JP2013134993A - バッテリモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】新規な熱交換部材を備えたバッテリモジュールおよび生産費が節減され、工程効率が向上したバッテリモジュールを提供する。
【解決手段】本発明は、電気的に連結される複数のバッテリセルと、前記バッテリセルに隣接して備えられる熱交換部材とを含み、前記熱交換部材は、１つ以上のチューブと、前記チューブをカバーするフレームとからなり、前記チューブは、内部に隔壁によって形成される複数の流路を備えるバッテリモジュールに関するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリモジュールに関するものであり、より詳細には、熱交換効率が向上したバッテリモジュールに関するものである。

最近、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力バッテリモジュールが開発されており、高出力バッテリモジュールは、高電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータの駆動に使用できるように複数のバッテリセルを直列に連結して大容量のバッテリモジュールを構成する。

通常、バッテリモジュールは、複数のバッテリセルからなり得るが、バッテリセルは、電気化学的反応によって外部電子機器にエネルギーを伝達する。この時、電気化学的反応中にバッテリセルは発熱し、この熱が蓄積される場合には、バッテリセルの劣化だけでなく、ひどい場合には安全性にも問題となり得る。したがって、バッテリセルの温度を制御するために多様な研究が行われている。

上述した問題を解決するためになされた本発明の目的は、新規な熱交換部材を備えたバッテリモジュールを提供するためのものである。

また、本発明の他の目的は、生産費が節減され、工程効率が向上したバッテリモジュールを提供するためのものである。

上記の目的を達成するための本発明の特徴によれば、本発明の実施形態は、複数のバッテリセルと、前記複数のバッテリセルに隣接して備えられ、前記バッテリセルと熱交換する熱交換部材とを含むバッテリモジュールに関するものである。前記熱交換部材は、前記熱交換部材の内部に備えられる複数のチューブを含み、それぞれのチューブは、前記チューブの内部に複数の熱交換媒体の流路を備えることができる。

前記熱交換部材は、フレームをさらに含み、前記フレームは、前記フレームの内部に前記複数のチューブを収容することができる。前記フレームは、前記複数のチューブの第１面に隣接して備えられる下部部材と、前記複数のチューブの第２面と前記複数のバッテリセルとの間に備えられる上部部材とを含み、前記第２面は、前記複数のチューブの第１面に対向する面であり得る。前記下部部材は、プラスチックを含み、前記上部部材は、金属を含むことができる。

前記バッテリモジュールは、前記複数のチューブとフレームとをカバーする充填剤（ｆｉｌｌｅｒ）をさらに含み、前記充填剤は、複数のバッテリセルと複数のチューブとの間に具備できる。

前記熱交換部材は、前記複数のチューブの第１端に連結される第１バッファ部と、前記複数のチューブの第２端に連結される第２バッファ部とを含み、前記第２端は、前記第１端に対向することができる。前記熱交換部材は、前記複数のチューブを収容するフレームをさらに含み、前記フレームは、前記第１バッファ部と前記第２バッファ部との間に具備できる。

前記第１バッファ部は、前記複数のチューブのそれぞれに備えられた前記複数の熱交換媒体の流路に連結される熱交換媒体のインレットを含み、前記第２バッファ部は、前記複数のチューブのそれぞれに備えられた前記複数の熱交換媒体の流路に連結される複数の熱交換媒体のアウトレットを含むことができる。

前記第１バッファ部は、複数の第１開口部を含み、それぞれの第１開口部は、前記複数のチューブのうちの１つに対応し、前記第２バッファ部は、複数の第２開口部を含み、それぞれの第２開口部は、前記複数のチューブのうちの１つに対応することができる。

前記複数のバッテリセルは、前記第１バッファ部と前記第２バッファ部との間の領域内に備えられ、前記複数のバッテリセルは、前記複数のチューブと重なることができる。前記複数のバッテリセルは、第１方向に沿って整列され、前記複数のチューブは、前記第１方向に沿って整列され、それぞれのバッテリセルは、前記複数のチューブのうちの１つと重なることができる。前記複数のチューブは、楕円形（ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ）状に備えられ、前記複数のバッテリセルそれぞれの底面の幅は、前記複数のチューブそれぞれの幅に対応することができる。

前記複数のチューブのそれぞれは、前記複数のバッテリセルのうちの１つの側面とアラインされる（ａｌｉｇｎｅｄ）側面を備えることができる。それぞれのチューブ内の複数の熱交換媒体の流路は、前記チューブ内の１つ以上の隔壁によって具備できる。それぞれのチューブおよび前記チューブ内の少なくとも１つ以上の隔壁は、一体型構造（ｏｎｅ ｐｉｅｃｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を有することができる。

前記複数のバッテリセルは、第１方向に沿って互いに隣接して整列され、前記複数のチューブは、前記第１方向に沿って互いに隣接して整列され、少なくとも１つ以上の前記隔壁は、複数の隔壁のうちの１つであり、前記複数の隔壁は、前記第１方向に沿って互いに隣接して整列できる。

前記熱交換部材は、フレームを含むことができる。前記フレームは、前記複数のチューブの下部に備えられる下部部材を含み、前記下部部材は、前記下部部材の両端に備えられる支持部を含み、前記複数のチューブは、前記支持部の間に備えられ、前記複数のバッテリセルは、前記複数のチューブの上に整列され、前記支持部に対して突出しないように整列できる。

前記熱交換部材は、フレームをさらに含むことができる。前記フレームは、前記複数のチューブに直接連結され、前記フレームは、前記複数のバッテリセルそれぞれの底面に連結されるか、または複数のバッテリセルそれぞれの底面に備えられる充填剤に直接連結できる。

