JP2023515857A - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態による電池モジュールは、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の下に位置した板状型の下部プレート；前記電池セル積層体の上面および両側面を覆うモジュールフレーム；および前記下部プレートと前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層を含む。

Description

［関連出願（ら）との相互引用］
本出願は、２０２０年８月１４日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１０２３５５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組み含まれる。
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、熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）の使用量を調節することができる電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関する。
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的になることに伴い、このようなモバイル機器と関連した分野の技術に対する開発が活発になってきている。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利用されているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。
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、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のため、脚光を浴びている。
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と、電極組立体を電解液と共に密封収納する外装材、つまり電池ケースとを備える。
一般的にリチウム二次電池は、外装材の形状により、電極組立体が金属カンに内装されているカン型二次電池と、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とに分類され得る。
小型機器に利用さ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利用さ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）が利用される。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装着されて電池パックを形成することができる。
図１は従来の電池モジュールの斜視図であり、図２は図１の電池モジュールの分解斜視図である。
図１および図２を参照すると、従来の電池モジュール１０は、電池セルが積層されて形成された電池セル積層体２０、電池セル積層体２０を収納するモノフレーム３０、および電池セル積層体２０とモノフレーム３０の下面との間に位置する熱伝導性樹脂層５０を含むことができる。モノフレーム３０は、前面と後面が開放された金属板材であり得、モノフレーム３０の開放された前面と後面をエンドプレート７０が覆うことができる。
一方、従来の電池モジュール１０は、電池セル積層体２０と共にモノフレーム３０に収納される上部カバー４１およびバスバーフレーム４２をさらに含むことができる。上部カバー４１は、電池セル積層体２０の上部に位置して、電池セル積層体２０がモノフレーム３０に挿入される時、電池セル積層体２０に加えられる損傷を防止することができる。バスバーフレーム４２は、電池セル積層体２０の前面と後面にそれぞれ位置することができる。電池セル積層体２０を構成する電池セルの電極リードと連結されるバスバー４３がバスバーフレーム４２に搭載され得る。
一方、電池セル積層体２０とモノフレーム３０の下面との間に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を注入して熱伝導性樹脂層５０を形成することができ、このような熱伝導性樹脂層５０は、電池セル積層体２０から発生した熱を電池モジュール１０の底に伝達することができる。この時、図３を参照して従来の電池モジュール１０における熱伝導性樹脂層５０を形成する方法について説明する。
図３は、図１の電池モジュールの下面が上に向かうように覆した様子を示す斜視図である。
図１乃至図３を参照すると、従来の電池モジュール１０の下面、つまり、モノフレーム３０の下面には熱伝導性樹脂を注入するための注入ホール３０Ｈが形成され得る。
具体的には、電池セル積層体２０、上部カバー４１およびバスバーフレーム４２などをモノフレーム３０に収納した後、エンドプレート７０をモノフレーム３０の開放された前面と後面に覆う。この時、モノフレーム３０とエンドプレート７０は溶接などの方法により互いに接合され得る。この後、注入ホール３０Ｈを通じて熱伝導性樹脂を注入して、電池セル積層体２０とモノフレーム３０の下面との間に熱伝導性樹脂層５０を形成することができる。
ただし、電池セル積層体２０を先に収納した後に注入が行われるため、熱伝導性樹脂の注入量に偏差が大きい。また、熱伝導性樹脂を注入する過程において、電池モジュール内の部品の公差などにより予定された定量よりも超えて過量注入されることがあり、これによって電池モジュールの製造単価が増加して収益性に悪影響を与えることがある。
また、注入過程において、熱伝導性樹脂の圧力により電池セル積層体２０がモノフレーム３０の上面方向に押し込まれて、ターミナルバスバーなどのような主要部品の寸法に影響を与えることがある。
