JP2019503040A - バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、自動車 - Google Patents

バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、自動車 Download PDF

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Abstract

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車に関する。本発明の一実施例よるバッテリーモジュールは、電極組立体が収納される収納部及び前記収納部を封止する封止部を有する複数個のバッテリーセルと、前記バッテリーセルの少なくとも一部を囲み、前記バッテリーセルと面接触する熱伝導シートと、前記熱伝導シートの内側に位置し、少なくとも一部分が前記バッテリーセルの収納部と接触するサイド冷却フィンと、前記熱伝導シートと接触する冷却プレートと、を含む。

Description

本発明は、複数の二次電池を有するバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車に関し、より詳しくは、バッテリーセルを冷却できるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車に関する。
本出願は、２０１６年６月１３日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００７３３５９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
二次電池は、多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度を有する電気的特性を有する。このような二次電池は、携帯用電子器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気車またはハイブリッド車、電力貯蔵装置などに応用されている。
電気車などに適用されるバッテリーパックは、高出力を得るために、複数のバッテリーを含む複数のバッテリーセルを連結した構造を有している。そして、個々のバッテリーセルは電極組立体であって、正極及び負極集電体、セパレーター、活物質、電解液などを含み、構成要素間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。
なお、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高まるにつれ、複数の二次電池が直列及び／または並列で接続した複数のバッテリーモジュールを集合したマルチモジュール構造のバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。
マルチモジュール構造のバッテリーパックは、複数の二次電池が狭い空間に密集する形態に製造されるため、各二次電池で発生する熱を容易に放出させることが重要となる。二次電池バッテリーの充電または放電の過程は、電気化学的反応によって行われるため、充放電過程で発生したバッテリーモジュールの熱が効果的に除去されなければ、熱蓄積が起こり、結果としてバッテリーモジュールの劣化が促進してしまい、場合によっては発火または爆発に繋がり得る。
そこで、高出力・大容量のバッテリーモジュール及びそれが取り付けられたバッテリーパックには、これに収納されているバッテリーセルを冷却する冷却装置が必ず必要となる。
通常、冷却装置としては、代表的に、空冷式と水冷式の二つが挙げられるが、漏電や二次電池の防水などの問題から、空冷式が水冷式よりも広く用いられている。
一つの二次電池セルによって生産可能な電力は大きくないため、商用化したバッテリーモジュールは、通常、モジュールケース内に複数個のバッテリーセルを必要な分だけ積層してパッケージングする。そして、個々のバッテリーセルにおいて、電気が生産される過程で発生した熱を冷却して、二次電池の温度を適正に維持するために、バッテリーセルの間に放熱部材としてバッテリーセルの面積に対応する複数個の冷却フィンを挿入する。冷却フィンは、アルミニウム材質として提供される。各々のバッテリーセルから熱を吸収した冷却フィンは、一枚の冷却プレートに連結され、冷却プレートに熱を伝達する。冷却プレートは、冷却フィンから伝達された熱をさらにヒートシンクに伝達し、ヒートシンクは冷却水または冷却空気によって冷却される。
しかし、冷却フィンと冷却プレートとの接触部分は、その形状的な特性によって全体的に完全な密着が困難し、熱伝導効率が劣る。冷却フィンから冷却プレートへ伝達される熱伝導効率が劣る場合、バッテリーセルの熱を効果的に冷却できないという問題がある。
