(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】2023-11-01
(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 20210101AFI20231025BHJP
H01M 50/211 20210101ALI20231025BHJP
H01M 50/271 20210101ALI20231025BHJP
H01M 10/6567 20140101ALI20231025BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20231025BHJP
【FI】
H01M50/204 401H
H01M50/211
H01M50/271 B
H01M50/271 S
H01M10/6567
H01M10/6556
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023522887
(86)(22)【出願日】2022-03-03
(85)【翻訳文提出日】2023-04-13
(86)【国際出願番号】 KR2022002995
(87)【国際公開番号】W WO2022203232
(87)【国際公開日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】10-2021-0036923
(32)【優先日】2021-03-22
(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
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ウォン・キョン・パク
(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】スビン・パク
【テーマコード(参考)】
5H031
5H040
【Fターム(参考)】
5H031AA09
5H031KK08
5H040AA01
5H040AA28
5H040AS07
5H040AT04
5H040CC01
5H040CC20
(57)【要約】
本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルが積層された上部電池セル積層体および下部電池セル積層体と、前記上部電池セル積層体および前記下部電池セル積層体の間に位置する冷却流路と、前記上部電池セル積層体および前記下部電池セル積層体が収納されるモジュールフレームとを含む。前記冷却流路に冷媒を供給する流入口および前記冷却流路から冷媒を排出する排出口が互いに反対側に位置して、前記冷却流路内で前記冷媒が一方向に流れる。前記電池セルの長手方向が前記冷媒の流れる前記一方向に並んでいる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の電池セルが積層された上部電池セル積層体および下部電池セル積層体と、
前記上部電池セル積層体および前記下部電池セル積層体の間に位置する冷却流路と、
前記上部電池セル積層体および前記下部電池セル積層体が収納されるモジュールフレームと、
を含み、
前記冷却流路に冷媒を供給する流入口および前記冷却流路から冷媒を排出する排出口が互いに反対側に位置して、前記冷却流路内で前記冷媒が一方向に流れ、
前記電池セルの長手方向が前記冷媒の流れる前記一方向に並んでいる電池モジュール。
【請求項2】
前記冷却流路内で前記冷媒が一直線に流れる、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記冷却流路内で前記冷媒が前記一方向に沿って曲線に流れる、請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記モジュールフレームは、前記上部電池セル積層体が収納される上部フレームと、前記下部電池セル積層体が収納される下部フレームとを含み、
前記上部フレームと前記下部フレームとの間で前記冷却流路が形成される、請求項1~3のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記上部フレームは、前記上部フレームの底部の下面に位置した上部プレートと、前記上部プレートから上向陥没した上部陥没部とを含み、
前記下部フレームは、前記下部フレームの天井部の上面に位置した下部プレートと、前記下部プレートから下向陥没した下部陥没部とを含み、
前記上部プレートと前記下部プレートとが接合されて、前記上部陥没部と前記下部陥没部とが前記冷却流路を形成する、請求項4に記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記上部フレームの開放された部分を覆う上部カバーと、前記下部フレームの開放された部分を覆う下部カバーとをさらに含む、請求項4又は5に記載の電池モジュール。
【請求項7】
前記上部電池セル積層体は、第1上部電池セル積層体および第2上部電池セル積層体を含み、
前記下部電池セル積層体は、第1下部電池セル積層体および第2下部電池セル積層体を含む、請求項6に記載の電池モジュール。
【請求項8】
前記上部カバーは、前記第1上部電池セル積層体と前記第2上部電池セル積層体との間で下向湾入した上部湾入部を含み、
