JP2016520250A - 冷媒流路を含む電池モジュールアセンブリ - Google Patents
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Abstract
本発明は、単位セルがバスバーによって電気的に接続された状態でカートリッジに搭載されている単位モジュールを含んでいる電池モジュールアセンブリであって、積層界面に冷媒流路が形成されるように地面から垂直方向に積層された２つ以上の単位モジュールを含んでおり、冷媒流路を提供できるように互いに離隔した状態で側面方向に配列されている２つ以上のサブモジュール、サブモジュールが搭載されるベースプレート、サブモジュールの側部に装着され、冷媒が流入できる１つ以上の冷媒流入口を含んでいる側部カバープレート、及びサブモジュールの端部を互いに固定し、冷媒流路に連通する冷媒排出口が形成されているブラケットを含むことを特徴とする電池モジュールアセンブリを提供する。
Description
本発明は、冷媒流路を含む電池モジュールアセンブリに係り、より詳細には、単位セルがバスバーによって電気的に接続された状態でカートリッジに搭載されている単位モジュールを含んでいる電池モジュールアセンブリであって、積層界面に冷媒流路が形成されるように地面から垂直方向に積層された２つ以上の単位モジュールを含んでおり、冷媒流路を提供できるように互いに離隔した状態で側面方向に配列されている２つ以上のサブモジュール、前記サブモジュールが搭載されるベースプレート、前記サブモジュールの側部に装着され、冷媒が流入できる１つ以上の冷媒流入口を含んでいる側部カバープレート、及び前記サブモジュールの端部を互いに固定し、前記冷媒流路に連通する冷媒排出口が形成されているブラケットを含むことを特徴とする電池モジュールアセンブリに関する。
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、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。
また、電気を貯蔵しておき、必要な時点に安定的に電力系統に再び供給する電力貯蔵装置に関する技術が開発されている。電力貯蔵装置は、電力需要が少ないときにエネルギーを貯蔵し、過負荷又は非常時に電力を供給する装置であって、電力品質及びエネルギー使用効率を向上させる効果を提供している。特に、家庭用電力貯蔵装置及び産業用又は商業用中型電力貯蔵装置はスマートグリッド技術と結び付いて市場規模が急成長している。
したがって、二次電池を使用するアプリケーションの種類は、二次電池の利点によって非常に多様化しており、今後は、今よりは多くの分野及び製品に二次電池が適用されると予想される。
このように、二次電池の適用分野及び製品が多様化するにつれて、電池の種類も、それに適した出力と容量を提供できるように多様化されている。なお、当該分野及び製品に適用される電池は、小型軽量化が強く要求されている。
例えば、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのような小型モバイル機器は、当該製品の小型軽薄化の傾向によって、それに相応するようにデバイス１台当たり１つ、または２乃至４つの小型軽量の電池セルが使用されている。一方、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電力貯蔵装置などのような中大型デバイスは、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接続した中大型電池モジュールまたは電池パックが使用されている。電池モジュールの大きさ及び重量は、当該中大型デバイスなどの収容空間及び出力などに直接的な関連性があるので、製造メーカーは可能な限り小型かつ軽量の電池モジュールを製造するために努力している。
一方、このような高出力大容量の二次電池は、充放電過程で多量の熱が発生するという問題を有している。充放電過程で発生した単位電池の熱が効果的に除去されないと、熱蓄積が起こり、結果的に単位電池の劣化を招く。さらに、このような過程において様々な原因により一部の単位電池が過熱する場合には、発火又は爆発する可能性も存在する。したがって、高出力大容量の中大型電池パックにおいて冷却システムは必須である。
中大型電池パックの冷却は一般的に冷媒の流動によって行われる。例えば、空気などのような冷媒を冷却ファンによって電池パックの単位電池間または電池モジュール間に流動させる冷媒−流動冷却システムが用いられている。しかし、このような方式はいくつかの問題を有している。
第一に、単位電池間の温度偏差が非常に大きいという問題を有している。電池パックは多数の単位電池で構成されており、これら単位電池のそれぞれが最適の作動状態に置かれているとき、電池パック全体の作動も最適の作動状態を維持し得る。したがって、単位電池間の大きな温度偏差は、電池の劣化を促進するだけでなく、電池パック全体の作動状態を最適化させるのに大きな障害要因となる。
