JP2023537017A - 電池モジュールおよびそれを含む電池パック - Google Patents

電池モジュールおよびそれを含む電池パック Download PDF

Info

Publication number
JP2023537017A
JP2023537017A JP2023508034A JP2023508034A JP2023537017A JP 2023537017 A JP2023537017 A JP 2023537017A JP 2023508034 A JP2023508034 A JP 2023508034A JP 2023508034 A JP2023508034 A JP 2023508034A JP 2023537017 A JP2023537017 A JP 2023537017A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
section
battery
battery cell
battery module
electrode lead
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023508034A
Other languages
English (en)
Inventor
ホング・ハン
ジュンヨブ・ソン
ウォン・キョン・パク
スビン・パク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of JP2023537017A publication Critical patent/JP2023537017A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6566—Means within the gas flow to guide the flow around one or more cells, e.g. manifolds, baffles or other barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/298—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the wiring of battery packs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

本発明の一実施形態による電池モジュールは、第１電極リードおよび第２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；および前記電池セルの間に位置する冷却フィンを含む。前記第１電極リードおよび前記第２電極リードは、前記電池セルから互いに反対方向に突出する。前記冷却フィンは、第１区域、第２区域および第３区域を含む。前記第１区域および前記第２区域は、前記第１電極リードおよび前記第２電極リードが突出する方向と平行な方向に沿って互いに離隔して位置し、前記第３区域は前記第１区域および前記第２区域の間に位置する。前記第３区域の厚さは、前記第１区域の厚さおよび前記第２区域の厚さより薄い。

