JP2020530184A - バッテリーモジュール及びこれを備えるバッテリーパック - Google Patents

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Abstract

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを備えるバッテリーパックに係り、さらに詳しくは、複数のバッテリーセルの温度が効率よく調節されるように伝熱構造に形成され、バッテリーセルの安定性が増すように伝熱部材が通孔された形状に形成されたバッテリーモジュール及びこれを備えるバッテリーパックに関する。

Description

本発明は、バッテリーモジュール及びこれを備えるバッテリーパックに係り、さらに詳しくは、複数のバッテリーセルの温度が効率よく調節されるように伝熱構造に形成され、バッテリーセルの安定性が増すように伝熱部材が通孔された形状に形成されたバッテリーモジュール及びこれを備えるバッテリーパックに関する。
バッテリーパックを構成する単位電池としてのリチウム二次電池は、柔軟性を有してその形状が比較的に自由であり、軽量である他、安全性に優れていることから、携帯電話、ビデオ付きカメラ、ノート型パソコンなどの携帯用の電子機器の電源としての需要が高まりつつある。なお、リチウム二次電池は、携帯型の電子機器などの小型の装置だけではなく、自動車や電力蓄積装置にも広く用いられている。
一方、前記二次電池の形状は、バッテリーケースの形状に応じて区別されるが、電極組立体が円筒状又は角状の金属缶に内蔵されている場合は、円筒型バッテリー及び角型バッテリーに分類される。なお、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されている場合は、パウチ型バッテリーに分類される。
また、バッテリーケースに内蔵される電極組立体は、正極、負極、及び前記正極と前記負極との間に挟持されたセパレーターの構造となっていて、充／放電が行える。なお、円筒型電極組立体は、電極活物質が塗布された長尺のシート状の正極、セパレーター及び負極をこの順に積層して巻き取ったジェリー−ロール状に形成される。
一方、一般に、バッテリーパックを長時間に亘って使用する場合、バッテリーパックからは熱が発せられるが、特に、このようにして積層された大容量のバッテリーパックは、充電又は放電の際に電流量の増加に伴いさらに多くの熱を伴ってしまう。もし、このときに発せられた熱が十分に除去されなければ、バッテリーパックの性能が低下し、さらに、発火又は爆発に至ることもある。
上記の問題を解消するために、バッテリーパックは、冷却部材を備えるが、このような冷却部材付きバッテリーパックについては、図１に基づいて詳しく説明する。
図１は、従来のバッテリーパックの構造図である。
図１を参照すると、従来のバッテリーパックは、複数の円筒型バッテリーセルの各側面に冷却部材が配置されていた。
しかし、上述したようなバッテリーパックは、多数の冷却部材が設けられる構造となっているため、バッテリーパックの内側空間が狭まり、円筒セルの駆動に際して、セルの側面の方よりも、電極端子が設けられたセルの上／下部における発熱がさらに激しくなるが故に、冷却効率が下がるという問題が生じる。
韓国公開特許公報第２０１７−０００４１７２号
本発明は、同じ空間にさらに多くのバッテリーセルを備え、冷却効率をも増大させるバッテリーモジュール及びこれを備えるバッテリーパックを提供する。
本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルから構成されるバッテリーモジュールにおいて、前記複数のバッテリーセルから発せられる熱を伝達する上フレームと、前記上フレームの下部に位置する上放熱部材と、前記上放熱部材の下部に位置して、上側には負（−）極が位置し、下側には正（＋）極が位置する構造である複数のバッテリーセルが隣り合うように配列されたバッテリーセルアセンブリーと、前記バッテリーセルアセンブリーの下部に位置して、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される下放熱部材と、前記下放熱部材の下部に位置し、前記上フレームと連結される結合部を有して上フレームから熱を伝達されたり、上フレームに熱を伝達したりする下フレームと、を備えてなる。
前記バッテリーセルアセンブリーは、前記複数のバッテリーセルを固定するセル固定フレームをさらに備えてなる。
前記セル固定フレームは、上放熱部材及び下放熱部材が定位置に載置可能なように上面と下面に所定の深さの放熱部材載置溝が形成される。
前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーセルアセンブリー内の複数のバッテリーセルの上面と下面にそれぞれ接触して、前記複数のバッテリーセルの正（＋）極端子と負（−）極端子をそれぞれ電気的に接続するメタルプレートをさらに備えてなる。
前記メタルプレートは、前記複数のバッテリーセルの正（＋）極端子と負（−）極端子に対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成される。
