JP2023535461A - 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;および前記電池セル同士の間に位置する冷却フィンを含む。前記電池セルは突出した電極リードを含み、前記冷却フィンは、前記電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触するように位置する。
Description
[関連出願との相互引用]
本出願は2021年1月11日付韓国特許出願第10-2021-0003175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2021年1月11日付韓国特許出願第10-2021-0003175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するものであって、より具体的には冷却性能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ものである。
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。
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。
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。
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することができる。
小型機器に用いられる二次電池の場合、二つ~三つ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、複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複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。
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、激しい場合、爆発や発火の危険もある。特に、複数の二次電池、即ち、電池セルを備えた電池モジュールや電池パックは、狭い空間で複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がることがある。言い換えれば、複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。電池セルの放熱が適切に行われない場合、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。
さらに、車両用電池パックに含まれる電池モジュールの場合、直射光線に頻繁に露出され、夏季や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。
一方、複数の電池セルがコンパクトに積層されて電池モジュールを構成するため、最も外側に位置した電池セルが外部環境の影響をさらに多く受ける。これによって、電池セルの温度偏差が深化することになる。このような電池セルの温度不均一は電池モジュール自体の寿命を低める原因になることがある。
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、効果的な冷却性能を確保し電池セルの温度偏差を減らすことは非常に重要であると言える。
本発明が解決しようとする課題は、冷却性能が向上し、電池セルの温度偏差が最小化され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。
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の課題に限定されず、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できる。
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;および前記電池セル同士の間に位置する冷却フィンを含む。前記電池セルは突出した電極リードを含み、前記冷却フィンは、前記電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触するように位置する。
前記電極リードは、前記電池セルから互いに対向する方向に突出し互いに異なる極性を有する第1電極リードおよび第2電極リードを含むことができる。
前記冷却フィンは第1冷却フィンおよび第2冷却フィンを含むことができる。前記第1冷却フィンは前記第1電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触することになり、前記第2冷却フィンは前記第2電極リードが突出する方向の前記電池セルの他端部を含む領域に接触することになる。
前記第1冷却フィンと前記第2冷却フィンは、前記電池セル同士の間で前記第1電極リードおよび第2電極リードが突出する方向に沿って離隔して配置することができる。
前記電池モジュールは前記電池セル同士の間に位置した接着部材をさらに含むことができ、前記接着部材は前記第1冷却フィンと前記第2冷却フィンとの間に配置することができる。
前記電池セル積層体の上面および下面が露出されてもよい。
前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前面、後面および両側面をカバーする弾性部材をさらに含むことができる。
前記弾性部材は、前記電池セル積層体の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながってもよい。
前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記前面と前記弾性部材の間に位置する第1センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記後面と前記弾性部材の間に位置する第2センシングブロックをさらに含むことができる。
