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(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】2024-10-28
(45)【発行日】2024-11-06
(54)【発明の名称】電池パックおよびこれを含むデバイス
(51)【国際特許分類】
H01M 50/211 20210101AFI20241029BHJP
H01M 50/204 20210101ALI20241029BHJP
H01M 50/569 20210101ALI20241029BHJP
H01M 50/505 20210101ALI20241029BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20241029BHJP
H01M 10/647 20140101ALI20241029BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20241029BHJP
H01M 10/6567 20140101ALI20241029BHJP
H01M 50/298 20210101ALI20241029BHJP
H01M 50/502 20210101ALI20241029BHJP
H01M 50/284 20210101ALI20241029BHJP
H01M 50/296 20210101ALI20241029BHJP
H01M 50/271 20210101ALI20241029BHJP
【ＦＩ】
H01M50/211
H01M50/204 401D
H01M50/569
H01M50/505
H01M50/204 401H
H01M10/613
H01M10/647
H01M10/6556
H01M10/6567
H01M50/298
H01M50/502
H01M50/284
H01M50/296
H01M50/271 S
【請求項の数】
7
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024024595
(22)【出願日】2024-02-21
(62)【分割の表示】P 2022541862の分割
【原出願日】2021-04-08
(65)【公開番号】P2024045691
(43)【公開日】2024-04-02
【審査請求日】2024-02-26
(31)【優先権主張番号】10-2020-0052250
(32)【優先日】2020-04-29
(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】ビュン・ド・ジャン
(72)【発明者】
【氏名】ドンヒョン・キム
(72)【発明者】
【氏名】ヨンホ・チュン
(72)【発明者】
【氏名】ヒョンスク・イ
【審査官】田中 慎太郎
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／１５００１２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０３３４１２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－２２０９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１６９２８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１２９０４２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ５０／２１１
Ｈ０１Ｍ ５０／２０４
Ｈ０１Ｍ ５０／５６９
Ｈ０１Ｍ ５０／５０５
Ｈ０１Ｍ １０／６１３
Ｈ０１Ｍ １０／６４７
Ｈ０１Ｍ １０／６５５６
Ｈ０１Ｍ １０／６５６７
Ｈ０１Ｍ ５０／２９８
Ｈ０１Ｍ ５０／５０２
Ｈ０１Ｍ ５０／２８４
Ｈ０１Ｍ ５０／２９６
Ｈ０１Ｍ ５０／２７１
(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、前記電池セルと連結された端子バスバーおよび前記電池セルの温度と電圧を測定するセンシングアセンブリーを含む複数の電池モジュール、前記電池モジュールを収納するパックフレーム、
前記電池モジュールの前記端子バスバーと連結されたＨＶライン、
前記電池モジュールの前記センシングアセンブリーと連結されたＬＶライン、および
前記電池モジュールに冷媒を供給するパック冷媒管を含み、
前記複数の電池モジュールは、前記電池セルが積層される方向に互いに対向する第１電池モジュールと第２電池モジュールを含み、
前記ＬＶラインは前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールの間に位置しており、
前記ＨＶラインと前記ＬＶラインは前記パック冷媒管より上部に位置する、電池パック。
【請求項2】
前記ＨＶラインのうちの少なくとも一つと連結されて、前記複数の電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）モジュールをさらに含む、請求項１に記載の電池パック。
【請求項3】
前記ＨＶラインは前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールの間に位置する、請求項１または２に記載の電池パック。