複数のバッテリセルは、複数のチューブの上部面と重なり、前記熱交換部材は、フレームを含み、前記フレームは、複数のチューブの下部面を覆う下部部材を含み、前記熱交換部材は、第１および第２バッファ部を含み、前記フレームおよび複数のチューブは、前記第１および第２バッファ部の間に整列され、前記第１および第２バッファ部は、複数のバッテリセルのそれぞれに隣接するように具備できる。

前記熱交換部材は、前記熱交換部材の上部面で凹状に備えられる収納部（ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ ｐｏｒｔｉｏｎ）をさらに含み、前記複数のバッテリセルは、前記収納部に載置され、前記複数のチューブは、前記収納部の下部に備えられ、前記熱交換部材の第１バッファ部および第２バッファ部は、前記収納部を包むように備えられ、前記第１および第２バッファ部は、前記熱交換部材の上部面に具備できる。

また、本発明にかかる実施形態は、電気的に連結される複数のバッテリセルと、前記バッテリセルに隣接して備えられる熱交換部材とを含み、前記熱交換部材は、１つ以上のチューブと、前記チューブをカバーするフレームとからなり、前記チューブは、内部に隔壁によって形成される複数の流路を備えることができる。

以上のような本発明によれば、新規な熱交換部材を備えたバッテリモジュールを提供することができる。

また、本発明によれば、生産費が節減され、工程効率が向上したバッテリモジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態にかかるバッテリモジュールの斜視図である。 熱交換部材および熱交換部材を通過する熱交換媒体の流路を概略的に示す図である。 熱交換部材の分解斜視図である。 図１のＡ−Ａに沿った断面図である。 本発明の他の実施形態にかかるバッテリセルおよび熱交換部材の概略的な断面図である。 本発明のさらに他の実施形態にかかるバッテリモジュールの斜視図である。 図５の分解斜視図である。 図５の熱交換部材の分解斜視図である。 本発明のその他の実施形態にかかる１つ以上のバッテリモジュールに対する斜視図である。

その他実施形態の具体的な事項は詳細な説明および図面に含まれている。

本発明の利点および特徴、そして、それらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるはずである。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、以下の説明において、ある部分が他の部分に連結されているとする時、これは、直接的に連結されている場合のみならず、その中間に別の素子を挟んで電気的に連結されている場合も含む。また、図面において、本発明と関係のない部分は本発明の説明を明確にするために省略し、明細書全体にわたり、類似の部分については同一の図面符号を付した。

以下、添付した図面を参考にして、本発明について説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかるバッテリモジュールの斜視図である。

本発明の好ましい実施形態にかかるバッテリモジュール２０は、電気的に連結される複数のバッテリセル１０と、バッテリセル１０に隣接して備えられ、バッテリセル１０と熱交換する熱交換部材１００とを含む。例えば、熱交換部材１００は、すべてのバッテリセル１０の下部に具備できる。熱交換部材１００は、熱交換部材１００の内部に備えられる複数のチューブ１１０を含み、チューブ１１０は、チューブ１１０の内部に隔壁１１１によって形成される複数の熱交換媒体の流路１１２（以下、流路１１２という。）を備える。また、熱交換部材１００は、フレーム１２０をさらに含み、フレーム１２０は、フレーム１２０の内部に複数のチューブ１１０を収容することができる。

熱交換部材１００は、バッテリモジュール２０のバッテリセル１０の下部で互いに並んで整列された複数のチューブ１１０を含むことができる。熱交換部材１００は、複数のバッテリセル１０の底面を支持することができる。

複数のチューブ１１０のそれぞれは、バッテリセル１０の底面に対応する大きさに具備でき、例えば、１つのチューブ１１０の幅または長さは、チューブ１１０の上部に整列されるバッテリセル１０の幅または長さに対応することができる。チューブ１１０の材料としては、金属を含むことができ、例えば、金属は、銅、アルミニウムおよびステンレススチールのうちの１つ以上を含むことができる。

バッテリセル１０は、端子部１１、１２が備えられるキャッププレート１４と、キャッププレート１４に対向して備えられる底面１７（図３参照）とを含み、熱交換部材１００は、バッテリセル１０の底面を支持するように具備できる。熱交換部材１００は、複数のバッテリセル１０それぞれの底面１７を支持することができる。

図１を参照すれば、バッテリセル１０は、一面が開口した電池ケースと、電池ケース内に収納された電極組立体および電解液とからなり得る。電極組立体および電解液は、電気化学的反応してエネルギーを発生し、電池ケースは、キャッププレート１４によって密閉される。キャッププレート１４には、端子部１１、１２と、ベント部１３とが具備できる。端子部１１、１２は、互いに異なる極性を有する正極端子１１および負極端子１２からなり得、ベント部１３は、バッテリセル１０の安全手段で、バッテリセル１０の内部で発生する気体を外部に放出する通路として作用する。互いに隣り合うバッテリセル１０の正極端子１１および負極端子１２は、バスバー１５を介して電気的に連結可能であり、バスバー１５は、ナット１６などの部材で正極端子１１および負極端子１２に固定できる。

バッテリセル１０は、複数個が整列されてなり得るが、この時、バッテリセル１０の整列状態を固定するために１つ以上のプレート１８、１９を用いることができる。プレート１８、１９は、互いに対向して備えられ、バッテリセル１０の広い面と対面する一対のエンドプレート１８と、エンドプレート１８に連結され、バッテリセル１０の側面に隣接して側面プレート１９とを含むことができる。プレート１８、１９は、複数のバッテリセル１０を固定するためのもので、これは、バッテリモジュール２０のデザインによって多様に変形可能である。