また、注入ホール３０Ｈを通じた注入であるため、電池セル積層体２０とモノフレーム３０の下面との間で熱伝導性樹脂層５０が一定の厚さを形成し難い。これは区域毎に熱伝達性能の偏差が発生する原因になり得る。
したがって、熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）の使用量を適切に調節することができる電池モジュールに対する技術開発が必要であるのが実情である。
本発明が解決しようとする課題は、熱伝導性樹脂を定量注入できる新規な構造の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にある。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前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され得る。
本発明の一実施形態による電池モジュールは、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の下に位置した板状型の下部プレート；前記電池セル積層体の上面および両側面を覆うモジュールフレーム；および前記下部プレートと前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層を含む。
前記モジュールフレームは、前記電池セル積層体の両側面を覆う第１側面部と第２側面部；および前記電池セル積層体の上面を覆う天井部を含むことができる。
前記第１側面部、前記第２側面部、および前記天井部は一体に形成され得る。
前記下部プレートの互いに対向する第１エッジ部および第２エッジ部は、それぞれ前記第１側面部および前記第２側面部と接合され得る。
前記第１エッジ部および前記第２エッジ部は、それぞれ前記第１側面部および前記第２側面部と溶接接合され得る。
前記下部プレートは、マウンティング部を含むことができ、前記マウンティング部は、前記下部プレートの互いに対向する第１エッジ部および第２エッジ部に形成され得る。
前記マウンティング部にマウンティングホールが形成され得、前記マウンティング部は、前記下部プレートの一面と平行に延長され得る。
前記熱伝導性樹脂層は前記下部プレートに熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を塗布して形成され得る。
前記電池モジュールは、前記熱伝導性樹脂層を囲む圧縮パッド部をさらに含むことができる。
前記電池セルは、互いに対向する方向に突出した電極リード、および前記電池セルの一縁に形成された突出部を含むことができ、前記突出部は、前記圧縮パッド部より前記電極リードのうちの一つが突出する方向の下部プレートの一端部に近く位置することができる。
前記下部プレートは、前記下部プレートの一端部に形成された段差部を含むことができ、前記突出部は、前記段差部の上に位置することができる。
前記熱伝導性樹脂層の厚さは、前記圧縮パッド部の厚さと同じかまたはより薄くてもよい。
前記熱伝導性樹脂層は、互いに離隔して位置する第１熱伝導性樹脂層および第２熱伝導性樹脂層を含むことができる。
前記電池モジュールは、前記第１熱伝導性樹脂層を囲む第１圧縮パッド部、および前記第２熱伝導性樹脂層を囲む第２圧縮パッド部をさらに含むことができる。
本発明の実施形態によると、板状型の下部プレートとモジュールフレームの構造を通じて熱伝導性樹脂の定量塗布を実現することができる。
また、熱伝導性樹脂の塗布量調節および圧縮パッド部の厚さ管理を通じて電池モジュールの高さ方向に対する寸法安定性を容易に確保することができる。
また、板状型の下部プレートにマウンティング構造を適用することによって、自由な設計および形状の単純化が可能である。
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請求の範囲の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。
従来の電池モジュールの斜視図である。 図１の電池モジュールの分解斜視図である。 図１の電池モジュールの下面が上に向かうように覆した様子を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。 図４の電池モジュールに対してエンドプレートを除去した分解斜視図である。 図５の電池モジュールに含まれている電池セル積層体、バスバーフレームおよびバスバーを示す分解斜視図である。 図６の電池セル積層体に含まれている電池セルの斜視図である。 本発明の比較例によるモジュールフレームの斜視図である。 本発明の一実施形態による下部プレートの斜視図である。 図４の電池モジュールをｙｚ平面上で－ｘ軸方向に沿って眺めた正面図である。 本発明の一実施形態による電池セル積層体および下部プレートを示す斜視図である。 （ａ）は図１１の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面図、（ｂ）は図１１の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面図である。 本発明の変形された一実施形態による下部プレートを示す斜視図である。 （ａ）は図１３の切断線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した断面図、（ｂ）は図１３の切断線Ｄ－Ｄ’に沿って切断した断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の多様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することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に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。
