JP2018523904A - ２層で装着された電池モジュールを含む電池パック - Google Patents

２層で装着された電池モジュールを含む電池パック Download PDF

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Abstract

本発明は、それぞれ複数の電池セルで構成されている複数の電池モジュールであって、電池モジュールのうち少なくとも一つ以上の電池モジュールは、地面を基準として残りの電池モジュールと層構造をなしている電池モジュール；前記電池モジュールと隣接して装着されており、電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）；前記電池モジュールと隣接して装着されており、電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）；前記電池モジュールが上面に搭載され下段部が外部デバイスに固定される構造のベースプレート（ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）；および、前記電池モジュールを囲みながらベースプレートの外周辺に結合される構造のパックカバー（ｐａｃｋ ｃｏｖｅｒ）；を含んでいることを特徴とする電池パックを提供する。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年１月１５日付の韓国特許出願第１０−２０１６−０００５０５５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、２層で装着された電池モジュールを含む電池パックに関する。
最近、モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、エネルギー源としての充放電が可能な２次電池の需要が急激に増加しており、それによって多様な要求に応じ得る２次電池に対する多くの研究が行われている。また、２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）、プラグ−インハイ
ブリッド電気自動車（ＰＬＵＧ−ＩＮ ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
したがって、バッテリーだけで運行できる電気自動車（ＥＶ）、バッテリーと既存のエンジンを併用するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などが開発され、一部は商用化されている。ＥＶ、ＨＥＶなどの動力源としての２次電池は、主にニッケル水素金属（Ｎｉ−ＭＨ）２次電池が使用されているが、最近は、高いエネルギー密度、高い放電電圧および出力安定性のリチウム２次電池を使用する研究が盛んに行われており、一部は商品化段階にある。
このような２次電池が自動車の動力源として利用される場合、前記２次電池は多数の電池モジュール乃至電池モジュールアセンブリを含む電池パックの形態で利用される。
しかし、このような車両用電池パックは、一般にトランクのような内部空間に搭載された状態で、各装置と電気的に連結されるので、前記車両内で過度に多い空間を占めることになり、そのため、前記車両の内部空間を十分に活用することに限界が発生することになる。
したがって、このような問題点を根本的に解決できる技術に対する必要性の高いのが実情である。
本発明は、前記のような従来技術の問題点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。
本出願の発明者らは鋭意研究と多様な実験を重ねた結果、後述するように、電池モジュールのうち少なくとも一つ以上の電池モジュールは地面を基準として残りの電池モジュールと層構造をなすように配列した構造を含むことによって、電池パックの大きさ、形状および構造をより多様に構成することができ、これにより、自動車のようなデバイス内において、電池パックの搭載位置に対する制限を克服でき、電池パックの容量対比体積を最小化できて、デバイスの空間活用性を極大化させることができることを確認し、本発明を完成するに至った。
前記のような目的を達成するための本発明による電池パックは、それぞれ複数の電池セルで構成されている複数の電池モジュールであって、電池モジュールのうち少なくとも一つ以上の電池モジュールは地面を基準として残りの電池モジュールと層構造をなしている電池モジュール；
前記電池モジュールと隣接して装着されており、電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）；
前記電池モジュールと隣接して装着されており、電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）；
前記電池モジュールが上面に搭載され、下段部が外部デバイスに固定される構造のベースプレート（ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）；および
前記電池モジュールを囲みながらベースプレートの外周辺に結合される構造のパックカバー（ｐａｃｋ ｃｏｖｅｒ）；を含む構造から構成される。
したがって、本発明による電池パックは、電池モジュールのうち少なくとも一つ以上の電池モジュールは地面を基準として残りの電池モジュールと層構造をなすように配列した構造を含むことによって、電池パックの大きさ、形状および構造をより多様に構成することができ、そのため、自動車のようなデバイス内において、電池パックの搭載位置に対する制限を克服でき、電池パックの容量対比体積を最小化できて、デバイスの空間活用性を極大化させることができる効果を提供する。
