JP2023535947A - 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

本発明の一実施形態による電池モジュールは、電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体；前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面と後面をそれぞれ覆う第１センシングブロックと第２センシングブロック；および前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロック、および前記電池セル積層体の両側面をカバーする弾性部材を含む。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年１月１１日付韓国特許出願第１０－２０２１－０００３１７７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、冷却性能が向上し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。
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することができる。
小型機器に用いられる二次電池の場合、二つ～三つ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、複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複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する。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足しなければならない。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足させなければならない。第２に、電気的連結のためのＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結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）連結が要求される。最後に、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。
冷却システムに関連して、二次電池は、適正温度より高まる場合、二次電池の性能が低下することがあり、激しい場合、爆発や発火の危険もある。特に、複数の二次電池、即ち、電池セルを備えた電池モジュールや電池パックは、狭い空間で複数の電池セルから出る熱が合算されて温度がさらに速くてひどく上がることがある。言い換えれば、複数の電池セルが積層された電池モジュールとこのような電池モジュールが装着された電池パックの場合、高い出力を得ることができるが、充電および放電時、電池セルから発生する熱を除去することが容易でない。電池セルの放熱が適切に行われない場合、電池セルの劣化が速くなりながら寿命が短くなり、爆発や発火の可能性が大きくなる。さらに、車両用電池パックに含まれる電池モジュールの場合、直射光線に頻繁に露出され、夏季や砂漠地域のような高温条件に置かれることがある。
本発明が解決しようとする課題は、冷却性能および熱伝達性能が向上し、ＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結とＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結を案内することができるセンシングブロックが設けられた新規な構造の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。
しかし、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モジュールは、電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体；前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面と後面をそれぞれ覆う第１センシングブロックと第２センシングブロック；および前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロック、および前記電池セル積層体の両側面をカバーする弾性部材を含む。
前記弾性部材は、前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロック、および前記電池セル積層体の前記両側面に沿って連続的につながってもよい。
前記電池セル積層体の上面と下面が露出されてもよい。
前記電池モジュールは、前記電池セル積層体の前記両側面と前記弾性部材との間に位置する側面パッドをさらに含むことができる。
前記電極リードは、前記電池セルから互いに対向する方向に突出した第１電極リードおよび第２電極リードを含むことができる。
前記電池セル積層体の前記前面および前記後面で、前記電極リードのうちの少なくとも２つの電極リード同士が連結されて電極リード接合体を形成することができる。
前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックのうちの少なくとも一つにＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体を配置することができ、前記ＬＶセンシング組立体が前記電極リード接合体と連結できる。
前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックにスリットを形成することができ、前記電極リードは、前記スリットを通過し曲げられて、前記電極リード接合体を形成することができる。