図２Ａは、熱交換部材と熱交換部材を通過する熱交換媒体の流路を概略的に示す図であり、図２Ｂは、熱交換部材の分解斜視図である。

図２Ａおよび図２Ｂを参照すれば、熱交換部材１００は、熱交換部材１００の最外面に形成されるフレーム１２０と、第１バッファ部１３０および第２バッファ部１４０とを含むことができる。第１および第２バッファ部１３０、１４０は、フレーム１２０上に形成できる。例えば、フレーム１２０は、第１バッファ部１３０と第２バッファ部１４０との間に具備できる。

第１バッファ部１３０は、複数のチューブ１１０の第１端である一端に連結可能であり、第２バッファ部１４０は、第１端に対向する第２端である複数のチューブ１１０の第２端に連結可能である。熱交換部材１００の最外面は、互いに並んで整列された複数のチューブ１１０が包まれるように、例えば、取り囲まれるように具備できる。

第１バッファ部１３０は、チューブ１１０の一端１１３ａを覆うように具備できるが、例えば、第１バッファ部１３０は、互いに並んで整列された複数のチューブ１１０それぞれの一端１１３ａを覆うように具備できる。第１バッファ部１３０は、複数のチューブ１１０のそれぞれに備えられた複数の流路１１２に連結される熱交換媒体のインレットを含み、第２バッファ部１４０は、複数のチューブ１１０のそれぞれに備えられた複数の流路１１２に連結される複数の熱交換媒体のアウトレットを含むことができる。すなわち、第１バッファ部１３０の一側には、熱交換媒体が流入（Ｆ１）するインレット１３１を備え、熱交換媒体をチューブ１１０の一端１１３ａに提供することができる。第２バッファ部１４０は、チューブ１１０の他端１１３ｂを覆うように具備できるが、例えば、第２バッファ部１４０は、互いに並んで整列された複数のチューブ１１０それぞれの他端１１３ｂを覆うように具備できる。第２バッファ部１４０の一側に熱交換媒体が流出（Ｆ２）するアウトレット１４１を備え、熱交換媒体は、チューブ１１０の他端１１３ｂから排出できる。インレット１３１およびアウトレット１４１はそれぞれ、第１および第２バッファ部１３０、１４０の同一面に具備できる。例えば、熱交換媒体は、冷却剤としてエチレングリコールおよびプロピレングリコールのうちの少なくとも１つ以上を含むことができる。

チューブ１１０は、複数個からなり得、チューブ１１０の長側部が対面するように互いに並んで備えられ、フレーム１２０によって支持できる。例えば、チューブ１１０の最外面の外皮は、幅方向および長さ方向を有する層からなり得、層は、連続する層の形態であり得る。幅方向は、チューブ１１０の短側部に沿うことができ、チューブ１１０のそれぞれは、幅方向に互いに隣接するように整列できる。長さ方向は、チューブ１１０の長側部に沿うことができ、チューブ１１０の長側部は、所定の方向に延長できるが、例えば、第１および第２バッファ部１３０、１４０の間で直接連結されるように延長できる。

複数のバッテリセル１０は、第１および第２バッファ部１３０、１４０の間の領域内に具備され、複数のバッテリセル１０は、複数のチューブ１１０と重なるように具備できる。例えば、複数のバッテリセル１０が第１方向に沿って整列され、複数のチューブ１１０は、第１方向に沿って整列され、それぞれのバッテリセル１０は、複数のチューブ１１０のうちの１つと重なることができる。複数のバッテリセル１０それぞれの底面の幅は、チューブ１１０の短側部の幅に対応することができる。例えば、チューブ１１０の短側部の幅は、１つのチューブ１１０に重なるバッテリセル１０の短側部の幅に実質的に等しくなるように、それに対応するように具備できる。したがって、１つのチューブ１１０は、バッテリセル１０と全体的に重なることができる。また、複数のチューブ１１０のそれぞれは、複数のバッテリセル１０のうちの１つの側面とアラインされる側面を備えることができる。

チューブ１１０は、内部に少なくとも１つ以上の隔壁１１１を含むことができる。少なくとも１つ以上の隔壁１１１の間は、チューブ１１０の内部に形成された少なくとも１つ以上の隔壁１１１によって複数の流路１１２を形成することができる。流路１１２は、バッテリセル１０の底面を横切る方向に熱交換媒体が流れる通路として作用することができる。チューブ１１０の材質は、銅、アルミニウム、ステンレススチールのうちの少なくともいずれか１つ以上を含むことができる。チューブ１１０は、楕円形状に具備でき、例えば、チューブ１１０の横断軸に沿う最大幅は、バッテリセル１０の幅方向の幅に実質的に等しくなるように具備できる。好ましくは、チューブ１１０は、ＰＦＣチューブ（ｐａｒａｌｌｅｌ ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｔｕｂｅ）であり得る。少なくとも１つの隔壁１１１は、チューブ１１０の短側に沿う幅方向に互いに隣接して整列される複数の隔壁１１１であり得る。例えば、複数のバッテリセル１０は、第１方向に沿って互いに隣接して整列され、複数のチューブ１１０は、第１方向に沿って互いに隣接して整列され、少なくとも１つ以上の隔壁１１１は、複数の隔壁１１１のうちの１つで、複数の隔壁１１１は、第１方向に沿って互いに隣接して整列できる。少なくとも１つの隔壁１１１は、チューブ１１０の最外面の外皮と一体型に形成され、一片である一体型構造を有することができる。それぞれのチューブ１１０は、熱交換部材１００のフレーム１２０に挿入されるように突出した形状に形成できる。

