▶ エルジー エナジー ソリューション リミテッドの特許一覧
(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】2024-11-08
(45)【発行日】2024-11-18
(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 20210101AFI20241111BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20241111BHJP
H01M 50/293 20210101ALI20241111BHJP
H01M 50/271 20210101ALI20241111BHJP
H01M 50/105 20210101ALI20241111BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20241111BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20241111BHJP
H01M 10/655 20140101ALI20241111BHJP
【ＦＩ】
H01M50/204 401H
H01M50/211
H01M50/293
H01M50/271 Z
H01M50/105
H01M10/613
H01M10/6556
H01M10/655
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2023511654
(86)(22)【出願日】2022-07-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-04
(86)【国際出願番号】 KR2022010088
(87)【国際公開番号】W WO2023287148
(87)【国際公開日】2023-01-19
【審査請求日】2023-02-14
(31)【優先権主張番号】10-2021-0091182
(32)【優先日】2021-07-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2022-0085314
(32)【優先日】2022-07-11
(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】テ・ウク・キム
(72)【発明者】
【氏名】ジュンヨブ・ソン
(72)【発明者】
【氏名】ミュンキ・パク
(72)【発明者】
【氏名】スンファン・ジャン
(72)【発明者】
【氏名】ジョンピル・ジョン
【審査官】山下 裕久
(56)【参考文献】
【文献】韓国公開特許第１０－２０２１－００７７４１６（ＫＲ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／０７８５８６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０２２－５４１００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２０－５２３７７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５０２４３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ５０／２０－２９８
Ｈ０１Ｍ ５０／１０－１９８
Ｈ０１Ｍ １０／６１３
Ｈ０１Ｍ １０／６５５－６５５７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却面およびウィングフォールディング（ｗｉｎｇ ｆｏｌｄｉｎｇ）面を含む複数の電池セルが積層されて形成される電池セル積層体と、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームと、
前記モジュールフレームの上部に位置する上部ヒートシンクと、
前記モジュールフレームの下部に位置する下部ヒートシンクと、
を含み、
前記電池セルは、第１電池セルおよび第２電池セルを含み、
前記第１電池セルは、前記冷却面が前記下部ヒートシンクに隣接して位置し、
前記第２電池セルは、前記冷却面が前記上部ヒートシンクに隣接して位置し、
前記電池セルは、電極組立体を収納する収納部と、前記電極組立体の外周辺を密封するシーリング部とを含み、
前記シーリング部は、電極リードが位置する領域を含む第１シーリング部と、前記第１シーリング部を除いた第２シーリング部とを含み、
前記第２シーリング部は、熱融着された後、少なくとも１回以上ベンディングされた第２面を含み、
前記第２面を含む前記電池セルの一面は、前記ウィングフォールディング面であり、
前記冷却面は、前記ウィングフォールディング面に対向して位置する面である、電池モジュール。
【請求項2】
前記第１電池セルと前記第２電池セルとは、交互に積層される、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記第２面の一面は、前記収納部と接着されて固定される、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記第２面の他面は、前記モジュールフレームと接して位置する、請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記電池セル積層体は、前記第１電池セルが並列連結されている第１電池セル積層体と、前記第２電池セルが並列連結されている第２電池セル積層体とを含む、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記第１電池セル積層体と前記第２電池セル積層体とは、交互に積層される、請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項7】
