JP2023531640A - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、バッテリーセルを含むバッテリーセルアセンブリーと、バッテリーセルアセンブリーの一側に備えられ、複数個のバッテリーセルと電気的に接続されたバスバーアセンブリーと、バスバーアセンブリーと所定の距離で離隔して配置され、バッテリーセルアセンブリーを冷却するための冷却ユニットと、バッテリーセルアセンブリーの上部及び下部の少なくとも一方に充填されたポッティングレジンと、を含むことを特徴とする。
Description
本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０２１年０２月０９日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００１８５２０号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
本出願は、２０２１年０２月０９日出願の韓国特許出願第１０－２０２１－００１８５２０号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
製品群に応じた適用性が高く、且つ、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（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数のバッテリーセルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量に応じて複数のバッテリーセルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、上記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、要求される出力電圧または充放電容量に応じて多様に設定可能である。
なお、複数のバッテリーセルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックやバッテリーラックを構成する方法が一般的である。
従来のバッテリーモジュールやバッテリーパックの場合、複数個のバッテリーセルを含むことから、このようなバッテリーセルの冷却性能を改善すると共に、過熱などによる危険状況の発生時、安全性を確保することが重要である。安全性確保の場合、特に、複数個のバッテリーセルのうち特定のバッテリーセルの異常過熱などによる火事状況の発生時、周辺のバッテリーセルへの火炎や熱伝播をより迅速かつ確実に遮断することが重要である。
そこで、冷却性能を向上させ、かつ安全性が確保可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供できる方案が求められる。
本発明は、冷却性能が向上可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを目的とする。
また、本発明は、バッテリーセルの過熱などによる異常状況の発生時、安全性が確保可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することを他の目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、バッテリーモジュールであって、複数個のバッテリーセルを含む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一側に備えられ、前記複数個のバッテリーセルと電気的に接続されるバスバーアセンブリーと、前記バスバーアセンブリーと所定の距離で離隔して配置され、前記バッテリーセルアセンブリーを冷却するための冷却ユニットと、前記バッテリーセルアセンブリーの上部及び下部の少なくとも一方に充填されるポッティングレジンと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
前記バスバーアセンブリーは、前記バッテリーセルアセンブリーの上部に備えられ、前記ポッティングレジンは、前記バスバーアセンブリーをカバーするように充填され得る。
前記冷却ユニットは、前記バッテリーセルアセンブリーの下側に備えられ得る。
前記冷却ユニットは、前記バッテリーセルアセンブリーの積層方向に沿って所定の長さで備えられ、前記バッテリーセルアセンブリーの上部と下部との間に配置され得る。
前記複数個のバッテリーセルの下部には、ガスを排出するためのベント部が備えられ、前記ポッティングレジンは、前記バッテリーセルの下部で前記ベント部をカバーするように充填され得る。
前記ポッティングレジンは、熱伝導性物質を含み得る。
前記ポッティングレジンは、相変化物質を含み得る。
前記ポッティングレジンは、パラフィン物質を含み得る。
前記ポッティングレジンは、難燃剤を含み得る。
なお、本発明は、バッテリーパックであって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、を含むことを特徴とするバッテリーパックを提供する。
また、本発明は、自動車であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。
