JP2019507469A - 冷却流路を備えたバッテリーモジュール、その組立方法及びフレームアセンブリ - Google Patents
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Abstract
本発明は、複数のパウチセルからなるセルアセンブリと、前記セルアセンブリを支持し、前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌可能なスリットが所定の間隔で形成されている下部プレートと、前記下部プレートの平面に対して垂設され、前記セルアセンブリの最外側に隣接して配置される側面プレートと、を含み、前記下部プレートの前記スリットに前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌されることで隣接したエッジ同士の間毎に空いている空間が形成され、前記空いている空間が冷却流路として使用されることを特徴とするバッテリーモジュールを開示する。
Description
本発明は、バッテリーモジュールに関し、より詳しくは、冷却流体を流すための冷却流路の構造が改善されたバッテリーモジュール、その組立方法及びフレームアセンブリに関する。
本出願は、２０１６年９月２８日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−０１２４８５４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。
一般に、バッテリーモジュールは多数のセルが直列及び／または並列連結を通じて集合した構造で形成される。このようなバッテリーモジュールは、通常、多数のセルが一方向に配列されて積層されたセルアセンブリ、及びセルアセンブリを囲むプレートを有するフレームを備える。
従来のバッテリーモジュールにおいて、バッテリーセルを冷却するため水冷式の冷却流路を別に設ける場合、冷却流路が占める空間を必要とするため、構造の簡素化が困難であり、装着可能なセル容量に限界が生じる。
バッテリーモジュールの冷却技術に関し、韓国特許公開第２０１１−０１３０３１２号公報には、冷却媒体が流れる複数のチューブの間に空間が形成され、該空間にバッテリーセル及び冷却フィンがチューブに接触して挿入された構造を有するバッテリー冷却システムが開示されている。
また、韓国特許第１０−０８３６３９８号公報には、吸気口を通じて流れ込んだ冷却風が円滑に流動するように、前記ケースに収納された隣接するモジュール間の空いている空間に設けられた整流フィンを含んで構成されたバッテリーモジュール冷却用支持装置が開示されている。
また、韓国特許公開第２０１３−０１０５６５３号公報には、冷却水の流れ方向を変更自在な前方及び後方カバーのゴムシートから構成され、冷却水がアレイ全体にわたって流れるようにする経路を提供する電力バッテリーパック冷却装置が開示されている。
しかし、このような従来技術によるバッテリーモジュールは、冷却流路を設けるための空間を確保するのに限界があり、冷却流路を設けるため別途の部品が付け加えられることによって工程コストが嵩む問題がある。
しかし、このような従来技術によるバッテリーモジュールは、冷却流路を設けるための空間を確保するのに限界があり、冷却流路を設けるため別途の部品が付け加えられることによって工程コストが嵩む問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルに内蔵されるパウチセルを活用して冷却流路用空間を確保できるバッテリーモジュール、その組立方法及びフレームアセンブリを提供することを目的とする。
また、本発明は、冷却流路を活用してバッテリーモジュール同士を連結できる構造を有するバッテリーモジュール、その組立方法及びフレームアセンブリを提供することを他の目的とする。
また、本発明は、冷却流路を活用してバッテリーモジュール同士を連結できる構造を有するバッテリーモジュール、その組立方法及びフレームアセンブリを提供することを他の目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、複数のパウチセルからなるセルアセンブリと、前記セルアセンブリを支持し、前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌可能なスリットが所定の間隔で形成されている下部プレートと、前記下部プレートの平面に対して垂設され、前記セルアセンブリの最外側に隣接して配置される側面プレートと、を含み、前記下部プレートの前記スリットに前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌されることで隣接したエッジ同士の間毎に空いている空間が形成され、前記空いている空間が冷却流路として使用されることを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
