JP7062187B2 - バッテリーモジュール - Google Patents
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Description
本出願は２０１８年１１月２１日付の韓国特許出願第２０１８－０１４４６３７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全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明はバッテリーモジュールに関するものである。
最近、ノートブック型コンピュータ、スマートフォン、タブレット型コンピュータのような携帯用電子機器の需要が増大するのに従い、反復的に充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
また、携帯用電子機器のような小型装置だけではなく、自動車、ロボット、衛星のような中大型装置にも二次電池が広く用いられている。特に、化石燃料の枯渇及び環境汚染に対する関心が高くなるのに従い、ハイブリッド自動車と電気自動車に対する研究が活発に行われている。このようなハイブリッド自動車又は電気自動車における最も核心的な部品はモーターに電力を供給するバッテリーパックである。
ハイブリッド自動車又は電気自動車の場合、バッテリーパックから駆動力を得ることができるから、内燃機関のみ使う自動車に比べて燃費に優れ、公害物質を排出しないか減少させることができるという利点を有する。ハイブリッド自動車や電気自動車に使われるバッテリーパックは複数のバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを含み、複数のバッテリーセルが互いに直列及び／又は並列で連結されることにより、バッテリーモジュールの容量及び出力が増大する。
バッテリーパックの内部空間には複数のバッテリーセルを密接に備えるので、複数のバッテリーセルで発生する熱を外部に円滑に放出することが特に重要である。バッテリーセル内での電気化学的反応によって発生した熱が外部に円滑に排出されなければ、バッテリーモジュール内に熱が蓄積してバッテリーモジュールの劣化、発火又は爆発をもたらすことができる。
図１～図３に示したように、従来技術によるバッテリーモジュールは、バッテリーセル１００を含む。バッテリーセル１００は、電極組立体１１０と、電極リード１２０と、パウチ１３０とを含む。
電極組立体１１０は、複数の電極板と複数の電極板との間に介在される複数の分離膜（セパレーター）を含む。複数の電極板は、一枚以上の陽極板及び一枚以上の陰極板を含む。電極組立体１１０の各電極板は電極タブ１４０を備える。電極タブ１４０は、電極板から外部に突出する形態に構成される。
電極リード１２０の端部（連結部）は電極タブ１４０を介して電極組立体１１０と連結され、電極組立体１１０と連結される連結部の反対側端部はパウチ１３０の外部に露出される。電極リード１２０はバッテリーモジュールの電極端子としての役割を果たす。電極リード１２０は、陽極リード１２１及び陰極リード１２２を含む。電極リード１２１、１２２は電極タブ１４０を介して電極組立体１１０と電気的に連結される。電極リード１２１、１２２は電極タブ１４０の連結部に溶接されることにより電極タブ１４０と連結される。
複数の電極板、すなわち陽極及び陰極板はそれぞれ電極タブ１４０を備える。電極タブ１４０は、陽極リード１２１と連結される陽極タブ１４１と、陰極リード１２２と連結される陰極タブ１４２とを含む。一つの陽極リード１２１には複数の陽極タブ１４１が連結され、一つの陰極リード１２２には複数の陰極タブ１４２が連結される。
パウチ１３０は、その内部に電極組立体１１０及び電解液を収容する収容空間を有する。パウチ１３０は、第１パウチ部材１３１及び第２パウチ部材１３２を含む。第１パウチ部材１３１及び第２パウチ部材１３２のいずれか一方には凹んでいる収容凹部１３３が形成される。
第１パウチ部材１３１及び第２パウチ部材１３２は互いに結合して収容空間を形成する。第１パウチ部材１３１及び第２パウチ部材１３２の縁部が熱融着などによってシーリングされることにより収容空間が密閉される。パウチ１３０は収容空間が形成される部分から延びる延長部１３５を備え、延長部１３５から電極リード１２０が外部に引き出される。
図３に示したように、バッテリーモジュール内には複数のバッテリーセル１００が順次積層される。複数のバッテリーセル１００が積層されて構成される積層体の一側には回路基板２００が配置され、回路基板２００は複数のバッテリーセル１００と電気的に連結される。