但し、アルミニウム材質の冷却フィンを使用する場合、バッテリーセルとの緊密な接触が難しい。また、現在、バッテリーモジュールの場合、エネルギー密度が次第に高くなりつつあり、エネルギー密度が高いバッテリーモジュールの場合、各々のバッテリーセルで発生する熱の量が多くて、一定な熱伝導度を有する冷却フィンのみではバッテリーセルの冷却に限界がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却効率が向上したバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車を提供することを目的とする。
また、本発明は、バッテリーセルのエッジ部及び封止部の冷却効率を向上させることができるバッテリーモジュール及びこれを含むバッテリーパック、並びに自動車を提供することを他の目的とする。
但し、本発明が解決しようとする課題はこれに限定されず、ここに言及されていないさらに他の技術的課題は、以下に記載された発明の説明からより明確に理解されるだろう。
本発明は、複数のバッテリーセルを有するバッテリーモジュールを提供する。
本発明の一実施例によれば、前記バッテリーモジュールは、電極組立体が収納される収納部及び前記収納部を封止する封止部を有する複数個のバッテリーセルと、前記バッテリーセルの少なくとも一部を囲み、前記バッテリーセルと面接触する熱伝導シートと、前記熱伝導シートの内側に位置し、少なくとも一部分が前記バッテリーセルの収納部と接触するサイド冷却フィンと、前記熱伝導シートと接触する冷却プレートと、を含み得る。
一実施例によれば、前記サイド冷却フィンは、少なくとも一部が前記バッテリーセルの封止部と接触し、少なくとも一部が前記熱伝導シートと接触し得る。
一実施例によれば、前記サイド冷却フィンは、前記封止部が収容される収容部と、前記封止部の一側面と接触する第１リング部と、前記封止部の他側面と接触する第２リング部と、を含み、前記第１リング部と前記第２リング部とは、前記収容部によって相互連結し得る。
一実施例によれば、前記第１リング部及び前記第２リング部は、各々内部に空間を有し、少なくとも一側が開放されて提供され得る。
一実施例によれば、前記第１リング部及び前記第２リング部は、前記収容部を中心に相互対称形状として提供され得る。
一実施例によれば、前記封止部は、折り畳まれて前記収容部に配置され得る。
一実施例によれば、前記第１リング部及び前記第２リング部は、各々少なくとも一部が前記バッテリーセルの収納部の側面、前記封止部及び前記熱伝導シートと接触し得る。
一実施例によれば、前記熱伝導シートのうち各々前記第１リング部及び前記第２リング部と接触する部分は、ラウンドされた形状として提供され得る。
一実施例によれば、前記熱伝導シートは、グラファイトシートとして提供され、前記サイド冷却フィンが、アルミニウム材質として提供され得る。
一実施例によれば、前記バッテリーセル、前記サイド冷却フィン及び前記冷却プレートが、順次に第１方向に沿って並んで配置され、前記熱伝導シートは、前記バッテリーセルの前記第１方向に垂直した面の一部と、前記サイド冷却フィンの側面の少なくとも一部と、を全て囲むように提供され得る。
一実施例によれば、前記熱伝導シートと前記冷却プレートとの間に位置し、前記熱伝導シートの熱を前記冷却プレートへ伝達する冷却パッドをさらに含み得る。
一実施例によれば、前記冷却パッドの一面は前記熱伝導シートと結合し、前記冷却パッドの他面は前記冷却プレートと結合し、前記冷却パッドと結合する前記熱伝導シートがラウンドされた形状として提供され得る。
一実施例によれば、前記バッテリーモジュールは、内部に冷却流体が流れ、前記冷却プレートと熱交換するヒートシンクをさらに含み得る。
本発明は、上述のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提供できる。
本発明は、上述のバッテリーパックを含む自動車が提供できる。
本発明の一実施例によれば、バッテリーセルの冷却時、バッテリーセルを囲む熱伝導シートと、バッテリーセルの封止部及びエッジ部と接触するサイド冷却フィンと、を提供することで、バッテリーセルの冷却効率を向上させることができる。
本発明の効果は上述の効果に限定されず、言及していない効果は、本明細書及び添付の図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者に明確に理解されるだろう。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。 図１のバッテリーセルの分解斜視図である。 図１のバッテリーセルの結合斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの一部のうち、バッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却プレート及びヒートシンクの結合前の状態を示す斜視図である。 図１のバッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却プレート及びヒートシンクが結合した状態を示す正面図である。 