JP2023538292A - 電池パックおよびそれを含むデバイス - 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、複数の電池モジュールが取り付けられるパックフレーム、および前記複数の電池モジュールの下面に位置するヒートシンク、および前記ヒートシンクと前記複数の電池モジュールの下面の間に位置する熱伝達部材を含み、前記ヒートシンクの少なくとも一端部に絶縁部材が付着している。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年３月２４日付韓国特許出願第１０－２０２１－００３８２９４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。
本発明は電池パックおよびそれを含むデバイスに関し、より具体的には絶縁性能が向上した電池パックおよびそれを含むデバイスに関する。
製品群に応じた適用容易性が高く、高いエネルギ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またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。このような二次電池は化石燃料の使用を画期的に減少させるという一次的な長所だけでなくエネルギの使用にともなう副産物が全く発生しない点で環境に優しく、エネルギ効率性向上のための新たなエネルギ源として注目を浴びている。
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、こ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。
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円筒型または角型二次電池と、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。
最近、二次電池のエネルギ貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池の構造に対する必要性が高まるにつれ、多数の二次電池が直列または並列に連結された電池モジュールを集合させた中大型モジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。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、複数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。
特に、電池パックは多数の電池モジュールが組み合わされた構造からなっており、一部の電池モジュールが電池パックのパックフレーム内に取り付けられるものの、各電池モジュールとパックフレームの間の絶縁距離を十分に確保する必要がある。
最近では、電池モジュールおよび電池パックが高性能車両に適用されるにつれて、高電圧モジュールおよびパックに対する需要が増大している。特に、電池パックは多数の電池モジュールが組み合わされた構造からなっており、一部の電池モジュールが電池パックのパックフレーム内に取り付けられるものの、各電池モジュールとパックフレームの間の絶縁距離を十分に確保する必要がある。そのため、絶縁距離／沿面距離の水準を高めて、高電圧パックの絶縁設計基準を満たす電池パックを開発する必要がある。
本発明が解決しようとする課題は、絶縁性能が向上した電池パックおよびそれを含むデバイスに関する。
本発明が解決しようとする課題は、上述した課題に制限されるものではなく、言及されていない課題は本明細書および添付する図面から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に明確に理解されるものである。
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が取り付けられるパックフレーム、および前記複数の電池モジュールの下面に位置するヒートシンク、および前記ヒートシンクと前記複数の電池モジュールの下面の間に位置する熱伝達部材を含み、前記ヒートシンクの少なくとも一端部に絶縁部材が付着していてもよい。
前記絶縁部材のうち少なくとも一部が前記熱伝達部材と前記ヒートシンクの間に位置し得る。
前記絶縁部材のうち少なくとも一部は前記ヒートシンクの端部の角をカバーし得る。
前記絶縁部材のうち少なくとも一部は前記ヒートシンクの端部側面に沿って延びていてもよい。
前記電池モジュールは複数の第１電池モジュールおよび複数の第２電池モジュールを含み、前記複数の第１電池モジュールは前記パックフレームの上部に取り付けられ、前記複数の第２電池モジュールは前記パックフレームの下部に取り付けられ得る。
前記ヒートシンクは第１ヒートシンクおよび第２ヒートシンクを含み、前記第１ヒートシンクは前記複数の第１電池モジュールの下面に位置し、前記第２ヒートシンクは前記複数の第２電池モジュールの下面に位置し得る。
前記絶縁部材は第１絶縁部材および第２絶縁部材を含み、前記第１絶縁部材は前記第１ヒートシンクの少なくとも一端部に付着しており、前記第２絶縁部材は前記第２ヒートシンクの少なくとも一端部に付着していてもよい。
前記第１ヒートシンクと前記複数の第２電池モジュールの上部の間に位置する水平プレートをさらに含み得る。
