JP7427110B2 - バッテリーセル個別冷却構造の空冷式バッテリーモジュール - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーモジュールの冷却技術に関し、より詳しくは、空冷式で冷却時、各バッテリーセルの温度偏差の減少及び冷却効率の向上のための冷却構造を適用したバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０２０年１１月２３日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１５７８０６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。

二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充放電が可能な電池をいい、携帯電話、ＰＤＡ、ノートブックＰＣなどの小型先端電子機器分野だけではなく、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ）のエネルギー源として使用されている。

現在、一つのリチウム二次電池（セル）では電気車を駆動できるほどの十分な出力が得られない。電気車のエネルギー源に二次電池を適用するためには、複数個のリチウムイオン電池セルを直列及び／または並列に接続してバッテリーモジュールを構成し、通常、直列にバッテリーモジュールを接続し、これを機能的に維持させるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）と冷却システム、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）、電気配線ケーブルなどを含むバッテリーパックを構成する。

二次電池セルは、充電と放電を反復する過程で熱が発生する。この際、二次電池セルを冷却しないと、温度が上昇し続けて二次電池セルの性能低下をもたらし、ひいては二次電池セルが発火または爆発する危険がある。したがって、バッテリーモジュールを構成するに際し、二次電池セルの冷却は重要な課題である。

二次電池セル１の冷却のための一例として、図１のように、冷却プレート２を下部に適用したバッテリーモジュールが挙げられる。前記冷却プレート２は、全ての二次電池セル１の下面と接触する底板２ａと、放熱面積の増大のために前記底板２ａから垂直に延びるように形成された複数の冷却フィン２ｂと、を含む。

従来技術の場合、冷却空気を前記冷却プレート２に接触するようにバッテリーモジュールの下部に供給して前記冷却空気が前記冷却プレート２を熱伝達媒体へ各二次電池セル１の熱を吸収して二次電池セル１を冷却するようになっている。

ところが、通常モジュールケース３の内部には、二次電池セル１が密集して配置されているため、互いに隣接する二次電池セル１の間に熱交換が起こり、これによって外郭の二次電池セル１と内側の二次電池セル１との間に温度差が生じる。このような二次電池セル１の温度差は、従来の冷却プレート２によっては解消されにくい。また、冷却空気が熱を吸収して一方向に沿って流れるため、前記冷却プレート２は、前部よりも後部の温度が相対的に高くなることによって、二次電池セル１を冷却偏差なく迅速に冷却しにくい。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却時に各バッテリーセルの温度偏差の減少及び冷却効率をさらに向上させることができる冷却構造をバッテリーモジュールに適用することを目的とする。

本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の課題に限定されず、言及していないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者にとって明確に理解されるであろう。

上記の課題を達成するために、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、上キャップが上部を向いて、横及び縦方向に沿って配列される円筒型バッテリーセルと、前記円筒型バッテリーセルを収容可能に設けられたモジュールケースと、各前記円筒型バッテリーセルの下端部に取り付けられる冷却キャップと、を含み、前記冷却キャップは、前記モジュールケースの下部で冷却空気と接触するように前記モジュールケースの下端から下方へ突出し、前記モジュールケースの内部に配置される円筒型バッテリーセルの位置によって予め決められた区域毎に高さが相違するように突出するように構成され得る。

前記冷却キャップは各々、前記円筒型バッテリーセルの下端部が差し込まれるように設けられた収容部と、前記収容部の下方へ延びて形成された放熱部と、を含み得る。

前記冷却キャップは、前記放熱部が、分岐して形成された複数のフィンを備える第１冷却キャップと、前記放熱部が前記第１冷却キャップより短く形成された第２冷却キャップと、前記放熱部が前記第２冷却キャップより長く、かつ前記第１冷却キャップより短く形成された第３冷却キャップと、前記放熱部が前記第１冷却キャップと同じ長さに形成された第４冷却キャップと、を含み得る。

前記予め決められた区域は、前記モジュールケースの左右の幅方向に沿って区画される左側の第１区域と、右側の第３区域と、前記第１区域と前記第３区域との間の第２区域と、を含み、前記第１区域と前記第３区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、前記モジュールケースの前方から、前記第２冷却キャップ、前記第３冷却キャップ及び前記第４冷却キャップの順に取り付けられ、前記第２区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、全て前記第１冷却キャップが取り付けられ得る。