前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記両側面と前記弾性部材の間に位置する側面パッドをさらに含むことができる。
本発明の一実施形態による電池パックは、前記電池モジュール;前記電池モジュールを収納するパックフレーム;および前記電池モジュールと前記パックフレームの底部の間に位置する熱伝導性樹脂(Thermal resin)層を含む。前記冷却フィンが前記電池セル積層体の下面から延長されて前記熱伝導性樹脂層と接触する。
前記電池セルが前記熱伝導性樹脂層と接触することになる。
本発明の実施形態によれば、電池セルの発熱が激しい部分に冷却フィンを部分的に配置して、電池セルの各部分間温度偏差を最少化することができる。
また、電池セル積層体の下面を露出させる構造で、熱伝達経路を単純化して冷却性能を向上させることができる。
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範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。
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。
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ない。図面において様々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”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。
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。
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。
図1は、本発明の一実施形態による電池モジュールの概略的な斜視図である。図2は、図1の電池モジュールに対する分解斜視図である。図3は、図2の電池モジュールに含まれている電池セルと冷却フィンを示した斜視図である。
図1~図3を参照すれば、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および電池セル110の間に位置する冷却フィン300を含む。具体的には、電池セル110のうちの互いに隣接した電池セル110の間に冷却フィン300が位置する。
まず、電池セル110はパウチ型電池セルであるのが好ましく、長方形のシート型構造に形成することができる。本実施形態による電池セル110は、突出した第1および第2電極リード111、112を含む。具体的に、本実施形態による電池セル110は、第1および第2電極リード111、112がセル本体113を基準にして互いに対向して一端部114aと他端部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、第1および第2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。第1および第2電極リード111、112は互いに異なる極性であって、一例として、そのうちの一つは正極リード111であってもよく、他の一つは負極リード112であってもよい。即ち、一つの電池セル110を基準にして正極リード111と負極リード112が互いに対向する方向に突出することになる。
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の一端部114aおよび他端部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することができる。言い換えれば、本実施形態による電池セル110は総3ケ所のシーリング部を有し、シーリング部は熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、他の一側部は連結部115からなり得る。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り得る。
このような電池セル110は複数個から構成でき、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200を形成する。特に、図1および図2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を積層することができる。これにより、第1および第2電極リード111、112はそれぞれy軸方向と-y軸方向に突出することになる。
本実施形態による冷却フィン300は、第1電極リード111が突出する方向の電池セル110の一端部114aを含む領域P1に接触するように位置する。より具体的に、本実施形態による冷却フィン300は第1冷却フィン310および第2冷却フィン320を含むことができ、第1冷却フィン310は第1電極リード111が突出する方向の電池セル110の一端部114aを含む領域P1に接触し、第2冷却フィン320は第2電極リード112が突出する方向の電池セル110の他端部114bを含む領域P2に接触することになる。即ち、第1冷却フィン310と第2冷却フィン320は、電池セル110の間で第1および第2電極リード111、112が突出する方向(y軸と平行な方向)に沿って離隔して配置することができる。
電池セル110に対する充放電が反復的に行われると、第1および第2電極リード111、112部分に多くの熱が発生する。これにより、第1電極リード111が突出する方向の電池セル110の一端部114aを含む領域P1と第2電極リード112が突出する方向の電池セル110の他端部114bを含む領域P2が中央部分に比べて高い温度を示す。よって、本実施形態では、電池セル110中の発熱が激しい部分に第1冷却フィン310と第2冷却フィン320をそれぞれ配置することによって、放熱および冷却性能を高めることができる。