前記複数の第２電池モジュールに含まれた前記第２電池モジュールの個数は前記複数の第１電池モジュールに含まれた前記第１電池モジュールの個数より多くてもよい。
前記第２ヒートシンクは一対のヒートシンクが並んで配置されて互いに連結されている構造を有し得る。
前記熱伝達部材は前記一対のヒートシンクにそれぞれ位置し、互いに離隔していてもよい。
前記第２絶縁部材は前記一対のヒートシンクの両端部にそれぞれ付着していてもよい。
本発明の他の一実施形態によるデバイスは前記で説明した電池パックを含む。
実施形態によれば、本発明の電池パックおよびそれを含むデバイスは、ヒートシンクと熱伝達部材の間に絶縁部材が付着しており、絶縁性能が向上することができる。
本発明の効果は上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は本明細書および添付する図面から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に明確に理解されるものである。
本発明の一実施形態による電池パックの斜視図である。 図１の電池パックの分解斜視図である。 図１の電池パックに含まれたヒートシンクに付着する絶縁部材を分解して示す分解斜視図である。 図３のヒートシンク上に位置する熱伝達部材を分解して示す分解斜視図である。 図２の構成要素が結合された状態での点線領域を拡大して示す図である。 図５の点線領域に対する断面を簡略に示す図である。 図２の第１電池モジュールの斜視図である。
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、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、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。
以下では、本発明の実施形態による電池パックについて説明する。ただし、ここでは電池パックの一部を基準として説明するが、必ずしもこれに限定されるものではなく、電池パックの全体を基準として同一または類似の内容で説明されることができる。
図１は本発明の一実施形態による電池パックの斜視図である。図２は図１の電池パックの分解斜視図である。
図１および図２を参照すると、本発明の一実施形態による電池パック１００は、複数の電池モジュール１１０，１２０が取り付けられるパックフレーム１３０，１４０、および複数の電池モジュール１１０，１２０の下面に位置するヒートシンク２００、およびヒートシンク２００と複数の電池モジュール１１０，１２０の下面の間に位置する熱伝達部材１５０を含み、ヒートシンク２００の少なくとも一端部に絶縁部材３１０，３２０が付着している。
また、図２に示すように、複数の電池モジュール１１０，１２０は、複数の第１電池モジュール１１０および複数の第２電池モジュール１２０を含む。ここで、複数の第１電池モジュール１１０はパックフレーム１３０，１４０の上部に取り付けられ、複数の第２電池モジュール１２０はパックフレーム１３０，１４０の下部に取り付けられる。
ここで、パックフレーム１３０，１４０は複数の第１電池モジュール１１０および複数の第２電池モジュール１２０を収容する上部ケース１３０および下部ケース１４０を含むことができる。一例として、上部ケース１３０および下部ケース１４０はボルトおよびナット結合により締結されることができる。
また、複数の第１電池モジュール１１０の最下端は第２電池モジュール１２０の最上端より高く位置し得る。一例として、複数の第１電池モジュール１１０と複数の第２電池モジュール１２０は層状構造を形成することができる。言葉を変えれば、複数の第１電池モジュール１１０が上層に位置し、複数の第２電池モジュール１２０が下層に位置し得る。
また、複数の第２電池モジュール１２０に含まれた第２電池モジュール１２０の個数は複数の第１電池モジュール１１０に含まれた第１電池モジュール１１０の個数より多くてもよい。一例として、図２に示すように、２個の第１電池モジュール１１０が上層に位置し得、４個の第２電池モジュール１２０が下層に位置し得る。
また、複数の第２電池モジュール１２０に含まれた第２電池モジュール１２０の個数は複数の第１電池モジュール１１０に含まれた第１電池モジュール１１０の個数より多くてもよい。一例として、図２に示すように、２個の第１電池モジュール１１０が上層に位置し得、４個の第２電池モジュール１２０が下層に位置し得る。
そのため、本実施形態による電池パック１００は、多数の電池モジュール１１０，１２０を層状構造に配置することによって、電池パック１００内取り付けられる電池モジュール１１０，１２０をよりコンパクトに配置することができる。
また、複数の第１電池モジュール１１０の下部と複数の第２電池モジュール１２０の上部の間に位置する水平プレート１６０をさらに含むことができる。言葉を変えれば、上層に位置する複数の第１電池モジュール１１０と下層に位置する複数の第２電池モジュール１２０の間に水平プレート１６０が介在して、複数の第１電池モジュール１１０および複数の第２電池モジュール１２０が層状構造により区別されることができる。