一つの具体的な例において、前記電池モジュールの層構造は、二つ以上の電池モジュールで構成されており、ベースプレートに固定される第１電池モジュールユニットと、一つ以上の電池モジュールで構成されており、前記第１電池モジュールユニットの上段に装着される第２電池モジュールユニットからなる構造でありうる。
この時、前記第１電池モジュールユニットにおいて、電池モジュールは、それぞれの電池セルが同一の配向を有するように相互配列されている構造でありうる。
前記構造の電池パックは平面状で、自動車のようなデバイスの座席シートの下段部に位置して、前記デバイスの左右両側に印加される荷重が均衡をなすように構成でき、そのため、前記電池パックによって印加される荷重を考慮したデバイスの力学的設計をより容易に行うことができる。
より具体的に、前記第１電池モジュールユニットは、ベースプレートの中心部を基準にして両側に分離配列されている第１電池モジュール群と第２電池モジュール群とで構成されている構造でありうる。
また、前記第１電池モジュール群の上段には第２電池モジュールユニットが層構造で装着されており、前記第２電池モジュール群の上段にはＢＭＳおよびＢＤＵが層構造で装着されている構造から構成されて、自動車などのデバイスの左右両側に印加される荷重が均衡をなすように構成される。
他の具体的な例において、前記第２電池モジュールユニットは、第１電池モジュール群の上段で一側端部側に偏向した位置に装着されており、前記ＢＭＳおよびＢＤＵは、第２電池モジュール群の上段で一側端部側に偏向した位置に装着されている構造であってもよく、このような構造は、例えば、自動車などのデバイスの後部座席の下段で電池パックが装着される構造で、電池パックの上段に一部電池モジュールとＢＭＳおよびＢＤＵなどの電装部材が突出している構造で構成される。
一方、本発明による電池パックは、外部デバイスとの電気的連結のための外部入出力端子がベースプレートの中心部に位置する構造でありうる。
具体的に、前記外部入出力端子に対応する位置でパックカバーの部位には開口が形成されており、前記外部入出力端子はパックカバーの開口を通して外部に露出している構造で構成される。
一般に、電池モジュールを構成する電池セルは、板状型構造のパウチ型電池セルが多数個積層配列された構造で構成されており、このような構造で前記のように層構造をなすためには、互いに異なる配列方向が互いに異なる構造で構成されることが望ましい。
一つの具体的な例において、前記第１電池モジュールユニットの電池モジュールにおいて電池セルは、地面に対して垂直方向に隣接配列されている構造からなっており、前記第２電池モジュールユニットの電池モジュールにおいて電池セルは、地面に対して水平方向に積層配列されている構造からなることができる。
より具体的に、前記第１電池モジュールユニットは、それぞれ１２ないし２４個の電池セルを含む２乃至６個の電池モジュールで構成されており、前記第２電池モジュールユニットは、それぞれ１２ないし２４個の電池セルを含む１または２個の電池モジュールで構成されている構造でありうる。
この時、前記第１電池モジュールユニットを構成するそれぞれの電池モジュールの電池セルの数量は、第２電池モジュールユニットを構成するそれぞれの電池モジュールの電池セルの数量より相対的に多く構成される。
したがって、ベースプレートに固定する第１電池モジュールユニットの場合、同じ幅を有する電池セルが地面に対して垂直方向に隣接配列されて、デバイスの幅により配列される電池セルの数を調節でき、前記第１電池モジュールユニットの上段に層構造で装着される第２電池モジュールユニットの場合、同じ厚さを有する電池セルが地面に対して水平方向に積層され、配列される電池セルの数を調節して電池パックの高さが過度に高くなることを防止することができる。
一方、前記第１電池モジュールユニットおよび第２電池モジュールユニットは、電池セルが配列されている構造によって異なる形態の冷却部材を含んでもよい。
具体的に、第１電池モジュールユニットは第１冷却部材を含み、前記第２電池モジュールユニットは熱伝導方向が第１冷却部材と異なる第２冷却部材を含んでもよい。
一つの具体的な例において、前記第１冷却部材は、
電池セル間にそれぞれ介在する第１冷却フィン（ｃｏｏｌｉｎｇ ｆｉｎ）；および
前記第１冷却フィンの一側端部に熱接触されており、冷媒の流動のための中空構造の冷媒流路が備えられており、第１電池モジュールユニットとベースプレートの間に位置する第１放熱プレート；を含んでいる構造で構成される。
この時、前記第１冷却部材の第１放熱プレートは、一側端部に冷媒流入口が形成されており、他側端部には冷媒排出口が形成されている構造からなることができる。
他の具体的な例において、前記第２冷却部材は、
電池セル間にそれぞれ介在する第２冷却フィン；および
前記第２冷却フィンの一側端部に熱接触されており、冷媒の流動のための中空構造の冷媒流路が備えられており、地面に対して垂直方向に装着されている第２放熱プレート；を含んでいる構造で構成される。
この時、前記第２冷却部材の第２放熱プレートは、冷媒流入口および冷媒排出口がベースプレートの中心部から第２放熱プレートの内側面方向に形成されている構造からなっている。
また、前記第１冷却部材は、第１電池モジュールユニットと接触する面に熱伝導パッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｄ）が介在しており、前記第２冷却部材は、第２電池モジュールユニットと接触する面に熱伝導パッドが介在している構造で構成される。