本発明は、前記空いている空間と連通可能に配置される冷却ホースをさらに含むことができる。
本発明は、前記セルアセンブリの両端に配置される一対のエンドプレートをさらに含み、前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方から前記冷却ホースの終端部が外部に引き出され得る。
本発明によれば、ある１つのモジュールに位置した冷却ホースが他の１つのモジュールに位置した冷却ホースと結合され、異なるモジュール同士が直列で連結され得る。
本発明の他の態様によれば、（ａ）複数のパウチセルからなるセルアセンブリを支持し、前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌可能なスリットが所定の間隔で形成されている下部プレートと、前記下部プレートの平面に対して垂設され、前記セルアセンブリの最外側に隣接して配置される側面プレートとを備えたフレームアセンブリを用意する段階と、（ｂ）前記下部プレートの前記スリットに前記パウチセルのエッジ部分を挿嵌してパウチセルを配置する段階と、（ｃ）前記パウチセルのエッジ部分の挿嵌によって隣接したエッジ同士の間毎に形成された空いている空間と連通する冷却ホースを配置する段階と、を含むバッテリーモジュールの組立方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、バッテリーモジュールの外郭から複数のパウチセルを支持するフレームアセンブリにおいて、前記パウチセルを支持し、前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌可能なスリットが所定の間隔で形成されている下部プレートと、前記下部プレートの平面に対して垂設され、前記セルアセンブリの最外側に隣接して配置される側面プレートと、を含み、前記下部プレートの前記スリットは前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌されることで隣接したエッジ同士の間毎に冷却流路用の空いている空間が形成されるように備えられたことを特徴とするバッテリーモジュールのフレームアセンブリが提供される。
本発明によれば、バッテリーモジュールに内蔵されるパウチセルのエッジ構造をそのまま活用して、隣接したセル同士の間に冷却流路空間を確保できるため、モジュールの構造を簡素化でき、工程コストを節減することができる。
また、冷却ホースを活用して異なるモジュール同士を相互前後に連結することができるため、モジュール間の連結のための別途のパックプレート（ｐａｃｋ ｐｌａｔｅ）を必要としない。
また、冷却ホースを活用して異なるモジュール同士を相互前後に連結することができるため、モジュール間の連結のための別途のパックプレート（ｐａｃｋ ｐｌａｔｅ）を必要としない。
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。
図１は本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの外観を示した斜視図であり、図２は図１の断面図である。
図１及び図２を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールは、複数のパウチセル１１１からなるセルアセンブリ１１０と、パウチセル１１１が挿嵌可能な下部プレート１２０及び前記セルアセンブリ１１０の最外側に隣接して配置される側面プレート１００を含むフレームアセンブリと、を備える。
それぞれのパウチセル１１１は、薄板状の本体を有し、正極、セパレータ及び負極が交互に積層され、少なくとも一側から電極タブが引き出されている構造からなる。前記正極及び負極は、集電体の少なくとも一面に電極活物質、バインダー樹脂、導電剤及びその他の添加剤などのスラリーを塗布することで製造される。前記電極活物質は、正極の場合、リチウム含有遷移金属酸化物のような通常の正極活物質が使用され、負極の場合は、リチウムイオンを吸蔵及び放出できるリチウム金属、炭素材、金属化合物、またはこれらの混合物のような通常の負極活物質が使用され得る。また、前記セパレータとしては、リチウム二次電池に使用される通常の多孔性高分子フィルムを採用し得る。
前記電極組立体とともにパウチケース内に収容される電解液としては、通常のリチウム二次電池用電解液が採用され得る。前記パウチケースは、シート素材から形成され、電極組立体を収容するための収納部を備える。望ましくは、パウチケースは、シート素材を所定形状に加工して形成した第１ケースと第２ケースとを組み合わせて形成する。パウチケースを成すシート素材は、ポリエチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）やナイロン（Ｎｙｌｏｎ）などの絶縁物質からなる最外郭の外部樹脂層と、機械的強度を保持して水分及び酸素の浸透を防止するアルミニウム素材の金属層と、熱接着性を有してシーリング材の役割をするポリオレフィン（Ｐｏｌｙｏｌｅｐｉｎ）系材料からなる内部樹脂層とが積層された多層構造から構成されている。
