JP2018507512A - バッテリーパック - Google Patents

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Abstract

本発明は、構造が簡単であり、体積及び重さが低く、効率的な冷却性能を確保できるバッテリーパックを開示する。本発明によるバッテリーパックは、複数の二次電池、及び相互積層可能であり、前記二次電池の外周部を外側から囲み、少なくとも一部分が熱伝導性材質から構成された複数のカートリッジを備えるモジュールアセンブリーと、内部に空間を備え、前記モジュールアセンブリーを収容し、少なくとも一部分が熱伝導性材質から構成され、前記モジュールアセンブリーの熱を外部へ排出するパックケースと、を含む。

Description

本発明は、一つ以上の二次電池を含むバッテリーに関し、より詳しくは、構造が簡単で体積及び重さが低く、効率的な冷却性能が確保できるバッテリーパック及びこれを含む自動車に関する。
現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず充放電が自由で、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板が、セパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池ケースを備える。
通常、リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型の二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型の二次電池に分けられる。
最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中・大型装置には、積層が容易であり、重量が軽いなどの長所から、パウチ型二次電池がよく用いられる。
通常、バッテリーパックについては、冷却性能を確保するために、直・間接水冷、空冷などのような多様な方法が適用されている。しかし、従来のバッテリーパックの場合、充・放電時に発生する熱を除去するために、各二次電池の周辺に金属材質の複数の冷却部材を配置し、冷却部材の周辺に空気や冷却水のような冷媒が供給されるようにする場合が多い。例えば、従来は、冷媒の流動または熱伝導のためのセルカバーまたは冷却プレートのような金属材質の冷却部材を各二次電池の間に介する場合が多い。
しかし、複数の二次電池の周辺に、このような冷却部材をさらに備えるか、冷媒が流れるための流路空間を設けるためには、バッテリーパックの全体的な体積が増加するしかなく、構造が複雑となる。したがって、バッテリーパックの製造時、工程性が劣る一方、バッテリーパックの小型化にも限界をもたらし、製造コスト及び時間を増加させるという問題点がある。
また、従来のバッテリーパックの場合、冷媒の循環のためにファンやポンプのような別途の装備が用いられ、この場合、製造コスト、製造時間及びバッテリーパックの体積が増加し、バッテリーパックの構造がさらに複雑となり得る。
さらに、アルミニウムプレートのような電気伝導性材質の冷却部材を用いる場合、冷却部材と二次電池とは絶縁性が確保されなくてはならない。したがって、このような絶縁のための構成などを設けるために、バッテリーパックの構造はさらに複雑になるしかなく、体積及びコストも増加するという問題点がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却部材や冷却流路、冷媒循環装備などを含まないか、その個数を大幅減少させることができ、構造が単純で小型化に有利であり、製造コストが減少しながらも、効率的な冷却性能が確保できるバッテリーパック及びこれを含む自動車を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、複数の二次電池、及び相互積層可能であり、前記二次電池の外周部を外側から囲み、少なくとも一部分が熱伝導性材質から構成された複数のカートリッジを備えるモジュールアセンブリーと、内部に空間を備え、前記モジュールアセンブリーを収容し、少なくとも一部分が熱伝導性材質から構成され、前記モジュールアセンブリーの熱を外部へ排出するパックケースと、を含む。
ここで、前記パックケースは、金属材質から構成され得る。
また、前記パックケースは、アルミニウムダイキャスティングによるものであり得る。
また、前記モジュールアセンブリーは、上部及び下部が前記パックケースの内側面に接触できる。
また、前記二次電池及び前記カートリッジは、上下方向に立てられて水平方向に複数配列されて積層できる。
また、前記カートリッジは、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含むか、または熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料を含み得る。
また、前記二次電池は、少なくとも一部分が前記カートリッジと接着剤によって接着固定され得る。