本発明の実施形態に係るバッテリーパックは、複数のバッテリーセルから構成された複数のバッテリーモジュール間の熱の制御のために構成されたバッテリーパックにおいて、上側には正（＋）極が位置し、下側には負（−）極が位置する複数のバッテリーセルが伝熱フレームに収容される構造に形成された第１のバッテリーモジュール部と、前記第１のバッテリーモジュール部の下部に位置して、複数のバッテリーセルの温度を制御する温度調節部と、前記温度調節部の下部に位置し、上側には負（−）極が位置し、下側には正（＋）極が位置する複数のバッテリーセルが伝熱フレームに収容される構造に形成された第２のバッテリーモジュール部と、を備えてなる。
前記第１のバッテリーモジュール部は、前記複数のバッテリーセルから発せられる熱を外部に放出する第１の上伝熱フレームと、前記第１の上伝熱フレームと複数のバッテリーセルとの間に位置し、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される第１の上放熱部材と、前記複数のバッテリーセルの下部に位置する第１の下放熱部材と、前記第１の下放熱部材の下部と前記温度調節部の上部に位置し、前記第１の上伝熱フレームと連結されて第１の上伝熱フレームから伝達される熱を前記温度調節部に伝達したり、温度調節部から熱を伝達されたりする第１の下伝熱フレームと、を備えてなる。
前記第２のバッテリーモジュール部は、前記温度調節部の下部に位置して、温度調節部から熱を伝達されたり、前記複数のバッテリーセルから発せられる熱を温度調節部に伝達したりする第２の上伝熱フレームと、前記第２の上伝熱フレームと複数のバッテリーセルとの間に位置する第２の上放熱部材と、前記複数のバッテリーセルの下部に位置して、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される第２の下放熱部材と、前記第２の下放熱部材の下部に位置し、前記第２の上伝熱フレームと連結されて第２の上伝熱フレームから熱を伝達されたり、第２の上伝熱フレームに熱を伝達したりする第２の下伝熱フレームと、を備えてなる。
前記第１のバッテリーモジュール部及び第２のバッテリーモジュール部の伝熱フレームは、前記温度調節部が伝熱フレームの内側に配置されるように温度調節部と接する伝熱フレームの接触面に所定の深さの温度調節部載置溝がさらに形成される。
前記温度調節部は、冷却部材、加熱部材又は冷却部材と加熱部材とが結合された構成に形成される。
本発明の実施形態に係るバッテリーモジュール及びこれを備えるバッテリーパックは、バッテリーセルの側面の方よりも上／下部に放熱部材を配置して、バッテリーセルの冷却効率を増大させ、バッテリーセルの正（＋）極端子が配置された放熱部材に貫通孔を形成して、発火の際に正（＋）極キャップが開かれて、ガス、火炎及び吐出物が噴出されるようにして、バッテリーモジュール及びバッテリーパックの安全な駆動を可能にする。
従来のバッテリーパックの構造図。 本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図。 本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの側面図。 本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの側面拡大図。 本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの伝熱の流れ図。 本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの温度変化の例示図。 本発明の実施形態に係るバッテリーパックの側面図。 本発明の実施形態に係るバッテリーパック内の冷却部材による伝熱の流れ図。 本発明の実施形態に係るバッテリーパック内の加熱部材による伝熱の流れ図。
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態をより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。
本発明を説明するに当たって、この開示において用いられる「第１の」、「第２の」などの言い回しは、複数の構成要素を説明するうえで使用可能であるが、前記構成要素は、前記言い回しによって何等限定されない。「第１の」、「第２の」などの言い回しは、ある構成要素を他の構成要素から区別する目的でしか使えない。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない範囲内において第１の構成要素は第２の構成要素と命名されてもよく、同様に、第２の構成要素もまた第１の構成要素と命名されてもよい。単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。
本発明において用いられる用語としては、本発明における機能を考慮しつつ、できる限り現在汎広く用いられている一般的な用語を選択したが、これは、当分野に携わっている技術者の意図又は判例、新たな技術の出現などによって異なる。なお、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合、当該する発明の説明の部分の欄において詳しくその意味を記載する。よって、本発明において用いられる用語は、単なる用語の名称ではなく、その用語が有する意味と本発明の全般に亘っての内容を踏まえて定義されるべきである。
