JP2021524137A - 電池モジュール、およびこれを含む電池パック - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セル、前記複数の電池セルを収容するハウジング、及び、前記ハウジングの外側面に配置された冷却部を含む電池モジュールであって、前記複数の電池セルの一側に接するように、前記ハウジングの内側面に形成される第１熱伝達部を含み、前記ハウジングは、前記複数の電池セルの屈曲した形態に応じて屈曲した部分を有することができる。
Description
関連出願（ら）との相互引用
本出願は、２０１９年１月７日付韓国特許出願第１０−２０１９−０００１９７８号に基づいた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組み含まれる。
本出願は、２０１９年１月７日付韓国特許出願第１０−２０１９−０００１９７８号に基づいた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組み含まれる。
本発明は、電池モジュール、およびこれを含む電池パックに関し、冷却性能を向上させる電池モジュール、およびこれを含む電池パックに関する。
現代社会では、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常的になることに伴い、このようなモバイル機器と関連した分野の技術に対する開発が活発になってきている。また、充放電が可能な二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための方案として、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（Ｐ−ＨＥＶ）などの動力源として利用されているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。
小型機器に利用される二次電池の場合、２〜３個の電池セルが配置されるが、自動車などのような中大型デバイスに利用される二次電池の場合は、多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュールが利用される。
このような中大型デバイスに利用される電池モジュールの場合、デバイスで要求される特定値以上の容量を提供するために、多数の電池セルを直列方式で電気的に連結して利用されており、この場合、多数の電池セルを連結する方式、固定させる方式などにより二次電池自体の安定性が異なるようになる。
特に、このように容量を増加させた二次電池では、電池の過熱による問題が発生することを防止するために電池を冷却させる方式が重要である。電池内部の熱を効率的に放熱させる必要があり、二次電池の熱を放熱させるためのものとして、二次電池と結合される面にサーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）を塗布する方法がある。
サーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）とは、熱界面材料ともいい、熱が伝達される経路において、前記材料をそれぞれの面と面の間に満たして入れることによって熱が伝達される面の接触面積を調節して、最終的には熱伝達の経路を調節することによって、熱抵抗を調節するものである。
このような二次電池内部過熱による問題が発生することを防止するために、電池内部の熱を電池外部に効率的に放熱させるための技術開発が必要である。
本発明の実施例は、前記のような問題点を解決するために提案されたものであって、二次電池内部で発生した熱が電池外部に配置された冷却部に伝達される過程において、熱伝達経路上接触される部分を調節して、熱抵抗を最小化することによって、二次電池の冷却効率を上げるようにする、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供することをその目的とする。
ただし、本発明の実施例が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されずに本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張され得る。
前記目的を達成するための本発明の特徴による、電池モジュールは、複数の電池セル、前記複数の電池セルを収容するハウジング、及び、前記ハウジングの外側面に配置された冷却部を含む電池モジュールであって、前記複数の電池セルの一側に接するように、前記ハウジングの内側面に形成される第１熱伝達部を含み、前記ハウジングは、前記複数の電池セルの屈曲した形態に応じて屈曲した部分を有することができる。
前記ハウジングの内側面および外側面のうちの少なくとも一つが屈曲した部分を有することができる。
前記ハウジングの屈曲した部分と接するように形成された前記第１熱伝達部は、前記ハウジングの屈曲に応じて形成された屈曲した部分を有することができる。