図５のバッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却プレート及びヒートシンクの結合前の状態を示す正面図である。 図４のバッテリーモジュールの他の実施例を示す斜視図である。 図４のバッテリーモジュールのうち、バッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却パッド、冷却プレート及びヒートシンクが結合した状態を示す正面図である。 図８のバッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却パッド、冷却プレート及びヒートシンクの結合前の状態を示す正面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおいて、熱が伝達される方向を概略的に示す図である。
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モジュールの斜視図である。
バッテリーモジュール１０は複数個のバッテリーセル１００を有する。バッテリーセル１００は、二次電池として提供され得る。一例で、バッテリーセル１００は、パウチ型二次電池として提供され得る。以下、本発明のバッテリーセル１００をパウチ型二次電池として提供されることを例に挙げて説明する。
バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００、熱伝導シート２００、サイド冷却フィン３００、冷却プレート４００及びヒートシンク６００を含む。
バッテリーセル１００は、複数個が提供される。複数のバッテリーセル１００は、各々の面が対向する方向へ並んで配置される。複数のバッテリーセル１００は、各々相互対面して位置する。以下、複数のバッテリーセル１００が並んで配置される方向を第１方向１２とする。上面視で、第１方向１２に垂直する方向を第２方向１４とする。第１方向１２及び第２方向１４にともに垂直する方向を第３方向１６とする。
図２は、図１のバッテリーセルの分解斜視図であり、図３は、図１のバッテリーセルの結合斜視図である。
図２及び図３を参照すれば、バッテリーセル１００は、パウチケース１１０、電極組立体１２０、電極タブ１３０及び電極リード１４０を含む。
パウチケース１１０は、内部空間１０１を有する。パウチケース１１０の内部には、後述の電極組立体１２０及び電解液が位置する。パウチケース１１０の中央領域は、上下方向へ突出して提供される。パウチケース１１０は、上部ケース１１１及び下部ケース１１２を含む。
上部ケース１１１及び下部ケース１１２は、相互組み合わせられて内部空間１０１を形成する。上部ケース１１１の中央領域は、上方へ突出して凹んだ形態を有する。下部ケース１１２は、上部ケース１１１の下部に位置する。下部ケース１１２の中央領域は、下方へ突出して凹んだ形態を有する。これとは違って、パウチケース１１０の内部空間１０１は、上部ケース１１１または下部ケース１１２のいずれか一つのみに形成され得る。
上部ケース１１１及び下部ケース１１２は、各々封止部１６０を有する。上部ケース１１１の封止部１６０と、下部ケース１１２の封止部１６０とは、相互対向するように提供され得る。上部ケース１１１の封止部１６０及び下部ケース１１２の封止部１６０は、内側に位置した内部接着層が熱溶着などによって相互接着され得る。封止部１６０の接着によって内部空間１０１は密閉される。
パウチケース１１０の内部空間１０１には、電解液及び電極組立体１２０が収納される。パウチケース１１０は、外部絶縁層、金属層、及び内部接着層を有し得る。外部絶縁層は、外部の水分、ガスなどの内部への浸透を防止できる。金属層は、パウチケース１１０の機械的強度を向上させることができる。金属層は、アルミニウムとして提供され得る。これとは違って、金属層は、鉄、炭素、クロム、マンガンの合金、鉄、ニッケル及びニッケルの合金、アルミニウムまたはその等価物から選択されたいずれか一つとして提供され得る。金属層として鉄が含有された材質を使う場合、機械的強度が高くなる。金属層としてアルミニウム材質が使われる場合、軟性がよくなる。金属層の望ましい実施例としてアルミニウムが提供され得る。外部絶縁層及び内部接着層は、ポリマー材質として提供され得る。
電極組立体１２０は、正極板、負極板及び分離膜を含む。電極組立体１２０は、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板が分離膜を挟んで配置されるように提供され得る。電極組立体１２０は、複数の正極板と複数の負極板とが交互に積層されて提供され得る。これとは違って、一つの正極板と負極板とが巻き取られて提供され得る。
