JP2020502737A - バッテリーセル用カートリッジ及びそれを含むバッテリーモジュール - Google Patents

バッテリーセル用カートリッジ及びそれを含むバッテリーモジュール Download PDF

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Abstract

本発明によるバッテリーセル用カートリッジは、板状で形成され、相互対面する形態で離隔して内部に冷却流路を形成する上部冷却プレートと下部冷却プレート；前記上部冷却プレートの外周部と前記下部冷却プレートの外周部を囲む形態で形成され、上部と下部にバッテリーセルを載置するように構成されたメインフレーム；及び前記冷却流路に配置され、上部及び下部の少なくとも一方向に突設された１つ以上の支持リブを備えて上部冷却プレートと前記下部冷却プレートを支持する支持部；を含む。

Description

本発明は、バッテリーに関し、より詳しくは、多数のバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを構成するとき用いられるバッテリーセル用カートリッジ及びそれを含むバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０１７年７月３１日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００９６８６８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。
現在、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、リチウムバッテリーセルなどのバッテリーセルが常用化しているが、中でもリチウムバッテリーセルはニッケル系列のバッテリーセルに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くて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バッテリーセルは、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使用する。リチウムバッテリーセルは、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を介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。
一般にリチウムバッテリーセルは、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バッテリーセルと、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バッテリーセルとに分けられる。
最近は、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にもバッテリーセルが広く適用されている。このような中大型装置に適用される場合、容量及び出力を高めるために多数のバッテリーセルが電気的に連結される。特に、このような中大型装置には、積層が容易であるという長所から、パウチ型バッテリーセルが多く用いられる。
しかし、パウチ型バッテリーセルは、一般に、アルミニウムとポリマー樹脂とのラミネートシートからなる電池ケースで包装されているため、機械的剛性が大きくない。したがって、多数のパウチ型バッテリーセルを含むバッテリーモジュールを構成するとき、バッテリーセルを外部の衝撃などから保護し、移動を防止し、積層を容易にするため、フレームを用いる場合が多い。
フレームは、カートリッジなど他の多様な用語に代替され得るが、通常中央部分が空いた四角板状で構成される場合が多く、このとき４つの辺部分がパウチ型バッテリーセルの外周部を囲むように構成される。そして、このようなフレームは、バッテリーモジュールを構成するために多数積層された形態で用いられ、バッテリーセルはフレームが積層されたとき生ずる内部の空いた空間に位置し得る。
一方、このように多数のフレームを用いて多数のバッテリーセルを組み立てる場合、バッテリーセルの間には板状の冷却フィンが介在され得る。バッテリーセルは、夏場のように高温環境で使用される場合があり、さらにバッテリーセル自体からも熱が発生し得る。このとき、多数のバッテリーセルが積層されていれば、バッテリーセルの温度は一層高くなり得、この温度が適正温度より高くなれば、バッテリーセルの性能が低下し、酷い場合は爆発や発火の危険もある。したがって、バッテリーモジュールを構成するとき、バッテリーセルの間に冷却フィンを介在させ、該冷却フィンを通じてバッテリーセルの温度上昇を防止する構成が多く採用される。
このような板状の冷却フィン、すなわち冷却プレートをバッテリーセルの間に介在させたバッテリーモジュールの場合、多様な形態及び方式でバッテリーセルを冷却できる。代表的には、冷却プレートの周辺に外部空気を流すことで、冷却プレートと空気との間の熱交換を通じてバッテリーセルの温度を下げる空冷式が広く用いられている。
このような空冷式を用いてバッテリーセルを冷却させるバッテリーモジュールの場合、冷却プレートの周辺に冷却流路を安定的に確保し、外部空気が冷却流路を通ってよく流れるようにすることが重要である。しかし、従来のバッテリーモジュールの場合、このような冷却プレートの周辺で冷却流路が安定的に確保されない問題がある。特に、冷却プレートとしてはアルミニウム材質が広く用いられているが、アルミニウム材質の冷却プレートは積層用フレームの射出過程やフレームとの結合過程、バッテリーモジュールの使用中に押されたり捩じられたりなどの変形が生じやすい。
このような冷却プレートの変形は、冷却流路を狭めるか又は塞いでしまい、冷却流路を通じた外部空気の流れを妨害して、冷却プレートを通じたバッテリーセルの冷却効率を大きく低下させる問題を引き起こし得る。そこで、冷却プレートの変形を防止しようとして冷却プレートにビーズを形成する構成などが提案されているが、このような構成の場合はビーズ自体の変形の恐れがあるため、相変わらず冷却流路を安定的に確保できていない。
本発明は、バッテリーセルで生じるスウェリング現象及びガスをバッテリーセルのシーリング部に分散及び誘導することで、バッテリーセルの中心部にスウェリング現象が集中することを防止できるバッテリーセル用カートリッジ及びそれを含むバッテリーモジュール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セル用カートリッジは、板状で形成され、相互対面する形態で離隔して内部に冷却流路を形成する上部冷却プレートと下部冷却プレート；前記上部冷却プレートの外周部と前記下部冷却プレートの外周部を囲む形態で形成され、上部と下部にバッテリーセルを載置するように構成されたメインフレーム；及び前記冷却流路に配置され、上部及び下部の少なくとも一方向に突設された１つ以上の支持リブを備えて上部冷却プレートと前記下部冷却プレートを支持する支持部；を含む。
望ましくは、前記１つ以上の支持リブは、上部面と下部面との間の上下長さが前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートとの間の離隔距離のうち最小離隔距離以上に形成され得る。
望ましくは、前記１つ以上の支持リブは、前記冷却流路の流れ方向で前記冷却流路の中央部に形成され得る。
望ましくは、前記１つ以上の支持リブは、前記バッテリーセルのシーリング部から遠く位置するほど上部面と下部面との間の上下長さが長く形成され得る。
望ましくは、前記支持リブは、前記冷却流路の流れ方向に複数備えられ得る。
望ましくは、複数の支持リブは、上部面と下部面との間の上下長さが相異なるように形成され得る。
望ましくは、前記複数の支持リブは、前記冷却流路の流れ方向で前記冷却流路の前端部、中央部及び後端部のうち１つ以上に形成され得る。
望ましくは、前記中央部に形成された支持リブの上部面と下部面との間の上下長さは、前記前端部及び後端部に形成された支持リブの上部面と下部面との間の上下長さより長く形成され得る。
望ましくは、前記支持部は、前記冷却流路の流れ方向に長く延びたバー状で形成され、前記１つ以上の支持リブが上部面と下部面から突設された支持バーをさらに備え得る。
望ましくは、前記支持リブは、前記上部冷却プレートを支持する上部面と前記下部冷却プレートを支持する下部面に突出した形態の結合突起が形成され得る。
望ましくは、前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートは、それぞれ内側面に前記結合突起が挿入結合されるように凹んだ形態の結合溝が形成され得る。
望ましくは、前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートは、前記１つ以上の支持リブの上部面と下部面との間の上下長さに対応して傾いて形成され得る。
望ましくは、前記上部冷却プレートは、上部面が１つのバッテリーセルと対面接触するように構成され得る。
望ましくは、前記下部冷却プレートは、下部面が他の１つのバッテリーセルと対面接触するように構成され得る。
本発明によるバッテリーモジュールは、バッテリーセル用カートリッジを含む。
本発明によるバッテリーパックは、バッテリーセル用カートリッジを含む。
本発明による自動車は、バッテリーセル用カートリッジを含む。
本発明によれば、バッテリーセルで発生したスウェリング現象及びガスをバッテリーセルのシーリング部に分散及び誘導して、バッテリーセルの中心部にスウェリング現象が集中することを防止することで、スウェリング現象によってバッテリーセルの電池性能が低下することを防止することができる。
本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジの構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジの構成を概略的に示した分解斜視図である。 図１に示されたＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジが積層された形態を示した図である。 バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、一実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。 バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。 バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。 バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を拡大して示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な構成を示した分解斜視図である。
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。
また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであるため、図面における構成要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張、省略、または、概略的に示され得る。したがって、各構成要素の大きさや比率は実際的な大きさや比率を専ら反映するものではない。
本発明によるバッテリーセル用カートリッジは、多数のバッテリーセルを積層及びパッケージングしてバッテリーモジュールを構成する際に用いられるものであって、バッテリーセルを保持してその動きを防止し、バッテリーセルの組立てをガイドすることができる。
