JP2023513545A - 電池パックおよびこれを含むデバイス - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームおよび前記モジュールフレームの底部の下に位置するヒートシンクを含む複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールを収納するパックフレームと、前記電池モジュールと連結されたパック冷媒管アセンブリーと、前記パック冷媒管アセンブリーを収納するパック冷媒管ハウジングとを含む。前記電池モジュールは互いに対向する第１電池モジュールおよび第２電池モジュールを含み、前記パック冷媒管アセンブリーおよび前記パック冷媒管ハウジングは、前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの間に位置する。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２０年４月２９日付韓国特許出願第１０－２０２０－００５２２５３号および２０２１年４月２８日付韓国特許出願第１０－２０２１－００５５１４０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含まれる。
本発明は電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものであって、より具体的には、冷却一体型の大容量電池モジュールを含む電池パックおよびこれを含むデバイスに関するものである。
現代社会では携帯電話機、ノートパソコン、キャムコーダー、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化するにつれて、前記のようなモバイル機器関連分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電の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であって、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用いられているところ、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。
現在商用化された二次電池としては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、リチウム二次電池などがあり、このうちのリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらなくて充放電が自由であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという長所で脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池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。リチウム二次電池は、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挟んで配置された電極組立体、および電極組立体を電解液と共に密封収納する電池ケースを備える。
一般に、リチウム二次電池は外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に内装されている缶型二次電池と、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内装されているパウチ型二次電池に分類できる。
小型機器に用いら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用いら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（Ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）が用いられる。このような電池モジュールは多数の電池セルが互いに直列または並列に連結されて電池セル積層体を形成することによって容量および出力が向上される。また、一つ以上の電池モジュールは、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、冷却システムなどの各種制御および保護システムと共に装着されて電池パックを形成することができる。
電池パックは多様な機能を満たさなければならない。第１に、多様な環境、振動、衝撃などに対する構造的耐久性を満たさなければならない。第２に、電池パック内部の電池セルは電気エネルギーを作り出しながら熱を発散し、これを冷却するための冷却システムが必須である。最後に、電気的連結のためのＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）ラインと電池モジュールの内部状態を診断するためのセンサーが連結されたＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）ラインが要求される。これらは限定された空間内で複雑な構造を成しており、これは組み立て工程での非効率を招くことがある。
したがって、冷却構造が単純化され、内部部品および電池モジュールが単純で集約的に配置されて容量、空間活用性および組立性が向上された電池パックを開発することが必要であるのが実情である。
本発明が解決しようとする課題は、容量増大と共に内部部品および冷却構造が単純化されて、組み立て工程と空間活用性が改善された電池パックおよびこれを含むデバイスを提供することである。
但し、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述の課題に限定されず、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できる。
本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池セルが積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームおよび前記モジュールフレームの底部の下に位置するヒートシンクを含む複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールを収納するパックフレームと、前記電池モジュールと連結されたパック冷媒管アセンブリーと、前記パック冷媒管アセンブリーを収納するパック冷媒管ハウジングとを含む。前記電池モジュールは互いに対向する第１電池モジュールおよび第２電池モジュールを含み、前記パック冷媒管アセンブリーおよび前記パック冷媒管ハウジングは、前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの間に位置する。
前記電池モジュールは、前記ヒートシンクに冷媒を供給するかおよび前記ヒートシンクから冷媒を排出する冷却ポートを含むことができる。前記パック冷媒管ハウジングの底面に開口部が形成でき、前記冷却ポートが前記開口部を貫通して前記パック冷媒管アセンブリーと連結できる。
前記冷却ポートは、前記ヒートシンクに冷媒を供給する冷媒注入ポート、および前記ヒートシンクから冷媒を排出する冷媒排出ポートを含むことができる。
前記モジュールフレームは、前記モジュールフレームの底部から突出したモジュールフレーム突出部を含むことができ、前記冷却ポートは、前記モジュールフレーム突出部の上面部に位置し、前記開口部を貫通して、前記パック冷媒管アセンブリーと連結できる。
前記第１電池モジュールの前記モジュールフレーム突出部は前記第２電池モジュールが位置した方向に突出してもよく、前記第２電池モジュールの前記モジュールフレーム突出部は前記第１電池モジュールが位置した方向に突出してもよい。
前記パック冷媒管アセンブリーは、パック冷媒管および前記パック冷媒管と前記冷却ポートを連結する連結ポートを含むことができる。前記連結ポートは前記開口部を貫通して前記冷却ポートと結合できる。
前記電池モジュールは、互いに対向する第３電池モジュールおよび第４電池モジュールをさらに含むことができる。前記パック冷媒管アセンブリーおよび前記パック冷媒管ハウジングは、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールの間、前記第３電池モジュールと前記第４電池モジュールの間および前記第２電池モジュールと前記第４電池モジュールの間に沿って続いていてＴ字型構造を形成することができる。
前記電池モジュールは、前記電池セルと連結された端子バスバーおよび前記電池セルの情報伝達のためのセンシングアセンブリーを含むことができる。前記端子バスバーと連結されたＨＶ（高電圧）ラインおよび前記センシングアセンブリーと連結されたＬＶ（低電圧）ラインが前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの間に配置されてもよい。