前記下部カバーは、前記第1下部電池セル積層体と前記第2下部電池セル積層体との間で上向湾入した下部湾入部を含む、請求項7に記載の電池モジュール。
【請求項9】
前記第1上部電池セル積層体および前記第2上部電池セル積層体それぞれは、前記上部湾入部に向かって露出した電極端子およびモジュールコネクタを含み、
前記第2下部電池セル積層体および前記第2下部電池セル積層体それぞれは、前記下部湾入部に向かって露出した電極端子およびモジュールコネクタを含み、
前記上部湾入部と前記下部湾入部それぞれに前記電極端子を連結するHV(High voltage)連結および前記モジュールコネクタを連結するLV(Low voltage)連結が形成される、請求項8に記載の電池モジュール。
【請求項10】
前記上部湾入部によって前記第1上部電池セル積層体と前記第2上部電池セル積層体とが空間的に分離され、
前記下部湾入部によって前記第1下部電池セル積層体と前記第2下部電池セル積層体とが空間的に分離される、請求項8又は9に記載の電池モジュール。
【請求項11】
前記上部湾入部と前記下部湾入部それぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールが形成され、
前記上部湾入部のマウンティングホールと前記下部湾入部のマウンティングホールとが互いに対応するように位置する、請求項8~10のいずれか一項に記載の電池モジュール。
【請求項12】
前記上部カバーは、一側に位置した第1上部突出部と、前記一側の反対側他側に位置した第2上部突出部とを含み、
前記第1上部突出部に前記流入口が位置し、
前記第2上部突出部に前記排出口が位置する、請求項6に記載の電池モジュール。
【請求項13】
前記下部カバーは、前記第1上部突出部と対応するように位置する第1下部突出部と、前記第2上部突出部と対応するように位置する第2下部突出部とを含む、請求項12に記載の電池モジュール。
【請求項14】
前記第1上部突出部と前記第1下部突出部それぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールが形成され、
前記第2上部突出部と前記第2下部突出部それぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールが形成される、請求項13に記載の電池モジュール。
【請求項15】
請求項1~14のいずれか一項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3月22日付の韓国特許出願第10-2021-0036923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、空間活用度および冷却効率性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】
現代社会では携帯電話、ノートパソコン、ビデオカメラ、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につれ、このようなモバイル機器に関連する分野の技術の開発が活発になっている。また、充放電可能な二次電池は、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策で、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ことから、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には、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、このうち、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こらず、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というメリットから注目されている。
【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およ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、外装材の形状により、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とに分類される。
【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。1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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明が解決しようとする課題は、空間活用度および冷却効率性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。
【0009】
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】
【0010】