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１０－２０２１－０００３１８０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それを含む電池パックに関し、より具体的には冷却フィンを備えた電池モジュールおよびそれを含む電池パックに関する。
現代社会では携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ、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と関連する分野の技術に対する開発が活発に進められている。また、充放電が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として、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るため、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。
現在、商用化されている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るが、その中でリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起きず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギ密度が高い長所から脚光を浴びている。
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間に置いて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蔵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蔵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、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する。また、一つ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取り付けられて電池パックを形成することができる。
図１は従来の電池モジュールを示す斜視図である。
図１を参照すると、従来の電池モジュール１０は複数の電池セル１１が積層された電池セル積層体２０を含むことができる。電池セル１１はパウチ型電池セルであり得る。電池セル１１の間には熱伝導度が高い金属板材の冷却フィン３０が配置されることができる。一般に、冷却フィン３０は一定の厚さを有する板状の部材である。
図２は図１の電池モジュールに含まれた電池セルを多様な角度から見た平面図である。具体的には、図２ａは図１の電池セル１１をｘｙ平面上で－ｚ軸方向に見た平面図であり、図２ｂは図１の電池セル１１をｙｚ平面上で－ｘ軸方向に見た平面図である。
先に図２ａを参照すると、電池セル１１が繰り返し充・放電される過程で、その内部の電解質が分解されてガスが発生して電池セル１１が膨らむ現象、すなわちスウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生し得る。スウェリングの程度を比較すると、点線で表示した部分のように電極リード１１Ｌが突出する両端部より中心部がはるかに大きく膨らむ。各電池セル１１のスウェリングを抑制できない場合、多数の電池セル１１が積層された電池モジュール１０の構造的変形を起こすことができ、また、電池モジュール１０の耐久性に悪影響を及ぼし得る。
次に、図２ｂを参照すると、電池セル１１に対する充放電が繰り返し行われると、電池セル１１のうちの電極リード１１Ｌ部分に多くの熱が発生する。そのため、電極リード１１Ｌが突出する方向の端部を含む領域であるテラス部Ｔ１，Ｔ２が他の部分より発熱程度が激しい。すなわち、テラス部Ｔ１，Ｔ２がテラス部Ｔ１，Ｔ２の間の中央部Ｍより高い温度を示す。電池セル１１の各部分間の温度不均衡は性能および寿命低下の原因になる。
したがって、電池セルのスウェリングを効果的に制御すると同時に電池セルの各部分間の温度偏差を減らすことができる方案が必要な実情である。
本発明が解決しようとする課題は、電池セルのスウェリングを制御し、電池セルの各部分間の温度偏差を減らすことができる冷却フィンを備えた電池モジュールおよびそれを含む電池パックを提供することにある。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず、本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張することができる。
本発明の一実施形態による電池モジュールは、第１電極リードおよび第２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；および前記電池セルの間に位置する冷却フィンを含む。前記第１電極リードおよび前記第２電極リードは、前記電池セルから互いに反対方向に突出する。前記冷却フィンは、第１区域、第２区域および第３区域を含む。前記第１区域および前記第２区域は、前記第１電極リードおよび前記第２電極リードが突出する方向と平行な方向に沿って互いに離隔して位置し、前記第３区域は前記第１区域および前記第２区域の間に位置する。前記第３区域の厚さは、前記第１区域の厚さおよび前記第２区域の厚さより薄い。
前記電池セルは、第１テラス部、第２テラス部および前記第１テラス部と前記第２テラス部の間に位置する中央部を含み得る。前記第１テラス部の一端部から前記第１電極リードが突出し得、前記第２テラス部の一端部から前記第２電極リードが突出し得る。前記第１区域、前記第２区域および前記第３区域が、それぞれ前記第１テラス部、前記第２テラス部および前記中央部と対応して位置し得る。
前記中央部と前記第３区域の間の間隔が、前記第１テラス部と前記第１区域の間の間隔より広くてもよい。
前記中央部と前記第３区域の間の間隔が、前記第２テラス部と前記第２区域の間の間隔より広くてもよい。
前記第１区域と前記第２区域は、前記第３区域と近づくほど厚さが薄くなり得る。
前記第１区域と前記第２区域はそれぞれ内部に空の空間が形成され得る。
前記冷却フィンは内部に空気層が形成された金属板材であり得る。
前記電池セルはパウチ型電池セルであり得る。
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の間に位置する熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）層を含み、前記冷却フィンが前記電池セル積層体の下面から延びて前記熱伝導性樹脂層と接触する。
前記電池セル積層体の下面が前記熱伝導性樹脂層と接触し得る。
本発明の実施形態によれば、部分ごとに厚さが異なるように具現された冷却フィンを電池セルの間に配置して、電池セルのスウェリング時に電池セルの各部分に均一に圧力が作用することができる。
また、電池セルのうちの発熱が激しい部分と冷却フィンの間の接触性を高めることができ、電池セルの温度偏差を減らすことができる。
また、冷却フィン内部に空気層を設けることによって、冷却および放熱性能を備えると同時にいずれか一つの電池セルから発生した火災や熱が隣り合う電池セルに伝播することを遮断することができる。
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の範囲の記載から当業者に明確に理解されることができる。
従来の電池モジュールを示す斜視図である。 図１の電池モジュールに含まれた電池セルを多様な角度から見た平面図である。 本発明の一実施形態による電池セル積層体および冷却フィンを示す斜視図である。 図３の電池セル積層体に含まれた電池セルを示す斜視図である。 図３の冷却フィンを示す斜視図である。 図３の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示す断面図である。 図６の電池セルがスウェリング時の様子を示す平面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による電池パックを示す分解斜視図である。 図９の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す断面図である。
以下、添付する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が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細に説明する。本発明は様々な異なる形態で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と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面で、説明の便宜上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「上に」または「の上に」あるという時、これは他の部分の「すぐ上に」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「すぐ上に」あるという時には中間に他の部分が存在しないことを意味する。また、基準になる部分「上に」または「の上に」あるというのは基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置することを意味するものではない。