フレーム１２０は、熱交換部材１００の最外面に備えられるもので、第１および第２フレーム１２０ａ、１２０ｂからなり得、第１および第２フレーム１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、下部部材および上部部材として形成できる。下部部材の第１フレーム１２０ａは、第１および第２バッファ部１３０、１４０の下部に具備できる。上部部材の第２フレーム１２０ｂは、第１および第１バッファ部１３０、１４０の側面上部側に隣接して具備できる。

フレーム１２０は、チューブ１１０を支持する第１フレーム１２０ａと、チューブ１１０とバッテリセル１０との間に備えられる第２フレーム１２０ｂとを含むことができる。第１フレーム１２０ａは、熱交換部材１００の下部に位置し、フレーム１２０の最底部材として形成できる。第２フレーム１２０ｂは、チューブ１１０を覆うように備えられ、バッテリセル１０の底面１７と接することができる。第１および第２フレーム１２０ａ、１２０ｂは、チューブ１１０を保護するだけでなく、複数のバッテリセル１０を支持するように熱交換部材１００の所定の剛性を提供する役割を果たす。例えば、フレーム１２０は、複数のチューブ１１０の第１面、例えば、チューブ１１０の下部面に隣接して備えられる第１フレーム１２０ａと、複数のチューブ１１０の第２面、例えば、第１面に対向する面に隣接して備えられる第２フレーム１２０ｂとを含むことができる。

第１および第２フレーム１２０ａ、１２０ｂそれぞれの厚さおよび材質は、使用条件によって適切に変形可能であり、第１フレーム１２０ａと第２フレーム１２０ｂとは、厚さおよび材質などが互いに異なって具備できる。フレーム１２０は、プラスチックまたはステンレススチールなどの金属からなり得る。例えば、第１フレーム１２０ａは、プラスチックからなり、第２フレーム１２０ｂは、ステンレススチールからなり得る。プラスチックからなる第１フレーム１２０ａは、熱交換部材１００の下部断熱効果に起因して外部と熱交換媒体との熱交換を防止することができる。反面、ステンレススチールからなる第２フレーム１２０ｂは、熱伝達効果がよく、バッテリセル１０と熱交換媒体との間の熱交換効率を向上させることができる。このような熱交換部材１００を循環する熱交換媒体の大部分はバッテリセル１０と熱交換できるため、熱交換効率を向上させることができる。

第１および第２バッファ部１３０、１４０はそれぞれ、第１フレーム１２０ａ上に備えられ、チューブ１１０の一端１１３ａおよび他端１１３ｂを覆うように具備できる。第１バッファ部１３０には、熱交換媒体が流入（Ｆ１）するインレット１３１と、複数の第１開口部１３３とが具備できる。例えば、チューブ１１０それぞれの一端１１３ａは、それに対応する第１開口部１３３のうちの１つに連結され、その内部で流体連通するように具備できる。また、第２バッファ部１４０は、熱交換媒体が流出（Ｆ２）するアウトレット１４１と、複数の第２開口部１４３とが具備できる。例えば、チューブ１１０それぞれの他端１１３ｂは、それに対応する第２開口部１４３のうちの１つに連結され、その内部で流体連通するように具備できる。

第１および第２バッファ部１３０、１４０は、第１フレーム１２０ａの両端に備えられるが、第１および第２開口部１３３、１３４が互いに対面するように備えられ、第１フレーム１２０ａは、第１および第２バッファ部１３０、１４０を支持することができる。第１および第２開口部１３３、１４３は、チューブ１１０を挟んで互いに対面するように具備でき、例えば、それぞれのチューブ１１０の一端は、第１バッファ部１３０に連結されるかまたは付着することができ、チューブ１１０の他端は、第２バッファ部１４０に連結されるかまたは付着することができる。第１および第２バッファ部１３０、１４０は、チューブ１１０の表面の側面を覆うことができる。本実施形態によれば、例えば、第１バッファ部１３０は、熱交換媒体の分配部であり、第２バッファ部１４０は、熱交換媒体の収集部であり得る。

第１および第２バッファ部１３０、１４０に備えられる第１および第２開口部１３３、１４３は、チューブ１１０の一端１１３ａおよび他端１１３ｂに対応するように具備できる。チューブ１１０の一端１１３ａおよび他端１１３ｂはそれぞれ、第１および第２開口部１３３、１４３に連結できる。第１バッファ部１３０のインレット１３１を介して流入（Ｆ１）する熱交換媒体は、第１バッファ部１３０の第１開口部１３３を介してそれぞれのチューブ１１０の流路１１２内に流れることができる。チューブ１１０を通過した熱交換媒体は、第２バッファ部１４０の第２開口部１４３を介して排出され、アウトレット１４１を介して流出（Ｆ２）することができる。