そのため、本実施形態による電池パック１００は、パックフレーム１３０，１４０内に複数の第１電池モジュール１１０と複数の第２電池モジュール１２０の間に水平プレート１６０を含み、上層と下層の空間を分離しながらも、電池パック１００の耐久性を追加的に確保することができる。これと共に、各電池モジュール１１０，１２０およびその他電装品を外部の衝撃から物理的に保護することができる。
また、本実施形態の電池パック１００において、複数の第１電池モジュール１１０のうちパックフレーム１３０，１４０内で最外郭に位置する第１電池モジュール１１０の側面にサイドプレート１７０が隣接するように位置することができる。言葉を変えれば、サイドプレート１７０は複数の第１電池モジュール１１０のうちパックフレーム１３０，１４０内で最外郭に位置する第１電池モジュール１１０の側面に接することができる。一例として、サイドプレート１７０は複数の第１電池モジュール１１０のうちパックフレーム１３０，１４０内で最外郭に位置する第１電池モジュール１１０の側面に結合、締結、または付着している。
ここで、パックフレーム１３０，１４０内で最外郭に位置することは、パックフレーム１３０，１４０内で複数の第１電池モジュール１１０が並んで配置されている時最も外側にある第１電池モジュール１１０を意味する。
一方、複数の第１電池モジュール１１０のうちパックフレーム１３０，１４０内で最外郭に位置する第１電池モジュール１１０の側面はパックフレーム１３０，１４０の内部に露出している。しかし、本実施形態で、サイドプレート１７０がパックフレーム１３０，１４０内で最外郭に位置する第１電池モジュール１１０の側面に隣接するように位置し、パックフレーム１３０，１４０内で最外郭に位置する第１電池モジュール１１０を外部衝撃から物理的に保護することができる。
以下では、本実施形態の電池パック１００に含まれたヒートシンク２００を中心に熱伝達部材１５０および絶縁部材３１０，３２０について具体的に説明する。
図３は図１の電池パックに含まれたヒートシンクに付着する絶縁部材を分解して示す分解斜視図である。図４は図３のヒートシンク上に位置する熱伝達部材を分解して示す分解斜視図である。
図３および図４を参照すると、絶縁部材３１０，３２０はヒートシンク２００の少なくとも一端部に付着している。また、絶縁部材３１０，３２０はヒートシンク２００の両端部にそれぞれ付着していてもよい。ただし、絶縁部材３１０，３２０の位置あるいは個数はこれに限定されるものではなく、電池パック１００の絶縁性能を確保するために必要な位置あるいは個数で配置されていてもよい。
一例として、絶縁部材３１０，３２０はポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）のような材質からなる部材であり得る。ただし、これに限定されず、絶縁性を持っている物質であれば制限なく適用可能である。
また、絶縁部材３１０，３２０はヒートシンク２００上に付着するものの、絶縁部材３１０，３２０とヒートシンク２００の間に接着層（図示せず）が位置し得る。一例として、前記接着層（図示せず）は両面テープからなる。ただし、絶縁部材３１０，３２０とヒートシンク２００の間を接着させることができる部材であれば、これに制限されず使用可能である。
また、ヒートシンク２００は複数の電池モジュール１１０，１２０の下面に位置し得る。より具体的には、ヒートシンク２００は第１ヒートシンク２１０および第２ヒートシンク２２０を含むことができる。ここで、第１ヒートシンク２１０は複数の第１電池モジュール１１０の下面に位置し、第２ヒートシンク２２０は複数の第２電池モジュール１２０の下面に位置し得る。
より具体的には、図２ないし図４に示すように、２個の第１電池モジュール１１０が上層に位置し得、４個の第２電池モジュール１２０が下層に位置する場合、第１ヒートシンク２１０は２個の第１電池モジュール１１０の下面に位置し、第２ヒートシンク２２０は二対の第２電池モジュール１２０の下面に位置し得る。
一例として、第２ヒートシンク２２０は、一対のヒートシンクが並んで配置されて互いに連結されている構造を有することができる。ここで、互いに連結されている構造とは、第１ヒートシンク２１０と同等のヒートシンクが対をなして互いに対面する端部が互いに一体化しているか、溶接などの接合によって連結されている。
また、絶縁部材３１０，３２０は第１絶縁部材３１０および第２絶縁部材３２０を含むことができる。ここで、第１絶縁部材３１０は第１ヒートシンク２１０の少なくとも一端部に付着しており、第２絶縁部材３２０は第２ヒートシンク２２０の少なくとも一端部に付着している。
一例として、図２ないし図４に示すように、第１絶縁部材３１０は第１絶縁部３１０ａおよび第２絶縁部３１０ｂを含み得、第１絶縁部３１０ａはパックフレーム１３０，１４０の側面に隣接するように位置する第１ヒートシンク２１０の端部に付着しており、第２絶縁部３１０ｂはパックフレーム１３０，１４０の内部に隣接するように位置する第１ヒートシンク２１０の端部に付着している。
また、第２絶縁部材３２０は第３絶縁部３２０ａおよび第４絶縁部３２０ｂを含み得、第３絶縁部３２０ａはパックフレーム１３０，１４０の側面に隣接するように位置する第２ヒートシンク２２０の両端部に付着しており、第４絶縁部３２０ｂは第２ヒートシンク２２０の中心部に付着している。より具体的には、前述したように、第２ヒートシンク２２０は一対のヒートシンクが並んで配置されて互いに連結されている構造を有する場合、第４絶縁部３２０ｂは一対のヒートシンクが互いに対面する端部にそれぞれ付着している。