前記第１区域は、前記モジュールケースの前後の幅方向に沿ってさらに区画される前方部の第１ １区域と、中央部の第１ ２区域と、後方部の第１ ３区域と、を含み、前記第３区域は、前記モジュールケースの前後の幅方向に沿ってさらに区画される前方部の第３ １区域と、中央部の第３ ２区域と、後方部の第３ ３区域と、を含み、前記第１ １区域と前記第３ １区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、前記第２冷却キャップが取り付けられ、前記第１ ２区域と前記第３ ２区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、前記第３冷却キャップが取り付けられ、前記第１ ３区域と前記第３ ３区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、前記第４冷却キャップが取り付けられ得る。

前記第１区域と前記第３区域は、前記第２区域を基準にして対称であり得る。

前記冷却キャップは、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）材質から形成され得る。

前記冷却キャップのうちの少なくとも一つの冷却キャップは、前記放熱部が格子構造または複数のホールを備えた柱状で設けられ得る。

前記モジュールケースは、前記円筒型バッテリーセルを間に置いて上下に結合可能に設けられる下部フレーム及び上部フレームを含み、前記冷却キャップは、前記下部フレームの底面の下方へ突出し、前記上部フレームは、前記円筒型バッテリーセルの上部をカバーし、各前記円筒型バッテリーセルの上キャップに対応する箇所が穿孔されている上板部と、前記上板部で前記モジュールケースの前後方向へ一直線に延び、前記モジュールケースの左右の幅方向に沿って所定の間隔で離隔して配置されるバスバーと、を含み、前記円筒型バッテリーセルは、各々の上キャップと電池缶の上端が予め決められたパターンで前記バスバーに金属ワイヤで連結され得る。

前記上部フレームは、前記上キャップから延びる（＋）金属ワイヤと、前記電池缶の上端から延びる（－）金属ワイヤとの間で上方へ突出する隔板をさらに含み得る。

なお、本発明の他の様態によると、前述したバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提供され得る。

本発明の一側面によると、冷却時、各バッテリーセルの温度偏差の減少及び冷却効率をさらに向上させることができる冷却構造を備えたバッテリーモジュールを提供することができる。

本発明の効果は上述した効果に限定されず、言及されていない本発明の他の効果は、本明細書及び添付図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者に明らかに理解されるだろう。

従来技術によるバッテリーモジュールの冷却構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを下方から見た斜視図である。 本発明の一実施例による冷却キャップを取り付けた円筒型バッテリーセルの概略的な切開図である。 図２のバッテリーモジュールの下部を幾つかの区域に区画したことを示した図である。 図２のＡ－Ａ’によるバッテリーモジュールの切開断面図である。 図２のＢ－Ｂ’によるバッテリーモジュールの切開断面図である。 図２のＣ－Ｃ’によるバッテリーモジュールの切開断面図である。 図２のＤ－Ｄ’によるバッテリーモジュールの切開断面図である。 冷却キャップの変形例を示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの平面図である。 図９の部分拡大斜視図である。

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。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。

本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。また、本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、図面における構成要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさや割合は、実際の大きさや割合を全的に反映することではない。

図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを下方から見た斜視図であり、図３は、本発明の一実施例による冷却キャップを取り付けた円筒型バッテリーセルの概略的な切開図であり、図４は、図２のバッテリーモジュールの下部を複数の区域に区画したことを示した図である。

これら図面を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０は、円筒型バッテリーセル１００と、モジュールケース２００と、冷却キャップ３００と、を含む。

本発明によるバッテリーモジュール１０は、円筒型バッテリーセル１００から構成され得る。前記円筒型バッテリーセル１００は、電極組立体が金属缶に内蔵された缶型二次電池の一種である。詳細には図示していないが、前記円筒型バッテリーセル１００は、円筒状の電池缶１２０と、電極組立体と、上キャップ１１０と、を備え、前記電池缶１２０の中に電解液と電極組立体を入れて電池缶１２０の上部開放端に上キャップ１１０を配置した後、電池缶１２０の最上端をクリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）して電池缶１２０を密封する過程を経て製作され得る。