前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックは前記電池モジュールの運搬のためのハンドリング部を含むことができ、前記ハンドリング部に貫通口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パックは、前記電池モジュール；前記電池モジュールを収納するパックフレーム；および前記電池モジュールと前記パックフレームの底部との間に位置する熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）層を含む。前記弾性部材は下部が開放されて、前記電池セル積層体の下面が露出される。
前記電池セル積層体の前記下面は前記熱伝導性樹脂層と接触可能である。
本発明の実施形態によれば、電池セル積層体の下面を露出させる構造で、熱伝達経路を単純化して冷却性能を向上させることができる。
また、弾性部材が電池セル積層体を囲みながら連続的につながる構造を形成して、電池セルのスウェリングを抑制することができ、電池セルの積層方向での電池モジュールの変形を防止することができる。
また、ＨＶ（Ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ）連結とＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）連結を案内し、電池セルを保護することができるセンシングブロックが前記弾性部材によって固定できる。
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モジュールを示した斜視図である。 図１の電池モジュールに対する分解斜視図である。 図２の電池モジュールに含まれている電池セルを示した斜視図である。 図１の電池モジュールの前面部分を拡大して示した部分斜視図である。 図４の電池モジュールの前面部分を正面から見た図である。 図２の電池モジュールに含まれている電池セル積層体と冷却ピンを示した斜視図である。 本発明の比較例による電池モジュールを示した斜視図である。 図７の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示した断面図である。 本発明の他の一実施形態による電池モジュールの前面部分を拡大して示した部分斜視図である。 本発明の一実施形態による電池パックを示した分解斜視図である。 図１０の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示した断面図である。
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することができ、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ない。図面において様々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”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”あるというの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モジュールを示した斜視図である。図２は、図１の電池モジュールに対する分解斜視図である。図３は、図２の電池モジュールに含まれている電池セルを示した斜視図である。
図１～図３を参照すれば、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、第１および第２電極リード１１１、１１２を含む複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体２００；第１および第２電極リード１１１、１１２が突出した電池セル積層体２００の前面と後面をそれぞれ覆う第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０；および第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０、および電池セル積層体２００の両側面をカバーする弾性部材７００を含む。ここで、前面は電池セル積層体２００のｙ軸方向の面を意味し、後面は電池セル積層体２００の－ｙ軸方向の面を意味し、両側面はそれぞれ電池セル積層体２００のｘ軸および－ｘ軸方向の面を意味する。また、下面は電池セル積層体２００の－ｚ軸方向の面を意味し、上面は電池セル積層体２００のｚ軸方向の面を意味する。但し、これは説明の便宜のために称した面であり、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変化可能である。前述のとおり、電池セル積層体２００の前面および後面は、電池セル１１０の突出した第１および第２電極リード１１１、１１２が位置した面であってもよい。
まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであるのが好ましく、長方形のシート型構造に形成することができる。本実施形態による電池セル１１０の電極リードは、突出した第１および第２電極リード１１１、１１２を含む。具体的に、本実施形態による電池セル１１０は、第１および第２電極リード１１１、１１２がセル本体１１３を基準にして互いに対向して一端部１１４ａと他端部１１４ｂからそれぞれ突出している構造を有する。より詳しくは、第１および第２電極リード１１１、１１２は電極組立体（図示せず）と連結され、前記電極組立体（図示せず）から電池セル１１０の外部に突出する。第１および第２電極リード１１１、１１２は互いに異なる極性であって、一例として、そのうちの一つは正極リード１１１であってもよく、他の一つは負極リード１１２であってもよい。即ち、一つの電池セル１１０を基準にして正極リード１１１と負極リード１１２が互いに対向する方向に突出することになる。
