特許 7558617 電池モジュールおよびそ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】2024-09-20

(45)【発行日】2024-10-01

(54)【発明の名称】電池モジュールおよびそれを含む電池パック

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/613 20140101AFI20240924BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20240924BHJP

   H01M 50/548 20210101ALI20240924BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240924BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20240924BHJP

   H01M 50/50 20210101ALI20240924BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20240924BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20240924BHJP

   H01M 10/6555 20140101ALI20240924BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20240924BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240924BHJP

【ＦＩ】

H01M10/613

H01M50/211

H01M50/548 301

H01M50/204 401D

H01M50/262 E

H01M50/50 201Z

H01M50/204 401H

H01M10/647

H01M10/6551

H01M10/6555

H01M10/653

H01M10/625

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023505759

(86)(22)【出願日】2022-01-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-25

(86)【国際出願番号】 KR2022000273

(87)【国際公開番号】W WO2022149896

(87)【国際公開日】2022-07-14

【審査請求日】2023-01-26

(31)【優先権主張番号】10-2021-0003189

(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】ホング・ハン

(72)【発明者】

【氏名】ジュンヨブ・ソン

(72)【発明者】

【氏名】ウォン・キョン・パク

(72)【発明者】

【氏名】スビン・パク

【審査官】新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－２０３２３５６（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００９３８９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５２２３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２１－００００５５１（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００８－３００２８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ ５０／２１１

Ｈ０１Ｍ ５０／５４８

Ｈ０１Ｍ ５０／２０４

Ｈ０１Ｍ ５０／２６２

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

Ｈ０１Ｍ １０／６５５１

Ｈ０１Ｍ １０／６５５５

Ｈ０１Ｍ １０／６５３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体；
前記電池セルの電圧を検出するための、前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面と後面をそれぞれ覆う第１センシングブロックと第２センシングブロック；および
前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の両側面をカバーする弾性部材を含み、
前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックそれぞれは、前記電池セル積層体が位置する方向と逆方向に突出した外側突出部を含み、
前記電池セル積層体の前記前面および前記後面で、前記電極リードのうち少なくとも２個の電極リード同士が連結されて電極リード接合体を形成し、
前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックにスリットが形成され、
前記電極リードは、前記スリットを通過して、前記電極リード接合体を形成し、
前記外側突出部によって、前記弾性部材が前記電極リード接合体と離隔する、電池モジュール。

【請求項2】

前記弾性部材が前記第１センシングブロックの外側突出部と前記第２センシングブロックの外側突出部を取り囲む、請求項１に記載の電池モジュール。

【請求項3】

前記第１センシングブロックは、前記第１センシングブロックの両端部で前記電池セル積層体が位置する方向と逆方向に突出した第１外側突出部を含み、
前記第２センシングブロックは、前記第２センシングブロックの両端部で前記電池セル積層体が位置する方向と逆方向に突出した第２外側突出部を含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。

【請求項4】

前記弾性部材は、前記第１外側突出部および前記第２外側突出部を取り囲み、かつ繋がる、請求項３に記載の電池モジュール。

【請求項5】

前記弾性部材は前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記両側面に沿って連続して繋がる、請求項１～４のいずれか一項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と下面が露出する、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た第１電極リードおよび第２電極リードを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項8】

前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックの少なくとも一つにＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体が位置し、
前記ＬＶセンシング組立体が前記電極リード接合体と連結され、
前記ＬＶセンシング組立体は、ＬＶコネクタ、前記ＬＶコネクタと前記電極リードを連結する連結部材及び前記連結部材の一端に位置して前記電極リードに接合される接合プレートを含む、請求項７に記載の電池モジュール。

【請求項9】

前記電池セルの間に位置する冷却フィンをさらに含み、
前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックの少なくとも一つは、前記電池セル積層体が位置する方向に突出した内側突出部を含み、
前記冷却フィンが前記内側突出部と接する、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池モジュール。

【請求項10】

前記内側突出部の突出長さと前記内側突出部と接する前記冷却フィンの長さの合計が、前記電池セルのセル本体の長さと同じであるかより大きい、請求項９に記載の電池モジュール。

