JP2022520353A - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック - Google Patents

電池モジュールおよびこれを含む電池パック Download PDF

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Abstract

本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と、前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームと、前記モジュールフレームの下部面と前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層と、前記複数の電池セルのうち互いに隣り合う電池セルの間に位置する第１接着層とを含み、前記モジュールフレームの下部面には、熱伝導性樹脂を注入するための注液ホールが形成され、前記第１接着層は、前記熱伝導性樹脂層に隣接して形成される。

Description

（関連出願との相互参照）
本出願は、２０１９年１１月１３日付の韓国特許出願第１０－２０１９－０１４５１４２号に基づく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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。
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、より具体的には、熱伝導性樹脂の追加注液を防止す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。
製品群による適用の容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な利点だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点から、環境配慮およびエネルギー効率性アップのための新たなエネルギー源として注目されている。
小型モバイル機器にはデバイス１台あたり１個または２、３個の電池セルが用いられるのに対し、自動車などのような中大型デバイスには高出力且つ大容量が必要である。したがって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが用いられる。
中大型電池モジュールはできる限り小型且つ軽量に製造されることが好ましいので、高い集積度で積層可能であり、容量対比重量が小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池モジュールの電池セルとして主に用いられている。
図１は、従来の電池モジュールにおけるフレームの底部に形成されたホールを示す斜視図である。図２は、図１の電池モジュールを上下ひっくり返した様子を示す斜視図である。図３は、図１の切断線Ａ－Ａに沿った断面図である。図４は、図３に含まれている１つの電池セルを示す平面図である。
図１～図３を参照すれば、電池モジュールは、電池セル積層体１５を外部からの衝撃、熱または振動から保護するために、前面と後面が開放されて電池セル積層体１５を内部空間に収納するモジュールフレーム１０を含むことができる。モジュールフレーム１０は、上端部１２と底部１１とを有し、図２の電池モジュールを上下ひっくり返した様子を示す図１を参照すれば、モジュールフレーム１０の底部１１には注液ホール２０が形成される。
電池モジュールの内部には、複数の電池セル１４が積層されて形成された集合体である電池セル積層体１５が装着されており、最外側電池セル１４とモジュールフレーム１０との間および隣り合う電池セル１４の間に圧縮パッド１８が形成されている。この時、隣り合う電池セル１４の間および／または電池セル１４と圧縮パッド１８との間には両面テープ２５が付着している。両面テープ２５は、図４に示すように、電池セル１４の中心部位に位置する。
このような注液ホール２０を通して熱伝導性樹脂が電池セル積層体１５とモジュールフレーム１０との間に注液され、図３に示すような熱伝導性樹脂層４０を形成することができる。
熱伝導性樹脂層４０は、電池セル積層体１５から発生した熱を電池モジュールの外側に伝達し、電池セル積層体１５を電池モジュール内に固定する役割を果たすことができる。モジュールフレーム１０の底部１１にはチェックホール３０がさらに形成され、熱伝導性樹脂を注液する時、必要以上に注入された熱伝導性樹脂はチェックホール３０を通して電池モジュールの外側に吐出可能であり、これによって注液量を確認することができる。
図１および図３は、熱伝導性樹脂を注液するために電池モジュールを１８０度回転した状態であり、この状態で熱伝導性樹脂を注液ホール２０を通して注液すれば、両面テープ２５の付着部分以外の空間に矢印方向に沿って熱伝導性樹脂が染み込むことがある。図３に示すように、熱伝導性樹脂層４０は、ダミー樹脂層４０Ｐを含み、このようなダミー樹脂層４０Ｐは、モジュールフレームの底部１１と電池セル積層体１５との間の空間を満たす熱伝導性樹脂の量を必要以上に増加させることがある。
本発明が解決しようとする課題は、熱伝導性樹脂の追加注液を防止する電池モジュール、その製造方法および電池モジュールを含む電池パックを提供することである。
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、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可能である。
本発明の一実施例による電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と、前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームと、前記モジュールフレームの前記下部面と前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層と、前記複数の電池セルのうち互いに隣り合う電池セルの間に位置する第１接着層とを含み、前記モジュールフレームの下部面には、熱伝導性樹脂を注入するための注液ホールが形成され、前記第１接着層は、前記熱伝導性樹脂層に隣接して形成される。
前記電池モジュールは、前記モジュールフレームの側面部と前記電池セル積層体の最外側に位置する電池セルとの間に位置する圧縮パッド（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐａｄ）と、前記電池セル積層体の最外側に位置する電池セルと前記圧縮パッドとの間に位置する第２接着層とをさらに含み、前記第２接着層は、前記熱伝導性樹脂層に隣接して形成される。
