JP7048840B2 - バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びそのバッテリーパックを含む自動車 - Google Patents

バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びそのバッテリーパックを含む自動車 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びそのバッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、２０１８年４月２５日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－００４７８４３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が一切発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、前記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
一方、複数の二次電池セルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が通常である。
このような従来のバッテリーモジュールの場合、全体的な性能や寿命の面でバッテリーモジュールの冷却が特に重要となる。従来のバッテリーモジュールにおいて、バッテリーモジュールを構成するバッテリーセルの冷却は、通常、エッジクーリング方式であって、バッテリーセルの端部側に熱伝達経路などを設けて行われていた。
しかし、従来のエッジクーリング方式の場合、いずれか一つのバッテリーセルまたは複数個のバッテリーセルに冷却温度の偏差が発生するという問題がある。このような冷却温度の偏差は、全体のバッテリーモジュールの性能または寿命を低下させる主な因子として作用するようになる。
そこで、バッテリーモジュールの冷却時におけるバッテリーセルの冷却温度の偏差を改善できる方案が求められる。
英国特許出願公告第７３８１１０号明細書
本発明は、バッテリーモジュールの冷却時におけるバッテリーセルの冷却温度の偏差を改善することができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びそのバッテリーパックを含む自動車を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーモジュールであって、複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースであって、前記モジュールケースの内部において、所定の高さで絶縁油が満たされるモジュールケースと、を含み、前記絶縁油は、前記モジュールケース内で前記バッテリーセルの全体積を覆う量で満たされ、前記モジュールケースの一側内壁と所定の距離で離隔して配置されることを特徴とする。
前記バッテリーモジュールは、前記複数個のバッテリーセルの間に配置され、対向するバッテリーセルを所定の距離で離隔させる複数個の流路ガイド部材を含み得る。
前記複数個の流路ガイド部材は、対向するバッテリーセルの間に格子形態の冷却流路を形成し得る。
前記複数個の流路ガイド部材は、対向するバッテリーセルの間に前記モジュールケースの高さ方向に沿って所定の長さを有する少なくとも一つの冷却流路を形成し得る。
前記複数個の流路ガイド部材は、前記複数個のバッテリーセルの積層方向にジグゼグ形態で配置され得る。
前記複数個の流路ガイド部材は、弾性パッドとして備えられ得る。
前記複数個の流路ガイド部材は、表面に両面テープが備えられ、対向するバッテリーセルに各々付着され得る。
前記絶縁油は、前記モジュールケースの上側内壁と所定の距離で離隔して配置され得る。
なお、本発明は、バッテリーパックであって、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、を含む、バッテリーパックを提供する。
また、本発明は、自動車であって、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。
以上のような多様な実施例によって、バッテリーモジュールの冷却時におけるバッテリーセルの冷却温度の偏差を改善することができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びそのバッテリーパックを含む自動車を提供することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。 図１のバッテリーモジュールの流路ガイド部材を説明するための図である。 図１のバッテリーモジュールの流路ガイド部材を説明するための図である。 図１のバッテリーモジュールの他の実施例による流路ガイド部材を説明するための図である。 図１のバッテリーモジュールの絶縁油の流動を説明するための図である。 図１のバッテリーモジュールの絶縁油の流動を説明するための図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。 本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図であり、図２及び図３は、図１のバッテリーモジュールの流路ガイド部材を説明するための図であり、図４は、図１のバッテリーモジュールの他の実施例による流路ガイド部材を説明するための図であり、図５及び図６は、図１のバッテリーモジュールの絶縁油の流動を説明するための図である。
図１～図６を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００、モジュールケース２００、絶縁油３００、バスバーユニット４００及び流路ガイド部材５００を含み得る。