通常、バッテリセルの熱を制御するために熱交換部材が用いられ、熱交換部材内には、バッテリモジュール、すなわち、バッテリセルと熱交換するように熱交換媒体が流れ得る流路が備えられなければならない。このように熱交換媒体の流路を備えるために、熱交換部材は、上板および下板と、冷却水が形成されるように備えられる中間板とからなり、３つの板をロウ付け接合して製作される。また、中間板の場合には、熱交換媒体が流れる流路を形成しなければならないため、複数の隔壁と、隔壁の上下部を塞ぐための板とからなることが必要である。この時、それぞれの隔壁は、ロウ付けによって隔壁の上下部を塞ぐ板と接合される。ロウ付けは、２つ以上の部材を接合する手段である。比較的溶融点の低い合金を互いに接合しようとする部材の間におき、合金は溶け、接合しようとする部材は溶けないように加熱し、部材を互いに接合させる。

このように、上板、下板および中間板をロウ付けして製造される熱交換部材でロウ付けをするためには、３つの板の厚さが一定厚さ以上でなければならず、バッテリモジュールに適用するためには、大きいサイズに適用できるようにロウ付けに対する高度な技術が要求される。特に、中間板の場合、薄型の隔壁を隔壁の上下部を塞ぐ板と接合させるためには高度なロウ付け技術を必要とし、また、隔壁間の間隔が狭小で、接合時に不良が頻繁に発生した。

３つの板は、高価なアルミニウムを使用しなければならず、また、３つの板を接合して備えられた熱交換部材は、それ自体では複数のバッテリセルを支持する剛性を有することができないため、追加の補助支持部材を必要とした。このように、従来技術によっては、熱交換部材の厚さを所定以下に減少させることが難しく、バッテリモジュールの体積および重量を増加させ、また、上述のように、高度なロウ付け技術を利用しなければならないため、工程費用を増加させた。

本発明の実施形態にかかるバッテリモジュール２０は、新規な熱交換部材１００を用いてバッテリモジュール２０の体積および重量を減少させることができる。また、本実施形態にかかる熱交換部材１００は、ロウ付けなどのような技術を利用せずに薄く製作できる。

図３は、図１のＡ−Ａに沿った断面図である。

図３を参照すれば、本実施形態にかかるバッテリモジュール２０において、バッテリセル１０の底面１７には、熱交換部材１００が具備できる。バッテリセル１０は、複数個からなり得るが、それぞれのバッテリセル１０は、熱交換部材１００内に備えられるそれぞれのチューブ１１０に対応するように具備できる。

熱交換部材１００は、バッテリセル１０の底面１７を支持するように備えられ、バッテリセル１０と熱交換してバッテリセル１０の温度を制御する。熱交換部材１００にはチューブ１１０が備えられていて、熱交換部材１００は熱交換部材１００の内部で熱交換媒体が循環することができる。熱交換媒体は、第１バッファ部１３０のインレット１３１に流入してチューブ１１０に沿って内部で循環し、第２バッファ部１４０に備えられたアウトレット１４１を介して排出できる。

チューブ１１０内を流れる熱交換媒体は、バッテリセル１０に隣接するように備えられ、バッテリセル１０と熱交換するが、この時、チューブ１１０は、バッテリセル１０の底面１７に対応する大きさに具備できる。また、熱交換部材１００の内部には、複数のチューブ１１０が並ぶように整列されているが、この時、チューブ１１０とバッテリセル１０の底面１７とが一対一に対応するように備えられることが好ましい。熱交換部材１００内において、バッテリセル１０と熱交換する熱交換媒体の流路１１２を提供するものがチューブ１１０である。したがって、チューブ１１０とバッテリセル１０とが一対一に対応するように備えられる時、バッテリセル１０の熱交換効率を向上させることができる。

以下、図４ないし図８を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。後述する内容を除いては、図１ないし図３で説明した実施形態に記載された内容と類似するので、これに対する詳細な内容は省略する。

図４は、本発明の他の実施形態にかかるバッテリセルと熱交換部材の概略的な断面図である。

図４を参照すれば、本実施形態にかかる熱交換部材２００は、バッテリセル１０の底面１７を支持するように具備できる。熱交換部材２００は、互いに並んで備えられる複数のチューブ２１０と、チューブ２１０の底面を支持するように熱交換部材２００の底面に備えられるフレーム２２０と、第１および第２バッファ部とを含むことができる。チューブ２１０は、チューブ２１０の内部に１つ以上の隔壁２１１を含み、隔壁２１１は、その内部を通過する複数の流路２１２を提供することができる。すなわち、複数のバッテリセル１０は、複数のチューブ２１０の上部面と重なり、熱交換部材２００は、フレーム２２０を含むが、フレーム２２０は、複数のチューブ２１０の下部面を覆うように備えられる下部部材を含むことができる。また、熱交換部材２００は、第１および第２バッファ部２３０、２４０を含むが、フレーム２２０および複数のチューブ２１０は、第１および第２バッファ部２３０、２４０の間に整列され、第１および第２バッファ部２３０、２４０は、複数のバッテリセル１０のそれぞれに隣接して具備できる。

また、バッテリモジュールは、複数のチューブ２１０およびフレーム２２０をカバーする充填剤２５０をさらに含み、充填剤２５０は、チューブ２１０とバッテリセル１０との間に具備できる。また、充填剤２５０は、フレーム２２０とチューブ２１０との間の空いた空間を満たすように具備できる。充填剤２５０は、バッテリセル１０の底面上に直接形成されるか、またはチューブ２１０の上部面上に直接形成できる。また、充填剤２５０は、チューブ２１０の間の空間を満たすことができ、したがって、充填剤２５０による部分は、フレーム２２０上に直接具備できる。充填剤２５０は、互いに隣接したバッテリセル１０の底面１７の間の領域を満たすことができる。