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、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、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み得ることを意味する。
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３は本発明の一実施形態による電池セル積層体および冷却フィンを示す斜視図である。図４は図３の電池セル積層体に含まれた電池セルを示す斜視図である。図５は図３の冷却フィンを示す斜視図である。図６は図３の切断線Ａ－Ａ’に沿って切断した断面を示す断面図である。この時、図６は説明の便宜上一つの電池セルと一つの冷却フィンのみを示し、電池セル内部の電極組立体などの図示は省略した。
先に、図３および図４を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、第１電極リード１１１および第２電極リード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；および電池セル１１０の間に位置する冷却フィン３００を含む。
まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであることが好ましく、長方形のシート型構造で形成されることができる。本実施形態による第１および第２電極リード１１１，１１２は電池セル１１０から互いに反対方向に突出する。具体的には、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を基準と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。より詳細には第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であり得、他の一つは負極リード１１２であり得る。すなわち、一つの電池セル１１０を基準として正極リード１１１と負極リード１１２が互いに反対方向に突出することができる。
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り製造されることができる。換言すれば、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によりシーリングされる構造であり、残りの他の一側部は連結部１１５からなる。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る。
一方、図４と図６を参照すると、本実施形態による電池セル１１０は第１テラス部Ｔ１、第２テラス部Ｔ２および第１テラス部Ｔ１と第２テラス部Ｔ２の間に位置する中央部Ｍを含むことができる。すなわち、セル本体１１３は第１テラス部Ｔ１、第２テラス部Ｔ２および中央部Ｍに区分することができる。
ここで、第１テラス部Ｔ１は第１電極リード１１１が突出する一端部１１４ａを含む領域であり、第２テラス部Ｔ２は第２電極リード１１２が突出する他端部１１４ｂを含む領域である。
このような電池セル１１０は複数個で構成することができ、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３に示すようにｘ軸と平行な方向に沿って複数の電池セル１１０が積層されることができる。そのため、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ができる。
図５および図６を参照すると、本実施形態による冷却フィン３００は、第１区域３１０、第２区域３２０および第３区域３３０を含む。第１区域３１０および第２区域３２０は、第１電極リード１１１および第２電極リード１１２が突出する方向と平行な方向（ｙ軸方向）に沿って互いに離隔して位置し、第３区域３３０は第１区域３１０および第２区域３２０の間に位置する。
この時、第３区域３３０の厚さｔ３は、第１区域３１０の厚さｔ１および第２区域の厚さｔ２より薄い。換言すれば、本実施形態による冷却フィン３００は第１電極リード１１１および第２電極リード１１２が突出する方向と平行な方向（ｙ軸方向）を基準として、その両端部が中心部より厚さが厚い構造を有する。具体的には、冷却フィン３００の第１区域３１０、第２区域３２０および第３区域３３０が、それぞれ電池セル１１０の第１テラス部Ｔ１、第２テラス部Ｔ２および中央部Ｍと対応して位置することができる。本実施形態により厚さの差異を有する冷却フィン３００が電池セル１１０の間に配置されるとき、中央部Ｍと第３区域３３０の間の間隔ｄ３が、第１テラス部Ｔ１と第１区域３１０の間の間隔ｄ１より広い。また、中央部Ｍと第３区域３３０の間の間隔ｄ３が、第２テラス部Ｔ２と第２区域３２０の間の間隔ｄ２より広い。図６では説明の便宜上厚さの差異および間隔の差異を多少誇張して表現した。
このような冷却フィン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。図３では一つの冷却フィン３００のみを図示したが、電池セル１１０の間それぞれに本実施形態による冷却フィン３００がすべて位置することができる。
以下では、図２ａ、図６および図７を参照して、本実施形態による冷却フィンが、電池セルのスウェリング制御において有する長所について説明する。
図２ａと図７を参照すると、電池セル１１が繰り返し充・放電される過程で、その内部の電解質が分解されてガスが発生して電池セル１１が膨らむ現象、すなわちスウェリング（Ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生し得る。スウェリングの程度を比較すると、電池セル１１の中心部がより大きく膨張する。本実施形態による電池セル１１０も同様に第１テラス部Ｔ１および第２テラス部Ｔ２より中央部Ｍがより大きく膨張する。
従来の板状の冷却フィン３０は一定の厚さを有するので区域ごとに膨張程度が異なる電池セル１１を効果的に制御できない。反面、本実施形態による冷却フィン３００は、両端の部分である第１区域３１０と第２区域３２０が第３区域３３０より厚さが厚いので、電池セル１１０のスウェリング時に電池セル１１０に対して均一な圧力を印加することができる。すなわち、換言すれば、電池セル１１０の区域間のスウェリング程度の差異を考慮して、均一な弾性力が作用できるように第１区域３１０と第２区域３２０の厚さｔ１，ｔ２を第３区域３３０の厚さｔ３より厚く設定した。このように、電池セル１１０のスウェリングに対して作用する圧力偏差を最小化させ得るので、スウェリングによる電池モジュール１００の構造的変形を防止して、電池モジュール１００の耐久性を高めることができる。
上述したように、本実施形態による電池セル１１０はパウチ型電池であって、セルケース１１４のシーリングによって製造される。シーリング構造により、第１テラス部Ｔ１および第２テラス部Ｔ２は、それぞれ第１電極リード１１１および第２電極リード１１２方向に行くほど厚さが減少する構造を形成することができる。このような第１テラス部Ｔ１および第２テラス部Ｔ２とより近く向かい合うように、第１区域３１０と第２区域３２０は、第３区域３３０と近づくほど厚さが薄くなるように構成されることができる。すなわち、第１区域３１０と第２区域３２０はそれぞれの外側で第３区域３３０側に行くほど厚さが薄くなる。このような冷却フィン３００は、第１テラス部Ｔ１および第２テラス部Ｔ２と密接に対応することができ、スウェリング制御に効果的であり得る。
一方、図２ｂ、図４および図６を参照すると、電池セル１１に対する充・放電が繰り返し行われると、電池セル１１のうちの電極リード１１Ｌ部分に多くの熱が発生する。そのため、電極リード１１Ｌが突出する方向の端部を含む領域であるテラス部Ｔ１，Ｔ２が他の部分より発熱程度が激しい。本実施形態による電池セル１１０も同様に第１テラス部Ｔ１および第２テラス部Ｔ２が中央部Ｍより高い温度を示す。場合によって異なるが、甚だしい場合、第１テラス部Ｔ１および第２テラス部Ｔ２が中央部Ｍより約摂氏４．５度程度さらに高い温度を示し得る。
部分ごとに発熱程度の差異が激しい電池セル１１０に対して従来の板状の冷却フィン３０は一定の厚さを有するので、電池セル１１０の部分間の温度偏差を解消することは難しい。これとは異なり、本実施形態による第１区域３１０と第２区域３２０は、第３区域３３０と中央部Ｍの間と比較すると、第１テラス部Ｔ１および第２テラス部Ｔ２と近く位置することができる。換言すれば、本実施形態による冷却フィン３００は電池セルのうち発熱が激しい部分と接触性および密着性を高めることができる。そのため、電池セル１１０の発熱が激しい部分で熱発散が効果的に行われることができ、一つの電池セル１１０に対して各部分間の温度偏差を最小化することができる。電池セル１１０の各部分間の温度偏差は、終局的に電池モジュール１００の性能低下の原因になるので、本実施形態による冷却フィン３００は電池モジュールの性能および寿命向上に寄与をすることができる。
一方、図６を再び参照すると、第１区域３１０と第２区域３２０はそれぞれの内部に空の空間が形成されることができる。先立って説明した第１区域３１０、第２区域３２０および第３区域３３０の間の厚さの差異を実現するために第１区域３１０、第２区域３２０の内部に空の空間を形成することができる。より具体的には、冷却フィン３００は内部に空気層ＡＬが形成された金属板材であり得る。一例として、アルミニウム（Ａｌ）のような金属板材が２層構造をなしてその間に空気層ＡＬが形成された構造であり得る。第１区域３１０、第２区域３２０および第３区域３３０の間の厚さ差異は、金属板材の間隔を調節して実現することができる。