前記第１接着層および前記第２接着層の少なくとも１つは、前記熱伝導性樹脂層と接触可能である。
前記第１接着層と前記第２接着層は、両面テープであってもよい。
前記電池モジュールは、前記電池セル積層体と前記熱伝導性樹脂層との間に位置する遮断フィルムをさらに含むことができる。
前記遮断フィルムは、前記第１接着層と前記第２接着層とを覆うことができる。
前記遮断フィルムは、複数の遮断部を含み、前記複数の遮断部は、互いに分離される。
前記電池モジュールは、前記モジュールフレームの前後面を覆うバスバーフレームをさらに含み、前記モジュールフレームは、前記電池セル積層体の上下左右面を囲むことができる。
前記モジュールフレームの上部面および下部面は、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に沿って互いに対向できる。
本発明の他の実施例による電池パックは、前述した電池モジュールを含む。
実施例によれば、接着層の付着位置を調節して圧縮パッドと電池セルとの間に熱伝導性樹脂が染み込むことができないようにすることで、熱伝導性樹脂の追加注液による費用上昇を防止し、電池モジュールの重量を低減することができる。
従来の電池モジュールにおけるフレームの底部に形成されたホールを示す斜視図である。 図１の電池モジュールを上下ひっくり返した様子を示す斜視図である。 図１の切断線Ａ－Ａに沿った断面図である。 図３に含まれている１つの電池セルを示す平面図である。 本発明の一実施例による電池モジュールを示す分解斜視図である。 図５の電池モジュールの構成要素が結合された様子を示す図である。 図６の電池モジュールを上下ひっくり返した様子を示す斜視図である。 図７の切断線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。 図８に含まれている１つの電池セルを示す平面図である。 本発明の他の実施例による電池モジュールを示す断面図である。 図１０の遮断フィルムの変形例を示す断面図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、本発明の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できるように詳しく説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、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必要な部分は省略し、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す。
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ので、本発明が必ずしも図示のところに限定されない。図面において、様々な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、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする時、これは、他の部分の「直上に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上に」あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。さらに、基準となる部分の「上に」あるというのは、基準となる部分の上または下に位置するものであり、必ずしも重力の反対方向に向かって「上に」位置することを意味するわけではない。
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」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
さらに、明細書全体において、「平面上」とする時、これは、対象部分を上からみた時を意味し、「断面上」とする時、これは、対象部分を垂直に切断した断面を横からみた時を意味する。
図５は、本発明の一実施例による電池モジュールを示す分解斜視図である。図６は、図５の電池モジュールの構成要素が結合された様子を示す図である。図７は、図６の電池モジュールを上下ひっくり返した様子を示す斜視図である。図８は、図７の切断線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。図９は、図８に含まれている１つの電池セルを示す平面図である。
図５および図６を参照すれば、本実施例による電池モジュールは、複数の電池セル１１０が積層されている電池セル積層体１２０と、電池セル積層体１２０を収容し、互いに対応する下部面１０１および上部面１０２を有するモジュールフレーム１００とを含み、モジュールフレーム１００の下部面１０１には、熱伝導性樹脂を注入するための注液ホール１３５および／またはチェックホール１３０が形成される。
本実施例によるモジュールフレーム１００は、電池セル積層体１２０の前面および後面を除いた残りの外面を囲んでおり、電池セル積層体１２０の前面および後面にそれぞれエンドプレート１５０が位置し、電池セル積層体１２０とエンドプレート１５０との間にバスバーフレーム１４５が位置する。電池セル積層体１２０の前面および後面を除いた残りの外面は、電池セル積層体の上下左右面であってもよい。モジュールフレーム１００の上部面１０２および下部面１０１は、電池セル積層体１２０の積層方向と垂直な方向に沿って互いに対向できる。電池セル積層体１２０の積層方向は、図５のｘ軸方向であり、これに垂直な方向は、ｚ軸方向であってもよい。
図５および図７を参照すれば、本実施例によるモジュールフレーム１００の下部面１０１と電池セル積層体１２０との間に熱伝導性樹脂層４００が位置する。熱伝導性樹脂層４００は、注液ホール１３５を通して注入された熱伝導性樹脂が硬化して形成され、電池セル積層体１２０から発生した熱を電池モジュールの外側に伝達し、電池セル積層体１２０を電池モジュール内に固定する役割を果たすことができる。
図７および図８を参照すれば、本実施例による電池モジュールは、モジュールフレーム１００の上部面１０２と電池セル積層体１２０との間に位置する絶縁カバー１０５をさらに含むことができる。絶縁カバー１０５は、プラスチック射出物で形成される。絶縁カバー１０５には、外部面上に棒状に延びたガイド部材１０５Ｄが形成される。ガイド部材１０５Ｄは、電池セル積層体１２０が位置する方向に突出可能であり、モジュールフレーム１００内に電池セル積層体１２０が挿入される時に位置ガイドの役割を果たすことができる。