円筒型バッテリーセル１００の電極組立体は、正極と負極との間に分離膜を介した状態でゼリーロール型に巻き取った構造となっており、正極には正極タブが取り付けられて上キャップ１１０に接続しており、負極には負極タブが取り付けられて電池缶１２０の下端に接続されている。したがって、通常の円筒型バッテリーセル１００は、上キャップ１１０が正極端子として機能し、電池缶１２０が負極端子として機能する。

参考までに、本実施例は、円筒型バッテリーセル１００を適用してバッテリーモジュール１０を構成したが、円筒型ではなく角形バッテリーセルを適用してバッテリーモジュール１０を構成してもよい。この場合、後述する冷却キャップ３００は、角形バッテリーセルが差し込まれるように変形すればよい。

前記円筒型バッテリーセル１００は、バッテリーモジュール１０に求められる出力及び容量に応じて直列及び／または並列に接続され得る。例えば、円筒型バッテリーセル１００をモジュールケース２００の内部に、上キャップ１１０が上方を向くようにし、横及び縦方向に沿って予め決められた個数を収納し、各円筒型バッテリーセル１００の上キャップ１１０または電池缶１２０の上端を金属棒状のバスバー２２３にワイヤで連結して円筒型バッテリーセル１００が直列及び／または並列に接続されるように構成し得る。これについての詳しい説明は後述する。

モジュールケース２００は、円筒型バッテリーセル１００を収容可能に設けられた構造物であって、外部衝撃、振動などから前記円筒型バッテリーセル１００を保護する役割を果たす。本実施例のモジュールケース２００は、円筒型バッテリーセル１００を間に置いて上下に結合可能に設けられる下部フレーム２１０及び上部フレーム２２０で構成される。

下部フレーム２１０は、前、後、左、右方向の四つの側面部と、底面を形成する下板部と、を備え、上部は開放されるように設けられ得る。前記下板部は、各円筒型バッテリーセル１００を固定するように支持するホルダーと、各円筒型バッテリーセル１００の下端部に取り付けられる冷却キャップ３００を前記下板部の下方へ突出させるための穴を備え得る。

上部フレーム２２０は、前、後、左、右方向の四つの側面部と、円筒型バッテリーセル１００の最上端をカバーする上板部２２１と、を備え、下部が開放された形態で設けられ得る。

上部フレーム２２０及び下部フレーム２１０の容易な脱着のために上部フレーム２２０の前方と後方の側面部にフックが設けられ、下部フレーム２１０の前方と後方の側面部に前記フックと係合可能なフック係止孔が設けられ得る。

円筒型バッテリーセル１００は、モジュールケース２００の内部で上キャップ１１０が上部を向くように立てられた状態で横（±Ｘ軸）及び縦（±Ｙ軸）方向に沿って配置され、前記モジュールケース２００の内側のホルダーによって動かないように支持され得る。

冷却キャップ３００は、円筒型バッテリーセル１００で発生する熱を効果的に放熱するための手段であって、各円筒型バッテリーセル１００の下端部に一つずつ取り付けられる。モジュールケース２００の下部で水平方向へ供給される冷却空気の経路に前記冷却キャップ３００の一部を露出して円筒型バッテリーセル１００の熱を冷却空気へ放熱する。この際、円筒型バッテリーセル１００は、各々取り付けられて冷却キャップ３００によって個別的に冷却され得る。

また、前記冷却キャップ３００は、モジュールケース２００の内部に配置される円筒型バッテリーセル１００の位置によって予め決められた区域毎に高さが相違するようにして前記モジュールケース２００の下端の下方へ突出するように構成され得る。

即ち、本発明によるバッテリーモジュール１０には、全ての円筒型バッテリーセル１００に同じ冷却キャップ３００が適用されることはない。前記冷却キャップ３００は、モジュールケース２００の内部に配置される円筒型バッテリーセル１００の位置によって予め決められた区域別に相違するように適用される。

具体的には、本実施例の冷却キャップ３００は、図２に示したように、第１冷却キャップ３１０と、第２冷却キャップ３２０と、第３冷却キャップ３３０と、第４冷却キャップ３４０と、を含む。

前記冷却キャップ３００の共通点を先に説明し、その後に相違点を説明する。

前記冷却キャップ３００は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）などのように熱伝導性に優れた材質から形成され、図３に示したように、収容部３００ａと放熱部３００ｂを共通的に備える。参考までに、絶縁シートを電池缶１２０の周りにコーティングすることで、円筒型バッテリーセル１００と金属材質の冷却キャップ３００との間の絶縁性が確保できる。