前記ハウジングの外側面に接するように、前記ハウジングの外側面と前記冷却部との間に配置される第２熱伝達部をさらに含むことができる。
前記第２熱伝達部は、平面形態を有することができる。
前記第２熱伝達部は、前記ハウジングの前記外側面の屈曲に応じて、前記屈曲に応じて形成された溝内に形成されてもよい。
前記第２熱伝達部は、棒形状であってもよい。
前記第２熱伝達部は、複数個であり、前記屈曲で形成された複数個の溝内に、それぞれ挿入されながら互いに離隔されてもよい。
前記第１熱伝達部と前記第２熱伝達部との間には、前記ハウジングは内側面と外側面が全て屈曲するように形成されてもよい。
前記第１熱伝達部は、屈曲を有する形態であってもよい。
前記第１熱伝達部は、伝導性接着剤であってもよい。
前記第２熱伝達部は、放熱グリース、伝導性接着剤および放熱パッドのうちの一つであってもよい。
また、前記目的を達成するための本発明の他の特徴による、電池パックは、複数の電池セル、前記複数の電池セルを収容するハウジング、前記ハウジングの外側面に配置された冷却部を含む電池モジュールであって、前記複数の電池セルの一側に接するように、前記ハウジングの内側面に形成される第１熱伝達部を含み、前記ハウジングは、前記複数の電池セルの屈曲した形態に応じて屈曲した部分を有する電池モジュールを含むことができる。
本発明の実施例によれば、屈曲した形態を利用して電池モジュールの冷却性能を高めて二次電池内部の熱を効率的に放熱させることができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明が必ず図示されたところに限定されるのではない。図面において、複数の層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
図１は本発明の一実施例による電池モジュールの一端面を示した図面である。
図１に示されているように、本発明の一実施例による電池モジュール１０は、複数の電池セル１００、複数の電池セル１００を収容するハウジング２００、及び、ハウジング２００の外側面に配置されて内部に冷媒３１０が流れる冷却部３００を含む電池モジュール１０であって、複数の電池セル１００の一側に接するように、ハウジング２００の内側面に形成される第１熱伝達部４００を含み、ハウジング２００は、複数の電池セル１００の屈曲した形態に応じて屈曲した部分を有することができる。また、本発明は、ハウジング２００の外側面に接するように、ハウジング２００の外側面と冷却部３００との間に配置される第２熱伝達部５００をさらに含むことができる。
図１ではハウジング２００の内側面および外側面が全て屈曲した形態であるが、これに限定されるのではない。本発明でのハウジング２００の内側面および外側面のうちの少なくとも一つの面は、複数の電池セル１００の屈曲に応じて屈曲した部分を有することができ、そのために、ハウジング２００の屈曲した部分と接するように配置された第１熱伝達部４００および第２熱伝達部５００のうちの少なくとも一つは、ハウジング２００の屈曲に応じて形成されてもよい。
これについては以下で図２乃至図６により詳細に説明する。
図２は比較例による電池モジュールで配置される熱伝達部を説明するために示した図面であり、図３は本発明の一実施例による電池モジュールにおいて、第１熱伝達部を説明するために示した図面である。
図２に示されているように、比較例による電池モジュールでのハウジング２００の内側面は、平らな形態であることを確認できる。この場合、複数の電池セル１００の下部面と平らなハウジング２００内側面との間には、図２に示されたような形態で第１熱伝達部４００が形成されてもよい。拡大された図面に示されているように、電池セル１００で発生した熱が伝達される過程、方向をみると、屈曲した電池セル１００の形態、電池セル１００と接触される第１熱伝達部４００の形態、第１熱伝達部４００とハウジング２００が接するようになる部分の形態により、電池セル１００内部から外部に向かって熱が伝達される方向、面積が、以下で説明する本発明の一実施例による電池モジュールを示す図３に比べて効率的ではないこともある。
図３は本発明の第１熱伝達部４００を説明するためのものであって、図２とは異なり、ハウジング２００の内側面が電池セル１００の屈曲に応じて、屈曲した形態であることを確認できる。そのために、電池セル１００の一側とハウジング２００の内側面との間に形成された第１熱伝達部４００は、図２とは異なり、電池セル１００の屈曲に応じて薄く配置された様子を確認できる。
第１熱伝達部４００がこのように薄い形態の、屈曲を有する形態から形成されることによって、電池セル１００で発生した熱が第１熱伝達部４００を通じてハウジング２００外部に伝達される時、熱抵抗が低くなる。つまり、図２で説明した電池モジュールに比べて、電池セル１００から第１熱伝達部４００への熱伝達経路が以前に比べて減り、それだけでなく、電池セル１００の屈曲のような形状の第１熱伝達部４００によって、熱伝達面積が拡大する効果も得られることを確認できる。