第二に、従来の冷却システムの構造は、電池パックの大型化を招くという問題を有している。例えば、ＥＶ、ＨＥＶなどに搭載できる電池パックの大きさは一定の限界を有しているため、大型化された電池パックはこれに適合しない。
図１には、従来の代表的な電池パック冷却システムの模式図が示されている。
電池パック冷却システム１０は、多数の電池で構成された電池パック１１、電池パック１１の下端面に設置された冷媒流入部１２、及び電池パック１１の上端面に設置された冷媒排出部１３で構成されている。電池パック１１は、電気的に接続されている多数の電池群１４からなっており、それぞれの電池群１４は、電気的に接続されている多数の単位電池１５からなっている。各電池群１４の単位電池１５の間には、冷媒が移動できる小さな間隙が形成されているので、流入部１２から入ってきた冷媒が前記間隙を通して移動しながら、単位電池１５で発生した熱を除去した後、電池パック１１の上部の排出部１３を通して排出されるようになる。
このような構造では、冷媒流入部１２と排出部１３が電池パック１１の上部と下部にそれぞれ設置されるので、そのような冷媒誘導部材の設置のための空間が電池パック１１の上部及び下部にそれぞれ要求され、これは、電池パック全体の大きさを一層大きくなるようにする主要要因である。
これとは別途に、ＥＶ、ＨＥＶなどのような車両と電力貯蔵装置などは、様々な条件で作動する状況に頻繁に置かれるようになる。電池パックを構成する単位電池の最適の作動条件は、様々な要因により変わり得るが、一般的に特定の温度範囲で決定される。一方、冬場には低温状態で作動するようになるので、電池パックを前記のような最適の作動の温度範囲に調節する必要がある。この場合、冷却システムの作動を停止させるか、またはシステムに流入する冷媒（ｅ．ｇ．，空気）の温度を高め、冷却の代わりに昇温作動を行うこともできる。しかし、その前に単位電池が非常に低い温度状態に置かれる場合には、電池の構成要素の損傷を誘発することがあり、また、突然の昇温作動により劣化が促進されることもある。
したがって、このような様々な問題点を根本的に解決できる技術に対する必要性が高い実情である。
本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を一挙に解決することを目的とする。
本出願の発明者らは、鋭意研究と様々な実験を重ねた結果、特定の構造の冷媒流路を提供できるように互いに離隔した状態で側面方向に配列されているサブモジュール、冷媒流入口を含んでいる側部カバープレート、及び冷媒排出口が形成されているブラケットを含む構造で電池モジュールアセンブリを構成することによって、電池モジュールアセンブリの体積増加を抑制すると同時に、電池モジュールアセンブリの向上した冷却効果及び均一な冷却効果を達成できる構造の電池モジュールアセンブリを開発しようとした。
したがって、本発明の目的は、電池モジュールアセンブリをコンパクト（ｃｏｍｐａｃｔ）な構造で組み立てることができ、電池モジュールの冷却効率性の向上のための追加的な部品の構成を必要としないようにして、前記コンパクトな構造に加えて、生産工程の効率性の増大効果を共に達成することができる、冷却効率性が向上した構造の電池モジュールアセンブリを提供するものである。
このような目的を達成するための本発明に係る電池モジュールアセンブリは、
単位セルがバスバーによって電気的に接続された状態でカートリッジに搭載されている単位モジュールを含んでいる電池モジュールアセンブリであって、
積層界面に冷媒流路が形成されるように地面から垂直方向に積層された２つ以上の単位モジュールを含んでおり、冷媒流路を提供できるように互いに離隔した状態で側面方向に配列されている２つ以上のサブモジュール（ｓｕｂ−ｍｏｄｕｌｅｓ）と、
前記サブモジュールが搭載されるベースプレート（ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）と、
前記サブモジュールの側部に装着され、冷媒が流入できる１つ以上の冷媒流入口を含んでいる側部カバープレート（ｓｉｄｅ ｃｏｖｅｒ ｐｌａｔｅｓ）と、
前記サブモジュールの端部を互いに固定し、前記冷媒流路に連通する冷媒排出口が形成されているブラケット（ｂｒａｃｋｅｔ）と、
を含む構造となっている。
したがって、本発明に係る電池モジュールアセンブリは、前記のような特定の構造の冷媒流路を提供することによって、電池モジュールアセンブリの体積増加を抑制すると同時に、電池モジュールアセンブリの向上した冷却効果及び均一な冷却効果を達成することができる。
また、電池モジュールアセンブリをコンパクトな構造で組み立てることができ、電池モジュールの冷却効率性の向上のための追加的な部品の構成を必要としないようにして、前記コンパクトな構造に加えて、生産工程の効率性の増大効果を共に達成することができる。