【請求項4】
前記ＬＶラインのうちの少なくとも一つと連結されて、前記複数の電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュールをさらに含む、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】
前記電池モジュールは前記センシングアセンブリーと前記ＬＶラインを連結するモジュールコネクタをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項6】
前記電池モジュールは、モジュールフレームの開放された互いに対応する両側に位置したエンドプレートをさらに含み、前記エンドプレートに開口が形成されて、前記端子バスバーと前記モジュールコネクタが露出され、
前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールはそれぞれ２個ずつ構成されて、２個の前記第１電池モジュールは前記エンドプレート同士が対向するように配置され、２個の前記第２電池モジュールは前記エンドプレート同士が対向するように配置される、請求項５に記載の電池パック。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか一項による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２０２０年４月２９日付韓国特許出願第１０－２０２０－００５２２５０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。
本出願は２０２０年４月２９日付韓国特許出願第１０－２０２０－００５２２５０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】
本発明は電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものであって、より具体的には、安全性が向上した電池パックおよびこれを含むデバイス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される。また、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、ひどい場合、爆発や発火の危険もある。特に、多数の二次電池、即ち、電池セルを備えた電池モジュールや電池パックは、狭い空間で多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昇することがある。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。電池セルの放熱が正しく行われない場合、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、車両用バッテリーパックに含まれるバッテリーモジュールの場合、直射光線に頻繁に露出され、夏や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。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、安定的でありながらも効果的な冷却性能を確保することは非常に重要であると言える。
【0010】
図１は、従来の電池パックに対する斜視図である。
【0011】
図１を参照すれば、従来の電池パック１０は、複数の電池セルを含む複数の電池モジュール１、電池モジュール１に冷媒を供給するための冷媒管２、電池モジュール１とＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）を連結するためのＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）ライン３、および電池モジュール１とＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と連結するためのＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）ライン４を含むことができる。電池モジュール１内部の電池セルが電気エネルギーを作り出しながら熱を発散し、冷媒管２が電池モジュール１の周辺に冷媒を供給することによって、冷却が行われる。
【0012】
この時、従来の電池パック１０は電池モジュール１が２層から構成され、上部に位置した電池モジュール１に冷媒を供給する冷媒管２から冷媒の漏洩が発生することがある。冷媒管２より下に位置したＨＶライン３やＬＶライン４に漏洩した冷媒が触れた場合、短絡が発生することがある。
【0013】
また、従来の電池パック１０においてＬＶライン４はパックハウジング（図示せず）と近い縁に位置するため外部衝撃や振動が起こる場合、短絡が発生する可能性が高い。
【0014】
冷媒の漏洩や外部衝撃などによる前記短絡の場合、爆発や発火につながる可能性があるため、冷却性能を有しながら安全性が向上した電池パックに対する開発が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】
【0015】
本発明の解決しようとする課題は、向上した安全性を有する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。