図2では一対の冷却フィン300のみ示したが、電池セル110の間それぞれに本実施形態による冷却フィン300が全て配置されてもよい。
図4は、本発明の比較例による電池モジュールを示した斜視図である。
図4を参照すれば、本発明の比較例による電池モジュール10は、電池セル11が積層された電池セル積層体20および電池セル11の間に位置した冷却フィン30を含むことができる。本比較例による冷却フィン30は、電池セル11の本体一面全体をカバーするように配置することができる。部分ごとに発熱程度の差が激しい電池セル110に対して電池セル11の本体一面全体をカバーするように形成された冷却フィン30は電池セル110の部分間温度偏差を解消しにくい。
これとは異なり、本実施形態による冷却フィン300は、第1冷却フィン310と第2冷却フィン320を含むため、電池セル110の発熱が激しい一端部114aおよび他端部114b部分で熱発散が効果的に行われ、一つの電池セル110に対して各部分間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冷却フィン310と第2冷却フィン320は電池モジュールの性能および寿命向上に寄与し得る。
一方、本実施形態による冷却フィン300は、熱伝導度が高い金属素材を含むことができる。具体的な素材の制限はなく、一例としてアルミニウム(Al)を含むことができる。
一方、本実施形態による電池モジュール100は電池セル110の間に位置した接着部材800をさらに含むことができる。このような接着部材800は、互いに離隔されている第1冷却フィン310と第2冷却フィン320の間に配置することができる。接着部材800は、接着性を有する薄い部材であれば特別な制限なく適用が可能である。一例として、両面テープやスプレー形態で噴射された接着剤が接着部材800として使用できる。
高い出力を得るために複数の電池セル110を積層して電池セル積層体200を形成することができ、電池セル110の個数が増えることにより電池セル110間の固定が問題になることがある。本実施形態による電池モジュール100では、互いに離隔されている第1冷却フィン310と第2冷却フィン320を配置するため、その間に接着部材800が付着される空間を設けることができる。図4に示された本発明の比較例による電池モジュール10の場合、冷却フィン30が電池セル11の本体一面全体をカバーするため、接着部材が付着される空間が別にない。本実施形態による電池モジュール100は接着部材800を電池セル110の間に付着することができて、電池セル110間の固定力を高めることができるという長所を有する。
図2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、電池セル積層体200の前面、後面および両側面をカバーする弾性部材700をさらに含むことができる。ここで、前面は電池セル積層体200のy軸方向の面を意味し、後面は電池セル積層体200の-y軸方向の面を意味し、両側面はそれぞれ電池セル積層体200のx軸および-x軸方向の面を意味する。但し、これは説明の便宜のために称した面であり、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変化可能である。一方、電池セル積層体200の前面および後面は、電池セル110の突出した第1および第2電極リード111、112が位置した面であってもよい。
本実施形態による弾性部材700は、電池セル積層体200の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながってもよい。複数の電池セル110が反復的に充放電される過程で、その内部電解質が分解されガスが発生して電池セル110が膨らむ現象、即ち、スウェリング(Swelling)現象が発生することがある。特に、各電池セル110は電池セル110の積層方向(x軸と平行な方向)にスウェリングが起こることがある。本実施形態では、弾性を有する弾性部材700が電池セル積層体200の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながるため、電池セル110のスウェリングを抑制および制御することができ、電池セル110の積層方向での電池モジュール100の変形を防止することができる。
また、本実施形態による電池モジュールは、モジュールフレームとエンドプレートが除去されたモジュールレス(module-less)構造を形成することができる。モジュールフレームやエンドプレートの代わりに、本実施形態による電池モジュール100は弾性部材700によってその形態を維持および固定することができる。モジュールフレームとエンドプレートが除去されることによって、電池セル積層体200をモジュールフレーム内部に収納する工程やモジュールフレームとエンドプレートを組み立てる工程のように精密なコントロールが要求される複雑な工程が不要である。また、除去されたモジュールフレームとエンドプレートだけ電池モジュール100の重量を大きく減らすことができるという長所を有する。また、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の除去によって、電池パック組み立て工程時再作業性が有利であるという長所を有し、従来のモジュールフレームを有する電池モジュールはモジュールフレームの溶接構造で不良が発生しても再作業が不可能であるということと比較される。
また、電池セル積層体200の上面および下面が外部に露出され、モジュールフレームによって囲まれることより熱発散に効果的であるため冷却性能が向上できる。ここで、上面は電池セル積層体200のz軸方向の面を意味し、下面は電池セル積層体200の-z軸方向の面を意味する。特に、電池セル積層体200の下面が露出されており、電池セル積層体200の下面が後述の熱伝導性樹脂層と直接接触可能である。
このような弾性部材700は所定の弾性力を有すればその素材に特別な制限はないが、一例として、高分子ポリマー合成素材、FRB(Fiber-reinforced plastic)などの複合材料および金属合金のうちの少なくとも一つを含むことができる。
