JP2023519001A

JP2023519001A - 電池モジュールおよびこれを含む電池パック

Info

Publication number: JP2023519001A
Application number: JP2022558533A
Authority: JP
Inventors: サンキ・イ; ブムヒ・イ; ジョン・チョル・イ; ドヒョク・カン; ダジン・イ
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2021-08-09
Publication date: 2023-05-09
Also published as: CN115428233A; US20230135629A1; WO2022059917A1; EP4120441A4; KR20220038920A; EP4120441A1

Abstract

本発明の一実施形態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；および前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームを含み、前記モジュールフレームの底面に熱伝導性樹脂層が形成されており、前記熱伝導性樹脂層は第１熱伝導性樹脂層および第２熱伝導性樹脂層を含み、前記第１熱伝導性樹脂層は前記電池セル積層体の前面に隣接して形成され、前記第２熱伝導性樹脂層は前記電池セル積層体の後面に隣接して形成され、前記第１熱伝導性樹脂層の少なくとも一部と前記第２熱伝導性樹脂層の少なくとも一部は互いに離隔している。

Description

（関連出願との相互引用）
本出願は２０２０年９月２１日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１２１３３６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。

本発明は電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものであって、より具体的には、電池セル間の温度偏差が改善された電池モジュールおよびこれを含む電池パックに関するものである。

モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれてエネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は携帯電話機、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても多くの関心を集めている。

小型モバイル機器にはデバイス１台当り一つまたは二、三、四個の電池セルが使用されるのに対して、自動車などのように中大型デバイスには高出力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使用される。

中大型電池モジュールはできれば小さい大きさと重量で製造されることが好ましいので、高い集積度で積層でき容量に対比して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使用されている。一方、電池モジュールは、電池セル積層体を外部衝撃、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を内部空間に収納するフレーム部材を含むことができる。

図１は、従来の電池モジュールの分解斜視図である。図２は、図１の電池モジュールを構成する構成要素を結合した状態を示す斜視図である。

図１および図２を参照すれば、従来の電池モジュール１０は、複数の電池セル１１が一方向に積層された積層されている電池セル積層体１２、電池セル積層体１２を収容するモジュールフレーム２０、電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレート１５およびエンドプレート１５と電池セル積層体１２の前後面の間に形成されたバスバーフレーム１３を含む。モジュールフレーム２０は、電池セル積層体１２の下部および両側面を覆う下部フレーム３０と、電池セル積層体１２の上面を覆う上部プレート４０を含む。電池モジュール１０は、下部フレーム３０で、電池セル積層体１２の下部を覆う底面に熱伝導性樹脂層３１が塗布されている。熱伝導性樹脂層３１は、電池セル積層体１２から発生した熱を電池モジュール１０の外に伝達しながら、電池セル積層体１２の発生した熱を冷却することができる。

図３は、図２の切断線Ａ－Ａに沿って切断した断面図である。図４は、図１の電池モジュールの構成要素であるモジュールフレームの底面の上面図である。

図３を参照すれば、従来の電池モジュール１０は電池セル積層体１２の下部を冷却する構造であって、電池セル１１から発生した熱は下部に向かう第１冷却方向Ｄ１に流れる構造である。しかし、電池セル積層体１２は、中心電池セルの温度が最も高く、外郭電池セルの温度が最も低い特性を有する。これと共に、電池セル積層体１２は長さ方向を基準にして両端部に正極および負極が位置することによって、電池モジュール１０の充放電過程で熱が相対的に中心部に比べて多く発生する。

特に、電池セル１１はリチウムプレーティング現象を防止するために、一定の電圧以下になると電池モジュール１０全体の充放電を中止するようになる。この時、電池モジュール１０の使用の面で電池セル積層体１２の中心電池セルを基準にしては問題にならない。しかし、電池セル間の冷却偏差によって外郭電池セルが中心電池セルに比べてより冷却されていて、外郭電池セルの電圧降下が激しく、これにより、モジュール使用の面で制限されることがある。