前記電池モジュールは、前記モジュールフレームと接合されるエンドプレートをさらに含むことができ、前記エンドプレートで、前記端子バスバーと前記センシングアセンブリーが露出されてそれぞれ前記ＨＶラインおよび前記ＬＶラインと連結できる。前記第１電池モジュールの前記エンドプレートと前記第２電池モジュールの前記エンドプレートが互いに対向するように、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールが配置されてもよい。
前記電池パックは、前記電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）モジュールおよび前記電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュールを含むことができる。前記電池モジュールのうちの少なくとも一つと前記ＢＤＵモジュールが前記ＨＶラインを通じて連結でき、前記電池モジュールのうちの少なくとも一つと前記ＢＭＳモジュールが前記ＬＶラインを通じて連結できる。
前記電池パックは、前記パック冷媒管ハウジングの上部をカバーするハウジングカバーをさらに含むことができ、前記ＨＶラインおよび前記ＬＶラインは前記ハウジングカバーの上部に配置されてもよい。
前記モジュールフレームの底部と前記ヒートシンクが冷媒の流路を形成することができ、前記モジュールフレームの底部が前記冷媒と接触することになる。
前記ヒートシンクは、前記モジュールフレームの底部と接合される下部プレートおよび前記下部プレートから下側に陥没形成された陥没部を含むことができる。
前記電池セルは長方形シート構造のパウチ型電池セルであってもよく、前記電池モジュールは３２個～４５個の電池セルを含むことができる。
本発明の実施形態によれば、含まれている電池セルの個数が増加された冷却一体型の大容量電池モジュールを通じて容量増大と共に電池パックを構成する内部部品および構造の単純化が可能である。特に、冷却構造とその他の部品を電池モジュールと共に集約的に配置して容量および空間活用性を高めることができる。
本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた他の効果は特許請求範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。
本発明の一実施形態による電池パックの分解斜視図である。 図１の電池パックに対して、パックカバーを除いた構成が組み立てられた様子を示した斜視図である。 図１の電池パックに含まれている電池モジュールに対する斜視図である。 図３の電池モジュールに対する分解斜視図である。 図４の電池モジュールに含まれている電池セルに対する斜視図である。 図４の「Ａ」部分を拡大して示した部分斜視図である。 図３の電池モジュールをｚ軸方向に沿って電池モジュールの下から上に見た斜視図である。 図２の電池パックに含まれている電池モジュール、パック冷媒管アセンブリーおよびパック冷媒管ハウジングを示した分解斜視図である。 図８の電池パックに含まれているパック冷媒管アセンブリーおよびパック冷媒管ハウジングを示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュール、パック冷媒管、パック冷媒管ハウジングおよび第２ガスケットそれぞれの一部を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による連結ポートと冷却ポートを示した部分図面である。 本発明の一実施形態によるパック冷媒管ハウジングの底面が見えるように電池パックを上から下に見た平面図である。 図２の「Ｂ」部分を拡大して示した部分図面である。 図２の電池パックをｘｙ平面上に－ｚ軸方向に見た平面図である。 図１４の切断線Ｃ－Ｃに沿って切断した断面を示した断面図である。 図２の電池パックに含まれている電池モジュールとパック冷媒管アセンブリーの連結関係を示す部分斜視図である。 図２の電池パックに含まれている電池モジュールとパック冷媒管アセンブリーの連結関係をｘｙ平面上で見た平面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態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することができるように詳しく説明する。本発明は様々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
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な参照符号を付けるようにする。
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されたところに限定されるのではない。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、一部層および領域の厚さを誇張されるように示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分「の上に」または「上に」あるという時、これは他の部分「の直上に」ある場合だけでなく、その中間にまた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」あるという時には中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分「の上に」または「上に」あるということは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって「の上に」または「上に」位置することを意味するのではない。
また、明細書全体で、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くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。
また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
図１は、本発明の一実施形態による電池パックの分解斜視図である。図２は、図１の電池パックに対して、パックカバーを除いた構成が組み立てられた様子を示した斜視図である。図３は、図１の電池パックに含まれている電池モジュールに対する斜視図である。図４は、図３の電池モジュールに対する分解斜視図である。
図１～図４を参照すれば、本発明の一実施形態による電池パックは、複数の電池モジュール１００、複数の電池モジュール１００を含むパックフレーム１１００および電池モジュール１００と連結されたパック冷媒管アセンブリー６００を含む。複数の電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００およびモジュールフレーム２００の底部２１０ａの下に位置するヒートシンク３００を含む。モジュールフレームの底部２１０ａはヒートシンク３００の上部プレートを構成する。一方、電池モジュール１００が３２個～４８個の電池セル１１０を含んで冷却一体型の大容量電池モジュール１００を形成することができる。ヒートシンク３００の構造と電池セル１１０の個数については後述することにする。
図５は、図４の電池モジュールに含まれている電池セルに対する斜視図である。
図４および図５を参照すれば、電池セル１１０はパウチ型電池セルであってもよい。このようなパウチ型電池セルは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチケースに電極組立体を収納した後、前記パウチケースの外周部を熱融着して形成することができる。このような電池セル１１０は長方形シート構造に形成することができる。具体的に、本実施形態による電池セル１１０は二つの電極リード１１１、１１２が互いに対向して電池本体１１３の一端部１１４ａと他の一端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。電池セル１１０は、電池ケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態で電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂとこれらを連結する一側部１１４ｃを接着することによって製造できる。言い換えれば、本発明の一実施形態による電池セル１１０は総３ケ所のシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃを有し、シーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂ、１１４ｓｃは熱融着などの方法でシーリングされる構造であり、残り他の一側部は連結部１１５からなってもよい。電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂの間を電池セル１１０の長さ方向と定義し、電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂを連結する一側部１１４ｃと連結部１１５の間を電池セル１１０の幅方向と定義することができる。
