JP2014535139A - 中大型電池パックアセンブリ - Google Patents

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Abstract

本発明は、電池パックに関し、より詳細には、（ａ）充放電が可能な電池セルを含む二つ以上の電池モジュールが側面方向に互いに接しながら上層と下層の２つの層構造で積層されているモジュールアセンブリ；（ｂ）前記上層モジュールアセンブリにおいて、第１の上層連結部材と第２の上層連結部材；（ｃ）前記下層モジュールアセンブリにおいて、第１の下層連結部材と第２の下層連結部材；（ｄ）一対の側面支持部材；（ｅ）前記上層と下層モジュールアセンブリの側面と側面支持部材との間の界面に装着される各絶縁部材；及び（ｆ）第１の下端支持部材と第２の下端支持部材；を含む電池パックを提供する。

Description

本発明は、電池パックに関し、より詳細には、（ａ）充放電が可能な電池セルを含む二つ以上の電池モジュールが側面方向に互いに接しながら上層と下層の２つの層構造で積層されているモジュールアセンブリ、（ｂ）前記上層モジュールアセンブリにおいて、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び前面上端を覆いながら装着されている第１の上層連結部材と、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び後面上端を覆いながら装着されている第２の上層連結部材、（ｃ）前記下層モジュールアセンブリにおいて、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び前面下端を覆いながら装着されている第１の下層連結部材と、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び後面下端を覆いながら装着されている第２の下層連結部材、（ｄ）前記上層と下層モジュールアセンブリの側面を同時に覆いながら上層連結部材と下層連結部材に結合されている一対の側面支持部材、（ｅ）前記上層と下層モジュールアセンブリの側面と側面支持部材との間の界面に装着される各絶縁部材、及び（ｆ）前記下層モジュールアセンブリの前面下端をそれぞれ支持しながら各側面支持部材に結合されている第１の下端支持部材と、下層モジュールアセンブリの後面下端をそれぞれ支持しながら各側面支持部材に結合されている第２の下端支持部材、を含む電池パックに関する。
最近、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
小型モバイル機器には、デバイス１台当たり一つまたは二つないし三つの電池セルが使用される一方、自動車などの中大型デバイスには、高出力大容量の必要性により、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池パックが使用される。
中大型電池パックは、可能な限り小さいサイズと重量で製造されることが好ましいので、高い集積度で充積することができ、容量に対比して重量の小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池パックの電池セルとして主に使用されている。特に、アルミニウムラミネートシートなどを外装部材として使用するパウチ型電池は、重量が小さく、製造費用が低いという利点により、最近多くの関心を集めている。
図１は、従来の代表的なパウチ型電池の斜視図である。図１を参照すると、パウチ型電池１００は、二つの電極リード１１０、１２０が互いに対向した状態で電池本体１３０の上端部と下端部にそれぞれ突出している構造からなっている。外装部材１４０は、上下の二つの単位からなっており、その内面に形成されている収納部に電極組立体（図示せず）を装着した状態で相互接触部位である両側面１４２と上端部及び下端部１４１、１４３を付着させることによって電池１００が製作される。
外装部材１４０は、樹脂層／金属箔層／樹脂層のラミネート構造からなっており、互いに接する両側面１４２と上端部及び下端部１４１、１４３に熱と圧力を加えながら樹脂層を互いに融着させることによって付着させることができ、場合に応じては、接着剤を使用して付着させることもできる。両側面１４２は、上下の外装部材１４０の同一の樹脂層が直接接するので、溶融によって均一な密封が可能である。その一方、上端部１４１と下端部１４３には電極リード１１０、１２０が突出しているので、電極リード１１０、１２０の厚さ及び外装部材１４０の素材との異質性を考慮した上で、密封性を高めるように各電極リード１１０、１２０間にフィルム状のシーリング部材１６０を介在した状態で熱融着を行う。
しかし、外装部材１４０自体の機械的剛性が優秀でないので、安定した構造の電池モジュールを製造するためには、各電池セル（各単位電池）をカートリッジなどのパックケースに装着して電池モジュールを製造している。しかし、中大型電池モジュールが装着される装置または車両などには一般に装着空間が限定的であるので、カートリッジなどのパックケースの使用によって電池モジュールのサイズが大きくなる場合は、低い空間活用度の問題がもたらされる。また、電池セルの低い機械的剛性は、充放電時に電池セルの反復的な膨張及び収縮で示され、その結果、熱融着部位の分離ももたらされる。