【請求項11】

請求項１～１０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の間に位置する熱伝導性樹脂層を含み、
前記弾性部材は下部が開放され、前記電池セル積層体の下面が露出する、電池パック。

【請求項12】

前記電池セル積層体の前記下面は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１０－２０２１－０００３１８９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。

【0002】

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、より具体的には冷却性能が向上した電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関する。

【背景技術】

【0003】

現代社会では携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、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と関連する分野の技術に対する開発が活発に進められている。また、充放電が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として、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るため、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

【0004】

現在、商用化されている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るが、その中でリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起きず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギ密度が高い長所から脚光を浴びている。

【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間に置いて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蔵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蔵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、２～３個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、多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多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。一つ以上の電池モジュールはＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、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取り付けられて電池パックを形成することができる。

【0008】

電池パックは多様な機能を満たさなければならない。第一に、多様な環境、振動、衝撃などに対する構造的耐久性を満たさなければならない。第二に、電気的な連結のためのＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結と電池モジュールの内部状態を診断するためのセンサが連結されたＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結が求められる。第三に、電池パック内部の電池セルは電気エネルギを作り出して熱を発散するが、これを冷却するための冷却システムが必須である。

【0009】

冷却システムと関連して、二次電池は、適正温度より高くなる場合、二次電池の性能が低下し得、はなはだしい場合は爆発や発火の危険性もある。特に、多数の二次電池、すなわち、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多数の電池セルから出る熱が合算されて温度がより急激に上がり得る。言い換えれば、多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取り付けられた電池パックの場合、高い出力を得ることができるが、充電および放電時に電池セルで発生する熱を除去することは容易でない。電池セルの放熱がきちんと行われない場合、電池セルの劣化が早くなることにより寿命が短くなり、爆発や発火の可能性が大きくなる。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、直射光線にしばしば露出し、夏や砂漠地域のような高温条件に置かれ得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明が解決しようとする課題は、冷却性能および熱伝達性能が向上して、ＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結とＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結を案内できるセンシングブロックが設けられた新規な構造の電池モジュールおよびそれを含む電池パックを提供することにある。

【0011】

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】

【0012】

本発明の一実施形態による電池モジュールは、電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体；前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面と後面をそれぞれ覆う第１センシングブロックと第２センシングブロック；および前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の両側面をカバーする弾性部材を含む。前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックそれぞれは、前記電池セル積層体が位置する方向と逆方向に突出した外側突出部を含む。

【0013】

前記弾性部材が前記第１センシングブロックの外側突出部と前記第２センシングブロックの外側突出部を取り囲み得る。

【0014】

前記第１センシングブロックは、前記第１センシングブロックの両端部で前記電池セル積層体が位置する方向と逆方向に突出した第１外側突出部を含み得、前記第２センシングブロックは、前記第２センシングブロックの両端部で前記電池セル積層体が位置する方向と逆方向に突出した第２外側突出部を含み得る。

【0015】

前記弾性部材は、前記第１外側突出部および前記第２外側突出部を取り囲み、かつ繋がり得る。

【0016】

前記弾性部材は前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記両側面に沿って連続して繋がり得る。

【0017】

前記電池セル積層体の上面と下面が露出し得る。

【0018】

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た第１電極リードおよび第２電極リードを含み得る。

【0019】

前記電池セル積層体の前記前面および前記後面で、前記電極リードのうち少なくとも２個の電極リード同士が連結されて電極リード接合体を形成し得る。

【0020】

前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックの少なくとも一つにＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体が位置し得、前記ＬＶセンシング組立体が前記電極リード接合体と連結され得る。

【0021】

前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックにスリットが形成され得、前記電極リードは、前記スリットを通過して曲がって、前記電極リード接合体を形成し得る。

【0022】

前記外側突出部によって、前記弾性部材が前記電極リード接合体と離隔し得る。

【0023】

前記電池モジュールは、前記電池セルの間に位置する冷却フィンをさらに含み得る。前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックの少なくとも一つは、前記電池セル積層体が位置する方向に突出した内側突出部を含み得る。前記冷却フィンが前記内側突出部と接し得る。