本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルが積層された上部電池セル積層体および下部電池セル積層体と、前記上部電池セル積層体および前記下部電池セル積層体の間に位置する冷却流路と、前記上部電池セル積層体および前記下部電池セル積層体が収納されるモジュールフレームとを含む。前記冷却流路に冷媒を供給する流入口および前記冷却流路から冷媒を排出する排出口が互いに反対側に位置して、前記冷却流路内で前記冷媒が一方向に流れる。前記電池セルの長手方向が前記冷媒の流れる前記一方向に並んでいる。
【0011】
前記冷却流路内で前記冷媒が一直線に流れることができる。
【0012】
前記冷却流路内で前記冷媒が前記一方向に沿って曲線に流れることができる。
【0013】
前記モジュールフレームは、前記上部電池セル積層体が収納される上部フレームと、前記下部電池セル積層体が収納される下部フレームとを含むことができ、前記上部フレームと前記下部フレームとの間で前記冷却流路が形成される。
【0014】
前記上部フレームは、前記上部フレームの底部の下面に位置した上部プレートと、前記上部プレートから上向陥没した上部陥没部とを含むことができる。前記下部フレームは、前記下部フレームの天井部の上面に位置した下部プレートと、前記下部プレートから下向陥没した下部陥没部とを含むことができる。前記上部プレートと前記下部プレートとが接合されて、前記上部陥没部と前記下部陥没部とが前記冷却流路を形成することができる。
【0015】
前記電池モジュールは、前記上部フレームの開放された部分を覆う上部カバーと、前記下部フレームの開放された部分を覆う下部カバーとをさらに含むことができる。
【0016】
前記上部電池セル積層体は、第1上部電池セル積層体および第2上部電池セル積層体を含むことができる。前記下部電池セル積層体は、第1下部電池セル積層体および第2下部電池セル積層体を含むことができる。
【0017】
前記上部カバーは、前記第1上部電池セル積層体と前記第2上部電池セル積層体との間で下向湾入した上部湾入部を含むことができる。前記下部カバーは、前記第1下部電池セル積層体と前記第2下部電池セル積層体との間で上向湾入した下部湾入部を含むことができる。
【0018】
前記第1上部電池セル積層体および前記第2上部電池セル積層体それぞれは、前記上部湾入部に向かって露出した電極端子およびモジュールコネクタを含むことができる。前記第2下部電池セル積層体および前記第2下部電池セル積層体それぞれは、前記下部湾入部に向かって露出した電極端子およびモジュールコネクタを含むことができる。前記上部湾入部と前記下部湾入部それぞれに前記電極端子を連結するHV(High voltage)連結および前記モジュールコネクタを連結するLV(Low voltage)連結が形成される。
【0019】
前記上部湾入部によって前記第1上部電池セル積層体と前記第2上部電池セル積層体とが空間的に分離される。前記下部湾入部によって前記第1下部電池セル積層体と前記第2下部電池セル積層体とが空間的に分離される。
【0020】
前記上部湾入部と前記下部湾入部それぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールが形成される。前記上部湾入部のマウンティングホールと前記下部湾入部のマウンティングホールとが互いに対応するように位置することができる。
【0021】
前記上部カバーは、一側に位置した第1上部突出部と、前記一側の反対側他側に位置した第2上部突出部とを含むことができる。前記第1上部突出部に前記流入口が位置することができ、前記第2上部突出部に前記排出口が位置することができる。
【0022】
前記下部カバーは、前記第1上部突出部と対応するように位置する第1下部突出部と、前記第2上部突出部と対応するように位置する第2下部突出部とを含むことができる。
【0023】
前記第1上部突出部と前記第1下部突出部それぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールが形成される。前記第2上部突出部と前記第2下部突出部それぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールが形成される。
【発明の効果】
【0024】
本発明の実施例によれば、電池セル積層体を2段構造で配置し、その間で冷却流路を共有するように配置して、空間活用度および冷却効率性を高めることができる。また、前記冷却流路が一方向に沿って流れるように構成して、冷媒の圧力降下を減少させることができる。
【0025】
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】
【0026】
【
図1】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2】
図1の電池モジュールを角度を異ならせて示す図である。
【
図3】
図1の電池モジュールに関する分解斜視図である。
【
図4】
図3の電池モジュールに対して上部カバーを除去した様子を示す斜視図である。
【
図5】
図4の「B」部分を拡大して示す部分図である。
【
図6】
図3の電池モジュールに含まれている電池セルに関する図である。
【
図7】
図3の電池モジュールに含まれている上部フレームと下部フレームを示す斜視図である。
【
図8】
図7の上部フレームに対して底部の下面が見えるようにひっくり返した様子を示す図である。
【
図9】