回路基板２００はカバー３２０を介してフレーム３１０に固定される。カバー３２０は絶縁性材料からなる。複数のバッテリーセル１００に対向するカバー３２０の表面には熱伝達物質４００（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ（ＴＩＭ））が塗布される。フレーム３１０は図示されていないヒートシンクと連結され、複数のバッテリーセル１００から放出される熱が熱伝達物質４００及びフレーム３１０を介してヒートシンクに伝達されることにより、複数のバッテリーセル１００が冷却される。
回路基板２００はバッテリーセル１００の長手方向（Ｙ軸方向）に所定の長さを有し、複数のバッテリーセル１００が積層される方向（Ｘ軸方向）に所定の幅を有する。そして、回路基板２００は、回路基板２００の幅方向が複数のバッテリーセル１００が積層される方向に平行な状態で複数のバッテリーセル１００に対向するように配置される。したがって、回路基板２００は複数のバッテリーセル１００の一部を遮る姿勢に配置される。よって、回路基板２００によって遮られたバッテリーセル１００で発生する熱が回路基板２００によって遮断されて外部に円滑に放出されることができない問題が発生し得る。そして、回路基板２００が複数のバッテリーセル１００の一部のみ遮るから、複数のバッテリーセル１００が全体的に均一に冷却されない問題がある。
また、複数のバッテリーセル１００とフレーム３１０との間にカバー３２０が介在され、カバー３２０が熱伝達を妨げることにより、複数のバッテリーセル１００で発生した熱を外部に円滑に放出することができない問題がある。
本発明は上述した問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、複数のバッテリーセルで発生した熱を外部に円滑に放出することができ、複数のバッテリーセルを均一に冷却させることができるバッテリーモジュールを提供することである。
本発明の実施例によるバッテリーモジュールは、互いに積層される複数のバッテリーセルと、複数のバッテリーセルと電気的に連結される回路モジュールと、回路モジュールが固定される回路モジュール固定部を備えるフレームであって、回路モジュールを挟んで複数のバッテリーセルと結合されて複数のバッテリーセルを支持するフレームと、を含むことができる。
複数のバッテリーセルに対向するフレームの一面には熱伝達物質が塗布されることができる。
回路モジュール固定部は、回路モジュールの少なくとも一部が挿入される溝部を備えることができる。
回路モジュールは幅及び長さを有する板状の回路部を含むことができ、回路部は、回路部の幅方向が複数のバッテリーセルが積層される方向に直交する方向に平行な状態で、複数のバッテリーセルの中でいずれか一対のバッテリーセルの間に配置されることができる。
回路部の少なくとも一部は、一対のバッテリーセルの間に形成される挿入空間に挿入されることができる。
挿入空間は、一対のバッテリーセルの間にスペーサーが介在されることによって形成されることができる。
スペーサーは、複数のバッテリーセルを固定して複数のバッテリーセルが積層された状態を維持するように構成されることができる。
回路モジュールは、複数のバッテリーセルに電気的に連結される端子部と、回路部と端子部を連結する連結部とを含むことができ、回路部と、連結部と、端子部とは一体に形成されることができる。
回路モジュールは、回路部をそれぞれ含む複数の回路ユニットを含むことができ、複数の回路ユニットは、複数のバッテリーセルが積層される方向に直交する方向に互いに対向するように配置されることができる。
複数のバッテリーセルの間には、回路部の少なくとも一部が挿入される複数の挿入空間が形成されることができ、複数の回路ユニットの回路部は複数の挿入空間に分けられて挿入されるか、又は一つの挿入空間に一緒に挿入されることができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例によるバッテリーモジュールについて説明する。
図４及び図５に示したように、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセル１００と、複数のバッテリーセル１００を支持するフレーム５００と、複数のバッテリーセル１００と電気的に連結される回路モジュール６００とを含む。
各バッテリーセル１００は、所定の幅、所定の長さ及び所定の厚さを有する板状を有するように形成される。以下、バッテリーセル１００の長手方向をＹ軸方向に定義し、バッテリーセル１００の幅方向をＺ軸方向に定義し、バッテリーセル１００の厚さ方向をＸ軸方向に定義する。ここで、複数のバッテリーセル１００はＸ軸方向に積層される。