図８を参照すれば、本実施例による電池モジュールは、最外側に位置する電池セル１１０とモジュールフレーム１００の側面部との間に位置する圧縮パッド１８０をさらに含むことができる。圧縮パッド１８０は、ポリウレタン系の素材を用いて形成することができる。圧縮パッド１８０は、電池セル１１０のスウェリングによる厚さ変形および外部衝撃による電池セル１１０の変化を吸収することができる。圧縮パッド１８０は、最外側の電池セル１１０とモジュールフレーム１００の側面部との間だけでなく、隣り合う電池セル１１０の間にも少なくとも１つ形成される。
本実施例によれば、複数の電池セル１１０のうち互いに隣り合う電池セルの間に第１接着層２５０が形成されている。第１接着層２５０は、両面テープであってもよい。第１接着層２５０は、熱伝導性樹脂層４００に隣接して形成される。好ましくは、第１接着層２５０は、互いに隣り合う電池セルの間に形成される空間部の一側端部に形成される。この時、第１接着層２５０は、熱伝導性樹脂層４００と接触可能である。
変形実施例として、図８に示すように、モジュールフレーム１００の上部面１０２は、凸部１０２Ｐを含むことができる。凸部１０２Ｐは、モジュールフレーム１００の上部面１０２から突出した構造であり、モジュールフレーム１００の上部面１０２と一体型に形成される。凸部１０２Ｐは、先に説明したガイド部材１０５Ｄと対応する部分に形成されることによって、セルブロックが左右に流動するのを防止し、重力によるセルブロックの傾き現象を防止することができる。この時、凸部１０２Ｐとガイド部材１０５Ｄが突出した方向は、互いに同一でもよく、これらが突出した方向は、重力の反対方向であってもよい。セルブロックは、電池セル積層体１２０に図５のバスバーフレーム１４５が結合された構造体であってもよい。
本実施例による電池モジュールは、電池セル積層体１２０の最外側に位置する電池セル１１０と圧縮パッド１８０との間に位置する第２接着層２６０をさらに含むことができる。第２接着層２６０は、熱伝導性樹脂層４００に隣接して形成される。第２接着層２６０は、両面テープであってもよい。好ましくは、第２接着層２６０は、互いに隣り合う電池セルの間に形成される空間部の一側端部に形成される。ここで、空間部の一側端部は、注液ホール１３５が形成された位置に近い。電池セル１１０の側面部からみた時、図９に示すように、電池セル１１０の一側面に傾いて第１接着層２５０が形成される。この時、第２接着層２６０は、熱伝導性樹脂層４００と接触可能である。
上記のような本実施例によれば、第１、第２接着層２５０、２６０の付着位置を調節して互いに隣り合う電池セルの間および／または圧縮パッド１８０と最外側の電池セル１１０との間に熱伝導性樹脂が染み込むことができないようにすることで、熱伝導性樹脂の追加注液による費用上昇を防止し、電池モジュールの重量を低減することができる。
図１０は、本発明の他の実施例による電池モジュールを示す断面図である。
図１０を参照すれば、本実施例による電池モジュールは、電池セル積層体１２０と熱伝導性樹脂層４００との間に位置する遮断フィルム２７０をさらに含むことができる。遮断フィルム２７０は、高分子フィルムで形成されてもよく、その例としてＰＥＴフィルム（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）を使用することができる。本実施例による遮断フィルム２７０は、第１接着層２５０と第２接着層２６０とを覆うことができる。言い換えれば、図１０に示すように、遮断フィルム２７０は、電池セル積層体１２０と熱伝導性樹脂層４００との間で横方向に長く延びている構造であり、モジュールフレーム１００の両周縁に位置する圧縮パッド１８０まで延びることができる。
本実施例のように遮断フィルム２７０を形成する場合には、遮断フィルム２７０によって互いに隣り合う電池セルの間および／または圧縮パッド１８０と最外側の電池セル１１０との間に熱伝導性樹脂が染み込むことができないようにすることが可能である。したがって、第１、第２接着層２５０、２６０の形成位置の自由度を増加させることができる。例えば、図１０に示すように、第１接着層２５０および第２接着層２６０の少なくとも１つは、遮断フィルム２７０とやや離隔して形成してもよく、これとは異なり、第１接着層２５０および第２接着層２６０の少なくとも１つは、遮断フィルム２７０と接触可能である。また、第１接着層２５０および第２接着層２６０の少なくとも１つは、電池セル１１０の中心部位に位置してもよい。
以上に説明した差異点のほか、図８の実施例で説明した内容はすべて本実施例に適用可能である。
図１１は、図１０の遮断フィルムの変形例を示す断面図である。
図１１を参照すれば、図１０の実施例と類似して、電池セル積層体１２０と熱伝導性樹脂層４００との間に遮断フィルム２７０が形成されている。ただし、本実施例による遮断フィルム２７０は、第１接着層２５０と第２接着層２６０とを連続して覆うように形成されておらず、複数の遮断部を含み、これらの遮断部は、互いに分離されている。言い換えれば、図１１に示すように、互いに隣り合う電池セル間の空間部とこれに隣接した一部のみ遮断部２７０が覆っており、同様に、圧縮パッド１８０と最外側の電池セル１１０との間の空間部とこれに隣接した一部のみ遮断部２７０が覆うことができる。
以上に説明した差異点のほか、図１０の実施例で説明した内容はすべて本実施例に適用可能である。
一方、本発明の実施例による電池モジュールは、１つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することができる。
先に説明した電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。このようなデバイスには、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可能であるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを使用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、本発明の好ましい実施例について詳しく説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の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様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。
１０：モジュールフレーム
１４：電池セル
１５：電池セル積層体
１８：圧縮パッド
２０：注液ホール
２５：両面テープ
４０：熱伝導性樹脂層
１００：モジュールフレーム
１０１：下部面
１０２：上部面
１１０：電池セル
１２０：電池セル積層体
１３５：注液ホール
１４５：バスバーフレーム
１８０：圧縮パッド
２５０、２６０：接着層
２７０：遮断フィルム
４００：熱伝導性樹脂層