電極組立体１２０の電極板は、集電体及び集電体の片面または両面に塗布された活物質スラリーを含む。活物質スラリーは、粒状の活物質、補助導体、バインダー及び可塑剤などの溶媒が添加された状態で撹拌して形成され得る。各々の電極板は、活物質スラリーが塗布されない領域である非コーティング部を有し得る。非コーティング部には、各々の電極板に対応する電極タブ１３０が形成され得る。
電極タブ１３０は、電極組立体１２０から突出するように延びて形成される。電極タブ１３０は、正極タブ１３１及び負極タブ１３２を含む。正極タブ１３１は正極板の非コーティング部から延び得、負極タブ１３２は負極板の非コーティング部から延び得る。
正極タブ１３１及び負極タブ１３２は、バッテリーセル１００に各々一つずつ備えられ得る。これとは違って、正極タブ１３１及び負極タブ１３２は、複数個が備えられ得る。一例で、バッテリーセル１００の電極組立体１２０に正極板及び負極板が各々一枚ずつ含まれた場合、正極タブ１３１及び負極タブ１３２は各々１つずつ含まれ得る。これと違って、正極タブ１３１及び負極タブ１３２は、各々複数個が含まれ得る。電極組立体１２０に正極板及び負極板が各々複数含まれた場合、正極タブ１３１及び負極タブ１３２も複数個含まれ得、１枚の電極板ごとに各々電極タブ１３０が備えられ得る。
電極リード１４０は、バッテリーセル１００を外部の他の装置と電気的に接続できる。電極リード１４０は、正極リード１４１及び負極リード１４２を含み得る。電極リード１４０は、パウチケース１１０の内側から外側まで延びるように提供され得る。電極リード１４０の一部領域は、封止部１６０の間に介され得る。電極リード１４０は、電極タブ１３０と連結される。本発明の電極リード１４０は、パウチケース１１０の一側に正極リード１４１が提供され、他側に負極リード１４２が提供され得る。これとは違って、正極リード１４１及び負極リード１４２は、パウチケース１１０の一側にともに提供され得る。
バッテリーセル１００は、収納部１５０及び封止部１６０を有する。ここで、収納部１５０は、バッテリーセル１００において電極組立体１２０が収納される部分である。封止部１６０は、パウチケース１１０において収納部１５０を囲む四つの側面に封止される部分である。封止部１６０は、後述するサイド冷却フィン３００の収容部３１０に結合し、折り畳まれて提供され得る。
図４は、図１のバッテリーモジュールの一部のうち、バッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却プレート及びヒートシンクの結合前の状態を示す斜視図であり、図５は、図１のバッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却プレート及びヒートシンクが結合した状態を示す正面図であり、図６は、図５のバッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却プレート及びヒートシンクの結合前の状態を示す正面図である。
図４〜図６を参照すれば、熱伝導シート２００は、バッテリーセル１００の熱を冷却プレート４００に伝達できる。熱伝導シート２００は、複数個が提供され得る。熱伝導シート２００は、バッテリーセル１００の個数に対応する個数として提供され得る。熱伝導シート２００は、バッテリーセル１００の少なくとも一部分を囲んで提供され得る。熱伝導シート２００は、バッテリーセル１００の面と面接触し得る。一例で、熱伝導シート２００は、パウチケース１１０の六面のうち第１方向の二面及び第３方向の二面を囲んで提供され得る。熱伝導シート２００は、バッテリーセル１００のうち、第２方向１４に沿って形成された二つの面方向は開放された形態として提供され得る。熱伝導シート２００は、熱伝導度の良い材質として提供され得る。一例で、熱伝導シート２００は、グラファイトシート（Ｇｒａｐｈｉｔｅ ｓｈｅｅｔ）であり得る。グラファイトシートは、熱伝導性に優れており、電気絶縁性を有する。熱伝導シート２００としてグラファイトシートが提供される場合、バッテリーセル１００で発生する熱を冷却プレート４００へ容易に伝達できる。これとは違って、熱伝導シート２００としては、シリコーン熱伝導シートが提供され得る。
熱伝導シート２００は、薄膜の形態として提供され得る。一例で、熱伝導シート２００の厚さは、５０μｍであり得る。このように、熱伝導シート２００の厚さが非常に薄く提供されれば、バッテリーモジュール１０の全体体積が増加しない。薄膜形態の熱伝導シート２００は、従来の金属材質として提供される冷却フィンの厚さよりもその厚さが薄くて、バッテリーモジュール１０の全体体積が増加しない。また、バッテリーモジュール１０の全体体積に対して占めるバッテリーセル１００の体積を大きくすることができ、エネルギー密度を向上させることができる。