また、電池パックは、多数の電池セルが組み合わされた構造体であり、一部の電池セルに過電圧、過電流、過発熱が生じる場合は、電池パックの安全性と作動効率が大きな問題となるので、これらを検出するための手段が必要である。したがって、電圧センサー、温度センサーなどを各電池セルに連結し、実時間または一定の間隔で作動状態を確認して制御しているので、このような検出手段の装着及び連結が電池パックの組立過程を非常に煩雑にし、このための多数の配線によって短絡の危険性も存在する。
これとは別途に、多数の電池セルを使用して中大型電池モジュールを構成し、または、所定単位の各電池セルからなる多数の単位モジュールを使用して中大型電池パックを構成する場合、これらの機械的締結及び電気的接続のために一般に多くの部材が必要であるので、それらを組み立てる過程が非常に複雑になる。さらに、機械的締結及び電気的接続のための多数の部材の結合、溶接、ソルダリングなどのための空間が要求され、その結果、システム全体のサイズが大きくなる。このようなサイズの増加は、中大型電池モジュールが装着される装置及びデバイスの空間上の限界の側面で好ましくない。さらに、車両などの限定された内部空間に効率的に装着するためには、さらにコンパクトな構造の中大型電池モジュールが要求される。
これと関連して、日本公開特許第２００５―０５０６１６号には、バスなどの大型車両に搭載される中大型電池モジュールにおいて、車両の衝突などによる外力に対して安全性を高めるために、電池パックをそれぞれ２つずつ載置する下端ラック及び上端ラックを含んでおり、下端ラック架台部材と上端ラック架台部材は、下端ラック懸架部材及び上端ラック懸架部材によって車両のボディーに懸架され、前記架台部材の剛性が高く、前記懸架部材の剛性が低い構造の中大型電池モジュールが開示されている。
しかし、前記技術の中大型電池モジュールは、多数のラックを使用することによって車両衝突時の安全性を向上させることはできるが、合計４つの電池パックを装着するために２つの複雑なラックを構成しなければならないので、体積及び重量が増加し、コンパクトな構造の電池モジュールを構成するにおいて、技術的側面で適用しにくいという問題を有する。すなわち、前記技術は、高い機械的剛性を付与するために外形を大きく形成しなければならないので、体積及び重量が非常に大きくなるという短所を有している。
一方、電池モジュールアセンブリは、多数の電池セルが組み合わされた構造体であり、一部の電池セルに過電圧、過電流、過発熱が生じる場合は、電池モジュールの安全性と作動効率が大きな問題となるので、これらを検出して制御する手段が必要である。したがって、電圧センサー、温度センサーなどを各電池セルに連結し、実時間または一定の間隔で作動状態を確認して制御しているので、このような検出手段の装着及び連結とこれらの制御手段が電池モジュールの組立過程を非常に煩雑にし、このための多数の配線によって短絡の危険性も存在する。
したがって、上述したように、よりコンパクトで、構造的安定性に優れ、簡単な構造で検出手段の装着が可能な電池モジュールアセンブリに対する必要性が高い実情にある。
本発明は、前記のような従来技術の問題と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
具体的に、本発明の目的は、少数の部材を用いて車両などの制限された空間において最小の空間に安定的に装着できるコンパクトで且つ最適な配置構造を有し、組み立てが容易であり、外部の衝撃に対して構造的安定性に優れた電池パックを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、機械的締結及び電気的接続のために多数の部材を使用せずとも、簡単な組立方法によって製造することによって、全般的な製造費用を低下させ得る中大型電池パックを提供することにある。
このような目的を達成するための本発明に係る中大型電池パックは、
（ａ）充放電が可能な電池セルを含む二つ以上の電池モジュールが側面方向に互いに接しながら上層と下層の２つの層構造で積層されているモジュールアセンブリ、
（ｂ）前記上層モジュールアセンブリにおいて、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び前面上端を覆いながら装着されている第１の上層連結部材と、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び後面上端を覆いながら装着されている第２の上層連結部材、
（ｃ）前記下層モジュールアセンブリにおいて、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び前面下端を覆いながら装着されている第１の下層連結部材と、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び後面下端を覆いながら装着されている第２の下層連結部材、
（ｄ）前記上層と下層モジュールアセンブリの側面を同時に覆いながら上層連結部材と下層連結部材に結合されている一対の側面支持部材、
（ｅ）前記上層と下層モジュールアセンブリの側面と側面支持部材との間の界面に装着される各絶縁部材、及び
（ｆ）前記下層モジュールアセンブリの前面下端をそれぞれ支持しながら各側面支持部材に結合されている第１の下端支持部材と、下層モジュールアセンブリの後面下端をそれぞれ支持しながら各側面支持部材に結合されている第２の下端支持部材、