【0024】

前記内側突出部の突出長さと前記内側突出部と接する前記冷却フィンの長さの合計が、前記電池セルのセル本体の長さと同じであるかより大きくてもよい。

【0025】

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。前記弾性部材は下部が開放され、前記電池セル積層体の下面が露出する。

【0026】

前記電池セル積層体の前記下面は前記熱伝導性樹脂層と接触し得る。

【発明の効果】

【0027】

本発明の実施形態によれば、電池セル積層体の下面を露出させる構造であって、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】

また、弾性部材が電池セル積層体を取り囲んで連続して繋がる構造を形成して、電池セルのスウェリングを抑制することができ、電池セルの積層方向での電池モジュールの変形を防止することができる。

【0029】

また、ＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結とＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結を案内し、電池セルを保護できるセンシングブロックが前記弾性部材によって固定されることができる。

【0030】

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ものである。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。

【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た電池セルを示す斜視図である。

【図4】図１の電池モジュールの前面部分を拡大して示す部分斜視図である。

【図5】図４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6】図１の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面に対する斜視図である。

【図7】図１の電池モジュールで弾性部材を除去した状態を示す斜視図である。

【図8】図７の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す断面図である。

【図9】本発明の一実施形態による電池パックを示す斜視図である。

【図10】図９の切断線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した断面を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

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で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。

【0033】

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または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。

【0034】

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、本発明は必ずしも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誇張して示した。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して示した。

【0035】

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」または「の上に」あるという時、これは他の部分の「すぐ上に」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「すぐ上に」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「上に」または「の上に」あるというのは基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置することを意味するものではない。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

図１は本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。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た電池セルを示す斜視図である。

【0039】

図１ないし図３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１００は、電極リード１１１，１１２を含む複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体２００；電極リード１１１，１１２が突出した電池セル積層体２００の前面と後面をそれぞれ覆う第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０；および第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および電池セル積層体２００の両側面をカバーする弾性部材７００を含む。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。また、下面は電池セル積層体２００の－ｚ軸方向の面を意味し、上面は電池セル積層体２００のｚ軸方向の面を意味する。ただし、これは説明の便宜上指称した面であり、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得る。上述したように、電池セル積層体２００の前面および後面は電池セル１１０の突出した電極リード１１１，１１２が位置した面であり得る。

【0040】

まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであることが好ましく、長方形のシート状構造で形成されることができる。本実施形態による電池セル１１０の電極リードは突出した第１および第２電極リード１１１，１１２を含む。具体的には、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を基準と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。より詳細には第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であり得、他の一つは負極リード１１２であり得る。すなわち、一つの電池セル１１０を基準として正極リード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ができる。

【0041】

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の両端部１１４ａ，１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃを接着することにより製造することができる。換言すれば、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、残りの他の一側部は連結部１１５からなる。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る。

【0042】

このような電池セル１１０は複数個で構成されることができ、複数の電池セル１１０は相互電気的に接続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に示すようにｘ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０が積層されることができる。そのため、第１電極リード１１１および第２電極リード１１２はそれぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出することができる。すなわち、第１電極リード１１１および第２電極リード１１２は電池セル積層体２００の前記前面および前記後面に位置することができる。

【0043】

以下では、図４および図５などを参照して本実施形態による第１センシングブロックと第２センシングブロックについて詳しく説明する。

【0044】

図４は図１の電池モジュールの前面部分を拡大して示す部分斜視図である。図５は図４の電池モジュールの前面部分を正面から見た図である。ただし、図４および図５は説明の便宜上図１の電池モジュール１００で弾性部材７００が省略された状態を示した。

【0045】

図２ないし図５を共に参照すると、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、電極リード１１１，１１２が突出した電池セル積層体２００の前面と後面をそれぞれ覆う。より具体的には、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の間に位置することができ、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の間に位置することができる。弾性部材７００については後述する。

【0046】

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は電気的絶縁を示す素材を含み得、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状を有し、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することができる。

【0047】

以下では、説明の繰り返しを避けるために図４と図５に示す第１センシングブロック４１０を基準として説明するが、第２センシングブロック４２０にも同一ないし類似の構造を適用することができる。