一方、電池セル１１０は、セルケース１１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態でセルケース１１４の一端部１１４ａおよび他端部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することができる。言い換えれば、本実施形態による電池セル１１０は総３ケ所のシーリング部を有し、シーリング部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からなり得る。セルケース１１４は樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなり得る。
このような電池セル１１０は複数個から構成でき、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２００を形成する。特に、図１および図２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を積層することができる。これにより、第１電極リード１１１および第２電極リード１１２はそれぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出することになる。即ち、第１電極リード１１１および第２電極リード１１２は、電池セル積層体２００の前記前面および前記後面に配置することができる。
以下では、図４および図５などを参照して本実施形態による第１センシングブロックと第２センシングブロックについて詳しく説明する。
図４は、図１の電池モジュールの前面部分を拡大して示した部分斜視図である。図５は、図４の電池モジュールの前面部分を正面から見た図である。但し、図４および図５は、説明の便宜のために図１の弾性部材７００が省略された様子を示した。
図２～図５を共に参照すれば、第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は、第１および第２電極リード１１１、１１２が突出した電池セル積層体２００の前面と後面をそれぞれ覆う。より具体的に、第１センシングブロック４１０は電池セル積層体２００の前記前面と弾性部材７００との間に配置することができ、第２センシングブロック４２０は電池セル積層体２００の前記後面と弾性部材７００との間に配置することができる。弾性部材７００については後述するようにする。
このような第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は電気的絶縁を帯びる素材を含むことができ、一例として、プラスチック素材、高分子素材または複合素材を含むことができる。また、第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は一種のバスケット形態を有し、電池セル積層体２００の前記前面および前記後面をそれぞれ覆うように構成できる。
以下では、説明の反復を避けるために図４と図５に示された第１センシングブロック４１０を基準にして説明するが、第２センシングブロック４２０にも同一乃至類似の構造を適用することができる。
前述のとおり、第１および第２電極リード１１１、１１２が電池セル積層体２００の前記前面と前記後面に配置されてもよい。第１センシングブロック４１０にはスリット４１０Ｓを形成することができ、第１センシングブロック４１０が配置される時、第１および第２電極リード１１１、１１２がこのようなスリット４１０Ｓを通過することができる。その次に、少なくとも２つの電極リード１１１、１１２同士が曲げられ接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成することができる。具体的に、隣接した電池セル１１０に対して同じ方向に突出した第１および第２電極リード１１１、１１２がその第１および第２電極リード１１１、１１２の突出方向と垂直な方向に曲げられ、互いに接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成することができる。これにより、電極リード接合体１１０Ｌの一面は、電池セル１１０から第１および第２電極リード１１１、１１２が突出する方向（ｙ軸方向）と垂直であってもよい。この時、互いに同じ極性の電極リード同士が接合されてもよく、互いに異なる極性の電極リード同士が接合されてもよい。言い換えれば、電池セル１１０間の並列連結を実現するために互いに同じ極性の電極リード同士を接合することができ、また電池セル１１０間の直列連結を実現するために互いに異なる極性の電極リード同士を接合することができる。これは電池モジュールの設計によって変化可能である。
一方、電池セル積層体２００の外側に位置した電池セル１１０の第１および第２電極リード１１１、１１２は端子バスバー５００と連結できる。従来の電池モジュールがバスバーを通じて電極リードを互いに連結したことと異なり、本実施形態による第１および第２電極リード１１１、１１２は互いに直接接合され、そのうちの一部が端子バスバー５００と連結されることによって、ＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）連結を形成することができる。ここで、ＨＶ連結は電力を供給するための電源役割の連結であって、電池セル間の連結や電池モジュール間の連結を意味する。従来の電池モジュールがバスバーを通じて電極リードを互いに連結したことと異なり、本実施形態による第１および第２電極リード１１１、１１２同士が互いに直接接合され、そのうちの一部が端子バスバー５００と連結されることによって、ＨＶ連結を形成することができる。したがって、本実施形態によるＨＶ連結構造で、バスバーおよびバスバーが装着されるバスバーフレームは除去できる。