を含んで構成される。
したがって、本発明に係る中大型電池パックは、縦方向及び横方向に長方形の電池モジュールが多数積層されてモジュールアセンブリをなしており、このようなモジュールアセンブリが特定の部材によって固定されることによって、全体の組立過程が簡素化され、コンパクトで且つ安定的な構造を有し、多数の部材を使用せずとも機械的締結と電気的接続をなすことができる。
一つの好ましい例において、前記電池モジュールは、二つ以上の電池セルまたは電池セルを含む二つ以上の単位モジュールが電気的に連結されてモジュールケースに内蔵されている構造からなり得る。
前記単位モジュールは多様な構造からなり、以下で好ましい例を説明する。
単位モジュールは、各電極端子が上端及び下端にそれぞれ形成されている板状型電池セルが並列または直列に互いに連結されている構造であって、前記各電極端子の連結部が折り曲げられて積層構造をなしている二つ以上の電池セル、及び前記電極端子部位を除いて前記各電池セルの外面を覆うように結合されるセルカバーを含んで構成することができる。
前記板状型電池セルは、電池モジュールの構成のために充積されたとき、全体のサイズを最小化できるように薄い厚さと相対的に広い幅及び長さを有する二次電池セルである。そのような好ましい例としては、樹脂層及び金属層を含むラミネートシートの電池ケースに電極組立体が内蔵されており、上下の両端部に電極端子が突出している構造の二次電池セルを挙げることができ、具体的には、アルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに電極組立体が内蔵されている構造であり得る。このような構造の二次電池セルをパウチ型電池セルと称することもある。
このような各電池セルは、好ましくは、二つ以上の単位で合成樹脂または金属素材の高強度セルカバーに覆われた構造で一つの単位モジュールを構成するので、前記高強度セルカバーは、機械的剛性の低い電池セルを保護しながら充放電時の反復的な膨張及び収縮の変化を抑制し、電池セルのシーリング部位の分離を防止する。したがって、究極的に、さらに安全性に優れた中大型電池モジュールの製造が可能になる。
一つの好ましい例において、前記第１及び第２の上層連結部材は、モジュールアセンブリの両側面の一部及び前面上端または後面上端を同時に覆うように垂直断面上に「コ」字状であるフレーム本体と、前記側面支持部材に結合されるように前記フレーム本体の両側端部からそれぞれ延長されている結合部とを含むことができる。
また、前記第１及び第２の下層連結部材は、モジュールアセンブリの両側面の一部及び前面下端または後面下端を同時に覆うように垂直断面上に「コ」字状であるフレーム本体と、前記側面支持部材及び下端支持部材に結合されるように前記フレーム本体の両側端部からそれぞれ延長されている結合部とを含むことができる。
前記第１及び第２の上層連結部材と第１及び第２の下層連結部材において、結合部のサイズは、それに結合される結合部材に応じて多様に設定することができ、好ましくは、モジュールアセンブリのそれぞれの側面の上下長さを基準にして２０％ないし８０％、好ましくは３０％ないし７０％のサイズに延長して形成することができる。
場合に応じては、前記フレーム本体には、モジュールアセンブリに接する部位に冷媒の流出を防止するための密封用弾性部材をさらに装着することができる。
前記上層と下層モジュールアセンブリの側面と側面支持部材との間の界面に装着される絶縁部材は、冷媒が所定の方向に限定的に流れるように誘導すると同時に、外側と内側の各モジュールアセンブリの温度偏差を減少させる役割をする。
すなわち、モジュールアセンブリの両側面にそれぞれ絶縁部材を装着し、モジュールアセンブリの開放面を閉鎖することによって、冷媒をモジュールアセンブリを介してのみ移動させる。したがって、絶縁部材が装着されない場合、外部に開放される外側電池モジュールの相対的に速い冷却を防止する。一般に、電池モジュールは速く冷却されることが好ましいが、その理由は、中大型電池システムにおいて、一部の電池モジュールのみの高い冷却率は各電池モジュール相互間の不均衡をもたらし、そのような不均衡は、窮極的に電池セルの劣化を加速化させるためである。したがって、前記絶縁部材は、冷媒（空気）の流路を形成すると同時に、各単位電池モジュール間の温度均一性を高める役割をする。
このような絶縁部材は、電池モジュールに対面する内側面に冷媒流路が形成されるように屈曲している構造からなり得る。また、上述した各電池モジュール間の温度均一性をさらに高めるために、前記密閉部材は断熱素材からなることが好ましい。特に、電池モジュールアセンブリの全体の重量を最小化しながら断熱性を高めるように、前記密閉部材は発泡性樹脂で製作することができる。
一方、前記側面支持部材は、モジュールアセンブリの側面に密着する板状本体と、第１または第２の下端支持部材に結合されるように折り曲げられている下端フレームとを含む構造であり得る。
また、前記下端フレームには、締結部材によって第１または第２の下端支持部材に結合するための各貫通口を穿孔することができる。
このような各貫通口は、下記の第１及び第２の下端支持部材と締結されて二重で結合されるので、モジュールアセンブリとの結合を堅固にすると同時に、モジュールアセンブリの耐久性を向上させることができる。