以上のような多様な実施例によって、冷却性能を高めることができるバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、バッテリーセルの過熱などによる異常状況の発生時、安全性が確保可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車を提供することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張されて示され得る。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
図１を参照すると、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセルアセンブリー１００と、バスバーアセンブリー２００と、冷却ユニット３００と、ポッティングレジン４００と、を含み得る。
前記バッテリーセルアセンブリー１００は、複数個のバッテリーセル１５０を含み得る。
前記複数個のバッテリーセル１５０は、二次電池であって、円筒型二次電池、パウチ型二次電池または角形二次電池として備えられ得る。以下、本実施例では、前記複数個のバッテリーセル１５０が円筒型二次電池として備えられることに限定して説明する。
前記バスバーアセンブリー２００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の一側に備えられ、前記複数個のバッテリーセル１５０と電気的に接続され得る。具体的には、前記バスバーアセンブリー２００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の上部に備えられ、ワイヤボンディングまたはレーザー溶接などによって前記バッテリーセル１５０と電気的に接続され得る。
前記冷却ユニット３００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００を冷却するためのものであって、前記バスバーアセンブリー２００と所定の距離で離隔して配置され得る。具体的には、前記冷却ユニット３００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の下部に備えられ、内部に冷却水などの流動のための冷却流路３５０が備えられ得る。即ち、前記冷却ユニット３００は、ボトムクーリング構造であり得る。
前記ポッティングレジン４００は熱伝導性物質であって、前記バッテリーセルアセンブリー１００の冷却性能を高め、前記バッテリーセルアセンブリー１００をより堅固に支持できるように前記バッテリーセルアセンブリー１００の上部と下部の少なくとも一方に充填されるように備えられ得る。
このような前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の上部で前記バスバーアセンブリー２００をカバーするように充填され得る。前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーモジュール１０で相対的に高い温度分布を有する前記バスバーアセンブリー２００の周辺領域をカバーするので、前記バッテリーセル１５０の冷却性能を効果的に高めることができる。
前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００のバッテリーセル１５０の間にも充填され得る。具体的には、前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の上部で、前記バスバーアセンブリー２００をカバーしながら前記バッテリーセル１５０の間に充填され得る。ここで、前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーモジュール１０の上下方向において断絶することなく連続的に充填され得る。
前記ポッティングレジン４００は、冷却及び接着性能の高いシリコーンレジンまたはウレタンレジンを含み得る。これは、例示であるだけであり、前記ポッティングレジン４００は、冷却及び接着性能の高いアクリルレジン、エポキシレジンなど、その他のレジン物質で備えられ得る。
前記ポッティングレジン４００は、相変化物質（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ）を含み得る。これは、前記ポッティングレジン４００の冷却性能をより向上させるためであり、前記バッテリーセル１５０の熱エネルギーを相変化によってより低めるためである。例えば、前記ポッティングレジン４００は、パラフィン物質を含み得る。このような前記パラフィン物質は、３３℃～４６℃の温度で相変化が発生して吸熱反応することによって、前記バッテリーセル１５０の冷却性能を効果的に高め得る。前記パラフィン物質は、前記ポッティングレジン４００の注入時、注液性能がより高くなるようにアクリルコーティングなどでカプセル化して適用可能である。
前記ポッティングレジン４００は、難燃材を含み得る。前記難燃材は、セラミック系の難燃材であって、前記ポッティングレジン４００に添加され得る。例えば、前記水酸化アルミニウムとして備えられ得る。
これによって、前記ポッティングレジン４００は、シリコーンレジンやウレタンレジンなどのレジン物質、相変化物質であるパラフィン物質及び水酸化アルミニウムなどの難燃材などを含む複合レジンで備えられることで、前記バッテリーセル１５０の冷却性能を大幅に向上させると共に、前記バッテリーセル１５０に異常状況が発生したとき、周辺への熱伝達などをより効果的に遮断できる。