本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、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した。
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ため、本発明が必ず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、複数の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。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「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。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には中間にまた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、必ず重力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。
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、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、明細書全体において、「平面上」という時、これは対象部分を上方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側方から見た時を意味する。
図４は本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。図５は図４の電池モジュールに対してエンドプレートを除去した分解斜視図である。図６は図５の電池モジュールに含まれている電池セル積層体、バスバーフレームおよびバスバーを示す分解斜視図である。図７は図６の電池セル積層体に含まれている電池セルの斜視図である。
図４乃至図６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、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体２００、電池セル積層体２００の下に位置した板状型の下部プレート３００、電池セル積層体２００の上面および両側面を覆うモジュールフレーム４００、および下部プレート３００と電池セル積層体２００との間に位置する熱伝導性樹脂層５００を含む。また、電池モジュール１００は、電池セル積層体２００の前面と後面にそれぞれ位置したエンドプレート７００をさらに含むことができ、電池セル積層体２００とエンドプレート７００との間に電気的絶縁である絶縁カバー（図示せず）が位置することができる。
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、長方形のシート型構造で形成され得る。例えば、本実施形態による電池セル１１０は、二つの電極リード１１１、１１２が互いに対向して一端部と他の一端部からそれぞれ突出している構造を有する。
特に、図７を参照すると、本実施形態による電池セル１１０は、二つの電極リード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。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、電極組立体（図示せず）から電池セル１１０の外部に突出する。
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って製造され得る。言い換えると、本実施形態による電池セル１１０は、総３ヶ所のシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃを有し、シーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃは熱融着などの方法により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からなることができる。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ことができる。
また、連結部１１５は、電池セル１１０の一縁に沿って長く伸びることができ、連結部１１５の端部にはバットイヤー（ｂａｔ－ｅａｒ）と呼ばれる電池セル１１０の突出部１１０ｐが形成され得る。ただし、突出部１１０ｐは一つの例示的構造であり、本発明の他の一実施形態による他の電池セル１１０は、突出部が形成されずに、連結部１１５が一直線に伸びる形態を有することができる。
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、互いに電気的に連結され得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６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が積層され得る。これによって、電池セル１１０のうちの一つの電極リード１１１はｘ軸方向に向かって突出し、他の電極リード１１２は－ｘ軸方向に向かって突出し得る。