【0016】
但し、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】
【0017】
本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体を含む複数の電池モジュール、前記電池モジュールを収納するパックフレーム、前記電池モジュールの端子バスバーと連結されたＨＶライン、前記電池モジュールのセンシングアセンブリーと連結されたＬＶライン、および前記電池モジュールに冷媒を供給するパック冷媒管を含む。前記端子バスバーは前記電池セルと連結され、前記センシングアセンブリーは電池セルの温度と電圧を測定し、前記ＨＶラインと前記ＬＶラインは前記パック冷媒管より上部に位置する。
【0018】
前記電池パックは、前記パック冷媒管を収納するパック冷媒管ハウジングをさらに含むことができる。
【0019】
前記パック冷媒管ハウジングの開放された上側を覆うハウジングカバーをさらに含むことができ、前記ＨＶラインと前記ＬＶラインは前記ハウジングカバーより上部に配置できる。
【0020】
前記複数の電池モジュールは、前記電池セルが積層される方向に互いに対向する第１電池モジュールと第２電池モジュールを含むことができる。
【0021】
前記電池パックは、前記ＨＶラインのうちの少なくとも一つと連結されて、前記複数の電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）モジュールをさらに含むことができる。
【0022】
前記ＢＤＵモジュールと連結された前記ＨＶラインは、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールの間に配置できる。
【0023】
前記電池パックは、前記ＬＶラインのうちの少なくとも一つと連結されて、前記複数の電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュールをさらに含むことができる。
【0024】
前記ＢＭＳモジュールと連結された前記ＬＶラインは、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールの間に配置できる。
【0025】
前記電池モジュールは、前記センシングアセンブリーと前記ＬＶラインを連結するモジュールコネクタをさらに含むことができる。
【0026】
前記電池モジュールは、前記モジュールフレームの開放された互いに対応する両側に位置したエンドプレートをさらに含み、前記エンドプレートに開口が形成されて、前記端子バスバーと前記モジュールコネクタが露出され、前記第１電池モジュールと第２電池モジュールはそれぞれ２個ずつ構成されて、２個の第１電池モジュールは前記エンドプレート同士が対向するように配置され、２個の第２電池モジュールは前記エンドプレート同士が対向するように配置できる。
【発明の効果】
【0027】
本発明の実施形態によれば、ＨＶラインおよびＬＶラインの配置を単純化し、安定的な位置に配置することによって、電池パックの安全性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特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【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るのではない。図面において様々な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されるように示した。
【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”あるということ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】
【0037】
図２～図４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、複数の電池モジュール１００、電池モジュール１００を収納するパックフレーム１１００、電池モジュール１００と連結されたＨＶライン８００、電池モジュール１００と連結されたＬＶライン９００、および電池モジュール１００に冷媒を供給するパック冷媒管６００を含む。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１２０、電池セル１１０と連結された端子バスバーおよび電池セル１１０の温度と電圧を測定するセンシングアセンブリーを含む。
【0038】
まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであり得る。このようなパウチ型電池セルは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチケースに電極組立体を収納した後、前記パウチケースの外周部を熱融着して形成できる。この時、電池セル１１０は長方形のシート型構造に形成できる。
【0039】
このような電池セル１１０は複数個で構成でき、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１２０を形成する。特に、図５に示されているように、ｘ軸方向に沿って複数の電池セル１１０が積層できる。