前記バッテリーセル１００は、二次電池であって、パウチ型二次電池として備えられ得る。この他にも、前記バッテリーセル１００は、円筒状の二次電池または角形の二次電池であり得る。
以下、本実施例においては、前記バッテリーセル１００がパウチ型二次電池として備えられることに限定して説明する。
このような前記バッテリーセル１００は、複数個で備えられ得る。前記複数個のバッテリーセル１００は、相互電気的に接続可能に積層され得る。具体的に、前記複数個のバッテリーセル１００は、後述するバスバーユニット４００を介して相互電気的に接続し得る。
前記複数個のバッテリーセル１００は、各々、電極組立体と、前記電極組立体を収容する電池ケースと、前記電池ケースの外部に突出し、前記電極組立体と接続する電極リード１５０と、を含んで構成され得る。
前記モジュールケース２００は、前記複数個のバッテリーセル１００を収容し、前記複数個のバッテリーセル１００をパッケージングする。このために、前記モジュールケース２００には、前記複数個のバッテリーセル１００を収容できる収容空間が設けられ得る。
このような前記モジュールケース２００は、効果的な熱排出のために、高い熱伝導度を有する金属材質からなり得る。例えば、前記モジュールケース２００は、アルミニウム材質からなり得る。
また、前記モジュールケース２００の内部において、前記複数個のバッテリーセル１００を冷却するために、後述する絶縁油３００が所定の高さで満たされ得る。
前記モジュールケース２００は、ケース本体２２０及びケースカバー２６０を含み得る。
前記ケース本体２２０は、前記複数個のバッテリーセル１００及び前記バッテリーモジュール１０を構成する各種構成部品などを収容できる。このような前記ケース本体２２０には、後述する絶縁油３００が満たされ得る。
前記ケースカバー２６０は、前記ケース本体２２０と結合し、前記複数個のバッテリーセル１００をパッケージングし得る。ここで、前記ケースカバー２６０は、前記ケース本体２２０とレーザー溶接などによって結合し得る。
前記絶縁油３００は、前記複数個のバッテリーセル１００の冷却のためのものであって、前記モジュールケース２００の前記ケース本体２２０内で前記複数個のバッテリーセル１００の全体積を覆う量で前記ケース本体２２０に満たされ得る。
このような絶縁油３００は、高い熱容量を有する液状物質であり得る。例えば、前記絶縁油３００は、石油系絶縁油、シリコーン油、塩素化油などの合成絶縁油または植物性絶縁油として備えられ得る。
前記絶縁油３００は、前記複数個のバッテリーセル１００の全面積を囲むように満たされるため、前記複数個のバッテリーセル１００のほぼ全面に当接できる。本実施例の場合、このような複数個のバッテリーセル１００のほぼ全面に当接する絶縁油３００を介してバッテリーセル１００の特定部分における温度上昇を効果的に抑制することができる。
前記絶縁油３００は、前記モジュールケース２００の一側内壁、具体的には、前記モジュールケース２００の前記ケースカバー２６０の上側内壁と所定の距離で離隔して配置され得る。これは、前記複数個のバッテリーセル１００の発熱による温度上昇時、前記絶縁油３００の膨張による前記モジュールケース２００の構造的安定性の低下を防止するためである。
前記バスバーユニット４００は、前記複数個のバッテリーセル１００の電圧などを測定するためのものであって、前記複数個のバッテリーセル１００の少なくとも一側を覆い、前記複数個のバッテリーセル１００の電極リード１５０と電気的に接続し得る。
前記流路ガイド部材５００は、前記絶縁油３００の流動をガイドするためのものであって、複数個で備えられ得る。このような前記複数個の流路ガイド部材５００は、前記複数個のバッテリーセル１００の間に配置され、対向するバッテリーセル１００を所定の距離で離隔させることができる。
前記複数個の流路ガイド部材５００は、所定の弾性を有する弾性パッドとして備えられ、前記複数個のバッテリーセル１００の電池ケースに接着剤などによって付着され得る。例えば、前記複数個の流路ガイド部材５００は、所定の弾性を有するシリコーンパッドであり得る。しかし、これに限定されず、前記複数個の流路ガイド部材５００は、所定の弾性を有するその他の商用化した、または商用化予定の他の材質の弾性パッドとして備えられ得ることは勿論である。
一方、前記複数個の流路ガイド部材５００は、両表面に両面テープが備えられ、対向するバッテリーセル１００の電池ケースに各々付着されてもよく、前記複数個の流路ガイド部材５００そのものが所定の厚さを有する両面テープとして備えられ、対向するバッテリーセル１００の電池ケースに各々付着されてもよい。
前記複数個の流路ガイド部材５００は、対向するバッテリーセル１００の間に格子形状の冷却流路５５０を形成し得る。前記複数個の流路ガイド部材５００は、前記複数個のバッテリーセル１００の積層方向（Ｘ軸方向）にジグゼグ形態で配置され得る。
このような前記複数個の流路ガイド部材５００によって、前記複数個のバッテリーセル１００の間の空間に一定間隔を隔てて前記冷却流路５５０が形成できる。これによって、前記複数個のバッテリーセル１００の発熱時、加熱される前記絶縁油３００の対流による上側への移動が円滑となり、全体のバッテリーセル１００の間における熱交換も、より均一に行われる。
したがって、前記複数個のバッテリーセル１００の発熱時、最外郭に配置されるバッテリーセル１００と中央近所に配置されるバッテリーセル１００とのの冷却温度の偏差がほぼ発生しない。
このような前記複数個の流路ガイド部材５００の形状及び配置は、これに限定されず、図４に示したように、複数個の流路ガイド部材５０５は、対向するバッテリーセル１００の間に前記モジュールケース２００の高さ方向（Ｚ軸方向）に沿って所定の長さを有する少なくとも一つの冷却流路５５５を形成するようにすることも可能である。