一方、前記バッテリーモジュール１０は、上部フレーム５００と、下部フレーム５５０と、接着部材６００と、絶縁部材６５０と、をさらに含み得る。
前記上部フレーム５００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の上部に配置され、前記バッテリーセルアセンブリー１００の上端部を支持し得る。このような前記上部フレーム５００には、前記ポッティングレジン４００の注入及び前記バッテリーセル１５０と前記バスバーアセンブリー２００の電気的接続をガイドするように少なくとも一つの開口が備えられ得る。
前記下部フレーム５５０は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の下側に配置され、前記バッテリーセルアセンブリー１００の下端部を支持し得る。このような前記下部フレーム５５０には、前記バッテリーセルアセンブリー１００のバッテリーセル１５０の下端部が挿入され得る。
このような前記下部フレーム５５０は射出フレームで設けられ得る。一方、前記下部フレーム５５０は、冷却効果を向上させ得るメタル素材で設けられることが可能である。例えば、前記下部フレーム５５０は、アルミニウム材質で設けられ得る。
前記接着部材６００は、前記下部フレーム５５０及び前記上部フレーム５００に備えられ、前記バッテリーセルアセンブリー１００の前記バッテリーセル１５０を前記下部フレーム５５０及び前記上部フレーム５００にさらに堅固に固定させ得る。
前記接着部材６００は、前記バッテリーセル１５０の冷却性能を向上させるように熱伝導性接着剤として備えられ、前記ポッティングレジン４００のような複合レジンなどで備えられ得る。
前記絶縁部材６５０は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の前記バッテリーセル１５０の絶縁のためのものであって、前記冷却ユニット３００と前記接着部材６００との間に配置され得る。
このように、本実施例による前記バッテリーモジュール１０は、相変化物質及び難燃剤を含む前記ポッティングレジン４００によって、前記バッテリーセルアセンブリー１００の前記バッテリーセル１５０の均一な熱分散をガイドすることで、前記バッテリーセル１５０の冷却性能を大幅に向上させることができる。
また、本実施例による前記バッテリーモジュール１０は、前記難燃剤を含むポッティングレジン４００によって、前記バッテリーセル１５０の少なくとも一つに異常状況による過熱や火事状況が発生したとき、隣接するバッテリーセル１５０側への直接的な火炎などの伝播を遮断して連鎖発火につながる問題を効果的に防止することができる。
即ち、本実施例による前記バッテリーモジュール１０は、前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーセル１５０の過熱などのような異常状況の発生時、連鎖発火などによる熱暴走による爆発などを防止し、前記バッテリーモジュール１０の安全性を確保できる。
また、本実施例による前記バッテリーモジュール１０は、前記ポッティングレジン４００が前記バッテリーセルアセンブリー１００の前記バッテリーセル１５０の間に満たされるように充填されるため、前記バッテリーセルアセンブリー１００の剛性を補強すると共に、別のサイドフレームのような部材を加えることなく前記ポッティングレジン４００によって前記バッテリーモジュール１０のモジュールケースを形成し得る。
したがって、本実施例による前記バッテリーモジュール１０は、前記ポッティングレジン４００によって、前記バッテリーモジュール１０の製造工程の効率を高めると共に、価格競争力の面で製造コストを大幅に低めることができる。
図２は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
図２は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
本実施例によるバッテリーモジュール２０は、前述した実施例による前記バッテリーモジュール１０と類似であるので、前述した実施例と実質的に同一または類似の構成については重複する説明を省略し、以下、前述した実施例との差異を中心にして説明する。
図２を参照すると、前記バッテリーモジュール２０は、複数個のバッテリーセル１５０を含むバッテリーセルアセンブリー１００と、バスバーアセンブリー２００と、ポッティングレジン４００と、上部フレーム５００と、下部フレーム５５０と、接着部材６００と、冷却ユニット７００と、を含み得る。
前記バッテリーセルアセンブリー１００、前記バスバーアセンブリー２００、前記ポッティングレジン４００、前記上部フレーム５００、前記下部フレーム５５０、及び前記接着部材６００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
前記冷却ユニット７００は、前記バッテリーセルアセンブリー１００の積層方向に沿って所定の長さで備えられ、前記バッテリーセルアセンブリー１００の上部と下部との間に配置され得る。このような前記冷却ユニット７００には、前記積層方向に沿って所定の長さに形成され、冷却水などの冷却剤の流動のための少なくとも一つの冷却流路７５０が備えられ得る。即ち、前記冷却ユニット７００は、サイドクーリング構造であり得る。