一方、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セルの電圧情報伝達のためのＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体９００を含むことができる。ＬＶセンシング組立体９００は、第１センシングブロック４１０および第２センシングブロック４２０のうちの少なくとも一つに配置することができる。具体的には、第１センシングブロック４１０中の電池セル積層体２００と対向する面の反対面にＬＶセンシング組立体９００を配置することができる。同様に、具体的に図示していないが、場合によって、第２センシングブロック４２０中の電池セル積層体２００と対向する面の反対面にＬＶセンシング組立体９００を配置することができる。
ＬＶセンシング組立体９００はＬＶ（Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ）連結のためのものであって、ここでＬＶ連結は電池セルの電圧を感知して制御するためのセンシング連結を意味する。ＬＶセンシング組立体９００を通じて電池セル１１０の電圧情報と温度情報を外部ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達することができる。このようなＬＶセンシング組立体９００は、電極リード接合体１１０Ｌと連結できる。
このようなＬＶセンシング組立体９００は、ＬＶコネクタ９１０、ＬＶコネクタ９１０と第１および第２電極リード１１１、１１２を連結する連結部材９２０、および連結部材９２０の一端に位置して第１および第２電極リード１１１、１１２に接合される接合プレート９３０を含むことができる。
ＬＶコネクタ９１０は、複数の電池セル１１０を制御するために外部の制御装置と信号を送受信するように構成することができる。連結部材９２０は、軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）または軟性平板ケーブル（ＦＦＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）であってもよい。複数の電池セル１１０から測定された電圧および温度情報が、連結部材９２０とＬＶコネクタ９１０を通じて外部のＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｍａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）に伝達できる。即ち、ＬＶコネクタ９１０と連結部材９２０を含むＬＶセンシング組立体９００は、各電池セル１１０の過電圧、過電流、過発熱などの現象を検出し、制御することができる。接合プレート９３０は連結部材９２０の一端に位置し、電気伝導性を有する金属素材から構成できる。このような接合プレート９３０を第１および第２電極リード１１１、１１２に接合することによって、連結部材９２０と第１電極リード１１１を電気的、物理的に連結することができる。具体的に、接合プレート９３０の一側は連結部材９２０を貫通した後、曲げられることによって連結部材９２０と結合され、接合プレート９３０の他側は板状形態に構成されて第１および第２電極リード１１１、１１２と接合、特に溶接接合できる。
一方、前述のとおり、電池セル１１０はｘ軸方向に沿って積層されて電池セル積層体２００を形成することができ、これにより、第１および第２電極リード１１１、１１２はそれぞれｙ軸方向と－ｙ軸方向に突出することになる。この時、前述のとおり、少なくとも２つの電極リード１１１、１１２同士が曲げられ接合されて電極リード接合体１１０Ｌを形成することができる。このような電極リード接合体１１０ＬにＬＶセンシング組立体９００の接合プレート９３０が直接接合されて、ＬＶセンシング組立体９００と第１および第２電極リード１１１、１１２が互いに連結できる。本実施形態による電池モジュール１００はＨＶ連結とＬＶ連結がそれぞれ行われず一度に行われるので、生産性向上を期待することができ、バスバーフレームなどの構成を除去することができてよりコンパクトな構成の電池モジュール１００を製造することができるという長所を有する。
本実施形態による第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０は電池モジュール１００のＨＶ連結およびＬＶ連結を案内すると同時に、所定の強度を備えていて電池セル１１０を保護する役割を担当することができる。
電極リード接合体１１０Ｌを形成するための第１および第２電極リード１１１、１１２間の接合や電極リード接合体１１０Ｌと接合プレート９３０間の接合において、電気的連結が可能であればその接合方式に特別な制限はなく、一例として溶接接合を行うことができる。また、ｙ軸方向に突出した電極リード１１１、１１２を基準にして説明したが、－ｙ軸方向に突出した第１および第２電極リード１１１、１１２に対しても同様に電極リード接合体およびＬＶセンシング組立体９００の構造を形成することができる。
一方、図１および図２に示されているように、本実施形態による弾性部材７００は第１および第２電極リード１１１、１１２、即ち、電極リード接合体１１０Ｌをカバーすることができる。構造上、電極リード接合体１１０Ｌが第１センシングブロック４１０や第２センシングブロック４２０の外側に位置し、このような電極リード接合体１１０Ｌを弾性部材７００がカバーすることによって、外部環境から電極リード接合体１１０Ｌに対する保護が可能である。
以下では、このような弾性部材７００について詳しく説明する。
図１および図２を参照すれば、本実施形態による弾性部材７００は、電池セル積層体２００の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながってもよい。より具体的には、弾性部材７００が第１センシングブロック４１０、第２センシングブロック４２０、および電池セル積層体２００の両側面に沿って連続的につながってもよい。複数の電池セル１１０が反復的に充放電される過程で、その内部電解質が分解されガスが発生して電池セル１１０が膨らむ現象、即ち、スウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生することがある。特に、各電池セル１１０は電池セル１１０の積層方向（ｘ軸と平行な方向）にスウェリングが起こることがある。本実施形態では、弾性を有する弾性部材７００が電池セル積層体２００の前記前面、前記後面および前記両側面に沿って連続的につながるため、電池セル１１０のスウェリングを抑制することができ、電池セル１１０の積層方向での電池モジュール１００の変形を最少化することができる。