また、前記カートリッジは、四角のリング状に形成され、内部空間に前記二次電池を収容し、前記二次電池の外周部の少なくとも一部が前記カートリッジの内側表面に接着固定され得る。
また、前記カートリッジは、二つの相違する二次電池が一つのカートリッジに接着固定され得る。
前記カートリッジは、内側面から内部方向に突出するように形成され、二つの二次電池の間に介された突出部を備え、前記突出部に二つの二次電池が接着固定され得る。
また、前記突出部は、内側方向に進むほど幅が細くなるように斜面が左右方向にそれぞれ形成され得る。
また、前記二次電池は、封止部が折り畳まれた状態で前記カートリッジに接着固定され得る。
また、前記接着剤は、熱伝導性接着剤であり得る。
また、前記モジュールアセンブリーと前記パックケースとの間に介されたサーマルパッドをさらに含むことができる。
また、前記パックケースは、外側表面に凹凸部が形成され得る。
また、前述の目的を達成するための本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含む。
本発明の一面によれば、バッテリーパックの構造を単純化し、大きさを減らし、効率的な冷却性能を確保することができる。
さらに、本発明の一構成によれば、カートリッジが熱伝導性材質から構成され、カートリッジを介して二次電池の熱を排出できるので、バッテリーパックの内部、特に、二次電池の間に、冷却プレートのような冷却部材や冷却流路を含まなくてもよい。
また、二次電池の間に冷却部材が介されない場合、このような冷却部材と二次電池との電気的絶縁性を確保するための構成を設ける必要がない。
また、本発明の一面によれば、バッテリーパックの内部空間で冷媒が循環する構成ではなく、モジュールアセンブリー側で発生した熱がパックケースに直接伝導されてバッテリーパックの外部へ排出される構成であるといえる。そのため、冷媒を循環させるための別途の装置や空間が不要となり、バッテリーパックの外部の自然的な空気循環によってバッテリーパックを冷却することができる。
したがって、本発明のかかる面によれば、冷却性能に優れながらもコンパクト化に有利であり、組立性及び工程性に優れ、製造コスト及び時間を減少可能なバッテリーパックを提供することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を概略的に示す分離斜視図である。 図１の線Ａ１−Ａ１’に沿って見た断面図である。 図２のＡ２部分の拡大図である。 図２のＡ３部分の拡大図である。
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、本明細書及び請求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。
したがって、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。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を概略的に示す分離斜視図である。また、図２は、図１の線Ａ１−Ａ１’に沿って見た断面図である。
図１及び図２を参照すれば、本発明によるバッテリーパックは、モジュールアセンブリー１００及びパックケース２００を含むことができる。
前記モジュールアセンブリー１００は、二次電池１１０及びカートリッジ１２０を備えることができる。
ここで、二次電池１１０は、一つのモジュールアセンブリー１００に複数個備えられ得る。特に、複数の二次電池１１０それぞれは、パウチ型二次電池で構成できる。このようなパウチ型二次電池は、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を備えることができる。
ここで、電極組立体は、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板がセパレーターを挟んで配置されるように構成できる。より具体的に、電極組立体は、一つの正極板と一つの負極板がセパレーターと共に巻き取られた巻取型、及び複数の正極板と複数の負極板がセパレーターを挟んで交互に積層された積層型などに分けられる。
また、パウチ外装材は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備えるように構成できる。このようなパウチ外装材は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などを向上させるために、金属薄膜、例えば、アルミニウム薄膜を含んで構成できる。そして、このようなアルミニウム薄膜は、電極組立体及び電解液のような二次電池１１０内部の構成要素や二次電池１１０外部の他の構成要素との電気的絶縁性を確保するために、絶縁物質から形成された絶縁層の間に介され得る。
特に、パウチ外装材は、二つのパウチから構成でき、そのうち少なくとも一つには凹んだ形態の内部空間が形成できる。そして、このようなパウチの内部空間には、電極組立体を収納することができる。また、二つのパウチの外周面には封止部が備えられ、このような封止部が相互溶着することで、電極組立体が収容された内部空間を封止することができる。