一方、本実施形態による電池モジュール100は、電池セル積層体200の前記両側面と弾性部材700の間に位置する板状型の側面パッド600をさらに含むことができる。モジュールフレームとエンドプレートが除去される代わりに、側面パッド600が電池セル積層体200の前記両側面に配置されて、電池モジュール100の剛性を補完し、電池セル110と弾性部材700の間の緩衝機能を果たすことができる。このような側面パッド600にはフォーム素材のパッドを適用することができる。
一方、本実施形態による電池モジュール100は、電池セル積層体200の前記両側面と弾性部材700の間に位置する板状型の側面パッド600をさらに含むことができる。モジュールフレームとエンドプレートが除去される代わりに、側面パッド600が電池セル積層体200の前記両側面に配置されて、電池モジュール100の剛性を補完し、電池セル110と弾性部材700の間の緩衝機能を果たすことができる。このような側面パッド600にはフォーム素材のパッドを適用することができる。
以下、図5および図6などを参照して、第1および第2センシングブロックおよびLVセンシング組立体について詳しく説明する。
図5は、図1の電池モジュールの前面部分を拡大して示した部分斜視図である。図6は、図5の電池モジュールの前面部分を正面から見た図である。但し、図5および図6は説明の便宜のために弾性部材が省略された様子を示した。
図2、図3、図5および図6を共に参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール100は、第1センシングブロック410および第2センシングブロック420を含むことができる。第1センシングブロック410は電池セル積層体200の前記前面と弾性部材700の間に配置することができ、第2センシングブロック420は電池セル積層体200の前記後面と弾性部材700の間に配置することができる。
このような第1センシングブロック410と第2センシングブロック420は電気的絶縁を帯びる素材を含むことができ、一例として、プラスチック素材、高分子素材または複合素材を含むことができる。また、第1センシングブロック410と第2センシングブロック420は一種のバスケット形態を有し、電池セル積層体200の前記前面および前記後面をそれぞれ覆うように構成できる。
以下、図5と図6に示された第1センシングブロック410を基準にして説明するが、第2センシングブロック420にも同一乃至類似の構造を適用することができる。
前述のとおり、第1および第2電極リード111、112が電池セル積層体200の前記前面に配置されてもよい。第1センシングブロック410にはスリット410Sを形成することができ、第1センシングブロック410が配置される時、第1および第2電極リード111、112がこのようなスリット410Sを通過することができる。その次に、少なくとも2つの電極リード111、112同士が曲げられ接合されて電極リード接合体110Lを形成することができる。具体的に、隣接した電池セル110に対して同じ方向に突出した第1および第2電極リード111、112がその第1および第2電極リード111、112の突出方向と垂直な方向に曲げられ、互いに接合されて電極リード接合体110Lを形成することができる。これにより、電極リード接合体110Lの一面は、電池セル110から第1および第2電極リード111、112が突出する方向(y軸方向)と垂直であってもよい。この時、互いに同じ極性の電極リード同士が接合されてもよく、互いに異なる極性の電極リード同士が接合されてもよい。言い換えれば、電池セル110間の並列連結を実現するために互いに同じ極性の電極リード同士を接合することができ、また電池セル110間の直列連結を実現するために互いに異なる極性の電極リード同士を接合することができる。これは電池モジュールの設計によって変化可能である。
一方、電池セル積層体200の外側に位置した電池セル110の第1および第2電極リード111、112は端子バスバー500と連結できる。従来の電池モジュールがバスバーを通じて電極リードを互いに連結したことと異なり、本実施形態による第1および第2電極リード111、112は互いに直接接合され、そのうちの一部が端子バスバー500と連結されることによって、HV(High Voltage)連結を形成することができる。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。従来の電池モジュールがバスバーを通じて電極リードを互いに連結したことと異なり、本実施形態による第1および第2電極リード111、112同士が互いに直接接合され、そのうちの一部が端子バスバー500と連結されることによって、HV連結を形成することができる。したがって、本実施形態によるHV連結構造で、バスバーおよびバスバーが装着されるバスバーフレームは除去できる。
一方、本実施形態による電池モジュール100は、電池セルの電圧情報伝達のためのLV(Low Voltage)センシング組立体900を含むことができる。LVセンシング組立体900は、第1センシングブロック410および第2センシングブロック420のうちの少なくとも一つに配置することができる。具体的には、第1センシングブロック410中の電池セル積層体200と対向する面の反対面にLVセンシング組立体900を配置することができる。同様に、具体的に図示していないが、第2センシングブロック420中の電池セル積層体200と対向する面の反対面にLVセンシング組立体900を配置することができる。
LVセンシング組立体900はLV(Low voltage)連結のためのものであって、ここでLV連結は電池セルの電圧を感知して制御するためのセンシング連結を意味する。LVセンシング組立体900を通じて電池セル110の電圧情報と温度情報を外部BMS(Battery Management System)に伝達することができる。