また、本実施形態による電池モジュールは、モジュールフレームとエンドプレートが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を形成することができる。モジュールフレームやエンドプレートの代わりに、本実施形態による電池モジュール１００は弾性部材７００によってその形態を維持および固定することができる。特に、第１センシングブロック４１０、電池セル積層体２００、および第２センシングブロック４２０が共に弾性部材７００によって固定できる。モジュールフレームとエンドプレートが除去されることによって、電池セル積層体２００をモジュールフレーム内部に収納する工程やモジュールフレームとエンドプレートを組み立てる工程のように精密なコントロールが要求される複雑な工程が不要である。また、除去されたモジュールフレームとエンドプレートだけ電池モジュール１００の重量を大きく減らすことができるという長所を有する。また、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の除去によって、電池パック組み立て工程時再作業性が有利であるという長所を有し、従来のモジュールフレームを有する電池モジュールはモジュールフレームの溶接構造で不良が発生しても再作業が不可能であるということと比較される。
また、弾性部材７００の上部と下部が開放されて電池セル積層体２００の上面および下面が外部に露出され、モジュールフレームによって囲まれることより熱発散に効果的であるため冷却性能が向上できる。ここで、上面は電池セル積層体２００のｚ軸方向の面を意味し、下面は電池セル積層体２００の－ｚ軸方向の面を意味する。
一方、このような弾性部材７００は所定の弾性力を有すればその素材に特別な制限はないが、一例として、高分子ポリマー合成素材、ＦＲＢ（Ｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）などの複合材料および金属合金のうちの少なくとも一つを含むことができる。
図６は、図２の電池モジュールに含まれている電池セル積層体と冷却ピンを示した斜視図である。
図２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、電池セル１１０同士の間に位置した冷却ピン３００をさらに含むことができる。図２および図６では一つの冷却ピン３００のみを示したが、電池セル１１０同士の間それぞれに本実施形態による冷却ピン３００を全て配置することができる。
冷却ピン３００は、熱伝導度が高い金属素材を含むことができる。具体的な素材の制限はなく、一例としてアルミニウム（Ａｌ）を含むことができる。熱伝導度の高い冷却ピン３００を電池セル１１０同士の間に配置し直接付着して冷却面積を広めることができる。これにより、冷却性能が向上する。
一方、前述のとおり、弾性部材７００の下部が開放されて電池セル積層体２００の下面が外部に露出され、本実施形態による冷却ピン３００は電池セル積層体２００の下面から突出することになる。これにより、本実施形態による冷却ピン３００は、後述の熱伝導性樹脂層と直接接触可能である。電池セル１１０同士の間に配置された冷却ピン３００を直接熱伝導性樹脂層と接触させることによって、電池モジュールの熱排出性能を極大化させることができる。
図７は、本発明の比較例による電池モジュールを示した斜視図である。図８は、図７の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示した断面図である。
図７および図８を参照すれば、本発明の比較例による電池モジュール１０は、複数の電池セル１１が積層された電池セル積層体２０、および電池セル積層体２０を囲む弾性部材７０を含む。この時、本実施形態による電池モジュール１００とは異なり、弾性部材７０が電池セル積層体２０の上面、下面、および両側面を囲む。即ち、電極リード１１Ｌが形成された電池セル積層体２０の前面と後面を除いた面を弾性部材７０が囲む。ここでも同様に、前面は電池セル積層体２０のｙ軸方向の面を意味し、後面は電池セル積層体２０の－ｙ軸方向の面を意味し、両側面はそれぞれ電池セル積層体２０のｘ軸および－ｘ軸方向の面を意味する。また、下面は電池セル積層体２０の－ｚ軸方向の面を意味し、上面は電池セル積層体２０のｚ軸方向の面を意味する。電池セル１１の電極リード１１Ｌは、電池セル積層体２０の前面と後面に位置する。
具体的に図示していないが、電池セル積層体２０がモジュールフレームに収納されるかモジュールフレームなく直接パックフレームに装着されてもよく、この場合、全て電池セル積層体２０の下面には熱伝導性樹脂層１３を配置することができる。
本比較例では、図８に示されているように、電池セル１１から発生した熱が弾性部材７０を経て熱伝導性樹脂層１３に伝達される。また、電池セル１１と弾性部材７０との間にはエアーギャップ（Ａｉｒ ｇａｐ）のように熱伝達阻害要素が発生することがある。これと異なり、本実施形態による電池モジュール１００は、弾性部材７００が電池セル積層体２００の前面、後面、および両側面をカバーし、下部が開放されていて、電池セル積層体２００の下面が露出される。これにより、電池セル１１０が後述の熱伝導性樹脂層と直接接触することになる。本実施形態による弾性部材７００は、電池セル積層体２００の上面と下面でない、第１および第２電極リード１１１、１１２が位置した電池セル積層体２００の前面と後面をカバーするように構成されるという点から本比較例による弾性部材７０と差がある。熱伝達経路が単純化され、エアーギャップ（Ａｉｒ ｇａｐ）のように熱伝達阻害要素が発生する余地がないため、本実施形態による電池モジュールは本比較例による電池モジュールに比べて向上した冷却および放熱性能を有する。