連結部１１５は電池セル１１０の一縁に沿って長く延びている領域であり、連結部１１５の端部にはバットイヤー（ｂａｔ－ｅａｒ）１１０ｐが形成できる。バットイヤー１１０ｐは連結部１１５の両端部のうちの少なくとも一つに形成でき、連結部１１５が延びる方向に垂直な方向に突出してもよい。バットイヤー１１０ｐは、電池ケース１１４の両端部１１４ａ、１１４ｂのシーリング部１１４ｓａ、１１４ｓｂのうちの一つと連結部１１５の間に配置されてもよい。
このような電池セル１１０は複数個で構成でき、複数の電池セル１１０は相互電気的に連結されるように積層されて電池セル積層体１２０を形成する。特に、図４に示されているように、ｘ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０が積層できる。電池ケース１１４は、一般に樹脂層／金属薄膜層／樹脂層のラミネート構造になっている。例えば、電池ケース表面がＯ（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）－ナイロン層からなっている場合には、中大型電池モジュールを形成するために多数の電池セルを積層する時、外部衝撃によって滑りやすい傾向がある。したがって、これを防止し電池セルの安定的な積層構造を維持するために、電池ケースの表面に両面テープなどの粘着式接着剤または接着時化学反応によって結合される化学接着剤などの接着部材を付着して電池セル積層体１２０を形成することができる。
本発明の一実施形態による電池セル積層体１２０は、電池セル１１０の個数が従来よりも多くなる大面積モジュールであってもよい。具体的に、１個の電池モジュール１００当り３２個～４８個の電池セル１１０が含まれてもよい。このような大面積モジュールの場合、電池モジュールの水平方向長さが長くなるようになる。ここで、水平方向長さとは、電池セル１１０が積層された方向、即ち、ｘ軸と平行な方向への長さを意味することができる。
電池セル積層体１２０を収納するモジュールフレーム２００は、上部カバー２２０およびＵ字型フレーム２１０を含むことができる。
Ｕ字型フレーム２１０は、底部２１０ａおよび底部２１０ａの両端部から上向延長された二つの側面部２１０ｂを含むことができる。底部２１０ａは電池セル積層体１２０の下面をカバーすることができ、側面部２１０ｂは電池セル積層体１２０の両側面をカバーすることができる。
上部カバー２２０は、Ｕ字型フレーム２１０によって囲まれる前記下面および前記両側面を除いた残り上面（ｚ軸方向）を囲む一つの板状型構造に形成できる。上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０は互いに対応する角部位が接触した状態で、溶接などによって結合されることによって、電池セル積層体１２０を上下左右にカバーする構造を形成することができる。上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０を通じて電池セル積層体１２０を物理的に保護することができる。このために、上部カバー２２０とＵ字型フレーム２１０は所定の強度を有する金属材質を含むことができる。
一方、具体的に図示しなかったが、変形例によるモジュールフレーム２００は上面、下面および両側面が一体化された金属板材形態のモノフレームであってもよい。即ち、Ｕ字型フレーム２１０と上部カバー２２０が相互結合される構造ではなく、押出成形で製造されて上面、下面および両側面が一体化された構造であってもよい。
エンドプレート４００は、モジュールフレーム２００の開放された互いに対応する両側（ｙ軸方向と－ｙ軸方向）に位置して電池セル積層体１２０をカバーするように形成できる。即ち、二つのエンドプレート４００がモジュールフレーム２００の開放された両側に位置して、モジュールフレーム２００と溶接などの方法で接合できる。このようなエンドプレート４００は外部の衝撃から電池セル積層体１２０およびその他電装品を物理的に保護することができる。
本実施形態による電池モジュール１００は冷却ポート５００を含むことができ、冷却ポート５００を通じてヒートシンク３００に冷媒を供給し、ヒートシンク３００から冷媒を排出することができる。具体的に、冷却ポート５００は互いに離隔して位置する冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂを含むことができる。また、冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂは、パック冷媒管アセンブリー６００に連結できる。本実施形態によるヒートシンク３００とパック冷媒管アセンブリー６００については図７および図８と共に再び説明することにする。
本実施形態によるモジュールフレーム２００は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａから、エンドプレート４００を過ぎるように突出したモジュールフレーム突出部２１１を含むことができる。この時、モジュールフレーム突出部２１１の上面部に位置した冷却ポート５００によって流入するか排出される冷媒が、モジュールフレーム突出部２１１を通じてヒートシンク３００に供給されるかヒートシンク３００から排出できる。
具体的に、モジュールフレーム突出部２１１はモジュールフレーム２００一側で互いに離隔して位置する第１モジュールフレーム突出部と第２モジュールフレーム突出部を含むことができ、冷媒注入ポート５００ａは前記第１モジュールフレーム突出部上に配置され、冷媒排出ポート５００ｂは前記第２モジュールフレーム突出部上に配置されてもよい。
以下では、図６などを参照して、端子バスバー４１１、センシングアセンブリー４２０について具体的に説明する。
図６は、図４の「Ａ」部分を拡大して示した部分斜視図である。
図３～図６を共に参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル１１０と連結された端子バスバー４１１および電池セル１１０の情報伝達のためのセンシングアセンブリー４２０を含むことができる。ここで、電池セル１１０の情報とは電池セル１１０の温度情報や電圧情報であってもよい。
具体的に、電池モジュール１００は、電池セル１１０から突出して出る電極リード１１１の突出方向に位置したバスバーフレーム４１０を含むことができる。バスバーフレーム４１０には端子バスバー４１１、バスバー４１２およびセンシングアセンブリー４２０が装着できる。
バスバー４１２は、電池セル積層体１２０に含まれている電池セル１１０を電気的に連結する機能を担当する。電池セル１１０の電極リード１１１がバスバーフレーム４１０に形成されたスリットを通過した後に曲げられてバスバー４１２と接合できる。これにより、電池セル１１０が直列または並列に連結できる。
端子バスバー４１１は電池セル１１０の電極リード１１１と連結され、一端部が電池モジュール１００の外側に露出されて、電池セル１１０を外部と電気的に連結する機能を担当することができる。具体的に、エンドプレート４００に端子バスバー開口部４００Ｈ１が形成でき、端子バスバー開口部４００Ｈ１を通じて端子バスバー４１１の一部が外部に露出される。露出された端子バスバー４１１は後述のＨＶライン８００と連結されて、他の電池モジュール１００と電気的に連結されるか、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）モジュールに連結できる。
電極リード１１１とバスバー４１２の連結方法や電極リード１１１と端子バスバー４１１の連結方法には特別な制限がなく、溶接などの方法が適用できる。
センシングアセンブリー４２０は、モジュールコネクタ４２１およびモジュールコネクタ４２１と電池セル１１０を連結する連結ケーブル４２２を含むことができる。一例として、連結ケーブル４２２がバスバー４１２に連結されて電池セル１１０の電圧情報をモジュールコネクタ４２１に伝達することができる。また、連結ケーブル４２２が電池セル１１０の外周辺に位置したセンサーと連結されて、電池セル１１０の温度情報をモジュールコネクタ４２１に伝達することができる。このような連結ケーブル４２２は、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）またはフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）であってもよい。
エンドプレート４００にモジュールコネクタ開口部４００Ｈ２が形成でき、モジュールコネクタ開口部４００Ｈ２を通じてモジュールコネクタ４２１が外部に露出される。露出されたモジュールコネクタ４２１は後述のＬＶライン９００と連結されて、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュールに連結できる。
以下では、本実施形態によるヒートシンク３００について具体的に説明する。
図７は、図３の電池モジュールをｚ軸方向に沿って電池モジュールの下から上に見た斜視図である。