＜実施形態１＞
次に、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールについて説明する。
本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルからの熱を伝達可能なフレームの内側に収容される。また、バッテリーモジュールは、発火の際に、ガス、火炎及び吐出物の噴出のためのバッテリーセルの正（＋）極端子のキャップが開かれるように、複数の貫通孔が形成された放熱部材を備えてなる。これにより、バッテリーモジュールは、バッテリーセルから発せられる熱が速やかに排出され、発火に際して容易にキャップが開かれてバッテリーモジュールが安全に駆動できるようにする。
図２は、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの分解斜視図である。
図２を参照すると、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュール１００は、バッテリーセルアセンブリー１３０から発せられる熱を伝達する上フレーム１１０、上フレーム１１０の下部に位置する上放熱部材１２０、上放熱部材１２０の下部に位置して、上側には負（−）極が位置し、下側には正（＋）極が位置する構造である複数のバッテリーセルが隣り合うように配列されたバッテリーセルアセンブリー１３０、バッテリーセルアセンブリー１３０の下部に位置して、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される下放熱部材１４０及び下放熱部材１４０の下部に位置し、前記上フレーム１１０と連結されて上フレーム１１０から熱を伝達されたり、上フレーム１１０に熱を伝達したりする下フレーム１５０を備えてなる。
以下、このようなバッテリーモジュール１００の構成の詳細について、詳しく説明する。
前記上フレーム１１０及び下フレーム１５０は、前記複数のバッテリーセルの各電極から発せられる熱を互いに伝達しながら外部に放出する構成要素であって、高い熱伝導特性を有する素材から構成されてもよい。
一実施形態によれば、アルミニウムを素材として用いてもよいが、これに限定されない。
また、前記上フレーム１１０は、全体のバッテリーモジュールの上端部を形成し、前記下フレーム１５０は、全体のバッテリーモジュールの下端部を形成して、バッテリーモジュールの内部を保護する構成要素である。なお、上フレーム１１０及び下フレーム１５０は、互いに組み合わせられるように側面部に結合部が配備される。
ここで、結合部は、嵌合可能なように一つのフレームが
Figure 2020530184
字状に、もう一つのフレームが
Figure 2020530184
 字状に形成されてもよいが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、様々な結合形状に形成可能である。
また、前記下フレーム１５０は、前記下放熱部材１４０の空間をさらに確保するために、上面の一部に所定の深さの放熱部材拡張溝をさらに形成する。
このとき、下放熱部材１４０の厚さは、上放熱部材１２０の厚さよりも大きな値を有し、後述する放熱部材載置溝１３１＿２と前記放熱部材拡張溝の結合により形成される高さに対応する厚さを有する。
このようにして形成された拡張された空間は、発火の際に正（＋）極端子から排出される火炎、ガス及び吐出物の量が多い場合であっても収容可能である。
なお、前記上放熱部材１２０及び下放熱部材１４０は、前記上フレーム１１０及び下フレーム１５０とそれぞれ接する形状に形成されて、前記複数のバッテリーセルから発せられる熱を上フレーム１１０及び下フレーム１５０に速やかに伝達して、熱が外部に放出できるようにする。
さらに、前記上放熱部材１２０及び下放熱部材１４０は、パッド状に形成されてもよく、一実施形態として、シリコンパッドから構成される場合、絶縁性をも確保することができるが、本発明はこれら何ら限定されない。
さらにまた、前記上放熱部材１２０は、前記複数のバッテリーセルの上面の全体を覆うように平板状に形成され、前記下放熱部材１４０は、前記複数のバッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される。
もし、バッテリーセルが異常状態に陥って発火する場合、さらに大きな燃焼及び爆発を防止するために、バッテリーセル内の圧力により正（＋）極端子のキャップが開かれ、開かれた正（＋）極端子のキャップからガス、火炎及び吐出物が前記下放熱部材１４０の貫通孔を介して噴出できるようにする。
さらにまた、前記バッテリーセルアセンブリー１３０は、前記上放熱部材１２０と下放熱部材１４０との間に位置して、上側には負（−）極が位置し、下側には正（＋）極が位置する構造である複数のバッテリーセルが隣り合うように配列された構成要素であって、前記上放熱部材１２０及び下放熱部材１４０とそれぞれ接する形状に形成される。
前記バッテリーセルアセンブリー１３０の構成の詳細については、図３に基づいて説明する。
図３は、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの側面図である。
図３を参照すると、前記バッテリーセルアセンブリー１３０は、前記複数のバッテリーセル１３２を固定するセル固定フレーム１３１をさらに備えてなる。