図１は本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジの構成を概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジの構成を概略的に示した分解斜視図であり、図３は図１に示されたＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、図４は本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジが積層された形態を示した図である。
図１〜図４を参照すれば、本発明によるバッテリーセル用カートリッジは、上部冷却プレート１００、下部冷却プレート２００、メインフレーム３００及び支持部４００を含む。
前記上部冷却プレート１００は、板状で形成され、広い面が上方と下方に向かうように横設された形態で配置される。特に、上部冷却プレート１００は、四角板状に形成され得る。
前記下部冷却プレート２００は、前記上部冷却プレート１００と同様に板状で形成され、上部冷却プレート１００の形態に対応する形態、例えば上部冷却プレート１００と同じ形態で形成される。特に、下部冷却プレート２００は、広い面が上部冷却プレート１００の広い面と相互対面する形態で上部冷却プレート１００の下部に配置される。
このとき、前記下部冷却プレート２００は、図３に示されたように、上部冷却プレート１００と所定距離離隔した形態で配置されて内部に冷却流路Ｃが形成され得る。
前記上部冷却プレート１００及び下部冷却プレート２００は、それぞれ、上部及び下部に位置するバッテリーセルＢと熱交換できるように、熱伝導性のある材質で構成される。特に、このような２つの冷却プレートは、熱伝導性に優れ、かつ、成形し易くて軽いアルミニウム材質で構成され得る。ただし、本発明が必ずしもこのような冷却プレート材質に限定されることはなく、このような冷却プレートはアルミニウム以外の金属など他の多様な材質で構成され得る。
一方、前記上部冷却プレート１００及び下部冷却プレート２００は、それぞれ、メインフレーム３００に接着固定される上部接着部１１０と下部接着部２１０を含む。ここで、上部接着部１１０は上部冷却プレート１００の周縁を形成する部分であり、下部接着部２１０は下部冷却プレート２００の周縁を形成する部分である。
図２に示されたように、上部接着部１１０は上部冷却プレート１００の周縁に対応する形態で構成され、下部接着部２１０は下部冷却プレート２００の周縁に対応する形態で構成される。
すなわち、上部接着部１１０と下部接着部２１０は四角環状に形成され得る。
このような構成によれば、前記上部冷却プレート１００がメインフレーム３００に取り付けられたとき、上部接着部１１０が前記上部冷却プレート１００の周縁とメインフレーム３００の上面とを接合させることができる。また、前記下部冷却プレート２００がメインフレーム３００に取り付けられたとき、下部接着部２１０が前記下部冷却プレート２００の周縁とメインフレーム３００の下面とを接合させることができる。
これにより、前記上部冷却プレート１００とメインフレーム３００との結合部位及び前記下部冷却プレート２００とメインフレーム３００との結合部位に隙間が空く可能性が低くなって、結合力及び密封性を一層高めることができる。特に、バッテリーセルＢでガスが発生した場合、このような上部接着部１１０と下部接着部２１０によって、前記上部冷却プレート１００とメインフレーム３００との結合部位及び前記下部冷却プレート２００とメインフレーム３００との結合部位からガスが漏れる現象を防止することができる。
前記メインフレーム３００は、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００の外周部を囲む形態で構成される。特に、前記メインフレーム３００は、図１に示されたように、上方から下方に眺めた形態が中央部分が空いた四角環状に形成され得る。
前記メインフレーム３００の空いている中央部分には、上方からは上部冷却プレート１００が露出し、下方からは下部冷却プレート２００が露出し得る。
前記メインフレーム３００は、上部冷却プレート１００及び下部冷却プレート２００が介在された状態で射出成形などで製造され得るが、本発明がこのような製造方式に制限されることはない。
前記メインフレーム３００は、パウチ型バッテリーセルＢが載置されるように構成される。特に、前記メインフレーム３００は、パウチ型バッテリーセルＢの外周部が載置されるように構成され得る。例えば、前記メインフレーム３００は、図１に示されたように、四角形状のパウチ型バッテリーセルＢの４つの辺が内側にそれぞれ載置され得る。
このとき、４つの辺を有するパウチ型バッテリーセルＢの外周部は、４つの辺全てがメインフレーム３００に載置されるように構成されても良く、４つの辺のうち一部の辺、例えば２つの辺がメインフレーム３００に載置されるように構成されても良い。
望ましくは、前記メインフレーム３００には２つのパウチ型バッテリーセルが載置され得る。すなわち、前記メインフレーム３００には、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００が垂直方向で中央部分に位置し得、２つのパウチ型バッテリーセルはメインフレーム３００で上部冷却プレート１００の上部及び下部冷却プレート２００の下部にそれぞれ位置し得る。したがって、この場合、バッテリーセル用カートリッジを垂直方向に多数積層する場合、１つのバッテリーセル用カートリッジ毎に２つのバッテリーセルを収納することができる。
前記メインフレーム３００は、２つ以上積層可能に構成され、それによってバッテリーセル用カートリッジが２つ以上積層され得る。すなわち、メインフレーム３００には、上部と下部にそれぞれ異なるメインフレームが積層され得る。このように、２つ以上のバッテリーセル用カートリッジが積層されれば、バッテリーセルＢを基準にメインフレーム３００が外周部に配置され、上部冷却プレート１００が上部に配置され、下部冷却プレート２００が下部に配置される。
一方、前記メインフレーム３００は、２つ以上の積層を容易にするため、垂直方向に突出した突出部３１０及び突出部３１０に対応する形状の挿入溝３２０を備えることができる。
例えば、前記メインフレーム３００は、図３に示されたように、上部に上方に突出した突出部３１０を備える。そして、前記メインフレーム３００は、このような突出部３１０の形態に対応する形態で、下部に凹んだ形態の挿入溝３２０が形成されるように構成される。この場合、図４に示されたように、バッテリーセル用カートリッジを垂直方向に積層していくとき、メインフレーム３００の突出部３１０は上層に位置する他のメインフレームの挿入溝に挿入され得る。また、メインフレーム３００の挿入溝３２０には下層に位置する他のメインフレームの突出部が挿入され得る。
このような実施例によれば、突出部３１０及び挿入溝３２０がメインフレーム３００の積層、すなわちバッテリーセル用カートリッジの積層をガイドすることで、容易に積層工程を行うことができ、積層の後にも突出部３１０と挿入溝３２０との結合力によって積層状態を安定的に維持することができる。
一方、前記メインフレーム３００は、図１〜図３に示されたように、側面に開口部３３０を備えることができる。ここで、開口部３３０は、メインフレーム３００を水平方向に貫通した形態で構成され、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の空いた空間のうち少なくとも一部分が外部に露出するように構成され得る。すなわち、本発明によるバッテリーセル用カートリッジの場合、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間に空いた空間が形成され、該空いた空間が冷却流路Ｃとして機能するが、前記開口部３３０はこのような冷却流路Ｃをメインフレーム３００の外部空間に露出させる。したがって、メインフレーム３００外部の空気などがこのような開口部３３０を通って冷却流路Ｃに流出入することができる。
このとき、前記開口部３３０は、メインフレーム３００に少なくとも２つ形成されることが望ましい。この場合、少なくとも１つの開口部３３０は流入口として機能し、他の開口部３３０は流出口として機能できる。
したがって、左側の開口部３３０に流れ込んだ外部空気は、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の冷却流路Ｃに沿って流れながらバッテリーセルＢと熱交換を行うことができる。そして、上部冷却プレート１００及び下部冷却プレート２００と熱交換を行った空気は、反対側の開口部３３０からメインフレーム３００の外部空間に流出できる。
前記支持部４００は、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間に形成された冷却流路Ｃに配置され、上部及び下部の少なくとも一方向に突設された１つ以上の支持リブ４１０ａを備えて上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
また、前記支持部４００は、１つ以上の支持リブ４１０ａが上部面と下部面から突設された支持バー４２０を１つ以上備えることができる。
すなわち、前記支持部４００は、図３に示されたように、一端はメインフレーム３００の一側に形成された開口部３３０に固定され、他端はメインフレーム３００の他側に形成された開口部３３０に固定されるように設けられる１つ以上の支持バー４２０を備え、１つ以上の支持バー４２０はそれぞれ１つ以上の支持リブ４１０ａを備えることができる。
一実施例において、１つ以上の支持バー４２０にはそれぞれ１つの支持リブ４１０ａが形成され得る。
このような前記支持リブ４１０ａは上方及び下方に突出して、上部面は上部冷却プレート１００の下部に接触し、下部面は下部冷却プレート２００の上部に接触する。
したがって、前記支持リブ４１０ａは、上部冷却プレート１００を上方に支持し、下部冷却プレート２００を下方に支持することができる。
そのため、前記支持リブ４１０ａは、上部面と下部面との間の上下長さＬａが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆ以上になるように形成され得る。
例えば、前記支持リブ４１０ａは、図３に示されたように、上部面と下部面との間の上下長さＬａが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆと同一に形成される。
また、前記支持リブ４１０ａは、冷却流路Ｃの流れ方向で冷却流路Ｃの中央部に形成され得る。換言すれば、前記支持リブ４１０ａは、支持バー４２０の長さ方向で支持バー４２０の中心に形成され得る。
それによって、前記支持リブ４１０ａは、上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面でそれぞれの中心に接触して、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
一方、過充電、過放電及び衝撃などのような異常によってバッテリーセルＢの体積が増加するスウェリング現象が生じれば、通常バッテリーセルＢの中心部が周辺部よりも体積が増加するようになる。
これによって、上述した本発明の構成によれば、バッテリーセルＢのスウェリング現象が発生したとき、周辺部よりも体積がさらに増加するバッテリーセルＢの中心部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心を支持リブ４１０ａが支持することで、スウェリング現象をバッテリーセルＢの周辺部に分散させることができる。
図５は、バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、一実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図５を参照すれば、上述したように、前記支持リブ４１０ａは、バッテリーセルＢの中心部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心を支持することができる。
これによって、前記支持リブ４１０ａは、バッテリーセルＢの中心部に集中するスウェリング現象をバッテリーセルＢの周辺部に分散させ、バッテリーセルＢの中心部に発生するスウェリング現象を引き延ばすことができる。