前記パウチケースを成すシート素材は、必要に応じて、前記内部樹脂層と金属層との間、前記外部樹脂層と金属層との間に所定の接着樹脂層が介在され得る。前記接着樹脂層は、異種材料同士を円滑に付着させるためのものであって、単層または多層で形成され、その材料は、通常ポリオレフィン系樹脂を使用するか、または、円滑な加工のためポリウレタン樹脂を使用できるが、これらの混合物も採用可能である。
パウチセル１１１において、エッジ部１１２は、前記パウチケースの効率的な接合のため、熱圧着によるりシーリングが行われるフランジ部分に該当する。したがって、パウチセル１１１のエッジ部１１２は本体部分に比べて相対的に非常に薄く構成される。
複数のパウチセル１１１は、一方向に配列されて実質的に積層構造を成す。
前記フレームアセンブリは、セルアセンブリ１１０を収容して支持及び保護する構造物であって、セルアセンブリ１１０の下部に位置する下部プレート１２０と、セルアセンブリ１１０の最外側に隣接して配置される側面プレート１００とを含む。前記フレームアセンブリを形成するそれぞれのプレート１００、１２０は厚さの薄い、例えばアルミニウム板材のようなメタルプレートから形成される。
下部プレート１２０は、複数のパウチセル１１１の下端を一括して支持できるベース面を備える。下部プレート１２０のベース面には、パウチセル１１１と一対一対応してパウチセル１１１のエッジ部１１２が挿嵌可能なスリットが一定間隔で形成されている。ここで、パウチセル１１１の配列方向とスリットの配列方向とは相互一致する。
下部プレート１２０の前記スリットにパウチセル１１１のエッジ部１１２が挿嵌されることで隣接したエッジ部１１２同士の間毎に空いている空間１２５が形成され、該空いている空間１２５は冷却流路として使用される。すなわち、前記空いている空間１２５には絶縁油のような冷却流体が供給されて、パウチセル１１１の端部分から冷却が行われる。冷却流体は、図４に示されたように、モジュールの一端から他端まで連続的に形成された流路に沿って移動するようになる。
側面プレート１００は、相対的に狭幅であって長い形状のメタルプレートからなり、下部プレート１２０の平面に対して垂設されてセルアセンブリ１１０の最外側に隣接して配置される。
前記フレームアセンブリの長さ方向の両端には一対のエンドプレート１０１が配置される。一対のエンドプレート１０１は、下部プレート１２０及び上部プレートの長さ方向の両端と側面プレート１００とに結合されてパウチセル１１１の両端を支持する。
一対のエンドプレート１０１のうちいずれか一方には、冷却ホース１３０の終端部が外部に引き出されるように配置される。冷却ホース１３０は、それぞれの空いている空間１２５と一対一対応して連通するように設けられる。本発明の変形例によれば、冷却ホース１３０はそれぞれの空いている空間１２５内に縦入れされるように長く延びて配置されることも可能である。
また、一対のエンドプレート１０１のうちの他方には、図３に示されたように、挿込孔１３１が形成されている。挿込孔１３１の内側には冷却ホース１３０が配置され得る。
図５に示されたように、異なるバッテリーモジュールＡ、Ｂは前後に互いに連結されて組立体を形成した状態で使用することができる。このとき、結合部Ｃは、図６に示されたように、いずれか１つのモジュールに位置した冷却ホース１３０が他の１つのモジュールに形成された挿込孔１３１に挿入されて、異なるモジュールの冷却ホース１３０に連結される。このように冷却ホース１３０を活用して異なるモジュール同士を互いに前後に連結すれば、従来とは違って、モジュール間を相互連結して合体するための別途のパックプレートが必要でないという長所がある。
上記のような構成を有する本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールは、複数のパウチセル１１１単位でフレームアセンブリが結合された形態になるように組み立てられる。
前記フレームアセンブリは、スリットが形成されている下部プレート１２０、及び前記下部プレート１２０に対して垂設されて配置された側面プレート１００を含み、複数のパウチセル１１１のエッジ部１１２を下部プレート１２０のそれぞれのスリットに挿嵌してシーリング処理すれば、パウチセル１１１の配置が完了する。
下部プレート１２０の前記スリットにパウチセル１１１のエッジ部１１２が挿嵌されることで、隣接したエッジ同士の間毎に空いている空間１２５が形成され、該空いている空間１２５は冷却流路として使用される。
組立てが完了した後、冷却ホース１３０を通じて絶縁油などの冷却流体を流せば、パウチセル１１１の端部から冷却が行われる。
本発明によれば、パウチセルの配置によって自然に形成された空いている空間を用いて冷却流路の空間が確保されるため、構造を簡素化でき、組立工程のコストを節減できるバッテリーモジュールを実現することができる。