以上説明したように、前記第１及び第２の下端支持部材は、下層モジュールアセンブリの下面を支持する下部固定リブと、前記側面支持部材に結合されるように前記下部固定リブの両側端部から延長された各結合部とを含む構造であり得る。
また、前記各結合部のうち一つの結合部は下部固定リブから水平に延長されており、残りの結合部は、下部固定リブから折り曲げられた状態で延長されている構造であり得る。
このような構造は、前記電池パックを電源として含むデバイスに適用して装着するとき、デバイスの設定された空間に合わせて電池パックが安定的に装着されるようにする。例えば、電池パックが車両の後部座席の後方空間に装着されるとき、前記各結合の構造は、そのような装着空間に対応して電池パックが装着されやすい構造であり得る。
一方、前記各側面支持部材のうち少なくとも一つは、電池セルの膨張によって電池モジュールの電気的連結部品が破裂するように、電池モジュールの電極端子連結部位に対応する部位が露出する開放部を含む構造であり得る。
この場合、絶縁部材も、電池セルの膨張によって電池モジュールの電気的連結部品が容易に破裂するように、電池モジュールの電極端子連結部位に対応して「Ｌ」字状または「コ」字状の切断部が形成されている構造であり得る。
一つの好ましい例において、前記各側面支持部材のうち少なくとも一つには、電池パックの作動を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）がさらに装着されている構造であり得る。
一方、前記モジュールアセンブリは、各上層電池モジュールの各入出力端子と各下層電池モジュールの各入出力端子が隣接するように、各下層電池モジュールに対して各上層電池モジュールが倒立した状態で積層されている構造であり得る。
前記の「倒立した状態で積層されている構造」とは、２つの電池モジュールの同一部位が互いに対面するように配列されていることを意味する。例えば、各入出力端子が一側面に位置する電池モジュールにおいて、前記各電池モジュールのそれぞれの入出力端子が電池モジュール積層体の水平中心軸に向かうように配列されている構造であり得る。このような配列構造は、電気的接続などのための構成をさらに簡素化させることができる。
このような電池モジュールの配列構造において、前記電池モジュールの各入出力端子が位置するモジュールアセンブリの一側外面には、好ましくは、過電流及び過電圧の防止、電池モジュールアセンブリの分離時の電圧降下などのためのＰＲＡ（Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｌａｙ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が装着されている構造であり得る。
また、前記ＰＲＡが装着されるモジュールアセンブリの一側外面には、上層連結部材、下層連結部材、側面支持部材及び下端支持部材からなる群より選ばれる一つ以上の部位から延長された各ＰＲＡ装着用締結具を形成することができる。
一つの好ましい例において、前記モジュールアセンブリは、前記上層モジュールアセンブリの上面コーナーに沿って装着される上端連結部材をさらに含むことができる。
具体的に、前記上端連結部材は、平面上に四角形のフレーム構造からなっており、上層連結部材及び／または側面支持部材に結合されている構造であり得る。
一方、前記電池モジュールは、一つまたは二つ以上の単位モジュールを順次積層してモジュールケースに装着した構造からなり得る。
また、前記電池モジュールは、上部から下部に垂直の冷媒流路が形成されるように、二つ以上の単位モジュールが垂直に積層されており、モジュールケースの上端面と下端面には各貫通口が穿孔されている構造であり得る。
また、前記電池モジュールは、上層電池モジュールと下層電池モジュールとの結合のために、上層電池モジュールと下層電池モジュールとの界面上に締結突起と締結溝がそれぞれ形成されている構造であり得る。
したがって、本発明は、前記電池パックを電源として含むデバイスを提供する。
また、本発明に係る電池パックは、所望の出力及び容量に応じて各電池モジュールを組み合わせて製造することができ、上述したような装着効率性、構造的安定性などを考慮すると、限定された装着空間を有し、頻繁な振動と強い衝撃などに露出する電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電気オートバイ、電気自転車などの電源として好ましく使用できるが、適用範囲がこれらのみに限定されることはない。
従来の代表的なパウチ型電池セルの斜視図である。 単位モジュールの構成のために図１の電池セルが装着されるセルカバーの斜視図である。 多数の単位モジュールが連結された単位モジュール積層体の斜視図である。 図３の単位モジュール積層体が電池モジュールケースに装着された構造を示す電池モジュールの斜視図である。 本発明の一つの実施形態に係る中大型電池パックの分解斜視図である。 本発明の一つの実施形態に係る中大型電池パックの分解斜視図である。 本発明の一つの実施形態に係る中大型電池パックの分解斜視図である。 本発明の一つの実施形態に係る中大型電池パックの分解斜視図である。 本発明の一つの実施形態に係る中大型電池パックの斜視図である。 図９において電池モジュールを除いた残りの構造を示す斜視図である。 図９の側面支持部材の開放部方向の側面図である。 絶縁部材の斜視図である。 図１１のＡ―Ａ線断面図である。 図１０の部分拡大図である。