また、本実施形態による弾性部材７００は第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０をカバーするように位置して、第１センシングブロック４１０と第２センシングブロック４２０を電池セル積層体２００に固定することができる。反面、本比較例の場合、たとえ電池セル積層体２０の前面と後面にセンシングブロックが配置されても弾性部材７０がこれを固定しにくくて構造的に安定していると言えない。固定装置を追加的に配置することができるが、別途の空間と製造工程が要求されるしかない。
一方、図１および図２を再び参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００は、電池セル積層体２００の前記両側面と弾性部材７００との間に位置する板状型の側面パッド６００をさらに含むことができる。モジュールフレームとエンドプレートが除去される代わりに、側面パッド６００が電池セル積層体２００の前記両側面に配置されて、電池モジュール１００の剛性を補完し、電池セル１１０と弾性部材７００との間の緩衝機能を果たすことができる。このような側面パッド６００にはフォーム素材のパッドを適用することができる。
図９は、本発明の他の一実施形態による電池モジュールの前面部分を拡大して示した部分斜視図である。
図９を参照すれば、本発明の他の一実施形態による電池モジュールは、第１センシングブロック４１０およびＬＶセンシング組立体９００を含むことができる。第１センシングブロック４１０などに関する説明のうちの先に説明した内容と重複する部分は説明を省略する。
本実施形態による第１センシングブロック４１０は、電池モジュールの移送のためのハンドリング部４１０Ｈを含むことができる。具体的に、ハンドリング部４１０Ｈは第１センシングブロック４１０から上向突出した形態であってもよく、中間に貫通口が形成されてもよい。ハンドリング部４１０Ｈの個数に特別な制限はなく、単数または複数で構成できる。
具体的に図示していないが、第２センシングブロック（図示せず）にも第１センシングブロック４１０のハンドリング部４１０Ｈと類似の形態の構造物を形成することができる。
従来の電池モジュールは、電池モジュールの運搬と移動のためのハンドリング構造物がモジュールフレームやエンドプレートに備えられた。反面、前述のとおり、本実施形態による電池モジュールは、モジュールフレームとエンドプレートが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造であるので、電池モジュールの運搬や移動のための構造物であるハンドリング部４１０Ｈを第１センシングブロック４１０および第２センシングブロック４２０に形成することができる。但し、図９に示されたハンドリング部４１０Ｈの形態は例示的構造であり、突出した部分なく第１および第２センシングブロック自体に貫通された孔が形成される構造も可能である。
以下では、図１０および図１１を参照して、本発明の一実施形態による電池パックについて詳しく説明する。
図１０は、本発明の一実施形態による電池パックを示した分解斜視図である。図１１は、図１０の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示した断面図である。この時、図１１は、図１０の電池モジュール１００、熱伝導性樹脂層１３００、およびパックフレーム１１００の底部１１１０が図１０と異なり互いに接触した状態であるのを仮定し、その断面を示したものである。
図１０および図１１を参照すれば、本発明の一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を収納するパックフレーム１１００および電池モジュール１００とパックフレーム１１００の底部１１１０との間に位置する熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）層１３００を含む。
電池モジュール１００は先に説明したとおり、電池セル積層体２００、弾性部材７００を含む。電池モジュール１００に関する説明は先に言及した内容と重複であるので省略する。
電池パック１０００は、パックフレーム１１００を覆う上部カバー１２００をさらに含むことができる。即ち、複数の電池モジュール１００をパックフレーム１１００と上部カバー１２００との間に収納することができる。
熱伝導性樹脂層１３００は、底部１１１０に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を塗布して形成することができる。具体的に、前記熱伝導性樹脂を底部１１１０上に塗布し、その上に本実施形態による電池モジュール１００を位置させた後、前記熱伝導性樹脂が硬化して熱伝導性樹脂層１３００を形成することができる。
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２００を構成する複数の電池セル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モジュール１００から発生した熱を迅速に底部１１１０に伝達して電池パック１０００の過熱を防止することができる。