図４および図７を共に参照すれば、モジュールフレーム２００の底部２１０ａはヒートシンク３００の上部プレートを構成し、モジュールフレーム２００の底部２１０ａとヒートシンク３００が冷媒の流路を形成することができる。
具体的に、ヒートシンク３００は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａの下に配置されてもよい。このようなヒートシンク３００は、ヒートシンク３００の骨格を形成しモジュールフレーム２００の底部２１０ａと溶接などで直接接合される下部プレート３１０および下部プレート３１０から下側に陥没形成された陥没部３４０を含むことができる。陥没部３４０は冷媒が流動する経路となる。また、ヒートシンク３００はヒートシンク３００の一辺からモジュールフレーム突出部２１１が位置した部分に突出したヒートシンク突出部３００Ｐを含むことができる。即ち、陥没部３４０が二つのヒートシンク突出部３００Ｐまで続いていてもよく、二つのヒートシンク突出部３００Ｐはそれぞれ冷媒が流入する部分と冷媒が排出される部分であり得る。このためにヒートシンク突出部３００Ｐは、冷却ポート５００が形成されたモジュールフレーム突出部２１１と対応するように配置されてもよい。
ヒートシンク突出部３００Ｐとモジュールフレーム突出部２１１は互いに溶接などの方法で直接接合できる。
ヒートシンク３００の陥没部３４０は、下部プレート３１０が下側に陥没形成された部分に該当する。陥没部３４０は冷媒流路が延びる方向を基準にして垂直にｘｚ平面やｙｚ平面に切断した断面がＵ字型である管であってもよく、前記Ｕ字型の管の開放された上側に底部２１０ａが配置されてもよい。ヒートシンク３００の下部プレート３１０が底部２１０ａと接しながら、陥没部３４０と底部２１０ａの間の空間が冷媒が流動する領域、即ち、冷媒の流路となる。これにより、モジュールフレーム２００の底部２１０ａが前記冷媒と直接接触することになる。
ヒートシンク３００の陥没部３４０の製造方法に特別な制限はないが、板状型のヒートシンク３００に対して陥没形成された構造を設けることによって、上側が開放されたＵ字型陥没部３４０を形成することができる。
このような陥没部３４０は、前述の通り、ヒートシンク突出部３００Ｐのうちの一つから他の一つに続いていてもよい。冷媒注入ポート５００ａを通じて供給された冷媒は、前記第１モジュールフレーム突出部とヒートシンク突出部３００Ｐの間を経て陥没部３４０と底部２１０ａの間の空間に最初に流入する。その後、冷媒は陥没部３４０に沿って移動し、前記第２モジュールフレーム突出部とヒートシンク突出部３００Ｐの間を経て冷媒排出ポート５００ｂを通じて排出される。
一方、図示してはいないが、図４のモジュールフレーム２００の底部２１０ａと電池セル積層体１２０の間に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を含む熱伝導性樹脂層が配置されてもよい。前記熱伝導性樹脂層は、熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を底部２１０ａに塗布し、塗布された熱伝導性樹脂が硬化して形成できる。
前記熱伝導性樹脂は熱伝導性接着物質を含むことができ、具体的には、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材のうちの少なくとも一つを含むことができる。前記熱伝導性樹脂は、塗布時には液状であるが、塗布後に硬化して電池セル積層体１２０を構成する一つ以上の電池セル１１０を固定する役割を果たすことができる。また、熱伝導特性に優れて電池セル１１０から発生した熱を迅速に電池モジュールの下側に伝達することができる。
本実施形態による電池モジュール１００はモジュールフレーム２００とヒートシンク３００の冷却一体型構造を実現して、冷却性能をより向上させることができる。モジュールフレーム２００の底部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートに対応する役割を果たすことによって冷却一体型構造を実現することができる。直接冷却によって冷却効率が上昇し、ヒートシンク３００がモジュールフレーム２００の底部２１０ａと一体化した構造を通じて電池モジュール１００および電池モジュール１００が装着された電池パック１０００上の空間活用率をより向上させることができる。
具体的には、電池セル１１０から発生した熱が電池セル積層体１２０と底部２１０ａの間に位置する熱伝導性樹脂層（図示せず）、モジュールフレーム２００の底部２１０ａ、冷媒を経て電池モジュール１００の外部に伝達されることになる。従来の不必要な冷却構造を除去することによって、熱伝達経路が単純化され、各層の間のエアーギャップを減らすことができるため、冷却効率や性能が増大できる。特に、底部２１０ａがヒートシンク３００の上部プレートから構成されて、底部２１０ａが直ちに冷媒と接するため冷媒を通じたより直接的な冷却が可能な長所がある。
また、不必要な冷却構造の除去を通じて電池モジュール１００の高さが減少して、原価節減が可能であり、空間活用度を高めることができる。さらに、電池モジュール１００がコンパクトに配置できるので、電池モジュール１００を多数含む電池パック１０００の容量や出力を増大させることができる。
一方、モジュールフレーム２００の底部２１０ａは、ヒートシンク３００の中の陥没部３４０が形成されていない下部プレート３１０部分と溶接を通じて接合できる。本実施形態は、モジュールフレーム２００の底部２１０ａとヒートシンク３００の冷却一体型構造を通じて、前述の冷却性能向上だけでなく、モジュールフレーム２００に収容された電池セル積層体１２０の荷重を支持し電池モジュール１００の剛性を補強する効果を有することができる。さらに、下部プレート３１０とモジュールフレーム２００の底部２１０ａは溶接結合などを通じて密封されることによって、下部プレート３１０内側に形成された陥没部３４０で冷媒が漏洩なく流動することになる。
本実施形態による電池モジュール１００は、容量増大などのために、従来よりも多い３２個～４８個の電池セル１１０を含む。但し、電池セル１１０の個数が多くなり、電池モジュール１００の水平方向長さが長くなるので、各電池セル１１０に対する冷却効率が落ちることがある。よって、本実施形態による電池モジュール１００はヒートシンク３００の構造を通じて冷却一体型構造を実現することによって、電池セル１１０の個数を増やしながらも冷却効率を高めることができる。即ち、冷却一体型の大容量電池モジュール１００を形成することができる。
効果的な冷却のために、モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって陥没部３４０が形成されることが好ましい。このために、陥没部３４０は少なくとも一度曲げられて一側から他側に続いてもよい。特に、モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって陥没部３４０が形成されるために、陥没部３４０は数回曲げられることが好ましい。モジュールフレーム２００の底部２１０ａに対応する全領域にわたって形成された冷媒流路の開始点から終了点まで冷媒が移動することによって、電池セル積層体１２０の全領域に対する効率的な冷却が行われることになる。
一方、前記冷媒は冷却のための媒介物であって、特別な制限はないが、冷却水であってもよい。
一方、本実施形態によるヒートシンク３００の陥没部３４０には突出パターン３４０Ｄが形成できる。本実施形態による電池セル積層体１２０のように積層される電池セルの個数が従来に比べて多く増える大面積電池モジュール１００の場合、冷媒流路の幅がさらに広く形成できて、温度偏差がさらに激しいこともある。前述の通り、大面積電池モジュールでは、従来一つの電池モジュール内に大体１２個～２４個の電池セルが積層された場合に対比して、大体３２個～４８個の電池セル１１０が一つの電池モジュール１００内に積層されている場合を含むことができる。このような場合、本実施形態による突出パターン３４０Ｄは冷却流路の幅を実質的に縮小させる効果を発生させて圧力降下を最少化し同時に冷媒流路幅間の温度偏差を減らすことができる。したがって、均一な冷却効果を実現することができる。
以下では、図８～図１１を参照して、本実施形態による電池モジュールの配置構造、パック冷媒管アセンブリーおよびパック冷媒管ハウジングについて詳しく説明する。
図８は、図２の電池パックに含まれている電池モジュール、パック冷媒管アセンブリー、およびパック冷媒管ハウジングを示した分解斜視図である。図９は、図８の電池パックに含まれているパック冷媒管アセンブリーおよびパック冷媒管ハウジングを示した分解斜視図である。
図８および図９を参照すれば、本実施形態による電池パック１０００は、複数の電池モジュール１００、電池モジュール１００と連結されたパック冷媒管アセンブリー６００、パック冷媒管アセンブリー６００を収納するパック冷媒管ハウジング７００を含む。電池モジュール１００は互いに対向する第１電池モジュール１００ａおよび第２電池モジュール１００ｂを含むことができる。パック冷媒管アセンブリー６００およびパック冷媒管ハウジング７００は、第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間に位置する。