前記収容部３００ａは、円筒型バッテリーセル１００の下端部を差し込むことができ、円筒型バッテリーセル１００の底面と外周縁の一部を囲む構造からなり得る。

このような冷却キャップ３００の収容部３００ａは、従来技術による冷却プレート２（図１参照）が円筒型バッテリーセル１００の底面のみに接触していることと比較すると、冷却キャップ３００と円筒型バッテリーセル１００との間における伝導放熱効果を高めるのに有利に作用できる。

前記放熱部３００ｂは、対流放熱効果を極大化するために、前記収容部３００ａの下方へ延びて形成される部分である。前記放熱部３００ｂは、冷却空気と接触できるようにモジュールケース２００の下端の下方へ突出するように配置され得る。

第１～第４冷却キャップ３１０、３２０、３３０、３４０の相違点は、収容部３００ａまたは放熱部３００ｂの長さや形状にある。

伝導放熱は、物体と物体との接触面積が広いほどよく起こる。したがって、円筒型バッテリーセル１００と接触する収容部３００ａの長さを増減することで伝導放熱性能が冷却キャップ３００毎に相違するように構成し得る。対流放熱は、物体が空気中に露出する面積が広いほどよく起こる。したがって、空気中に露出する放熱部３００ｂの長さまたは形態を変更して放熱面積を増減することで対流放熱性能が冷却キャップ３００毎に相違するように構成し得る。

即ち、第１～第４冷却キャップ３１０、３２０、３３０、３４０は、収容部３００ａ及び放熱部３００ｂの少なくともいずれか一つが相違するように構成して放熱性能が相違するようにしたものといえる。

具体的には、図３を参照して、第１冷却キャップ３１０と第４冷却キャップ３４０を比較すると、前記第１冷却キャップ３１０の収容部３００ａが前記第４冷却キャップ３４０の収容部３００ａよりも長く形成されており、円筒型バッテリーセル１００を囲む領域がさらに広い。

また、前記第１冷却キャップ３１０と第４冷却キャップ３４０は、放熱部３００ｂの長さが同じあっても形態が異なる。第１冷却キャップ３１０の放熱部３００ｂは、本体が幾つかに分岐して形成された複数のフィンＦ１、Ｆ２、Ｆ３を備えた形態であり、第４冷却キャップ３４０の放熱部３００ｂは、単なる円柱状になっており、空気と接触する放熱面積が第１冷却キャップ３１０の放熱部３００ｂが第４冷却キャップ３４０の放熱部３００ｂよりも広い。

これによって、空冷時において、前記第１冷却キャップ３１０を適用した円筒型バッテリーセル１００は、第４冷却キャップ３４０を適用した円筒型バッテリーセル１００よりも空気中への熱排出が円滑に行われる。

図３に示していないが、第２冷却キャップ３２０と第３冷却キャップ３３０は、前記第４冷却キャップ３４０と比較すると、収容部３００ａは同じであり、放熱部３００ｂの長さのみが異なる。前記放熱部３００ｂの長さが前記三つの冷却キャップ３００のうち前記第２冷却キャップ３２０が最も短く、その次に前記第３冷却キャップ３３０が短く形成される。

言い換えれば、本実施例の４個の冷却キャップ３００のうち第１冷却キャップ３１０のみが収容部３００ａの長さが他のものに比べて相対的に長く、放熱部３００ｂに複数のフィンＦ１、Ｆ２、Ｆ３を備える。そして、前記第１冷却キャップ３１０と前記第４冷却キャップ３４０は、放熱部３００ｂの長さが最も長く、第２冷却キャップ３２０が最も短く、第３冷却キャップ３３０は第２冷却キャップ３２０よりも長く、かつ第１冷却キャップ３１０または第４冷却キャップ３４０よりは短い。

したがって、冷却キャップ３００の放熱性能は、第１冷却キャップ３１０＞第４冷却キャップ３４０＞第３冷却キャップ３３０＞第１冷却キャップ３１０の順に高い。

このように放熱性能が相異なる冷却キャップ３００を予め決められた区域別に円筒型バッテリーセル１００に取り付けることで、空冷時に円筒型バッテリーセル１００の位置による冷却温度差を低めることができる。