即ち、前記複数個の流路ガイド部材は、前記絶縁油３００の対流による円滑な流動をガイドし、全体のバッテリーセル１００の冷却温度の偏差を減らすことができれば、その他の形態の冷却流路を形成できる形状及び配置を有することができる。
このように、本実施例においては、前記複数個のバッテリーセル１００の全てを囲むように配置され、前記複数個のバッテリーセル１００のほぼ全面に当接している前記絶縁油３００と、前記絶縁油３００の流動をガイドする前記複数個の流路ガイド部材５００と、によって、前記複数個のバッテリーセル１００の冷却時、前記複数個のバッテリーセル１００の冷却温度の偏差を大幅減少させることができる。
これによって、本実施例において、このような前記複数個のバッテリーセル１００の前記冷却温度の偏差の改善によって前記バッテリーモジュール１０の全体性能及び寿命を確保することができる。
図７は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図であり、図８は、本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。
図７及び図８を参照すれば、バッテリーパック１は、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０及び前記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０をパッケージングするパックケース５０を含み得る。
このような前記バッテリーパック１は、自動車Ｖの燃料源として自動車Ｖに備えられ得る。例えば、前記バッテリーパック１は、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他のバッテリーパック１を燃料源として使用可能なその他の方式で自動車Ｖに備えられ得る。
また、前記バッテリーパック１は、前記自動車Ｖの外にも、二次電池を用いる電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）など、その他の装置や器具及び設備などにも具備可能であることは勿論である。
このように、本実施例による前記バッテリーパック１、前記自動車Ｖのような前記バッテリーパック１を備える装置や器具及び設備は、前述の前記バッテリーモジュール１０を含むことから、前述のバッテリーモジュール１０による長所を全て有するバッテリーパック１及びこれを備える自動車Ｖなどの装置や器具及び設備などを具現することができる。
以上のような多様な実施例によって、前記バッテリーモジュール１０の冷却時、前記バッテリーセル１００の冷却温度の偏差を改善することができる前記バッテリーモジュール１０、これを含む前記バッテリーパック１及びこのバッテリーパック１を含む自動車Ｖを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
１ バッテリーパック
１０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル
１５０ 電極リード
２００ モジュールケース
２２０ ケース本体
２６０ ケースカバー
３００ 絶縁油
４００ バスバーユニット
５００ 流路ガイド部材
５０５ 流路ガイド部材
５５０ 冷却流路
５５５ 冷却流路

Claims (9)

  1. バッテリーモジュールであって、
    積層された複数個のバッテリーセルと、
    前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースであって、前記モジュールケースの内部において、所定の高さで絶縁油が満たされるモジュールケースと、
    を含み、
    前記絶縁油は、
    前記モジュールケース内で前記バッテリーセルの全体積を覆う量で満たされ、前記モジュールケースの一側内壁と所定の距離で離隔して配置され、
    前記複数個のバッテリーセルのうち隣接する２つのバッテリーセルの間に配置され、且つ前記複数個のバッテリーセルと共に積層された複数個の流路ガイド部材であって、対向するバッテリーセルを所定の距離で離隔させる複数個の流路ガイド部材を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記複数個の流路ガイド部材は、
    対向するバッテリーセルの間に格子形態の冷却流路を形成することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記複数個の流路ガイド部材は、対向するバッテリーセルの間に前記モジュールケースの高さ方向に沿って所定の長さを有する少なくとも一つの冷却流路を形成することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記複数個の流路ガイド部材は、前記複数個のバッテリーセルの積層方向にジグゼグ形態で配置されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記複数個の流路ガイド部材は、弾性パッドとして備えられることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記複数個の流路ガイド部材は、
    その表面に両面テープが備えられ、対向するバッテリーセルに各々付着されることを特徴とする請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記絶縁油は、前記モジュールケースの上側内壁と所定の距離で離隔して配置されることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、
    を含む、バッテリーパック。
  9. 請求項８に記載の少なくとも一つのバッテリーパックを含む、自動車。
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