【0040】
電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００は、上部カバー２２０およびＵ字型フレーム２１０を含むことができる。
【0041】
Ｕ字型フレーム２１０は、底部２１０ａおよび底部２１０ａの両端部から上向延長された２個の側面部２１０ｂを含むことができる。底部２１０ａは電池セル積層体１２０の下面（ｚ軸反対方向）をカバーすることができ、側面部２１０ｂは電池セル積層体１２０の両側面（ｘ軸方向とその反対方向）をカバーすることができる。
【0042】
上部カバー２２０は、Ｕ字型フレーム２１０によって囲まれる前記下面および前記両側面を除いた残り上面（ｚ軸方向）を囲む一つの板状型構造に形成できる。上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０は互いに対応する角部位が接触した状態で、溶接などによって結合されることによって、電池セル積層体１２０を上下左右にカバーする構造を形成することができる。上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０を通じて電池セル積層体１２０を物理的に保護することができる。このために上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０は所定の強度を有する金属材質を含むことができる。
【0043】
一方、具体的に図示していないが、変形例によるモジュールフレーム２００は上面、下面および両側面が一体化された金属板材形態のモノフレームであり得る。即ち、Ｕ字型フレーム２１０と上部カバー２２０が相互結合される構造でなく、押出成形で製造されて上面、下面および両側面が一体化された構造であり得る。
【0044】
エンドプレート４００は、モジュールフレーム２００の開放された互いに対応する両側（ｙ軸方向とその反対方向）に位置して電池セル積層体１２０をカバーするように形成できる。このようなエンドプレート４００は、外部の衝撃から電池セル積層体１２０およびその他電装品を物理的に保護することができる。
【0045】
電池モジュール１００はモジュールフレーム２００の底部２１０ａに下に位置するヒートシンク３００を含むことができ、冷却ポート５００を通じてヒートシンク３００に冷媒を供給し、ヒートシンク３００から冷媒を排出することができる。具体的に、冷却ポート５００は、互いに離隔して位置する冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂを含むことができる。パック冷媒管６００はパック冷媒供給管とパック冷媒排出管を含むことができ、冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂがそれぞれ前記パック冷媒供給管と前記パック冷媒排出管に連結できる。
【0046】
本実施形態によるモジュールフレーム２００は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａが延長されてエンドプレート４００を過ぎるように形成されたモジュールフレーム突出部２１１を含むことができる。この時、モジュールフレーム突出部２１１の上面部と連結される冷却ポート５００によって流入および排出される冷媒が、モジュールフレーム突出部２１１を通じてヒートシンク３００に供給およびヒートシンク３００から排出できる。
【0047】
具体的に、本実施形態による冷却ポート５００は、ヒートシンク３００に冷媒を供給する冷媒注入ポート５００ａとヒートシンク３００から冷媒を排出する冷媒排出ポート５００ｂを含み、冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂはパック冷媒管６００とそれぞれ連結できる。モジュールフレーム突出部２１１はモジュールフレーム２００一側で互いに離隔して位置する第１モジュールフレーム突出部と第２モジュールフレーム突出部を含むことができ、冷媒注入ポート５００ａは前記第１モジュールフレーム突出部上に配置され、冷媒排出ポート５００ｂは前記第２モジュールフレーム突出部上に配置できる。
【0048】
前記のような構成を通じてパック冷媒管６００が電池モジュール１００に冷媒を供給するか電池モジュール１００から冷媒を排出することができる。
【0049】
以下、図５などを参照して、端子バスバー７１０とセンシングアセンブリー７３０について具体的に説明する。
【0050】
【0051】
【0052】
具体的に、電池モジュール１００は、電池セル１１０から突出して出る電極リード１１１の突出方向に位置したバスバーフレーム７００を含むことができる。バスバーフレーム７００には、端子バスバー７１０、バスバー７２０、センシングアセンブリー７３０、およびモジュールコネクタ７４０が装着できる。
【0053】
バスバー７２０は、電池セル積層体１２０に含まれている電池セル１１０を電気的に連結する機能を担当する。電池セル１１０の電極リード１１１がバスバーフレーム７００に形成されたスリットを通過した後、曲がってバスバー７２０と連結できる。これにより、電池セル１１０が直列または並列に連結できる。
【0054】
