特表 2022-551881 電池パックおよびそれを含むデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-14

(54)【発明の名称】電池パックおよびそれを含むデバイス

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20221207BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20221207BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20221207BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20221207BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20221207BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20221207BHJP

   H01M 50/249 20210101ALN20221207BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 401H

H01M10/613

H01M10/6551

H01M10/625

H01M10/6568

H01M50/244 A

H01M50/249

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022521481

(86)(22)【出願日】2021-03-09

(85)【翻訳文提出日】2022-04-08

(86)【国際出願番号】 KR2021002919

(87)【国際公開番号】W WO2021221297

(87)【国際公開日】2021-11-04

(31)【優先権主張番号】10-2020-0052261

(32)【優先日】2020-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】ヒョン・ソプ・ユン

(72)【発明者】

【氏名】ウォン・キョン・パク

(72)【発明者】

【氏名】ジュンヨプ・ソン

(72)【発明者】

【氏名】ホング・ハン

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H031KK01

5H031KK08

5H040AA28

5H040AA32

5H040AA33

5H040AS07

5H040AT06

5H040AY08

(57)【要約】

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、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームおよび前記モジュールフレームの底部の下に位置するヒートシンクを含む複数の電池モジュール、前記複数の電池モジュールを収納するパックフレーム、および前記モジュールフレームの底部、前記ヒートシンクおよび前記パックフレームを締結する冷媒伝達用ボルトを含む。前記パックフレームは、冷媒の供給及び排出のためのパック冷媒管を含み、前記冷媒伝達用ボルトに前記パック冷媒管および前記ヒートシンクを連結する連結管が形成される。

【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、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームおよび前記モジュールフレームの底部の下に位置するヒートシンクを含む複数の電池モジュール、
前記複数の電池モジュールを収納するパックフレーム、および
前記モジュールフレームの底部、前記ヒートシンクおよび前記パックフレームを締結する冷媒伝達用ボルト
を含み、
前記パックフレームは、冷媒の供給及び排出のためのパック冷媒管を含み、
前記冷媒伝達用ボルトに前記パック冷媒管および前記ヒートシンクを連結する連結管が形成された、電池パック。

【請求項2】

前記モジュールフレームは、前記モジュールフレームの底部の一部が延びて形成されたモジュールフレーム延長部を含み、
前記ヒートシンクは、前記ヒートシンクの一辺から前記モジュールフレーム延長部が位置した部分に延びたヒートシンク延長部を含み、
前記冷媒伝達用ボルトは前記モジュールフレーム延長部、前記ヒートシンク延長部および前記パックフレームを締結する、請求項１に記載の電池パック。

【請求項3】

前記パックフレームに冷媒用開口が形成され、
前記モジュールフレーム延長部に第１マウンティング孔が形成され、
前記ヒートシンク延長部に第２マウンティング孔が形成され、
前記冷媒伝達用ボルトが前記第１マウンティング孔、前記第２マウンティング孔および前記冷媒用開口を通過する、請求項２に記載の電池パック。

【請求項4】

前記冷媒伝達用ボルトは前記連結管が形成された本体部および前記本体部の上端に位置したヘッド部を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項5】

前記冷媒伝達用ボルトは、前記連結管と繋がって前記本体部に形成された第１開口および第２開口を含み、
前記第１開口は前記パック冷媒管の内部に配置され、
前記第２開口は前記モジュールフレームの底部と前記ヒートシンクとの間に配置される、請求項４に記載の電池パック。

【請求項6】

前記第１開口の開口方向は前記連結管の貫通方向と平行し、
前記第２開口の開口方向は前記連結管の貫通方向と垂直である、請求項５に記載の電池パック。

【請求項7】

前記第２開口は前記本体部の外周面に沿って複数形成される、請求項５又は６に記載の電池パック。

【請求項8】

前記本体部を囲むガスケットをさらに含み、
前記ガスケットは、前記ヘッド部と前記モジュールフレームの底部の一部が延びて形成されたモジュールフレーム延長部との間および前記ヒートシンクと前記パックフレームとの間のうち少なくとも１ヶ所に位置する、請求項４～７のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項9】