前記予め決められた区域は、冷却装置を駆動していない状態でバッテリーモジュール１０を充放電したときの、バッテリーモジュール１０の区域別温度分布、空冷時にモジュールケース２００の下端に沿って流れる冷却空気の位置別温度変化などの分析によって決められ得る。

図２及び図４を共に参照すると、前記予め決められた区域は、モジュールケース２００の左右の幅方向（±Ｙ軸方向）に沿って左側から右側の順に区画された第１区域Ｄ１、第２区域Ｄ２、第３区域Ｄ３を含み得る。前記第２区域Ｄ２は、第１区域Ｄ１と第２区域Ｄ２の中央に位置し、モジュールケース２００の前方から後方に至る区域であり、前記第１区域Ｄ１は、モジュールケース２００の左サイド領域であって、モジュールケース２００の前方から後方に至る区域であり、前記第３区域Ｄ３は、モジュールケース２００の右サイド領域であって、モジュールケース２００の前方から後方に至る区域である。前記第１区域Ｄ１と前記第３区域Ｄ３は、前記第２区域Ｄ２を基準にして対称である。

前記第１区域Ｄ１と前記第３区域Ｄ３は、各々三つの区域にさらに区画され得る。これは、冷却空気の流れ方向を考慮して区分したことであり、冷却空気がバッテリーモジュール１０の前方から入り、モジュールケース２００の下部に沿って水平方向へ流れ、バッテリーモジュール１０の後方へ出ることを前提している。

前記第１区域Ｄ１は、モジュールケース２００の前後の幅方向（±Ｙ軸方向）に沿って前方部の第１ １区域Ｄ１ １、中央部の第１ ２区域Ｄ１ ２、後方部の第１ ３区域Ｄ１ ３の順に区画され、前記第３区域Ｄ３は、モジュールケース２００の前後の幅方向に沿って前方部の第３ １区域Ｄ３ １、中央部の第３ ２区域Ｄ３ ２、後方部の第３ ３区域Ｄ３ ３に区画され得る。

図２、図４～図８に示したように、前記７個に区画された区域の円筒型バッテリーセル１００同士の温度偏差を低めるために４類型の冷却キャップ３００が使用される。

通常、円筒型バッテリーセル１００を適用したバッテリーモジュール１０の温度分布を見ると、中央領域が高くて縁部領域が低いヒートアイランド現象が観察される。ヒートアイランド現象を解消するためには、中央領域に当たる第２区域Ｄ２の冷却効率を、第１区域Ｄ１や第３区域Ｄ３よりも高くする必要がある。

したがって、前記第２区域Ｄ２に当たる箇所に位置する円筒型バッテリーセル１００に第１冷却キャップ３１０を取り付ける。参考までに、本実施例は、第２区域Ｄ２に全て第１冷却キャップ３１０を適用したが、例えば、バッテリーモジュール１０のサイズが本実施例よりも大きい場合、前記第２区域Ｄ２を細分化し、細分化した区域に各々長さが異なる第１冷却キャップ３１０を適用してもよい。

前記第１区域Ｄ１と前記第３区域Ｄ３に位置する円筒型バッテリーセル１００には、前記モジュールケース２００の前方から、第２冷却キャップ３２０、前記第３冷却キャップ３３０、前記第４冷却キャップ３４０が取り付けられる。

冷却空気は、モジュールケース２００の下部に沿って前方から後方へ流れながら熱を吸収するようになるため、後方の空気の温度が相対的に高く、後方へ進むほど流速と流量が低下する傾向を示す。これによる温度偏差を補うために、第１ １区域Ｄ１ １は、第２冷却キャップ３２０を使用し、第１ ２区域Ｄ１ ２は、第１ １区域Ｄ１ １よりも放熱性能の良い第３冷却キャップ３３０を使用し、第１ ３区域Ｄ１ ３は、第１ ２区域Ｄ１ ２よりも放熱性能の良い第４冷却キャップ３４０を使用する。そして、第３区域Ｄ３は、前記第１区域Ｄ１と同様の理由で、第３ １区域Ｄ３ １に第２冷却キャップ３２０を使用し、第３ ２区域Ｄ３ ２に第３冷却キャップ３３０を使用し、第３ ３区域Ｄ３ ３に第４冷却キャップ３４０を使用する。