より具体的に、図２、図４および図８を共に参照すれば、電池モジュール１００は、互いに対向する第３電池モジュール１００ｃおよび第４電池モジュール１００ｄをさらに含むことができる。即ち、本実施形態による電池モジュール１００は、第１電池モジュール～第４電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを含むことができる。第１電池モジュールおよび第２電池モジュール１００ａ、１００ｂは電池セル１１０が積層される方向と垂直な方向（ｙ軸方向）に沿って配置されてもよく、第３電池モジュールおよび第４電池モジュール１００ｃ、１００ｄも、電池セル１１０が積層される方向と垂直な方向（ｙ軸方向）に沿って配置されてもよい。第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂはそれぞれのエンドプレート４００同士が互いに対向するように配置されてもよい。第３電池モジュール１００ｃと第４電池モジュール１００ｄもそれぞれのエンドプレート４００同士が対向するように配置されてもよい。
総合すれば、第１電池モジュール～第４電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは格子状に配列できる。後述するが、パック冷媒管アセンブリー６００およびパック冷媒管ハウジング７００は、第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間、第３電池モジュール１００ｃと第４電池モジュール１００ｄの間および第２電池モジュール１００ｂと第４電池モジュール１００ｄの間に沿って続いていてＴ字型構造を形成することができる。
第１電池モジュール～第４電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄは大面積モジュールであって、３２個～４８個の電池セル１１０を含むことができ、電池パック１０００は第１電池モジュール～第４電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを含むことができる。即ち、本実施形態によれば、電池モジュール１００に含まれている電池セル１１０の個数が増えた分だけ、電池パック１０００に含まれている電池モジュール１００の個数を減らすことができる。終局的に、電池モジュール１００ごとに必要な固定用部品や冷却部品などの電池モジュール用部品の個数を減らすことができて、構造の単純化および組み立て工程改善が可能である。また、電池モジュール１００がその個数が減り格子型配列構造を有するため、後述のＨＶライン８００やＬＶライン９００も構造的に単純化することができる。
図３、図４および図８を共に参照すれば、第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間の空間には、電池モジュール１００ａ、１００ｂそれぞれに形成された冷却ポート５００が全て配置されてもよい。言い換えれば、第１電池モジュール１００ａのモジュールフレーム突出部２１１は第２電池モジュール１００ｂが位置した方向に突出し、第２電池モジュール１００ｂのモジュールフレーム突出部２１１は第１電池モジュール１００ａが位置した方向に突出してもよい。このようなモジュールフレーム突出部２１１の上面部に冷却ポート５００がそれぞれ配置されてもよい。
この時、第１電池モジュール１００ａの冷媒注入ポート５００ａと第２電池モジュール１００ｂの冷媒排出ポート５００ｂが互いに対向して配置されてもよく、第１電池モジュール１００ａの冷媒排出ポート５００ｂと第２電池モジュール１００ｂの冷媒注入ポート５００ａが互いに対向して配置されてもよい。また、第３電池モジュール１００ｃの冷媒注入ポート５００ａと第４電池モジュール１００ｄの冷媒排出ポート５００ｂが互いに対向して配置されてもよく、第３電池モジュール１００ｃの冷媒排出ポート５００ｂと第４電池モジュール１００ｄの冷媒注入ポート５００ａが互いに対向して配置されてもよい。
一方、図８および図９を参照すれば、パック冷媒管アセンブリー６００は、パック冷媒管６１０およびパック冷媒管６１０と電池モジュール１００の冷却ポート５００を連結する連結ポート６２０を含むことができる。
パック冷媒管６１０は、インレット７２０ａおよびアウトレット７３０ａと連結されたメインパック冷媒管６１１およびメインパック冷媒管６１１と電池モジュール１００の間を連結するサブパック冷媒管６１２を含むことができる。特に、サブパック冷媒管６１２は連結ポート６２０を通じて電池モジュール１００の冷却ポート５００と連結できる。また、複数のサブパック冷媒管６１２は互いに交差して延びていてもよい。交差したサブパック冷媒管６１２のうちの一つはサブパック冷媒供給管６１２ａであり、他の一つはサブパック冷媒排出管６１２ｂであってもよい。メインパック冷媒管６１１とサブパック冷媒管６１２がＴ字型構造を形成することができる。
本実施形態によるパック冷媒管６１０が前記のような配置構造を有することによって、電池パック１０００内で電池モジュール１００と冷却一体型構造を実現することができる。これにより、空間活用率を高めながら同時に冷却効率も向上させることができる。前記のようなパック冷媒管６１０の配置構造を有することができるように、交差したサブパック冷媒供給管６１２ａの高さとサブパック冷媒排出管６１２ｂの高さは互いに異なってもよい。サブパック冷媒供給管６１２ａの高さとサブパック冷媒排出管６１２ｂの高さが互いに異なる部分は一部であってもよい。
一方、メインパック冷媒管６１１は、メインパック冷媒供給管６１１ａとメインパック冷媒排出管６１１ｂを含むことができる。メインパック冷媒供給管６１１ａはサブパック冷媒供給管６１２ａと連結され、メインパック冷媒排出管６１１ｂはサブパック冷媒排出管６１２ｂと連結できる。
図１０は、本発明の一実施形態による電池モジュール、パック冷媒管、パック冷媒管ハウジングおよび第２ガスケットそれぞれの一部を示した斜視図である。
図８～図１０を参照すれば、連結ポート６２０は、冷却ポート５００とパック冷媒管６１０を連結する。冷却ポート５００はヒートシンク３００に冷媒を供給する冷媒注入ポート５００ａとヒートシンク３００から冷媒を排出する冷媒排出ポート５００ｂを含むことができ、パック冷媒管６１０はサブパック冷媒供給管６１２ａとサブパック冷媒排出管６１２ｂを含むことができる。
この時、連結ポート６２０は、冷媒注入ポート５００ａとサブパック冷媒供給管６１２ａの間および冷媒排出ポート５００ｂとサブパック冷媒排出管６１２ｂの間をそれぞれ連結することができる。連結ポート６２０は、複数の電池モジュール１００に冷媒を供給する冷媒注入ポート５００ａおよび複数の電池モジュール１００から冷媒を排出する各冷媒排出ポート５００ｂそれぞれに連結されている。
パック冷媒管ハウジング７００はパック冷媒管アセンブリー６００を収容する。複数の電池モジュール１００は格子状に配置され、パック冷媒管アセンブリー６００およびパック冷媒管ハウジング７００は電池モジュール１００の間に配置されてもよい。この時、サブパック冷媒管６１２はメインパック冷媒管６１１の一端からメインパック冷媒管６１１の長さ方向と垂直な両方向にそれぞれ延長され、パック冷媒管ハウジング７００はメインパック冷媒管６１１およびサブパック冷媒管６１２が延長された部分に沿って続いていてもよい。
一方、前述の通り、メインパック冷媒管６１１はインレット７２０ａおよびアウトレット７３０ａと連結できる。パック冷媒管ハウジング７００は、インレット７２０ａおよびアウトレット７３０ａと対応する所にそれぞれ形成されたインレット連結部７２０およびアウトレット連結部７３０を含むことができる。インレット連結部７２０およびアウトレット連結部７３０はインレット７２０ａおよびアウトレット７３０ａが挿入されるように貫通された部分を含むことができる。
電池パック１０００は電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用でき、組み立て不良や運行中事故などの原因で冷却水などの冷媒が漏洩する状況が発生することがある。このように漏洩した冷媒は電池パック１０００を構成する多数の部品内部に浸透して火災や爆発の原因になることがある。本実施形態によれば、パック冷媒管ハウジング７００はパック冷媒管アセンブリー６００の底面および側面をカバーするように形成されることによって、パック冷媒管アセンブリー６００から漏出した冷媒がパック冷媒管ハウジング７００内部に留まるようにして、電池パック１０００内の他の部品に漏出した冷媒が浸透する現象を防止することができる。この時、パック冷媒管ハウジング７００が漏出した冷媒を最大限多く収容することができるように複数の電池モジュール１００の間の空間を活用してパック冷媒管ハウジング７００の容積を最大限確保することが好ましい。
パック冷媒管ハウジング７００の開放された上部はハウジングカバー７００Ｃが覆うことができる。これによって、パック冷媒管アセンブリー６００から漏出した冷媒がパック冷媒管ハウジング７００の上側開放空間に漏出する現象を防止することができる。