Claims (10)

  1. 複数の電池セルが積層されている電池セル積層体と、
    前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームと、
    前記モジュールフレームの下部面と前記電池セル積層体との間に位置する熱伝導性樹脂層と、
    前記複数の電池セルのうち互いに隣り合う電池セルの間に位置する第１接着層とを含み、
    前記モジュールフレームの前記下部面には、熱伝導性樹脂を注入するための注液ホールが形成され、前記第１接着層は、前記熱伝導性樹脂層に隣接して形成される電池モジュール。
  2. 前記モジュールフレームの側面部と前記電池セル積層体の最外側に位置する電池セルとの間に位置する圧縮パッド（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐａｄ）と、
    前記電池セル積層体の前記最外側に位置する電池セルと前記圧縮パッドとの間に位置する第２接着層とをさらに含み、
    前記第２接着層は、前記熱伝導性樹脂層に隣接して形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記第１接着層および前記第２接着層の少なくとも１つは、前記熱伝導性樹脂層と接触する、請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記第１接着層と前記第２接着層は、両面テープである、請求項２または３に記載の電池モジュール。
  5. 前記電池セル積層体と前記熱伝導性樹脂層との間に位置する遮断フィルムをさらに含む、請求項２～４の何れか一項に記載の電池モジュール。
  6. 前記遮断フィルムは、前記第１接着層と前記第２接着層とを覆う、請求項５に記載の電池モジュール。
  7. 前記遮断フィルムは、複数の遮断部を含み、前記複数の遮断部は、互いに分離されている、請求項５または６に記載の電池モジュール。
  8. 前記モジュールフレームの前後面を覆うバスバーフレームをさらに含み、
    前記モジュールフレームは、前記電池セル積層体の上下左右面を囲む、請求項１～７の何れか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記モジュールフレームの上部面および下部面は、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に沿って互いに対向する、請求項１～８の何れか一項に記載の電池モジュール。
  10. 請求項１～９の何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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