一方、本実施例において前記予め決められた区域を合計７個の区域に区画したが、これは一例であり、バッテリーモジュール１０の大きさ、構造または冷却空気の流れ方向などによって７個区域よりも多く、または少なく決定し、当該区域の円筒型バッテリーセル１００の冷却部位を拡大または減少させることによって温度偏差を減らして、全体平均温度を低めることができる。

このように本発明によるバッテリーモジュール１０は、複数個の冷却キャップ３００を用いて円筒型バッテリーセル１００を個別冷却する方式であるため、従来技術（図１参照）に比べ、円筒型バッテリーセル１００を速かに冷却可能であると共に、区域別に温度偏差の管理が可能である。

図９は、本発明による他の類型の冷却キャップ３００Ａ、３００Ｂを示した図である。

図９（ａ）に示した冷却キャップ３００Ａは、短い収容部３００Ａａを有する代わりに、放熱部３００Ａｂに複数のホールＨ１を穿孔して放熱面積を増大し、通気性を向上させたものであり、図９（ｂ）に示した冷却キャップ３００Ｂは、伝導放熱効果と対流放熱効果を極大化するために、収容部３００Ｂａを円筒型バッテリーセル１００の半分高さまで延ばし、放熱部３００Ｂｂに三次元の格子構造に形成したものである。

このように冷却キャップ３００は、収容部３００ａまたは放熱部３００ｂの長さ、形状などを多様に変形して放熱性能が相違するように構成可能である。

図１０は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０の平面図であり、図１１は、図１０の部分拡大斜視図である。

続いて、図１０及び図１１を参照して、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０の上部フレーム２２０の構成及び円筒型バッテリーセル１００の連結構成を簡略に説明する。

図１０に示したように、全ての円筒型バッテリーセル１００は、上キャップ１１０が上方を向くように起立して配置され、横または縦方向へモジュールケース２００に収納される。

上部フレーム２２０の上板部２２１は、前記円筒型バッテリーセル１００の上キャップ１１０に対応する箇所に小さい穴を備える。このような穴の下部に上キャップ１１０の中央領域と電池缶１２０の最上端が見られる。

バスバー２２３は、複数個が前記上板部２２１の上面に配置される。各前記バスバー２２３は、長い帯状でモジュールケース２００の前後方向へ直線に延び、モジュールケース２００の左右の幅方向に沿って円筒型バッテリーセル１００とセルとの間に位置するように相互に離隔して配置される。図面において、左側の最外郭のバスバー２２４ａは、バッテリーモジュール１０の正極ターミナルＴ１と一体に形成され、右側の最外郭のバスバー２２４ｂは、バッテリーモジュール１０の負極ターミナルＴ２と一体に形成され得る。前記円筒型バッテリーセル１００は、上キャップ１１０と電池缶１２０の上端が予め決められたパターンでバスバー２２３に金属ワイヤで連結されることで、相互に直列及び／または並列に接続される。

即ち、図１１に示したように、例えば、左側の最外郭のバスバー２２３と隣接する１列の各円筒型バッテリーセル１００は、電池缶１２０の上端が前記左側の最外郭のバスバー２２３に（－）金属ワイヤＷ２で連結され、その上キャップ１１０は、隣接する二番目のバスバー２２３に（＋）金属ワイヤＷ１で連結される。そして、２列の各円筒型バッテリーセル１００は、電池缶１２０の上端が前記二番目のバスバー２２３に（－）金属ワイヤＷ２で連結され、その上キャップ１１０は、隣接する三番目のバスバー２２３に（＋）金属ワイヤＷ１で連結される。このようなパターンで右側の最外郭のバスバー２２３まで金属ワイヤボンディングをすると、同じ列の円筒型バッテリーセル１００は並列に接続された状態であり、他の列が円筒型バッテリーセル１００までは直列で接続された状態になる。

前記上板部２２１は、隔板２２５を備える。前記隔板２２５は、前記上キャップ１１０から延びる（＋）金属ワイヤＷ１と、前記電池缶１２０の上端から延びる（－）金属ワイヤＷ２との間で上方へ突出するように構成される。このような隔板２２５は、ワイヤボンディング作業をするとき、金属ワイヤ間の短絡の危険を減らし、予期せぬ金属体が上板部２２１に接触する場合にも（＋）金属ワイヤＷ１と（－）金属ワイヤＷ２に同時に接触しないようにすることができる。