一具体例において、前記単位セルは、板状型電池セルであるか、または電極端子が露出した状態で２つ以上の板状型電池セルがセルカバーに装着されている電池セルアセンブリ構造であってもよい。
前記電池セルは、角形二次電池又はパウチ型二次電池であってもよい。
前記角形二次電池は、角形の金属ケースに電極組立体が密封されている構造であってもよく、前記パウチ型二次電池は、具体的に、樹脂層と金属層を含むラミネートシートに電極組立体が密封されている構造であってもよい。
具体的に、前記二次電池は、高いエネルギー密度、放電電圧、及び出力安定性のリチウム二次電池であってもよい。このようなリチウム二次電池のその他の構成要素について、以下で詳細に説明する。
一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、分離膜、リチウム塩含有非水電解液などで構成されている。
正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要に応じて、充填剤をさらに添加することもある。負極はまた、負極集電体上に負極活物質とバインダーの混合物を塗布、乾燥して作製され、必要に応じて、上述したような成分がさらに含まれてもよい。
前記分離膜は、負極と正極との間に介在し、高いイオン透過度及び機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。
リチウム塩含有非水系電解液は、非水電解液とリチウム塩からなっており、非水電解液としては、液状非水電解液、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用される。
前記集電体、電極活物質、導電材、バインダー、充填剤、分離膜、電解液、リチウム塩などは当業界に公知となっているので、それについての詳細な説明は本明細書で省略する。
このようなリチウム二次電池は、当業界に公知となっている通常の方法により製造することができる。すなわち、正極と負極との間に多孔性分離膜を介在し、電解液を注入して製造することができる。
正極は、例えば、上述したリチウム遷移金属酸化物活物質と導電材及び結合剤を含有したスラリーを集電体上に塗布した後、乾燥して製造することができる。同様に、負極は、例えば、上述した炭素活物質と導電材及び結合剤を含有したスラリーを薄い集電体上に塗布した後、乾燥して製造することができる。
前記単位セルの例の一つである電池セルアセンブリにおいて、セルカバーは、電極端子部位を除いて電池セルの外面を覆うように互いに結合される一対の外装部材で構成されてもよい。このようなセルカバーには、例えば、２つの電池セルが装着されてもよく、前記２つの電池セルは、同じ極性の電極端子が互いに接しながら並列接続されるように積層された構造で電池セルアセンブリを形成してもよい。
一具体例において、前記単位モジュールの単位セルは、互いに並列接続されている構造であってもよい。
具体的に、前記単位セルは、電極端子が対面するようにカートリッジ上に装着されており、前記カートリッジに装着されている電池セル接続用バスバーによって電極端子が並列に接続されている構造であってもよい。
このようなカートリッジは、所定の剛性を有する電気絶縁性の部材であって、外部の衝撃から単位セルを保護し、単位セルの安定した装着を保障する。また、カートリッジによって、前記単位セルは電極端子が対面するように配列されることによって、バスバーによる電気的並列接続をより容易に行うことができる。
前記単位セルの電極端子接続部間には、前記電極端子接続部をカートリッジに定位置固定するための固定部材が追加的に装着されてもよい。一具体例において、前記固定部は、電極端子接続部間の形状に対応する外面形状を有し、中央に貫通溝が形成されており、カートリッジ上に装着される電気絶縁性の突出部、及び前記貫通溝に挿入されて突出部をカートリッジに結合する締結部を含む構造であってもよい。
したがって、外部衝撃の印加時にも、単位セルがカートリッジに安定的に固定装着され得る。
また、前記カートリッジの両側面には、締結溝を備えた突出部が形成されており、前記締結溝を貫通する締結部材によってカートリッジが互いに結合されてサブモジュールを形成している構造であってもよい。したがって、前記単位セルは、カートリッジによって固定されると同時に、カートリッジが前記締結溝によって互いに結合されて締結され得るので、さらに堅固かつ安定した固定効果を達成することができる。前記締結溝を通じて達成されるカートリッジの締結は、例えば、締結溝を貫通するボルトなどによる締結であってもよいが、これらに限定されないことは勿論である。