本実施形態にかかる熱交換部材２００は、バッテリセル１０とチューブ２１０との間に具備された充填剤２５０からなり得る。充填剤２５０は、弾性を有するため、熱交換部材２００は、バッテリセル１０の底面１７との間に離隔した空間なく接するようになる。また、充填剤２５０は、チューブ２１０とフレーム２２０との間の形状によって備えられる多様な形態の空いた空間を満たすことができるため、熱交換部材２００の剛性を補強することができ、熱交換効率を向上させることができる。

図５は、本発明のさらに他の実施形態にかかるバッテリモジュールの斜視図であり、図６は、図５の分解斜視図であり、図７は、図５の熱交換部材の分解斜視図である。

図５ないし図７を参照すれば、本実施形態にかかるバッテリモジュール４０は、複数のバッテリセル１０と、バッテリセル１０に隣接して備えられる熱交換部材３００とを含み、熱交換部材３００は、１つ以上のチューブ３１０と、チューブ３１０をカバーするフレーム３２０と、第１および第２バッファ部３３０、３４０とからなり得る。また、本実施形態にかかる熱交換部材３００は、熱交換部材３００の上部面で凹状に備えられる収納部３６０をさらに含み、バッテリセル１０は、収納部３６０に載置できる。また、チューブ３１０は、収納部３６０の下部に備えられ、熱交換部材３００の第１および第２バッファ部３３０、３４０は、収納部３６０を包むように備えられるが、第１および第２バッファ部３３０、３４０は、熱交換部材３００の上部面に具備できる。

収納部３６０は、バッテリセル１０を収納するように具備できる。例えば、それぞれのバッテリセル１０は、収納部３６０の内側に載置でき、収納部３６０の側壁は、幅方向に沿ってバッテリセル１０の側壁の低い部分を包むように具備できる。収納部３６０は、バッテリセル１０の底面を支持するように備えられるが、バッテリセル１０の側面の少なくとも一部を覆うように具備できる。

フレーム３２０は、チューブ３１０を支持するように備えられる第１フレーム３２０ａと、バッテリセル１０とチューブ３１０との間に備えられる第２フレーム３２０ｂとからなり得る。第１フレーム３２０ａは、フレーム３２０の下部部材であり得、例えば、熱交換部材３００の最外郭表面に形成できる。第２フレーム３２０ｂは、上部部材を含むことができる。別法として、充填剤がバッテリセル１０とチューブ３１０との間に備えられる時、第２フレーム３２０ｂは除外可能である。

収納部３６０は、熱交換部材３００において、第１および第２バッファ部３３０、３４０と第１フレーム３２０ａとによって具備できる。収納部３６０の側壁は、第１および第２バッファ部３３０、３４０と第１フレーム３２０ａとによって具備できる。収納部３６０の底面は、第２フレーム３２０ｂによって具備できる。

熱交換部材３００は、インレット３３１を備える第１バッファ部３３０とアウトレット３４１を備える第２バッファ部３４０とが第１フレーム３２０ａ上の両端に備えられて構成できる。この時、第１および第２バッファ部３３０、３４０は、チューブ３１０の一端３１３ａと他端３１３ｂとにそれぞれ連結される第１および第２開口部３３３、３４３が互いに対面するように具備できる。

第１フレーム３２０ａは、第１フレーム３２０ａの両端に備えられる支持部３２２を含むが、複数のチューブは、支持部３２２の間に具備できる。すなわち、バッテリセル１０の底面を支持するように備えられるベース部３２１と、ベース部３２１の両端でバッテリセル１０と並んで突出した一対の支持部３２２とを含むことができる。ベース部３２１とベース部３２１上に備えられる一対の支持部３２２とは、例えば、一体型に具備できる。

一対の支持部３２２は、ベース部３２１の対向する端に形成でき、バッテリセル１０およびチューブ３１０が整列される方向に並んで延長できる。例えば、前記チューブ３１０は、一対の支持部３２２の間で互いに並ぶように整列できる。第１フレーム３２０ａの一対の支持部３２２は、収納部３６０の側面を具備させることができる。

また、第１フレーム３２０ａ上には、第１および第２バッファ部３３０、３４０が具備でき、第１および第２バッファ部３３０、３４０は、ベース部３２１に備えられ、支持部３２２に接するように具備できる。すなわち、ベース部３２１でチューブ３１０が整列される方向に並んで支持部３２２が備えられ、第１および第２バッファ部３３０、３４０は、第１および第２開口部３３３、３４３がチューブ３１０の一端３１３ａおよび他端３１３ｂと結合するように備えられるため、支持部３２２と第１および第２バッファ部３３０、３４０とは、ベース部３２１上で垂直に接するようになる。

本実施形態によれば、一対の支持部３２２は、チューブ３１０に適切な位置に熱交換部材３００の側面端に形成でき、チューブは、例えば、バッテリセル１０の周辺領域を除くように、実質的にバッテリセル１０の下部にのみ形成できる。バッテリセル１０は、一対の支持部３２２に対して突出しないように整列でき、バッテリセル１０の領域は、一対の支持部３２２を越える領域には整列されないように具備できる。したがって、一対の支持部３２２と第１および第２バッファ部３３０、３４０は共に、熱交換部材３００の最外面フレームを形成することができる。

本実施形態にかかる熱交換部材３００は、互いに対面する一対の支持部３２２に接するように備えられる第１および第２バッファ部３３０、３４０を含み、チューブ３１０は、一対の支持部３２２と第１および第２バッファ部３３０、３４０との間に整列できる。また、チューブ３１０とバッテリセル１０との間には、第２フレーム３２０ｂが具備できる。