端子バスバー７１０は電池セル１１０の電極リード１１１と連結され、一端部が電池モジュール１００の外側に露出されて、バスバー７２０を通じて電気的に連結された電池セル１１０を外部と連結する機能を担当することができる。端子バスバー７１０は後述のＨＶライン８００と連結されて、他の電池モジュール１００と電気的に連結されるか、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）モジュールに連結できる。
【0055】
電極リード１１１とバスバー７２０の連結方法や電極リード１１１と端子バスバー７１０の連結方法には特別な制限がなく、溶接などの方法が適用できる。
【0056】
センシングアセンブリー７３０はセンサーを含んで、電池セル１１０の温度や電圧を測定することができる。図５には、電池セル１１０の電圧を測定するためにバスバー７２０と接触されたセンサーを含むセンシングアセンブリー７３０が示されている。このようなセンシングアセンブリー７３０は、モジュールコネクタ７４０と連結できる。センシングアセンブリー７３０はモジュールコネクタ７４０を通じて後述のＬＶライン９００と連結されて、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュールに連結できる。
【0057】
【0058】
【0059】
図２、図５、図６および図７を参照すれば、電池パック１０００は、電池モジュール１００の端子バスバー７１０と連結されたＨＶライン８００、および電池モジュール１００のセンシングアセンブリー７３０と連結されたＬＶライン９００を含む。また、電池パック１０００は、ＨＶライン８００のうちの少なくとも一つと連結されて複数の電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）モジュール１２００およびＬＶライン９００のうちの少なくとも一つと連結されて複数の電池モジュール１００の作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュール１３００をさらに含むことができる。
【0060】
各電池モジュール１００はＨＶライン８００を通じて電気的に連結され、最終的にＨＶライン８００を通じてＢＤＵモジュール１２００と連結できる。ＢＤＵモジュール１２００は、電池モジュール１００とインバータの間に位置し、リレー、抵抗などから構成されたモジュールである。このようなＢＤＵモジュール１２００は、自動車の電力系統に電源を安定的に供給または遮断し、事故電流が発生した時に自動車の電力系統を保護する役割を担当する。
【0061】
各電池モジュール１００は、ＬＶライン９００を通じてＢＭＳモジュール１３００と連結されて、電池モジュール１００内部の電池セル１１０に対する測定された温度や電圧のデータをＢＭＳモジュール１３００に伝達することができる。ＢＭＳモジュール１３００は、測定された温度や電圧のデータに基づいて各電池モジュール１００の温度や電圧などを管理する役割を担当する。一方、図６では説明の便宜のために第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間に一つのＬＶライン９００を示したが、図７のように設計によって２個のＬＶライン９００から構成されてもよい。即ち、本実施形態によるＬＶライン９００の個数に特別な制限はなく、電池パックの設計によってその個数が変えられてもよい。
【0062】
この時、図７に示されているように、本実施形態によるＨＶライン８００とＬＶライン９００はパック冷媒管６００より上部に位置し、より詳しくは、後述のハウジングカバー６２０より上部に配置できる。電池パック１０００は電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用でき、組み立て不良や運行中事故などの原因で冷却水などの冷媒が漏洩する状況が発生することがある。本実施形態によれば、パック冷媒管６００で冷媒の漏洩が発生しても、漏洩した冷媒がＨＶライン８００とＬＶライン９００と接触して短絡が発生するのを防止することができる。即ち、ＨＶライン８００とＬＶライン９００をパック冷媒管６００より上部に位置させて、電池パック１０００の絶縁性能を向上させることができる。図１に示したように冷媒管２から漏洩した冷媒が下に位置したＨＶライン３やＬＶライン４と接触して短絡が発生する危険がある従来の電池パック１０と比較される。
【0063】
また、本実施形態による電池パック１０００は、パック冷媒管６００を収納するパック冷媒管ハウジング６１０、およびパック冷媒管ハウジング６１０の開放された上側を覆うハウジングカバー６２０をさらに含むことができる。パック冷媒管ハウジング６１０とハウジングカバー６２０は、パック冷媒管６００に沿ってつながり得る。パック冷媒管６００から漏洩した冷媒は、電池パック１０００を構成する複数の部品内部に浸透して火災や爆発の原因になることがある。本実施形態によるパック冷媒管ハウジング６１０とハウジングカバー６２０がパック冷媒管６００に沿ってつながり、漏洩した冷媒がその他の部品内部に浸透するのを防止することができる。
【0064】
一方、前述の通りとおり、図１に示された従来の電池パック１０はＨＶライン３やＬＶライン４が複雑に構成され、ＬＶライン４はパックハウジング（図示せず）と近い縁に位置するため、外部衝撃や振動が起こる場合、短絡が発生する可能性が高い。
【0065】