前記電池モジュールの前面および後面にそれぞれ突出部が形成され、
前記電池モジュールの前面および後面にそれぞれ位置し、前記突出部を囲みながら前記パックフレームに結合される固定ブラケットをさらに含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項10】

前記突出部は、前記電池モジュールの前面の下側角及び前記電池モジュールの後面の下側角に形成され、
前記固定ブラケットは前記突出部の上面と一側面とを囲む固定部を含む、請求項９に記載の電池パック。

【請求項11】

前記固定ブラケットにブラケット孔が形成され、前記パックフレームにパックフレーム孔が形成され、
前記パックフレーム孔及び前記ブラケット孔を通過するブラケットボルトおよびブラケットボルトと結合されるブラケットナットをさらに含む、請求項９又は１０に記載の電池パック。

【請求項12】

前記モジュールフレームは、前記モジュールフレームの底部の一部が延びて形成されたモジュールフレーム延長部を含み、
前記ヒートシンクは、前記ヒートシンクの一辺から前記モジュールフレーム延長部が位置した部分に延びたヒートシンク延長部を含み、
前記冷媒伝達用ボルトは前記モジュールフレーム延長部、前記ヒートシンク延長部および前記パックフレームを締結し、
前記固定ブラケットは、前記モジュールフレーム延長部を覆う蓋部を含む、請求項９～１１のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項13】

前記突出部と前記パックフレームとの間に位置する絶縁部材をさらに含む、請求項９～１２のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項14】

前記パックフレームは、前記電池モジュールを支える支えフレームおよび前記支えフレームの下に位置した下部フレームを含み、
前記パック冷媒管は前記支えフレームと前記下部フレームとの間に位置する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池パック。

【請求項15】

請求項１～１４のいずれか一項による電池パックをさらに含む、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１０－２０２０－００５２２６１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】

本発明は電池パックおよびそれを含むデバイスに関し、より具体的には冷却性能と安全性が向上した電池パックおよびそれを含むデバイスに関する。

【背景技術】

【0003】

現代社会では携帯電話、ノートブック、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されることにより、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行われている。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ているため、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ないため充放電が自由で、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高い長所を有するため脚光を浴びている。

【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及び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及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び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】

一般的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されることができる。

【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か、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接続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。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取り付けられて電池パックを形成することができる。

【0008】

二次電池は、適正温度より高くなる場合、二次電池の性能が低下し得、酷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加えられて温度上昇がより早くかつ激しくなる。言い換えると、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、電池セルの劣化がはや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。

【0009】

さらに、車両用バッテリパックに含まれるバッテリモジュールの場合、直射光線に頻繁に露出し、夏や砂漠地域のような高温条件に置かれられることがある。

【0010】

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、安定的でかつ効果的な冷却性能を確保するのは大変重要であると言える。

【0011】

図１は従来の電池パックに対する部分斜視図であり、図２は図１の電池パックに含まれた電池モジュールのマウンティング方法を示す部分斜視図である。

【0012】

図１および図２を参照すると、従来の電池パックは複数の電池モジュール１０および複数の電池モジュールが収納されるパックフレーム１１を含み得る。説明の便宜上図１は一つの電池モジュールのみを示した。

【0013】

従来の電池パックは電池モジュール１０の冷却のために冷媒管を設け、冷媒管と連結された冷媒管コネクタ１３を通じて冷媒を供給した。このような冷媒は普通の冷却水であり、電池パック内部にこのような冷却水を流して温度を下げる流体間接冷却構造を適用した。

【0014】

一方、電池モジュール１０をパックフレーム１１に収納するとき、４個の角にマウンティング孔を設け、マウンティングボルト１２が前記マウンティング孔を通過してパックフレーム１１と締結される。電池モジュール１０ごとにこのようなマウンティング結合が行われる。

【0015】

このとき、電池モジュール１０の冷却のための冷媒管コネクタ１３などの冷却構成と電池モジュール１０のマウンティングのためのマウンティングボルト１２などのマウンティング構成を別個の構成とし、構成ごとに部品が多く複雑であるという問題がある。

【0016】

また、組み立て不良や運行中の事故などの原因により、冷媒管や冷媒管コネクタ１３などから冷媒が漏洩する状況が発生し得るが、このように漏洩した冷媒は電池パックの内部に浸透して火災や爆発の原因となる恐れがある。