また、前記支持リブ４１０ａは、バッテリーセルＢから発生して中心部に集中したガスをバッテリーセルＢの周辺部、特に、シーリング部に分散させることができる。
図５に示されたように、前記支持リブ４１０ａは、バッテリーセルＢの周辺部、すなわち、バッテリーセルＢのシーリング部が形成された前端部と後端部の両側にスウェリング現象とガスを分散させることができる。
これによって、前記支持リブ４１０ａを通じてバッテリーセルＢのシーリング部に分散したガスがシーリング部の間の隙間から排出されることで、過度なスウェリングによるバッテリーセルＢの寿命減少を防止することができる。
前記支持部４００は、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持するための構造物であって、所定水準以上の機械的強度を有する材質で構成されることが望ましい。例えば、前記支持部４００は、鋼などの金属材質やプラスチック材質で構成され得る。
望ましくは、前記支持部４００の支持バー４２０は、メインフレーム３００に一端と他端が固定されて動かないようにメインフレーム３００に締結される。
そのため、前記支持部４００は、メインフレーム３００と接する一端と他端にそれぞれ締結突起４３０が上部と下部に向かう方向に突出して形成され得る。
このような締結突起４３０は、メインフレーム３００の内側に凹んだ締結溝３４０に挿入されて、前記支持部４００をメインフレーム３００に締結することができる。
図６は、本発明の他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。
本発明の他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジは、本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジに比べて、支持リブが異なるだけで他の構成要素は同じであるため、繰り返される説明は省略することにする。
図６を参照すれば、他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの支持部４００は支持リブ４１０ｂを１つ備えることができる。
より具体的に、１つ以上の支持バー４２０のそれぞれには１つの支持リブ４１０ｂが形成され得る。
前記支持リブ４１０ｂは、上部面と下部面との間の上下長さＬｂが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆよりも長く形成され得る。
例えば、前記支持リブ４１０ｂは、図６に示されたように、上部面と下部面との間の上下長さＬｂが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆよりも長く形成される。
また、前記支持リブ４１０ｂは、冷却流路Ｃの流れ方向で冷却流路Ｃの中央部に形成され得る。換言すれば、前記支持リブ４１０ｂは、支持バー４２０の長さ方向で支持バー４２０の中心に形成され得る。
これによって、前記支持リブ４１０ｂは、上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面でそれぞれの中心に接触して、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
これによって、前記支持リブ４１０ｂは、周辺部よりも体積がさらに増加するバッテリーセルＢの中心部に発生するスウェリング現象を、一実施例による支持リブより効果的に減少させることができる。
したがって、上述した本発明の構成によれば、バッテリーセルＢのスウェリング現象が発生したとき、周辺部よりも体積がさらに増加するバッテリーセルＢの中心部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心を支持リブ４１０ｂが圧迫支持することで、スウェリング現象をバッテリーセルＢの周辺部に分散させることができる。
図７は、バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図７を参照すれば、上述したように、前記支持リブ４１０ｂはバッテリーセルＢの中心部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心を支持することができる。
具体的に、前記支持リブ４１０ｂは、上部面と下部面との間の上下長さＬｂが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆよりも長く形成されることで、上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心を効果的に加圧することができる。
これによって、前記支持リブ４１０ｂは、バッテリーセルＢの中心部に集中するスウェリング現象をバッテリーセルＢの周辺部に分散させ、バッテリーセルＢの中心部に発生するスウェリング現象を引き延ばすことができる。
また、前記支持リブ４１０ｂは、バッテリーセルＢから発生して中心部に集中したガスをバッテリーセルＢの周辺部、特に、シーリング部に分散させることができる。
図７に示されたように、前記支持リブ４１０ｂは、バッテリーセルＢの周辺部、すなわち、バッテリーセルＢのシーリング部が形成された前端部と後端部の両側にスウェリング現象とガスを分散させることができる。
これによって、前記支持リブ４１０ｂを通じてバッテリーセルＢのシーリング部に分散したガスがシーリング部の間の隙間から排出されることで、過度なスウェリングによるバッテリーセルＢの寿命減少を防止することができる。
図８は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。
本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジは、本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジに比べて、支持リブが異なるだけで他の構成要素は同じであるため、繰り返される説明は省略することにする。
図８を参照すれば、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの支持部４００は、支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅを複数備えることができる。
より具体的に、１つ以上の支持バー４２０それぞれには複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅが形成され得る。
前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、上部面と下部面との間の上下長さＬｃ、Ｌｄ、Ｌｅが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆ以上に形成され得る。
また、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、シーリング部から遠いほど上部面と下部面との間の上下長さＬｃ、Ｌｄ、Ｌｅが長く形成され得る。
さらに他の実施例において、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、図８に示されたように、バッテリーセルＢのシーリング部が冷却流路Ｃの後端部に近接する場合、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃ、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｄ及び冷却流路Ｃの後端部に形成された支持リブ４１０ｅの３つで構成され得る。
また、冷却流路Ｃの後端部に形成された支持リブ４１０ｅは、シーリング部と近接するため、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃ及び冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｄよりも、上部面と下部面との間の上下長さＬｅが短く形成され得、その長さは最小離隔距離Ｆと同一であり得る。
そして、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｄは、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃよりもシーリング部に近接するため、上部面と下部面との間の上下長さＬｄが冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃの上部面と下部面との間の上下長さＬｃよりも短く形成され得る。
最後に、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃは、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｄ及び冷却流路Ｃの後端部に形成された支持リブ４１０ｅよりもシーリング部からさらに離隔して配置されるため、上部面と下部面との間の上下長さＬｃが最も長く形成され得る。
すなわち、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、冷却流路Ｃの後端部に近接するバッテリーセルＢのシーリング部と遠いほど上部面と下部面との間の上下長さＬｃ、Ｌｄ、Ｌｅが長く形成され得る。
これによって、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００は、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅの相異なる上下長さに対応して傾いて配置されて固定され得る。
これを通じて、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、傾いた上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの前端部、中心部及び後端部にそれぞれ接触し、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
このような本発明の構成によれば、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、バッテリーセルＢで発生するスウェリング現象とガスをバッテリーセルＢの一側に形成されたシーリング部に誘導することができる。
図９は、バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図９を参照すれば、上述したように、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、それぞれバッテリーセルＢの前端部、中心部及び後端部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面を支持することができる。
これを通じて、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、バッテリーセルＢでスウェリング現象及びガスが発生すれば、バッテリーセルＢのシーリング部から遠い上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面であるほど高い圧力で加圧することで、発生したガスをシーリング部に誘導することができる。
これによって、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅを通じてバッテリーセルＢのシーリング部に誘導されたガスがシーリング部の間の隙間から排出されることで、過度なスウェリングによるバッテリーセルＢの寿命減少を防止することができる。
図１０は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。