サイド冷却フィン３００は、バッテリーセル１００の収納部１５０の側面１７０（以下、エッジ部とする。）及び封止部１６０の熱を冷却プレート４００に伝達することができる。サイド冷却フィン３００は、熱伝導シート２００の内側に位置する。バッテリーセル１００及びサイド冷却フィン３００は、第３方向１６に沿って並んで位置し得る。サイド冷却フィン３００は、複数個として提供され得る。サイド冷却フィン３００は、バッテリーセル１００の個数に対応する個数で提供され得る。サイド冷却フィン３００は、少なくとも一部が、バッテリーセル１００の封止部１６０及びバッテリーセル１００のエッジ部１７０と接触し、少なくとも一部が熱伝導シート２００と接触し得る。サイド冷却フィン３００は、金属材質として提供され得る。一例で、サイド冷却フィン３００は、アルミニウム材質であり得る。これとは違って、サイド冷却フィン３００は、熱伝導性が良い他の金属材質として提供され得る。
サイド冷却フィン３００は、収容部３１０、第１リング部３３０及び第２リング部３５０を含む。収容部３１０には、バッテリーセル１００の封止部１６０が収容され得る。収容部３１０は、凹んだ形態の空間を有し、前記空間に封止部１６０が収容され得る。収容部３１０に収容される封止部１６０は、折り畳まれて挿入され得る。
封止部１６０が折り畳まれて提供されることで、バッテリーセル１００の全体体積が減少する。また、封止部１６０が折り畳まれて収容部３１０に挿入され、嵌め結合が可能である。一例で、収容部３１０と封止部１６０とは締まりばめによって結合し得る。締まりばめによって、バッテリーセル１００とサイド冷却フィン３００との結合力を向上させることができる。
第１リング部３３０は、内側に第２方向１４に沿って延びる空間を有する。第１リング部３３０の内部空間には、冷却流体が通過できる。冷却流体は、第１リング部３３０を冷却させることができる。一例で、冷却流体は、空気であり得る。第１リング部３３０の一部は、バッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０と各々接触し、他の一部は、熱伝導シート２００と接触する。第１リング部３３０のうち熱伝導シート２００と接触する角部分はラウンド形態として提供され得る。また、熱伝導シート２００のうち第１リング部３３０と接触する部分は、ラウンド形状として提供され得る。第１リング部３３０は、その断面が楕円形状であり得る。
第１リング部３３０と熱伝導シート２００との接触部分が、ラウンド形態として提供されることで、熱伝導シート２００が外部の衝撃から破れることを防止することができる。また、第１リング部３３０と熱伝導シート２００とが安定的に接触できる。
第２リング部３５０は、内側に第２方向１４に沿って延びる空間を有する。第２リング部３５０の内部空間には、冷却流体が通過できる。冷却流体は、第２リング部３５０を冷却させることができる。一例で、冷却流体は、空気であり得る。第１リング部３３０及び第２リング部３５０は、収容部３１０によって相互結合できる。第２リング部３５０の一部は、バッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０と各々接触し、他の一部は、熱伝導シート２００と接触する。第２リング部３５０のうち熱伝導シート２００と接触する角部分は、ラウンド形態として提供され得る。また、熱伝導シート２００のうち第２リング部３５０と接触する部分は、ラウンド形状であり得る。第２リング部３５０は、その断面が楕円形状であり得る。第１リング部３３０及び第２リング部３５０は、収容部３１０を中心に相互対称形状を有し得る。
第２リング部３５０と熱伝導シート２００との接触部分がラウンド形態として提供され、熱伝導シート２００が外部の衝撃から破れることを防止できる。また、第２リング部３５０と熱伝導シート２００とが安定的に接触できる。
サイド冷却フィン３００は、バッテリーセル１００のエッジ部１７０、封止部１６０、熱伝導シート２００と接触し、バッテリーセル１００の熱を熱伝導シート２００へ伝達できる。
本発明の場合、熱伝導性の良いサイド冷却フィン３００をバッテリーセル１００のエッジ部１７０の封止部１６０と熱伝導シート２００との間に位置させ、これらと各々接触してバッテリーのエッジ部１７０及び封止部１６０の熱を熱伝導シート２００へ容易に伝達できる。
即ち、本発明のバッテリーセル１００で発生した熱を熱伝導シート２００を介して冷却プレート４００へ伝達するとともに、バッテリーセル１００の熱をサイド冷却フィン３００を介して冷却プレート４００へ伝達する多経路熱伝導方式を用いてバッテリーセル１００の冷却効率を向上させることができる。
特に、本発明の場合、バッテリーセル１００の面で発生した熱のみならず、バッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０などのバッテリーセル１００の側面で発生した熱を冷却プレート４００へ伝達することで、バッテリーセル１００の冷却効率を向上させることができる。
もし、サイド冷却フィン３００が提供されない場合、熱伝導シート２００の内部のうちエッジ部１７０の多くは、熱伝導シート２００と接触しない。また、封止部１６０は、端縁の一部が熱伝導シート２００と接触して位置できる。この場合、上述のバッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０の場合、発生する熱が熱伝導シート２００へよく伝達されない。このように、バッテリーセル１００で発生した熱が冷却プレート４００へ伝達されにくい場合、バッテリーセル１００の冷却効率が劣り、バッテリーセル１００の寿命に影響を与え得る。