以下では、本発明の実施形態を図面を参照して説明するが、これは、本発明のさらに容易な理解のためのものであって、本発明の範疇がそれによって限定されることはない。
図２は、単位モジュールの構成のために図１の２つの電池セルが装着される単位モジュールの斜視図である。
図２を参照すると、セルカバー２００は、図１に示した２つのパウチ型電池セル（図示せず）を内蔵しており、それらの機械的剛性を補完するだけでなく、モジュールケース（図示せず）に対する装着を容易にする役割をする。前記２つの電池は、その一側の各電極端子が直列に連結された後、折り曲げられて互いに密着した構造でセルカバー２００の内部に装着される。
セルカバー２００は、相互結合方式の一対の部材２１０、２２０で構成されており、高強度の金属板材からなっている。セルカバー２００の左右両端に隣接した外面には、モジュールの固定を容易にするための段差２３０が形成されており、上端と下端にも同一の役割をする段差２４０が形成されている。また、セルカバー２００は、その上端と下端に幅方向に固定部２５０が形成されており、モジュールケース（図示せず）に対する電池セルの装着を容易にする。
セルカバー２００の外面には、長さ方向に互いに離隔している多数の線形突出部２６０が形成されており、中央に形成されている突出部２６１には、サーミスタ（図示せず）の装着のための湾入部２６２が形成されている。また、各線形突出部２６０のうち上端と下端の突出部には、互いに反対形状の突起２６３、２６４がそれぞれ形成されている。
しかし、これら各線形突出部２６０、２６１は、多様な形状からなり得るものであって、以下で説明する図４の電池モジュールでは、図示したように、変形した各線形突出部が開示されている。したがって、当然、このような多様な変形も本発明の範疇に含まれる。
図３は、多数の単位モジュールが連結された単位モジュール積層体の斜視図で、図４は、図３の単位モジュール積層体が電池モジュールケースに装着された構造を示す図である。
まず、図３を参照すると、単位モジュール積層体３００は、４つの単位モジュール２００、２０１、２０２、２０３からなり、各単位モジュール２００当たり２つの電池セル（図示せず）が内蔵されているので、全体的に合計８つの電池セルが含まれている。電池セル相互間及び単位モジュール相互間の電極端子の結合は直列方式であり、このような電極端子連結部３１０は、モジュールアセンブリの構成のために断面上に「コ」字状に折り曲げられており、そのうち最外郭にある各単位モジュール２００、２０３の外側電極端子３２０、３２１は、他の電極端子連結部３１０より少し突出した状態で内側に向かって断面上に「Ｌ」字状に折り曲げられている。
図４を参照すると、電池モジュール４００は、上部ケース４１０及び下部ケース４２０で構成されたモジュールケースに単位モジュール積層体（図３の３００）を装着した構造からなっている。上部ケース４１０は、図３に示した単位モジュール積層体３００の一側面の端部と上端及び下端の一部を覆う構造からなっている。
また、単位モジュール積層体３００の上部から下部に垂直の冷媒流路が形成されるように、単位モジュール積層体３００が垂直に積層されており、モジュールケースの上端面と下端面には各貫通口４１２が穿孔されている。
下部ケース４２０は、電池モジュール積層体３００の他側面の端部と上端及び下端の一部を覆いながら上部ケース４１０に結合される構造からなっており、前面部に単位モジュール積層体３００の電極端子と連結された各外部入出力端子４３１、４３２が位置する構造からなっている。すなわち、上・下部ケース４１０、４２０は、互いに組み立てられた状態で内蔵されている単位モジュール積層体３００の容易な放熱のために積層体３００の外周面のみを覆い、その外面の相当部分が外部に露出する構造からなっている。
上部ケース４１０の両端部には、上層電池モジュール４０１、４０２、４０３と下層電池モジュール４０４、４０５、４０６との結合のために、上層電池モジュールと下層電池モジュールとの界面上に締結突起４４０と締結溝４５０がそれぞれ形成されており、側面にも、他の電池モジュールと容易に結合されるように互いに対応する構造の突出部４６０が形成されている。
このような構造は、中大型電池パックを組み立てるにおいては、互いに対応する突出部４４０と 締結溝４５０を単純に対応して嵌め合わせるだけでよいので、組み立ての容易さを達成することができ、追加的な付属部材を必要としないので、付属部材による体積の増大を避けることができ、中大型電池パックのコンパクト構造の設計が可能である。
図５ないし図８は、本発明の一つの実施形態に係る中大型電池パックの分解斜視図で、図９は、本発明の一つの実施形態に係る中大型電池パックの斜視図である。
これら図面を参照すると、中大型電池パック１０００は、６つの電池モジュール４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、第１の上層連結部材５１０、第２の上層連結部材５２０、第１の下層連結部材５３０、第２の下層連結部材５４０、各側面支持部材８１０、８２０、各絶縁部材７１０、７２０、第１の下端支持部材６１０及び第２の下端支持部材６２０で構成されており、全体的に直方体状をなしている。