また、前記セル固定フレーム１３１は、上端部／下端部に分けられて構成されてもよく、上端部と下端部は、前記上フレーム１１０及び下フレーム１５０の結合部と略同じ結合方式により形成される。
なお、前記バッテリーセルアセンブリー１３０は、円形のバッテリーセルの一端が嵌着できるように垂直方向に連通された複数の貫通溝１３１＿１を備えてなる。
さらに、前記貫通溝１３１＿１は、貫通溝１３１＿１に嵌入したバッテリーセルの終端と遭遇する部分の直径が円形のバッテリーセルの胴体の直径よりも小さく形成されて、バッテリーセルが外部に食み出ないようにする。
しかし、バッテリーセルの保護構造により、バッテリーセルの発火の際にバッテリーセルの正（＋）極のキャップが開かれることもあるため、ガス、火炎及び吐出物が容易に排出できるように所定の直径範囲以上に形成する。
さらにまた、前記セル固定フレーム１３１は、前記上放熱部材１２０及び下放熱部材１４０が定位置に載置できるように上面と下面に所定の深さで形成された放熱部材載置溝１３１＿２をさらに備えてなる。
前記放熱部材載置溝１３１＿２は、前記上放熱部材１２０及び下放熱部材１４０が前記複数のバッテリーセル１３２の上部／下部に配置されなければならないため、別途の取付け部材無しに容易に配置できるようにする。この場合、取付け部材の取付け部分に熱が生じることがあるため、放熱効率が下がる虞がある。
さらにまた、ここで用いられるバッテリーセルとは、円筒型バッテリーセルのことをいい、セル固定フレームは、絶縁性素材からなる。
これらに加えて、前記バッテリーモジュール１００は、前記バッテリーセルアセンブリー１３０内の複数のバッテリーセルの上面と下面にそれぞれ接触して、前記複数のバッテリーセルの正極端子と負極端子をそれぞれ電気的に接続するメタルプレート１６０をさらに備えてなるが、この詳細については、図４に基づいて説明する。
図４は、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの側面拡大図である。
図４を参照すると、前記メタルプレート１６０は、前記複数のバッテリーセルの正（＋）極端子と負（−）極端子に対応する位置にそれぞれ貫通孔１６１が形成される。より厳密に述べると、電極端子の端部に対応する位置に貫通孔１６１が形成され、貫通孔の内側に形成された接続端子１６２が前記複数のバッテリーセルと当接して電気的に接続する。
ここで、貫通孔１６１は、前記複数のバッテリーセルにおいて発火が生じる場合、当該バッテリーセルの正（＋）極にガス、火炎及び吐出物が噴出できるように形成される。
なお、一般に、接続端子１６２を用いた充／放電の際に、バッテリーセルの負（−）極からの発熱量の方がバッテリーセルの正（＋）極からの発熱量よりも多いため、前記貫通孔１６１を介してメタルプレート１６０と複数のバッテリーセル１３２とが所定の距離だけ離れるようにする。
また、前記メタルプレート１６０は、一実施形態によれば、銅を素材として用いてもよく、前記接続端子１６２は、ニッケルを素材として用いてもよい。この場合、溶接し易いニッケルを接続端子１６２として用いし、抵抗が低いため抵抗溶接に適していないものの、熱伝導率の高い銅をメタルプレートのベースとして用いて、メタルプレート１６０からも熱を容易に放出できるようにする。
さらに、前記メタルプレート１６０は、前記セル固定フレーム１３１の放熱部材載置溝１３１＿２内に前記上放熱部材１２０及び下放熱部材１４０とともに配置される。
さらに詳しく説明すれば、前記メタルプレート１６０は、前記上放熱部材１２０の下部と、前記複数のバッテリーセル１３２の上部との間に位置し、前記複数のバッテリーセル１３２の下部と下放熱部材１４０の上部との間に位置する。
したがって、別途の固定構成要素なしに容易に定位置に配置可能であり、前記放熱部材と接触して形成されることにより、伝熱がさらに速やかに行われる。
なお、前記バッテリーモジュール１００から発せられる熱が伝達される流れの詳細について、図５に基づいて説明する。
図５は、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの伝熱の流れ図である。
まず、図５は、複数のバッテリーセル１３２から発せられる熱が外部に放出される放熱伝達経路であり、充／放電の際にバッテリーセル１３２からは多量の熱が発せられる。バッテリーセルから発せられた熱は、メタルプレート１６０を経て放熱部材１２０、１４０に伝達され、放熱部材１２０は、速やかにフレーム１１０、１５０に熱を伝達する。
前記フレーム１１０、１５０に伝達された熱は、フレーム１１０、１５０の上部、下部及び両側面部を介して外部に放出される。
前記フレーム１１０、１５０の下部は、底面を形成することにより、外部に効率よく熱を放出し難いため、下部に放出できなかった熱は、両側面部に伝達されて外部に放出できるようにする。
なお、前記フレーム１１０、１５０の上部には前記複数のバッテリーセル１３２の負（−）極が位置して、バッテリーセルの正（＋）極よりも発熱量が多いため、上部に放出できなかった熱は、両側面部に伝達されて外部に放出できるようにする。
このような本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの放熱効果については、充電実験結果である図６に基づいてさらに詳しく説明する。