本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジは、本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジに比べて、支持リブが異なるだけで他の構成要素は同じであるため、繰り返される説明は省略することにする。
図１０を参照すれば、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの支持部４００は、支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈを複数備えることができる。
より具体的に、１つ以上の支持バー４２０には、それぞれ複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈが形成され得る。
前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、上部面と下部面との間の上下長さＬｆ、Ｌｇ、Ｌｈが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆ以上に形成され得る。
また、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、シーリング部から遠いほど上部面と下部面との間の上下長さＬｆ、Ｌｇ、Ｌｈが長く形成され得る。
さらに他の実施例において、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、図１０に示されたように、バッテリーセルＢのシーリング部が冷却流路Ｃの前端部と後端部に近接する場合、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｆ、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｇ及び冷却流路Ｃの後端部に形成された支持リブ４１０ｈの３つで構成され得る。
また、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｆと後端部に形成された支持リブ４１０ｆはシーリング部と近接するため、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｇよりも上部面と下部面との間の上下長さＬｆ、Ｌｈがそれぞれ短く形成され得、その長さは最小離隔距離Ｆと同一であり得る。
そして、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｇは、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｆと後端部に形成された支持リブ４１０ｈよりもシーリング部からさらに離隔して配置されるため、上部面と下部面との間の上下長さＬｇが最も長く形成され得る。
すなわち、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、冷却流路Ｃの前端部と後端部に近接するバッテリーセルＢのシーリング部と遠いほど上部面と下部面との間の上下長さＬｆ、Ｌｇ、Ｌｈが長く形成され得る。
これによって、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００は、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈの相異なる上下長さに対応して傾いて配置されて固定され得る。
これを通じて、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、傾いた上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの前端部、中心部及び後端部にそれぞれ接触し、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
このような本発明の構成によれば、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、バッテリーセルＢで発生するスウェリング現象とガスをバッテリーセルＢの一側と他側に形成されたシーリング部に誘導することができる。換言すれば、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、バッテリーセルＢで発生するスウェリング現象とガスを中心部から両端、すなわち、前端部と後端部に誘導することができる。
図１１は、バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図１１を参照すれば、上述したように、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、それぞれバッテリーセルＢの前端部、中心部及び後端部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面を支持することができる。
これを通じて、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、バッテリーセルＢでスウェリング現象及びガスが発生すれば、バッテリーセルＢのシーリング部から最も遠い上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面を高い圧力で加圧することで、発生したガスを前端部と後端部のシーリング部に誘導することができる。
これによって、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈを通じて中央部で発生したガスがバッテリーセルＢのシーリング部に誘導されてシーリング部の間の隙間から排出されることで、過度なスウェリングによるバッテリーセルＢの寿命減少を防止することができる。
図１２は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を拡大して示した図である。
図１２を参照すれば、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジは、支持部４００の支持リブ４１０ｉの上部面と下部面からそれぞれ上方と下方に突設された結合突起４１１を備えることができる。
このような結合突起４１１は、それぞれ上部冷却プレート１００の下部面に凹んだ形態の結合溝１２０と下部冷却プレート２００の上部面に凹んだ形態の結合溝２２０に挿入結合され得る。
これを通じて、バッテリーセルＢにスウェリング現象が発生して体積が増加する場合、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００に圧力が加えられて支持部４００と上部冷却プレート１００との間の結合及び支持部４００と下部冷却プレート２００との間の結合が解除される現象を防止することができる。
このような本発明の構成によれば、バッテリーセルＢのスウェリング現象、外部衝撃などによって圧力が加えられても、支持部４００と上部冷却プレート１００との間の結合及び支持部４００と下部冷却プレート２００との間の結合を堅固に維持することができる。
図１３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な構成を示した分解斜視図である。
本発明によるバッテリーモジュールＭは、図１３に示されたように、バッテリーセルとバッテリーセル用カートリッジ１０００の外に、流入ダクト１０及び流出ダクト２０をさらに含むことができる。ここで、流入ダクト１０は、バッテリーセル用カートリッジ１０００に形成された冷却流路の開放部分に備えられ、冷却流路に流体を流れ込ませる空間及び通路として機能することができる。
そして、流出ダクト２０は、バッテリーセル用カートリッジ１０００に形成された冷却流路の他の開放部分に備えられ、冷却流路を流れた流体をバッテリーモジュールＭの外部へ流出させる空間及び通路として機能することができる。特に、本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジ１０００は、メインフレーム３００の２つの側面に開口部３３０が形成され得るが、流入ダクト１０及び流出ダクト２０はこのような開口部３３０が形成された側面にそれぞれ備えられ得る。一方、流入ダクト１０及び流出ダクト２０は、冷却流体の流出入を円滑にするためにファンを備え得る。
本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを１つ以上含むことができる。そして、このようなバッテリーモジュールは、上述した本発明によるバッテリーセル用カートリッジを複数含むことができる。したがって、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーセル用カートリッジを含むと言える。また、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュールの外に、バッテリーモジュールを収納するためのケース、バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種の装置、例えばＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサ、ヒューズ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セル用カートリッジは、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。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーモジュールを含むことができ、該バッテリーモジュールはバッテリーセルとともに本発明によるバッテリーセル用カートリッジを含むことができる。
上述した本発明は、本発明が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的思想から逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であり、上述した実施例及び添付された図面によって限定されるものではない。
１０ 流入ダクト
２０ 流出ダクト
１００ 上部冷却プレート
１１０ 上部接着部
１２０ 結合溝
２００ 下部冷却プレート
２１０ 下部接着部
２２０ 結合溝
３００ メインフレーム
３１０ 突出部
３２０ 挿入溝
３３０ 開口部
３４０ 締結溝
４００ 支持部
４１０ 支持リブ
４１１ 結合突起
４２０ 支持バー
４３０ 締結突起
１０００ バッテリーセル用カートリッジ
本発明は、バッテリーに関し、より詳しくは、多数のバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを構成するとき用いられるバッテリーセル用カートリッジ及びそれを含むバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０１７年７月３１日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００９６８６８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。
現在、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、リチウムバッテリーセルなどのバッテリーセルが常用化しているが、中でもリチウムバッテリーセルはニッケル系列のバッテリーセルに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くて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バッテリーセルは、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使用する。リチウムバッテリーセルは、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を介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。