このように、本実施例による前記ポッティングレジン４００は、サイドクーリング構造の冷却方式にも適用可能である。即ち、本実施例によるサイドクーリング構造のバッテリーモジュール２０においても、前記ポッティングレジン４００によって、前述した実施例と同様の冷却性能の向上、連鎖発火防止のような安全性の確保、製造効率の向上及び製造コストの節減などの著しい効果を具現することができる。
図３及び図４は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
本実施例によるバッテリーモジュール３０は、前述した実施例による前記バッテリーモジュール１０、２０と類似であるので、前述した実施例と実質的に同一または類似の構成については重複する説明を省略し、以下、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図３及び図４を参照すると、前記バッテリーモジュール３０は、バッテリーセルアセンブリー１００と、バスバーアセンブリー２００と、ポッティングレジン４００と、上部フレーム５００と、下部フレーム５５０と、接着部材６００と、冷却ユニット７００と、を含み得る。
前記バッテリーセルアセンブリー１００は、複数個のバッテリーセル１６０を含み得る。
前記複数個のバッテリーセル１６０の下部には、ガスや火炎Ｆなどを排出するためのベント部１６５が備えられ得る。このような前記ベント部１６５は、前記バッテリーセル１６０の下端部で周辺領域よりも薄い厚さに形成され得る。これは、前記バッテリーセル１６０に異常状況が発生して内部電圧が一定の水準以上に増加すると、破断されることで前記バッテリーセル１６０の外へ前記ガスや火炎Ｆをより容易に排出するためである。
前記ベント部１６５は、所定の大きさの開口またはノッチ形状で備えられ得る。また、前記ベント部１６５は、前記所定の大きさの開口に一定の水準以上の圧力で破断されるフィルムなどをさらに加える構造に形成されることも可能である。
一方、前記ベント部は、前記バッテリーセル１６０の下端部ではなく、上端部、即ち、前記バッテリーセル１６０の上部に設けられ得る。言い換えれば、前記ベント部は、前記バッテリーセル１６０の上部で破断され、前記バッテリーセル１６０の上方の外部へ前記ガスや火炎Ｆを排出する構造で設けられ得る。即ち、前記ベント部は、前記バッテリーセル１６０の下部及び上部の少なくとも一方、または両方から前記ガスや火炎Ｆを排出できるように破断される構造で設けられ得る。
前記バスバーアセンブリー２００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーセル１６０の間に充填され得る。また、前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーセル１６０の下部で前記ベント部１６５をカバーするように充填され得る。
前記上部フレーム５００、前記下部フレーム５５０、前記接着部材６００、及び前記冷却ユニット７００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
本実施例の場合、前記ベント部１６５が前記バッテリーモジュール３０の下部に配置されることによって、前記バッテリーセル１６０の異常状況による過熱や火事の発生時、内部ガスや火炎Ｆなどが前記バッテリーモジュール３０の上部ではなく前記バッテリーモジュール３０の下部へ排出され得る。例えば、前記バッテリーモジュール３０が自動車などに備えられる場合、通常、前記バッテリーモジュール３０の上部に運転者などの搭乗者が位置するので、前記バッテリーモジュール３０の下部へガスや火炎Ｆなどを誘導することで、前記運転者などの搭乗者の安全を最大限に確保可能である。
また、本実施例の場合、前記バッテリーセル１６０の異常状況による過熱や火事の発生時、内部ガスや火炎Ｆなどを前記ベント部１６５によって前記バッテリーモジュール３０の下方へ案内するので、異常状況が発生したバッテリーセル１６０と隣接するバッテリーセル１６０側へのガスや火炎Ｆなどの伝達による連鎖発火の危険を大幅に防止することができる。
また、本実施例の場合、前記バッテリーセル１６０の前記ベント部１６５の下部に前記ポッティングレジン４００が充填されているため、異常状況が発生してベント部１６５が開口されたバッテリーセル１６０と隣接するバッテリーセル１６０側への火炎Ｆなどの伝播を効果的に防止可能である。
一方、本実施例の場合、前記火炎Ｆなどの発生時、前記火炎Ｆなどが、前記異常状況が発生したバッテリーセル１６０の周辺の隣接するバッテリーセル１６０側へ伝播される前に、前記バッテリーモジュール３０の外へより迅速に抜け出るように前記下部フレーム５５０が前記火炎Ｆなどによって割れやすい材質で設けられ得る。
図５は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
本実施例によるバッテリーモジュール４０は、前述した実施例による前記バッテリーモジュール１０、２０、３０と類似であるので、前述した実施例と実質的に同一または類似の構成については重複する説明を省略し、以下、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図５を参照すると、前記バッテリーモジュール４０は、複数個のバッテリーセル１５０を含むバッテリーセルアセンブリー１００と、バスバーアセンブリー２００と、ポッティングレジン４００と、上部フレーム５００と、下部フレーム５５０と、サイドフレーム５７０と、接着部材６００と、冷却ユニット８００と、絶縁チューブ８５０と、を含み得る。