図４は本発明の他の一実施例による電池モジュールにおいて、第１熱伝達部を説明するために示した図面である。
図４を参照すると、ハウジング２００の内側面だけが屈曲した形態である図３の電池モジュールとは異なり、図４ではハウジング２００の内側面と外側面が全て電池セル１００の屈曲に応じて屈曲した形態であることを確認できる。
図３では第１熱伝達部４００からハウジング２００に伝達される熱伝達過程において、熱伝達経路が縮小され、熱伝達面積が拡大する効果があったとすれば、図４では、第１熱伝達部４００からハウジング２００に伝達される過程だけでなく、ハウジング２００からハウジング２００外部に熱が伝達される過程でも熱伝達経路縮小、熱伝達面積が拡大する効果があることに差がある。つまり、図４でのように、ハウジング２００の内側面、外側面、および電池セル１００の一側とハウジング２００との間に配置された第１熱伝達部４００が全て電池セル１００のように屈曲した形態である場合、電池セル１００からハウジング２００外部に向かう熱伝達過程において、熱抵抗を最小化させることができる。
図５は本発明の一実施例による電池モジュールにおいて、第２熱伝達部を説明するために示した図面であり、図６は本発明の他の一実施例による電池モジュールにおいて、第２熱伝達部を説明するために示した図面である。
図５（ａ）は図３でのように、ハウジング２００の内側面にだけ屈曲がある場合であり、ハウジング２００の外側面は平らな形態の一実施例を示した図面である。この場合、ハウジング２００の外側面と冷却部３００との間に配置される第２熱伝達部５００は図５（ｂ）に示されているように、平らな平面形態から形成されてもよい。
反面、図６（ａ）は他の実施例として、図４に示されているように、ハウジング２００の内側面および外側面が全て電池セル１００一側の屈曲した形態に応じて屈曲した様子である場合である。つまり、図６で、ハウジング２００外側面に形成された屈曲に応じて、第２熱伝達部５００が配置されており、図５での平らな平面形態とは異なる様子であることを確認できる。
図６でのハウジング２００には、ハウジング２００外側面の屈曲に応じて、屈曲と並んで溝２１０が形成されてもよい。図６（ａ）でのように、第２熱伝達部５００はこのように、屈曲に応じて形成された溝２１０内に形成されるものであり、第２熱伝達部５００が配置された様子を示した図６（ｂ）でのように、第２熱伝達部５００は棒形状として、複数個の第２熱伝達部５００は、屈曲により形成された複数個の溝２１０内に、それぞれ形成されてもよく、複数個が形成された第２熱伝達部５００は互いに離隔されてもよい。
図６（ａ）に示されているように、第１熱伝達部４００と第２熱伝達部５００との間には、ハウジング２００が一定の厚さを有する形態で屈曲するように形成されてもよく、このように、内側面、外側面が全て屈曲形状を有するハウジング２００の場合、ハウジング２００の外部に配置された冷却部３００により冷却される面積を拡大させることができる。
つまり、このような構造を通じて、電池セル１００で冷却部３００方向への熱伝達過程での熱抵抗［Ｋ／Ｗ］を低めるようになり、冷却部３００を通じた冷却効率を上げるようになるとみることができる。熱抵抗［Ｋ／Ｗ］は、熱伝達経路長さ［ｍ］と比例し、熱伝導度［Ｗ／ｍ／Ｋ］および熱伝達面積［ｍ２］と反比例するところ、本発明での図４および図６の構造を通じて、最大限に、熱伝達経路長さを低め、熱伝達面積を高めて、最終的には熱抵抗を最小化させることに目的がある。
図７は本発明のまた他の一実施例による電池モジュールを説明するために示した図面である。
図７に示されているように、図７の第２熱伝達部５００は、図５のように平らな形態ではなく、図６でのようにハウジング２００外側に形成された溝２１０内に形成された形態であることを確認できる。ただし、図７に示された実施例と、図６の差異点として、溝２１０内に形成された第２熱伝達部５００の形態、および第２熱伝達部５００の一側に配置された冷却部３００の形態が異なることを確認できる。
まず、図７に示された冷却部３００は、ハウジング２００の外側面に配置されるものであり、ハウジング２００外側面の溝２１０形態に応じて屈曲した形態であってもよい。このように、冷却部３００がハウジング２００の外側面に形成された溝２１０に対応する位置に、ハウジング２００の溝２１０方向に凸状に突出する形状を有するようになる場合、ハウジング２００の溝２１０内に形成された第２熱伝達部５００の形状は、冷却部３００の配置形態により形状が異なるようになり得る。つまり、第２熱伝達部５００は、凹状に掘られた形状の溝２１０と、これに対応する位置に凸状に突出する形状の冷却部３００との間の空間に配置されるものであり、間の空間に沿って一定の厚さを有するように配置されてもよい。
つまり、図６では溝２１０を完全に満たすように配置される形状の第２熱伝達部５００に比べて、図７では溝２１０と、溝２１０の屈曲に応じて配置される冷却部３００との間の空間だけを満たすように配置される形状の第２熱伝達部５００であるという点から差がある。このような構造上の差によって、図７は、図６に比べて、第２熱伝達部５００を最小化する効果があり、第２熱伝達部５００と冷却部３００が接するようになる面積が広くなることによって、冷却面積の拡大により冷却効率を上げる効果がある。