前記第１電池セル積層体および前記第２電池セル積層体は、前記電池セルが少なくとも２つ以上並列連結されている、請求項５に記載の電池モジュール。
【請求項8】
前記電池セルの間に圧縮パッドが位置する、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項9】
前記電池セル積層体は、前記第１電池セルが並列連結されている第１電池セル積層体と、前記第２電池セルが並列連結されている第２電池セル積層体とを含み、前記第１電池セル積層体と前記第２電池セル積層体との間に圧縮パッドが位置する、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項10】
前記上部ヒートシンクの下部プレートは、前記モジュールフレームの上部カバーであり、前記下部ヒートシンクの上部プレートは、前記モジュールフレームの底部である、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項11】
前記電池セル積層体と前記モジュールフレームとの間に熱伝導性樹脂層が位置する、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項12】
前記電池セル積層体の冷却面と前記モジュールフレームとの間に熱伝導性樹脂層が位置する、請求項１１に記載の電池モジュール。
【請求項13】
請求項１に記載の電池モジュールを含む電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願との相互参照
本出願は、２０２１年７月１２日付の韓国特許出願第１０－２０２１－００９１１８２号および２０２２年７月１１日付の韓国特許出願第１０－２０２２－００８５３１４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。
本出願は、２０２１年７月１２日付の韓国特許出願第１０－２０２１－００９１１８２号および２０２２年７月１１日付の韓国特許出願第１０－２０２２－００８５３１４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これを含む電池パックに関し、より具体的には、冷却効率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。
【背景技術】
【0003】
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。これによって、多様な要求に応えられる二次電池に関する研究が多く行われている。
【0004】
二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源として多くの関心を集めている。
【0005】
最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まるにつれ、多数の二次電池が直列／並列に連結された電池モジュールを集合させた中大型モジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。
【0006】
一方、複数の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも１つの電池セルからなる電池モジュールを構成し、少なくとも１つの電池モジュールを用いてその他の構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。このような中大型電池モジュールを構成する電池セルは充放電可能な二次電池で構成されているので、このような高出力大容量二次電池は、充放電過程で多量の熱を発生させる。
【0007】
【0008】
図１～図２を参照すれば、先に説明したように、電池モジュール１０は複数の電池セル１１を含むため、充放電過程で多量の熱を発生させる。冷却手段として、電池モジュール１０は、電池セル積層体２０とモジュールフレーム３０の底部３１との間、または電池セル積層体２０とモジュールフレーム３０の上部カバーとの間に位置した熱伝導性樹脂層４０を含むことができる。また、電池モジュール１０がパックフレームに装着されて電池パックを形成する時、電池モジュール１０の下または上に熱伝達部材５０およびヒートシンク６０が順次に位置することができる。熱伝達部材５０は、放熱パッドであってもよいし、ヒートシンク６０は、内部に冷媒流路が形成される。
【0009】
従来の電池モジュール１０に収納された電池セル１１は、電池セル１１のウィングフォールディング（Ｗｉｎｇ ｆｏｌｄｉｎｇ）面がモジュールフレーム３０の上部カバーに向かって位置し、電池セル１１の冷却面がモジュールフレーム３０の底部３１に向かって位置する。ウィングフォールディング面は冷却面に比べて面積が小さいので、冷却面に対比して熱抵抗が大きい。したがって、電池モジュール１０の充放電時に発生する熱は大部分が冷却面に向かって移動することができる。図３を参照すれば、電池セル１１から発生した熱がヒートシンク６０に向かう方向に沿って、熱伝導性樹脂層４０、モジュールフレーム３０の底部３１、熱伝達部材５０、およびヒートシンク６０を順次に経て、電池モジュール１０の外部へ伝達される。また、従来の電池モジュール１０は、上述のように熱伝達経路が複雑で、電池セル１１から発生した熱が効果的に外部へ伝達されにくい。