【0048】

上述したように、電極リード１１１，１１２が電池セル積層体２００の前記前面と前記後面に位置することができる。第１センシングブロック４１０にはスリット４１０Ｓが形成されることができ、第１センシングブロック４１０が配置されるとき、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。次に、少なくとも２個の電極リード１１１，１１２同士が曲がって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。具体的には、隣接する電池セル１１０に対して同じ方向に突出した電極リード１１１，１１２がその電極リード１１１，１１２の突出方向と垂直な方向に曲がって、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。そのため、電極リード接合体１１０Ｌの一面は、電池セル１１０から電極リード１１１，１１２が突出する方向（ｙ軸方向）と垂直であり得る。この時、互いに同じ極性の電極リード同士が接合されることもでき、互いに異なる極性の電極リード同士が接合されることもできる。換言すれば、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が接合することができ、また、電池セル１１０間の直列接続を実現するために互いに異なる極性の電極リード同士が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わり得る。

【0049】

一方、電池セル積層体２００の外側に位置した電池セル１１０の電極リード１１１，１１２は端子バスバー５００と連結されることができる。従来の電池モジュールがバスバーを介して電極リードを互いに連結したこととは異なり、本実施形態による電極リード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の役割の連結であり、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介して電極リードを互いに連結したこととは異なり、本実施形態による電極リード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連結構造において、バスバーおよびバスバーが取り付けられるバスバーフレームは除去することができる。

【0050】

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の少なくとも一つに位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のうちの電池セル積層体２００と対向する面の反対面にＬＶセンシング組立体９００が位置することができる。同様に、具体的に図示していないが、場合によって、第２センシングブロック４２０のうちの電池セル積層体２００と対向する面の反対面にＬＶセンシング組立体９００が位置することができる。

【0051】

ＬＶセンシング組立体９００はＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結のためのものであり、ここで、ＬＶ連結は電池セルの電圧など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を介して電池セル１１０の電圧情報と温度情報が外部ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達されることができる。このようなＬＶセンシング組立体９００は電極リード接合体１１０Ｌと連結されることができる。

【0052】

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。

【0053】

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はフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）またはフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）であり得る。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を介して外部のＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｍａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達されることができる。すなわち、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で構成することができる。このような接合プレート９３０を電極リード１１１，１１２に接合することによって、連結部材９２０と電極リード１１１を電気的、物理的に連結することができる。具体的には、接合プレート９３０の一側は連結部材９２０を貫通した後曲がることによって連結部材９２０と結合され、接合プレート９３０の他側は板状形態で構成されて電極リード１１１，１１２と接合、特に溶接接合されることができる。

【0054】

一方、上述したように、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、そのため、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ができる。この時、上述したように、少なくとも２個の電極リード１１１，１１２同士が曲がって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、ＬＶセンシング組立体９００と電極リード１１１，１１２が互いに連結されることができる。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、一度に行われ得るので、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、よりコンパクトな構成の電池モジュール１００を製造できるという長所を有する。

【0055】

本実施形態による第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、電池モジュール１００のＨＶ連結およびＬＶ連結を案内すると同時に、所定の強度を備えており、電池セル１１０を保護する役割を担うことができる。

【0056】

電極リード接合体１１０Ｌを形成するための電極リード１１１，１１２間の接合や電極リード接合体１１０Ｌと接合プレート９３０の間の接合において、電気的な連結が可能であればその接合方式に特に制限はなく、一例として溶接接合が行われる。また、ｙ軸方向に突出した電極リード１１１，１１２を基準として説明したが、－ｙ軸方向に突出した電極リード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の構造が形成されることができる。

【0057】

一方、図１および図２に示すように、本実施形態による弾性部材７００は電極リード１１１，１１２、すなわ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の外側に位置するが、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、外部環境から電極リード接合体１１０Ｌに対する保護が可能である。

