である。

【0083】

図８を一緒に参照しながらバスバーアセンブリー３００について詳細に説明すれば、第１バスバーアセンブリー３１０と第２バスバーアセンブリー３２０とから構成される。これは配置される位置のみ異なるだけで、具体的な構成は同一であるので、以下では第１バスバーアセンブリー３１０を中心に説明する。

【0084】

第１バスバーアセンブリー３１０は、第１バスバーフレーム３１１と、バスバー３１２とを含む。第１バスバーフレーム３１１はバスバー３１２を支持するとともに付近に位置するバスバー３１２を電気的に連結するためのものであり、第１バスバーフレーム３１１には、バスバー３１２を収容するための第１収容溝３１１（ａ）と、第１収容溝３１１（ａ）より相対的に深く陷沒している第２収容溝３１１（ｂ）とが形成されている。

【0085】

バスバー３１２は所定の角度に複数回折り曲げられた凹凸構造を有し、第１水平部３１２（ａ）、第１水平部３１２（ａ）より相対的に下に位置する第２水平部３１２（ｂ）、及び第１水平部３１２（ａ）と第２水平部３１２（ｂ）とを連結するように所定の角度に折り曲げられた連結部３１２（ｃ）を含む。

【0086】

前記のような構成を有するバスバー３１２が第１バスバーフレーム３１１の収容溝に着座するとき、第１水平部３１２（ａ）は第１収容溝３１１（ａ）に、第２水平部３１２（ｂ）は第２収容溝３１１（ｂ）に挿入される構造を有するので、第１バスバーフレーム３１１とバスバー３１２とが堅固に締結されることができる。

【0087】

一方、第１電池セル５１０の電極リード５１１は第１水平部３１２（ａ）に着座する。

【0088】

従来の電池モジュールはバスバーアセンブリー３００を冷却する機能がないか追加的に備えなければならない問題点があった。しかし、本発明は、ヒートシンク１００の上面及び下面にそれぞれ位置する上部支持プレート２１０及び下部支持プレート２２０にバスバーアセンブリー３００が面接触するように位置するので、電池セルを冷却するための単一のヒートシンク１００のみでもバスバーアセンブリー３００を冷却させることができ、よって電池モジュールの体積が増加することを最小化することができる。

【0089】

本発明は前述した特徴のうちの一つ以上の特徴を有している電池パックを備えているデバイスであってもよく、このようなデバイスは、電気自動車、ハイブリッド自動車であってもよい。

【0090】

本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。

【符号の説明】

【0091】

１０００ 電池モジュール
１００ ヒートシンク
１１０ 隆起部
１２０ 冷却水流入ポート
１３０ 冷却水流出ポート
２００ 支持プレート
２１０ 上部支持プレート
２１１ 第１開口部
２２０ 下部支持プレート
２２１ 第２開口部
３００ バスバーアセンブリー
３１０ 第１バスバーアセンブリー
３１１ 第１バスバーフレーム
３１１（ａ） 第１収容溝
３１１（ｂ） 第２収容溝
３１２ バスバー
３１２（ａ） 第１水平部
３１２（ｂ） 第２水平部
３１２（ｃ） 連結部
３２０ 第２バスバーアセンブリー
４００ 支持フレーム
４１０ 第１支持フレーム
４１１ 第１貫通ホール
４２０ 第２支持フレーム
４２１ 第２貫通ホール
５００ 電池セル
５１０ 第１電池セル
５１１ 電極リード
５２０ 第２電池セル
６００ カバープレート
６１０ 上部カバープレート
６２０ 下部カバープレート
２０００ 電池パック
２１００ 押圧部材
２１１０ 上部押圧プレート
２１２０ 下部押圧プレート
２１３０ 側面プレート
２１３１ 上部側面プレート
２１３１（ａ） 第１延長部
２１３２ 下部側面プレート
２１３２（ａ） 第２延長部
２１４０ 補強部
２２００ 弾性部材
２２１０ 第１弾性部材
２２２０ 第２弾性部材
２３００ パックケース
２３１０ 上部パックカバー
２３２０ 下部パックカバー
２３３０ 側面パックカバー
２４００ 締結部材
２５００ 間隔維持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】