【0010】
したがって、電池モジュールに対する容量増大といった要求が続いている傾向の中、冷却性能を高めながらもこのような多様な要求事項を併せて満足できる電池モジュールを開発することが実質的に必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明が解決しようとする課題は、冷却効率および電池寿命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を提供することである。
【0012】
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張可能である。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一実施例による電池モジュールは、冷却面およびウィングフォールディング（ｗｉｎｇ ｆｏｌｄｉｎｇ）面を含む複数の電池セルが積層されて形成される電池セル積層体と、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームと、前記モジュールフレームの上部に位置する上部ヒートシンクと、前記モジュールフレームの下部に位置する下部ヒートシンクと、を含み、前記電池セルは、第１電池セルおよび第２電池セルを含み、前記第１電池セルは、前記冷却面が前記下部ヒートシンクに隣接して位置し、前記第２電池セルは、前記冷却面が前記上部ヒートシンクに隣接して位置することができる。
【0014】
前記電池セルは、電極組立体を収納する収納部と、前記電極組立体の外周辺を密封するシーリング部とを含み、前記シーリング部は、電極リードが位置する領域を含む第１シーリング部と、前記第１シーリング部を除いた第２シーリング部とを含み、前記第２シーリング部は、熱融着された後、少なくとも１回以上ベンディングされた第２面を含み、前記第２面を含む前記電池セルの一面は、前記ウィングフォールディング面であってもよい。
【0015】
前記第１電池セルと前記第２電池セルは、交互に積層される。
【0016】
前記第２面の一面は、前記収納部と接着されて固定される。
【0017】
前記第２面の他面は、前記モジュールフレームと接して位置することができる。
【0018】
前記電池セル積層体は、前記第１電池セルが並列連結されている第１電池セル積層体と、前記第２電池セルが並列連結されている第２電池セル積層体とを含むことができる。
【0019】
前記第１電池セル積層体と前記第２電池セル積層体とは、交互に積層される。
【0020】
前記第１電池セル積層体および前記第２電池セル積層体は、前記電池セルが少なくとも２つ以上並列連結されていてもよい。
【0021】
前記電池セルの間に圧縮パッドが位置することができる。
【0022】
前記電池セル積層体は、前記第１電池セルが並列連結されている第１電池セル積層体と、前記第２電池セルが並列連結されている第２電池セル積層体とを含み、前記第１電池セル積層体と前記第２電池セル積層体との間に圧縮パッドが位置することができる。
【0023】
前記上部ヒートシンクの下部プレートは、前記モジュールフレームの上部カバーであり、前記下部ヒートシンクの上部プレートは、前記モジュールフレームの底部であってもよい。
【0024】
前記電池セル積層体と前記モジュールフレームとの間に熱伝導性樹脂層が位置することができる。
【0025】
前記電池セル積層体の冷却面と前記モジュールフレームとの間に熱伝導性樹脂層が位置することができる。
【0026】
本発明の他の実施例による電池パックは、上記で説明した電池モジュールを含むことができる。
【発明の効果】
【0027】
実施例によれば、電池セルの配列方向を異ならせることによって、電池モジュールの冷却性能および寿命を向上させることができる。
【0028】
本発明の効果は以上に言及した効果に制限されず、言及されていないさらに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であろう。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】従来の電池モジュールに関する断面図である。
【図2】従来の電池モジュールに関する断面図である。
【図4】本発明の一実施例による電池モジュールを示す斜視図である。
【図6】本発明の一実施例である電池セルの組立段階の分解された状態を示す図である。
【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例について、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できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
【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の参照符号を付す。
【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のものに限定されない。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、一部の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」あるとする時、これは、他の部分の「直上に」ある場合のみならず、その中間にさらに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」あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。さらに、基準となる部分の「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、必ずしも重力の反対方向に向かって「上に」位置することを意味するのではない。