【0017】

したがって、冷却性能は高め、かつ冷媒漏洩による被害を最小化できる電池パックの開発が求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

本発明が解決しようとする課題は、冷却性能の向上と共に、冷媒漏洩による被害を遮断できる電池パックおよびそれを含むデバイスを提供することにある。

【0019】

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】

【0020】

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、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームおよび前記モジュールフレームの底部の下に位置するヒートシンクを含む複数の電池モジュール、前記複数の電池モジュールを収納するパックフレーム、および前記モジュールフレームの底部、前記ヒートシンクおよび前記パックフレームを締結する冷媒伝達用ボルトを含む。前記パックフレームは、冷媒の供給及び排出のためのパック冷媒管を含み、前記冷媒伝達用ボルトに前記パック冷媒管および前記ヒートシンクを連結する連結管が形成される。

【0021】

前記モジュールフレームは、前記モジュールフレームの底部の一部が延びて形成されたモジュールフレーム延長部を含み得、前記ヒートシンクは、前記ヒートシンクの一辺から前記モジュールフレーム延長部が位置した部分に延びたヒートシンク延長部を含み得、前記冷媒伝達用ボルトは前記モジュールフレーム延長部、前記ヒートシンク延長部および前記パックフレームを締結し得る。

【0022】

前記パックフレームに冷媒用開口が形成され得、前記モジュールフレーム延長部に第１マウンティング孔が形成され得、前記ヒートシンク延長部に第２マウンティング孔が形成され得る。前記冷媒伝達用ボルトが前記第１マウンティング孔、前記第２マウンティング孔および前記冷媒用開口を通過し得る。

【0023】

前記冷媒伝達用ボルトは前記連結管が形成された本体部および前記本体部の上端に位置したヘッド部を含み得る。

【0024】

前記冷媒伝達用ボルトは、前記連結管と繋がって前記本体部に形成された第１開口および第２開口を含み得、前記第１開口は前記パック冷媒管の内部に配置され得、前記第２開口は前記モジュールフレームの底部と前記ヒートシンクとの間に配置され得る。

【0025】

前記第１開口の開口方向は前記連結管の貫通方向と平行であり得、前記第２開口の開口方向は前記連結管の貫通方向と垂直であり得る。

【0026】

前記第２開口は前記本体部の外周面に沿って複数形成され得る。

【0027】

前記電池パックは前記本体部を囲むガスケットをさらに含み得、前記ガスケットは、前記ヘッド部と前記モジュールフレームの底部の一部が延びて形成されたモジュールフレーム延長部との間および前記ヒートシンクと前記パックフレームとの間のうち少なくとも１ヶ所に位置し得る。

【0028】

前記電池モジュールの前面および後面にそれぞれ突出部が形成され得、前記電池パックは、前記電池モジュールの前面および後面にそれぞれ位置して前記突出部を囲みながら前記パックフレームに結合される固定ブラケットをさらに含み得る。

【0029】

前記突出部は、前記電池モジュールの前面の下側角及び前記電池モジュールの後面の下側角に形成され得、前記固定ブラケットは前記突出部の上面と一側面とを囲む固定部を含み得る。

【0030】

前記固定ブラケットにブラケット孔が形成され得、前記パックフレームにパックフレーム孔が形成され得、前記電池パックは前記パックフレーム孔及び前記ブラケット孔を通過するブラケットボルトおよびブラケットボルトと結合されるブラケットナットをさらに含み得る。

【0031】

前記モジュールフレームは、前記モジュールフレームの底部の一部が延びて形成されたモジュールフレーム延長部を含み得、前記ヒートシンクは、前記ヒートシンクの一辺から前記モジュールフレーム延長部が位置した部分に延びたヒートシンク延長部を含み得、前記冷媒伝達用ボルトは前記モジュールフレーム延長部、前記ヒートシンク延長部および前記パックフレームを締結し得る。前記固定ブラケットは、前記モジュールフレーム延長部を覆う蓋部を含み得る。