下部プレート３００は、板状型の部材であり、電池セル積層体２００がその上に安着することができる。モジュールフレーム４００は、電池セル積層体２００の両側面（ｙ軸方向および－ｙ軸方向）を覆う第１側面部４１０および第２側面部４２０；および電池セル積層体２００の上面（ｚ軸方向）を覆う天井部４３０を含むことができる。具体的には、第１側面部４１０と第２側面部４２０は、天井部４３０の両端部から下向きに延長され得る。また、第１側面部４１０、第２側面部４２０および天井部４３０は一体に形成され得る。モジュールフレーム４００はｙｚ平面に沿って切断した断面がｎ字形の模様を形成することができる。
下部プレート３００とモジュールフレーム４００は、互いに対応する縁部位が接触された状態で、溶接などの方法により接合されることによって、電池セル積層体２００を上下左右に覆う構造を形成することができる。具体的には、下部プレート３００の互いに対向する第１エッジ部３１０および第２エッジ部３２０は、それぞれ第１側面部４１０および第２側面部４２０と当接して接合され得る。接合の方法に特別な制限はないが、第１エッジ部３１０および第２エッジ部３２０は、それぞれ第１側面部４１０および第２側面部４２０と溶接接合されることが好ましい。
このような下部プレート３００とモジュールフレーム４００を通じて電池セル積層体２００を物理的に保護することができる。このために下部プレート３００とモジュールフレーム４００は所定の強度を有する金属材質を含むことができる。
電池セル積層体２００が下部プレート３００とモジュールフレーム４００に収納されると、開放された電池セル積層体２００の前面（ｘ軸方向）および後面（－ｘ軸方向）にエンドプレート７００が位置することができる。つまり、エンドプレート７００は、電池セル積層体２００の前面（ｘ軸方向）と後面（－ｘ軸方向）に位置して電池セル積層体２００を覆うように形成され得る。エンドプレート７００は、下部プレート３００およびモジュールフレーム４００と溶接などの方法により接合され得る。
熱伝導性樹脂層５００は、下部プレート３００に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を塗布して形成され得る。具体的には、前記熱伝導性樹脂を下部プレート３００の上に塗布し、その上に電池セル積層体２００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５００が形成され得る。
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で発生した熱を迅速に電池モジュール１００の下側に伝達して電池モジュール１００の過熱を防止することができる。電池セル１１０から発生した熱は熱伝導性樹脂層５００、下部プレート３００およびヒートシンク（図示せず）を通じて電池モジュール１００の外部に伝達され得る。
一方、熱伝導性樹脂層５００は、互いに離隔して位置する第１熱伝導性樹脂層５１０と第２熱伝導性樹脂層５２０を含むことができる。具体的には、電池セル１１０から電極リード１１１、１１２が突出する方向に沿って第１熱伝導性樹脂層５１０と第２熱伝導性樹脂層５２０が互いに離隔したまま配列され得る。ここで、電池セル１１０から電極リード１１１、１１２が突出する方向はｘ軸方向または－ｘ軸方向に該当し得る。
電池セル１１０に対する充放電が反復的に行われると、電極リード１１１、１１２と隣接した部分に多くの熱が発生する。本実施形態による熱伝導性樹脂層５００は、下部プレート３００全体に形成されるのではない、電池セル１１０のうち発熱が激しい部分に対応するように第１熱伝導性樹脂層５１０と第２熱伝導性樹脂層５２０から構成され得る。このような構造を通じて原材料の節減と共に、冷却および放熱性能を高めることができる。
また、部分毎に発熱程度の差異が激しい電池セル１１０に対して下部プレート３００全体に形成された熱伝導性樹脂層は電池セル１１０の部分間の温度偏差を解消し難い。これとは異なり、本実施形態による電池モジュール１００は、第１熱伝導性樹脂層５１０と第２熱伝導性樹脂層５２０を含むため、電池セル１１０の発熱が激しい両端部分で熱発散が効果的に行われることができ、一つの電池セル１１０に対して各部分間の温度偏差を最小化することができる。電池セル１１０の各部分間の温度偏差は、終局的に電池モジュール１００の性能低下の原因になるため、本実施形態による第１熱伝導性樹脂層５１０と第２熱伝導性樹脂層５２０は電池モジュールの性能および寿命向上に寄与することができる。
この時、図１乃至図３を再び参照すると、従来の電池モジュール１０は、注入ホール３０Ｈを通じて熱伝導性樹脂を注入して電池セル積層体２０とモノフレーム３０の下面との間に熱伝導性樹脂層５０を形成するため、精密に熱伝導性樹脂層５０を形成し難い。具体的には、電池モジュール内部の部品の公差などにより熱伝導性樹脂が予定された定量より超えて過量注入されることがある。また、注入方式では、本実施形態のように互いに離隔した第１熱伝導性樹脂層５１０と第２熱伝導性樹脂層５２０を形成し難い。
これとは異なり、本実施形態による熱伝導性樹脂層５００は、下部プレート３００上に熱伝導性樹脂が塗布されて形成されるため、熱伝導性樹脂が過量使用される可能性が少ない。また、第１熱伝導性樹脂層５１０と第２熱伝導性樹脂層５２０のように熱伝導性樹脂層を自由に設計し構成できるという長所を有する。また、注入方式ではないため、熱伝導性樹脂層５００の厚さを均一に形成するのに有利である。また、下部プレート３００が板状型で構成されるため、その縁部分まで熱伝導性樹脂を均一に塗布することが容易である。
一方、具体的に図示していないが、第１熱伝導性樹脂層５１０と第２熱伝導性樹脂層５２０との間の下部プレート３００上には絶縁フィルムなどが配置され得る。
以下、図８などを参照して本実施形態による下部プレート３００とモジュールフレーム４００が有する長所について説明する。
図８は本発明の比較例によるモジュールフレームの斜視図である。
図８を参照すると、本発明に対する比較例として、上部フレーム４０ａと下部フレーム４０ｂが結合されたモジュールフレーム構造が提案され得る。上部フレーム４０ａと下部フレーム４０ｂが全て側壁部を有することができるが、上部フレーム４０ａは断面上ｎ字形の模様を形成することができ、下部フレーム４０ｂは断面上ｕ字形の模様を形成することができる。