しかし、図４を参照すれば、従来の電池モジュール１０の場合、熱伝導性樹脂層３１が電池セル積層体１２の温度偏差に関する特性に対する考慮なく下部フレーム３０の底面全体に熱伝導性樹脂層３１が塗布されていて、電池セル積層体１２で冷却偏差が発生する。特に、低温環境では、電池セル積層体１２の冷却に関連して熱伝導性樹脂層３１が与える影響が大きく、熱伝導性樹脂層３１による電池セル積層体１２の冷却偏差は高温環境に比べてより大きく形成されることがある。これにより、従来の電池モジュール１０は電池セル積層体１２の外郭電池セルは電圧降下によってモジュール使用の面で制約的であり、中心電池セルと外郭電池セルの間の冷却偏差を改善する必要がある。

本発明の解決しようとする課題は、電池セル間の温度偏差が改善された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である。

本発明が解決しようとする課題が上述の課題に制限されるわけではなく、言及されていない課題は本明細書および添付された図面から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に明確に理解されるはずわけである。

前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は同一の幅で形成されており、前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は互いに離隔していてもよい。

前記第１熱伝導性樹脂層および前記第２熱伝導性樹脂層の間に離隔している第１距離は、前記モジュールフレームの底面において位置によって異なってもよい。

前記第１距離は、前記モジュールフレームの底面中心から外郭に行くほど大きくなってもよい。

前記モジュールフレームの前記底面中心に対応する位置に形成された前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は互いに接していてもよい。

前記モジュールフレームの前記底面中心に対応する位置に形成された前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は互いに離隔していてもよい。

前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は、前記モジュールフレームの長さ方向を基準にして対称的な形状を有することができる。

前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は、前記モジュールフレームの幅方向を基準にして互いに対称的な形状を有することができる。

前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は、同一の熱伝導性樹脂物質から構成できる。

前記モジュールフレームは、前記電池セル積層体の下部および両側面を収容する下部フレームと、前記電池セル積層体の上面を覆う上部プレートを含むことができる。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前述の電池モジュールを含む。

実施形態によれば、本発明は電池セル積層体に対応するモジュールフレームの底面の位置によって異なる長さを有する熱伝導性樹脂層が形成されて、電池セル間の温度偏差が改善できる。

本発明の効果が上述の効果に制限されるわけではなく、言及されていない効果は本明細書および添付された図面から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に明確に理解されるはずである。

従来の電池モジュールの分解斜視図である。図１の電池モジュールを構成する構成要素を結合した状態を示す斜視図である。図２の切断線Ａ－Ａに沿って切断した断面図である。図１の電池モジュールの構成要素であるモジュールフレームの底面の上面図である。本発明の一実施形態による電池モジュールの分解斜視図である。図５のモジュールフレームの底面に形成された熱伝導性樹脂層を示す図である。本発明の他の実施形態によるモジュールフレームの底面に形成された熱伝導性樹脂層を示す図である。本発明の他の実施形態によるモジュールフレームの底面に形成された熱伝導性樹脂層を示す図である。

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の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、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。

以下、本発明の実施形態による電池モジュールについて説明する。但し、ここで電池モジュールの前後面のうちの前面を基準にして説明されるが、必ずしもこれに限定されるのではなく、後面の場合にも同一であるか類似の内容で説明できる。

図５は、本発明の一実施形態による電池モジュールの分解斜視図である。図６は、図５のモジュールフレームの底面に形成された熱伝導性樹脂層を示す図である。

図５および図６を参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１０が第１方向（ｙ軸）に積層される電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０を収容するモジュールフレーム２００、電池セル積層体１２０の前面と後面にそれぞれ位置するエンドプレート１５０、および電池セル積層体１２０とエンドプレート１５０の間に位置するバスバーフレーム１３０を含む。モジュールフレーム２００は、上部面、前面および後面が開放されたＵ字型フレーム３００、電池セル積層体１２０の上部を覆う上部プレート４００を含む。