【0032】

前記電池パックは前記突出部と前記パックフレームとの間に位置する絶縁部材をさらに含み得る。

【0033】

前記パックフレームは、前記電池モジュールを支える支えフレームおよび前記支えフレームの下に位置した下部フレームを含み得、前記パック冷媒管は前記支えフレームと前記下部フレームとの間に位置し得る。

【発明の効果】

【0034】

本発明の実施形態によれば、冷媒流路が形成された冷媒伝達用ボルトにより、マウンティング固定と加圧シーリングとが同時に可能であり、部品数の節減および構造の単純化が可能である。

【0035】

また、冷媒を供給するために必要な貫通孔間の整列に対する影響を最小化することができ、冷媒漏洩の可能性を減らすことができる。

【0036】

また、改善された固定ブラケット構造により電池モジュールの堅固な固定と同時に冷媒漏洩による被害を効果的に遮断することができる。

【0037】

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範囲の記載から当業者に明確に理解されることができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】従来の電池パックに対する部分斜視図である。

【図2】図１の電池パックに含まれた電池モジュールのマウンティング方法を示す部分斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態による電池パックに含まれた電池モジュールおよびパックフレームを示す斜視図である。

【図4】図３の電池モジュールをパックフレームに固定する固定ブラケットを分解して示す斜視図である。

【図5】図３の電池モジュールに対する分解斜視図である。

【図6】図３の「Ａ」部分を拡大して示す部分斜視図である。

【図7】図６の切断線Ｂ－Ｂ’を沿って切断した断面に対する部分断面図である。

【図8】図７の「Ｅ」部分を拡大して示す部分斜視図である。

【図9a】本発明の一実施形態による冷媒伝達用ボルトの斜視図である。

【図9b】本発明の一実施形態による冷媒伝達用ボルトを下から見た平面図である。

【図9c】本発明の一実施形態による冷媒伝達用ボルトをひっくり返した後側面から見た側面図である。

【図10】図６の切断線Ｃ－Ｃ’を沿って切断した断面に対する部分断面図である。

【図11】図６の切断線Ｄ－Ｄ’を沿って切断した断面に対する部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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」あるというとき、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」あるというとき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。

【0043】

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、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。

【0044】

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ときを意味する。

【0045】

図３は本発明の一実施形態による電池パックに含まれた電池モジュールおよびパックフレームを示す斜視図である。図４は図３の電池モジュールをパックフレームに固定する固定ブラケットを分解して示す斜視図である。図５は図３の電池モジュールに対する分解斜視図である。

【0046】

図３～図５を参照すると、本発明の一実施形態による電池パックは複数の電池モジュール１００、複数の電池モジュール１００を収納するパックフレーム１１００および冷媒伝達用ボルトを含む。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、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００およびモジュールフレーム２００の底部２１０ａの下に位置するヒートシンク３００を含む。前記冷媒伝達用ボルトについては後述する。

【0047】

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されることができる。この時、電池セル１１０は長方形のシート型構造で形成されることができる。

【0048】

このような電池セル１１０は複数で構成され得、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１２０を形成する。特に、図５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。

【0049】

本実施形態による電池セル積層体１２０は電池セル１１０の個数が従来より多くなる大面積モジュールであり得る。具体的には、電池モジュール１００当たり３２個～４８個の電池セル１１０が含まれ得る。このような大面積モジュールの場合、電池モジュールの水平方向の長さが長くなる。ここで、水平方向の長さとは、電池セル１１０が積層された方向、すなわちｘ軸と平行な方向への長さを意味する。

【0050】

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を含み得る。

【0051】

Ｕ字型フレーム２１０は底部２１０ａおよび底部２１０ａの両端部で上向きに延びた２個の側面部２１０ｂを含み得る。底部２１０ａは電池セル積層体１２０の下面（ｚ軸の逆方向）をカバーし得、側面部２１０ｂは電池セル積層体１２０の両側面（ｘ軸方向とその逆方向）をカバーすることができる。

【0052】

上部カバー２２０はＵ字型フレーム２１０により囲まれる前記下面および前記両側面を除いた残りの上面（ｚ軸方向）を囲む一つの板状構造で形成される。上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０と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を上下左右でカバーする構造を形成することができる。上部カバー２２０及びＵ字型フレーム２１０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。これのために上部カバー２２０及びＵ字型フレーム２１０は所定の強度を有する金属材質を含み得る。