一般にリチウムバッテリーセルは、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バッテリーセルと、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バッテリーセルとに分けられる。
最近は、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にもバッテリーセルが広く適用されている。このような中大型装置に適用される場合、容量及び出力を高めるために多数のバッテリーセルが電気的に連結される。特に、このような中大型装置には、積層が容易であるという長所から、パウチ型バッテリーセルが多く用いられる。
しかし、パウチ型バッテリーセルは、一般に、アルミニウムとポリマー樹脂とのラミネートシートからなる電池ケースで包装されているため、機械的剛性が大きくない。したがって、多数のパウチ型バッテリーセルを含むバッテリーモジュールを構成するとき、バッテリーセルを外部の衝撃などから保護し、移動を防止し、積層を容易にするため、フレームを用いる場合が多い。
フレームは、カートリッジなど他の多様な用語に代替され得るが、通常中央部分が空いた四角板状で構成される場合が多く、このとき４つの辺部分がパウチ型バッテリーセルの外周部を囲むように構成される。そして、このようなフレームは、バッテリーモジュールを構成するために多数積層された形態で用いられ、バッテリーセルはフレームが積層されたとき生ずる内部の空いた空間に位置し得る。
一方、このように多数のフレームを用いて多数のバッテリーセルを組み立てる場合、バッテリーセルの間には板状の冷却フィンが介在され得る。バッテリーセルは、夏場のように高温環境で使用される場合があり、さらにバッテリーセル自体からも熱が発生し得る。このとき、多数のバッテリーセルが積層されていれば、バッテリーセルの温度は一層高くなり得、この温度が適正温度より高くなれば、バッテリーセルの性能が低下し、酷い場合は爆発や発火の危険もある。したがって、バッテリーモジュールを構成するとき、バッテリーセルの間に冷却フィンを介在させ、該冷却フィンを通じてバッテリーセルの温度上昇を防止する構成が多く採用される。
このような板状の冷却フィン、すなわち冷却プレートをバッテリーセルの間に介在させたバッテリーモジュールの場合、多様な形態及び方式でバッテリーセルを冷却できる。代表的には、冷却プレートの周辺に外部空気を流すことで、冷却プレートと空気との間の熱交換を通じてバッテリーセルの温度を下げる空冷式が広く用いられている。
このような空冷式を用いてバッテリーセルを冷却させるバッテリーモジュールの場合、冷却プレートの周辺に冷却流路を安定的に確保し、外部空気が冷却流路を通ってよく流れるようにすることが重要である。しかし、従来のバッテリーモジュールの場合、このような冷却プレートの周辺で冷却流路が安定的に確保されない問題がある。特に、冷却プレートとしてはアルミニウム材質が広く用いられているが、アルミニウム材質の冷却プレートは積層用フレームの射出過程やフレームとの結合過程、バッテリーモジュールの使用中に押されたり捩じられたりなどの変形が生じやすい。
このような冷却プレートの変形は、冷却流路を狭めるか又は塞いでしまい、冷却流路を通じた外部空気の流れを妨害して、冷却プレートを通じたバッテリーセルの冷却効率を大きく低下させる問題を引き起こし得る。そこで、冷却プレートの変形を防止しようとして冷却プレートにビーズを形成する構成などが提案されているが、このような構成の場合はビーズ自体の変形の恐れがあるため、相変わらず冷却流路を安定的に確保できていない。
本発明は、バッテリーセルで生じるスウェリング現象及びガスをバッテリーセルのシーリング部に分散及び誘導することで、バッテリーセルの中心部にスウェリング現象が集中することを防止できるバッテリーセル用カートリッジ及びそれを含むバッテリーモジュール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セル用カートリッジは、板状で形成され、相互対面する形態で離隔して内部に冷却流路を形成する上部冷却プレートと下部冷却プレート；前記上部冷却プレートの外周部と前記下部冷却プレートの外周部を囲む形態で形成され、上部と下部にバッテリーセルを載置するように構成されたメインフレーム；及び前記冷却流路に配置され、上部及び下部の少なくとも一方向に突設された１つ以上の支持リブを備えて上部冷却プレートと前記下部冷却プレートを支持する支持部；を含む。
望ましくは、前記１つ以上の支持リブは、上部面と下部面との間の上下長さが前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートとの間の離隔距離のうち最小離隔距離以上に形成され得る。
望ましくは、前記１つ以上の支持リブは、前記冷却流路の流れ方向で前記冷却流路の中央部に形成され得る。
望ましくは、前記１つ以上の支持リブは、前記バッテリーセルのシーリング部から遠く位置するほど上部面と下部面との間の上下長さが長く形成され得る。
望ましくは、前記支持リブは、前記冷却流路の流れ方向に複数備えられ得る。
望ましくは、複数の支持リブは、上部面と下部面との間の上下長さが相異なるように形成され得る。
望ましくは、前記複数の支持リブは、前記冷却流路の流れ方向で前記冷却流路の前端部、中央部及び後端部のうち１つ以上に形成され得る。
望ましくは、前記中央部に形成された支持リブの上部面と下部面との間の上下長さは、前記前端部及び後端部に形成された支持リブの上部面と下部面との間の上下長さより長く形成され得る。
望ましくは、前記支持部は、前記冷却流路の流れ方向に長く延びたバー状で形成され、前記１つ以上の支持リブが上部面と下部面から突設された支持バーをさらに備え得る。
望ましくは、前記支持リブは、前記上部冷却プレートを支持する上部面と前記下部冷却プレートを支持する下部面に突出した形態の結合突起が形成され得る。
望ましくは、前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートは、それぞれ内側面に前記結合突起が挿入結合されるように凹んだ形態の結合溝が形成され得る。
望ましくは、前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートは、前記１つ以上の支持リブの上部面と下部面との間の上下長さに対応して傾いて形成され得る。
望ましくは、前記上部冷却プレートは、上部面が１つのバッテリーセルと対面接触するように構成され得る。
望ましくは、前記下部冷却プレートは、下部面が他の１つのバッテリーセルと対面接触するように構成され得る。
本発明によるバッテリーモジュールは、バッテリーセル用カートリッジを含む。
本発明によるバッテリーパックは、バッテリーセル用カートリッジを含む。
本発明による自動車は、バッテリーセル用カートリッジを含む。
本発明によれば、バッテリーセルで発生したスウェリング現象及びガスをバッテリーセルのシーリング部に分散及び誘導して、バッテリーセルの中心部にスウェリング現象が集中することを防止することで、スウェリング現象によってバッテリーセルの電池性能が低下することを防止することができる。
本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジの構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジの構成を概略的に示した分解斜視図である。 図１に示されたＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジが積層された形態を示した図である。 バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、一実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。 バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。 バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。 バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を拡大して示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な構成を示した分解斜視図である。
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。
また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであるため、図面における構成要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張、省略、または、概略的に示され得る。したがって、各構成要素の大きさや比率は実際的な大きさや比率を専ら反映するものではない。
本発明によるバッテリーセル用カートリッジは、多数のバッテリーセルを積層及びパッケージングしてバッテリーモジュールを構成する際に用いられるものであって、バッテリーセルを保持してその動きを防止し、バッテリーセルの組立てをガイドすることができる。
図１は本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジの構成を概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジの構成を概略的に示した分解斜視図であり、図３は図１に示されたＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、図４は本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジが積層された形態を示した図である。
図１〜図４を参照すれば、本発明によるバッテリーセル用カートリッジ１０００は、上部冷却プレート１００、下部冷却プレート２００、メインフレーム３００及び支持部４００を含む。
前記上部冷却プレート１００は、板状で形成され、広い面が上方と下方に向かうように横設された形態で配置される。特に、上部冷却プレート１００は、四角板状に形成され得る。
前記下部冷却プレート２００は、前記上部冷却プレート１００と同様に板状で形成され、上部冷却プレート１００の形態に対応する形態、例えば上部冷却プレート１００と同じ形態で形成される。特に、下部冷却プレート２００は、広い面が上部冷却プレート１００の広い面と相互対面する形態で上部冷却プレート１００の下部に配置される。
このとき、前記下部冷却プレート２００は、図３に示されたように、上部冷却プレート１００と所定距離離隔した形態で配置されて内部に冷却流路Ｃが形成され得る。
前記上部冷却プレート１００及び下部冷却プレート２００は、それぞれ、上部及び下部に位置するバッテリーセルＢと熱交換できるように、熱伝導性のある材質で構成される。特に、このような２つの冷却プレートは、熱伝導性に優れ、かつ、成形し易くて軽いアルミニウム材質で構成され得る。ただし、本発明が必ずしもこのような冷却プレート材質に限定されることはなく、このような冷却プレートはアルミニウム以外の金属など他の多様な材質で構成され得る。
一方、前記上部冷却プレート１００及び下部冷却プレート２００は、それぞれ、メインフレーム３００に接着固定される上部接着部１１０と下部接着部２１０を含む。ここで、上部接着部１１０は上部冷却プレート１００の周縁を形成する部分であり、下部接着部２１０は下部冷却プレート２００の周縁を形成する部分である。
図２に示されたように、上部接着部１１０は上部冷却プレート１００の周縁に対応する形態で構成され、下部接着部２１０は下部冷却プレート２００の周縁に対応する形態で構成される。
すなわち、上部接着部１１０と下部接着部２１０は四角環状に形成され得る。