一方、電極組立体の各電極板には、電極タブが備えられ、一つ以上の電極タブが電極リードと接続され得る。そして、電極リードは、二つのパウチの封止部の間に介され、パウチ外装材の外部へ露出することで、二次電池１１０の電極端子として機能できる。
本発明の一面によるモジュールアセンブリー１００には、本願の出願時点において公知の多様な形態のパウチ型二次電池を採用することができる。
前記カートリッジ１２０は、二次電池１１０を内部空間に収容し、特に、二次電池１１０の外周部を外側から囲むように構成できる。
例えば、前記カートリッジ１２０は、略四角のリング状に形成することができる。この場合、前記カートリッジ１２０は、両端部が相互接続された四つの単位フレームから構成できる。このとき、カートリッジ１２０を構成する各単位フレームは、位置によって、上部単位フレーム、下部単位フレーム、前方単位フレーム、後方単位フレームに称し得る。このようなカートリッジ１２０は、各単位フレームが別に製造された後、相互組み立てられるよう設けることができ、最初から相互一体化した形態で成形することもできる。
特に、パウチ型二次電池１１０は、略四角形の形態に構成できる。したがって、前記実施例のように、カートリッジ１２０が四角のリング状に形成される場合、中央の空間に二次電池１１０が位置するようにすることで二次電池１１０の縁部を外側から囲むように構成できる。そこで、カートリッジ１２０は、二次電池１１０を収納して二次電池１１０の外側を保護することができる。
また、前記カートリッジ１２０は、相互積層可能に構成できる。例えば、前記カートリッジ１２０は、図２に示したように、左右方向に相互積層できる。この際、前記カートリッジ１２０は、相互積層される表面、例えば、左側面と右側面に相互対応する形態で凹凸構造が形成できる。本発明のこのような実施例によれば、カートリッジ１２０に形成された凹凸構造によって、カートリッジ１２０同士の締結性及び固定力が向上でき、凹凸構造がガイド役割を果たすことで組立がより容易となり得る。
このように、前記カートリッジ１２０は、パウチ型二次電池１１０を内部空間に収容し、パウチ型二次電池１１０の外側を保護し、パウチ型二次電池１１０の相互配列をガイドする一方、積層された組立体の動きを防止することができる。
また、前記カートリッジ１２０は、熱伝導性材質から構成できる。従来のバッテリーパックに含まれるカートリッジの場合、大体に熱伝導性のないポリマー材質から構成され、カートリッジを介しては熱伝導がほとんど行われなかった。そこで、このようなカートリッジを用いるバッテリーパックの場合、二次電池の間に別途の冷却部材及び冷却流路を設ける場合が多い。しかし、本発明のようにカートリッジ１２０が熱伝導性材質からなる構成によれば、カートリッジ１２０の少なくとも一部分が内側から外側にまで熱伝導性材質から構成されることで、二次電池１１０の熱がカートリッジ１２０を介して外部へ容易に伝達できる。そのため、本発明のかかる面によれば、二次電池１１０の間に別途の冷却部材を備えなくとも、効果的な冷却性能が確保できる。
特に、カートリッジ１２０は、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含む熱伝導性材料から構成されるか、少なくとも一部分が熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料から構成できる。
即ち、カートリッジ１２０は、一般的な金属や金属合金材料ではなく、高分子を主材料として構成できる。このように高分子に基づく熱伝導性材料の場合、金属よりも重さが小さくてバッテリーパックの軽量化達成に容易であり、成形性に優れており、熱膨脹係数が低く、電気伝導性が低くて電気的絶縁性を確保しやすい。本発明は、カートリッジ１２０の材料として、本発明の出願時点において公知の多様な高分子基盤の熱伝導性材料が採用できる。
例えば、前記カートリッジ１２０は、一般的な高分子材料に熱伝導性を有するフィラーが混合された複合材料形態の材質から構成することができる。ここで、フィラーには、ケイ素化合物、アルミニウム化合物、マグネシウム化合物、ホウ素化合物などが含まれ得る。例えば、熱伝導性材料に含まれるフィラーとして、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、無水炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウムなどを用いることができる。但し、本発明は必ずしもこれらに限定されることでなく、この以外にも多様な熱伝導性フィラーをカートリッジ１２０の材料として用いることができる。
前記カートリッジ１２０に用いられる高分子材料には、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの多様な材料が含まれ得る。また、この外にも多様な高分子材料を本発明のカートリッジ１２０材料として用いることができる。