従来の冷却フィン（３０，図１参照）のように単に単一の金属板材である場合、電池セル１１で発生した熱を伝達するには問題ないが、電池セル１１で発生した火災が隣り合う電池セル１１に伝播することを遮断するには困難性がある。反面、本実施形態による冷却フィン３００は、内部に空気層ＡＬが形成され、このような空気層ＡＬは断熱層として機能することができる。いずれか一つの電池セル１１０で発熱による火災が発生しても、電池セル１１０の間に備えられた空気層ＡＬにより隣り合う電池セル１１０に火災や熱が伝播することを遅延させることができる。すなわち、周辺の電池セル１１０に火災が伝播する時間を確保して電池モジュール１００の安全性を向上させることができる。特に、該当電池モジュール１００が車両用電池パックに含まれる場合、電池セル１１０間の火災の伝播を遅延させて運転者が火災から待避できる時間的な余裕を確保することができる。さらに、前記２層構造の金属板材がそれぞれ電池セル１１０と向かい合っているので、電池モジュール１００の上部方向や下部方向への熱伝達に異常はない。特に、冷却フィン３００が後述する熱伝導性樹脂層１３００と直接接触するので熱伝達性能低下の恐れはない。すなわち、本実施形態による冷却フィン３００は、冷却および放熱性能を備えると同時にいずれか一つの電池セルから発生した火災が隣り合う電池セルに伝播することを遮断することができる。
また、本実施形態による冷却フィン３００が２層構造の金属板材であるので、電池セル１１０のスウェリングに対する弾性復原力の作用が容易である。このような弾性復原力によって電池セル１１０のスウェリング時に反対側に位置する電池セル１１０に伝達される圧力を縮小することができる。すなわち、スウェリング制御により容易である。
以下では、図３および図８を参照して、本発明の一実施形態による電池モジュールについて説明する。図８は本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
図３および図８を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、電池セル積層体２００、第１および第２センシングブロック４１０，４２０、弾性部材７００および側面パッド６００を含むことができる。電池セル積層体２００は先立って説明したように、電池セル１１０が冷却フィン３００を間に置いて積層されて形成されることができる。
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は電気的絶縁を示す素材を含み得、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状を有して、電池セル積層体２００の前面および後面をそれぞれ覆うように構成されることができる。具体的に図示していないが、電池セル１１０の第１および第２電極リード１１１，１１２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に形成されたスリットを通過した後互いに接合して電極リード接合体を形成することができる。
弾性部材７００は第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ように構成されることができる。特に、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することができ、そのため、本実施形態による電池モジュール１００は熱発散に効果的であり得る。弾性部材７００は所定の弾性力を有する場合、その素材に特に制限はないが、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少なくとも一つを含むことができる。
側面パッド６００は電池セル積層体２００の前記両側面に配置され、電池モジュール１００の剛性を補完することができる。すなわち、板状の側面パッド６００が電池セル積層体２００の前記両側面と弾性部材７００の間に位置することができる。
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。ただし、これは説明の便宜のために指称した面であり、対象になる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得る。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が位置した面であり得る。
一方、図８に示す電池モジュール１００は、電池セル積層体２００と冷却フィン３００を含む電池モジュールのうちの一つの例示的構造である。すなわち、具体的に図示していないが、本発明の他の実施形態による電池モジュールは、電池セル積層体２００をモジュールフレームとエンドプレートに収納した後モジュールフレームとエンドプレートを溶接接合して製造されることができる。
以下では図９および図１０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９は本発明の一実施形態による電池パックを示す分解斜視図である。図１０は図９の切断線Ｂ－Ｂ’に沿って切断した断面を示す断面図である。この時、図１０は、図９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９とは異なり、互いに接触した状態であることを仮定し、その断面を示したものである。
図９および図１０を参照すると、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は先立って説明したとおり、電池セル積層体２００および冷却フィン３００を含む。電池モジュール１００に係る説明は先に述べた内容と重複するため省略する。
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。すなわち、多数の電池モジュール１００がパックフレーム１１００と上部カバー１２００の間に収納されることができる。
熱伝導性樹脂層１３００は、底部１１１０に熱伝導性樹脂（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を塗布して形成されることができる。具体的には、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が形成されることができる。
前記熱伝導性樹脂は熱伝導性接着物質を含み得、具体的にはシリコーン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）素材、ウレタン（Ｕｒｅｔｈａｎ）素材およびアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）素材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を固定する役割を遂行することができる。また、熱伝導特性に優れて電池モジュール１００で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３、図８ないし図１０を参照すると、上述したように、弾性部材７００の下部が開放されて電池セル積層体２００の下面が露出することができる。電池セル積層体２００の下面は熱伝導性樹脂層１３００と接触することができる。本実施形態による電池セル１１０は図１０に示すように熱伝導性樹脂層１３００と直接接触するので、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およびそ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フィン３００は電池セル積層体２００の下面から延びて熱伝導性樹脂層１３００と接触する。電池セル積層体２００の下面が露出しているので、電池セル１１０の間に位置した冷却フィン３００が直接底部１１１０上の熱伝導性樹脂層１３００と接触することができる。電池セル１１０と対面する冷却フィン３００を直接熱伝導性樹脂層１３００と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、電池パック１０００の構造的安全性のために露出する電池セル１１０を固定することが必須である。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、電池パック１０００の高さ方向に対する部品の個数が減るので、空間活用度を高めることができ、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わり得る。
前述した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取り付けら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できるが、これに制限されず、二次電池を使用できる多様なデバイスに適用することが可能である。
以上、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ものではなく、次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。
１００ 電池モジュール
１１０ 電池セル
３００ 冷却フィン
３１０ 第１区域
３２０ 第２区域
３３０ 第３区域