このような構成によれば、前記上部冷却プレート１００がメインフレーム３００に取り付けられたとき、上部接着部１１０が前記上部冷却プレート１００の周縁とメインフレーム３００の上面とを接合させることができる。また、前記下部冷却プレート２００がメインフレーム３００に取り付けられたとき、下部接着部２１０が前記下部冷却プレート２００の周縁とメインフレーム３００の下面とを接合させることができる。
これにより、前記上部冷却プレート１００とメインフレーム３００との結合部位及び前記下部冷却プレート２００とメインフレーム３００との結合部位に隙間が空く可能性が低くなって、結合力及び密封性を一層高めることができる。特に、バッテリーセルＢでガスが発生した場合、このような上部接着部１１０と下部接着部２１０によって、前記上部冷却プレート１００とメインフレーム３００との結合部位及び前記下部冷却プレート２００とメインフレーム３００との結合部位からガスが漏れる現象を防止することができる。
前記メインフレーム３００は、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００の外周部を囲む形態で構成される。特に、前記メインフレーム３００は、図１に示されたように、上方から下方に眺めた形態が中央部分が空いた四角環状に形成され得る。
前記メインフレーム３００の空いている中央部分には、上方からは上部冷却プレート１００が露出し、下方からは下部冷却プレート２００が露出し得る。
前記メインフレーム３００は、上部冷却プレート１００及び下部冷却プレート２００が介在された状態で射出成形などで製造され得るが、本発明がこのような製造方式に制限されることはない。
前記メインフレーム３００は、パウチ型バッテリーセルＢが載置されるように構成される。特に、前記メインフレーム３００は、パウチ型バッテリーセルＢの外周部が載置されるように構成され得る。例えば、前記メインフレーム３００は、図１に示されたように、四角形状のパウチ型バッテリーセルＢの４つの辺が内側にそれぞれ載置され得る。
このとき、４つの辺を有するパウチ型バッテリーセルＢの外周部は、４つの辺全てがメインフレーム３００に載置されるように構成されても良く、４つの辺のうち一部の辺、例えば２つの辺がメインフレーム３００に載置されるように構成されても良い。
望ましくは、前記メインフレーム３００には２つのパウチ型バッテリーセルが載置され得る。すなわち、前記メインフレーム３００には、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００が垂直方向で中央部分に位置し得、２つのパウチ型バッテリーセルはメインフレーム３００で上部冷却プレート１００の上部及び下部冷却プレート２００の下部にそれぞれ位置し得る。したがって、この場合、バッテリーセル用カートリッジ１０００を垂直方向に多数積層する場合、１つのバッテリーセル用カートリッジ１０００毎に２つのバッテリーセルを収納することができる。
前記メインフレーム３００は、２つ以上積層可能に構成され、それによってバッテリーセル用カートリッジ１０００が２つ以上積層され得る。すなわち、メインフレーム３００には、上部と下部にそれぞれ異なるメインフレームが積層され得る。このように、２つ以上のバッテリーセル用カートリッジ１０００が積層されれば、バッテリーセルＢを基準にメインフレーム３００が外周部に配置され、上部冷却プレート１００が上部に配置され、下部冷却プレート２００が下部に配置される。
一方、前記メインフレーム３００は、２つ以上の積層を容易にするため、垂直方向に突出した突出部３１０及び突出部３１０に対応する形状の挿入溝３２０を備えることができる。
例えば、前記メインフレーム３００は、図３に示されたように、上部に上方に突出した突出部３１０を備える。そして、前記メインフレーム３００は、このような突出部３１０の形態に対応する形態で、下部に凹んだ形態の挿入溝３２０が形成されるように構成される。この場合、図４に示されたように、バッテリーセル用カートリッジ１０００を垂直方向に積層していくとき、メインフレーム３００の突出部３１０は上層に位置する他のメインフレームの挿入溝に挿入され得る。また、メインフレーム３００の挿入溝３２０には下層に位置する他のメインフレームの突出部が挿入され得る。
このような実施例によれば、突出部３１０及び挿入溝３２０がメインフレーム３００の積層、すなわちバッテリーセル用カートリッジの積層をガイドすることで、容易に積層工程を行うことができ、積層の後にも突出部３１０と挿入溝３２０との結合力によって積層状態を安定的に維持することができる。
一方、前記メインフレーム３００は、図１〜図３に示されたように、側面に開口部３３０を備えることができる。ここで、開口部３３０は、メインフレーム３００を水平方向に貫通した形態で構成され、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の空いた空間のうち少なくとも一部分が外部に露出するように構成され得る。すなわち、本発明によるバッテリーセル用カートリッジの場合、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間に空いた空間が形成され、該空いた空間が冷却流路Ｃとして機能するが、前記開口部３３０はこのような冷却流路Ｃをメインフレーム３００の外部空間に露出させる。したがって、メインフレーム３００外部の空気などがこのような開口部３３０を通って冷却流路Ｃに流出入することができる。
このとき、前記開口部３３０は、メインフレーム３００に少なくとも２つ形成されることが望ましい。この場合、少なくとも１つの開口部３３０は流入口として機能し、他の開口部３３０は流出口として機能できる。
したがって、左側の開口部３３０に流れ込んだ外部空気は、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の冷却流路Ｃに沿って流れながらバッテリーセルＢと熱交換を行うことができる。そして、上部冷却プレート１００及び下部冷却プレート２００と熱交換を行った空気は、反対側の開口部３３０からメインフレーム３００の外部空間に流出できる。
前記支持部４００は、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間に形成された冷却流路Ｃに配置され、上部及び下部の少なくとも一方向に突設された１つ以上の支持リブ４１０ａを備えて上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
また、前記支持部４００は、１つ以上の支持リブ４１０ａが上部面と下部面から突設された支持バー４２０を１つ以上備えることができる。
すなわち、前記支持部４００は、図３に示されたように、一端はメインフレーム３００の一側に形成された開口部３３０に固定され、他端はメインフレーム３００の他側に形成された開口部３３０に固定されるように設けられる１つ以上の支持バー４２０を備え、１つ以上の支持バー４２０はそれぞれ１つ以上の支持リブ４１０ａを備えることができる。
一実施例において、１つ以上の支持バー４２０にはそれぞれ１つの支持リブ４１０ａが形成され得る。
このような前記支持リブ４１０ａは上方及び下方に突出して、上部面は上部冷却プレート１００の下部に接触し、下部面は下部冷却プレート２００の上部に接触する。
したがって、前記支持リブ４１０ａは、上部冷却プレート１００を上方に支持し、下部冷却プレート２００を下方に支持することができる。
そのため、前記支持リブ４１０ａは、上部面と下部面との間の上下長さＬａが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆ以上になるように形成され得る。
例えば、前記支持リブ４１０ａは、図３に示されたように、上部面と下部面との間の上下長さＬａが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆと同一に形成される。
また、前記支持リブ４１０ａは、冷却流路Ｃの流れ方向で冷却流路Ｃの中央部に形成され得る。換言すれば、前記支持リブ４１０ａは、支持バー４２０の長さ方向で支持バー４２０の中心部に形成され得る。
それによって、前記支持リブ４１０ａは、上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面でそれぞれの中心部に接触して、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
一方、過充電、過放電及び衝撃などのような異常によってバッテリーセルＢの体積が増加するスウェリング現象が生じれば、通常バッテリーセルＢの中心部が周辺部よりも体積が増加するようになる。
これによって、上述した本発明の構成によれば、バッテリーセルＢのスウェリング現象が発生したとき、周辺部よりも体積がさらに増加するバッテリーセルＢの中心部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心を支持リブ４１０ａが支持することで、スウェリング現象をバッテリーセルＢの周辺部に分散させることができる。
図５は、バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、一実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図５を参照すれば、上述したように、前記支持リブ４１０ａは、バッテリーセルＢの中心部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心部を支持することができる。
これによって、前記支持リブ４１０ａは、バッテリーセルＢの中心部に集中するスウェリング現象をバッテリーセルＢの周辺部に分散させ、バッテリーセルＢの中心部に発生するスウェリング現象を低減することができる。
また、前記支持リブ４１０ａは、バッテリーセルＢから発生して中心部に集中したガスをバッテリーセルＢの周辺部、特に、シーリング部に分散させることができる。
図５に示されたように、前記支持リブ４１０ａは、バッテリーセルＢの周辺部、すなわち、バッテリーセルＢのシーリング部が形成された前端部と後端部の両側にスウェリング現象とガスを分散させることができる。
これによって、前記支持リブ４１０ａを通じてバッテリーセルＢのシーリング部に分散したガスがシーリング部の間の隙間から排出されることで、過度なスウェリングによるバッテリーセルＢの寿命減少を防止することができる。
前記支持部４００は、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持するための構造物であって、所定水準以上の機械的強度を有する材質で構成されることが望ましい。例えば、前記支持部４００は、鋼などの金属材質やプラスチック材質で構成され得る。
望ましくは、前記支持部４００の支持バー４２０は、メインフレーム３００に一端と他端が固定されて動かないようにメインフレーム３００に締結される。
そのため、前記支持部４００は、メインフレーム３００と接する一端と他端にそれぞれ締結突起４３０が上部と下部に向かう方向に突出して形成され得る。
このような締結突起４３０は、メインフレーム３００の内側に凹んだ締結溝３４０に挿入されて、前記支持部４００をメインフレーム３００に締結することができる。
図６は、本発明の他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。
本発明の他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジは、本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジに比べて、支持リブが異なるだけで他の構成要素は同じであるため、繰り返される説明は省略することにする。
図６を参照すれば、他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの支持部４００は支持リブ４１０ｂを１つ以上備えることができる。
より具体的に、１つ以上の支持バー４２０のそれぞれには１つの支持リブ４１０ｂが形成され得る。
前記支持リブ４１０ｂは、上部面と下部面との間の上下長さＬｂが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆよりも長く形成され得る。