図６は、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの温度変化の例示図である。
図６を参照すると、本実験では、1 Ｃレート（C-rate）において各バッテリーセルの正（＋）極端子の合計で６個所を測定した。この場合、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの下放熱部材１４０が正（＋）極端子の終端に対応して穿孔されることにより、容易に６個所の温度を測定することができるため、正（＋）極端子を介して各バッテリーセルの正確な温度を測定した。
図６（ａ）は、従来のバッテリーモジュールの温度測定値であり、図６（ｂ）は、本発明の実施形態に係るバッテリーモジュールの温度測定値である。
図６（ａ）と図６（ｂ）を比較すると、図６（ａ）の方が図６（ｂ）よりも全般的に低い温度の測定値を有しており、図６（ａ）の平均温度は略４７℃であり、図６（ｂ）の平均温度は略４６℃であることから、本発明のバッテリーモジュールの構造により各バッテリーセルから発せられる熱が速やかに外部に放出されるということを確認することができる。
また、本実験では、正確なバッテリーセルの温度の測定のために熱の放出をさらに容易にする前記下フレーム１５０が配置されていないため、下フレーム１５０が配置された場合には、温度の降下効果がさらに増大される筈である。
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態に係るバッテリーパックについて説明する。
本発明の実施形態に係るバッテリーパックは、前記実施形態に従い高い伝熱効率を有する構造に形成されたバッテリーモジュールの間にバッテリーモジュールの温度を制御する温度調節部が設けられることにより、一つの温度調節部を介して二つのバッテリーモジュールの温度がさらに効率よく且つ一定に保たれる。
図７は、本発明の実施形態に係るバッテリーパックの側面図である。
図７を参照すると、本発明の実施形態に係るバッテリーパック１０００は、上側には正（＋）極が位置し、下側には負（−）極が位置する複数のバッテリーセルが伝熱フレームに収容される構造に形成された第１のバッテリーモジュール部１１００、第１のバッテリーモジュール部１１００の下部に位置して、複数のバッテリーセルの温度を制御する温度調節部１２００及び温度調節部１２００の下部に位置し、上側には負（−）極が位置し、下側には正（＋）極が位置する複数のバッテリーセルが伝熱フレームに収容される構造に形成された第２のバッテリーモジュール部１３００を備えてなる。
以下、このようなバッテリーパック１０００の構成の詳細について説明する。
なお、前記第１のバッテリーモジュール部１１００は、上側には正（＋）極が位置し、下側には負（−）極が位置する複数のバッテリーセルが伝熱フレームに収容される構造に形成された構成要素である。より厳密に述べると、第１のバッテリーモジュール部１１００は、第１の上伝熱フレーム１１１０、第１の上放熱部材１１２０、第１の下放熱部材１１４０及び第１の下伝熱フレーム１１５０の間に前記複数のバッテリーセル１１３１が位置する。
また、前記第１の上伝熱フレーム１１１０は、前記複数のバッテリーセルから発せられる熱を外部に放出する構成要素であって、全体のバッテリーモジュールの最上端を形成する。
さらに、前記第１の上放熱部材１１２０は、前記第１の上伝熱フレーム１１１０と複数のバッテリーセル１１３１との間に位置し、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される構成要素である。
ここで、貫通孔は、バッテリーセルの発火の際にバッテリーセルの内部から正（＋）極端子を介して火炎及びガスが噴出できるようにする。
さらにまた、前記第１の上放熱部材１１２０は、一つのバッテリーセルから発せられた火炎が他のバッテリーセルに伝搬しないように難燃性及び不燃性の素材から形成されてもよい。
さらにまた、前記複数のバッテリーセル１１３１は、セル固定フレーム１１３２の内側に収容される構成要素であって、セル固定フレーム１１３２は、上面と下面に所定の深さの放熱部材載置溝が形成されて、前記上放熱部材１１２０及び下放熱部材１１４０が定位置に載置できるようにする。
ここで、定位置とは、前記複数のバッテリーセル１１３１の上及び下の全面を覆う位置のことをいうが、前記セル固定フレーム１１３２の内側には、前記複数のバッテリーセル１１３１だけではなく、複数のバッテリーセル１１３１を制御するバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）が側面に配置されるため、放熱が必要とされる位置に前記上放熱部材１１２０及び下放熱部材１１４０が配置できるようにする。
これらに加えて、前記第１の下放熱部材１１４０は、前記複数のバッテリーセルの下部に位置して、バッテリーセル負（−）極から発せられる熱を前記第１の下伝熱フレーム１１５０に伝達する。
ここで、前記第１の上放熱部材１１２０及び第１の下放熱部材１１４０は、平板状のパッドにより形成されて、前記セル固定フレーム１１３２の放熱部材載置溝に配置される。
そして、前記複数のバッテリーセル１１３１は、上面と下面に接触してバッテリーセルの正極端子と負極端子をそれぞれ電気的に接続するメタルプレートをさらに備えてなる。メタルプレートは、前記放熱部材載置溝に一緒に配置されることにより、前記第１の上放熱部材１１２０の下部と複数のバッテリーセル１１３１の上部との間に位置し、前記複数のバッテリーセル１１３１の下部と第１の下放熱部材１１４０の上部との間に位置する。