冷却プレート４００は、熱伝導シート２００から伝達した熱を外部へ放出する。冷却プレート４００は、バッテリーセル１００の下部に位置する。バッテリーセル１００、サイド冷却フィン３００、熱伝導シート２００の一部、そして冷却プレート４００は、順次に第３方向１６に沿って位置し得る。冷却プレート４００は、熱伝導性の良い材質として提供できる。一例で、冷却プレート４００は、アルミニウム材質であり得る。これとは違って、冷却プレート４００は、熱伝導性に優れた他の金属材質であり得る。
冷却プレート４００には複数個の収容溝４１０が形成され得る。複数個の収容溝４１０は、バッテリーセル１００の個数に対応する個数として提供され得る。複数個の収容溝４１０は、第１方向１２に沿って一定距離に離隔して位置し得る。収容溝４１０は、第２方向１４に沿って長く延びるように提供され得る。収容溝４１０には、熱伝導シート２００によって囲まれたバッテリーセル１００が結合し得る。収容溝４１０は、サイド冷却フィン３００を囲む熱伝導シート２００に対応する形状として提供され得る。
冷却プレート４００に形成された収容溝４１０によって、冷却プレート４００と熱伝導シート２００との接触面積を増大させることができる。また、収容溝４１０は、冷却プレート４００と熱伝導シート２００とが囲まれたバッテリーセル１００の結合力を向上させることができる。
ヒートシンク６００は、冷却プレート４００と熱交換できる。ヒートシンク６００は、冷却プレート４００の第３方向１６の下部に位置する。
ヒートシンク６００は、チャンバを有する。チャンバは、冷却プレート４００と等しいか、または大きい断面積として提供され得る。チャンバには、内部に流路（図示せず）が形成され得る。流路には、冷却流体が流れ得る。一例で、冷却流体は、冷却水であり得る。これとは違って、冷却流体は、空気であり得る。チャンバには、冷却流体が流入する流入管及び冷却流体が流出する流出管（図示せず）が形成され得る。
本発明によるバッテリーパックは、上述のバッテリーモジュール１０を一つ以上含む。バッテリーパックには、バッテリーモジュール１０に加え、このようなバッテリーモジュール１０を収納するためのケース、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するための各種装置をさらに含み得る。一例で、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
本発明によるバッテリーモジュール１０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。本発明による自動車は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０を含むバッテリーパックを一つ以上含み得る。
図７は、図４のバッテリーモジュールの他の実施例を示す斜視図であり、図８は、図４のバッテリーモジュールのうち、バッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却パッド、冷却プレート及びヒートシンクが結合した状態を示す正面図であり、図９は、図８のバッテリーセル、熱伝導シート、サイド冷却フィン、冷却パッド、冷却プレート及びヒートシンクの結合前の状態を示す正面図である。
図７〜図９を参照すれば、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュール１０ａは、バッテリーセル１００ａ、熱伝導シート２００ａ、サイド冷却フィン３００ａ、冷却プレート４００ａ、冷却パッド５００ａ及びヒートシンク６００ａを含む。
図７のバッテリーセル１００ａ、熱伝導シート２００ａ、サイド冷却フィン３００ａ及びヒートシンク６００ａは、図１のバッテリーセル１００、熱伝導シート２００、サイド冷却フィン３００及びヒートシンク６００とほぼ同様に提供され得る。
冷却プレート４００ａは、図１の冷却プレート４００とほぼ同様に提供され得る。但し、冷却プレート４００ａは、図１の冷却プレート４００とは違って、収容溝４１０が提供されない。冷却プレート４００ａは、後述の冷却パッド５００ａと接触する面５２０ａが平たい面として提供され得る。冷却プレート４００ａの一面は冷却パッド５００ａと接触し、他面はヒートシンク６００ａと接触する。