図２、図１０および図１１を参照すれば、前述のとおり、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とエンドプレートが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造を形成することができ、弾性部材７００の下部が開放されて電池セル積層体２００の下面が露出される。電池パック１０００で、電池セル積層体２００の下面は熱伝導性樹脂層１３００と接触する。よって、電池セル１１０から発生した熱が熱伝導性樹脂層１３００を経て直にパックフレーム１１００の底部１１１０に伝達されることになる。モジュールフレームがある従来のモデルや図７に示された弾性部材７０を含むモデルの場合、電池セルから発生した熱が様々の層を経て電池モジュール外部に排出されるため熱伝達経路が複雑である。即ち、電池セルから発生した熱が効果的に伝達されにくく、各層の間に形成されることがあるエアーギャップ（Ａｉｒ ｇａｐ）などの微細な空気層が熱伝達を妨害することがある。これと異なり、本実施形態による電池セル１１０は図１１に示されているように熱伝導性樹脂層１３００と直接接触するため電池モジュール１００の下側方向への熱伝達経路が単純化され、エアーギャップなどの空気層の発生可能性を減らすことができる。したがって、電池モジュール１００およびこれを含む電池パック１０００の冷却性能を高めることができる。
また、本実施形態による冷却ピン３００は電池セル積層体２００の下面から延長されて熱伝導性樹脂層１３００と接触する。電池セル積層体２００の下面が露出されているため、電池セル１１０同士の間に位置した冷却ピン３００が直に底部１１１０上の熱伝導性樹脂層１３００と接触可能である。電池セル１１０と対面する冷却ピン３００を熱伝導性樹脂層１３００と直接接触するように構成することによって、熱排出性能を極大化させることができる。
一方、モジュールフレームが除去されたモジュールレス（ｍｏｄｕｌｅ－ｌｅｓｓ）構造において、構造的安全性のために露出される電池セル１１０を固定することが必須である。よって、本実施形態による電池パック１０００は電池モジュール１００を構成するそれぞれの電池セル１１０が熱伝導性樹脂層１３００に接触したまま固定されるので、構造的安全性を補完することができる。
また、不必要な冷却構造を除去して原価節減が可能である。また、電池パック１０００の高さ方向に対する部品の個数が減少するため空間活用度を高めることができて電池モジュールの容量や出力を増大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化可能である。
前述の本実施形態による一つまたはそれ以上の電池モジュールは、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。
前記電池モジュールや電池パックは多様なデバイスに適用することができる。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に適用することができるが、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
２００：電池セル積層体
４１０：第１センシングブロック
４２０：第２センシングブロック
７００：弾性部材

Claims (11)

  1. 電極リードを含む複数の電池セルが積層された電池セル積層体；
    前記電極リードが突出した前記電池セル積層体の前面と後面とをそれぞれ覆う第１センシングブロックと第２センシングブロック；および
    前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロック、および前記電池セル積層体の両側面をカバーする弾性部材を含む、電池モジュール。
  2. 前記弾性部材は、前記第１センシングブロック、前記第２センシングブロック、および前記電池セル積層体の前記両側面に沿って連続的につながっている、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記電池セル積層体の上面と下面とが露出される、請求項１または２に記載の電池モジュール。
  4. 前記電池モジュールが、前記電池セル積層体の前記両側面と前記弾性部材との間に位置する側面パッドをさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  5. 前記電極リードは、前記電池セルから互いに対向する方向に突出した第１電極リードおよび第２電極リードを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  6. 前記電池セル積層体の前記前面および前記後面で、前記電極リードのうちの少なくとも２つの電極リード同士が連結されて電極リード接合体を形成する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックのうちの少なくとも一つにＬＶ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ）センシング組立体が位置し、
    前記ＬＶセンシング組立体が前記電極リード接合体と連結される、請求項６に記載の電池モジュール。
  8. 前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックそれぞれにスリットが形成され、
    前記電極リードは、前記スリットを通過し曲げられて、前記電極リード接合体を形成する、請求項６または７に記載の電池モジュール。
  9. 前記第１センシングブロックおよび前記第２センシングブロックそれぞれは前記電池モジュールの運搬のためのハンドリング部を含み、
    前記ハンドリング部に貫通口が形成された、請求項１～８のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電池モジュール；
    前記電池モジュールを収納するように構成されているパックフレーム；および
    前記電池モジュールと前記パックフレームの底部との間に位置する熱伝導性樹脂層を含む電池パックであって、
    前記弾性部材の下部が開放されており、前記電池セル積層体の下面が露出される、電池パック。
  11. 前記電池セル積層体の前記下面は前記熱伝導性樹脂層と接触する、請求項１０に記載の電池パック。
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