【0034】
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
【0035】
さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、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４～図６を参照すれば、本発明の一実施例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１２０と、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００と、モジュールフレーム２００の底部２１０ａの下に位置する下部ヒートシンク３００と、モジュールフレーム２００の上部カバー２２０の上に位置する上部ヒートシンク７００とを含む。モジュールフレーム２００の底部２１０ａは、下部ヒートシンク３００の上部プレートを構成し、下部ヒートシンク３００の陥没部３４０と底部２１０ａとが冷媒の流路を形成する。上部カバー２２０は、上部ヒートシンク７００の下部プレートを構成し、上部ヒートシンク７００の陥没部７４０と上部カバー２２０とが冷媒の流路を形成する。
【0038】
まず、電池セル１１０は、パウチ型電池セルであってもよい。このようなパウチ型電池セルは、樹脂層と金属層と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シーリング部を熱融着して形成される。この時、電池セル１１０は、長方形のシート状構造に形成される。
【0039】
このような電池セル１１０は、複数で構成され、複数の電池セル１１０は、相互電気的に連結でき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軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０が積層される。
【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と、Ｕ字状フレーム２１０とを含むことができる。
【0041】
Ｕ字状フレーム２１０は、底部２１０ａと、底部２１０ａの両端部から上向延長された２つの側面部２１１と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軸方向）をカバーすることができ、側面部２１１は、電池セル積層体１２０の両側面（ｘ軸方向および－ｘ軸方向）をカバーすることができる。
【0042】
上部カバー２２０は、Ｕ字状フレーム２１０によって囲まれる下面および両側面を除いた残りの上面（ｚ軸方向）を囲む１つの板状型構造に形成される。上部カバー２２０とＵ字状フレーム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。つまり、上部カバー２２０とＵ字状フレーム２１０とにより電池セル積層体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字状フレーム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した金属板材形態のモノフレームであってもよい。つまり、Ｕ字状フレーム２１０と上部カバー２２０とが相互結合される構造ではなく、押出成形で製造されて、上面、下面および両側面が一体化した構造であってもよい。
【0044】
モジュールフレーム２００の底部２１０ａは、下部ヒートシンク３００の上部プレートを構成し、下部ヒートシンク３００の陥没部３４０とモジュールフレーム２００の底部２１０ａとが冷媒の流路を形成することができる。
【0045】
具体的には、下部ヒートシンク３００は、モジュールフレーム２００の下部に形成される。下部ヒートシンク３００は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａと接して形成される。下部ヒートシンク３００は、下部ヒートシンク３００の骨格を形成し、モジュールフレーム２００の底部２１０ａと接合される下部プレート３１０と、冷媒が流動する経路である陥没部３４０とを含むことができる。
【0046】
モジュールフレーム２００の上部カバー２２０は、上部ヒートシンク７００の下部プレートを構成し、上部ヒートシンク７００の凸部７４０と上部カバー２２０とが冷媒の流路を形成することができる。
【0047】
具体的には、上部ヒートシンク７００は、モジュールフレーム２００の上部に形成される。上部ヒートシンク７００は、上部カバー２２０と接して形成される。上部ヒートシンク７００は、上部ヒートシンク７００の骨格を形成し、上部カバー２２０と接合される上部プレート７１０と、冷媒が流動する経路である凸部７４０とを含むことができる。
【0048】
下部ヒートシンク３００の陥没部３４０と上部ヒートシンク７００の凸部７４０の製造方法に特別な制限はないが、板状型の下部ヒートシンク３００および上部ヒートシンク７００に対して陥没形成された構造を設けて形成することができる。一例として、下部プレート３１０の一部を下部方向に陥没させて上側が開放されたＵ字状陥没部３４０を形成することができる。
【0049】