フレーム５００は図示されていないヒートシンクと連結されることができる。ヒートシンクは空冷式又は水冷式で作動する。複数のバッテリーセル１００で発生する熱がフレーム５００を介してヒートシンクに伝達されることにより、複数のバッテリーセル１００を冷却させることができる。
複数のバッテリーセル１００に対向するフレーム５００の表面には熱伝達物質４００を塗布することができる。よって、複数のバッテリーセル１００で発生する熱を熱伝達物質４００及びフレーム５００を介して外部に放出することができる。熱伝達物質４００は接着特性を有することができる。この場合、回路モジュール６００は接着特性を有する熱伝達物質４００を介してフレーム５００に付着されることができる。放熱グリース、熱伝導性接着剤及び相変化物質の少なくとも１種を熱伝達物質４００として使うことができる。
回路モジュール６００は、回路部６０１と、端子部６０２と、回路部６０１及び端子部６０２を連結する連結部６０３とを含む。
回路モジュール６００は、一対の回路部６０１を備えることができる。一対の回路部６０１はＹ軸方向に延び、Ｘ軸方向に互いに対向するように配置されることができる。ただ、本発明はこれに限定されず、一つの回路モジュール６００は一つの回路部６０１を備えることができる。回路モジュール６００は、複数のバッテリーセル１００にそれぞれ連結される複数の端子部６０２を備えることができる。ただし、本発明はこれに限定されず、一つの回路モジュール６００は一つの端子部６０２を備えることができる。この場合、複数の回路モジュール６００を備えることができる。また、一つの回路モジュール６００が複数の回路部６０１を有することができ、複数の回路部６０１がそれぞれ一つの端子部６０２に連結されることができる。
例えば、回路部６０１はＦＰＣＢから構成されることができるが、本発明はこれに限定されない。回路部６０１にはキャパシタ及び抵抗のような電子部品（図示せず）が取り付けられることができる。回路部６０１は板状に形成される。回路部６０１は、Ｙ軸方向に所定の長さを有し、Ｘ軸方向に所定の厚さを有し、Ｚ軸方向に所定の幅を有する。回路部６０１は、回路部６０１の幅方向が複数のバッテリーセル１００が積層される方向（Ｘ軸方向、すなわちバッテリーセル１００の厚さ方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に平行に配置される。そして、回路部６０１は、複数のバッテリーセル１００の中でいずれか一対のバッテリーセル１００の間に配置される。よって、バッテリーセル１００の幅方向（Ｚ軸方向）への端部１７０が回路部６０１によって遮られずに露出されることができる。これにより、バッテリーセル１００で発生した熱を回路部６０１によって遮らずに外部に円滑に放出することができる。また、複数のバッテリーセル１００から熱を外部に円滑に放出することができるので、複数のバッテリーセル１００を均一に冷却させることができる。
複数の端子部６０２は、複数のバッテリーセル１００が積層される方向（Ｘ軸方向）に所定の間隔で配置されることができる。複数の端子部６０２は、複数のバッテリーセル１００の電極リード１２０（図１及び図２参照）と電気的に連結されることができる。
連結部６０３は、回路部６０１と複数の端子部６０２を連結する役割を果たす。例えば、連結部６０３はワイヤなどから構成されることができる。ただ、連結部６０３は回路部６０１及び複数の端子部６０２と一体に形成されることが好ましい。回路部６０１、端子部６０２及び連結部６０３は、単一の板材を切断して折り曲げる工程、ダイキャスティング工程などの多様な工程によって一体に形成されることができる。回路部６０１、端子部６０２及び連結部６０３が一体に形成される場合、複数のバッテリーセル１００が互いに積層されて構成される積層体に回路モジュール６００を装着することだけで、回路部６０１、端子部６０２及び連結部６０３が複数のバッテリーセル１００に対して位置付けられることができる。よって、複数のバッテリーセル１００と回路モジュール６００を組み立てる過程を容易に遂行することができる。
複数のバッテリーセル１００はフレーム５００によって支持され、これにより、複数のバッテリーセル１００が積層された状態をフレーム５００によって維持することができる。一方、バッテリーモジュールのＺ軸方向への大きさを減らすために、回路モジュール６００の回路部６０１の少なくとも一部を複数のバッテリーセル１００のいずれか一対のバッテリーセル１００の間の挿入空間１８０に挿入することが好ましい。
回路モジュール６００の回路部６０１の全部又は一部を一対のバッテリーセル１００の間の挿入空間１８０に挿入することができる。このように、回路モジュール６００の回路部６０１の少なくとも一部が一対のバッテリーセル１００の間の挿入空間１８０に挿入されるので、回路部６０１が挿入空間１８０に挿入される程度の分だけバッテリーモジュールのＺ軸方向への大きさを減らすことができる。