【0058】

以下では、このような弾性部材７００について詳しく説明する。

【0059】

図１および図２を再び参照すると、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して繋がることができる。より具体的には、弾性部材７００が第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および電池セル積層体２００の両側面に沿って連続して繋がることができる。複数の電池セル１１０が繰り返し充放電される過程で、その内部の電解質が分解されてガスが発生して電池セル１１０が膨らむ現象、すなわちスウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生し得る。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り得る。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して繋がるので電池セル１１０のスウェリングを抑制することができ、電池セル１１０の積層方向での電池モジュール１００の変形を最小化することができる。

【0060】

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に代わって、本実施形態による電池モジュール１００は弾性部材７００によりその形態が維持および固定されることができる。特に、第１センシングブロック４１０、電池セル積層体２００および第２センシングブロック４２０が共に弾性部材７００により固定されることができる。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り、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求められる複雑な工程が不要である。

【0061】

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り、電池パックの組み立て工程時の再作業性が有利である長所を有するが、従来のモジュールフレームを有する電池モジュールがモジュールフレームの溶接構造により不良が発生しても再作業が不可能であることと比較することができる。

【0062】

また、弾性部材７００の上部と下部が開放されて電池セル積層体２００の上面および下面が外部に露出するが、モジュールフレームによって囲まれることにより熱発散に効果的であるので、冷却性能が向上することができる。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。

【0063】

一方、このような弾性部材７００は所定の弾性力を有するものであれば、その素材は特に制限されないが、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少なくとも一つを含むことができる。

【0064】

以下では、図６および図７などを参照して本実施形態による外側突出部について詳しく説明する。図６は図１の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面に対する斜視図である。図７は図１の電池モジュールで弾性部材を除去した状態を示す斜視図である。

【0065】

図２、図５ないし図７を参照すると、本実施形態による第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それぞれは、電池セル積層体２００が位置する方向と逆方向に突出した外側突出部４１０ａ，４２０ａを含む。弾性部材７００が、第１センシングブロック４１０の外側突出部４１０ａと第２センシングブロック４２０の外側突出部４２０ａを取り囲み、かつ第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および電池セル積層体２００の両側面に沿って連続して繋がることができる。

【0066】

第１センシングブロック４１０は、第１センシングブロック４１０の両端部で電池セル積層体２００が位置する方向と逆方向に突出した第１外側突出部４１０ａを含むことができる。前記両端部は高さ方向の両端部でない幅方向の両端部を意味する。図７で、第１センシングブロック４１０を基準として電池セル積層体２００が位置する方向と逆方向はｙ軸方向を意味する。

【0067】

一方、第２センシングブロック４２０は、第２センシングブロック４２０の両端部で電池セル積層体２００が位置する方向と逆方向に突出した第２外側突出部４２０ａを含むことができる。図７には一つの第２外側突出部４２０ａのみ図示されているが、第１外側突出部４１０ａと同様に、２個の第２外側突出部４２０ａが第２センシングブロック４２０の両端部それぞれに位置することができる。前記両端部は高さ方向の両端部でない幅方向の両端部を意味する。図７で、第２センシングブロック４２０を基準として電池セル積層体２００が位置する方向と逆方向は－ｙ軸方向を意味する。

【0068】

第１外側突出部４１０ａと第２外側突出部４２０ａは互いに対向する方向に突出する。

【0069】

すなわち、本実施形態による電池モジュール１００で、弾性部材７００は第１外側突出部４１０ａと第２外側突出部４２０ａを取り囲み、かつ第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および電池セル積層体２００の両側面に沿って連続して繋がることができる。特に、第１外側突出部４１０ａと第２外側突出部４２０ａがそれぞれ第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０の両端部に位置する時、弾性部材７００は電池モジュール１００の４ヶ所のエッジに形成された外側突出部４１０ａ，４２０ａにぴんと引っ張られることができる。そのため、図６に示すように、外側突出部４１０ａ，４２０ａによって、弾性部材７００が電極リード接合体１１０Ｌと所定の間隔で離隔することができる。

【0070】

上述したように、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、外部環境から電極リード接合体１１０Ｌに対する保護が可能である。しかし、弾性部材７００の弾性力、加圧力によって電極リード接合体１１０Ｌがかえって弾性部材７００により損傷を受ける恐れがある。したがって、電池セル積層体２００が位置する方向と逆方向に突出する外側突出部４１０ａ，４２０ａを第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０に設けることによって、弾性部材７００が直接電極リード１１１，１１２、すなわち、電極リード接合体１１０Ｌと接触することを防止しようとした。すなわち、弾性部材７００が電極リード接合体１１０Ｌをカバーすると同時に所定の間隔で離隔するように設定し、電極リード接合体１１０Ｌの損傷を防止することができる。