一具体例において、単位セル接続用バスバーは、電極端子が結合されている面の一側端部が上向き又は下向きに折れ曲がっており、前記折れ曲がった一側端部と接続部材が結合されて、隣接する単位モジュールと電気的接続をなす構造であってもよい。
また、前記サブモジュールにおける単位モジュールは、直列接続又は並列接続される構造であってもよく、例えば、前記接続部材の装着位置を同一にし、単位モジュールの積層構造を異ならせて並列接続構造を達成することができる。
一具体例において、前記側部カバープレートには、冷媒が流入できる１つ以上の冷媒流入口が形成されていてもよい。
既に定義したように、前記サブモジュールにおける単位モジュールは、積層界面に冷媒流路が形成されるように積層されており、前記サブモジュールは、冷媒流路を提供できるように互いに離隔した状態で配列されている。
一具体例において、前記側部カバープレートは、サブモジュールのベースプレート及び上部カバープレートに装着固定できるようにサブモジュールの側部に装着される部材であって、前記サブモジュールの側部を覆う本体部、前記本体部の両端にサブモジュールを覆う形態で折れ曲がって延びた構造で形成されており、サブモジュールと締結固定される固定部、及び前記本体部の一側端部に形成された取っ手を含んでおり、前記本体部に冷媒流入口が形成されている構造であってもよい。
前記流入口の形状は、冷媒が通過できる形状であれば特に制限されるものではないが、例えば、平面視で円、楕円、多角形、またはスリット（ｓｌｉｔ）状であってもよい。
より具体的な例として、前記流入口は、２つ以上の第１流入口を含む第１流入口群、及び２つ以上の第２流入口を含む第２流入口群を含むことができる。また、前記第１流入口群は、冷媒が電池モジュールアセンブリに流入する方向を基準として電池モジュールアセンブリの前面方向に位置し、前記第２流入口群は電池モジュールアセンブリの後面方向に位置する構造であってもよい。
場合によっては、前記第１流入口の大きさと第２流入口の大きさを異ならせて、これら流入口を介して流入する冷媒の量（ｖｏｌｕｍｅ）を調節することができる。具体的な例において、前記第２流入口の面積は、第１流入口の面積対比１１０〜３００％さらに大きい構造であってもよい。
したがって、このような構造の第１流入口及び第２流入口を含む電池モジュールアセンブリは、電池モジュールアセンブリの前面部及び後面部に流入する冷媒の流量を均一に調節することができる。具体的に、流入口の位置に差があるにもかかわらず、電池モジュールアセンブリの後面方向に位置する第２流入口に流入する冷媒の量と、電池モジュールアセンブリの前面方向に位置する第１流入口に流入する冷媒の量とを実質的に同一にする。結果的に、冷媒流入口に近接して装着された単位モジュールと、これよりさらに遠くに装着された単位モジュールとの温度偏差を著しく減少させることができ、電池モジュールアセンブリ全体の均一な冷却効果を達成することができる。
前記ブラケットには、前記冷媒流路に連通する冷媒排出口が形成されていてもよく、具体的に、前記サブモジュール間の冷媒流路は、平面視でブラケットの冷媒排出口と一直線上に形成されている構造であってもよい。
一具体例において、前記冷媒流入口に流入した冷媒は、単位モジュールの積層界面に形成された冷媒流路に沿って流動し、単位モジュールの熱を除去した後、サブモジュール間の冷媒流路に流入し、電池モジュールアセンブリの後面に形成された冷媒排出口に抜け出すようになる。このような冷媒の流れを平面上で表現すれば、全体的にＴ字状の冷媒流れ構造を有するようになる。
冷媒排出口の位置に送風機（ｆａｎ）又は排出ダクト（ｄｕｃｔ）が追加的に装着されて、冷却効果をさらに向上させることができる。
一具体例において、前記ブラケットは、前記サブモジュール間に所定の離隔空間が維持され得るように互いに固定できる部材であって、板状型本体部、固定部、及び前記本体部の中央に貫通されて形成されている冷媒排出口を含んでおり、前記本体部は、サブモジュールの後面の凹凸構造と対応する形状の凹凸部が両端に形成されており、前記固定部には、サブモジュールの後面に締結固定できる締結溝が形成されている構造となっている。
以上で説明したような構造の電池モジュールアセンブリは、単位モジュールの積層界面に冷媒流路が形成されており、このような冷媒流路に冷媒を供給する冷媒流入口が側部カバープレートに形成されており、単位モジュールを冷却させた冷媒の排出口が、サブモジュールの後面に位置するブラケットに形成されているので、電池モジュールアセンブリを構成している単位モジュールの冷却を均一に行うことができる。したがって、向上した効率性で電池モジュールアセンブリの全体的な冷却効果を達成することができる。
一具体例において、前記電池モジュールアセンブリは、
前記サブモジュールの上面に搭載され、サブモジュール及び側部カバープレートと締結結合される上部カバープレート（ｕｐｐｅｒ ｃｏｖｅｒ ｐｌａｔｅ）；及び