なお、前記第１の下伝熱フレーム１１５０は、前記第１の下放熱部材１１４０の下部に位置し、前記第１の上伝熱フレーム１１１０と連結されて、第１の上伝熱フレーム１１１０から伝達される熱を前記温度調節部１２００に伝達したり、温度調節部１２００から発せられる熱を伝達されて前記複数のバッテリーセル１１３１に伝達したりする構成要素である。
また、前記複数のバッテリーセル１１３１から発せられる熱もまた、前記温度調節部１２００に伝達して冷却できるようにする。
さらに、前記第１の下伝熱フレーム１１５０の下面には、前記温度調節部１２００がフレーム胴体の内側に配置されるように温度調節部と接する伝熱フレームの接触面に所定の深さの第１の温度調節部載置溝１１５１が形成される。ここで、所定の深さは、前記温度調節部１２００の高さの１／２となる長さに形成されて、前記温度調節部１２００が別途の構成要素なしに一つのフレームから構成されて保護できるようにする。
さらにまた、前記温度調節部１２００は、前記第１のバッテリーモジュール部１１００の下部に位置し、前記第２のバッテリーモジュール部１３００の上部に位置して、各バッテリーモジュール内の複数のバッテリーセルの温度を制御する構成要素であって、冷却部材、加熱部材又は冷却部材と加熱部材とが結合された構成に形成されてもよい。
さらにまた、前記冷却部材は、プレート状に形成され、液体クーラー又は金属クーラーを用い、外部は熱伝導性の素材からなって、外部から熱を速やかに取り入れたり伝達したりする。
そして、前記加熱部材は、プレート状に形成され、液体ヒーター又は金属ヒーターを用い、外部は熱伝導性の素材からなって、外部に熱を速やかに排出したり伝達したりする。
また、前記冷却部材及び加熱部材は、バッテリーパックを制御するバッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）と電気的に接続されて、バッテリーパックの温度が所定の温度を超えると、バッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）を介して冷却部材を駆動し、バッテリーパックの温度が所定の温度未満である場合、バッテリーマネージメントシステム（ＢＭＳ）を介して加熱部材を駆動する。
もし、冷却部材と加熱部材とが結合された構成である場合、冷却部材の駆動に際して加熱部材は伝熱構成要素として機能し、加熱部材の駆動に際しては冷却部材が伝熱構成要素として機能する。
さらに、前記第２のバッテリーモジュール部１３００は、前記温度調節部１２００の下部に位置し、上側には負（−）極が位置し、下側には正（＋）極が位置する複数のバッテリーセルが伝熱フレームに収容される構造に形成された構成要素である。より厳密に述べると、第２の上伝熱フレーム１３１０、第２の上放熱部材１３２０、第２の下放熱部材１３４０及び第２の下伝熱フレーム１３５０の間に前記複数のバッテリーセル１３３１が位置する。
さらにまた、前記第２の上伝熱フレーム１３１０は、前記温度調節部１２００の下部に位置して、温度調節部１２００から熱を伝達されたり、前記複数のバッテリーセルから発せられる熱を温度調節部１２００に伝達したりする構成要素である。なお、下面には、前記温度調節部１２００がフレーム胴体の内側に配置されるように温度調節部と接する伝熱フレームの接触面に所定の深さの第２の温度調節部載置溝１３１１が形成される。
ここで、所定の深さは、前記温度調節部１２００の高さの１／２となる長さに形成されて、前記第１の下伝熱フレーム１１５０の下面に形成された第１の温度調節部載置溝１１５１との結合領域に前記温度調節部１２００が配置できるようにする。
また、前記第２の上伝熱フレーム１３１０及び第１の下伝熱フレーム１１５０は互いに連結されて固定できるように別途の連結部をさらに形成する。
前記連結部は、一実施形態によれば、伝熱フレームから側面に延びてされて同じ位置に貫通孔が穿孔されてボルト及び螺子の結合が行われる方式により形成されてもよく、それぞれの上面及び下面にしまりばめによって嵌合可能な突起が形成された凹凸部として形成されてもよいが、本発明はこれに何ら限定されない。
なお、前記第２の上放熱部材１３２０は、前記第２の上伝熱フレーム１３１０と複数のバッテリーセル１３３１との間に位置して、前記複数のバッテリーセル１３３１の負（−）極から発せられる熱を前記温度調節部１２００に速やかに伝達する。
さらに、前記複数のバッテリーセル１３３１は、セル固定フレーム１１３２の内側に収容される構成要素であって、前記第１のバッテリーモジュール部内の複数のバッテリーセル１１３１の構成と同様である。
さらにまた、前記第２の下放熱部材１３４０は、前記複数のバッテリーセル１３３１の下部に位置して、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される。
ここで、貫通孔は、バッテリーセルの発火に際して、バッテリーセルの内部から正（＋）極端子を介して吐出物、火炎及びガスが噴出できるようにする。
さらにまた、前記第２の下放熱部材１３４０は、一つのバッテリーセルから発せられた火炎が他のバッテリーセルに伝搬しないように、難燃性及び不燃性の素材からなってもよい。