回路部６０１が挿入される挿入空間１８０は一対のバッテリーセル１００の間にスペーサー７００が介在されることによって形成されることができる。例えば、スペーサー７００はフレーム５００に連結されることができる。例えば、スペーサー７００はフレーム５００とともに複数のバッテリーセル１００を固定し、複数のバッテリーセル１００が積層された状態を維持するように構成されることができる。よって、スペーサー７００を使って複数のバッテリーセル１００を固定する過程で、複数のバッテリーセル１００の中でいずれか一対のバッテリーセル１００の間に挿入空間１８０を形成することができる。
一方、フレーム５００には、回路モジュール６００が固定される回路モジュール固定部５１０を含むことができる。回路モジュール固定部５１０は、複数のバッテリーセル１００に対向するフレーム５００の内面に備えることができる。回路モジュール６００は回路モジュール固定部５１０に溶接などによって固定することができる。他の例として、熱伝達物質４００が接着特性を有する場合、回路モジュール６００を、熱伝達物質４００によって回路モジュール固定部５１０に固定することができる。
フレーム５００の回路モジュール固定部５１０には回路モジュール６００の少なくとも一部、すなわち回路部６０１の一部が挿入される溝部５２０を備えることができる。回路部６０１の一部が溝部５２０に挿入されて固定されることにより、回路モジュール６００がフレーム５００の回路モジュール固定部５１０に堅固に固定されることができる。
フレーム５００に回路モジュール固定部５１０を備えるので、回路モジュール固定部５１０に回路モジュール６００が固定された状態で、フレーム５００に複数のバッテリーセル１００が支持されることにより、複数のバッテリーセル１００に対する回路モジュール６００の位置を容易に決定することができる。
また、フレーム５００が回路モジュール固定部５１０を備えるので、回路モジュール固定部５１０に回路モジュール６００が固定された状態で、フレーム５００の表面に熱伝達物質４００を容易に塗布することができる。
本発明の第１実施例によれば、回路モジュール６００の回路部６０１が、回路部６０１の幅方向が複数のバッテリーセル１００が積層される方向に直交する方向に平行な状態で、複数のバッテリーセル１００の中で一対のバッテリーセル１００の間に配置される。よって、バッテリーセル１００の端部１７０が回路部６０１によって遮られずに露出されるので、バッテリーセル１００で発生した熱を回路部６０１によって遮断せずに外部に円滑に放出することができる。また、回路モジュール６００の回路部６０１がいずれか一対のバッテリーセル１００の間に形成された挿入空間１８０内に挿入されるので、バッテリーモジュールの大きさを減らすことができる。
また、本発明の第１実施例によれば、熱伝達を妨げるカバーを備えないので、複数のバッテリーセルで発生した熱を外部に円滑に放出することができる。
以下、図６～図８を参照して本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールについて説明する。前述した第１実施例の構成要素と同じ構成要素に対しては同じ符号を付与し、これについての詳細な説明は省略する。
図６～図８に示したように、本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセル１００と、複数のバッテリーセル１００を支持するフレーム５００と、複数のバッテリーセル１００と電気的に連結される回路モジュール６００とを含む。
回路モジュール６００は、複数の回路ユニット６１０、６２０を含むことができる。例えば、複数の回路ユニット６１０、６２０は、第１回路ユニット６１０及び第２回路ユニット６２０を含むことができる。
第１回路ユニット６１０は、第１回路部６１１と、第１端子部６１２と、第１連結部６１３とを含む。第２回路ユニット６２０は、第２回路部６２１と、第２端子部６２２と、第２連結部６２３とを含む。
第１及び第２回路部６１１、６２１と、第１及び第２端子部６１２、６２２と、第１及び第２連結部６１３、６２３の構成は前述した第１実施例によるバッテリーモジュールの回路部６０１と、端子部６０２と、連結部６０３の構成と類似又は同一であり得る。
第１回路部６１１及び第２回路部６２１はＹ軸方向に互いに対向するように配置されることができる。第１回路部６１１及び第２回路部６２１は互いに連結されるか分離されることができる。
図７に示したように、第１回路部６１１及び第２回路部６２１は複数のバッテリーセル１００の間に形成された複数の挿入空間１８０に分けられて挿入されることができる。他の例として、図８に示したように、第１回路部６１１及び第２回路部６２１は一対のバッテリーセル１００の間に形成された複数の挿入空間１８０に一緒に挿入されることができる。