前記バッテリーセルアセンブリー１００及び前記バスバーアセンブリー２００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
前記ポッティングレジン４００は、前記上部フレーム５００の上側で、前記バスバーアセンブリー２００をカバーできるように前記バッテリーセルアセンブリー１００の上部に充填され得る。
前記上部フレーム５００及び前記下部フレーム５５０は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
前記サイドフレーム５７０は、前記上部フレーム５００及び前記下部フレーム５５０と結合し、前記上部フレーム５００及び前記下部フレーム５５０と共に前記バッテリーセルアセンブリー１００のバッテリーセル１５０を内部にパッケージングし得る。
前記接着部材６００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
前記冷却ユニット８００は、冷却剤（冷却ユニット）８００として備えられ得、前記上部フレーム５００、前記下部フレーム５５０、及び前記サイドフレーム５７０内で、前記バッテリーセル１５０の間に満たされ得る。このような前記冷却剤（冷却ユニット）８００は、冷却水または絶縁油などとして備えられ得る。即ち、本実施例の場合、前記冷却剤（冷却ユニット）８００による直接水冷式構造のバッテリーモジュール４０であり得る。
前記絶縁チューブ８５０は、前記複数個のバッテリーセル１５０の絶縁のためのものであって、前記複数個のバッテリーセル１５０の外周面をカバーし得る。これによって、前記絶縁チューブ８５０は、前記複数個のバッテリーセル１５０の個数に対応するように複数個が備えられ得る。前記複数個の絶縁チューブ８５０は、収縮チューブとして備えられ得る。
本実施例の場合、前記バッテリーセルアセンブリー１００の前記バッテリーセル１５０の間の空間の場合、前記冷却剤（冷却ユニット）８００による直接冷却方式で冷却し、前記バスバーアセンブリー２００が配置される前記バッテリーモジュール４０の上部の場合、前記ポッティングレジン４００によって熱分散をガイドしながら前記バスバーアセンブリー２００の周辺領域を冷却し得る。
このように、本実施例の場合、前記ポッティングレジン４００によって、直接水冷式構造のバッテリーモジュール４０においても、前記バッテリーモジュール４０の冷却性能を大幅に向上させることができる。また、本実施例のバッテリーモジュール４０も、前記ポッティングレジン４００によって、前述した実施例のように、連鎖発火の防止のような安全性の確保、製造効率の向上及び製造コストの節減などの顕著な効果が具現可能であることは勿論である。
図６及び図７は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。
本実施例によるバッテリーモジュール５０は、前述した実施例による前記バッテリーモジュール１０、２０、３０、４０と類似であるので、前述した実施例と実質的に同一または類似の構成については重複する説明を省略し、以下、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図６及び図７を参照すると、前記バッテリーモジュール５０は、バッテリーセルアセンブリー１００と、バスバーアセンブリー２００と、ポッティングレジン４００と、上部フレーム５００と、下部フレーム５５０と、サイドフレーム５７０と、接着部材６００と、冷却ユニット８００と、絶縁チューブ８５０と、を含み得る。
前記バッテリーセルアセンブリー１００は、複数個のバッテリーセル１６０を含み得る。このような前記複数個のバッテリーセル１６０の下側には、ベント部１６５が備えられ得る。
前記バスバーアセンブリー２００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
前記ポッティングレジン４００は、前記バッテリーセル１６０のガスベント部（ベント部）１６５をカバーできるように前記バッテリーセルアセンブリー１００の下側をカバーするように充填され得る。
前記上部フレーム５００、下部フレーム５５０、サイドフレーム５７０、接着部材６００、冷却ユニット８００、及び絶縁チューブ８５０は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
本実施例の場合、前記ポッティングレジン４００によって、前述したバッテリーモジュール３０のように、前記バッテリーモジュール５０の下部へガスや火炎Ｆなどを案内して、前述したバッテリーモジュール３０と同様に連鎖発火の防止などのような顕著な効果を具現できる。即ち、本実施例のような直接水冷式構造のバッテリーモジュール５０においても、前記ポッティングレジン４００によって、前述した実施例の前記バッテリーモジュール３０で前記ポッティングレジン４００によって具現する顕著な効果を同様に提供可能である。
図８は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。