【0053】

一方、具体的に示していないが、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した金属板材形態のモノフレームであり得る。すなわち、Ｕ字型フレーム２１０及び上部カバー２２０が相互結合される構造でなく、押出成形により製造され、上面、下面および両側面が一体化した構造であり得る。

【0054】

エンドプレート４００は電池セル積層体１２０の前面及び後面（ｙ軸方向とその逆方向）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およびその他電装品を物理的に保護することができる。

【0055】

一方、具体的に示していないが、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取り付けら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。

【0056】

一方、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の底部２１０ａの下に位置するヒートシンク３００を含む。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得、ヒートシンク３００の陥没部３４０及び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。

【0057】

具体的には、ヒートシンク３００は、ヒートシンク３００の骨格を形成してモジュールフレーム２００の底部２１０ａと溶接などで直接接合される下部プレート３１０および冷媒が流動する経路である陥没部３４０を含み得る。

【0058】

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として垂直にｘｚ平面に切断した断面がＵ字型管であり得、前記Ｕ字型管の開放された上側に底部２１０ａが位置する。ヒートシンク３００が底部２１０ａと接し、陥没部３４０と底部２１０ａとの間の空間が冷媒が流動する領域、すなわち冷媒の流路となる。そのため、モジュールフレーム２００の底部２１０ａが前記冷媒と接触することができる。

【0059】

ヒートシンク３００の陥没部３４０の製造方法に格別な制限はないが、板状のヒートシンク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。

【0060】

一方、図示していないが、図５のモジュールフレーム２００の底部２１０ａと電池セル積層体１２０との間に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を含む熱伝導性樹脂層が位置することができる。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して形成されることができる。

【0061】

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）素材のうち少なくとも一つを含み得る。前記熱伝導性樹脂は、塗布時には液相や塗布後に硬化して電池セル積層体１２０を構成する一つ以上の電池セル１１０を固定する役割を遂行することができる。また、熱伝導特性に優れて電池セル１１０で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。

【0062】

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、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する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と一体化した構造により電池モジュール１００および電池モジュール１００が取り付けられた電池パック上の空間活用率をより向上させることができる。

【0063】

具体的には、電池セル１１０で発生した熱が電池セル積層体１２０と底部２１０ａと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の外部に伝達される。従来の不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することができる。特に、底部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートで構成され、底部２１０ａが直接冷媒と接するので冷媒によるより直接的な冷却が可能な長所がある。

【0064】

また、不要な冷却構造の除去により電池モジュール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され得るので、電池モジュール１００を多数含む電池パックの容量や出力を増大させることができる。

【0065】

一方、モジュールフレーム２００の底部２１０ａはヒートシンク３００のうち陥没部３４０が形成されていない下部プレート３１０部分と溶接により接合される。本実施形態は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａ及びヒートシンク３００の冷却一体型構造により、上述した冷却性能の向上だけでなく、モジュールフレーム２００に収容された電池セル積層体１２０の荷重を支持して電池モジュール１００の剛性を補強する効果を有することができる。のみならず、下部プレート３１０とモジュールフレーム２００の底部２１０ａは溶接結合などにより密封されることによって、下部プレート３１０の内側に形成された陥没部３４０で冷媒が漏洩することなく流動することができる。

【0066】

効果的な冷却のために、図５に示すように、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が形成されることが好ましい。このために、陥没部３４０は少なくとも一度曲がって一側から他側につながる。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は数回曲がることが好ましい。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り、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る。

【0067】

一方、前記冷媒は冷却のための媒介物であって、格別な制限はないが、冷却水であり得る。

【0068】

一方、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が形成される。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え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得、温度偏差がさらに激しい。大面積電池モジュールでは、既存の一つの電池モジュール内に概ね１２個の～２４個の電池セルが積層された場合に比べて概ね３２個の～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み得る。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小化して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。

【0069】

以下では、図６および図７などを参照して、冷媒伝達用ボルトによる締結について具体的に説明する。

【0070】

図６は図３の「Ａ」部分を拡大して示す部分斜視図である。図７は図６の切断線Ｂ－Ｂ’を沿って切断した断面に対する部分断面図である。

【0071】

図４～図７を参照すると、本実施形態による電池パックは、モジュールフレーム２００の底部２１０ａ、ヒートシンク３００およびパックフレーム１１００を締結する冷媒伝達用ボルト７００を含む。