特に、前記カートリッジ１２０を構成する熱伝導性材料は、熱伝導度が１Ｗ／ｍＫ以上の物質からなり得る。例えば、このような熱伝導性材料は、２Ｗ／ｍＫ〜２０Ｗ／ｍＫの高分子プラスチックやゴムなどの材料からなり得る。さらに、熱伝導性材料は、５Ｗ／ｍＫ以上の材料からなり得る。
従来、カートリッジなどの素材として用いられるプラスチックの場合、大体に熱伝導度が０．１〜０．４Ｗ／ｍＫに過ぎず、ほとんどないといえる。しかし、本発明によるカートリッジ１２０の場合、熱伝導度がこれよりも高いポリマー素材を用いることで、カートリッジ１２０によって熱伝達及び排出が行われるようにすることができる。そのため、本発明のこのような実施例によれば、カートリッジ１２０の内部に金属材質の冷却プレートのような別途の冷却部材を設けなくても、二次電池１１０の熱がカートリッジ１２０を介して外部へ効果的に排出されるようにすることができる。
一方、モジュールアセンブリー１００は、一つまたはそれ以上の単位バッテリーモジュールを備えることができる。例えば、モジュールアセンブリー１００は、図２に示したように、五つの単位バッテリーモジュールを備えることができ、それぞれの単位バッテリーモジュールは、水平方向に並んで配置された複数の二次電池１１０及び複数のカートリッジ１２０を備えることができる。この際、カートリッジ１２０は、それぞれの単位バッテリーモジュール毎に結合するように構成できる。
前記パックケース２００は、内部に空間を備え、前記モジュールアセンブリー１００を収容することができる。例えば、前記パックケース２００は、図１に示したように、上部ケース２１０及び下部ケース２２０を備えることができる。この場合、下部ケース２２０及び上部ケース２１０の内部空間にモジュールアセンブリー１００を収容し、下部ケース２２０と上部ケース２１０との相互結合によりパックケース２００を構成することができる。ここで、下部ケース２２０と上部ケース２１０とは、ボルト結合やフック結合などの多様な方式で相互結合固定され得る。
特に、前記パックケース２００は、少なくとも一部分が熱伝導性材質から構成できる。そして、このような構成により、前記パックケース２００は、モジュールアセンブリー１００の熱をバッテリーパックの外部へ直接排出できる。即ち、前記パックケース２００は、内部の熱を外部へ排出するための構成、例えば、冷媒を流出又は流入させるためのパイプやダクトなどを備えなくても、熱伝導性材質から構成された本体自体で熱を排出することができる。したがって、本発明によるバッテリーパックの場合、バッテリーパックの外側で自然的な空気循環による受動的冷却構成が達成できる。
そこで、本発明のこのような構成によれば、バッテリーパックの構造が簡素化し、製造コスト及び時間が節減され、バッテリーパックの体積を減少させることができる。
望ましくは、前記パックケース２００は、金属材質から構成できる。金属の場合、熱伝導性に優れただけでなく、堅い特性を有する。したがって、本発明のこのような構成によれば、パックケース２００を介してモジュールアセンブリー１００側の熱を外部へ容易に排出できることに加え、二次電池１１０のように内部に収納された構成要素を外部の衝撃などから効果的に保護することができる。特に、本発明によるバッテリーパックが電気自動車などに取り付けられる場合、別途の追加構成要素なくパックケース２００が直接外部に露出するように構成することもできる。
より望ましくは、前記パックケース２００は、アルミニウムダイキャスティング成形品であり得る。本発明のこのような構成によれば、パックケース２００がアルミニウム材質から構成されるため、熱伝導性に優れ、重さが軽い。さらに、パックケース２００がダイキャスティング方式で製造される場合、生産性及び精密性に優れ、滑らかな表面が得られ、モジュールアセンブリー１００との接触性がよくなり、これによってモジュールアセンブリー１００とパックケース２００との接触部分における熱抵抗を低めることができる。
特に、前記パックケース２００は、全体的に同一の熱伝導性材質、例えば、同一のアルミニウムまたはアルミニウム合金材質から構成できる。
また、望ましくは、前記モジュールアセンブリー１００は、パックケース２００に収納されるとき、少なくとも一部がパックケース２００の内側面に接触するように構成できる。特に、前記モジュールアセンブリー１００は、上部及び下部の少なくとも一方がパックケース２００の内側面に接触するように構成できる。
例えば、前記モジュールアセンブリー１００は、図２に示したように、下部が下部ケース２２０の上部面に接触し、上部が上部ケース２１０の下部面に接触するように構成できる。
本発明のかかる構成によれば、モジュールアセンブリー１００とパックケース２００との接触部分を介して、モジュールアセンブリー１００側の熱がパックケース２００へ直接伝導できる。したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールアセンブリー１００とパックケース２００との熱伝導経路に空気層が存在しないため、モジュールアセンブリー１００の熱がパックケース２００へ効果的に伝達され、バッテリーパックの冷却性能が向上できる。
