JP2023537638A - 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
本発明は、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを含み、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。
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図1および図2は、従来の電池モジュールに関する断面図である。図3は、図1のA1領域を拡大して示す図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図4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5は、図4の電池モジュールの分解斜視図である。図6は、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図7は、図6の電池セルがシーリングされた状態を示す斜視図である。図8は、図7の第2面が形成される過程を示す図である。図9は、図7の第2面が完成したことを示す図である。
図6および図7を参照すれば、図6のパウチケース130のシーリング部132がシーリングされて、完成した電池セル110を形成することができる。
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。
以下、図7~図9を参照して、第2面132dについてより詳しく説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図10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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (14)
- 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電池モジュール。 - 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る、請求項1に記載の電池モジュール。 - 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2に記載の電池モジュール。
- 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2又は3に記載の電池モジュール。
- 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4に記載の電池モジュール。
- 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2に記載の電池モジュール。
- 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6に記載の電池モジュール。
- 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6に記載の電池モジュール。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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12に記載の電池モジュール。
- 請求項1に記載の電池モジュールを含む電池パック。
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