効果的な冷却のために、図５に示されているように、モジュールフレーム２００の底部２１０ａと上部カバー２２０に対応する全領域にわたって陥没部３４０と凸部７４０が形成されることが好ましい。このために、陥没部３４０と凸部７４０は、少なくとも１回曲げられて一側から他側に延びる。特に、モジュールフレーム２００の底部２１０ａと上部カバー２２０に対応する全領域にわたって陥没部３４０と凸部７４０が形成されるために、陥没部３４０と凸部７４０は数回曲げられることが好ましい。モジュールフレーム２００の底部２１０ａと上部カバー２２０に対応する全領域にわたって形成された冷媒流路の始点から終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行われ、したがって、冷却性能がより向上できる。
【0050】
エンドプレート４００は、モジュールフレーム２００の開放された第１側（ｙ軸方向）と第２側（－ｙ側方向）に位置して、電池セル積層体１２０をカバーするように形成される。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およびその他の電装品を物理的に保護することができる。
【0051】
一方、具体的に図示しないが、電池セル積層体１２０とエンドプレート４００との間には、バスバーが装着されるバスバーフレームおよび電気的絶縁のための絶縁カバーなどが位置することができる。
【0052】
モジュールフレーム２００の底部２１０ａと電池セル積層体１２０との間、モジュールフレーム２００の上部カバー２２０と電池セル積層体１２０との間には、熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を含む熱伝導性樹脂層６００（図７および図８参照）が位置することができる。熱伝導性樹脂層６００は、熱伝導性樹脂を底部２１０ａおよび上部カバー２２０に塗布し、塗布された熱伝導性樹脂が硬化して形成される。
【0053】
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１つを含むことができる。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１２０を構成する１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、電池セル１１０から発生した熱を迅速に電池モジュール１００の下側および上側に伝達することができる。
【0054】
以下、図６を参照して、電池セルのウィングフォールディング面と冷却面についてより詳しく述べる。
【0055】
電池モジュールに積層されるように挿入される電池セル１１０は、正極、負極、および分離膜を含む電極組立体１１１と、電極組立体１１１が収容される収納部１３１が形成されたパウチケース１３０とを含む。
【0056】
電極組立体１１１は、一定サイズの単位で切り取った複数の正極と負極とを分離膜を介在した状態で順次に積層した積層型電極組立体１１１であってもよい。ただし、これに限定されず、正極と負極とが分離膜を介在した状態で積層された構造を巻取った巻取型組立体であってもよい。
【0057】
電極リード１１２は、電極組立体１１１と電気的に連結可能である。このような電極リード１１２は、一対で備えられる。一対の電極リード１１２の一部はそれぞれ、パウチケース１３０の前方および後方（電極組立体の長手方向での両端部）からパウチケース１３０の外側に突出できる。先に説明した電池セル１１０の構成は一例であり、電池セル１１０の形態は多様に変形可能である。
【0058】
パウチケース１３０は、収納部１３１と、シーリング部１３２と、フォールディング部１３３とを含むことができる。パウチケース１３０は、互いに対応する第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂを含むことができ、第１領域１３０ａに位置する第１収納部１３１ａと、第２領域１３０ｂに位置する第２収納部１３１ｂと、第１収納部１３１ａと第２収納部１３１ｂとの間に位置するフォールディング部１３３とを含むシート状母材からなる。
【0059】
第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂは、パウチケース１３０のフォールディング部１３３によって分けられる。
【0060】
パウチケース１３０の製造時、フォーミングにより、第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂの少なくとも１つに電極組立体１１１が収納される収納部１３１が形成される。収納部１３１は、第１領域１３０ａに位置する第１収納部１３１ａと、第２領域１３０ｂに位置する第２収納部１３１ｂとを含むことができる。第１収納部３１０ａと第２収納部１３１ｂそれぞれには電極組立体１１１の一部が内蔵され、第１収納部１３１ａと第２収納部１３１ｂとがフォールディング部１３３を挟んで互いに対向するように折り畳まれることによって、電極組立体１１１を囲むように収納することができる。
【0061】
収納部１３１が形成された後、パウチケース１３０のフォールディング部１３３を１８０度ベンディングして収納部１３１を覆うことによって、パウチケース１３０の構造を完成することができる。フォールディング部１３３は、パウチケース１３０をベンディングする部分であってもよい。第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂは、フォールディング部１３３に沿って折り畳まれながら互いに対応して接することができる。
【0062】