【0071】

以下では、本実施形態に他の冷却フィンと内側突出部について詳しく説明する。

【0072】

図２を再び参照すると、本実施形態による電池モジュール１００は電池セル１１０の間に位置する冷却フィン３００をさらに含むことができる。図２では一つの冷却フィン３００のみを図示したが、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がすべて位置するか、２個の電池セル１１０を間隔でその間に一つずつ冷却フィン３００が配置されることもできる。

【0073】

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。熱伝導度が高い冷却フィン３００を電池セル１１０の間に配置して直接付着して冷却面を広げることができる。そのため、冷却性能が向上する。

【0074】

一方、上述したように、弾性部材７００の下部が開放されて電池セル積層体２００の下面が外部に露出するが、本実施形態による冷却フィン３００は電池セル積層体２００の下面から突出することができる。そのため、本実施形態による冷却フィン３００は後述する熱伝導性樹脂層と直接接触することができる。電池セル１１０の間に配置された冷却フィン３００を直接熱伝導性樹脂層と接触させることによって、電池モジュールの熱排出性能を極大化させることができる。

【0075】

図８は図７の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す断面図である。特に、図８は第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０を示すために中間部分の図示を省略した。

【0076】

図２、図７および図８を参照すると、本実施形態による第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の少なくとも一つは、電池セル積層体２００が位置する方向に突出した内側突出部４１０ｂ，４２０ｂを含むことができる。冷却フィン３００が内側突出部４１０ｂ，４２０ｂと接することができる。

【0077】

第１センシングブロック４１０は、電池セル積層体２００が位置する方向に突出した第１内側突出部４１０ｂを含むことができる。図７および図８で、第１センシングブロック４１０を基準として電池セル積層体２００が位置する方向は－ｙ軸方向を意味する。

【0078】

一方、第２センシングブロック４２０は、電池セル積層体２００が位置する方向に突出した第２内側突出部４２０ｂを含むことができる。図７および図８で、第２センシングブロック４２０を基準として電池セル積層体２００が位置する方向はｙ軸方向を意味する。

【0079】

第１内側突出部４１０ｂと第２内側突出部４２０ｂは互いが位置する方向に突出する。

【0080】

この時、第１内側突出部４１０ｂの突出長さｄ１と第１内側突出部４１０ｂと接する冷却フィン３００の長さｄ２の合計が、電池セル１１０のセル本体１１３の長さｄ３と同じであるかより大きい。第１内側突出部４１０ｂの突出長さｄ１は第１内側突出部４１０ｂが第１センシングブロック４１０から突出した長さを意味する。同様に、具体的に表示していないが、第２内側突出部４２０ｂの突出長さと第２内側突出部４２０ｂと接する冷却フィン３００の長さの合計が電池セル１１０のセル本体１１３の長さｄ３と同じであるかより大きい。

【0081】

本実施形態による電池モジュール１００で、弾性部材７００の弾性力により、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に対して互いが位置する方向に圧力が印加されることができる。このような圧力が過度になると、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の間に位置する電池セル１１０に損傷が加えられ得る。したがって、電池セル積層体２００が位置する方向に突出する内側突出部４１０ｂ，４２０ｂを第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０の少なくとも一つに設け、これを冷却フィン３００と接触するように構成することによって、電池セル１１０の領域を確保して電池セル１１０に加えられる損傷を防止しようとした。換言すれば、冷却フィン３００および内側突出部４１０ｂ，４２０ｂが、弾性部材７００から弾性力が作用する第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０を支えるように構成して、弾性部材７００の収縮限界を設定して、電池セル１１０が損傷なく位置できる空間を確保することができる。冷却フィン３００が冷却能だけでなく支持機能を遂行するように設計した。