図1の切断線A-A’に沿った断面を示す断面図である。
【
図10】
図9の「C」部分を拡大して示す部分図である。
【
図11】本発明の変形された一実施例による下部フレームを示す斜視図である。
【
図12】
図3の電池モジュールに含まれている上部カバーを示す斜視図である。
【
図13】
図3の電池モジュールに含まれている下部カバーを示す斜視図である。
【
図14】本発明の一実施例による電池パックを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
図1は、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2は、
図1の電池モジュールを角度を異ならせて示す図である。
図3は、
図1の電池モジュールに関する分解斜視図である。
図4は、
図3の電池モジュールに対して上部カバーを除去した様子を示す斜視図である。
【0034】
図1~
図4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、複数の電池セルが積層された上部電池セル積層体200Uおよび下部電池セル積層体200Lと、上部電池セル積層体200Uおよび下部電池セル積層体200Lの間に位置する冷却流路Pと、上部電池セル積層体200Uおよび下部電池セル積層体200Lが収納されるモジュールフレーム300とを含む。冷却流路Pは、冷媒が移動する通路を称するものである。前記冷媒は、冷却のための媒介物であって、一例として、冷却水であってもよい。
【0035】
上部電池セル積層体200Uと下部電池セル積層体200Lとは、それぞれ複数の電池セルが一方向に沿って積層されて形成される。電池セルについては、
図5、6を参照して詳しく後述する。
【0036】
本実施例によるモジュールフレーム300は、上部電池セル積層体200Uが収納される上部フレーム400と、下部電池セル積層体200Lが収納される下部フレーム500とを含むことができる。上部フレーム400と下部フレーム500との間に冷却流路Pが形成される。
【0037】
図5は、
図4の「B」部分を拡大して示す部分図である。
図6は、
図3の電池モジュールに含まれている電池セルに関する図である。
【0038】
図3、
図5および
図6を参照すれば、本実施例による電池セル110が複数積層されて、上部電池セル積層体200Uおよび下部電池セル積層体200Lをそれぞれ形成することができる。上部電池セル積層体200Uは、下部電池セル積層体200Lの上に位置する。
【0039】
また、上部電池セル積層体200Uは、第1上部電池セル積層体210Uおよび第2上部電池セル積層体220Uを含むことができ、下部電池セル積層体200Lは、第1下部電池セル積層体210Lおよび第2下部電池セル積層体220Lを含むことができる。電池セル110が積層されて、計4つの電池セル積層体210U、220U、210L、220Lを形成することができる。第1上部電池セル積層体210Uが第1下部電池セル積層体210Lの上に位置することができ、第2上部電池セル積層体220Uが第2下部電池セル積層体220Lの上に位置することができる。
【0040】
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に形成される。例えば、本実施例による電池セル110は、2つの電極リード111、112が互いに対向してセル本体113の一端部114aと他の一端部114bからそれぞれ突出している構造を有する。つまり、電池セル110は、互いに対向する方向に突出した電極リード111、112を含む。より詳しくは、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。
【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とを接着することによって製造できる。言い換えれば、本実施例による電池セル110は、計3箇所のシーリング部114sa、114sb、114scを有し、シーリング部114sa、114sb、114sc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、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなる。また、連結部115は、電池セル110の一縁に沿って長く延びることができ、連結部115の端部にはバットイヤー110pが形成される。
【0042】
このような電池セル110は、複数個構成されてもよいし、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上部電池セル積層体200Uおよび下部電池セル積層体200Lを形成することができる。
【0043】
特に、
図5に示されているように、y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。これによって、電極リード111、112は、x軸方向と-x軸方向にそれぞれ突出できる。
【0044】
本実施例による上部電池セル積層体200Uおよび下部電池セル積層体200L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ってもよい。具体的には、電池セル積層体あたり32個~48個の電池セル110が含まれる。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、つまり、y軸と平行な方向への長さを意味することができる。