例えば、前記支持リブ４１０ｂは、図６に示されたように、上部面と下部面との間の上下長さＬｂが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆよりも長く形成される。
また、前記支持リブ４１０ｂは、冷却流路Ｃの流れ方向で冷却流路Ｃの中央部に形成され得る。換言すれば、前記支持リブ４１０ｂは、支持バー４２０の長さ方向で支持バー４２０の中心部に形成され得る。
これによって、前記支持リブ４１０ｂは、上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面でそれぞれの中心部に接触して、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
これによって、前記支持リブ４１０ｂは、周辺部よりも体積がさらに増加するバッテリーセルＢの中心部に発生するスウェリング現象を、一実施例による支持リブより効果的に減少させることができる。
したがって、上述した本発明の構成によれば、バッテリーセルＢのスウェリング現象が発生したとき、周辺部よりも体積がさらに増加するバッテリーセルＢの中心部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心を支持リブ４１０ｂが圧迫支持することで、スウェリング現象をバッテリーセルＢの周辺部に分散させることができる。
図７は、バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図７を参照すれば、上述したように、前記支持リブ４１０ｂはバッテリーセルＢの中心部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心部を支持することができる。
具体的に、前記支持リブ４１０ｂは、上部面と下部面との間の上下長さＬｂが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆよりも長く形成されることで、上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの中心部を効果的に加圧することができる。
これによって、前記支持リブ４１０ｂは、バッテリーセルＢの中心部に集中するスウェリング現象をバッテリーセルＢの周辺部に分散させ、バッテリーセルＢの中心部に発生するスウェリング現象を低減することができる。
また、前記支持リブ４１０ｂは、バッテリーセルＢから発生して中心部に集中したガスをバッテリーセルＢの周辺部、特に、シーリング部に分散させることができる。
図７に示されたように、前記支持リブ４１０ｂは、バッテリーセルＢの周辺部、すなわち、バッテリーセルＢのシーリング部が形成された前端部と後端部の両側にスウェリング現象とガスを分散させることができる。
これによって、前記支持リブ４１０ｂを通じてバッテリーセルＢのシーリング部に分散したガスがシーリング部の間の隙間から排出されることで、過度なスウェリングによるバッテリーセルＢの寿命減少を防止することができる。
図８は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。
本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジは、本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジに比べて、支持リブが異なるだけで他の構成要素は同じであるため、繰り返される説明は省略することにする。
図８を参照すれば、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの支持部４００は、支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅを複数備えることができる。
より具体的に、１つ以上の支持バー４２０それぞれには複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅが形成され得る。
前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、上部面と下部面との間の上下長さＬｃ、Ｌｄ、Ｌｅが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆ以上に形成され得る。
また、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、シーリング部から遠いほど上部面と下部面との間の上下長さＬｃ、Ｌｄ、Ｌｅが長く形成され得る。
さらに他の実施例において、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、図８に示されたように、バッテリーセルＢのシーリング部が冷却流路Ｃの後端部に近接する場合、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃ、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｄ及び冷却流路Ｃの後端部に形成された支持リブ４１０ｅの３つで構成され得る。
また、冷却流路Ｃの後端部に形成された支持リブ４１０ｅは、シーリング部と近接するため、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃ及び冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｄよりも、上部面と下部面との間の上下長さＬｅが短く形成され得、その長さは最小離隔距離Ｆと同一であり得る。
そして、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｄは、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃよりもシーリング部に近接するため、上部面と下部面との間の上下長さＬｄが冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃの上部面と下部面との間の上下長さＬｃよりも短く形成され得る。
最後に、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｃは、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｄ及び冷却流路Ｃの後端部に形成された支持リブ４１０ｅよりもシーリング部からさらに離隔して配置されるため、上部面と下部面との間の上下長さＬｃが最も長く形成され得る。
すなわち、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、冷却流路Ｃの後端部に近接するバッテリーセルＢのシーリング部と遠いほど上部面と下部面との間の上下長さＬｃ、Ｌｄ、Ｌｅが長く形成され得る。
これによって、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００は、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅの相異なる上下長さに対応して傾いて配置されて固定され得る。
これを通じて、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、傾いた上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの前端部、中心部及び後端部にそれぞれ接触し、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
このような本発明の構成によれば、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、バッテリーセルＢで発生するスウェリング現象とガスをバッテリーセルＢの一側に形成されたシーリング部に誘導することができる。
図９は、バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図９を参照すれば、上述したように、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、それぞれバッテリーセルＢの前端部、中心部及び後端部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面を支持することができる。
これを通じて、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅは、バッテリーセルＢでスウェリング現象及びガスが発生すれば、バッテリーセルＢのシーリング部から遠い上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面であるほど高い圧力で加圧することで、発生したガスをシーリング部に誘導することができる。
これによって、前記複数の支持リブ４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅを通じてバッテリーセルＢのシーリング部に誘導されたガスがシーリング部の間の隙間から排出されることで、過度なスウェリングによるバッテリーセルＢの寿命減少を防止することができる。
図１０は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を示した断面図である。
本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジは、本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジに比べて、支持リブが異なるだけで他の構成要素は同じであるため、繰り返される説明は省略することにする。
図１０を参照すれば、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの支持部４００は、支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈを複数備えることができる。
より具体的に、１つ以上の支持バー４２０には、それぞれ複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈが形成され得る。
前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、上部面と下部面との間の上下長さＬｆ、Ｌｇ、Ｌｈが上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００との間の離隔距離のうち最小離隔距離Ｆ以上に形成され得る。
また、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、シーリング部から遠いほど上部面と下部面との間の上下長さＬｆ、Ｌｇ、Ｌｈが長く形成され得る。
さらに他の実施例において、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、図１０に示されたように、バッテリーセルＢのシーリング部が冷却流路Ｃの前端部と後端部に近接する場合、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｆ、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｇ及び冷却流路Ｃの後端部に形成された支持リブ４１０ｈの３つで構成され得る。
また、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｆと後端部に形成された支持リブ４１０ｈはシーリング部と近接するため、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｇよりも上部面と下部面との間の上下長さＬｆ、Ｌｈがそれぞれ短く形成され得、その長さは最小離隔距離Ｆと同一であり得る。