本発明の第２実施例によれば、回路モジュール６００は、Ｙ軸方向に互いに対向するように配置される複数の回路ユニット６１０、６２０を含む。よって、バッテリーモジュールの大きさ、すなわちバッテリーセル１００の長さ及び幅、バッテリーセル１００の個数などによって複数の回路ユニット６１０、６２０の間の間隔を調節しながら複数の回路ユニット６１０、６２０を適切な位置に配置することができる。
本発明の好適な実施例を例示的に説明したが、本発明の範囲はこのような特定の実施例に限定されず、特許請求範囲に記載した範疇内で適切に変更可能である。
本発明の実施例によれば、熱伝達を妨げるカバーを備えないので、複数のバッテリーセルで発生した熱を外部に円滑に放出することができる。
また、本発明の実施例によれば、回路モジュールの回路部が、回路部の幅方向が複数のバッテリーセルが積層される方向に直交する方向に平行になるように、複数のバッテリーセルの中で一対のバッテリーセルの間に配置される。よって、バッテリーセルの端部が回路部によって遮られずに露出されるので、バッテリーセルで発生した熱を回路部によって遮断せずに外部に円滑に放出することができる。また、回路モジュールの回路部が一対のバッテリーセルの間に形成された挿入空間内に挿入されるので、バッテリーモジュールの大きさを減らすことができる。
１００ バッテリーセル
４００ 熱伝達物質
５００ フレーム
６００ 回路モジュール
７００ スペーサー
４００ 熱伝達物質
５００ フレーム
６００ 回路モジュール
７００ スペーサー
Claims (10)
- 互いに積層される複数のバッテリーセルと、
前記複数のバッテリーセルと電気的に連結される回路モジュールと、
前記回路モジュールが固定される回路モジュール固定部を備えるフレームであって、前記回路モジュールを挟んで前記複数のバッテリーセルと結合されて前記複数のバッテリーセルを支持するフレームと、
を含み、
前記回路モジュールは幅及び長さを有する板状の回路部を含み、
前記回路部は、前記回路部の幅方向が前記複数のバッテリーセルが積層される方向に直交する方向に平行な状態で、前記複数のバッテリーセルの中でいずれか一対のバッテリーセルの間に配置される、バッテリーモジュール。 - 前記複数のバッテリーセルに対向する前記フレームの一面には熱伝達物質が塗布される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
- 前記回路モジュール固定部は、前記回路モジュールの少なくとも一部が挿入される溝部を備える、請求項１又は２に記載のバッテリーモジュール。
- 前記回路部の少なくとも一部は、前記一対のバッテリーセルの間に形成される挿入空間に挿入される、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 前記挿入空間は、前記一対のバッテリーセルの間にスペーサーが介在されることによって形成される、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
- 前記スペーサーは、前記複数のバッテリーセルを固定して前記複数のバッテリーセルが積層された状態を維持するように構成される、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
- 前記回路モジュールは、前記複数のバッテリーセルに電気的に連結される端子部と、前記回路部と前記端子部を連結する連結部とを含み、
前記回路部と、前記連結部と、前記端子部とは一体に形成される、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。 - 前記回路モジュールは、前記回路部をそれぞれ含む複数の回路ユニットを含み、前記複数の回路ユニットは、前記複数のバッテリーセルが積層される方向に直交する方向に互いに対向するように配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
- 前記複数のバッテリーセルの間には、前記回路部の少なくとも一部が挿入される複数の挿入空間が形成され、
前記複数の回路ユニットの回路部は前記複数の挿入空間に分けられて挿入されるか、又は一つの挿入空間に一緒に挿入される、請求項８に記載のバッテリーモジュール。 - 請求項１～９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む、バッテリーパック。
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