電極組立体１１１は、平面形状が４つの辺を持つ形状を有するが、４つの辺のうち一辺に対応する部分にフォールディング部１３３が位置することができる。フォールディング部１３３は、電極組立体１１１の側面１１３に密着して、フォールディング部１３３の両周縁でシート状母材が折り畳まれることによって、第１収納部１３１ａと第２収納部１３１ｂとが互いに対向するように折り畳まれる。したがって、フォールディング部１３３の幅Ｐは、電極組立体１１１の厚さｔと同一であってもよい。フォールディング部１３３に対応する辺を除いた３つの辺では、第１収納部１３１ａおよび第２収納部１３１ｂの周縁が互いに接合して密封されるシーリング部１３２を形成する。シーリング部１３２は、熱融着などの方法によってシーリングされる。
【0063】
より詳しく説明すれば、パウチケース１３０のシート状母材は、金属層と樹脂層とを含むラミネートシートからなる。特に、ラミネートシートは、アルミニウムラミネートシートであってもよい。前記シート状母材は、その材質が金属層からなる深部と、前記深部の一面上に形成された熱融着層と、前記深部の他面上に形成された絶縁膜とからなる。前記熱融着層は、ポリマー樹脂である変性ポリプロピレン、例えば、ＣＰＰ（Ｃａｓｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）を用いて接着層として作用し、前記絶縁膜は、ナイロンやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような樹脂材が形成されていてもよいが、ここで、前記パウチ外装材の構造および材質を限定するものではない。前記シーリング部１３２では、第１収納部１３１ａおよび第２収納部１３１ｂの熱融着層が互いに接触し、これらが接触した状態で熱融着工程を行うことによって、パウチケース１３０がシーリングされるのである。
【0064】
パウチケース１３０のシーリング部１３２は、熱融着されてパウチケース１３０をシーリングする一領域を意味することができる。シーリング部１３２は、第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂでそれぞれ３面からなり、シーリング部１３２の３面は、第１シーリング部１３２ａと第２シーリング部１３２ｂとに区分される。
【0065】
具体的には、第１シーリング部１３２ａは、電極リード１１２が位置する領域を含むシーリング部１３２であってもよい。つまり、第１シーリング部１３２ａは、図６のｘ軸方向および－ｘ軸方向に位置するシーリング部１３２であってもよい。
【0066】
第２シーリング部１３２ｂは、電極リード１１２を含まないシーリング部１３２であってもよい。つまり、第２シーリング部１３２ｂは、第１シーリング部１３２ａを除いたシーリング部１３２を意味するもので、フォールディング部１３３に対向するシーリング部１３２であってもよい。第２シーリング部１３２ｂは、図６のｙ軸方向および－ｙ軸方向に位置するシーリング部１３２であってもよい。
【0067】
【0068】
【0069】
具体的には、第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂがフォールディング部１３３によって折り畳まれた後、第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂにそれぞれ位置するシーリング部１３２がシーリングされると、シーリング部１３２は、熱融着されて１つの面を形成することができる。この場合、第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂの第１シーリング部１３２ａが熱融着されて形成された１つの面は、第１面１３２ｃであり、第１領域１３０ａおよび第２領域１３０ｂの第２シーリング部１３２ｂが熱融着されて形成された１つの面は、第２面１３２ｄであってもよい。
【0070】
【0071】
第１領域１３０ａの第２シーリング部１３２ｂと第２領域１３０ｂの第２シーリング部１３２ｂとは、互いに熱融着されて１つの第２面１３２ｄを形成することができる。
【0072】
図８（ａ）および図８（ｂ）を参照すれば、第２面１３２ｄは、１つの長い面で、図８（ａ）のベンディングライン１４０を基準として折り畳まれる。ここで、ベンディングライン１４０は、第２面１３２ｄを折り畳む基準となる任意の線であってもよい。ベンディングライン１４０は、第２面１３２ｄの中央に位置することができるが、当該位置に限定されるものではなく、第２面１３２ｄのベンディングが可能であればどの領域にも位置することができる。また、本図面では、ベンディングライン１４０が１つで形成されているが、これに限定されるものではなく、１つ以上であってもよい。この場合、第２面１３２ｄは、１回以上折り畳まれるはずである。つまり、第２面１３２ｄは、少なくとも１回以上ベンディングされる。
【0073】
図８（ｃ）および図９を参照すれば、ベンディングライン１４０を基準として折り畳まれた第２面１３２ｄは、第２収納部１３１ｂと接着されて固定される。第２面１３２ｄと第２収納部１３１ｂとの間には接着部材１５０が備えられて、これによって、第２面１３２ｄと第２収納部１３１ｂとが接着および固定される。
【0074】
追加的に、本図面には開示されていないが、接着部材１５０は、ベンディングライン１４０を基準として折り畳まれる第２面１３２ｄの間にも位置することができる。つまり、ベンディングライン１４０を基準として折り畳まれる第２面１３２ｄの間にも接着部材１５０が介在して、対向する第２面１３２ｄが互いに離れない。
【0075】