【0082】

一方、本実施形態による冷却フィン３００は、図８に示すように、内部に空気層ＡＬが形成された金属板材であり得る。一例として、アルミニウム（Ａｌ）のような金属板材が２層構造をなし、その間に空気層ＡＬが形成された構造であり得る。このような空気層ＡＬは断熱層として機能することができる。いずれか一つの電池セル１１０に発熱による火災が発生しても、電池セル１１０の間に備えられた空気層ＡＬにより隣り合う電池セル１１０に火災や熱が伝播することを遅延させることができる。すなわち、周辺の電池セル１１０に火災が伝播する時間を確保して電池モジュール１００の安全性を向上させることができる。

【0083】

また、本実施形態による冷却フィン３００が２層構造の金属板材であるので、電池セル１１０のスウェリングに対して弾性復原力が作用することが容易である。このような弾性復原力によって電池セル１１０のスウェリング時に反対側に位置する電池セル１１０に伝達される圧力を縮小することができる。すなわち、スウェリング制御により容易である。

【0084】

一方、図１および図２を再び参照すると、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、電池モジュール１００の剛性を補完することができる。このような側面パッド６００は電池モジュール１００の剛性を補完し、電池セル１１０と弾性部材７００の間の緩衝機能を遂行することができる。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。

【0085】

以下では図９および図１０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。

【0086】

図９は本発明の一実施形態による電池パックを示す斜視図である。図１０は図９の切断線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した断面を示す断面図である。この時、図１０は、図９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９とは異なり、互いに接触した状態であることを仮定し、その断面を示す図である。

【0087】

図９および図１０を参照すると、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。

【0088】

電池モジュール１００は先立って説明したとおり、電池セル積層体２００、第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０および弾性部材７００を含む。電池モジュール１００に係る説明は上述した内容と重複するため省略する。

【0089】

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。すなわち、多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の間に収納されることができる。

【0090】

熱伝導性樹脂層１３００は、底部１１１０に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を塗布して形成されることができる。具体的には、前記熱伝導性樹脂を底部１１１０上に塗布して、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が形成されることができる。

【0091】

前記熱伝導性樹脂は熱伝導性接着物質を含み得、具体的にはシリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材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を固定する役割を遂行することができる。また、熱伝導特性に優れて電池モジュール１００で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。

【0092】

図２、図９および図１０を参照すると、上述したように、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、弾性部材７００の下部が開放されて電池セル積層体２００の下面が露出する。電池パック１０００で電池セル積層体２００の下面は熱伝導性樹脂層１３００と接触する。そのため、電池セル１１０で発生した熱が熱伝導性樹脂層１３００を経てそのままパックフレーム１１００の底部１１１０に伝達されることができる。モジュールフレームがある従来のモデルの場合、電池セルで発生した熱がいくつの層を経て電池モジュール外部に排出されるので熱伝達経路が複雑である。すなわち、電池セルから発生した熱が効果的に伝達されることが難しく、各層の間に形成され得るエアギャップ（Ａｉｒ ｇａｐ）などの微細な空気層が熱伝達を妨げ得る。これとは異なり、本実施形態による電池セル１１０は図１０に示すように熱伝導性樹脂層１３００と直接接触するので、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およびそ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。

【0093】

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の下面から延びて熱伝導性樹脂層１３００と接触する。電池セル積層体２００の下面が露出しているので、電池セル１１０の間に位置した冷却フィン３００が直接底部１１１０上の熱伝導性樹脂層１３００と接触し得る。電池セル１１０と対面する冷却フィン３００を直接熱伝導性樹脂層１３００と接触するように構成することによって、熱排出性能を極大化させることができる。

【0094】

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する電池セル１１０を固定することが必須である。そこで、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に接触した状態で固定されるので、構造的安全性を補完することができる。

【0095】

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るので、空間活用度を高めることができ、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。

【0096】

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わり得る。

【0097】

前述した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取り付けられて電池パックを形成することができる。

【0098】

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できるが、これに制限されず、二次電池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る。

【0099】

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、次の特許請求の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】

【0100】

１００ 電池モジュール
２００ 電池セル積層体
４１０ 第１センシングブロック
４２０ 第２センシングブロック
７００ 弾性部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】