冷媒の流入方向を基準として前記サブモジュールの前面に装着され、サブモジュール、ベースプレート及び側部カバープレートに締結結合される前面カバープレート（ｆｒｏｎｔ ｃｏｖｅｒ ｐｌａｔｅ）；をさらに含む構造であってもよい。
前記上部カバープレートは、例えば、所定の剛性及び弾性を有する板材で作製されてもよく、サブモジュールを一つに一体化させると共に、外部からの衝撃から保護する効果を達成することができる。
前記上部カバープレートは、機械加工により作製されるものであれば特に制限されるものではないが、具体例として、プレス成形法により作製されてもよい。
前記上部カバープレート及びベースプレートの自体剛性を向上させ得るように、好ましくは、外部表面に凹凸構造の補強ビード（ｂｅａｄ）が形成されてもよい。
場合によっては、前記上部カバープレート及びベースプレートは、サブモジュールと締結結合されるための締結溝をさらに含むことができる。
この場合、前記サブモジュールは、上部カバープレート及びベースプレートと締結されると同時に固定され得るので、さらに堅固かつ安定した固定効果を達成することができる。また、前記締結溝を通じて達成されるサブモジュールと上部カバープレート及びベースプレートとの締結は、好ましくは、ボルトなどによる締結であってもよいが、これらのみに限定されないことは勿論である。
本発明はまた、前記電池モジュールアセンブリを電源として含むデバイスを提供し、前記デバイスは、具体的に、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、電力貯蔵装置、非常用電源装置、電算室電源装置、携帯用電源装置、医療設備電源装置、消火設備電源装置、警報設備電源装置、または避難設備電源装置であってもよいが、これらのみに限定されるものではない。
このようなデバイスの構造及び作製方法は当業界で公知となっているので、本明細書では、それについての詳細な説明を省略する。
以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明するが、本発明の範疇がそれに限定されるものではない。
図２には、本発明に係るパウチ型電池セルの斜視図が示されている。
図２を参照すると、電池セル２０は、電極端子（正極端子２１、負極端子２２）が一側端部に形成されている板状型電池セル２０である。具体的に、板状型電池セル２０は、金属層（図示せず）と樹脂層（図示せず）を含むラミネートシートのパウチ型ケース２３に電極組立体（図示せず）を内蔵し、例えば、熱融着によりシーリング部２４を形成した構造であり、一般的にこれを、‘パウチ型電池セル’と通称することもある。
図３には、図２の電池セルがセルカバーに装着された構造の単位セル（電池セルアセンブリ）に対する斜視図が示されている。
図３を図２と共に参照すると、２つの電池セル２０が、上部セルカバー１１１及び下部セルカバー１１２で構成されたセルカバー１１１，１１２に収納及び固定されている。電池セル２０の電極端子２１，２２は、それぞれ電気的に並列接続されて２つの電極端子１１０ａ，１１０ｂを形成できるように、セルカバーから一側方向に露出している。
図４には、図３の単位セルがカートリッジに装着されて一つの単位モジュールを構成する形状を示した斜視図が示されており、図５及び図６には、本発明に係る単位モジュールの平面図及び側面図が示されている。
これら図面を参照すると、２つの単位セル１１０は、カートリッジ１２０に装着されて一つの単位モジュール１００を構成する。単位セル１１０は、それぞれの正極端子１１０ａと負極端子１１０ｂが互いに対向するように配列されている。また、これら電極端子１１０ａ，１１０ｂは、それぞれバスバー１３０によって電気的に並列接続されている。
具体的に、バスバー１３０は、電極端子１１０ａ，１１０ｂと電気的に結合されており、バスバー１３０の一側端部には、下向きに折れ曲がった折曲部１３１が形成されており、折曲部には締結溝１３２が形成されている。このような締結溝１３２は、単位モジュール１００が多数個積層されるとき、単位モジュール１００の相互間の電気的接続のための締結溝１３２として使用される（図７及び図８参照）。
また、カートリッジ１２０の両側面には、締結溝１２２を備えた突出部１２１が形成されている。このような突出部１２１は、締結溝１２２を貫通する締結部材（図７の１２３）によって、単位モジュール１００を互いに結合することができる。
突出部１２１の高さは、カートリッジ１２０の高さよりも１１０〜１５０％大きく形成されている。したがって、単位モジュール１００が積層されるとき、単位モジュール１００の積層界面に所定の間隙（図１１の１７０）が生じ、このような間隙（図１１の１７０）は、冷媒が流動できる冷媒流路として活用することができる。
図７には、本発明に係る単位モジュールが積層される形状を示した斜視図が示されている。