本図面の場合、第２面１３２ｄがベンディングライン１４０を基準として折り畳まれた方向に第２収納部１３１ｂと接着されて固定されるもので、第２面１３２ｄが本図面と反対方向に折り畳まれた場合には、第１収納部１３１ａと接着されて固定されてもよい。
【0076】
図９を参照すれば、本実施例の電池セル１１０の第２面１３２ｄは、第２収納部１３１ｂと接着されて固定されていてもよい。この場合、第２面１３２ｄを含む電池セル１１０の一面は、ウィングフォールディング面１５０と定義される。
【0077】
【0078】
図１０を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール１００は、ウィングフォールディング面１５０および冷却面１６０を含む複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０と、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００と、下部ヒートシンク３００と、上部ヒートシンク７００とを含む。
【0079】
ウィングフォールディング面１５０は、上述のように、第２面を含む電池セル１１０の一面であり、冷却面１６０は、ウィングフォールディング面１５０に対向して位置する面であってもよい。つまり、冷却面１６０は、第２面を含まない電池セル１１０の一面で、冷却面１６０は、パウチケース１３０のフォールディング部１３３に対応する面であってもよい。
【0080】
複数の電池セル１１０は、第１電池セル１１０ａおよび第２電池セル１１０ｂを含む。
【0081】
第１電池セル１１０ａは、ウィングフォールディング面１５０が上部ヒートシンク７００に隣接して位置した電池セル１１０であってもよい。第１電池セル１１０ａは、冷却面１６０が下部ヒートシンク３００に隣接して位置した電池セル１１０であってもよい。ウィングフォールディング面１５０は、第２シーリング部が少なくとも１回以上折り畳まれた第２面１３２ｄを含むので、第２面１３２ｄを含まない冷却面１６０に比べて外部への熱伝達が容易な面積が少なくて冷却が容易でない。したがって、電池の充放電時、電池セル１１０から発生する熱は、ウィングフォールディング面１５０より相対的に面積が広い冷却面１６０方向に移動して、冷却面１６０、熱伝導性樹脂層６００、モジュールフレーム２００の底部２１０ａ、および下部ヒートシンク３００を順次に経て、電池モジュール１００の外部へ伝達される。
【0082】
第２電池セル１１０ｂは、ウィングフォールディング面１５０が下部ヒートシンク３００に隣接して位置した電池セル１１０であってもよい。第２電池セル１１０ｂは、冷却面１６０が上部ヒートシンク７００に隣接して位置した電池セル１１０であってもよい。電池の充放電時、電池セル１１０から発生する熱は冷却面１６０方向に移動して、冷却面１６０、熱伝導性樹脂層６００、モジュールフレーム２００の上部カバー２２０、および上部ヒートシンク７００を順次に経て、電池モジュール１００の外部へ伝達される。
【0083】
第１電池セル１１０ａと第２電池セル１１０ｂとは、モジュールフレーム２００内にそれぞれ交互に積層される。電池セル積層体は、第１電池セル１１０ａと第２電池セル１１０ｂとが交互に積層された構造であってもよい。
【0084】
第１電池セル１１０ａと第２電池セル１１０ｂとが交互に積層されて位置することによって、第１電池セル１１０ａ及び第２電池セル１１０ｂから電池モジュール１００の外部へ伝達される熱は、電池モジュール１００の上部及び下部にそれぞれ分散して均一に伝達可能である。つまり、モジュールフレーム２００の一面にのみ熱が集中的に伝達されず冷却効率が向上でき、冷却効率の向上によって電池の寿命特性も向上できる。
【0085】
図１１は、図１０の変形例を示す図である。図１２は、図１１のＡ１を示す図である。図１１および図１２で説明する電池モジュールは、図１０に開示された本発明の一実施例に対する変形例で、上記で説明した構成と同一の構成について詳しい説明は省略する。
【0086】
図１１および図１２を参照すれば、本実施例による第１電池セル１１０ａと第２電池セル１１０ｂとは、交互に積層される。この場合、第１電池セル１１０ａのウィングフォールディング面１５０および第２電池セル１１０ｂのウィングフォールディング面１５０は、それぞれモジュールフレーム２００と接して位置することができる。具体的には、第１電池セル１１０ａのウィングフォールディング面１５０および第２電池セル１１０ｂのウィングフォールディング面１５０は、それぞれモジュールフレーム２００の上部カバー２２０および底部２１０ａと接して位置することができる。
【0087】
ウィングフォールディング面１５０の第２面１３２ｄは、モジュールフレーム２００と接することができる。ウィングフォールディング面１５０の第２面１３２ｄは、モジュールフレーム２００の上部カバー２２０および底部２１０ｂと接することができる。より具体的には、第１電池セル１１０ａおよび第２電池セル１１０ｂは、ベンディングラインを基準として折り畳まれた第２面１３２ｄの一面をパウチケースの収納部に接着し、収納部と接着されない第２面１３２ｄの他面がモジュールフレーム２００の上部カバー２２０および底部２１０ａと当接して位置することができる。
【0088】
つまり、第１電池セル１１０ａのウィングフォールディング面１５０を構成する第２面１３２ｄのうち収納部と接しない他面は、モジュールフレーム２００の上部カバー２２０と当接して位置することができ、第２電池セル１１０ｂのウィングフォールディング面１５０を構成する第２面１３２ｄのうち収納部と接しない他面は、モジュールフレーム２００の上部カバー２２０と当接して位置することができる。