【0045】
一方、
図6を再び参照すれば、互いに対向する方向に突出した電極リード111、112において、電極リード111、112の突出方向に並ぶ方向を電池セル110の長手方向d1と称する。電池セル110の積層方向を考慮した時、
図3~5にて、電池セル110の前記長手方向は、x軸と平行な方向である。
【0046】
以下、
図7~
図10を参照して、本実施例による冷却流路とモジュールフレームについて詳しく説明する。
【0047】
図7は、
図3の電池モジュールに含まれている上部フレームと下部フレームを示す斜視図である。
図8は、
図7の上部フレームに対して底部の下面が見えるようにひっくり返した様子を示す図である。
図9は、
図1の切断線A-A’に沿った断面を示す断面図である。
図10は、
図9の「C」部分を拡大して示す部分図であり、2つの「C」部分をそれぞれ示した。
【0048】
図3、
図7~
図10を参照すれば、本実施例によるモジュールフレーム300は、上部フレーム400および下部フレーム500を含むことができ、上部フレーム400と下部フレーム500との間に冷却流路Pが形成される。冷却流路Pに冷媒を供給する流入口810および冷却流路Pから冷媒を排出する排出口820が互いに反対側に位置して、冷却流路P内で前記冷媒が一方向に流れる。また、電池セル110を基準として、電池セル110の長手方向d1が前記冷媒の流れる前記一方向に並んでいる。より具体的には、冷却流路P内で前記冷媒が一直線に流れることができる。
図7に示されているように、冷却流路P内で前記冷媒がx軸と平行な方向に沿って一直線に流れることができる。
【0049】
本実施例による上部フレーム400は、上部電池セル積層体200Uが置かれる底部410と、底部410の対向する両辺から上向延長された側面部420とを含むことができる。上部電池セル積層体200Uの下面と両側面をそれぞれ底部410と側面部420がカバーすることができる。
【0050】
本実施例による下部フレーム500は、下部電池セル積層体200Lの上に位置する天井部510と、天井部510の対向する両辺から下向延長された側面部520とを含むことができる。下部電池セル積層体200Lの上面と両側面をそれぞれ天井部510と側面部520がカバーすることができる。
【0051】
図7および
図8を参照すれば、上部フレーム400は、上部フレーム400の底部410の下面に位置した上部プレート411と、上部プレート411から上向陥没した上部陥没部412とを含むことができる。上述のように、
図8が底部410の下面が見えるように上部フレーム400をひっくり返した様子であるが、上部プレート411は、-z軸方向に相対的に突出した構成であり、上部陥没部412は、z軸方向に相対的に陥没した構成である。上部プレート411と上部陥没部412との形成方法に特別な制限はない。例えば、板状型の部材の一部領域を上向陥没させて上部プレート411と上部陥没部412とを形成することができる。他の例として、板状型の部材の下面に突出部材を接合させて上部プレート411と上部陥没部412とを形成することができる。
【0052】
下部フレーム500は、下部フレーム500の天井部510の上面に位置した下部プレート511と、下部プレート511から下向陥没した下部陥没部512とを含むことができる。
図7のように、下部プレート511は、z軸方向に相対的に突出した構成であり、下部陥没部512は、-z軸方向に相対的に陥没した構成である。下部プレート511と下部陥没部512の形成方法に特別な制限はない。例えば、板状型の部材の一部領域を下向陥没させて下部プレート511と下部陥没部512とを形成することができる。他の例として、板状型の部材の上面に突出部材を接合させて下部プレート511と下部陥没部512とを形成することができる。
【0053】
下部フレーム500の天井部510の上に上部フレーム400の底部410が置かれる時、上部プレート411と下部プレート511とが接合され、互いに対応する上部陥没部412と下部陥没部512とが冷却流路Pを形成することができる。
【0054】
上部プレート411と下部プレート511とは、電池セル110の長手方向d1に並んで延びることができる。これによって上部陥没部412と下部陥没部512とを通じて冷却流路P内で冷媒が一方向に流れることができる。
【0055】
本実施例による電池モジュール100内に形成された冷却流路Pは、曲がった経路ではなく、一方向に沿ってつながる。また、電池セル110の長手方向d1に並んでいる。上部電池セル積層体200Uや下部電池セル積層体200Lに対して複数の電池セル110それぞれに対する均一な冷却が可能である。電池モジュール100に含まれている電池セル110間の温度偏差は電池の性能低下につながるため、温度偏差を解消することが重要である。本実施例による電池モジュール100は、各電池セル110に対する均一な冷却が可能なため、各電池セル110間の温度偏差を低減することができる。
【0056】