図７を参照すると、単位モジュール１００は、地面から垂直積層されて一つのサブモジュール２００を構成している。具体的に、各単位モジュール１００は、垂直積層された後、両側面に形成された突出部に締結部材１２３が挿入されて互いに結合される。
図８には、図７の部分拡大図が示されており、図９には、本発明に係るサブモジュール２００に接続部材１４０及び外部入出力端子用バスバー１５１，１５２が装着された形状を示した斜視図が示されている。
これら図面を参照すると、単位モジュール１００は、互いに交互に配列された状態で積層され、接続部材１４０によって電気的に直列接続されている。また、直列接続された単位モジュール１００を外部入出力端子１６１，１６２と電気的に接続できるように外部入出力端子用バスバー１５１，１５２が装着されている。
図１０には、図９のサブモジュールに外部入出力端子保護部材及び直列接続部保護部材が装着された形状を示した斜視図が示されている。
図１０を図９と共に参照すると、サブモジュール２００の外部入出力端子１６１は、外部入出力端子保護部材１６５が装着されることによって外部から保護されている。また、単位モジュール１００が電気的に直列接続されている直列接続部も、直列接続部保護部材１４５が装着されることによって外部から保護されている。
図１１には、図１０の側面図が示されている。
図１１を図６と共に参照すると、サブモジュール２００を構成している単位モジュール１００の積層界面には所定の間隙１７０が形成されている。このような間隙１７０は、冷媒が流動できる冷媒流路として活用することができる。
図１２には、図１１のサブモジュールに側部カバープレートが装着される形状を示した斜視図が示されており、図１３には、側部カバープレートの平面図が示されている。
これら図面を参照すると、側部カバープレート３００は、サブモジュール２００の側部を覆う本体部３１０を含んでおり、本体部３１０には、冷媒が外部から流入し得る冷媒流入口３１１ａ，３１１ｂが穿孔されている。また、本体部３１０の両端には、サブモジュール２００を覆う形態で折れ曲がって延びた構造の折曲部３２０が形成されている。
また、側部カバープレート３００の本体部３１０及び折曲部３２０には、サブモジュール２００と締結固定される固定部３１２，３２１が形成されており、本体部３１０の一側端部には取っ手３３０が形成されている。
具体的に、本体部３１０に形成された冷媒流入口３１１ａ，３１１ｂは、電池モジュールアセンブリの前面方向Ｂに位置した第１流入口群３１１Ａと、電池モジュールアセンブリの後面方向Ｃに位置した第２流入口群３１１Ｂとで構成されている。また、第２流入口３１１ｂのそれぞれの面積は、第１流入口３１１ａのそれぞれの面積対比１５０〜２００％さらに大きく形成されている。
したがって、このような構造の流入口を含む電池モジュールアセンブリは、電池モジュールアセンブリの前面部及び後面部に流入する冷媒の流量を均一にすることができる。
図１４には、２つのサブモジュールを側部カバープレート及びブラケットで固定する形状を示した斜視図が示されている。
図１４を参照すると、２つのサブモジュール２００は、後面にブラケット５００が装着されて互いに結合されている。
ブラケット５００は、板状型本体部５１０、固定部５２０、及び本体部５１０の中央に貫通されて形成されている冷媒排出口５３０を含んでいる。本体部５１０には、サブモジュール２００の後面の凹凸構造と対応する形状の凹凸部５１１が両端に形成されており、固定部５２０には、サブモジュール２００の後面に締結固定できる締結溝が形成されている。
図１５には、本発明に係る電池モジュールアセンブリの冷媒の流れを示す平面図が示されており、図１６には、本発明の更に他の実施例が示されている。
まず、図１５を図１４と共に参照すると、サブモジュール２００は、後面に装着されたブラケット５００及び前面に装着されたメインバスバー（図１８の４００）によって、中央部に冷媒（図示せず）が流動し得る冷媒流路２５０が形成されている。したがって、冷媒は、側部カバープレート３００から流入してサブモジュール２００に内蔵された電池セル（図示せず）を冷却させた後、中央冷媒流路２５０に沿って、ブラケット５００に形成された冷媒排出口５３０に排出され得る。
一方、側部カバープレート３００から流入する冷媒の流量は、側部カバープレート３００の本体部３１０に形成されている冷媒流入口３１１ａ，３１１ｂの大きさに応じて決定される。電池モジュールアセンブリの後面方向Ｃに位置した第２流入口３１１ｂの大きさは、電池モジュールアセンブリの前面方向Ｂに位置した第１流入口３１１ａの大きさよりも大きいので、冷媒排出口からの距離の差にもかかわらず、全体的に同一の冷媒流量を提供する。
場合によっては、図１６に示したように、冷媒排出口が形成されたブラケット５００の位置に送風機（ｆａｎ）５５０又は排出ダクト（ｄｕｃｔ）（図示せず）を装着して、冷却効率をさらに向上させることができる。