前述したとおり、本実施形態による下部プレート３００は、板状型で構成されるため、その縁部分まで熱伝導性樹脂を均一に塗布することが容易である。反面、比較例による下部フレーム４０ｂは、上向きの二つの側壁部を有するため、熱伝導性樹脂の塗布工程においてこのような側壁部が妨害要因になり得る。
また、上部フレーム４０ａと下部フレーム４０ｂが溶接などの方法により接合される時、接合される部分が側面中央に位置するようになる。このような接合では、上部フレーム４０ａの側壁部と下部フレーム４０ｂの側壁部が互いに当接できるように、フレームの厚さ、直角度および側壁部間の幅などが誤差なしに精密に管理されなければならない。そうでなければ、上部フレーム４０ａの側壁部と下部フレーム４０ｂの側壁部が互いに当接せず、外れやすい。これを防止するためには、上部フレーム４０ａと下部フレーム４０ｂの厚さが厚くなるべきであるが、これは電池モジュールの空間効率性の側面や電池容量の側面で良くない。反面、図５に示されているように、本実施形態によるモジュールフレーム４００の第１および第２側面部４１０、４２０は、広く支える構造で形成された板状型の下部プレート３００と当接するのに有利である。同時に、板状型の下部プレート３００に対して外れる虞が少なくてモジュールフレーム４００の厚さを薄く形成することができるため、電池モジュールの空間効率性の側面や電池容量の側面で有利である。
また、上部フレーム４０ａと下部フレーム４０ｂ間の接合部分が側面中央に位置すれば、レーザ溶接などが行われる時、レーザの貫通により内部の電池セルなどが損傷する虞がある。反面、本実施形態によると、下部プレート３００の第１および第２エッジ部３１０、３２０がそれぞれ第１および第２側面部４１０、４２０と溶接接合されるため、レーザにより貫通されないように溶接が可能である。
以下、図９などを参照して本発明の一実施形態によるマウンティング部について説明する。
図９は本発明の一実施形態による下部プレートの斜視図である。具体的には、図５の電池モジュールに含まれている下部プレートを拡大して示した。
図５および図９を参照すると、本実施形態による下部プレート３００は、マウンティング部３００Ｍを含むことができ、このようなマウンティング部３００Ｍは、下部プレート３００の互いに対向する第１エッジ部３１０および第２エッジ部３２０に形成され得る。マウンティング部３００Ｍの個数に特別な制限はなく、図示されているように、第１および第２エッジ部３１０、３２０のそれぞれに対して複数で構成され得る。
本実施形態による電池モジュール１００は、複数で集まって電池パックを形成することができるが、各電池モジュール１００は、マウンティング部３００Ｍを通じて電池パックのパックフレーム（図示せず）などの構造物に固定され得る。具体的には、マウンティング部３００Ｍにマウンティングホール３００Ｈが形成され、マウンティング部３００Ｍは下部プレート３００の一面と平行に延長され得る。マウンティングホール３００Ｈと前記パックフレームとの間にボルトおよびナットなどの締結構造を適用して、電池モジュール１００を前記パックフレームに固定することができる。
図１および図２を再び参照すると、従来の電池モジュール１０の場合、マウンティング部７０Ｍおよびマウンティングホール７０Ｈをモノフレーム３０などに設けることはし難いため、エンドプレート７０に形成するしかなかった。本実施形態による板状型構造体の下部プレート３００は、母材になる板材から切削だけでマウンティング部３００Ｍを形成することができる反面、モノフレーム３０などにマウンティング部７０Ｍを形成するためにはベンディング、追加成形または接合など複雑な工程が必要になる。このために従来の電池モジュール１０は、モノフレーム３０などの代わりにエンドプレート７０にマウンティング部７０Ｍを形成することが一般的である。結局、従来のマウンティング部７０Ｍは、エンドプレート７０の両端部、つまり、電池モジュール１０を基準とすれば４ヶ所の角という制限的部分にだけ形成され、その個数も制限的であった。これとは異なり、本実施形態による板状型の下部プレート３００は、マウンティング部３００Ｍを形成することが容易であり、マウンティング部３００Ｍの位置や個数をより自由に設定することができる。一例として、マウンティング部３００Ｍの個数を増やして電池モジュール１００の固定程度を高めることができ、マウンティング部３００Ｍの位置を調整して電池モジュール１００およびこれを含む電池パックの設計においてその制約を減らすことができる。また、エンドプレート７００の形状も単純化が可能であり、自由な設計が可能になる。
以下、図９などを参照して本発明の一実施形態による圧縮パッド部（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐａｄ）ついて説明する。
本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、熱伝導性樹脂層５００を囲む圧縮パッド部６００をさらに含むことができる。具体的には、第１熱伝導性樹脂層５１０を囲む第１圧縮パッド部６１０、および第２熱伝導性樹脂層５２０を囲む第２圧縮パッド部６２０が設けられ得る。より具体的には、下部プレート３００上で、第１熱伝導性樹脂層５１０の４個の辺を囲むように第１圧縮パッド部６１０が位置し、第２熱伝導性樹脂層５２０の４個の辺を囲むように第２圧縮パッド部６２０が位置することができる。
第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０を含む圧縮パッド部６００は、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ、ＰＵ）を含むフォーム（Ｆｏａｍ）タイプのパッドであり得る。