冷却パッド５００ａは、熱伝導シート２００ａから伝達された熱を冷却プレート４００ａへ伝達できる。冷却パッド５００ａは、熱伝導シート２００ａによって囲まれたバッテリーセル１００ａを固定できる。冷却パッド５００ａの一面５１０ａは、熱伝導シート２００ａと結合し、冷却パッド５００ａの他面５２０ａは、冷却プレート４００ａと結合し得る。バッテリーセル１００ａ、サイド冷却フィン３００ａ、熱伝導シート２００ａの一部分、冷却パッド５００ａ、冷却プレート４００ａは、順次に第３方向１６に沿って位置し得る。冷却パッド５００ａの面のうち熱伝導シート２００ａと結合する面５１０ａは、凹んだ形状として提供され得る。冷却パッド５００ａの面が凹んだ形状として提供されることにより、熱伝導シート２００ａとの接触面積が増大し、結合力が向上できる。冷却パッド５００ａの面のうちヒートシンク６００ａと接触する面５２０ａは、平たい面として提供され得る。
冷却パッド５００ａは、複数個が提供され得る。冷却パッド５００ａは、バッテリーセル１００ａの個数に対応する個数として提供され得る。冷却パッド５００ａは、接触熱伝導材（Ｔｈｅｒｍａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）であり得る。これとは違って、冷却パッド５００ａは、熱伝導性に優れており、接着性を有する材質を含んで提供され得る。
バッテリーモジュール１０ａに冷却パッド５００ａを提供することで、各々のバッテリーセル１００ａと冷却プレート４００ａとの結合力を向上させることができる。また、冷却パッド５００ａを提供することで、熱伝導シート２００ａの熱を冷却プレート４００ａへ伝達できて、バッテリーセル１００ａの冷却効率を向上させることができる。
図示していないが、これとは違って、冷却プレート４００ａには、冷却パッド５００ａが挿入されるように結合溝（図示せず）を形成し得る。結合溝は、第３方向１６の下部へ凹むように提供され得る。冷却プレート４００ａに結合溝が提供される場合、冷却パッド５００ａと冷却プレート４００ａとの接触面積が大きくなり、結合力が向上する。
図１０は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールにおける熱の伝達方向を概略的に示す図である。以下、図１０を参照して、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０において、バッテリーセル１００が冷却される過程を説明する。図１０において、矢印の方向は熱の伝達方向を示す。
本発明の場合、バッテリーセル１００で発生した熱を多様な経路によって冷却プレートへ伝達することで、冷却効率を向上させることができる。
先ず、バッテリーセル１００で発生した熱は、バッテリーセル１００の面と接触する熱伝導シート２００へ伝達される。熱伝導シート２００へ伝達された熱は、冷却プレート４００へ伝達され、冷却プレート４００は、ヒートシンク６００と熱交換して熱を外部へ放出する。
また、バッテリーセル１００のうちバッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０で発生した熱は、二つの経路で外部へ放出する。
第一に、バッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０は、サイド冷却フィン３００と接触する。サイド冷却フィン３００は、内部に空間を有する。内部空間には、冷却流体が流れ得る。サイド冷却フィン３００の内部空間に流れる冷却流体によってバッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０の熱を外部へ放出できる。即ち、サイド冷却フィン３００に伝達された熱は、空冷方式によって熱を外部へ排出できる。
第二に、バッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０で発生した熱は、サイド冷却フィン３００へ伝達され、サイド冷却フィン３００は、熱を熱伝導シート２００へ伝達する。熱伝導シート２００に伝達された熱を冷却プレート４００及びヒートシンク６００を介して熱を外部へ排出できる。
上述のように、本発明は、サイド冷却フィン３００によって、バッテリーセル１００の熱を効果的に冷却することができる。特に、熱伝導シート２００の内部に位置し、熱伝導シート２００と直接接触しないバッテリーセル１００のエッジ部１７０及び封止部１６０の熱をサイド冷却フィン３００によって冷却することができ、バッテリーセル１００の冷却効率を向上させることができる。
以上の詳細な説明は、本発明を例示する。また、上述の内容は、本発明の望ましい実施形態を説明することであり、本発明は、多様な他の組合、変更及び環境で使用できる。即ち、本明細書に開示された発明の概念範囲、開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施例は、本発明の技術的思想を具現するための最善の状態を説明することであり、本発明の具体的な適用分野及び用途において要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は、開示の実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付の請求範囲は、他の実施状態も含むことに解釈すべきである。
１０ バッテリーモジュール