このようなLVセンシング組立体900は、LVコネクタ910、LVコネクタ910と第1および第2電極リード111、112を連結する連結部材920、および連結部材920の一端に位置して第1および第2電極リード111、112に接合される接合プレート930を含むことができる。
LVコネクタ910は、複数の電池セル110を制御するために外部の制御装置と信号を送受信するように構成することができる。連結部材920は、軟性印刷回路基板(FPCB:Flexible Printed Circuit Board)または軟性平板ケーブル(FFC:Flexible Flat Cable)であってもよい。複数の電池セル110から測定された電圧および温度情報が、連結部材920とLVコネクタ910を通じて外部のBMS(Battery Mamagement System)に伝達できる。即ち、LVコネクタ910と連結部材920を含むLVセンシング組立体900は、各電池セル110の過電圧、過電流、過発熱などの現象を検出して、制御することができる。接合プレート930は連結部材920の一端に位置し、電気伝導性を有する金属素材から構成できる。このような接合プレート930を第1および第2電極リード111、112に接合することによって、連結部材920と第1電極リード111を電気的、物理的に連結することができる。具体的に、接合プレート930の一側は連結部材920を貫通した後、曲げられることによって連結部材920と結合され、接合プレート930の他側は板状形態に構成されて第1および第2電極リード111、112と接合、特に溶接接合できる。
一方、前述のとおり、電池セル110はx軸方向に沿って積層されて電池セル積層体200を形成することができ、これにより、第1および第2電極リード111、112はそれぞれy軸方向と-y軸方向に突出することになる。この時、前述のとおり、少なくとも2つの電極リード111、112同士が曲げられ接合されて電極リード接合体110Lを形成することができる。このような電極リード接合体110LにLVセンシング組立体900の接合プレート930が直接接合されて、LVセンシング組立体900と第1および第2電極リード111、112が互いに連結できる。本実施形態による電池モジュール100はHV連結とLV連結がそれぞれ行われず一度に行われるので、生産性向上を期待することができ、バスバーフレームなどの構成を除去することができてよりコンパクトな構成の電池モジュール100を製造することができるという長所を有する。
電極リード接合体110Lを形成する第1および第2電極リード111、112間の接合や電極リード接合体110Lと接合プレート930間の接合において、電気的連結が可能であればその接合方式に特別な制限はなく、一例として溶接接合を行うことができる。また、y軸方向に突出した第1および第2電極リード111、112を基準にして説明したが、-y軸方向に突出した第1および第2電極リード111、112に対しても同様に電極リード接合体およびLVセンシング組立体900の構造を形成することができる。
一方、図1および図2に示されているように、本実施形態による弾性部材700は第1および第2電極リード111、112、即ち、電極リード接合体110Lをカバーすることができる。構造上、電極リード接合体110Lが第1センシングブロック410や第2センシングブロック420の外側に位置し、このような電極リード接合体110Lを弾性部材700がカバーすることによって、外部環境からの保護が可能である。
以下、図7および図8を参照して、本発明の一実施形態による電池パックについて詳しく説明する。
図7は、本発明の一実施形態による電池パックに対する分解斜視図である。図8は、図7の切断線A-A’に沿って切断した断面を示した断面図である。この時、図8は、図7の電池モジュール100、熱伝導性樹脂層1300およびパックフレーム1100の底部1110が図7と異なり互いに接触した状態であるのを仮定してその断面を示したものである。
図7および図8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、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、および電池モジュール100とパックフレーム1100の底部1110の間に位置する熱伝導性樹脂(Thermal resin)層1300を含む。
電池モジュール100は、前述のとおり、電池セル積層体200、冷却フィン300を含む。電池モジュール100に関する説明は先に言及した内容と重複であるので省略する。
電池パック1000は、パックフレーム1100を覆う上部カバー1200をさらに含むことができる。即ち、複数の電池モジュール100がパックフレーム1100と上部カバー1200の間に収納できる。
熱伝導性樹脂層1300は、底部1110に熱伝導性樹脂(Thermal resin)を塗布して形成することができる。具体的に、前記熱伝導性樹脂を底部1110上に塗布し、その上に本実施形態による電池モジュール100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1300を形成することができる。
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モジュール100から発生した熱を迅速に底部1110に伝達して電池パック1000の過熱を防止することができる。
図2、図7および図8を参照すれば、前述のとおり、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とエンドプレートが除去されたモジュールレス(module-less)構造を形成することができ、電池セル積層体200の下面が露出されてもよい。よって、電池セル110から発生した熱が熱伝導性樹脂層1300を経て直にパックフレーム1100の底部1110に伝達されることになる。モジュールフレームがある従来のモデルの場合、電池セルから発生した熱がモジュールフレーム内部の熱伝達層とモジュールフレームを順次に経て電池モジュール外部に排出されるため熱伝達経路が複雑である。即ち、電池セルから発生した熱が効果的に伝達されにくく、各層の間に形成されることがあるエアーギャップ(Air gap)などの微細な空気層が熱伝達を妨害することがある。これとは異なり、本実施形態による電池セル110は図8に示されているように熱伝導性樹脂層1300と直接接触するため電池モジュール100の下側方向への熱伝達経路が単純化され、エアーギャップなどの空気層の発生可能性を減らすことができる。したがって、電池モジュール100およびこれを含む電池パック1000の冷却性能を高めることができる。