そして、前記第２の上放熱部材１３２０及び第２の下放熱部材１３４０は、平板状のパッドから形成されて、前記セル固定フレーム１３３２の放熱部材載置溝に配置される。
また、前記第２の下伝熱フレーム１３５０は、前記第２の下放熱部材１３４０の下部に位置し、前記第２の上伝熱フレーム１３１０と連結されて、第２の上伝熱フレーム１３１０から熱を伝達されたり、前記複数のバッテリーセル１３３１から発せられる熱を第２の上伝熱フレーム１３１０に伝達したりする構成要素である。
これらに加えて、前記温度調節部１２００によるバッテリーパック１０００内の熱が伝達される流れの詳細について、図８及び図９に基づいて説明する。
図８は、本発明の実施形態に係るバッテリーパック内の冷却部材による伝熱の流れ図である。
図９は、本発明の実施形態に係るバッテリーパック内の加熱部材による伝熱の流れ図である。
まず、図７は、複数のバッテリーセル１２３から発せられる熱が前記温度調節部１２００内の冷却部材に伝達されながら外部に一部が放出される放熱伝達経路であり、図８は、前記温度調節部１２００内の加熱部材において生成される熱が第１のバッテリーモジュール部１１００及び第２のバッテリーモジュール部１３００に伝達される発熱伝達経路である。
図８を参照すると、充／放電に際して、バッテリーセル１１３１、１３３１の各電極端子からは多量の熱が発せられるが、このような熱は、それぞれの電極端子と接する放熱部材１１２０、１１４０、１３２０に伝達されて、速やかにフレーム１１１０、１１５０、１３１０、１３５０に伝達される。
より具体的に説明すれば、第１のバッテリーモジュール部１１００内の複数のバッテリーセル１１３１の負（−）極と、第２のバッテリーモジュール部１３００内の複数のバッテリーセル１３３１の負（−）極とから発せられる熱は、前記第１の下伝熱フレーム１１４０及び第２の上伝熱フレーム１３１０を経て直ちに冷却部材に伝達される。
この場合、一般に、バッテリーセルの正（＋）極端子の発熱量の方よりも、負（−）極端子の発熱量が多いため、バッテリーセルの負（−）極端子を冷却部材寄りの位置に配置して、速やかに冷却できるようにする。
なお、第１のバッテリーモジュール部１１００内の複数のバッテリーセル１１３１の正（＋）極から発せられる熱は、前記第１の上伝熱フレーム１１１０から第１の下伝熱フレーム１１５０へと伝達されて冷却部材に伝達され、前記第２のバッテリーモジュール部１３００内の複数のバッテリーセル１３３１の正（＋）極から発せられる熱は、前記第２の下伝熱フレーム１３５０から第２の上伝熱フレーム１３１０へと伝達されて冷却部材に伝達される。
また、前記複数のバッテリーセルから発せられる熱は、前記第１の上伝熱フレーム１１１０の上面と側面、第１の下伝熱フレーム１１５０、第２の上伝熱フレーム１３１０の側面及び第２の下伝熱フレーム１３５０の下面と側面を介して外部に一部が放出されてもよいが、当該バッテリーパック１０００が装着されたデバイスそのものの温度が高い場合、放出される熱の量が多くない。
したがって、前記冷却部材を介して速やかにバッテリーセルの温度を降温できるようにする。
さらに、図９を参照すると、低温の状態でバッテリーパックの駆動の際に前記加熱部材から熱が発せられるが、このような熱は、加熱部材寄りのバッテリーセルの負極端子に先に伝達され、それぞれの伝熱フレームを経てバッテリーセルの正極端子にも伝達される。
より具体的に説明すれば、加熱部材の熱は、前記第１の下伝熱フレーム１１４０及び第２の上伝熱フレーム１３１０を経て直ちに第１のバッテリーモジュール部１１００に伝達される。
そして、加熱部材の熱は、前記第１の下伝熱フレーム１１５０から前記第１の上伝熱フレーム１１１０へと伝達され、伝達された熱は、第１のバッテリーモジュール部１１００内の複数のバッテリーセル１１３１の正（＋）極に伝達される。
これらに加えて、前記加熱部材の熱は、前記第２の上伝熱フレーム１３１０から前記第２の下伝熱フレーム１３５０へと伝達され、伝達された熱は、第２のバッテリーモジュール部１３００内の複数のバッテリーセル１３３１の正（＋）極に伝達されて、各電極端子に均一に熱が分布できるようにする。
一方、本発明の技術的思想は、前記実施形態に基づいて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が実施可能であるということが理解できる筈である。
１００：バッテリーモジュール
１１０：上フレーム
１２０：上放熱部材
１３０：バッテリーセルアセンブリー
１３１：セル固定フレーム
１３１＿１：複数の貫通溝
１３１＿２：放熱部材載置溝
１３２：複数のバッテリーセル
１４０：下放熱部材
１５０：下フレーム
１５１：セル端子結合部
１６０：メタルプレート
１６１：貫通孔
１６２：接続端子
１０００：バッテリーパック
１１００：第１のバッテリーモジュール
１１１０：第１の上伝熱フレーム
１１２０：第１の上放熱部材
１１３１：複数のバッテリーセル
１１３２：セル固定フレーム
１１４０：第１の下放熱部材
１１５０：第１の下伝熱フレーム
１２００：温度調節部
１３００：第２のバッテリーモジュール
１３１０：第２の上伝熱フレーム
１３２０：第２の上放熱部材
１３３１：複数のバッテリーセル
１３３２：セル固定フレーム
１３４０：第２の下放熱部材
１３５０：第２の下伝熱フレーム

Claims (10)