６つの電池モジュール４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６は、横方向に３つずつ側面方向に互いに接しながら上層と下層の２つの層構造で積層されており、その一側面に形成されている各入出力端子が互いに隣接するように、各下層電池モジュール４０４、４０５、４０６に対して各上層電池モジュール４０１、４０２、４０３が倒立した状態で積層されている。すなわち、各上層電池モジュール４０１、４０２、４０３と各下層電池モジュール４０４、４０５、４０６が水平中心線を中心に互いに対称構造をなすように、各上層電池モジュール４０１、４０２、４０３は、ひっくり返った形態で各下層電池モジュール４０４、４０５、４０６上に積層されている。
一方、第１の上層連結部材５１０及び第２の上層連結部材５２０は、上層モジュールアセンブリ４０１、４０２、４０３の両側面の一部、前面上端及び後面上端を同時に覆うように垂直断面上に「コ」字状であるフレーム本体と、側面支持部材８１０、８２０に結合されるようにフレーム本体の両側端部からそれぞれ延長されている各結合部５１２、５２２とを含んでいる。
また、第１の下層連結部材５３０及び第２の下層連結部材５４０は、下層モジュールアセンブリ４０４、４０５、４０６の両側面の一部、前面下端及び後面下端を同時に覆うように垂直断面上に「コ」字状であるフレーム本体と、側面支持部材８１０、８２０及び下端支持部材６１０、６２０に結合されるようにフレーム本体の両側端部からそれぞれ延長されている各結合部５３２、５４２とを含んでいる。
一方、第１及び第２の上層連結部材５１０、５２０と第１及び第２の下層連結部材５３０、５４０において、結合部５１２、５２２、５３２、５４２は、モジュールアセンブリ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６のそれぞれの側面の上下長さＨを基準にして２０％ないし８０％のサイズＬに延長されている。
図６と図８を参照すると、側面支持部材８１０、８２０は、モジュールアセンブリの側面に密着する板状本体と、第１の下端支持部材６１０及び第２の下端支持部材６２０に結合されるように折り曲げられている下端フレーム８２２、８２３、８１２とを含んでいる。
また、下端フレーム８２２、８２３には、締結部材（図示せず）によって第１の下端支持部材６１０及び第２の下端支持部材６２０に結合するための各貫通口６１１、６２１が穿孔されている。
一方、第１の下端支持部材６１０及び第２の下端支持部材６２０は、下層モジュールアセンブリ４０４、４０５、４０６の下面を支持する下部固定リブ６１２と、側面支持部材８１０、８２０に結合されるように下部固定リブ６１２の両側端部から延長された各結合部６１１、６１３とを含んでいる。
具体的に、各結合部６１１、６１３のうち一つの結合部６１１は、下部固定リブ６１２から水平に延長されており、残りの結合部６１３は、下部固定リブ６１２から折り曲げられた状態で延長されている。
図９を参照すると、側面支持部材８２０には、電池パックの作動を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）９００がさらに装着されており、各電池モジュール４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６の各入出力端子が位置するモジュールアセンブリの一側外面には、ＰＲＡ（Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｌａｙ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）（図示せず）が装着されるように上層連結部材、下層連結部材、側面支持部材及び下端支持部材から延長された各ＰＲＡ装着用締結具８３１、８３２、８３３、８３４、８４１、８４２、８４３、８４４が形成されている。
図１０は、図９において電池モジュールを除いた残りの構造を示す斜視図で、図１１は、図９の側面支持部材の開放部方向の側面図である。
これら図面を図１ないし図３と共に参照すると、側面支持部材８２０には、電池セル１００の膨張によって電池モジュール３００の電気的連結部品３２０、３２１が破裂するように、電池モジュール３００の電極端子連結部位に対応する部位が露出する開放部８２１を含んでいる。
図１２は、絶縁部材の斜視図で、図１３は、図１１のＡ―Ａ線断面図で、図１４は、図１０の部分拡大図である。
これら図面を図１ないし図３と共に参照すると、絶縁部材７２０には、電池セル１００の膨張によって電池モジュール３００の電気的連結部品３２０、３２１が破裂するように、電池モジュール３００の電極端子連結部位に対応して「コ」字状の切断部７２１が形成されている。
また、絶縁部材７２０の「コ」字状の切断部７２１は、側面支持部材８２０の開放部８２１とオーバーラップされる構造７３０で構成されており、モジュールアセンブリ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６の開放面を閉鎖することによって、冷媒をモジュールアセンブリ積層体４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６を介してのみ移動させる。