また、望ましくは、前記二次電池１１０は、それぞれ上下方向に立てられて水平方向に複数配列されて積層され得る。例えば、パウチ型二次電池１１０は、図２に示した構成のように、広い面が左右に向けるように地面に垂直になるよう立てられて左右方向に複数配列できる。
即ち、本発明によるバッテリーパックのモジュールアセンブリー１００において、パウチ型二次電池１１０は、二つの広い面がそれぞれ左右側に向けるようにし、上部、下部、前方及び後方側には封止部が位置するように立てられて構成され得る。そして、このように立てられた形態のパウチ型二次電池１１０は、広い面が相互対向して左右方向に平行して配列され得る。
また、前記カートリッジ１２０は、このような二次電池１１０の配列形態と同様に、上下方向に立てられて水平方向に複数配列され得る。即ち、図２に示した構成のように、カートリッジ１２０は、左右方向に積層されることで、左右方向に配列された二次電池１１０の構成が維持されるようにし、二次電池１１０の外側をカバーすることができる。
本発明のこのような構成によれば、全てのカートリッジ１２０がパックケース２００と直接接触できるようになる。したがって、各カートリッジ１２０に備えられた全ての二次電池１１０に対し、熱が均等にパックケース２００へ伝達できる。即ち、本発明のこのような構成においては、全ての二次電池１１０がカートリッジ１２０を介してパックケース２００へ熱を直接伝達させるようにすることができる。そのため、モジュールアセンブリー１００に複数の二次電池１１０が含まれても、二次電池１１０ごとに熱排出にばらつきが発生することを防止することができる。
また、望ましくは、本発明によるバッテリーパックにおいて、二次電池１１０は、少なくとも一部分がカートリッジ１２０と接着剤によって接着固定され得る。
本発明のこのような構成によれば、接着剤によって二次電池１１０がカートリッジ１２０の内部空間で動かないようになるため、外部からの衝撃時、二次電池１１０の動きによって電極リードとバスバーとの結合が切れるなどの問題を防止することができる。
さらに、本発明によるバッテリーパックの場合、カートリッジ１２０が熱伝導性材質から構成され、二次電池１１０の熱がカートリッジ１２０へ伝達できるが、このとき、二次電池１１０とカートリッジ１２０との間に接着剤が介されることで、これらの間に空気層が存在することを防止または減少させることができる。したがって、このような空気層による熱抵抗によって二次電池１１０とカートリッジ１２０との熱伝達効率が低下することを防止することができる。
特に、カートリッジ１２０は、四角のリング状に形成され、中央部分の空間、即ち、内部空間に二次電池１１０を収容でき、この際、二次電池１１０は、外周部の少なくとも一部がカートリッジ１２０の内側表面に接着固定され得る。これについては、図３及び図４を参照してより詳細に説明する。
図３及び図４は、図２のＡ２部分及びＡ３部分の拡大図である。より具体的に、図３は、バッテリーパックの下部構成の一部分を示しており、図４は、バッテリーパックの上部構成の一部分を示している。即ち、図３は、二次電池１１０の下部、カートリッジ１２０の下部単位フレーム及び下部ケース２２０を示しており、図４は、二次電池１１０の上部、カートリッジ１２０の上部単位フレーム及び上部ケース２１０を示している。
先ず、図３を参照すれば、二次電池１１０は、地面に垂直になるように立てられて配置される場合、下部に二次電池１１０の外周部、即ち、封止部Ｓが位置し得る。そして、このような二次電池１１０の封止部Ｓと下部単位フレームとの間には接着剤Ｂが介され、二次電池１１０の下部とカートリッジ１２０とを相互接着固定するようにすることができる。
また、図４を参照すれば、二次電池１１０の上部にも二次電池１１０の封止部Ｓが位置し得る。そして、このような二次電池１１０の封止部と上部単位フレームとの間には、接着剤Ｂが介され得る。したがって、この場合、二次電池１１０の上部とカートリッジ１２０とは、接着剤によって相互接着固定され得る。
このように、パウチ型二次電池１１０は、カートリッジ１２０に収容されるとき、上部の外周部側と下部の外周部側とがそれぞれカートリッジ１２０と接着固定され得る。
特に、パウチ型二次電池１１０は、直四角形の形態に構成でき、このとき、パウチ型二次電池１１０の外周部は、二つの長辺と二つの短辺を備えるといえる。この場合、パウチ型二次電池１１０は、二つの長辺が上部側と下部側に位置し、２つの短辺が前方側と後方側に位置するように配置できる。そして、パウチ型二次電池１１０は、二つの長辺が接着剤によってカートリッジ１２０と接着固定され得る。
本発明のこのような実施例によれば、二次電池１１０外周部の長辺部分が、カートリッジ１２０に接着固定されることで、接着力がより向上できる。さらに、パウチ型二次電池１１０の短辺には電極リードが突出し得るため、このような短辺部分に接着剤が塗布されるよりは、長辺部分に接着剤が塗布されることが、固定力強化及び工程性の面で望ましい。