図１７には、本発明の更に他の実施例に係る電池モジュールアセンブリの冷媒の流れを示す平面図が示されている。
図１７を図１４及び図１５と共に参照すると、電池モジュールアセンブリに外部ケース９０１が追加的に装着されることを除いて、残りの構造は、図１５に示された電池モジュールアセンブリの構造と同一である。
具体的に、外部ケース９０１には、内部に収納された電池モジュールアセンブリに冷媒を供給できる冷媒流入口９０１，９０２が両端に形成されている。冷媒流入口９０１，９０２から流入した冷媒は、側部カバープレート３００に流入し、サブモジュール２００に内蔵された電池セル（図示せず）を冷却させた後、中央冷媒流路２５０に沿って、ブラケット５００に形成された冷媒排出口５３０に排出される。
図１８には、２つのサブモジュールをメインバスバーで互いに電気的に接続すると同時に固定し、ベースプレート、上部カバープレート及び前面カバープレートが装着される形状を示した斜視図が示されている。
図１８を参照すると、２つのサブモジュール２００の各外部入出力端子１６２，１６１は、メインバスバー４００によって電気的に直列接続されている。また、２つのサブモジュール２００は、メインバスバー４００によって所定の距離だけ離隔し得るように固定されている。
また、２つのサブモジュール２００は、ベースプレート６００上に搭載された後、上部面は上部カバープレート７００によって保護され、前面は前面カバープレート８００によって保護される。
図１９には、本発明に係る電池モジュールアセンブリの斜視図が示されている。
図１９を図１８と共に参照すると、上部カバープレート７００及びベースプレート６００には、外部表面に、自体剛性の向上のための凹凸構造の補強ビード７５０，６５０が形成されている。
以上、本発明の実施例に係る図面を参照して説明したが、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明に係る電池モジュールアセンブリは、特定の構造の冷媒流路を提供できるように互いに離隔した状態で側面方向に配列されているサブモジュール、冷媒流入口を含んでいる側部カバープレート、及び冷媒排出口が形成されているブラケットを含む構造で電池モジュールアセンブリを構成することによって、電池モジュールアセンブリの体積増加を抑制すると同時に、電池モジュールアセンブリの向上した冷却効果及び均一な冷却効果を達成することができる。また、電池モジュールアセンブリをコンパクト（ｃｏｍｐａｃｔ）な構造で組み立てることができ、電池モジュールの冷却効率性の向上のための追加的な部品の構成を必要としないようにして、前記コンパクトな構造に加えて、生産工程の効率性の増大効果を共に達成することができる。
２０ 電池セル
２１ 正極端子
２２ 負極端子
２３ パウチ型ケース
２４ シーリング部
１１１，１１２ セルカバー
１１０ａ，１１０ｂ 電極端子
２１ 正極端子
２２ 負極端子
２３ パウチ型ケース
２４ シーリング部
１１１，１１２ セルカバー
１１０ａ，１１０ｂ 電極端子
Claims (20)
- 単位セルがバスバーによって電気的に接続された状態でカートリッジに搭載されている単位モジュールを含んでいる電池モジュールアセンブリであって、
積層界面に冷媒流路が形成されるように地面から垂直方向に積層された２つ以上の単位モジュールを含んでおり、冷媒流路を提供できるように互いに離隔した状態で側面方向に配列されている２つ以上のサブモジュール（ｓｕｂ−ｍｏｄｕｌｅｓ）と、
前記サブモジュールが搭載されるベースプレート（ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）と、
前記サブモジュールの側部に装着され、冷媒が流入できる１つ以上の冷媒流入口を含んでいる側部カバープレート（ｓｉｄｅ ｃｏｖｅｒ ｐｌａｔｅｓ）と、
前記サブモジュールの端部を互いに固定し、前記冷媒流路に連通する冷媒排出口が形成されているブラケット（ｂｒａｃｋｅｔ）と、
を含むことを特徴とする、電池モジュールアセンブリ。 - 前記単位セルは、板状型電池セルであるか、または電極端子が露出した状態で２つ以上の板状型電池セルがセルカバーに装着されている電池セルアセンブリであることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記電池セルは、角形二次電池またはパウチ型二次電池であることを特徴とする、請求項２に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記パウチ型二次電池は、樹脂層と金属層を含むラミネートシートに電極組立体が密封されている構造からなることを特徴とする、請求項３に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記セルカバーは、電極端子部位を除いて電池セルの外面を覆うように互いに結合される一対の外装部材であることを特