Claims (10)

  1. 第１電極リードおよび第２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；および
    前記電池セルの間に位置する冷却フィンを含み、
    前記第１電極リードおよび前記第２電極リードは、前記電池セルから互いに反対方向に突出して、
    前記冷却フィンは、第１区域、第２区域および第３区域を含み、
    前記第１区域および前記第２区域は、前記第１電極リードおよび前記第２電極リードが突出する方向と平行な方向に沿って互いに離隔して位置し、
    前記第３区域は前記第１区域および前記第２区域の間に位置し、
    前記第３区域の厚さは、前記第１区域の厚さおよび前記第２区域の厚さより薄い、電池モジュール。
  2. 前記電池セルは、第１テラス部、第２テラス部および前記第１テラス部と前記第２テラス部の間に位置する中央部を含み、
    前記第１テラス部の一端部から前記第１電極リードが突出し、
    前記第２テラス部の一端部から前記第２電極リードが突出し、
    前記第１区域、前記第２区域および前記第３区域が、それぞれ前記第１テラス部、前記第２テラス部および前記中央部と対応して位置する、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記中央部と前記第３区域の間の間隔が、前記第１テラス部と前記第１区域の間の間隔より広い、請求項２に記載の電池モジュール。
  4. 前記中央部と前記第３区域の間の間隔が、前記第２テラス部と前記第２区域の間の間隔より広い、請求項２または３に記載の電池モジュール。
  5. 前記第１区域と前記第２区域は、前記第３区域と近づくほど厚さが薄くなる、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  6. 前記第１区域と前記第２区域はそれぞれ内部に空の空間が形成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記冷却フィンは内部に空気層が形成された金属板材である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  8. 前記電池セルはパウチ型電池セルである、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  9. 請求項１～８のいずれか一項による電池モジュール；
    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の間に位置する熱伝導性樹脂層を含み、
    前記冷却フィンが前記電池セル積層体の下面から延びて前記熱伝導性樹脂層と接触する、電池パック。
  10. 前記電池セル積層体の下面が前記熱伝導性樹脂層と接触する、請求項９に記載の電池パック。
JP2023508034A 2021-01-11 2022-01-06 電池モジュールおよびそれを含む電池パック Pending JP2023537017A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0003180 2021-01-11
KR1020210003180A KR102647832B1 (ko) 2021-01-11 2021-01-11 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
PCT/KR2022/000250 WO2022149886A1 (ko) 2021-01-11 2022-01-06 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023537017A true JP2023537017A (ja) 2023-08-30