第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０の位置を予め調整して領域を設定し、前記領域に熱伝導性樹脂を塗布して第１熱伝導性樹脂層５１０および第２熱伝導性樹脂層５２０を形成することができる。第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０の位置を自由に設定して、第１熱伝導性樹脂層５１０および第２熱伝導性樹脂層５２０それぞれの横または縦の長さを容易に調節することができる。言い換えると、本実施形態による第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０は、熱伝導性樹脂が塗布される領域を調整する一種のガイド部材として機能することができる。つまり、第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０が予め位置するため、熱伝導性樹脂が予定された領域を外れて塗布されることを防止することができ、目的とする領域に熱伝導性樹脂層５００を精密に実現することができる。
また、第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０は所定の高さを有するため、熱伝導性樹脂の注入量が超えることを防止することができる。特に、板状型構造体の下部プレート３００において、第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０は熱伝導性樹脂が第１エッジ部３１０や第２エッジ部３２０を越えて流れることを防止することができる。
また、第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０は、圧縮される素材を含むため、電池セル積層体２００がその上に安着する場合、圧縮され得る。これは、電池セル積層体２００が第１熱伝導性樹脂層５１０および第２熱伝導性樹脂層５２０に密着するのに役立ち、終局的に電池セル１１０に対する固定力向上または熱伝導性樹脂層５００を通じた熱伝達性能向上につながり得る。
以下、図１０などを参照して本発明の一実施形態による電池モジュール１００が有する寸法安定化の長所について説明する。
まず、図４乃至図６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、バスバー８１０およびターミナルバスバー８２０が装着されたバスバーフレーム８００をさらに含むことができる。
バスバー８１０およびターミナルバスバー８２０は、複数の電池セル１１０を電気的に連結するために電池セル１１０の電極リード１１１、１１２と接合され得る。具体的には、バスバー８１０およびターミナルバスバー８２０が装着されたバスバーフレーム８００が電池セル積層体２００の前面（ｘ軸方向）および後面（－ｘ軸方向）に位置することができる。電池セル積層体２００の前面（ｘ軸方向）および後面（－ｘ軸方向）は、電池セル１１０の電極リード１１１、１１２が突出する方向の面に該当する。バスバーフレーム８００にはリードスロットが形成され、電極リード１１１、１１２が前記リードスロットを通過した後に曲がってバスバー８１０やターミナルバスバー８２０に接合され得る。物理的、電気的連結が可能であれば、接合の方式に特別な制限はなく、一例として溶接接合が行われ得る。
一方、バスバー８１０やターミナルバスバー８２０にスロットが形成され得、前記スロットはバスバーフレーム８００の前記リードスロットと対応するように位置することができる。前記リードスロットを通過した電極リード１１１、１１２がバスバー８１０のスロットやターミナルバスバー８２０のスロットを通過して曲がり得る。
一方、ターミナルバスバー８２０の一部分は電池モジュール１００の外側に露出され得る。具体的には、エンドプレート７００や絶縁カバー（図示せず）に開口部が形成されて図４に示されているようにターミナルバスバー８２０の一部分が露出され得る。露出されたターミナルバスバー８２０の一部分が他の電池モジュールやＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）などと連結されて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として、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。
図１０は図４の電池モジュールをｙｚ平面上で－ｘ軸方向に沿って眺めた正面図である。
図４および図１０を参照すると、本実施形態による電池モジュール１００は、熱伝導性樹脂の塗布量調節と圧縮パッド部６００の厚さ管理を通じて高さ方向の寸法に対する安定性を確保することができる。
図１乃至図３に示された従来の電池モジュール１０の場合、注入過程で、熱伝導性樹脂の圧力により電池セル積層体２０がモノフレーム３０の上面方向に押し込まれて、ターミナルバスバーなどのような主要部品の寸法に影響を与えることがある。このような電池モジュール１０を複数で構成して電池パックとして組立時、ターミナルバスバーを通じて電池モジュール１０同士で連結がなされるが、この時、電池モジュール１０毎にターミナルバスバーの高さ方向の寸法の偏差が大きい場合、接触抵抗の増加で熱が発生したり電圧値が不正確になるという問題が発生することがある。
反面、本実施形態による電池モジュール１００は、前述したとおり、熱伝導性樹脂を下部プレート３００に塗布するものであるため、相対的に一定の厚さの熱伝導性樹脂層５００を形成することができ、電池セル積層体２００が押し込まれることがない。また、圧縮パッド部６００の厚さと圧縮程度を計算して、電池モジュール１００の高さ方向寸法に対する安全性を確保することができる。高さ方向寸法の一例として、ターミナルバスバー８２０の高さ方向寸法ｈを考慮することができる。熱伝導性樹脂層５００の厚さ（熱伝導性樹脂の塗布量に対応）、圧縮パッド部６００の厚さおよび圧縮パッド部６００の圧縮程度を考慮して各電池モジュール１００毎にターミナルバスバー８２０の高さ方向寸法ｈを予測することができ、このようなターミナルバスバー８２０の高さ方向寸法ｈが一定の値を示すように安定化させることができる。言い換えると、本実施形態による電池モジュール１００は、熱伝導性樹脂が塗布される方式および圧縮パッド部６００の厚さ管理などを通じて製品毎にターミナルバスバー８２０の高さ方向寸法ｈが一定の値を示すように安定化させることが容易である。