つまり、前記のように区分される構造の第１冷却部材および第２冷却部材は、電池パックの内部でベースプレートと電池モジュールの間、またはＢＭＳおよびＢＤＵと電池モジュールの間で電池モジュールを構成する電池セルの配列方向によって異なる形態の冷却部材が構成されて電池パック内部の空間を活用する構造でありうる。
一方、前記電池モジュールは互いに隣接した一側端部および他側端部に電気的連結のためのモジュール端子がそれぞれ形成されており、前記モジュール端子はそれぞれバスバーによって連結されている構造でありうる。
より具体的に、本発明による電池パックを構成する電池モジュールは、相互間の電気的連結のためのモジュール端子を含んでいる。
このような場合に、前記各電池モジュールのモジュール端子はそれぞれ互いに隣接した一側端部および他側端部に位置しており、これによって、前記モジュール端子はより小さいサイズを有するバスバーによってより簡単に電気的に連結されることができ、したがって、電池パックの全体的な連結構造をより簡素化させることができる。
参考に、前記電池セルはリチウムイオン電池セルまたはリチウムイオンポリマー電池セルであってもよく、前記２次電池は正極、負極、分離膜、およびリチウム塩含有非水電解液で構成される。
前記正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電材およびバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要によっては、前記混合物に充填剤をさらに添加することもある。
前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物や１またはそれ以上の遷移金属に置換された化合物；化学式Ｌｉ１＋ｘＭｎ２−ｘＯ４（ここで、ｘは０〜０．３３である）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）；ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ１−ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｘ＝０．０１〜０．３である）に表現されるＮｉサイト形リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ２−ｘＭｘＯ２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｘ＝０．０１〜０．１である）、またはＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである）に表現されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉ一部がアルカリ土金属イオンに置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などが挙げられるが、これらだけに限定されるものではない。
前記導電材は、通常的に正極活物質を含む混合物全体重量を基準に１ないし３０重量％で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスキー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが用いることができる。
前記バインダーは、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合とに助力する成分であって、通常正極活物質を含む混合物全体重量を基準に１ないし３０重量％で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンテルポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。
前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に用いられ、当該電池に化学的変化を誘発せずとも繊維状材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が用いられる。
前記負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して製作され、必要に応じて前記のような成分などが選択的にさらに含まれてもよい。
前記負極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１−ｘＭｅ’ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０<ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、またはＢｉ２Ｏ５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ系材料などが用いられる。
前記分離膜は正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。分離膜の気孔直径は、通常０．０１〜１０μｍであり、厚さは、通常５〜３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性および疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどからなるシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマーなどの固体電解質が使用される場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。