さらに、第１及び第２の上層連結部材５１０、５２０、第１及び第２の下層連結部材５３０、５４０のフレーム本体の内側には、モジュールアセンブリ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６に接する部位に冷媒の流出を防止するための密封用弾性部材５３３がさらに装着されている。
このような密封用弾性部材５３３は、各絶縁部材７１０、７２０と同じ役割をするので、冷媒が所定の方向に限定的に流れるように誘導すると同時に、外側と内側の各モジュールアセンブリの温度偏差を減少させる役割をする。
一方、上層モジュールアセンブリ４０１、４０２、４０３の上面コーナーに沿って装着される上端連結部材８５０をさらに含んでおり、上端連結部材８５０は、平面上に四角形のフレーム構造からなっており、第１及び第２の上層連結部材５１０、５２０、側面支持部材８１０、８２０に結合されている。
以上、本発明の実施形態を図面を参照して説明したが、本発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。
以上説明したように、本発明に係る電池モジュールアセンブリは、車両などの制限された空間において最小の空間に安定的に装着できるコンパクトな構造を有し、装着用フレームを外部デバイスに装着することが容易であり、相互間の結合力が向上した構造で形成されているので、外部の衝撃に対する構造的安定性に優れるという長所を有する。

Claims (26)

  1. （ａ）充放電が可能な電池セルを含む二つ以上の電池モジュールが側面方向に互いに接しながら上層と下層の２つの層構造で積層されているモジュールアセンブリ、
    （ｂ）前記上層モジュールアセンブリにおいて、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び前面上端を覆いながら装着されている第１の上層連結部材と、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び後面上端を覆いながら装着されている第２の上層連結部材、
    （ｃ）前記下層モジュールアセンブリにおいて、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び前面下端を覆いながら装着されている第１の下層連結部材と、最外側の各電池モジュールの両側面の一部及び後面下端を覆いながら装着されている第２の下層連結部材、
    （ｄ）前記上層と下層モジュールアセンブリの側面を同時に覆いながら上層連結部材と下層連結部材に結合されている一対の側面支持部材、
    （ｅ）前記上層と下層モジュールアセンブリの側面と側面支持部材との間の界面に装着される各絶縁部材、及び
    （ｆ）前記下層モジュールアセンブリの前面下端をそれぞれ支持しながら各側面支持部材に結合されている第１の下端支持部材と、下層モジュールアセンブリの後面下端をそれぞれ支持しながら各側面支持部材に結合されている第２の下端支持部材、
    を含んでいることを特徴とする電池パック。
  2. 前記電池モジュールは、二つ以上の電池セルまたは電池セルを含む二つ以上の単位モジュールが電気的に連結されてモジュールケースに内蔵されている構造からなることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記第１及び第２の上層連結部材は、モジュールアセンブリの両側面の一部及び前面上端または後面上端を同時に覆うように垂直断面上に「コ」字状であるフレーム本体と、前記側面支持部材に結合されるように前記フレーム本体の両側端部からそれぞれ延長されている結合部と、を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  4. 前記第１及び第２の下層連結部材は、モジュールアセンブリの両側面の一部及び前面下端または後面下端を同時に覆うように垂直断面上に「コ」字状であるフレーム本体と、前記側面支持部材及び下端支持部材に結合されるように前記フレーム本体の両側端部からそれぞれ延長されている結合部と、を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  5. 前記第１及び第２の上層連結部材と第１及び第２の下層連結部材において、結合部は、モジュールアセンブリのそれぞれの側面の上下長さを基準にして２０％ないし８０％のサイズに延長されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の電池パック。
  6. 前記フレーム本体には、モジュールアセンブリに接する部位に冷媒の流出を防止するための密封用弾性部材がさらに装着されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の電池パック。
  7. 前記側面支持部材は、モジュールアセンブリの側面に密着する板状本体と、第１または第２の下端支持部材に結合されるように折り曲げられている下端フレームと、を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  8. 前記下端フレームには、締結部材によって第１または第２の下端支持部材に結合するための各貫通口が穿孔されていることを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