パック冷媒管ハウジング７００とハウジングカバー７００Ｃの間には、第１ガスケット７００Ｇ１が配置されてもよい。第１ガスケット７００Ｇ１はパック冷媒管ハウジング７００とハウジングカバー７００Ｃの間を密封する。第１ガスケット７００Ｇ１はパック冷媒管ハウジング７００の上端角に沿って形成できる。ハウジングカバー７００Ｃはパック冷媒管ハウジング７００の上端角に沿って形成された第１ガスケット７００Ｇ１と結合して、パック冷媒管ハウジング７００の上側部に冷媒が漏出する現象を遮断することができる。
以下では、図１０～図１２を参照して、本発明の一実施形態による冷却ポートと連結ポート間の連結関係および第２ガスケットの配置および形態について詳しく説明する。
図１１は、本発明の一実施形態による連結ポートと冷却ポートを示した部分図面である。図１２は、本発明の一実施形態によるパック冷媒管ハウジングの底面が見えるように電池パックを上から下に見た平面図である。特に、説明の便宜のために、図１１ではパック冷媒管ハウジングと第２ガスケットの図示を省略し、図１２ではハウジングカバーとパック冷媒管アセンブリーの図示を省略した。
図１０～図１２を参照すれば、本実施形態によるパック冷媒管ハウジング７００の底面には開口部７１０Ｐが形成できる。このような開口部７１０Ｐが形成された部分に第２ガスケット７００Ｇ２が結合できる。
具体的に、第２ガスケット７００Ｇ２はモジュールフレーム突出部２１１とパック冷媒管ハウジング７００の間に位置して、モジュールフレーム突出部２１１とパック冷媒管ハウジング７００の間を密封することができる。この時、冷却ポート５００は、モジュールフレーム突出部２１１の上面部に位置し、第２ガスケット７００Ｇ２および開口部７１０Ｐを上側に貫通してパック冷媒管ハウジング７００の内部に突出してもよい。言い換えれば、冷却ポート５００が第２ガスケット７００Ｇ２と開口部７１０Ｐを貫通してパック冷媒管アセンブリー６００、特に連結ポート６２０と連結できる。
連結ポート６２０は、開口部７１０Ｐおよび第２ガスケット７００Ｇ２を下側に貫通して冷却ポート５００と結合することができる。図１０に示されているように、第２ガスケット７００Ｇ２は、冷却ポート５００や連結ポート６２０が貫通できるように貫通された孔を含むことができる。
一方、冷却ポート５００は連結ポート６２０間の結合において、図１１に示されているように、冷却ポート５００は連結ポート６２０の下側に挿入結合し、連結ポート６２０の下端はモジュールフレーム突出部２１１の上面部と接することになる。即ち、冷却ポート５００が連結ポート６２０の内部に挿入される形態で、冷却ポート５００と連結ポート６２０が結合できる。前述のように、図１１では説明の便宜のためにパック冷媒管ハウジング７００と第２ガスケット７００Ｇ２の図示を省略したが、実際には図１０のようにモジュールフレーム突出部２１１の上に第２ガスケット７００Ｇ２とパック冷媒管ハウジング７００が配置されてもよい。
一方、冷却ポート５００と連結ポート６２０の間にシーリング部材６３０が配置されてもよい。このようなシーリング部材６３０は環形態であってもよく、冷却ポート５００と連結ポート６２０の間に嵌められてもよい。シーリング部材６３０が冷却ポート５００に嵌められたまま、冷却ポート５００と共に連結ポート６２０内部に挿入されてもよい。シーリング部材６３０は、冷却ポート５００と連結ポート６２０の間の隙間を通じて冷媒が漏洩するのを防止することができる。
このようにパック冷媒管ハウジング７００の内部に位置したパック冷媒管アセンブリー６００と複数の電池モジュール１００に冷媒を供給および排出する冷却ポート５００が互いに連結されて冷媒を循環させなければならないので、パック冷媒管アセンブリー６００と冷却ポート５００の連結のために開口部７１０Ｐが必要である。また、本実施形態のように第２ガスケット７００Ｇ２が開口部７１０Ｐの外郭に形成されてパック冷媒管ハウジング７００の底面と冷却ポート５００が形成されたモジュールフレーム突出部２１１の間を密封することによって、パック冷媒管ハウジング７００内部に集められた冷媒が開口部７１０Ｐを通じて漏出するのを防止することができる。即ち、パック冷媒管ハウジング７００の下側部に冷媒が漏出する現象を遮断することができる。
総合すれば、本実施形態による電池パック１０００は、電池モジュール１００、電池モジュール１００と冷媒循環構造を有するパック冷媒管アセンブリー６００およびパック冷媒管アセンブリー６００を収容するパック冷媒管ハウジング７００を含み、電池モジュール１００の間にパック冷媒管アセンブリー６００を集約的に配置して、空間活用性を高めることができる。具体的に、第１電池モジュール１００ａのモジュールフレーム突出部２１１は第２電池モジュール１００ｂが位置した方向に突出し、第２電池モジュール１００ｂのモジュールフレーム突出部２１１は第１電池モジュール１００ａが位置した方向に突出し、モジュールフレーム突出部２１１の上面部に冷却ポート５００が位置する。即ち、第１電池モジュール１００ａのエンドプレート４００と第２電池モジュール１００ｂのエンドプレート４００が対向する空間には、電池モジュール１００ａ、１００ｂそれぞれに形成された冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂが全て配置されてもよい。
本実施形態による電池パック１０００は、第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間の空間に冷媒の供給や排出のための冷却ポート５００とパック冷媒管アセンブリー６００を配置するように設計することによって、冷媒循環構造の冷却システムを、電池モジュール１００の間に集約的に配置することができるという長所を有する。これにより、冷却構造が単純化され、電池パック１０００内部の空間活用性が高まる。また、パック冷媒管ハウジング７００や第２ガスケット７００Ｇ２のような冷媒流出防止構造を第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間のエンドプレート４００同士が対向する空間にのみ設ければ良い。即ち、冷却構造単純化により冷媒流出防止構造の必要な空間が限定される。
本発明の一実施形態によるパック冷媒管アセンブリー６００は、パック冷媒管６１０およびパック冷媒管６１０と冷却ポート５００を連結する連結ポート６２０を含むことができる。パック冷媒管６１０は、パック冷媒供給管６１０ａおよびパック冷媒排出管６１０ｂを含むことができる。ここで、パック冷媒供給管６１０ａは前述のメインパック冷媒供給管とサブパック冷媒供給管を包括するものであり、パック冷媒排出管６１０ｂは前述のメインパック冷媒排出管とサブパック冷媒排出管を包括するものである。前述の通り、本実施形態による冷却ポート５００は、ヒートシンク３００に冷媒を供給する冷媒注入ポート５００ａとヒートシンク３００から冷媒を排出する冷媒排出ポート５００ｂを含むことができ、冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂはパック冷媒供給管６１０ａおよびパック冷媒排出管６１０ｂとそれぞれ連結できる。
以下では、図１３～図１５などを参照して、本発明の一実施形態によるＨＶラインおよびＬＶラインの配置構造について詳しく説明する。
図１３は、図２の「Ｂ」部分を拡大して示した部分図面である。図１４は、図２の電池パックをｘｙ平面上に－ｚ軸方向に見た平面図である。図１５は、図１４の切断線Ｃ－Ｃに沿って切断した断面を示す断面図である。この時、図１４と図１５で、説明の便宜のために、ＨＶライン８００、ＬＶライン９００を概略的に示した。
まず、図３、図４、図６、図１３および図１４を共に参照すれば、前述の通り、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル１１０と連結された端子バスバー４１１および電池セル１１０の情報伝達のためのセンシングアセンブリー４２０を含むことができ、センシングアセンブリー４２０はモジュールコネクタ４２１を含むことができる。
本実施形態による電池パック１０００は、ＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）ライン８００およびＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）ライン９００を含むことができる。この時、端子バスバー４１１と連結されたＨＶライン８００およびセンシングアセンブリー４２０と連結されたＬＶライン９００が第１電池モジュール１００ａおよび第２電池モジュール１００ｂの間に配置されてもよい。
より具体的に、エンドプレート４００で、端子バスバー開口部４００Ｈ１を通じて端子バスバー４１１が露出され、モジュールコネクタ開口部４００Ｈ２を通じてセンシングアセンブリー４２０のモジュールコネクタ４２１が露出されてもよい。端子バスバー４１１はＨＶライン８００と連結され、センシングアセンブリー４２０のモジュールコネクタ４２１はＬＶライン９００と連結できる。