リチウム塩含有非水系電解液は極性有機電解液およびリチウム塩からなっている。電解液としては、非水系液状電解液、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用される。
前記非水系液状電解液としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ガンマ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ホルム酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を使用することができる。
前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリエジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合体などを使用することができる。
前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などを使用することができる。
前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどを使用することができる。
また、非水系電解液には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませることもでき、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含ませることもできる。
本発明はまた、前記電池パックを含むデバイスを提供することができるが、前記デバイスは電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車であってもよいが、これらだけに限定されないことは勿論である。
これらデバイスの構造およびその製作方法は当業界に公知となっているので、本明細書では、それについての具体的な説明を省略する。
本発明の一実施形態による電池パックにおいて電池モジュールが搭載された構造を概略的に示す模式図である。 図１の第１電池モジュールユニットの構造を示す模式図である。 図１の電池モジュールの２層構造を示す模式図である。 本発明の一実施形態による第１電池モジュールユニットを構成する電池モジュールの構造を示す模式図である。 本発明の一実施形態による第２電池モジュールユニットを構成する電池モジュールの構造を示す模式図である。 図１の電池モジュールを内蔵した状態でパックカバーが結合された電池パックの構造を示す模式図である。
以下では、本発明の実施例による図面を参照して説明するが、これは本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図１には一実施形態による電池パックにおいて電池モジュールが搭載された構造を概略的に示す模式図が示されており、図２には図１の第１電池モジュールユニットの構造を示す模式図が示されており、図３には図１の電池モジュールの２層構造を示す模式図が示されている。
まず、図１を参照すると、電池パック１００は電池モジュール（図４および図５参照）が上面に搭載され下段部が外部デバイスに結合される構造のベースプレート１１０を含む構造で構成されている。
ベースプレート１１０の上段には第１電池モジュールユニット１２０が装着されている構造であって、前記第１電池モジュールユニット１２０においてベースプレート１１０の中心部を基準に左側に位置する第１電池モジュール群１２１の上段には第２電池モジュールユニット１３０が層構造で装着されている。
また、第１電池モジュールユニット１２０においてベースプレート１１０の中心部を基準に右側に位置する第２電池モジュール群１２２の上段にはＢＭＳおよびＢＤＵを含む電装部材１４０が層構造で装着されている。
次に、図２を参照すると、ベースプレート１１０の上段には総６個の電池モジュールで構成されている第１電池モジュールユニット１２０が装着された状態で固定されており、ベースプレート１１０の中心部を基準に左側に総３個の電池モジュールで構成されている第１電池モジュール群１２１が位置し、右側に総３個の電池モジュールで構成されている第２電池モジュール群１２２が位置した構造で構成されている。
次に、図３を参照して電池モジュールの２層構造をもっと詳しく説明すれば、ベースプレート１１０の中心部を基準に左側に総３個の電池モジュールで構成されている第１電池モジュール群１２１の上段には第２電池モジュールユニット１３０が層構造で装着されている。
この時、第２電池モジュールユニット１３０は相対的に広い面積を形成する第１電池モジュール群１２１の一側端部側に偏向した位置に装着される構造から構成される。
また、ベースプレート１１０の中心部を基準に右側に総３個の電池モジュールで構成されて相対的に広い面積を形成する第２電池モジュール群１２２の上段にも、図１に示されているように、ＢＭＳおよびＢＤＵを含む電装部材１４０が一側端部側に偏向した位置に装着される構造で形成される。
このような構造は、第２電池モジュール群１２２の上段を基準に一側端部に偏向した部位Ａに追加的な電池モジュールまたは電池パックの作動を制御する電装部材などの追加的な部材が装着され、前記部位Ａを除いた残りの部位Ｂは電池パックの体積を占めない余剰空間として活用が可能である。