一方、前記カートリッジ１２０は、一つまたはそれ以上の二次電池１１０を収容できる。特に、カートリッジ１２０は、図２〜図４に示したように、内部空間に二つの二次電池１１０を収容できる。この際、前記カートリッジ１２０は、二つの相違する二次電池１１０が一つのカートリッジ１２０に接着固定されるように構成できる。
例えば、図３に示した構成を参照すれば、一つのカートリッジ１２０の下部側には、隣接する二つの二次電池１１０の下部が載置され得る。そして、このような二つの二次電池１１０の下部は、接着剤Ｂを介して同一のカートリッジ１２０に接着固定され得る。これと類似に、図４を参照すれば、一つのカートリッジ１２０の上部側には、隣接する二つの二次電池１１０の上部が接着固定され得る。
本発明のこのような構成によれば、各カートリッジ１２０に二つの二次電池１１０が接着固定されているので、カートリッジ１２０の積層工程がより容易となり、カートリッジ１２０の相互締結だけで二次電池１１０の流動がより確実に防止される。特に、図示したように、各カートリッジ１２０は、相互積層自在に凹凸構造が形成され得るが、このような凹凸構造の結合によってカートリッジ１２０を積層さえすれば、二次電池１１０は自然に積層されるので、カートリッジ１２０を積層しながら二次電池１１０も積層しなくてはならない不具合を減らすことができる。それに加え、隣接する二次電池１１０同士の間隔を狭め、バッテリーパックの体積を減らすことができる。
このような構成において、前記カートリッジ１２０は、内側面から内部方向へ突出して形成された突出部を備えることができる。そして、このような突出部には、二つの二次電池１１０が共に接着固定され得る。
例えば、図３を参照すれば、前記カートリッジ１２０は、下部単位フレームの上部面の中央部分から上方へ突出して形成された突出部Ｐを備えることができる。そして、このような突出部Ｐは、隣接する二つの二次電池１１０の間、特に、二つの二次電池１１０の封止部の間に介され得る。特に、前記突出部Ｐには、接着剤Ｂによって隣接する二つの二次電池１１０が接着固定され得る。
また、図４を参照すれば、前記カートリッジ１２０は、上部単位フレームの下部面の中央部分から下方向へ突出して形成された突出部Ｐを備えることができる。そして、このような突出部Ｐは、隣接する二つの二次電池１１０の封止部Ｓの間に介され、二つの二次電池１１０の外周部と接着固定され得る。
特に、前記突出部は、内側方向、即ち、バッテリーパックの中心方向に進むほど幅が細くなるように形成できる。例えば、カートリッジ１２０の下部単位フレームに形成された突出部は、図３に示したように、上部が略三角形の形状に形成され、上方に進むほど幅が細くなるように形成できる。そして、この際、突出部の上端には二つの斜面Ｅが左右方向にそれぞれ形成されるように構成できる。そして、前記突出部は、地面との平行な部分が存在しないように構成できる。また、カートリッジ１２０の上部単位フレームに形成された突出部は、図４に示したように、下部が略逆三角形の形状に形成され、下方に進むほど幅が細くなるように形成できる。そして、このとき、突出部の下端には、二つの斜面Ｅが左右方向にそれぞれ形成されるように構成できる。
本発明のこのような実施例によれば、二次電池１１０とカートリッジ１２０がより密着した状態で結合できる。例えば、カートリッジ１２０の上部に二次電池１１０を載置するとき、二次電池１１０は、カートリッジ１２０に形成された突出部の斜面に沿って下方に移動できる。そして、これによって、二次電池１１０は、カートリッジ１２０に最大限に近くなるように構成できる。そこで、本発明のこのような実施例によれば、二次電池１１０とカートリッジ１２０との距離を減らして冷却性能を向上させ、接着剤の使用量を減らしながらも強い結合力を得ることができる。
特に、前記突出部の端部に形成された斜面は、平たい形態に形成され得る。即ち、突出部の斜面は、曲面形態ではなく平面形態に形成されることで、二次電池１１０がカートリッジ１２０の突出部の斜面に沿って最大限に下部または上方へ移動するようにすることができる。したがって、本発明のこのような構成によれば、二次電池１１０が最大限にカートリッジ１２０に密着するように構成されることで、冷却性能を高め、モジュールアセンブリー１００の体積を減らすことができる。
また、望ましくは、前記二次電池１１０は、封止部が折り畳まれてカートリッジ１２０に接着固定されるように構成できる。
例えば、図３に示したように、前記二次電池１１０の下部封止部Ｓは、少なくとも一回以上、上方へ、即ち、電極組立体の収納空間側へ折り畳まれ得る。そして、この場合、折り畳まれた下部封止部Ｓとカートリッジ１２０の下部単位フレームとは、接着剤Ｂを介して接着固定され得る。
また、図４に示したように、前記二次電池１１０の上部封止部Ｓは、少なくとも一回以上に下方へ折り畳まれ得る。そして、この場合、折り畳まれた上部封止部Ｓとカートリッジ１２０の上部単位フレームとは、接着剤Ｂを介して接着固定され得る。
本発明のこのような構成によれば、封止部が占める空間を減らすことで、バッテリーパックの小型化により容易となる。そして、二次電池１１０とカートリッジ１２０との距離が縮まれ、二次電池１１０からカートリッジ１２０への熱伝達効率が高くなり得る。特に、折り畳まれた封止部Ｓの内側及び／または外側には、接着剤Ｂが位置して空気層は除去されるため、封止部Ｓの折畳み部分を介しても二次電池１１０内部の熱がカートリッジ１２０へ容易に伝達できる。