図２、図４および図６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１１０が積層される方向（ｘ軸と平行な方向）に互いに対向する第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂを含むことができる。このような第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂはそれぞれ２個ずつ構成されて、総４個の電池モジュール１００が碁盤式に配列できる。また、２個の第１電池モジュール１００ａはエンドプレート４００同士が対向するように配置でき、２個の第２電池モジュール１００ｂもエンドプレート４００同士が対向するように配置できる。エンドプレート４００には開口が形成されて、ＨＶライン８００と連結される端子バスバー７１０とＬＶライン９００と連結されるモジュールコネクタ７４０が露出できる。即ち、本実施形態による電池パック１０００は２個の第１電池モジュール１００ａをエンドプレート４００同士が対向するように配置し、２個の第２電池モジュール１００ｂをエンドプレート４００同士が対向するように配置することによって、４個の電池モジュール１００と連結されるＨＶライン８００およびＬＶライン９００を単純化することができ、また効率的に配置させることができる。
【0066】
また、ＢＤＵモジュール１２００と連結されたＨＶライン８００は第１電池モジュール１００ａと前記第２電池モジュール１００ｂの間に配置でき、ＢＭＳモジュール１３００と連結されたＬＶライン９００は第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間に配置できる。即ち、ＨＶライン８００とＬＶライン９００を複数の電池モジュール１００の中央部に位置させて、外部衝撃などに大きな影響を受けないようにした。したがって、ＨＶライン８００とＬＶライン９００に対して短絡の発生可能性を減らし、電池パック１０００の絶縁性能および安全性を向上させることができる。
【0067】
一方、図４を再び参照すれば、モジュールフレーム２００の底部２１０ａはヒートシンク３００の上部プレートを構成し、ヒートシンク３００の陥没部３４０とモジュールフレーム２００の底部２１０ａが冷媒の流路を形成することができる。
【0068】
具体的に、ヒートシンク３００はモジュールフレーム２００の下部に形成され、ヒートシンク３００は、ヒートシンク３００の骨格を形成しモジュールフレーム２００の底部２１０ａと溶接などで直接結合する下部プレート３１０および冷媒が流動する経路である陥没部３４０を含むことができる。また、ヒートシンク３００は、ヒートシンク３００の一辺からモジュールフレーム突出部２１１が位置した部分に突出したヒートシンク突出部３００Ｐを含むことができる。
【0069】
ヒートシンク突出部３００Ｐとモジュールフレーム突出部２１１は互いに溶接などの方法で直接結合できる。
【0070】
ヒートシンク３００の陥没部３４０は、下部プレート３１０が下側に陥没形成された部分に該当する。陥没部３４０は冷媒流路が伸びる方向を基準にして垂直にｘｚ平面やｙｚ平面に切断した断面がＵ字形管であってもよく、前記Ｕ字型管の開放された上側に底部２１０ａが配置できる。ヒートシンク３００が底部２１０ａと接しながら、陥没部３４０と底部２１０ａの間の空間が冷媒が流動する領域、即ち、冷媒の流路となる。これにより、モジュールフレーム２００の底部２１０ａが前記冷媒と直接接触できる。
【0071】
ヒートシンク３００の陥没部３４０の製造方法に特別な制限はないが、板状型のヒートシンク３００に対して陥没形成された構造を設けることによって、上側が開放されたＵ字型陥没部３４０を形成することができる。
【0072】
このような陥没部３４０は、ヒートシンク突出部３００Ｐのうちの一つから他の一つにつながり得る。冷媒注入ポート５００ａを通じて供給された冷媒は、前記第１モジュールフレーム突出部とヒートシンク突出部３００Ｐの間を経て陥没部３４０と底部２１０ａの間の空間に最初流入する。その後、冷媒は陥没部３４０に沿って移動し、前記第２モジュールフレーム突出部とヒートシンク突出部３００Ｐの間を経て冷媒排出ポート５００ｂを通じて排出される。
【0073】
一方、図示してはいないが、図４のモジュールフレーム２００の底部２１０ａと電池セル積層体１２０の間に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を含む熱伝導性樹脂層が配置できる。前記熱伝導性樹脂層は、熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を底部２１０ａに塗布し、塗布された熱伝導性樹脂が硬化されて形成できる。
【0074】
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、塗布後に硬化されて電池セル積層体１２０を構成する一つ以上の電池セル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セル１１０から発生した熱を迅速に電池モジュールの下側に伝達することができる。
【0075】