１００ 側面プレート
１０１ エンドプレート
１１０ セルアセンブリ
１１１ パウチセル
１１２ エッジ部
１２０ 下部プレート
１２５ 空間
１３０ 冷却ホース
１３１ 挿込孔
１０１ エンドプレート
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１１１ パウチセル
１１２ エッジ部
１２０ 下部プレート
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１３１ 挿込孔
Claims (9)
- 複数のパウチセルからなるセルアセンブリと、
前記セルアセンブリを支持し、前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌可能なスリットが所定の間隔で形成されている下部プレートと、
前記下部プレートの平面に対して垂設され、前記セルアセンブリの最外側に隣接して配置される側面プレートと、を含み、
前記下部プレートの前記スリットに前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌されることで隣接したエッジ同士の間毎に空いている空間が形成され、
前記空いている空間が冷却流路として使用されることを特徴とするバッテリーモジュール。 - 前記空いている空間と連通可能に配置された冷却ホース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モジュール。
- 前記セルアセンブリの両端に配置される一対のエンドプレートをさらに含み、
前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方から前記冷却ホースの終端部が外部に引き出されたことを特徴とする請求項２に記載のバッテリーモジュール。 - ある１つのモジュールに位置した冷却ホースが他の１つのモジュールに位置した冷却ホースと結合され、異なるモジュール同士が直列で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。
- （ａ）複数のパウチセルからなるセルアセンブリを支持し、前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌可能なスリットが所定の間隔で形成されている下部プレートと、前記下部プレートの平面に対して垂設され、前記セルアセンブリの最外側に隣接して配置される側面プレートとを備えたフレームアセンブリを用意する段階と、
（ｂ）前記下部プレートの前記スリットに前記パウチセルのエッジ部分を挿嵌してパウチセルを配置する段階と、
（ｃ）前記パウチセルのエッジ部分の挿嵌によって隣接したエッジ同士の間毎に形成された空いている空間と連通する冷却ホースを配置する段階と、を含むバッテリーモジュールの組立方法。 - 前記段階（ａ）において、前記セルアセンブリの両端に隣接して一対のエンドプレートを配置する段階をさらに含み、
前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方から前記冷却ホースの終端部を外部に引き出すことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーモジュールの組立方法。 - ある１つのモジュールに位置した冷却ホースを他の１つのモジュールに位置した冷却ホースと結合し、異なるモジュール同士を前後に直列で連結することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュールの組立方法。
- バッテリーモジュールの外郭で複数のパウチセルを支持するフレームアセンブリにおいて、
前記パウチセルを支持し、前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌可能なスリットが所定の間隔で形成されている下部プレートと、
前記下部プレートの平面に対して垂設され、セルアセンブリの最外側に隣接して配置される側面プレートと、を含み、
前記下部プレートの前記スリットに前記パウチセルのエッジ部分が挿嵌されることで、隣接したエッジ同士の間毎に冷却流路用の空いている空間が形成されるように備えられたことを特徴とするバッテリーモジュールのフレームアセンブリ。 - 前記パウチセルの両端に配置される一対のエンドプレートをさらに含み、
前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方から前記冷却流路用の空いている空間と連通可能な冷却ホースの終端部が外部に引き出されることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーモジュールのフレームアセンブリ。
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