また、二次電池１１０とカートリッジ１２０とを接着固定する接着剤Ｂは、熱伝導性接着剤であり得る。
このような熱伝導性接着剤の場合、一般的な接着剤に比べて熱伝導率が高いため、二次電池１１０とカートリッジ１２０との熱伝達量及び熱伝達速度などをさらに高めることができる。したがって、本発明のこのような実施例によれば、カートリッジ１２０を介した二次電池１１０の熱排出性能をより向上させ、バッテリーパックの冷却性能が改善できる。
一方、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記パックケース２００には、外側表面に凹凸部が形成され得る。
例えば、図２及び図３において、Ｄで示されたように、下部ケース２２０は、下部表面に凸部と凹部とが交互に位置して形成された凹凸部を備えることができる。また、図２及び図４において、Ｄで示されたように、上部ケース２１０は、上部表面に凸部と凹部とが交互に位置するように凹凸部を形成することができる。
本発明のこのような構成によれば、パックケース２００の外側表面に形成された凹凸部Ｄによってパックケース２００の外部表面積が広くなることで熱排出性能が向上できる。特に、本発明の一実施例によれば、モジュールアセンブリー１００の上部面及び／または下部面がパックケース２００の内側面に接触し、モジュールアセンブリー１００側の熱がパックケース２００を介して上方または下方へ伝導されて排出できる。したがって、パックケース２００の上部の外側表面及び下部の外側表面に凹凸部Ｄを形成する場合、このような熱排出構成がより円滑に達成される。
また、望ましくは、本発明によるバッテリーパックは、サーマルパッド３００をさらに含むことができる。
前記サーマルパッド３００は、複数の図面に示したように、モジュールアセンブリー１００とパックケース２００との間に介され得る。そして、このようなサーマルパッド３００は、熱伝導性材質から構成され、モジュールアセンブリー１００とパックケース２００との間で熱を伝達することができる。
例えば、前記サーマルパッド３００は、モジュールアセンブリー１００の下部面と下部ケース２２０の上部面との間に介され、モジュールアセンブリー１００側の熱を下部ケース２２０側へ伝達できる。また、前記サーマルパッド３００は、モジュールアセンブリー１００の上部面と上部ケース２１０の下部面との間に介され、モジュールアセンブリー１００側の熱を上部ケース２１０側へ伝達できる。
特に、前記サーマルパッド３００は、接着剤を介してモジュールアセンブリー１００及び／またはパックケース２００と接触固定され得る。本発明のこのような実施例によれば、パックケース２００の内部でサーマルパッド３００及び／またはパックケース２００の動きを防止する一方、サーマルパッド３００とモジュールアセンブリー１００及び／またはサーマルパッド３００とパックケース２００との間の空気層を除去または減少させることで、相互間の熱伝達効率を高めることができる。
また、前記サーマルパッド３００は、弾性体を含むことができる。例えば、前記サーマルパッド３００は、全体的に弾性材質から構成できる。本発明のこのような構成によれば、サーマルパッド３００とモジュールアセンブリー１００及び／またはサーマルパッド３００とパックケース２００との密着性を向上させ、これらの間の熱伝達効率が高くなるようにすることができる。また、バッテリーパックに衝撃が加えられる場合、サーマルパッド３００が衝撃を吸収し、モジュールアセンブリー１００が破損することを防止することができる。
一方、本発明によるバッテリーパックは、前記構成の外にも他の多様な構成要素をさらに含むことができる。例えば、前記バッテリーパックは、ＢＭＳ、電流センサー、リレー及びヒューズなどのような電装品を含むことができる。
ここで、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）は、バッテリーパックの充放電動作を全般的に制御するバッテリー管理装置をいい、このようなＢＭＳは、バッテリーパックに通常含まれる構成要素である。また、電流センサーは、バッテリーパックの充放電電流をセンシングする構成要素であり、リレーは、バッテリーパックの充放電電流が流れる充放電経路を選択的に開閉するスイチング部品である。また、ヒューズは、バッテリーパックの充放電経路上に備えられ、バッテリーパックの異常状況の発生時に破断することで充放電電流の流れを遮断する構成要素である。このような電流センサー、リレー及びヒューズは、ＢＭＳと情報を交わすことができ、ＢＭＳによって制御できる。
また、本発明によるバッテリーパックは、モジュールアセンブリー１００の充放電電力を伝達するためのバスバーや電気的信号を伝達するためのケーブルなどをさらに含むことができる。