Family

ID=82313658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023508034A Pending JP2023537017A (ja) 2021-01-11 2022-01-06 電池モジュールおよびそれを含む電池パック

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230275283A1 (ja)
EP (1) EP4181277A1 (ja)
JP (1) JP2023537017A (ja)
KR (1) KR102647832B1 (ja)
CN (2) CN216958206U (ja)
WO (1) WO2022149886A1 (ja)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07134973A (ja) * 1993-11-10 1995-05-23 Japan Storage Battery Co Ltd 密閉鉛蓄電池
JP5617765B2 (ja) * 2011-06-06 2014-11-05 三菱自動車工業株式会社 組電池
KR102029209B1 (ko) * 2012-11-07 2019-10-07 에스케이이노베이션 주식회사 전지모듈
KR101588251B1 (ko) * 2013-06-11 2016-01-25 주식회사 엘지화학 냉매 및 배기 가스의 혼합을 방지하는 구조를 포함하는 전지모듈
JP2016058285A (ja) * 2014-09-10 2016-04-21 株式会社フジクラ 蓄電装置
US11038223B2 (en) * 2015-06-12 2021-06-15 Lg Chem, Ltd. Battery module
KR102663793B1 (ko) * 2018-12-04 2024-05-03 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN216958206U (zh) 2022-07-12
EP4181277A1 (en) 2023-05-17
KR20220101310A (ko) 2022-07-19
WO2022149886A1 (ko) 2022-07-14
CN114765283A (zh) 2022-07-19
KR102647832B1 (ko) 2024-03-13
US20230275283A1 (en) 2023-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2023143936A (ja) 電池パックおよびこれを含むデバイス
JP2022534482A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP7353503B2 (ja) 電池パックおよびこれを含むデバイス
JP2023501680A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP2023535774A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
US20230327231A1 (en) Battery module and battery pack including the same
JP7436125B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP2023536453A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
JP2023537017A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
JP2023518999A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP2023537016A (ja) 電池モジュールおよびその製造方法
JP7297376B2 (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
JP7226889B2 (ja) 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
US20220407139A1 (en) Battery Module and Battery Pack Including the Same
US20240014460A1 (en) Battery pack and device including the same
US20240113357A1 (en) Battery pack and device including the same
JP2023515017A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20230036864A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
JP2023535943A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
JP2023551225A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP2023535947A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
JP2024504809A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
JP2024508504A (ja) 電池パックおよびそれを含むデバイス
JP2023554628A (ja) 電池モジュールおよびそれを含む電池パック
JP2023530687A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230206

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240318