また、下部プレート３００の構成も板状型構造体で形成されて、電池モジュール１００のデータム（Ｄａｔｕｍ）になる底に対する加工を最小化したものであるため、高さ方向の寸法安定性を確保するのに役立つ。
図１１は、本発明の一実施形態による電池セル積層体および下部プレートを示す斜視図である。図１２ａは図１１の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面図であり、図１２ｂは図１１の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面図である。この時、図１２ａおよび図１２ｂは下部プレート上に電池セル積層体が安着した様子を示した。
図７、図１１、図１２ａおよび図１２ｂを参照すると、前述したとおり、本実施形態による電池セル１１０には、バットイヤー（ｂａｔ－ｅａｒ）と呼ばれる突出部１１０ｐが形成され得る。具体的に連結部１１５のうち電極リード１１１、１１２が突出する方向の両端部にそれぞれ二つの突出部１１０ｐが形成され得る。
複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体２００が圧縮パッド部６００および熱伝導性樹脂層５００の上に安着する時、突出部１１０ｐは圧縮パッド部６００の外側に位置することができる。つまり、突出部１１０ｐは圧縮パッド部６００よりも下部プレート３００の一端部に近く位置して、圧縮パッド部６００が突出部１１０ｐと熱伝導性樹脂層５００との間に配置され得る。具体的には、いずれか一つの突出部１１０ｐは第１圧縮パッド部６１０よりも電極リード１１１が突出する方向の下部プレートの一端部に近く位置することができる。他の一つの突出部１１０ｐは第２圧縮パッド部６２０よりも電極リード１１２が突出する方向の下部プレートの他の一端部に近く位置することができる。ここで下部プレート３００の前記両端部は、第１エッジ部３１０および第２エッジ部３２０と接する端部を意味し得る。
電池セル１１０の突出部１１０ｐが突出した形態を有するため、電池セル積層体の安着時、該当部分が損傷する問題があり得る。この時、本実施形態による圧縮パッド部６００は、下部プレート３００上に位置して、電池セル１１０の突出部１１０ｐが位置できる空間を自然に設けることができる。したがって、電池セル積層体２００が安着する時、突出部１１０ｐをはじめとする電池セル１１０が損傷するなどの問題を防止することができる。このために本実施形態による圧縮パッド部６００の厚さｔ３１、ｔ３２は、突出部１１０ｐの突出厚さｔ１より厚くてもよい。具体的に第１圧縮パッド部６１０の厚さｔ３１と第２圧縮パッド部６２０の厚さｔ３２は、全て突出部１１０ｐの突出厚さｔ１より厚くてもよい。ここで、突出部１１０ｐの突出厚さｔ１は、突出部１１０ｐが電池セル１１０の連結部１１５から突出した長さを意味し得る。
図１３は本発明の変形された一実施形態による下部プレート３００ａを示す斜視図である。図１４ａは図１３の切断線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した断面図であり、図１４ｂは図１３の切断線Ｄ－Ｄ’に沿って切断した断面図である。この時、図１４ａおよび図１４ｂは下部プレート上に電池セル積層体が安着した様子を示した。
図７、図１３、図１４ａおよび図１４ｂを参照すると、本発明の変形された一実施形態による下部プレート３００ａは、両端部に形成された段差部３００Ｓを含むことができる。具体的には、下部プレート３００ａで電池セル１１０の電極リード１１１、１１２が突出する両方向の両端部に段差部３００Ｓが形成され得る。ここで、段差部３００Ｓは下部プレート３００ａのうち他の部分に比べて厚さが薄い部分を意味し得る。ここで下部プレート３００ａの前記両端部は、第１エッジ部３１０および第２エッジ部３２０と接する端部を意味し得る。
複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体２００が圧縮パッド部６００および熱伝導性樹脂層５００の上に安着する時、突出部１１０ｐは段差部３００Ｓの上に位置することができる。具体的には、圧縮パッド部６００の外側に位置した突出部１１０ｐが段差部３００Ｓの上で段差部３００Ｓから離隔して位置することができる。いずれか一つの段差部３００Ｓの上にいずれか一つの突出部１１０ｐが位置し、他の一つの段差部３００Ｓの上に他の一つの突出部１１０ｐが位置することができる。
本実施形態による下部プレート３００ａに段差部３００Ｓを形成することによって、圧縮パッド部６００の厚さｔ３１、ｔ３２が突出部１１０ｐの突出厚さｔ１より薄くてもよい。つまり、第１圧縮パッド部６１０の厚さｔ３１と第２圧縮パッド部６２０の厚さｔ３２は、全て突出部１１０ｐの突出厚さｔ１より薄くてもよい。段差部３００Ｓを設けることによって、圧縮パッド部６００の厚さｔ３１、ｔ３２と熱伝導性樹脂層５００の厚さｔ２１、ｔ２２の厚さを薄く形成しても、電池セル１１０の突出部１１０ｐが位置できる空間が設けられ得る。圧縮パッド部６００の厚さｔ３１、ｔ３２、熱伝導性樹脂層５００の厚さｔ２１、ｔ２２および突出部１１０ｐの突出厚さｔ１を考慮して、段差部３００Ｓの段差深さを設定することができる。ここで段差深さは、段差部３００Ｓの厚さと段差部３００Ｓが形成されていない他の下部プレート３００ａの厚さとの差異を意味し得る。