本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル積層体１２０とＵ字型フレーム３００の底面の間に第１熱伝導性樹脂層３１０が配置できる。第１熱伝導性樹脂層３１０は前記電池セル積層体１２０がＵ字型フレーム３００の底面に装着される前に、Ｕ字型フレーム３００の底面に熱伝導性樹脂が塗布できる。その後、熱伝導性樹脂が硬化されることによって第１熱伝導性樹脂層３１０が形成できる。これにより、第１熱伝導性樹脂層３１０は、電池セル１１０から発生する熱を電池モジュール１００の底に伝達して、電池セル１１０を冷却させることができる。

また、図５および図６を参照すれば、熱伝導性樹脂層３１０は、第１熱伝導性樹脂層３１１および第２熱伝導性樹脂層３１５を含むことができる。ここで、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５は同一の熱伝導性樹脂物質から構成することができる。

モジュールフレーム２００の底面で、第１熱伝導性樹脂層３１１は電池セル積層体１２０の前面に隣接して形成されており、第２熱伝導性樹脂層３１５は電池セル積層体１２０の後面に隣接して形成されていてもよい。また、第１熱伝導性樹脂層３１１の少なくとも一部と第２熱伝導性樹脂層３１５の少なくとも一部は互いに離隔していてもよい。

一例として、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５は互いに離隔していてもよい。この時、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５は互いに異なるか同一の幅で形成されていてもよい。より好ましくは、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５は互いに同一の幅で形成されていてもよい。即ち、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の下部面で、熱伝導性樹脂層３１０が電池セル積層体の両端部を中心にして形成されていてもよい。

これにより、本実施形態は熱伝導性樹脂層３１０が電池セル積層体の外郭電池セルに対する冷却程度を相対的に減少させて、電池セル積層体内の冷却偏差を減少させることができる。これと共に、熱伝導性樹脂層３１０は電池セル積層体の長さ方向を基準にして両端部に正極および負極が位置することによって発生する熱を効果的に冷却させることができる。これにより、本実施形態は外郭電池セルの電圧降下が相対的に弱くなって、外郭電池セルを基準にしてもモジュール使用の面で制限されず、これによるモジュール内電池セル間の非均等退化を防止することができる。また、エネルギー効率も増加できる。

また、熱伝導性樹脂層３１０は第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５が離隔していて、熱伝導性樹脂の塗布量を減らすことができ、製造費用が節減される経済的利点がある。

また、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５はモジュールフレーム２００の長さ方向を基準にして対称的な形状を有することができる。また、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５はモジュールフレーム２００の幅方向を基準にして互いに対称的な形状を有することができる。これにより、熱伝導性樹脂層３１０は電池セル積層体１２０に対してより均一に冷却させることができて、電池モジュール１００の冷却偏差がより改善できる。

図７および図８は、本発明の他の実施形態によるモジュールフレームの底面に形成された熱伝導性樹脂層を示す図である。

図７および図８を参照すれば、熱伝導性樹脂層３１０は第１熱伝導性樹脂層３１１および第２熱伝導性樹脂層３１５の間に離隔している第１距離は前記モジュールフレーム２００の底面において位置によって異なってもよい。その他の内容は前述の内容と同一であり、以下では熱伝導性樹脂層３１０を中心にして説明する。

図７および図８を参照すれば、本実施形態で第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５の間の前記第１距離は、モジュールフレーム２００の底面中心から外郭に行くほど大きくなってもよい。言い換えれば、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５の幅は、モジュールフレーム２００の底面中心から外郭に行くほど減ることになる。一例として、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層はモジュールフレーム２００の底面中心に対応する位置で互いに接してもよい。また、第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層はモジュールフレーム２００の底面中心に対応する位置で互いに離隔していてもよい。

これにより、熱伝導性樹脂層３１０は電池セル積層体の中心電池セルに対応する位置で相対的に大きい幅で形成されており、電池セル積層体の外郭電池セルに対応する位置で相対的に小さい幅で形成されていてもよい。即ち、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の下部面で、熱伝導性樹脂層３１０が電池セル積層体の中心電池セルと電池セル積層体の両端部を中心にして形成されていてもよい。