【0072】

本実施形態によるパックフレーム１１００は、冷媒の供給及び排出のためのパック冷媒管１１３０，１１４０およびパック冷媒管１１３０，１１４０に形成された冷媒用開口１１５０，１１６０を含み得る。具体的には、パック冷媒管１１３０，１１４０は冷媒の供給のためのパック冷媒供給管１１３０および冷媒の排出のためのパック冷媒排出管１１４０を含み得る。また、冷媒用開口１１５０，１１６０はパック冷媒供給管１１３０と連結された冷媒供給用開口１１５０およびパック冷媒排出管１１４０と連結された冷媒排出用開口１１６０を含み得る。

【0073】

パックフレーム１１００は、電池モジュール１００を支える支えフレーム１１１０および支えフレーム１１１０の下に位置した下部フレーム１１２０を含み得る。パック冷媒供給管１１３０とパック冷媒排出管１１４０は支えフレーム１１１０と下部フレーム１１２０との間に位置し得、より詳細には、パック冷媒供給管１１３０とパック冷媒排出管１１４０は支えフレーム１１１０の真下に位置して支えフレーム１１１０と一体化した構成であり得る。

【0074】

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の一部が延びて形成されたモジュールフレーム延長部２１１を含み得る。また、本実施形態によるヒートシンク３００は、ヒートシンク３００の一辺からモジュールフレーム延長部２１１が位置した部分に延びたヒートシンク延長部３１１を含み得る。モジュールフレーム延長部２１１及びヒートシンク延長部３１１は互いに対応する形態を有し、エンドプレート４００を通過するように延長形成される。

【0075】

モジュールフレーム延長部２１１に第１マウンティング孔２１１Ｈが形成され、ヒートシンク延長部３１１に第２マウンティング孔３１１Ｈが形成される。

【0076】

本実施形態による冷媒伝達用ボルト７００はモジュールフレーム延長部２１１、ヒートシンク延長部３１１およびパックフレーム１１００を締結するが、具体的には、冷媒伝達用ボルト７００が第１マウンティング孔２１１Ｈ、第２マウンティング孔３１１Ｈおよびパックフレーム１１００の冷媒供給用開口１１５０を順に通過して締結される。

【0077】

以下では、図８および図９などを参照して冷媒伝達用ボルトによる冷媒伝達構造について具体的に説明する。パック冷媒管１１３０，１１４０のうちパック冷媒供給管１１３０を基準に説明するが、パック冷媒排出管１１４０にも冷媒伝達用ボルト７００による冷媒伝達構造が同様に適用されることができる。

【0078】

図８は図７の「Ｅ」部分を拡大して示す部分斜視図であり、図９ａ～図９ｃは本発明の一実施形態による冷媒伝達用ボルトを多様な角度から見た図である。具体的には、図９ａは冷媒伝達用ボルト７００に対する斜視図であり、図９ｂは図９ａの冷媒伝達用ボルト７００を下から見た平面図であり、図９ｃは図９ａの冷媒伝達用ボルト７００をひっくり返した後側面から見た側面図である。

【0079】

図８および図９を参照すると、本実施形態による冷媒伝達用ボルト７００は、パック冷媒管１１３０，１１４０およびヒートシンク３００を連結する連結管７１３が形成される。図８にはパック冷媒供給管１１３０とヒートシンク３００を連結する冷媒伝達用ボルト７００の連結管７１３が示されている。

【0080】

具体的には、冷媒伝達用ボルト７００は連結管７１３が形成された本体部７１０および本体部７１０の上端に位置したヘッド部７２０を含み得る。本体部７１０は第１マウンティング孔２１１Ｈおよび第２マウンティング孔３１１Ｈの内径と対応する直径を有する柱形態の構成であり、具体的に示していないが、外周面にねじ山が形成される。冷媒供給用開口１１５０の内側面にもねじ山が形成され得、本体部７１０がパックフレーム１１００に締結され得る。ヘッド部７２０は本体部７１０より直径が大きい構成であり、モジュールフレーム延長部２１１とヒートシンク延長部３１１を密着させることができる。