第１フレーム３２０ａにおいて、ベース部３２１に備えられる支持部３２２の高さＳは、第１および第２バッファ部３３０、３４０の高さＴに対応するように具備できる。また、第１および第２バッファ部３３０、３４０には、それぞれ第１および第２開口部３３３、３４３が具備できるが、第１および第２開口部３３３、３４３は、チューブ３１０に接するように第１および第２バッファ部３３０、３４０の下側に具備できる。第１および第２バッファ部３３０、３４０の高さＴは、チューブ３１０および第２フレーム３２０ｂを合わせた高さよりも大きく備えられる。したがって、第１および第２バッファ部３３０、３４０において、チューブ３１０および第２フレーム３２０ｂを除く残りの部分は、バッテリセル１０の側面の少なくとも一部に隣接して具備できる。

すなわち、第２フレーム３２０ｂは、第１および第２バッファ部３３０、３４０の上部領域に隣接して具備できる。収納部３６０が備えられることにより、バッテリセルは、第１および第２バッファ部３３０、３４０の上部領域に隣接して具備できる。第１および第２バッファ部３３０、３４０と支持部３２２および第２フレーム３２０ｂとは、バッテリセル１０が載置される空間である収納部３６０を提供することができる。

本実施形態によれば、収納部３６０は、熱交換部材３００上に備えられるバッテリセル１０の整列を容易にすることができ、また、バッテリセル１０を固定させることができる。他の実施形態によれば、収納部３６０は、一対の支持部３２２が形成される間には除外されてもよい。

図８は、本発明のその他の実施形態にかかる１つ以上のバッテリモジュールに対する斜視図である。

図８を参照すれば、バッテリモジュール６０は、互いに連続して連結される複数のバッテリモジュール６０を含むことができ、バッテリモジュール６０は、連結によって熱交換媒体を互いに共有することができる。例えば、バッテリモジュールはそれぞれ、１つ以上の第１および第２バッテリモジュール６０ａ、６０ｂからなり得る。第１および第２バッテリモジュール６０ａ、６０ｂはそれぞれ、１つ以上のバッテリセル１０と、バッテリセル１０に隣接して備えられる熱交換部材４００とが具備できるが、熱交換部材４００はそれぞれ、第１および第２バッファ部４３０、４４０を含むことができる。すなわち、第１バッテリモジュール６０ａの第２バッファ部４４０に備えられるアウトレットは、第２バッテリモジュール６０ｂの第１バッファ部４３０に備えられるインレットと連通する連結部材４６０を備えることができる。また、インレットまたはアウトレットと連結部材４６０との間には、締結部４７０が具備できる。例えば、締結部４７０は、インレットまたはアウトレットに隣接して具備できる。

第１および第２バッファ部４３０、４４０には、熱交換媒体の通路であるインレットおよびアウトレットが具備できるが、インレットまたはアウトレットは外部に連結可能であり、また、隣り合うバッテリモジュールとバッテリモジュールとの間に連結可能である。この時、インレットまたはアウトレットと連結部材４６０との間に締結部４７０が備えられ、熱交換媒体の漏れを防止することができる。

具体的には、第１バッテリモジュール６０ａの第２バッファ部４４０に備えられるアウトレットは、第１バッテリモジュール６０ａに連結される熱交換部材４００内に形成されたチューブ（図示せず）から排出される熱交換部材のアウトレットに対応することができる。また、第２バッテリモジュール６０ｂの第１バッファ部４３０に備えられるインレットは、第２バッテリモジュール６０ｂに連結される熱交換部材４００内に形成されたチューブに流入する熱交換部材のインレットに対応することができる。

前述のように、冷却機能を有するバッテリモジュールは、冷却プレートを含むことができる。冷却プレートの内部構造は、バッテリモジュールに連結され、バッテリモジュールと均一に熱交換する冷却プレートの熱交換領域を提供し、また、バッテリモジュールの作動流体の圧力差を減少させるためのものと関係することができる。

本実施形態は、例えば、アルミニウムなどの金属で形成された、均一な流れを有するチューブのような排出チューブに適用可能である。排出チューブを用いることにより、バッテリモジュールの開発費用を減少させることができる。例えば、生産費の負担は、追加的な流れチャネルを必要としないような方式である排出チューブを適用することによって減少することができる。また、本実施形態は、熱交換性能の向上を提供することができる。その他、作動流体の流速は熱交換性能の向上によって減少することができ、したがって、ポンプ容量なども減少することができる。

前述のように、本発明の実施形態は、熱交換部材を含むバッテリモジュールを提供することができる。また、本実施形態は、生産費が減少し、工程効率が増加したバッテリモジュールを提供することができる。

熱交換部材の表面、例えば、バッテリモジュールの外面と対面する下部面は、一体型の絶縁物質で覆われていてよい。したがって、このようなカバー内の金属の露出を予防することができ、安全性が向上したバッテリモジュールを提供することができる。また、一体型に連続的に形成された絶縁部材で多様な部材の上に絶縁物質を形成させることにより、生産性が向上し、品質の変動を減少させることができる。

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は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができる。そのため、上述した実施形態は、すべての面で例示的なものであって、限定的ではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そして、その均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

１０ バッテリセル
１１、１２ 端子部
１３ ベント部
１４ キャッププレート
１５ バスバー
１６ ナット
１７ 底面
１８、１９ プレート
２０、４０、６０ バッテリモジュール
１００、２００、３００、４００ 熱交換部材
１１０、２１０、３１０ チューブ
１２０、２２０、３２０ フレーム
１３０、２３０、４３０ 第１バッファ部
１４０、２４０、４４０ 第２バッファ部
２５０ 充填剤
４６０ 連結部材