図８を参照すると、バッテリーパック１は、前述した実施例の少なくとも一つの前記バッテリーモジュール１０と、前記バッテリーモジュール１０をパッケージングするパックケース７０と、ＰＣＭレジン７５と、を含み得る。
前記バッテリーモジュール１０は、複数個が備えられ得る。ここで、前記バッテリーモジュールは、前述した他の実施例のバッテリーモジュール２０、３０、４０、５０として備えられることも可能であり、これらの組立体として備えられることも可能である。また、前記バッテリーモジュールは、前述した実施例の外に他のバッテリーモジュールとして備えられることも可能である。また、前記バッテリーモジュールは、別のケース構造なく複数個のバッテリーセルの組合体として、前記パックケース７０に直接取り付けられる構造で備えられ得る。
一方、前記パックケース７０を備えず、少なくとも一つのバッテリーモジュールのみでバッテリーパックを構成することも可能である。言い換えれば、前記バッテリーモジュールが従来のバッテリーパックの代わりに備えられ得る。即ち、バッテリーセルで従来のようなバッテリーモジュールを構成せず、バッテリーセルをバッテリーパックとして直接構成することも可能である。
前記ＰＣＭレジン７５は、前記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０をカバーするように充填され得る。前記ＰＣＭレジン７５は、前述した実施例の前記ポッティングレジン４００と同じポッティングレジンで備えられ得る。
本実施例による前記バッテリーパック１は、前記ＰＣＭレジン７５が前記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０をカバーするので、前記バッテリーパック１の冷却性能及び安全性をさらに確保できる。
図９は、本発明の一実施例によるポッティングレジンが充填されたバッテリーパックとポッティングレジンが充填されていない従来のバッテリーパックとの冷却性能の差を説明するための放電テストによる結果を示したグラフである。
図９を参照すると、前記グラフにおいて、横軸は時間を意味し、縦軸は温度を意味する。前記グラフにおいて、一点鎖線は、予め設定された安全範囲によって予め設定された時間及びそれによる温度軸を意味し得る。
前記冷却性能の差を検討するための具体的な放電テストの条件は、下記のようである。
先ず、放電に関わり、マックスロード（Ｍａｘ Ｌｏａｄ）は８４Ａ（３Ｃ）であり、カットオフ（ｃｕｔ ｏｆｆ）電流は０．５８２Ａ（０．０２Ｃ）であり、カットオフ電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｕｔ ｏｆｆ）は４２Ｖ（バッテリーセルを基準にして４．１５Ｖ～３．０Ｖ）であり得る。また、外部断熱条件において、バッテリーパックの周辺温度は２５℃に設定され、危険温度は温度診断ユニットによって約９０℃に設定され得る。一方、ポッティングレジンが充填されたバッテリーパックＰＰにおいて、前記ポッティングレジンは、前述した実施例のＰＣＭレジンであり得る。
前記テスト結果、前記ポッティングレジンが充填されたバッテリーパックＰＰとポッティングレジンが充填されていない従来のバッテリーパックＮＰとの冷却性能の差は、約１３．２℃の範囲であり得る。具体的には、前記ポッティングレジンが充填されたバッテリーパックＰＰが前記ポッティングレジンが充填されていないバッテリーパックＮＰよりも最高温度の範囲で約１３．２℃の範囲で低いことが分かる。
前記ポッティングレジンが充填されていないバッテリーパックＮＰの場合、最高温度が危険温度である９０℃を上回るのに対し、本発明の前記ポッティングレジンが充填されたバッテリーパックＰＰの場合、最高温度で危険温度である９０℃よりも遥かに低い温度範囲を有する。
また、本発明の前記ポッティングレジンが充填されたバッテリーパックＰＰの場合、点線で示された予め設定された安全範囲（例えば、約７５８秒まで連続放電時、７０℃を越さない温度）においても、約６６．７℃の温度範囲を有することから、前記ポッティングレジンが充填されていないバッテリーパックＮＰよりも高い安全性が確保可能である。
図１０は、従来のポッティングレジンが充填されていないバッテリーパックの釘刺し試験結果を示したグラフであり、図１１は、本発明の一実施例によるポッティングレジンが充填されたバッテリーパックの釘刺し試験結果を示したグラフである。
図１０及び図１１を参照すると、釘刺し試験は、バッテリーパックの連鎖発火危険をテストするための試験を意味し得る。前記グラフにおいて、横軸は時間を意味し、縦軸は温度を意味する。
従来のポッティングレジンが充填されていないバッテリーパックＮＰの場合、釘刺し試験時、１００秒辺りで最高温度が１，３００℃を上回り得る。通常、最高温度が１，０００℃以上である場合、連鎖発火が起こる。一方、本発明のポッティングレジンが充填されたバッテリーパックＰＰの場合、釘刺し試験時、最高温度が約６００℃範囲であることから、連鎖発火の危険がない。
以上のように、本実施例による前記ポッティングレジンが充填されたバッテリーパックＰＰは、前記ポッティングレジンが充填されていないバッテリーパックＮＰと比較して冷却性能を顕著に改善すると共に、貫通などによる危険状況の発生時に起こり得る連鎖発火の危険も効果的に防止することができる。
図１２は、本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。