前記構造において第１電池モジュール群１２１および第２電池モジュール群１２２の上段に装着される第２電池モジュールユニット１３０および電装部材１４０は同じ突出高さで形成することができ、このような構造を通して電池パック１００の大きさ、形状および構造をより多様に構成することができ、これによって、自動車のようなデバイス内で、電池パック１００の搭載位置に対する制限を克服でき、電池パック１００の容量対比体積を最小化できて、デバイスの空間活用性を極大化させることができる効果を提供する。
図４には、本発明の一実施形態による第１電池モジュールユニットを構成する電池モジュールの構造を示す模式図が示されており、図５には、第２電池モジュールユニットを構成する電池モジュールの構造を示す模式図が示されている。
まず、図４を図２および図３と共に参照すると、ベースプレート１１０の上段に装着されて１層構造を構成する第１電池モジュールユニット１２０に含まれる電池モジュール２００は、電池セルが同一の配向を有するように相互配列されている構造で構成されている。
具体的に、電池モジュール２００は電池セルが地面に対して垂直方向に隣接して配列されている構造からなっており、電池モジュール２００の下段に冷却部材（図示せず）を含む構造で構成されている。
次に、図５を図２および図３と共に参照すると、第１電池モジュールユニット１２０の上段に層構造で装着される第２電池モジュールユニット１３０に含まれる電池モジュール３００は、電池セルが同一の配向を有するように相互配列されている構造で構成されている。
具体的に、電池モジュール３００は電池セルが地面に対して水平方向に積層配列されている構造で構成されており、電池モジュール３００の側面一側に冷却部材（図示せず）を含む構造で構成されている。
したがって、第１電池モジュールユニット１２０および第２電池モジュールユニット１３０を構成するそれぞれの電池モジュール２００、３００は、電池セルの配列方向および積層構造が異なる構造で構成され、それによって冷却部材の装着位置が異なる構造で構成されて電池パック１００内部の空間を容易に活用することができる。
図６には、図１の電池モジュールを内蔵した状態でパックカバーが結合された電池パックの構造を示す模式図が示されている。
図６を参照すると、パックカバー１５０は電池モジュールを内蔵した状態で複数の締結部材１６０によって、ベースプレート１１０の外周辺と結合する構造で構成されている。
パックカバー１５０の上段は、内部に位置する電池モジュールまたは電装部材に対応する位置が突出している構造で構成されており、パックカバー１５０の中心部から外部入出力端子１７０に対応する位置には開口１８０が形成されており、外部入出力端子１７０が開口１８０を通じて外部に露出している構造で構成されている。
したがって、外部入出力端子１７０が電池モジュールが位置しない部位に形成されるので、空間を効率的に活用することができ、外部に突出している構造で、電気的連結が容易な構造で構成される。
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および変形を行うことが可能であろう。
以上、説明した通り、本発明による電池パックは、電池モジュールのうち少なくとも一つ以上の電池モジュールは地面を基準として残りの電池モジュールと層構造をなすように配列した構造を含むことによって、電池パックの大きさ、形状および構造をより多様に構成でき、これによって、自動車のようなデバイス内で、電池パックの搭載位置に対する制限を克服でき、電池パックの容量対比体積を最小化できて、デバイスの空間活用性を極大化させることができる効果を提供する。
１００ 電池パック
１１０ ベースプレート
１２０ 第１電池モジュールユニット
１２１ 第１電池モジュール群
１２２ 第２電池モジュール群
１３０ 第２電池モジュールユニット
１４０ 電装部材
１５０ パックカバー
１６０ 締結部材
１７０ 外部入出力端子
１８０ 開口
２００ 電池モジュール
３００ 電池モジュール

Claims (20)

  1. それぞれ複数の電池セルで構成されている複数の電池モジュールであって、電池モジュールのうち少なくとも一つ以上の電池モジュールは地面を基準として残りの電池モジュールと層構造をなしている電池モジュール；
    前記電池モジュールと隣接して装着されており、電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）；
    前記電池モジュールと隣接して装着されており、電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）；
    前記電池モジュールが上面に搭載され下段部が外部デバイスに固定される構造のベースプレート（ｂａｓｅｐｌａｔｅ）；および
    前記電池モジュールを囲みながらベースプレートの外周辺に結合される構造のパックカバー（ｐａｃｋｃｏｖｅｒ）；
    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の層構造は、二つ以上の電池モジュールで構成されており、ベースプレートに固定される第１電池モジュールユニットと、一つ以上の電池モジュールで構成されており、前記第１電池モジュールユニットの上段に装着される第２電池モジュールユニット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電池モジュールユニットにおいて電池モジュールは、それぞれの電池セルが同一の配向を有するように相互配列されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池パック。