徴とする、請求項２に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記単位モジュールにおける単位セルは並列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記単位セルは、電極端子が対面するようにカートリッジ上に装着されており、前記カートリッジに装着されているバスバーによって電極端子が並列に接続されていることを特徴とする、請求項６に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記カートリッジの両側面には、締結溝を備えた突出部が形成されており、前記締結溝を貫通する締結部材によってカートリッジが互いに結合されてサブモジュールを形成していることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記サブモジュールにおける単位モジュールは直列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記バスバーは、電極端子が結合されている面の一側端部が上向き又は下向きに折れ曲がっており、前記折れ曲がった一側端部と直列接続部材が結合されて、隣接する単位モジュールと直列接続をなしていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記側部カバープレートは、
前記サブモジュールの側部を覆う本体部；
前記本体部の両端に、サブモジュールを覆う形態で折れ曲がって延びた構造で形成されており、サブモジュールと締結固定される固定部；及び
前記本体部の一側端部に形成された取っ手；
を含んでおり、前記本体部には流入口が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。 - 前記流入口は、平面視で円、楕円、多角形、またはスリット（ｓｌｉｔ）状であることを特徴とする、請求項１１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記流入口は、２つ以上の第１流入口を含む第１流入口群、及び２つ以上の第２流入口を含む第２流入口群を含み、前記第１流入口群は、冷媒が電池モジュールアセンブリに流入する方向を基準として電池モジュールアセンブリの前面方向に位置し、前記第２流入口群は、電池モジュールアセンブリの後面方向に位置することを特徴とする、請求項１１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記第２流入口の面積は、第１流入口の面積対比１１０〜３００％さらに大きいことを特徴とする、請求項１３に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記ブラケットは、
板状型本体部、固定部、及び前記本体部の中央に貫通されて形成されている排出口を含んでおり、
前記本体部は、サブモジュールの後面の凹凸構造と対応する形状の凹凸部が両端に形成されており、
前記固定部には、サブモジュールの後面に締結固定され得る締結溝が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。 - 前記サブモジュール間の冷媒流路は、平面視でブラケットの冷媒排出口と一直線上に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記電池モジュールアセンブリの冷媒排出口の位置に送風機（ｆａｎ）又は排出ダクト（ｄｕｃｔ）が装着されることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。
- 前記電池モジュールアセンブリは、
前記サブモジュールの上面に搭載され、サブモジュール及び側部カバープレートと締結結合される上部カバープレート（ｕｐｐｅｒ ｃｏｖｅｒ ｐｌａｔｅ）；及び
冷媒の流入方向を基準として前記サブモジュールの前面に装着され、サブモジュール、ベースプレート及び側部カバープレートに締結結合される前面カバープレート（ｆｒｏｎｔ ｃｏｖｅｒ ｐｌａｔｅ）；
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュールアセンブリ。 - 請求項１に記載の電池モジュールアセンブリを電源として含むことを特徴とする、デバイス。
- 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、電力貯蔵装置、非常用電源装置、電算室電源装置、携帯用電源装置、医療設備電源装置、消火設備電源装置、警報設備電源装置、または避難設備電源装置であることを特徴とする、請求項１９に記載のデバイス。
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