１０ａ バッテリーモジュール
１２ 第１方向
１４ 第２方向
１６ 第３方向
１００ バッテリーセル
１００ａ バッテリーセル
１０１ 内部空間
１１０ パウチケース
１１１ 上部ケース
１１２ 下部ケース
１２０ 電極組立体
１３０ 電極タブ
１３１ 正極タブ
１３２ 負極タブ
１４０ 電極リード
１４１ 正極リード
１４２ 負極リード
１５０ 収納部
１６０ 封止部
１７０ 側面／エッジ部
２００ 熱伝導シート
２００ａ 熱伝導シート
３００ サイド冷却フィン
３００ａ サイド冷却フィン
３１０ 収容部
３３０ 第１リング部
３５０ 第２リング部
４００ 冷却プレート
４００ａ 冷却プレート
４１０ 収容溝
５００ａ 冷却パッド
５１０ａ 一面
５２０ａ 他面
６００ ヒートシンク
６００ａ ヒートシンク

Claims (15)

  1. 電極組立体が収納される収納部及び前記収納部を封止する封止部を有する複数個のバッテリーセルと、
    前記バッテリーセルの少なくとも一部を囲み、前記バッテリーセルと面接触する熱伝導シートと、
    前記熱伝導シートの内側に位置し、少なくとも一部分が前記バッテリーセルの収納部と接触するサイド冷却フィンと、
    前記熱伝導シートと接触する冷却プレートと、を含むバッテリーモジュール。
  2. 前記サイド冷却フィンは、少なくとも一部が前記バッテリーセルの封止部と接触し、少なくとも一部が前記熱伝導シートと接触することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記サイド冷却フィンは、
    前記封止部が収容される収容部と、
    前記封止部の一側面と接触する第１リング部と、
    前記封止部の他側面と接触する第２リング部と、を含み、
    前記第１リング部と前記第２リング部とは、前記収容部によって相互連結されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記第１リング部及び前記第２リング部が、各々内部に空間を有し、少なくとも一側が開放された形状として提供されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記第１リング部及び前記第２リング部が、前記収容部を中心に相互対称形状として提供されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記封止部が、折り畳まれて前記収容部に配置されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記第１リング部及び前記第２リング部は、各々少なくとも一部が前記バッテリーセルの収納部の側面、前記封止部及び前記熱伝導シートと接触することを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記熱伝導シートのうち各々前記第１リング部及び前記第２リング部と接触する部分が、ラウンドされた形状として提供されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記熱伝導シートが、グラファイトシートとして提供され、
    前記サイド冷却フィンが、アルミニウム材質として提供されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記バッテリーセル、前記サイド冷却フィン及び前記冷却プレートが、順次に第１方向に沿って並んで配置され、
    前記熱伝導シートが、前記バッテリーセルの前記第１方向に垂直した面の一部と、前記サイド冷却フィンの側面の少なくとも一部と、を全て囲むように提供されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  11. 前記熱伝導シートと前記冷却プレートとの間に位置し、前記熱伝導シートの熱を前記冷却プレートへ伝達する冷却パッドをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  12. 前記冷却パッドの一面が前記熱伝導シートと結合し、前記冷却パッドの他面が前記冷却プレートと結合し、前記冷却パッドと結合する前記熱伝導シートがラウンドされた形状として提供されることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
  13. 内部に冷却流体が流れ、前記冷却プレートと熱交換するヒートシンクをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  14. 請求項１から請求項１３のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック。
  15. 請求項１４に記載のバッテリーパックを含む自動車。
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