これにより、本実施形態は熱伝導性樹脂層３１０が電池セル積層体の中心電池セルに対する冷却程度を維持しながら、電池セル積層体の外郭電池セルに対する冷却程度をさらに減少させて、電池セル積層体内の冷却偏差がさらに減少できる。また、熱伝導性樹脂層３１０が電池セル積層体の両端部に対する冷却程度を維持しながら、電池セル積層体の外郭電池セルに対する冷却程度を減少させて、電池セル積層体内の冷却偏差がより効率的に減少できる。これにより、本実施形態は外郭電池セルの電圧降下が相対的により弱くなって、外郭電池セルを基準にしてもモジュール使用の面でさらに制限されず、これによるモジュール内電池セル間の非均等退化をさらに防止することができる。また、エネルギー効率もより増加できる。

これと共に、熱伝導性樹脂層３１０は第１熱伝導性樹脂層３１１と第２熱伝導性樹脂層３１５がモジュールフレーム２００の位置によって離隔している距離が大きくなって、熱伝導性樹脂の塗布量をさらに減らすことができ、製造費用がより節減される経済的利点がある。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前述の電池モジュールを含む。一方、本実施形態による電池モジュールは一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。

前述の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できる。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できるが、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す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。

１０：電池モジュール
１１：電池セル
１２：電池セル積層体
２０：モジュールフレーム
３０：下部フレーム
３１：熱伝導性樹脂層
４０：上部プレート
１００：電池モジュール
１１０：電池セル
１２０：電池セル積層体
１３０：バスバーフレーム
１５０：エンドプレート
２００：モジュールフレーム
３１０：熱伝導性樹脂層
３１０：第１熱伝導性樹脂層
３１１：第１熱伝導性樹脂層
３１５：第２熱伝導性樹脂層
４００：上部プレート

Claims

複数の電池セルが積層されている電池セル積層体；および
前記電池セル積層体を収容するモジュールフレームを含み、
前記モジュールフレームの底面に熱伝導性樹脂層が形成されており、
前記熱伝導性樹脂層は、第１熱伝導性樹脂層および第２熱伝導性樹脂層を含み、
前記第１熱伝導性樹脂層は前記電池セル積層体の前面に隣接して形成され、前記第２熱伝導性樹脂層は前記電池セル積層体の後面に隣接して形成され、
前記第１熱伝導性樹脂層の少なくとも一部と前記第２熱伝導性樹脂層の少なくとも一部は互いに離隔している、電池モジュール。
前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は同一の幅で形成されており、前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は互いに離隔している、請求項１に記載の電池モジュール。
前記第１熱伝導性樹脂層および前記第２熱伝導性樹脂層の間に離隔している第１距離は、前記モジュールフレームの底面において位置によって異なる、請求項１に記載の電池モジュール。
前記第１距離は、前記モジュールフレームの底面中心から外郭に行くほど大きくなる、請求項３に記載の電池モジュール。
前記モジュールフレームの前記底面中心に対応する位置に形成された前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は互いに接している、請求項４に記載の電池モジュール。
前記モジュールフレームの前記底面中心に対応する位置に形成された前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は互いに離隔している、請求項４に記載の電池モジュール。
前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は、前記モジュールフレームの長さ方向を基準にして対称的な形状を有する、請求項１～６の何れか一項に記載の電池モジュール。
前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は、前記モジュールフレームの幅方向を基準にして互いに対称的な形状を有する、請求項１～７の何れか一項に記載の電池モジュール。
前記第１熱伝導性樹脂層と前記第２熱伝導性樹脂層は、同一の熱伝導性樹脂物質から構成される、請求項１～８の何れか一項に記載の電池モジュール。
前記モジュールフレームは、前記電池セル積層体の下部および両側面を収容する下部フレームと、前記電池セル積層体の上面を覆う上部プレートを含む、請求項１～９の何れか一項に記載の電池モジュール。
請求項１～１０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。