一方、図１２ａ、図１２ｂ、図１４ａおよび図１４ｂを再び参照すると、熱伝導性樹脂層５００の厚さｔ２１、ｔ２２は、圧縮パッド部６００の厚さｔ３１、ｔ３２と同じかまたはより薄くてもよい。具体的には、第１熱伝導性樹脂層５１０の厚さｔ２１は第１圧縮パッド部６１０の厚さｔ３１と同じかまたはより薄くてもよく、第２熱伝導性樹脂層５２０の厚さｔ２２は第２圧縮パッド部６２０の厚さｔ３２と同じかまたはより薄くてもよい。
前述したとおり、第１圧縮パッド部６１０および第２圧縮パッド部６２０は、熱伝導性樹脂の注入量が超えることを防止し、電池セル積層体２００の安着により圧縮され得る。つまり、熱伝導性樹脂層５００の厚さｔ２１、ｔ２２は圧縮パッド部６００の厚さｔ３１、ｔ３２と同じかまたはより薄くてもよいが、この時、電池セル積層体２００により圧縮パッド部６００が圧縮され、電池セル積層体２００が熱伝導性樹脂層５００と密着され得る。
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ているが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象となる事物の位置や観測者の位置などにより変わり得る。
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装着されて電池パックを形成することができる。
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得る。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され得るが、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。
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ず、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多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
２００：電池セル積層体
３００：下部プレート
４００：モジュールフレーム
５００：熱伝導性樹脂層
６００：圧縮パッド部

Claims (15)

  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の下に位置した板状型の下部プレート；
    前記電池セル積層体の上面および両側面を覆うモジュールフレーム；および
    前記下部プレートと前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層を含む電池モジュール。
  2. 前記モジュールフレームは、前記電池セル積層体の両側面を覆う第１側面部と第２側面部；および前記電池セル積層体の上面を覆う天井部を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記第１側面部、前記第２側面部、および前記天井部は一体に形成される、請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記下部プレートの互いに対向する第１エッジ部および第２エッジ部は、それぞれ前記第１側面部および前記第２側面部と接合される、請求項２または３に記載の電池モジュール。
  5. 前記第１エッジ部および前記第２エッジ部は、それぞれ前記第１側面部および前記第２側面部と溶接接合される、請求項４に記載の電池モジュール。
  6. 前記下部プレートは、マウンティング部を含み、
    前記マウンティング部は、前記下部プレートの互いに対向する第１エッジ部および第２エッジ部に形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記マウンティング部にマウンティングホールが形成され、
    前記マウンティング部は、前記下部プレートの一面と平行に延長される、請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 前記熱伝導性樹脂層は、前記下部プレートに熱伝導性樹脂を塗布して形成された、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記熱伝導性樹脂層を囲む圧縮パッド部をさらに含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  10. 前記電池セルは、互いに対向する方向に突出した電極リード、および前記電池セルの一縁に形成された突出部を含み、
    前記突出部は、前記圧縮パッド部より前記電極リードのうちの一つが突出する方向の下部プレートの一端部に近く位置する、請求項９に記載の電池モジュール。
  11. 前記下部プレートは、前記下部プレートの一端部に形成された段差部を含み、
    前記突出部は、前記段差部の上に位置する、請求項１０に記載の電池モジュール。
  12. 前記熱伝導性樹脂層の厚さは、前記圧縮パッド部の厚さと同じかまたはより薄い、請求項９～１１のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  13. 前記熱伝導性樹脂層は、互いに離隔して位置する第１熱伝導性樹脂層および第２熱伝導性樹脂層を含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  14. 前記第１熱伝導性樹脂層を囲む第１圧縮パッド部、および前記第２熱伝導性樹脂層を囲む第２圧縮パッド部をさらに含む、請求項１３に記載の電池モジュール。
  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。
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