また、本実施例により一直線の冷却流路Pは、複数曲がった経路と比較して、冷却流路Pの後半部での圧力低下を低減することができる。複数曲がった経路の冷却流路、特に冷媒の流入口と排出口が同じ側に位置して大きく曲がった経路を必須として含む冷却流路の場合、冷媒の圧力損失が大きいため、冷媒の供給および排出のために大容量の冷媒ポンプが必要である。このような大容量の冷媒ポンプは大きな空間を占めるため、自動車のようなデバイス内部の空間効率性が低下する。これに対し、本実施例による冷却流路Pは、一方向に沿ってつながる経路であって、圧力低下を大きく低減することができる。したがって、より小さい容量の冷媒ポンプでも同等の熱交換性能および冷却性能を実現することができる。より小さい容量の冷媒ポンプを利用可能なため、自動車のようなデバイス内部の空間を効率的に活用できるというメリットがある。
【0057】
一方、上述のように、上部電池セル積層体200Uと下部電池セル積層体200Lは2段に積層された構造を有し、その間に冷却流路Pを形成する。つまり、上部電池セル積層体200Uと下部電池セル積層体200Lが別の冷却流路を有するのではなく、1つの冷却流路Pを共有する形態である。別の冷却流路を形成するものに比べて、冷却に必要な部品数を縮小することができ、部品の個数が減少しただけ電池モジュールの組立性が向上できる。また、1つの冷却流路Pを共有するものであるので、電池モジュール100内部の空間活用度を高めることができる。
【0058】
一方、上部電池セル積層体200Uと上部フレーム400の底部410との間に上部サーマルレジン層が位置することができる。また、下部電池セル積層体200Lと下部フレーム500の天井部510との間に下部サーマルレジン層が位置することができる。上部および下部サーマルレジン層は、熱伝導度が高くて接着性を有するサーマルレジンを塗布した後、硬化して形成される。一例として、前記サーマルレジンは、シリコーン(Silicone)素材、ウレタン(Urethan)素材またはアクリル(Acrylic)素材の少なくとも1つを含むことができる。上部電池セル積層体200Uで発生した熱が上部サーマルレジン層を経て冷却流路Pに伝達され、下部電池セル積層体200Lで発生した熱は下部サーマルレジン層を経て冷却流路Pに伝達される。
【0059】
図11は、本発明の変形された一実施例による下部フレームを示す斜視図である。
【0060】
図11を参照すれば、本発明の変形された一実施例による下部フレーム500’は、天井部510および側面部520を含むことができ、天井部510の上面に位置した下部プレート511’と、下部プレート511’から下向陥没した下部陥没部512’とを含むことができる。下部プレート511’および陥没部512’が形成する冷却流路P’は、一方向につながって曲線の経路を有することができる。90度程度に曲がる水準ではなくても、ある程度の反りを有する曲線形態の冷却流路P’が下部プレート511’と陥没部512’とによって形成される。これによって冷却流路P’内で前記冷媒が一方向に沿って曲線に流れることができる。一方、具体的に図示しないが、上部フレームの上部プレートおよび上部湾入部も、下部プレート511’および陥没部512’と対応するように、曲線形態の冷却流路を形成することができる。
【0061】
以下、
図12および
図13などを参照して、本実施例による上部カバー、下部カバーおよびHV、LV連結構造について詳しく説明する。
【0062】
図12は、
図3の電池モジュールに含まれている上部カバーを示す斜視図である。
図13は、
図3の電池モジュールに含まれている下部カバーを示す斜視図である。
【0063】
図3、
図5、
図12および
図13を参照すれば、本実施例による電池モジュール100は、上部フレーム400の開放された部分を覆う上部カバー600と、下部フレーム500の開放された部分を覆う下部カバー700とをさらに含むことができる。
【0064】
上部カバー600は、第1上部電池セル積層体210Uの前面と上面、第2上部電池セル積層体220Uの後面と上面をカバーすることができる。ここで、第1上部電池セル積層体210Uの前面と上面は、第1上部電池セル積層体210Uのx軸方向の面とz軸方向の面を意味する。第2上部電池セル積層体220Uの後面と上面は、第2上部電池セル積層体220Uの-x軸方向の面とz軸方向の面を意味する。
【0065】
上部カバー600と上部フレーム400とは、互いに対応する角同士で接合されて、その内部に上部電池セル積層体200Uを収納することができる。
【0066】
下部カバー700は、第1下部電池セル積層体210Lの前面と下面、第2下部電池セル積層体220Lの後面と下面をカバーすることができる。ここで、第1下部電池セル積層体210Lの前面と下面は、第1下部電池セル積層体210Lのx軸方向の面と-z軸方向の面を意味する。第2下部電池セル積層体220Lの後面と下面は、第2下部電池セル積層体220Lの-x軸方向の面と-z軸方向の面を意味する。
【0067】
下部カバー700と下部フレーム500とは、互いに対応する角同士で接合されて、その内部に下部電池セル積層体200Lを収納することができる。
【0068】
上部カバー600は、第1上部電池セル積層体210Uと第2上部電池セル積層体220Uとの間で下向湾入した上部湾入部600Dを含むことができる。このような上部湾入部600Dによって第1上部電池セル積層体210Uと第2上部電池セル積層体220Uとが空間的に分離される。