Claims (20)

1. 複数のバッテリセルと、
   前記複数のバッテリセルに隣接して備えられ、前記バッテリセルと熱交換する熱交換部材とを含み、
   前記熱交換部材が、前記熱交換部材の内部に備えられる複数のチューブを含み、それぞれのチューブが、前記チューブの内部に複数の熱交換媒体の流路を備えることを特徴とする、バッテリモジュール。
2. 前記熱交換部材が、フレームをさらに含み、前記フレームが、前記フレームの内部に前記複数のチューブを収容することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
3. 前記フレームが、
   前記複数のチューブの第１面に隣接して備えられる下部部材と、
   前記複数のチューブの第２面と前記複数のバッテリセルとの間に備えられる上部部材とを含み、
   前記第２面が、前記複数のチューブの第１面に対向する面であることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリモジュール。
4. 前記下部部材が、プラスチックを含み、前記上部部材が、金属を含むことを特徴とする、請求項３に記載のバッテリモジュール。
5. 前記バッテリモジュールが、前記複数のチューブとフレームとをカバーする充填剤をさらに含み、前記充填剤が、複数のバッテリセルと複数のチューブとの間に備えられることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリモジュール。
6. 前記熱交換部材が、
   前記複数のチューブの第１端に連結される第１バッファ部と、
   前記複数のチューブの第２端に連結される第２バッファ部と、を含み、
   前記第２端が、前記第１端に対向することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
7. 前記熱交換部材が、前記複数のチューブを収容するフレームをさらに含み、前記フレームが、前記第１バッファ部と前記第２バッファ部との間に備えられることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリモジュール。
8. 前記第１バッファ部が、前記複数のチューブのそれぞれに備えられた前記複数の熱交換媒体の流路に連結される熱交換媒体のインレットを含み、
   前記第２バッファ部が、前記複数のチューブのそれぞれに備えられた前記複数の熱交換媒体の流路に連結される複数の熱交換媒体のアウトレットを含むことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリモジュール。
9. 前記第１バッファ部が、複数の第１開口部を含み、それぞれの第１開口部が、前記複数のチューブのうちの１つに対応し、
   前記第２バッファ部が、複数の第２開口部を含み、それぞれの第２開口部が、前記複数のチューブのうちの１つに対応することを特徴とする、請求項６に記載のバッテリモジュール。
10. 前記複数のバッテリセルが、前記第１バッファ部と前記第２バッファ部との間の領域内に備えられ、前記複数のバッテリセルが、前記複数のチューブと重なることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリモジュール。
11. 前記複数のバッテリセルが、第１方向に沿って整列され、前記複数のチューブが、前記第１方向に沿って整列され、それぞれのバッテリセルが、前記複数のチューブのうちの１つと重なることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
12. 前記複数のチューブが、楕円形状に備えられ、
    前記複数のバッテリセルそれぞれの底面の幅が、前記複数のチューブそれぞれの幅に対応することを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリモジュール。
13. 前記複数のチューブのそれぞれが、前記複数のバッテリセルのうちの１つの側面とアラインされる側面を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
14. それぞれのチューブ内の複数の熱交換媒体の流路が、前記チューブ内の１つ以上の隔壁によって備えられることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
15. それぞれのチューブおよび前記チューブ内の少なくとも１つ以上の隔壁が、一体型構造を有することを特徴とする、請求項１４に記載のバッテリモジュール。
16. 前記複数のバッテリセルが、第１方向に沿って互いに隣接して整列され、
    前記複数のチューブが、前記第１方向に沿って互いに隣接して整列され、
    少なくとも１つ以上の前記隔壁が、複数の隔壁のうちの１つであり、前記複数の隔壁が、前記第１方向に沿って互いに隣接して整列されることを特徴とする、請求項１４に記載のバッテリモジュール。
17. 前記熱交換部材が、フレームを含み、前記フレームが、前記複数のチューブの下部に備えられる下部部材を含み、
    前記下部部材が、前記下部部材の両端に備えられる支持部を含み、前記複数のチューブが、前記支持部の間に備えられ、
    前記複数のバッテリセルが、前記複数のチューブの上に整列され、前記支持部に対して突出しないように整列されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
18. 前記熱交換部材が、フレームをさらに含み、
    前記フレームが、前記複数のチューブに直接連結され、前記フレームが、前記複数のバッテリセルそれぞれの底面に連結されるか、または前記複数のバッテリセルそれぞれの底面に備えられる充填剤に直接連結されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
19. 複数のバッテリセルが、前記複数のチューブの上部面と重なり、
    前記熱交換部材が、フレームを含み、前記フレームが、前記複数のチューブの下部面を覆う下部部材を含み、
    前記熱交換部材が、第１および第２バッファ部を含み、前記フレームおよび前記複数のチューブが、前記第１および第２バッファ部の間に整列され、前記第１および第２バッファ部が、前記複数のバッテリセルのそれぞれに隣接するように備えられることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。
20. 前記熱交換部材が、前記熱交換部材の上部面で凹状に備えられる収納部をさらに含み、前記複数のバッテリセルが、前記収納部に載置され、
    前記複数のチューブが、前記収納部の下部に備えられ、
    前記熱交換部材の第１バッファ部および第２バッファ部が、前記収納部を包むように備えられ、前記第１および第２バッファ部が、前記熱交換部材の上部面に備えられることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリモジュール。

Images