本発明での第１熱伝達部４００は、電池セル１００を固定させ、熱伝導が可能な材質として、伝導性接着剤であってもよく、第２熱伝達部５００は、放熱グリース、伝導性接着剤、放熱パッドであってもよいが、これに限定されるのではない。
また、本発明の一実施例による電池パックは、複数の電池セル１００、複数の電池セル１００を収容するハウジング２００、ハウジング２００の外側面に配置された冷却部３００を含む電池モジュール１０であって、複数の電池セル１００の一側に接するように、ハウジング２００の内側面に形成される第１熱伝達部４００を含み、ハウジング２００は、複数の電池セル１００の屈曲した形態に応じて屈曲した部分を有する電池モジュール１０を含むことができる。
前述したとおり、本発明は、二次電池内部と二次電池外部に配置された冷却部間の熱伝達過程において、接触される部分の熱伝達面積を広げ、熱伝達経路を減らして熱抵抗を低めることによって、電池モジュールの冷却性能を高めて、二次電池内部の熱を効率的に放熱させることができるようにするという点で意味がある。
前述した電池モジュールは、電池パックに含まれてもよい。電池パックは、本実施例による電池モジュールを一つ以上集めて電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）と冷却装置などを追加してパッキングした構造であってもよい。
前記電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。このようなデバイスとしては、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用され得るが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールを用いることができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。
以上で本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１０：電池モジュール
１００：電池セル
２００：ハウジング
２１０：溝
３００：冷却部
３１０：冷媒
４００：第１熱伝達部
５００：第２熱伝達部
１００：電池セル
２００：ハウジング
２１０：溝
３００：冷却部
３１０：冷媒
４００：第１熱伝達部
５００：第２熱伝達部
Claims (13)
- 複数の電池セル、前記複数の電池セルを収容するハウジング、及び、前記ハウジングの外側面に配置された冷却部を含む電池モジュールであって、
前記複数の電池セルの一側に接するように、前記ハウジングの内側面に形成される第１熱伝達部を含み、
前記ハウジングは、前記複数の電池セルの屈曲した形態に応じて屈曲した部分を有する電池モジュール。 - 前記ハウジングの内側面および外側面のうちの少なくとも一つが屈曲した部分を有する、請求項１に記載の電池モジュール。
- 前記ハウジングの屈曲した部分と接するように形成された前記第１熱伝達部は、前記ハウジングの屈曲に応じて形成された屈曲した部分を有する、請求項２に記載の電池モジュール。
- 前記ハウジングの外側面に接するように、前記ハウジングの外側面と前記冷却部との間に配置される第２熱伝達部をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記第２熱伝達部は、平面形態を有する、請求項４に記載の電池モジュール。
- 前記第２熱伝達部は、
前記ハウジングの前記外側面の屈曲に応じて、前記屈曲に応じて形成された溝内に形成される、請求項４又は５に記載の電池モジュール。 - 前記第２熱伝達部は、棒形状である、請求項６に記載の電池モジュール。
- 前記第２熱伝達部は、複数個であり、
前記屈曲で形成された複数個の溝内に、それぞれ挿入されながら互いに離隔される、請求項４〜７のいずれか一項に記載の電池モジュール。 - 前記第１熱伝達部と前記第２熱伝達部との間には、前記ハウジングは内側面と外側面が全て屈曲するように形成される、請求項４〜８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記第１熱伝達部は、
屈曲を有する形態である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電池モジュール。 - 前記第１熱伝達部は、伝導性接着剤である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記第２熱伝達部は、放熱グリース、伝導性接着剤および放熱パッドのうちの一つである、請求項４〜９のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む電池パック。
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