  9. 前記各側面支持部材のうち少なくとも一つには、電池セルの膨張によって電池モジュールの電気的連結部品が破裂するように、電池モジュールの電極端子連結部位に対応する部位が露出する開放部を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  10. 前記各側面支持部材のうち少なくとも一つには、電池パックの作動を制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）がさらに装着されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  11. 前記絶縁部材には、電池セルの膨張によって電池モジュールの電気的連結部品が破裂するように、電池モジュールの電極端子連結部位に対応して「Ｌ」字状または「コ」字状の切断部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  12. 前記第１及び第２の下端支持部材は、下層モジュールアセンブリの下面を支持する下部固定リブと、前記側面支持部材に結合されるように前記下部固定リブの両側端部から延長された各結合部と、を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  13. 前記各結合部のうち一つの結合部は下部固定リブから水平に延長されており、残りの結合部は下部固定リブから折り曲げられた状態で延長されていることを特徴とする、請求項１２に記載の電池パック。
  14. 前記モジュールアセンブリは、各上層電池モジュールの各入出力端子と各下層電池モジュールの各入出力端子が隣接するように、各下層電池モジュールに対して各上層電池モジュールが倒立した状態で積層されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  15. 前記電池モジュールの各入出力端子が位置するモジュールアセンブリの一側外面には、ＰＲＡ（Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｌａｙ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が装着されていることを特徴とする、請求項１４に記載の電池パック。
  16. 前記ＰＲＡが装着されるモジュールアセンブリの一側外面には、上層連結部材、下層連結部材、側面支持部材及び下端支持部材からなる群より選ばれる一つ以上の部位から延長された各ＰＲＡ装着用締結具が形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の電池パック。
  17. 前記上層モジュールアセンブリの上面コーナーに沿って装着される上端連結部材をさらに含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  18. 前記上端連結部材は、平面上に四角形のフレーム構造からなっており、上層連結部材及び／または側面支持部材に結合されていることを特徴とする、請求項１７に記載の電池パック。
  19. 前記電池セルはリチウム二次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  20. 前記電池セルは、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートの電池ケースに電極組立体が内蔵されているパウチ型電池セルであることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  21. 単位モジュールは、各電極端子が直列に互いに連結されており、前記各電極端子の連結部が折り曲げられて積層構造をなしている二つ以上の電池セル、及び前記電極端子部位を除いて前記各電池セルの外面を覆うように互いに結合される一対のセルケースを含んで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  22. 前記電池モジュールは、一つまたは二つ以上の単位モジュールを順次積層してモジュールケースに装着した構造からなっていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  23. 前記電池モジュールは、上部から下部に垂直の冷媒流路が形成されるように、二つ以上の単位モジュールが垂直に積層されており、モジュールケースの上端面と下端面には各貫通口が穿孔されていることを特徴とする、請求項２２に記載の電池パック。
  24. 前記電池モジュールは、上層電池モジュールと下層電池モジュールとの結合のために、上層電池モジュールと下層電池モジュールとの界面上に締結突起と締結溝がそれぞれ形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  25. 請求項１による電池パックを電源として含むことを特徴とするデバイス。
  26. 前記デバイスは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵装置であることを特徴とする、請求項２５に記載の電池パック。
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