  4. 前記第１電池モジュールユニットは、ベースプレートの中心部を基準にして両側に分離配列されている第１電池モジュール群と第２電池モジュール群とで構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の電池パック。
  5. 前記第１電池モジュール群の上段には第２電池モジュールユニットが層構造で装着されており、前記第２電池モジュール群の上段にはＢＭＳおよびＢＤＵが層構造で装着されていることを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
  6. 前記第２電池モジュールユニットは、第１電池モジュール群の上段で一側端部側に偏向した位置に装着されており、前記ＢＭＳおよびＢＤＵは第２電池モジュール群の上段で一側端部側に偏向した位置に装着されていることを特徴とする、請求項５に記載の電池パック。
  7. 前記ベースプレートの中心部には、外部デバイスとの電気的連結のための外部入出力端子が位置することを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
  8. 前記外部入出力端子に対応する位置で、パックカバーの部位には開口が形成されており、前記外部入出力端子はパックカバーの開口を通して外部に露出し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. 前記第１電池モジュールユニットの電池モジュールにおいて電池セルは、地面に対して垂直方向に隣接配列されている構造からなり、前記第２電池モジュールユニットの電池モジュールにおいて電池セルは、地面に対して水平方向に積層配列されている構造からなることを特徴とする、請求項２に記載の電池パック。
  10. 前記第１電池モジュールユニットは第１冷却部材を含み、前記第２電池モジュールユニットは熱伝導方向が第１冷却部材と異なる第２冷却部材を含んでいることを特徴とする、請求項９に記載の電池パック。
  11. 前記第１冷却部材は、
    電池セル間にそれぞれ介在する第１冷却フィン（ｃｏｏｌｉｎｇ ｆｉｎ）；および
    前記第１冷却フィンの一側端部に熱接触されており、冷媒の流動のための中空構造の冷媒流路が備えられており、第１電池モジュールユニットとベースプレートの間に位置する第１放熱プレート；
    を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
  12. 前記第１冷却部材の第１放熱プレートは、一側端部に冷媒流入口が形成されており、他側端部に冷媒排出口が形成されている構造からなることを特徴とする、請求項１１に記載の電池パック。
  13. 前記第２冷却部材は、
    電池セル間にそれぞれ介在する第２冷却フィン；および
    前記第２冷却フィンの一側端部に熱接触されており、冷媒の流動のための中空構造の冷媒 流路が備えられており、地面に対して垂直方向に装着されている第２放熱プレート；
    を含んでいることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
  14. 前記第２冷却部材の第２放熱プレートは、冷媒流入口および冷媒排出口がベースプレートの中心部から第２放熱プレートの内側面方向に形成されている構造からなることを特徴とする、請求項１３に記載の電池パック。
  15. 前記第１冷却部材は、第１電池モジュールユニットと接触する面に熱伝導パッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｄ）が介在しており、前記第２冷却部材は、第２電池モジュールユニットと接触する面に熱伝導パッドが介在していることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
  16. 前記第１電池モジュールユニットはそれぞれ１２ないし２４個の電池セルを含む２乃至６個の電池モジュールで構成されており、前記第２電池モジュールユニットはそれぞれ１２ないし２４個の電池セルを含む１または２個の電池モジュールで構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の電池パック。
  17. 前記第１電池モジュールユニットを構成するそれぞれの電池モジュールの電池セルの数量は、第２電池モジュールユニットを構成するそれぞれの電池モジュールの電池セルの数量より相対的に多いことを特徴とする、請求項１６に記載の電池パック。
  18. 前記電池モジュールは互いに隣接した一側端部および他側端部に電気的連結のためのモジュール端子がそれぞれ形成されており、前記モジュール端子は、それぞれバスバーによって連結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。
  19. 請求項１に記載の電池パックを含むことを特徴とする、デバイス。
  20. 前記デバイスは電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車からなる群より選択されるいずれか一つ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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