一方、本発明によるバッテリーパックは、本発明による上述したバッテリーモジュールを一つ以上含み得る。また、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュールの他にも、バッテリーモジュールを収納するためのパックケース、バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。

本発明によるバッテリーモジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車または電力貯蔵装置（ＥＳＳ）に適用可能である。

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。

１０ バッテリーモジュール
１００ 円筒型バッテリーセル
１１０ 上キャップ
２００ モジュールケース
３００ 冷却キャップ

Claims (11)

1. 上キャップが上部を向いて、横及び縦方向に沿って配列される円筒型バッテリーセルと、
   前記円筒型バッテリーセルを収容可能に設けられたモジュールケースと、
   各前記円筒型バッテリーセルの下端部に取り付けられる冷却キャップと、
   を含み、
   前記冷却キャップは、前記モジュールケースの下部で冷却空気と接触するように前記モジュールケースの下端から下方へ突出し、前記モジュールケースの内部に配置される円筒型バッテリーセルの位置によって予め決められた区域毎に高さが相違するように突出していることを特徴とする、バッテリーモジュール。
2. 前記冷却キャップは各々、
   前記円筒型バッテリーセルの下端部が差し込まれるように設けられた収容部と、
   前記収容部の下方へ延びて形成された放熱部と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記冷却キャップは、
   前記放熱部が、分岐して形成された複数のフィンを備える第１冷却キャップと、
   前記放熱部が前記第１冷却キャップより短く形成された第２冷却キャップと、
   前記放熱部が前記第２冷却キャップより長く、かつ前記第１冷却キャップより短く形成された第３冷却キャップと、
   前記放熱部が前記第１冷却キャップと同じ長さに形成された第４冷却キャップと、
   を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記予め決められた区域は、前記モジュールケースの左右の幅方向に沿って区画される左側の第１区域と、右側の第３区域と、前記第１区域と前記第３区域との間の第２区域と、を含み、
   前記第１区域と前記第３区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、前記モジュールケースの前方から、前記第２冷却キャップ、前記第３冷却キャップ及び前記第４冷却キャップの順に取り付けられ、
   前記第２区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、全て前記第１冷却キャップが取り付けられたことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記第１区域は、前記モジュールケースの前後の幅方向に沿ってさらに区画される前方部の第１ １区域と、中央部の第１ ２区域と、後方部の第１ ３区域と、を含み、
   前記第３区域は、前記モジュールケースの前後の幅方向に沿ってさらに区画される前方部の第３ １区域と、中央部の第３ ２区域と、後方部の第３ ３区域と、を含み、
   前記第１ １区域と前記第３ １区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、前記第２冷却キャップが取り付けられ、
   前記第１ ２区域と前記第３ ２区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、前記第３冷却キャップが取り付けられ、
   前記第１ ３区域と前記第３ ３区域に位置する前記円筒型バッテリーセルには、前記第４冷却キャップが取り付けられたことを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記第１区域と前記第３区域は、前記第２区域を基準にして対称であることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記冷却キャップは、アルミニウム、銅またはグラファイト材質から形成されたことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記冷却キャップのうちの少なくとも一つの冷却キャップは、前記放熱部が格子構造または複数のホールを備えた柱状で設けられることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記モジュールケースは、前記円筒型バッテリーセルを間に置いて上下に結合可能に設けられる下部フレーム及び上部フレームを含み、
   前記冷却キャップは、前記下部フレームの底面の下方へ突出し、
   前記上部フレームは、前記円筒型バッテリーセルの上部をカバーし、各前記円筒型バッテリーセルの上キャップに対応する箇所が穿孔されている上板部と、
   前記上板部で前記モジュールケースの前後方向へ一直線に延び、前記モジュールケースの左右の幅方向に沿って所定の間隔で離隔して配置されるバスバーと、
   を含み、
   前記円筒型バッテリーセルは、各々の上キャップと電池缶の上端が予め決められたパターンで前記バスバーに金属ワイヤで連結されてい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。
10. 前記上部フレームは、前記上キャップから延びる（＋）金属ワイヤと、前記電池缶の上端から延びる（－）金属ワイヤとの間で上方へ突出する隔板をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーモジュール。
11. 請求項１から１０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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