【0069】
下部カバー700は、第1下部電池セル積層体210Lと第2下部電池セル積層体220Lとの間で上向湾入した下部湾入部700Dを含むことができる。このような下部湾入部700Dによって第1下部電池セル積層体210Lと第2下部電池セル積層体220Lとが空間的に分離される。
【0070】
図5を参照すれば、第1上部電池セル積層体210Uと第2上部電池セル積層体220Uとは、それぞれ電極端子ETおよびモジュールコネクタMTを含むことができる。電極端子ETおよびモジュールコネクタMTは、各電池セル積層体の一面に位置したバスバーフレームに装着される。
【0071】
電極端子ETは、電池セル110の電極リード111、112(
図6参照)のいずれか1つと電気的に連結可能である。電極端子ETは、電池モジュール100の外部に露出するが、電池モジュール100は、電極端子ETを介して他の電池モジュールやBDU(Battery Disconnect Unit)などと連結されることによって、HV(High Voltage)連結を実現することができる。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って、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。
【0072】
モジュールコネクタMTは、電池セル110の電極リード111、112(
図6参照)のいずれか1つと電気的に連結可能である。モジュールコネクタMTは、電池モジュール100の外部に露出するが、電池セル110の電圧情報や温度程度がモジュールコネクタMTを介してBMS(Battery Management System)に伝達されることによって、LV(Low Voltage)連結を実現することができる。ここで、LV連結は、電池セルの電圧および温度情報を検知し制御するためのセンシング連結を意味する。
【0073】
図1および
図5を併せて参照すれば、第1上部電池セル積層体210Uおよび第2上部電池セル積層体220Uそれぞれは、上部カバー600の上部湾入部600Dに向かって露出した電極端子ETおよびモジュールコネクタMTを含むことができる。言い換えれば、上部カバー600には、第1上部電池セル積層体210Uおよび第2上部電池セル積層体220Uそれぞれの電極端子ETとモジュールコネクタMTが露出できる上部開口部600Hが形成され、上部開口部600Hは、上部湾入部600Dに向かって開口できる。
【0074】
具体的に図示しないが、第1下部電池セル積層体210Lおよび第2下部電池セル積層体220Lそれぞれは、下部カバー700の下部湾入部700Dに向かって露出した電極端子およびモジュールコネクタを含むことができる。言い換えれば、下部カバー700には、第1下部電池セル積層体210Lおよび第2下部電池セル積層体220Lそれぞれの電極端子とモジュールコネクタが露出できる下部開口部700Hが形成され、下部開口部700Hは、下部湾入部700Dに向かって開口できる。
【0075】
この時、上部湾入部600Dと下部湾入部700Dそれぞれに電極端子ETを連結するHV(High voltage)連結およびモジュールコネクタMTを連結するLV(Low voltage)連結が形成される。具体的には、
図14を参照して説明する。
【0076】
図14は、本発明の一実施例による電池パックを示す平面図である。
【0077】
図14を
図1、
図5および
図12と併せて参照すれば、本発明の一実施例による電池パック1000は、複数の電池モジュール100を含むことができる。複数の電池モジュール100は、側面同士で接するように配置されてパックフレーム1100に収納される。上部湾入部600Dの上部開口部600Hを介して露出した電極端子ETは、連結部材を介して互いに連結されてHV連結を形成することができる。また、上部湾入部600Dの上部開口部600Hを介して露出したモジュールコネクタMTは、連結部材を介して互いに連結されてLV連結を形成することができる。上述のように、終局的にはBMS(Battery Management System)に連結可能である。上部電池セル積層体200Uは、上部湾入部600DでHV連結およびLV連結が行われる。一方、具体的に図示しないが、下部湾入部700Dでも前記と類似に下部電池セル積層体200L間のHV連結およびLV連結が行われる。
【0078】
つまり、本実施例によれば、第1上部電池セル積層体210Uと第2上部電池セル積層体220Uとを空間的に分離する上部湾入部600Dを形成し、上部湾入部600DにHV連結、LV連結が行われるように構成した。同様に、第1下部電池セル積層体210Lと第2下部電池セル積層体220Lとを空間的に分離する下部湾入部700Dを形成し、下部湾入部700DにHV連結、LV連結が行われるように構成した。上部湾入部600Dと下部湾入部700Dのように、HV連結とLV連結が行われる別の空間を設けることによって、HV連結とLV連結の連結形態を単純化することができ、空間を効率的に活用することができる。
【0079】
一方、
図2、
図7、
図8、
図12、
図13および
図14を併せて参照すれば、本上部湾入部600Dと下部湾入部700Dそれぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールMHが形成される。上部湾入部600DのマウンティングホールMHと下部湾入部700DのマウンティングホールMHとが互いに対応するように位置することができる。