前述の第１電池モジュール１００ａのエンドプレート４００と第２電池モジュール１００ｂのエンドプレート４００が互いに対向するように配置されてもよく、第１電池モジュール１００ａのエンドプレート４００と第２電池モジュール１００ｂのエンドプレート４００が対向する空間にＨＶライン８００とＬＶライン９００が配置されてもよい。
同様に、第３電池モジュール１００ｃのエンドプレート４００と第４電池モジュール１００ｄのエンドプレート４００も互いに対向するように配置されてもよく、第３電池モジュール１００ｃのエンドプレート４００と第４電池モジュール１００ｄのエンドプレート４００が対向する空間にＨＶライン８００とＬＶライン９００が配置されてもよい。
本実施形態による電池パック１０００で、電池モジュール１００をエンドプレート４００同士が対向するように配置し、その間の空間にＨＶライン８００とＬＶライン９００を位置させることによって、電池モジュール１００と連結されるＨＶライン８００およびＬＶライン９００を単純化することができ、また効率的に配置させることができる。
また、ＢＤＵモジュール１２００と直接連結されたＨＶライン８００は第２電池モジュール１００ｂと第４電池モジュール１００ｄの間に配置されてもよく、ＢＭＳモジュール１３００と直接連結されたＬＶライン９００も第２電池モジュール１００ｂと第４電池モジュール１００ｄの間に配置されてもよい。即ち、ＨＶライン８００とＬＶライン９００を複数の電池モジュール１００の中央部に位置させて、外部衝撃などによって大きな影響を受けないようにした。したがって、ＨＶライン８００とＬＶライン９００に対して短絡の発生可能性を減らし、電池パック１０００の絶縁性能および安全性を向上させることができる。
以下では、本実施形態によるＨＶライン、ＬＶラインおよびパック冷媒管アセンブリーの位置関係について詳しく説明する。
図６、図１３、図１４および図１５を共に参照すれば、電池パック１０００は、ＨＶライン８００と連結されて複数の電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）モジュール１２００およびＬＶライン９００と連結されて複数の電池モジュール１００の作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュール１３００をさらに含むことができる。
各電池モジュール１００はＨＶライン８００を通じて電気的に連結され、最終的にＨＶライン８００を通じてＢＤＵモジュール１２００と連結できる。即ち、電池モジュール１００のうちの少なくとも一つとＢＤＵモジュール１２００がＨＶライン８００を通じて連結できる。ＢＤＵモジュール１２００は、電池モジュール１００とインバータの間に位置し、リレー、抵抗などから構成されたモジュールである。このようなＢＤＵモジュール１２００は、デバイスの電力系統に電源を安定的に供給または遮断し、事故電流が発生した時、デバイスの電力系統を保護する機能を担当する。
各電池モジュール１００はＬＶライン９００を通じてＢＭＳモジュール１３００と連結されて、電池モジュール１００内部の電池セル１１０に対して測定された温度や電圧のデータをＢＭＳモジュール１３００に伝達することができる。即ち、電池モジュール１００のうちの少なくとも一つとＢＭＳモジュール１３００がＬＶライン９００を通じて連結できる。ＢＭＳモジュール１３００は、測定された温度や電圧のデータに基づいて各電池モジュール１００の温度や電圧などを管理する機能を担当する。
この時、図１３や図１５に示されたように、本実施形態によるＨＶライン８００とＬＶライン９００はパック冷媒管アセンブリー６００より上部に配置されてもよい。より詳しくは、ハウジングカバー７００Ｃより上部に配置することができる。
前述の通り、冷媒循環構造を有するパック冷媒管アセンブリー６００およびパック冷媒管アセンブリー６００を収容するパック冷媒管ハウジング７００が電池モジュール１００のエンドプレート４００同士が対向する空間に配置されてもよい。この時、本実施形態によるＨＶライン８００とＬＶライン９００も電池モジュール１００のエンドプレート４００同士が対向する空間に共に配置するように設計できる。即ち、冷媒循環構造の冷却システムだけでなく、電気的連結の制御システムおよび温度および電圧管理のセンシングシステムを全て電池モジュール１００の間に集約的に配置することができるという長所を有する。これにより、冷却構造だけでなく電池モジュール間連結構造とセンシング構造が単純化され、電池パック１０００内部の空間活用性が高まる。
また、本実施形態による電池パック１０００は電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用でき、組み立て不良や運行中事故などの原因で冷却水などの冷媒が漏洩する状況が発生することがある。本実施形態によれば、パック冷媒管アセンブリー６００で冷媒の漏洩が発生しても、漏洩した冷媒がＨＶライン８００とＬＶライン９００と接触して短絡が発生するのを防止することができる。即ち、１次的には、パック冷媒管アセンブリー６００をパック冷媒管ハウジング７００に収容して冷媒漏出による問題を防止し、２次的には、ＨＶライン８００とＬＶライン９００をハウジングカバー７００Ｃより上部に位置させて電池パック１０００の絶縁性能を向上させることができる。
図１６は、図２の電池パックに含まれている電池モジュールとパック冷媒管アセンブリーの連結関係を示した部分斜視図である。図１７は、図２の電池パックに含まれている電池モジュールとパック冷媒管アセンブリーの連結関係をｘｙ平面上で見た平面図である。図１６は、説明の便宜のために、パック冷媒管ハウジングとハウジングカバーの図示を省略した。
図４、図１６および図１７を参照すれば、本実施形態による複数の電池モジュール１００は第１電池モジュール～第４電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄを含むことができる。第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂがエンドプレート４００同士が対向するように配置され、第３電池モジュール１００ｃと第４電池モジュール１００ｄがエンドプレート４００同士が対向するように配置されてもよい。第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間および第３電池モジュール１００ｃと第４電池モジュール１００ｄの間に冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂが配置されてもよい。
この時、パック冷媒管６１０は、第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間および第３電池モジュール１００ｃと第４電池モジュール１００ｄの間に位置しながら一方向に沿って続いてもよい。また、図９で説明したように、パック冷媒管６１０はメインパック冷媒管６１１、およびメインパック冷媒管６１１の長さ方向と垂直な両方向にそれぞれ延長されたサブパック冷媒管６１２を含むことができる。
これにより、パック冷媒管ハウジング７００は、第１電池モジュール１００ａと第２電池モジュール１００ｂの間および第３電池モジュール１００ｃと第４電池モジュール１００ｄの間で一方向に沿って続いている第１部分７００ａおよび前記一方向と垂直な方向に沿って第２電池モジュール１００ｂと第４電池モジュール１００ｄの間に続いている第２部分７００ｂを含むことができる。即ち、図１７のように上から見た時、第１部分７００ａと第２部分７００ｂを含むパック冷媒管ハウジング７００はＴ字形構造を形成することができる。第１部分７００ａにはサブパック冷媒管６１２（図７参照）が収納され、第２部分７００ｂにはメインパック冷媒管６１１（図７参照）が収納される。
一方、冷却ポート５００が前記のように配置されることによってパック冷媒供給管６１０ａとパック冷媒排出管６１０ｂは互いに交差しながら延びていてもよい。このようなパック冷媒管６１０配置構造を有することによって、電池パック１０００内に複数の電池モジュール１００と冷却構造の一体型構造を実現し、空間活用率を高めながら同時に冷却効率を向上させることができる。言い換えれば、第１電池モジュール１００ａに形成された冷媒注入ポート５００ａと第２電池モジュール１００ｂに形成された冷媒排出ポート５００ｂを互いに対向するように配置した後、パック冷媒供給管６１０ａとパック冷媒排出管６１０ｂが互いに交差しながらそれぞれ冷媒注入ポート５００ａと冷媒排出ポート５００ｂと連結されるようにして、一つのパック冷媒供給管６１０ａと一つのパック冷媒排出管６１０ｂがそれぞれ多数の電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄと連結されるように構成した。これによって、不必要な空間浪費なく多数の電池モジュール１００とパック冷媒管６１０を効率的に配置することができる。また、各電池モジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄごとに必要な冷却部品の個数を減らし構造を単純化することができて、組み立て工程性が向上できる。