【0081】

冷媒伝達用ボルト７００は、連結管７１３と繋がって本体部７１０に形成された第１開口７１１および第２開口７１２を含み得る。第１開口７１１はパック冷媒供給管１１３０の内部に配置され得、第２開口７１２はモジュールフレーム２００の底部２１０ａとヒートシンク３００との間に配置される。第１開口７１１の開口方向は連結管７１３の貫通方向と平行であり、第２開口７１２の開口方向は連結管７１３の貫通方向と垂直である。第１開口７１１は連結管７１３と繋がることにより本体部７１０の一端に位置し得、第２開口７１２は本体部７１０の外周面に沿って複数形成され、連結管７１３と繋がる。

【0082】

パック冷媒供給管１１３０を介して移動した冷媒が第１開口７１１、連結管７１３および第２開口７１２を順に通過して底部２１０ａとヒートシンク３００との間に流入する。流入した冷媒は上述したように、ヒートシンク３００の陥没部３４０に沿って移動して電池モジュール１００を冷却することができる。

【0083】

本実施形態による冷媒伝達用ボルト７００は、モジュールフレーム２００及びヒートシンク３００をパックフレーム１１００にマウンティング固定する機能を担当するだけでなく電池モジュール１００下端に冷媒を供給する経路として機能することができる。また、冷媒伝達用ボルト７００の締結力によって底部２１０ａ、ヒートシンク３００およびパック冷媒供給管１１３０が互いに強く密着するので密封性が向上してその間での冷媒漏洩の可能性を減らすことができる。すなわち、マウンティング固定、加圧シーリングおよび冷媒伝達を同時に遂行することができ、部品数の節減および構造の単純化が可能である。また、冷媒伝達用ボルト７００により冷媒供給用開口１１５０及び第２マウンティング孔３１１Ｈが整列されるので、冷媒を供給するために必要な貫通孔間の整列に対する影響を最小化することができ、冷媒漏洩の可能性を減らすことができる。

【0084】

一方、本実施形態による電池パックは冷媒伝達用ボルト７００の本体部７１０を囲むガスケット６００をさらに含み得る。ガスケット６００は、ヘッド部７２０とモジュールフレーム延長部２１１との間およびヒートシンク３００とパックフレーム１１００との間のうち少なくとも１ヶ所に位置し得る。このようなガスケット６００を介して冷媒の漏洩を防止することができる。

【0085】

具体的に示していないが、第１マウンティング孔２１１Ｈ、第２マウンティング孔３１１Ｈおよびパックフレーム１１００の冷媒排出用開口１１６０も本実施形態による冷媒伝達用ボルト７００により締結される。すなわち、本実施形態によれば、パック冷媒管１１３０，１１４０はいずれも冷媒伝達用ボルト７００によりヒートシンク３００と連結され得、第１マウンティング孔２１１Ｈ、第２マウンティング孔３１１Ｈおよび冷媒伝達用ボルト７００は複数構成されることができる。いずれか一つの第２マウンティング孔３１１Ｈと冷媒伝達用ボルト７００を介して流入した冷媒が陥没部３４０に沿って移動した後、他の一つの第２マウンティング孔３１１Ｈと冷媒伝達用ボルト７００を介してパック冷媒排出管１１４０に排出される。

【0086】

以下では、図１０および図１１などを参照して、固定ブラケットによる固定方式について具体的に説明する。

【0087】

図１０は図６の切断線Ｃ－Ｃ’を沿って切断した断面に対する部分断面図であり、図１１は図６の切断線Ｄ－Ｄ’を沿って切断した断面に対する部分断面図である。

【0088】

図４、図５、図１０および図１１を参照すると、本実施形態による電池モジュール１００の前面および後面にそれぞれ突出部４１０が形成される。電池モジュール１００の前面および後面エンドプレート４００が位置し得るが、突出部４１０はエンドプレート４００に形成される。具体的には、突出部４１０は電池セル１１０の積層方向と垂直な方向（ｙ軸と平行な方向）に向かって突出した構造であり得る。すなわち、電池モジュール１００の前面に形成された突出部４１０はｙ軸方向に向かって突出し得、電池モジュール１００の後面に形成された突出部４１０はｙ軸逆方向に向かって突出し得る。