【0080】
また、上部湾入部600Dと下部湾入部700DのマウンティングホールMHと対応するように、上部フレーム400の上部プレート411と下部フレーム500の下部プレート511にもホールが形成される。
【0081】
上部湾入部600DのマウンティングホールMHと下部湾入部700DのマウンティングホールMHを用いて、上部カバー600、上部フレーム400、下部フレーム500および下部カバー700を互いに固定すると同時に、電池モジュール100をパックフレーム1100に固定させることができる。マウンティングホールMHによる固定方式に特別な制限はなく、一例として、ボルト、ナット結合が用いられる。本実施例による上部湾入部600Dおよび下部湾入部700Dは、HV連結とLV連結のための空間を提供するだけでなく、電池モジュール100のマウンティング固定の機能を行うことができる。
【0082】
以下、本発明の一実施例による第1上部突出部および第2上部突出部について詳しく説明する。
【0083】
図1、
図10~
図13を参照すれば、本実施例による上部カバー600は、一側に位置した第1上部突出部610と、前記一側の反対側他側に位置した第2上部突出部620とを含むことができる。
【0084】
第1上部突出部610に流入口810が位置することができ、第2上部突出部620に排出口820が位置することができる。上述のように、冷却流路Pに冷媒を供給する流入口810および冷却流路Pから冷媒を排出する排出口820が互いに反対側に位置することができる。流入口810を通して流入した冷媒は、一方向の冷却流路Pに沿って流れた後、排出口820を通して排出される。
【0085】
本実施例による下部カバー700は、第1上部突出部610と対応するように位置する第1下部突出部710と、第2上部突出部620と対応するように位置する第2下部突出部720とを含むことができる。
【0086】
第1上部突出部610と第1下部突出部710それぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールMHが形成される。第1上部突出部610のマウンティングホールMHと第1下部突出部710のマウンティングホールMHとを互いに対応するように位置することができる。
【0087】
また、第2上部突出部620と第2下部突出部720それぞれにマウンティング結合のためのマウンティングホールが形成される。第2上部突出部620のマウンティングホールMHと第2下部突出部720のマウンティングホールMHとを互いに対応するように位置することができる。
【0088】
つまり、第1上部突出部610と第1下部突出部710は、マウンティングホールMHを介して互いに結合される。また、第1上部突出部610および第1下部突出部710のマウンティングホールMHを介して電池モジュール100がパックフレーム1100に固定される。同様に、第2上部突出部620と第2下部突出部720は、マウンティングホールMHを介して互いに結合される。さらに、第2上部突出部620と第2下部突出部720のマウンティングホールMHを介して電池モジュール100がパックフレーム1100に固定される。
【0089】
流入口810が設けられた第1上部突出部610が第1下部突出部710とマウンティング結合されているため、第1上部突出部610と第1下部突出部710との間の隙間を通した冷媒漏れの可能性を低減することができる。つまり、マウンティング結合の加圧力を冷媒の流入過程での漏れ防止のための密封力として用いることができる。
【0090】
また、排出口820が設けられた第2上部突出部620が第2下部突出部720とマウンティング結合されているため、第2上部突出部620と第2下部突出部720との間の隙間を通した冷媒漏れの可能性を低減することができる。つまり、マウンティング結合の加圧力を冷媒の排出過程での漏れ防止のための密封力として用いることができる。
【0091】
本実施例において、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、これらの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応じて異なる。
【0092】
先に説明した本実施例による1つまたはそれ以上の電池モジュールは、BMS(Battery Management System)、BDU(Battery Disconnect Unit)、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。
【0093】
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可能である。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可能である。
【0094】
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】
【0095】
100:電池モジュール
200U:上部電池セル積層体
200L:下部電池セル積層体
300:モジュールフレーム
P:冷却流路
【国際調査報告】