図１２を参照すると、自動車Ｖは、電気自動車またはハイブリッド自動車として備えられ、前述した実施例の少なくとも一つのバッテリーパック１及びこのような少なくとも一つのバッテリーパック１をカバーするように充填されるＰＣＭレジンＲを含み得る。
前記バッテリーパック１は、要求される設計容量などに応じて、複数個が備えられ得る。前記バッテリーパック１は、別のパックフレームが取り付けられた後、前記自動車Ｖに取り付けられるか、または前記自動車Ｖのシャーシーに直接的に取り付けられ得る。
前記ＰＣＭレジンＲは、前記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０をカバーするように充填され得る。前記ＰＣＭレジンＲは、前述した実施例の前記ＰＣＭレジン７５のような前記ポッティングレジン４００として備えられ得る。
本実施例による前記自動車Ｖは、前記ＰＣＭレジンＲが前記少なくとも一つのバッテリーパック１をカバーするため、前記自動車Ｖの冷却性能及び安全性をさらに確保することができる。
以上のような多様な実施例によって、冷却性能を向上させることができるバッテリーモジュール１０、２０、３０、４０、５０、それを含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、バッテリーセルの過熱などによる異常状況の発生時に安全性が確保可能なバッテリーモジュール１０、２０、３０、４０、５０、それを含むバッテリーパック１及び自動車Ｖを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、だれでも多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は特許請求の範囲内に含まれる。
１０、２０、３０、４０、５０ バッテリーモジュール
１００ バッテリーセルアセンブリー
２００ バスバーアセンブリー
３００、７００、８００ 冷却ユニット
４００ ポッティングレジン
１００ バッテリーセルアセンブリー
２００ バスバーアセンブリー
３００、７００、８００ 冷却ユニット
４００ ポッティングレジン
Claims (11)
- バッテリーモジュールであって、
複数個のバッテリーセルを含む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一側に備えられ、前記複数個のバッテリーセルと電気的に接続されたバスバーアセンブリーと、
前記バスバーアセンブリーと所定の距離で離隔して配置され、前記バッテリーセルアセンブリーを冷却するための冷却ユニットと、
前記バッテリーセルアセンブリーの上部及び下部の少なくとも一方に充填されたポッティングレジンと、
を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。 - 前記バスバーアセンブリーが、前記バッテリーセルアセンブリーの上部に備えられ、
前記ポッティングレジンが、前記バスバーアセンブリーをカバーするように充填されてい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。 - 前記冷却ユニットが、前記バッテリーセルアセンブリーの下側に備えられることを特徴とする、請求項１または２に記載のバッテリーモジュール。
- 前記冷却ユニットが、前記バッテリーセルアセンブリーの積層方向に沿って所定の長さで備えられ、前記バッテリーセルアセンブリーの上部と下部との間に配置されてい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。
- 前記複数個のバッテリーセルの下部には、ガスを排出するためのベント部が備えられ、
前記ポッティングレジンは、前記バッテリーセルの下部で前記ベント部をカバーするように充填されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記ポッティングレジンが、熱伝導性物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
- 前記ポッティングレジンが、相変化物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
- 前記ポッティングレジンが、パラフィン物質を含むことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーモジュール。
- 前記ポッティングレジンが、難燃剤を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
- 一つの請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールと、
前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、
を含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーパック。 - 請求項１０に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含むことを特徴とする、自動車。
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