一方、図１を再び参照すれば、本実施形態による電池パック１０００は、パックフレーム１１００を覆うパックカバー１４００およびシーリングのためにパックフレーム１１００とパックカバー１４００の間に位置したパックガスケットアセンブリー１８００を含むことができる。また、各電池モジュール１００上にはモジュール固定バー１５００が位置して、電池モジュール１００を固定することができる。
一方、各電池モジュール１００の上部と下部にそれぞれ上部部材１６１０および下部部材１６２０が配置されてもよい。上部部材１６１０および下部部材１６２０は電池モジュール１００の衝撃緩和および安定的な配置のための構成であり、パッド形態の部材やフォーム（Ｆｏａｍ）形態の部材であってもよい。
また、本実施形態による電池パック１０００は、電池モジュール１００の周縁を囲む垂直ビーム１７１０と水平ビーム１７２０を含むことができる。具体的に、４個の電池セルの外側周縁を囲む二つの垂直ビーム１７１０と二つの水平ビーム１７２０を含むことができる。また、４個の電池セルの内側境界は、パック冷媒管ハウジング７００と１個の水平ビーム１７２０が十字形態に交差して配置されてもよい。垂直ビーム１７１０と二つの水平ビーム１７２０はスチール（ｓｔｅａｌ）などの材質からなる柱形状の構造であってもよい。
垂直ビーム１７１０、水平ビーム１７２０およびパック冷媒管ハウジング７００によって、電池モジュール１００が隣接する電池モジュールと空間的に分離されて配置できる。これによって、いずれか一つの電池モジュール１００で、過電圧、過電流または過発熱（熱問題）が発生して高温、高圧のガスおよび火炎が発生しても、これらが周辺のモジュールに伝達されることが遮断されるため、熱問題の追加発生などを防止することができる。また、このような熱問題が発生しない普段は、垂直ビーム１７１０、水平ビーム１７２０およびパック冷媒管ハウジング７００が電池モジュール１００を安定的に支持する構造物役割を果たして、電池パック１０００全体の剛性を向上させることができる。
本実施形態で前、後、左、右、上下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものに過ぎず、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変わることがある。
前述の本実施形態による電池パックは多様なデバイスに適用できる。具体的には、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段やＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に適用できるが、これに制限されず、二次電池を使用することができる多様なデバイスに適用可能である。
以上で本発明の好ましい実施形態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、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を用い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。
１００：電池モジュール
１１０：電池セル
２００：モジュールフレーム
３００：ヒートシンク
５００：冷却ポート
６００：パック冷媒管アセンブリー
７００：パック冷媒管ハウジング
８００：ＨＶライン
９００：ＬＶライン

Claims (15)

  1. 複数の電池セルが積層された電池セル積層体、前記電池セル積層体を収納するモジュールフレームおよび前記モジュールフレームの底部の下に位置するヒートシンクを含む複数の電池モジュールと、
    前記複数の電池モジュールを収納するパックフレームと、
    前記電池モジュールと連結されたパック冷媒管アセンブリーと、
    前記パック冷媒管アセンブリーを収納するパック冷媒管ハウジングと、
    を含み、
    前記電池モジュールは互いに対向する第１電池モジュールおよび第２電池モジュールを含み、
    前記パック冷媒管アセンブリーおよび前記パック冷媒管ハウジングは、前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの間に位置する、電池パック。
  2. 前記電池モジュールは、前記ヒートシンクに冷媒を供給するかおよび前記ヒートシンクから冷媒を排出する冷却ポートを含み、
    前記パック冷媒管ハウジングの底面に開口部が形成され、
    前記冷却ポートが前記開口部を貫通して前記パック冷媒管アセンブリーと連結される、請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記冷却ポートは、前記ヒートシンクに冷媒を供給する冷媒注入ポートおよび前記ヒートシンクから冷媒を排出する冷媒排出ポートを含む、請求項２に記載の電池パック。
  4. 前記モジュールフレームは、前記モジュールフレームの底部から突出したモジュールフレーム突出部を含み、
    前記冷却ポートは、前記モジュールフレーム突出部の上面部に位置し、前記開口部を貫通して、前記パック冷媒管アセンブリーと連結される、請求項２に記載の電池パック。
  5. 前記第１電池モジュールの前記モジュールフレーム突出部は前記第２電池モジュールが位置した方向に突出し、
    前記第２電池モジュールの前記モジュールフレーム突出部は前記第１電池モジュールが位置した方向に突出する、請求項４に記載の電池パック。
  6. 前記パック冷媒管アセンブリーは、パック冷媒管および前記パック冷媒管と前記冷却ポートを連結する連結ポートを含み、
    前記連結ポートは前記開口部を貫通して前記冷却ポートと結合する、請求項２に記載の電池パック。
  7. 前記電池モジュールは、互いに対向する第３電池モジュールおよび第４電池モジュールをさらに含み、
    前記パック冷媒管アセンブリーおよび前記パック冷媒管ハウジングは、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールの間、前記第３電池モジュールと前記第４電池モジュールの間および前記第２電池モジュールと前記第４電池モジュールの間に沿って続いていてＴ字型構造を形成する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池パック。
  8. 前記電池モジュールは、前記電池セルと連結された端子バスバーおよび前記電池セルの情報伝達のためのセンシングアセンブリーを含み、
    前記端子バスバーと連結されたＨＶラインおよび前記センシングアセンブリーと連結されたＬＶラインが前記第１電池モジュールおよび前記第２電池モジュールの間に位置する、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池パック。
  9. 前記電池モジュールは、前記モジュールフレームと接合されるエンドプレートをさらに含み、
    前記エンドプレートで、前記端子バスバーと前記センシングアセンブリーが露出されてそれぞれ前記ＨＶラインおよび前記ＬＶラインと連結され、
    前記第１電池モジュールの前記エンドプレートと前記第２電池モジュールの前記エンドプレートが互いに対向するように、前記第１電池モジュールと前記第２電池モジュールが配置される、請求項８に記載の電池パック。
  10. 前記電池モジュールの電気的連結を制御するＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）モジュールおよび前記電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュールを含み、
    前記電池モジュールのうちの少なくとも一つと前記ＢＤＵモジュールが前記ＨＶラインを通じて連結され、
    前記電池モジュールのうちの少なくとも一つと前記ＢＭＳモジュールが前記ＬＶラインを通じて連結される、請求項８に記載の電池パック。
  11. 前記パック冷媒管ハウジングの上部をカバーするハウジングカバーをさらに含み、
    前記ＨＶラインおよび前記ＬＶラインは前記ハウジングカバーの上部に位置する、請求項８に記載の電池パック。
  12. 前記モジュールフレームの底部と前記ヒートシンクが冷媒の流路を形成し、
    前記モジュールフレームの底部が前記冷媒と接触する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池パック。
  13. 前記ヒートシンクは、前記モジュールフレームの底部と接合される下部プレートおよび前記下部プレートから下側に陥没形成された陥没部を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池パック。
  14. 前記電池セルは長方形シート構造のパウチ型電池セルであり、
    前記電池モジュールは３２個～４５個の電池セルを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電池パック。
  15. 請求項１から１４のいずれか一項による電池パックを含むデバイス。
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