  1. 複数のバッテリーセルから構成されるバッテリーモジュールにおいて、
    前記複数のバッテリーセルから発せられる熱を伝達する上フレームと、
    前記上フレームの下部に位置する上放熱部材と、
    前記上放熱部材の下部に位置して、上側には負（−）極が位置し、下側には正（＋）極が位置する構造である複数のバッテリーセルが隣り合うように配列されたバッテリーセルアセンブリーと、
    前記バッテリーセルアセンブリーの下部に位置して、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される下放熱部材と、
    前記下放熱部材の下部に位置し、前記上フレームと連結される結合部を有して上フレームから熱を伝達されたり、上フレームに熱を伝達したりする下フレームと、
    を備えてなることを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記バッテリーセルアセンブリーは、前記複数のバッテリーセルを固定するセル固定フレームをさらに備えてな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. 前記セル固定フレームは、上放熱部材及び下放熱部材が定位置に載置可能なように上面と下面に所定の深さの放熱部材載置溝が形成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。
  4. 前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーセルアセンブリー内の複数のバッテリーセルの上面と下面にそれぞれ接触して、前記複数のバッテリーセルの正（＋）極端子と負（−）極端子をそれぞれ電気的に接続するメタルプレートをさらに備えてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記メタルプレートは、前記複数のバッテリーセルの正（＋）極端子と負（−）極端子に対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 複数のバッテリーセルから構成された複数のバッテリーモジュール間の熱の制御のために構成されたバッテリーパックにおいて、
    上側には正（＋）極が位置し、下側には負（−）極が位置する複数のバッテリーセルが伝熱フレームに収容される構造に形成された第１のバッテリーモジュール部と、
    前記第１のバッテリーモジュール部の下部に位置して、複数のバッテリーセルの温度を制御する温度調節部と、
    前記温度調節部の下部に位置し、上側には負（−）極が位置し、下側には正（＋）極が位置する複数のバッテリーセルが伝熱フレームに収容される構造に形成された第２のバッテリーモジュール部と、
    を備えてなるバッテリーパック。
  7. 前記第１のバッテリーモジュール部は、
    複数のバッテリーセルから発せられる熱を外部に放出する第１の上伝熱フレームと、
    前記第１の上伝熱フレームと複数のバッテリーセルとの間に位置し、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される第１の上放熱部材と、
    前記複数のバッテリーセルの下部に位置する第１の下放熱部材と、
    前記第１の下放熱部材の下部と温度調節部の上部に位置し、前記第１の上伝熱フレームと連結されて第１の上伝熱フレームから伝達される熱を前記温度調節部に伝達したり、前記温度調節部から熱を伝達されたりする第１の下伝熱フレームと、
    を備えてなることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック。
  8. 前記第２のバッテリーモジュール部は、
    前記温度調節部の下部に位置して、温度調節部から熱を伝達されたり、前記複数のバッテリーセルから発せられる熱を温度調節部に伝達したりする第２の上伝熱フレームと、
    前記第２の上伝熱フレームと複数のバッテリーセルとの間に位置する第２の上放熱部材と、
    前記複数のバッテリーセルの下部に位置して、各バッテリーセルの正（＋）極端子の端部に対応する位置に貫通孔が形成される第２の下放熱部材と、
    前記第２の下放熱部材の下部に位置し、前記第２の上伝熱フレームと連結されて第２の上伝熱フレームから熱を伝達されたり、第２の上伝熱フレームに熱を伝達したりする第２の下伝熱フレームと、
    を備えてなることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック。
  9. 前記第１のバッテリーモジュール部及び第２のバッテリーモジュール部の伝熱フレームは、
    前記温度調節部が伝熱フレームの内側に配置されるように温度調節部と接する伝熱フレームの接触面に所定の深さの温度調節部載置溝がさらに形成されることを特徴とする請求項６又は８に記載のバッテリーパック。
  10. 前記温度調節部は、
    冷却部材、加熱部材、又は冷却部材と加熱部材とが結合された構成に形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項６、８、又は９に記載のバッテリーパック。
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