そして、冷却流路Ｃの中心部に形成された支持リブ４１０ｇは、冷却流路Ｃの前端部に形成された支持リブ４１０ｆと後端部に形成された支持リブ４１０ｈよりもシーリング部からさらに離隔して配置されるため、上部面と下部面との間の上下長さＬｇが最も長く形成され得る。
すなわち、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、冷却流路Ｃの前端部と後端部に近接するバッテリーセルＢのシーリング部と遠いほど上部面と下部面との間の上下長さＬｆ、Ｌｇ、Ｌｈが長く形成され得る。
これによって、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００は、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈの相異なる上下長さに対応して傾いて配置されて固定され得る。
これを通じて、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、傾いた上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面のそれぞれの前端部、中心部及び後端部にそれぞれ接触し、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００を支持することができる。
このような本発明の構成によれば、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、バッテリーセルＢで発生するスウェリング現象とガスをバッテリーセルＢの一側と他側に形成されたシーリング部に誘導することができる。換言すれば、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、バッテリーセルＢで発生するスウェリング現象とガスを中心部から両端、すなわち、前端部と後端部に誘導することができる。
図１１は、バッテリーセルにスウェリング現象が生じた後、さらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図１１を参照すれば、上述したように、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、それぞれバッテリーセルＢの前端部、中心部及び後端部と接触した上部冷却プレート１００の下部面及び下部冷却プレート２００の上部面を支持することができる。
これを通じて、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈは、バッテリーセルＢでスウェリング現象及びガスが発生すれば、バッテリーセルＢのシーリング部から最も遠い上部冷却プレート１００の下部面と下部冷却プレート２００の上部面を高い圧力で加圧することで、発生したガスを前端部と後端部のシーリング部に誘導することができる。
これによって、前記複数の支持リブ４１０ｆ、４１０ｇ、４１０ｈを通じて中央部で発生したガスがバッテリーセルＢのシーリング部に誘導されてシーリング部の間の隙間から排出されることで、過度なスウェリングによるバッテリーセルＢの寿命減少を防止することができる。
図１２は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジの断面を拡大して示した図である。
図１２を参照すれば、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーセル用カートリッジは、支持部４００の支持リブ４１０ｉの上部面と下部面からそれぞれ上方と下方に突設された結合突起４１１を備えることができる。
このような結合突起４１１は、それぞれ上部冷却プレート１００の下部面に凹んだ形態の結合溝１２０と下部冷却プレート２００の上部面に凹んだ形態の結合溝２２０に挿入結合され得る。
これを通じて、バッテリーセルＢにスウェリング現象が発生して体積が増加する場合、上部冷却プレート１００と下部冷却プレート２００に圧力が加えられて支持部４００と上部冷却プレート１００との間の結合及び支持部４００と下部冷却プレート２００との間の結合が解除される現象を防止することができる。
このような本発明の構成によれば、バッテリーセルＢのスウェリング現象、外部衝撃などによって圧力が加えられても、支持部４００と上部冷却プレート１００との間の結合及び支持部４００と下部冷却プレート２００との間の結合を堅固に維持することができる。
図１３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの概略的な構成を示した分解斜視図である。
本発明によるバッテリーモジュールＭは、図１３に示されたように、バッテリーセルとバッテリーセル用カートリッジ１０００の外に、流入ダクト１０及び流出ダクト２０をさらに含むことができる。ここで、流入ダクト１０は、バッテリーセル用カートリッジ１０００に形成された冷却流路の開放部分に備えられ、冷却流路に流体を流れ込ませる空間及び通路として機能することができる。
そして、流出ダクト２０は、バッテリーセル用カートリッジ１０００に形成された冷却流路の他の開放部分に備えられ、冷却流路を流れた流体をバッテリーモジュールＭの外部へ流出させる空間及び通路として機能することができる。特に、本発明の一実施例によるバッテリーセル用カートリッジ１０００は、メインフレーム３００の２つの側面に開口部３３０が形成され得るが、流入ダクト１０及び流出ダクト２０はこのような開口部３３０が形成された側面にそれぞれ備えられ得る。一方、流入ダクト１０及び流出ダクト２０は、冷却流体の流出入を円滑にするためにファンを備え得る。
本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュールを１つ以上含むことができる。そして、このようなバッテリーモジュールは、上述した本発明によるバッテリーセル用カートリッジを複数含むことができる。したがって、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーセル用カートリッジを含むと言える。また、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュールの外に、バッテリーモジュールを収納するためのケース、バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種の装置、例えばＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサ、ヒューズ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セル用カートリッジは、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。すなわち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーモジュールを含むことができ、該バッテリーモジュールはバッテリーセルとともに本発明によるバッテリーセル用カートリッジを含むことができる。
上述した本発明は、本発明が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的思想から逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であり、上述した実施例及び添付された図面によって限定されるものではない。
１０ 流入ダクト
２０ 流出ダクト
１００ 上部冷却プレート
１１０ 上部接着部
１２０ 結合溝
２００ 下部冷却プレート
２１０ 下部接着部
２２０ 結合溝
３００ メインフレーム
３１０ 突出部
３２０ 挿入溝
３３０ 開口部
３４０ 締結溝
４００ 支持部
４１０ 支持リブ
４１１ 結合突起
４２０ 支持バー
４３０ 締結突起
１０００ バッテリーセル用カートリッジ

Claims (13)

  1. 板状で形成され、相互対面する形態で離隔して内部に冷却流路を形成する上部冷却プレートと下部冷却プレート、
    前記上部冷却プレートの外周部と前記下部冷却プレートの外周部を囲む形態で形成され、上部と下部にバッテリーセルを載置するように構成されたメインフレーム、及び
    前記冷却流路に配置され、上部及び下部の少なくとも一方向に突設された１つ以上の支持リブを備えて上部冷却プレートと前記下部冷却プレートを支持する支持部
    を含むバッテリーセル用カートリッジ。
  2. 前記１つ以上の支持リブは、上部面と下部面との間の上下長さが前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートとの間の離隔距離のうち最小離隔距離以上に形成された、請求項１に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  3. 前記１つ以上の支持リブは、前記冷却流路の流れ方向で前記冷却流路の中央部に形成された、請求項１に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  4. 前記１つ以上の支持リブは、前記バッテリーセルのシーリング部から遠く位置するほど上部面と下部面との間の上下長さが長く形成された、請求項１に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  5. 前記支持リブは、前記冷却流路の流れ方向に複数備えられ、
    複数の支持リブは、上部面と下部面との間の上下長さが相異なるように形成された、請求項１に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  6. 前記複数の支持リブは、前記冷却流路の流れ方向で前記冷却流路の前端部、中央部及び後端部のうち１つ以上に形成され、
    前記中央部に形成された支持リブの上部面と下部面との間の上下長さは、前記前端部及び後端部に形成された支持リブの上部面と下部面との間の上下長さより長く形成された、請求項５に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  7. 前記支持部は、前記冷却流路の流れ方向に長く延びたバー状で形成され、前記１つ以上の支持リブが上部面と下部面から突設された支持バーをさらに備える、請求項１に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  8. 前記支持リブは、前記上部冷却プレートを支持する上部面と前記下部冷却プレートを支持する下部面に突出した形態の結合突起が形成され、
    前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートは、それぞれ内側面に前記結合突起が挿入結合されるように凹んだ形態の結合溝が形成された、請求項１に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  9. 前記上部冷却プレートと前記下部冷却プレートは、前記１つ以上の支持リブの上部面と下部面との間の上下長さに対応して傾いて形成された、請求項１に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  10. 前記上部冷却プレートは、上部面が１つのバッテリーセルと対面接触するように構成され、
    前記下部冷却プレートは、下部面が他の１つのバッテリーセルと対面接触するように構成された、請求項１に記載のバッテリーセル用カートリッジ。
  11. 請求項１〜請求項１０のうちいずれか１項に記載のバッテリーセル用カートリッジを含むバッテリーモジュール。
  12. 請求項１〜請求項１０のうちいずれか１項に記載のバッテリーセル用カートリッジを含むバッテリーパック。
  13. 請求項１〜請求項１０のうちいずれか１項に記載のバッテリーセル用カートリッジを含む自動車。
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