【0089】

また、突出部４１０は電池モジュール１００の前面の下側角及び電池モジュール１００の後面の下側角にそれぞれ形成され得、電池モジュール１００の前面及び後面それぞれに対して互いに離隔した２個の突出部４１０が形成される。

【0090】

固定ブラケット５００は、突出部４１０を囲みながらパックフレーム１１００に結合される。具体的には、突出部４１０はエンドプレート４００から突出して形成されることにより上面と３個の側面とを有するが、固定ブラケット５００は突出部４１０の上面と一側面とを囲む固定部５１０を含み得る。さらに、固定部５１０は突出部４１０の他の二つの側面をさらに囲むことができる。

【0091】

一方、固定ブラケット５００にブラケット孔５００Ｈが形成され、パックフレーム１１００にパックフレーム孔１１１１Ｈが形成される。本実施形態による電池パックはパックフレーム孔１１１１Ｈ及びブラケット孔５００Ｈを通過するブラケットボルトＢ１およびブラケットボルトＢ１と結合されるブラケットナットＮ１を含み得る。

【0092】

具体的には、ブラケット孔５００Ｈ及びパックフレーム孔１１１１Ｈが互いに対応するように位置し、ブラケットボルトＢ１がパックフレーム孔１１１１Ｈ及びブラケット孔５００Ｈを通過して上向きに直立する。その後ブラケットボルトＢ１がブラケットナットＮ１と結合されて固定ブラケット５００がパックフレーム１１００に固定される。効果的な固定のためにパックフレーム孔１１１１Ｈ、ブラケット孔５００Ｈ、ブラケットボルトＢ１およびブラケットナットＮ１はそれぞれ複数構成されることが好ましく、図４には一実施形態として、それぞれ４個ずつ構成された姿が示されている。

【0093】

電池モジュール１００を間に置いて互いに対向して配置される２個の固定ブラケット５００が電池モジュール１００の突出部４１０を囲みながら、ブラケットボルトＢ１とブラケットナットＮ１によりパックフレーム１１００に結合されるので電池モジュール１００がパックフレーム１１００に収納および固定される。

【0094】

一方、図１０に示すように、本実施形態による電池パックは、突出部４１０とパックフレーム１１００との間に位置する絶縁部材８００をさらに含み得る。絶縁部材８００は電気的絶縁を示すパッド形態の部材であり得る。エンドプレート４００とパックフレーム１１００との間に異種材質の接触によるガルバニック腐食（Ｇａｌｖａｎｉｃ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）が発生し得るが、その間に絶縁部材８００を配置することによって、ガルバニック腐食の発生を予防することができる。

【0095】

一方、図６を再び参照すると、本実施形態による固定ブラケット５００はモジュールフレーム延長部２１１を覆う蓋部５２０を含み得る。また、蓋部５２０の左右にはブラケットボルトＢ１とブラケットナットＮ１の締結具組がそれぞれ位置する。ブラケットボルトＢ１とブラケットナットＮ１で固定される固定ブラケット５００に蓋部５２０を形成することによって、モジュールフレーム延長部２１１を加圧することができる。したがって、モジュールフレーム延長部２１１およびヒートシンク延長部３１１が密着し、その間での冷媒漏洩の可能性を減らすことができる。また、冷媒伝達用ボルト７００のヘッド部７２０がエンドプレート４００、モジュールフレーム延長部２１１および蓋部５２０に囲まれたまま密閉される。蓋部５２０により密閉することによって、漏洩した冷媒が周辺の部品に浸透することを遮断することができる。すなわち、蓋部５２０自体が冷媒の漏洩防止機能を遂行することができる。

【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われたが、このような用語は説明の便宜のためのものであり、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わる。

【0097】

上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されることができる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの輸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への適用が可能である。

【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用いる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 モジュールフレーム
２１１ モジュールフレーム延長部
３００ ヒートシンク
３１１ ヒートシンク延長部
４１０ 突出部
５００ 固定ブラケット
７００ 冷媒伝達用ボルト
７１３ 連結管
１１００ パックフレーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9(a)】

【図9(b)】

【図9(c)】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】