本発明によるバッテリーパックは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できる。即ち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含むことができる。特に、電気自動車のように、バッテリーから駆動力を得る自動車の場合、バッテリーパックの冷却性能、軽量化及び小型化などは非常に重要な要素であると言える。したがって、このような自動車に本発明によるバッテリーパックが適用される場合、効果的な冷却性能から安定的かつ安全であり、小さくて軽いバッテリーパックを提供することができる。
以上のように、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るものではなく、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。
１００ モジュールアセンブリー
１１０ 二次電池
１１０ パウチ型二次電池
１２０ カートリッジ
２００ パックケース
２１０ 上部ケース
２２０ 下部ケース
３００ サーマルパッド

Claims (16)

  1. 複数の二次電池、及び相互積層可能であり、前記二次電池の外周部を外側から囲み、少なくとも一部分が熱伝導性材質から構成された複数のカートリッジを備えるモジュールアセンブリーと、 内部に空間を備え、前記モジュールアセンブリーを収容し、少なくとも一部分が熱伝導性材質から構成され、前記モジュールアセンブリーの熱を外部へ排出するパックケースと、
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。
  2. 前記パックケースは、金属材質から構成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記パックケースは、アルミニウムダイキャスティングによるものであることを特徴とする請求項２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記モジュールアセンブリーは、上部及び下部が前記パックケースの内側面に接触したことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  5. 前記二次電池及び前記カートリッジは、上下方向に立てられて水平方向に複数配列されて積層されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  6. 前記カートリッジは、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含むか、または熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  7. 前記二次電池は、少なくとも一部分が前記カートリッジと接着剤によって接着固定されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  8. 前記カートリッジは、四角のリング状に形成され、内部空間に前記二次電池を収容し、前記二次電池の外周部の少なくとも一部が前記カートリッジの内側表面に接着固定されたことを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
  9. 前記カートリッジは、二つの相違する二次電池が一つのカートリッジに接着固定されたことを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
  10. 前記カートリッジは、内側面から内部方向に突出するように形成され、二つの二次電池の間に介された突出部を備え、前記突出部に二つの二次電池が接着固定されたことを特徴とする請求項９に記載のバッテリーパック。
  11. 前記突出部は、内側方向に進むほど幅が細くなるように斜面が左右方向にそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーパック。
  12. 前記二次電池は、封止部が折り畳まれた状態で前記カートリッジに接着固定されたことを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
  13. 前記接着剤は、熱伝導性接着剤であることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
  14. 前記モジュールアセンブリーと前記パックケースとの間に介されたサーマルパッドをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  15. 前記パックケースは、外側表面に凹凸部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
  16. 請求項１〜請求項１５のうちいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む自動車。
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