【0089】
本図面は例示的なもので、変形例による第１電池セル１１０ａおよび第２電池セル１１０ｂの配列はこれに限定されるものではない。
【0090】
ウィングフォールディング面１５０の場合、上記の説明のとおり、第２面１３２ｄが少なくとも１回以上折り畳まれた状態で形成されていて、冷却面１６０に比べて相対的に外部への熱伝達が容易でない。ただし、この場合にも、ベンディングラインを基準として折り畳まれた第２面１３２ｄを収納部と接着させて平らに位置させた後、これをモジュールフレーム２００に当接させることによって、電池セル１１０から発生する熱をウィングフォールディング面１５０からもより効率的に外部へ放出することができる。したがって、電池セル１１０の冷却効率がより向上して、電池モジュール１００の安全性が改善できる。また、モジュールフレーム２００の上部カバー２２０および底部２１０ａと電池セル１１０との間の間隔も従来に比べて減少したので、電池モジュール１００のエネルギー密度が向上できる。
【0091】
図１３は、図４のＢ－Ｂ’に沿った、本発明の他の実施例による電池モジュールの断面の一部を示す断面図である。本発明の他の実施例による電池モジュールは、図７の本発明の一実施例による電池モジュールの変形例であってもよい。したがって、以下、図７と比較して差異のある部分についてのみ具体的に記載する。
【0092】
図１３を参照すれば、本発明の他の実施例による電池モジュール１００は、第１電池セル１１０ａが並列連結された第１電池セル積層体１２０ａと、第２電池セル１１０ｂが並列連結された第２電池セル積層体１２０ｂとを含むことができる。
【0093】
第１電池セル積層体１２０ａおよび第２電池セル１１０ｂは、電池セル１１０が少なくとも２つ以上並列連結されていてもよい。第１電池セル積層体１２０ａは、第１電池セル１１０ａが少なくとも２つ以上並列連結されていてもよく、第２電池セル積層体１２０ｂは、第２電池セル１１０ｂが少なくとも２つ以上並列連結されていてもよい。
【0094】
第１電池セル積層体１２０ａと第２電池セル積層体１２０ｂとは、モジュールフレーム２００内にそれぞれ交互に積層される。電池セル積層体は、第１電池セル積層体１２０ａと第２電池セル積層体１２０ｂとが交互に積層された構造であってもよい。
【0095】
第１電池セル積層体１２０ａと第２電池セル積層体１２０ｂとを交互に積層することは、第１電池セル１１０ａ及び第２電池セル１２０ａをそれぞれ交互に積層することより容易に電池セル１１０をモジュールフレーム２００に収納可能で、電池製造工程の効率が増大できる。
【0096】
図１４は、図４のＢ－Ｂ’に沿った、本発明の一実施例による電池モジュールの断面の一部を示す断面図である。図１５は、図４のＢ－Ｂ’に沿った、本発明の他の実施例による電池モジュールの断面の一部を示す断面図である。
【0097】
図１４および図１５を参照すれば、複数の電池セル１１０の間には圧縮パッド５００が位置することができる。圧縮パッド５００は、電池セル１１０のスウェリングを吸収して電池モジュール１００内部の耐久性を確保することができる。複数の電池セル１１０は、圧縮パッド５００を中心に互いに対向する方向に配置される。
【0098】
本図面には示さないが、圧縮パッド５００は、電池セル積層体に含まれる最外郭電池セル１１０とモジュールフレーム２００との間にも位置することができる。この場合、電池セル積層体の最外郭電池セル１１０のスウェリングの発生によってモジュールフレーム２００に加えられる膨張力を吸収することができる。したがって、膨張力によって電池セル１１０に加えられる力が小さくなって、電池セル１１０のパウチケースが壊れる危険性が減少し、電池モジュール１００の安全性が向上できる。
【0099】
先に説明した電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。
【0100】
以上、本発明の好ましい実施例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、以下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】
【0101】
１００：電池モジュール
１１０：電池セル
１１０ａ：第１電池セル
１１０ｂ：第２電池セル
１２０：電池セル積層体
１２０ａ：第１電池セル積層体
１２０ｂ：第２電池セル積層体
１３０：パウチケース
１３１：収納部
１３２：シーリング部
１３２ａ：第１シーリング部
１３２ｂ：第２シーリング部
１３２ｃ：第１面
１３２ｄ：第２面
１３３：フォールディング部
１５０：ウィングフォールディング面
１６０：冷却面
２００：モジュールフレーム
２１０ａ：底部
２２０：上部カバー
３００：下部ヒートシンク
７００：上部ヒートシンク
１１０：電池セル
１１０ａ：第１電池セル
１１０ｂ：第２電池セル
１２０：電池セル積層体
１２０ａ：第１電池セル積層体
１２０ｂ：第２電池セル積層体
１３０：パウチケース
１３１：収納部
１３２：シーリング部
１３２ａ：第１シーリング部
１３２ｂ：第２シーリング部
１３２ｃ：第１面
１３２ｄ：第２面
１３３：フォールディング部
１５０：ウィングフォールディング面
１６０：冷却面
２００：モジュールフレーム
２１０ａ：底部
２２０：上部カバー
３００：下部ヒートシンク
７００：上部ヒートシンク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8(a)】
【図8(b)】
【図8(c)】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】