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２００とヒートシンク３００の冷却一体型構造を実現して、冷却性能をより向上させることができる。モジュールフレーム２００の底部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートに対応する役割を果たすことによって冷却一体型構造を実現することができる。直接冷却による冷却効率が上昇し、ヒートシンク３００がモジュールフレーム２００の底部２１０ａと一体化された構造を通じて電池モジュール１００および電池モジュール１００が装着された電池パック１０００上の空間活用率をより向上させることができる。
【0076】
具体的に、電池セル１１０から発生した熱が電池セル積層体１２０と底部２１０ａの間に位置する熱伝導性樹脂層（図示せず）、モジュールフレーム２００の底部２１０ａ、冷媒を経て電池モジュール１００の外部に伝達できる。従来の不必要な冷却構造を除去することによって、熱伝達経路が単純化され、各層の間のエアーギャップを減らすことができるため、冷却効率や性能が増大できる。特に、底部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートとして構成されて、底部２１０ａが直ちに冷媒と接するため冷媒を通じたより直接的な冷却が可能であるという長所がある。
【0077】
また、不必要な冷却構造の除去を通じて電池モジュール１００の高さが減少して、原価節減が可能であり、空間活用度を高めることができる。さらに、電池モジュール１００がコンパクトに配置できるので、電池モジュール１００を複数含む電池パック１０００の容量や出力を増大させることができる。
【0078】
一方、モジュールフレーム２００の底部２１０ａは、ヒートシンク３００の中の陥没部３４０が形成されていない下部プレート３１０部分と溶接を通じて接合できる。本実施形態は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａとヒートシンク３００の冷却一体型構造を通じて、前述の冷却性能向上だけでなくモジュールフレーム２００に収容された電池セル積層体１２０の荷重を支持し電池モジュール１００の剛性を補強する効果を有することができる。だけでなく、下部プレート３１０とモジュールフレーム２００の底部２１０ａは溶接結合などを通じて密封されることにより、下部プレート３１０内側に形成された陥没部３４０で冷媒が漏洩なく流動できる。
【0079】
効果的な冷却のために、図６に示されているように、モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって陥没部３４０が形成されるのが好ましい。このために、陥没部３４０は少なくとも１回曲がって一側から他側につながり得る。特に、モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって陥没部３４０が形成されるために、陥没部３４０は数回曲がるのが好ましい。モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって形成された冷媒流路の開始点から終了点まで冷媒が移動することによって、電池セル積層体１２０の全領域に対する効率的な冷却が可能である。
【0080】
本実施形態によるヒートシンク３００の陥没部３４０には突出パターン３４０Ｄが形成できる。本実施形態による電池セル積層体１２０のように積層される電池セルの個数が従来に比べて多く増加する大面積電池モジュールの場合、冷媒流路の幅がさらに広く形成されて温度偏差がさらに深刻なこともある。大面積電池モジュールでは、従来一つの電池モジュール内に大略１２個～２４個の電池セルが積層された場合と比較して、大略３２個～４８個の電池セルが一つの電池モジュール内に積層されている場合を含むことがある。このような場合、本実施形態による突出パターン３４０Ｄは冷却流路の幅を実質的に縮小させる効果を発生させて圧力降下を最少化し、同時に冷媒流路幅間の温度偏差を減らすことができる。したがって、均一な冷却効果を実現することができる。
【0081】
一方、前記冷媒は冷却のための媒介物であって、特別な制限はないが、冷却水であり得る。
【0082】
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わることがある。
【0083】
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できる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド車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することができる多様なデバイスに適用可能である。
【0084】
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、次の特許請求の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】
【0085】
１００：電池モジュール
６００：パック冷媒管
７１０：端子バスバー
７３０：センシングアセンブリー
８００：ＨＶライン
９００：ＬＶライン
１２００：ＢＤＵモジュール
１３００：ＢＭＳモジュール
６００：パック冷媒管
７１０：端子バスバー
７３０：センシングアセンブリー
８００：ＨＶライン
９００：ＬＶライン
１２００：ＢＤＵモジュール
１３００：ＢＭＳモジュール
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