また、本実施形態による冷却フィン300は電池セル積層体200の下面から延長されて熱伝導性樹脂層1300と接触する。電池セル積層体200の下面が露出されているため、電池セル110の間に位置した冷却フィン300が直に底部1110上の熱伝導性樹脂層1300と接触可能である。前述の第1冷却フィン310と第2冷却フィン320は全て熱伝導性樹脂層1300と接触可能である。電池セル110中の発熱が激しい部分に配置された第1冷却フィン310と第2冷却フィン320が直に熱伝導性樹脂層1300と接触可能であるため電池モジュール100の放熱および冷却性能を高めることができる。
一方、モジュールフレームが除去されたモジュールレス(module-less)構造において、構造的安全性のために露出される電池セル110を固定することが必須である。よって、本実施形態による電池パック1000は電池モジュール100を構成するそれぞれの電池セル110が熱伝導性樹脂層1300に接触したまま固定されるので、構造的安全性を補完することができる。
また、不必要な冷却構造を除去して原価節減が可能である。また、電池パック1000の高さ方向に対する部品の個数が減少するため空間活用度を高めることができて電池モジュールの容量や出力を増大させることができる。
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化可能である。
前述の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することができる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用することができるが、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。
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、次の請求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。
100:電池モジュール
110:電池セル
200:電池セル積層体
300:冷却フィン
110:電池セル
200:電池セル積層体
300:冷却フィン
Claims (12)
- 複数の電池セルが積層された電池セル積層体;および
前記電池セル同士の間に位置する冷却フィン;
を含む電池モジュールであって、
前記電池セルは、突出した電極リードを含み、
前記冷却フィンは、前記電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触するように位置する、電池モジュール。 - 前記電極リードは、前記電池セルから互いに対向する方向に突出すると共に互いに異なる極性を有する第1電極リードおよび第2電極リードを含む、請求項1に記載の電池モジュール。
- 前記冷却フィンは、第1冷却フィンおよび第2冷却フィンを含み、
前記第1冷却フィンは、前記第1電極リードが突出する方向の前記電池セルの一端部を含む領域に接触し、
前記第2冷却フィンは、前記第2電極リードが突出する方向の前記電池セルの他端部を含む領域に接触する、請求項2に記載の電池モジュール。 - 前記第1冷却フィンと前記第2冷却フィンとは、前記電池セル同士の間で前記第1電極リードおよび第2電極リードが突出する方向に沿って離隔して位置する、請求項3に記載の電池モジュール。
- 前記電池モジュールは、前記電池セル同士の間に位置した接着部材をさらに含み、
前記接着部材は、前記第1冷却フィンと前記第2冷却フィンとの間に位置する、請求項3または4に記載の電池モジュール。 - 前記電池セル積層体の上面および下面が露出される、請求項1~5のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前面、後面および両側面をカバーする弾性部材をさらに含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記弾性部材は、前記電池セル積層体の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながる、請求項7に記載の電池モジュール。
- 前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記前面と前記弾性部材との間に位置する第1センシングブロックおよび前記電池セル積層体の前記後面と前記弾性部材との間に位置する第2センシングブロックをさらに含む、請求項7または8に記載の電池モジュール。
- 前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記両側面と前記弾性部材との間に位置する側面パッドをさらに含む、請求項7~9のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 請求項1~10のいずれか一項に記載の電池モジュール;
前記電池モジュールを収納するパックフレーム;および
前記電池モジュールと前記パックフレームの底部との間に位置する熱伝導性樹脂層;
を含む電池パックであって、
前記冷却フィンが、前記電池セル積層体の下面から延長されて前記熱伝導性樹脂層と接触する、電池パック。 - 前記電池セルが、前記熱伝導性樹脂層と接触する、請求項11に記載の電池パック。
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