そのため、本実施形態による絶縁部材３１０，３２０は、ヒートシンク２００上で電池モジュール１１０，１２０とヒートシンクの間の空間／沿面距離を十分に確保することができ、電池パックの絶縁性能もまた向上することができる。
また、熱伝達部材１５０はヒートシンク２００と複数の電池モジュール１１０，１２０の下面の間に位置し得る。より具体的には、熱伝達部材１５０はヒートシンク２００の複数の電池モジュール１１０，１２０の下面の間に沿って延びている。
より具体的には、前述したように、第２ヒートシンク２２０は一対のヒートシンクが並んで配置されて互いに連結されている構造を有する場合、熱伝達部材１５０は一対のヒートシンク上にそれぞれ位置し、互いに離隔している。
そのため、本実施形態で、複数の電池モジュール１１０，１２０とヒートシンク２００の間に熱伝達部材１５０が位置し、各電池モジュール１１０，１２０で発生した熱が熱伝達部材１５０を介してヒートシンク２００に容易に排出されることができ、これに伴う冷却性能もまた向上することができる。
図５は図２の構成要素が結合された状態での点線領域を拡大して示す図である。図６は図５の点線領域に対する断面を簡略に示す図である。
以下では、第２ヒートシンク２２０を基準として一部の断面を中心に説明するが、第２ヒートシンク２２０の他の断面あるいは第１ヒートシンクについても同一または類似に説明されることができる。
図５および図６を参照すると、第２絶縁部材３２０のうちの第３絶縁部３２０ａの少なくとも一部が熱伝達部材１５０と第２ヒートシンク２２０の間に位置し得る。言葉を変えれば、第２絶縁部材３２０のうちの第３絶縁部３２０ａの残りの一部は熱伝達部材１５０によりカバーされず、パックフレーム１３０，１４０の内部に露出している。
また、第２絶縁部材３２０のうちの第３絶縁部３２０ａの少なくとも一部は第２ヒートシンク２２０の端部の角をカバーすることができる。言い換えると、第２絶縁部材３２０のうちの第３絶縁部３２０ａの少なくとも一部は第２ヒートシンク２２０の端部の側面に沿って延びている。
そのため、本実施形態による電池パック１００は、電池モジュール１２０とヒートシンク２２０の間の空間／沿面距離をより確保することができ、電池パックの絶縁性能もまた、より向上することができる。
図７は図２の第１電池モジュールの斜視図である。
図７を参照すると、本発明の一実施形態で、第１電池モジュール１１０は複数の電池セル１１１を含むことができる。より具体的には、複数の電池セル１１１が既に設定された方向に沿って積層された後モジュールフレーム１１５に取り付けられて第１電池モジュール１１０を構成することができる。
複数の電池セル１１１はその種類に特に制限がないので、パウチ型二次電池または角型二次電池であり得るが、パウチ型二次電池であることが好ましい。
一方、第１電池モジュール１１０を例に挙げて本発明での電池モジュールについて説明したものであるから、第２電池モジュール（１２０，図２の場合にも先立って説明した第１電池モジュール１１０と相互同一ないし類似の構造を有することができる。
一方、本実施形態による電池パックは多様なデバイスに適用することができる。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それを含む電池パック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り、これもまた本発明の権利範囲に属する。
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 電池パック
１１０ 第１電池モジュール
１２０ 第２電池モジュール
１３０ 上部ケース
１４０ 下部ケース
１５０ 熱伝達部材
１６０ 水平プレート
１７０ サイドプレート
２００ ヒートシンク
３１０ 第１絶縁部材
３２０ 第２絶縁部材

Claims (13)

  1. 複数の電池モジュールが取り付けられるパックフレーム、および
    前記複数の電池モジュールの下面に位置するヒートシンク、および
    前記ヒートシンクと前記複数の電池モジュールの下面の間に位置する熱伝達部材を含み、
    前記ヒートシンクの少なくとも一端部に絶縁部材が付着している、電池パック。
  2. 前記絶縁部材のうち少なくとも一部が前記熱伝達部材と前記ヒートシンクの間に位置する、請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記絶縁部材のうち少なくとも一部は前記ヒートシンクの端部の角をカバーする、請求項１又は２に記載の電池パック。
  4. 前記絶縁部材のうち少なくとも一部は前記ヒートシンクの端部側面に沿って延びている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池パック。
  5. 前記複数の電池モジュールは複数の第１電池モジュールおよび複数の第２電池モジュールを含み、
    前記複数の第１電池モジュールは前記パックフレームの上部に取り付けられ、前記複数の第２電池モジュールは前記パックフレームの下部に取り付けられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池パック。
  6. 前記ヒートシンクは第１ヒートシンクおよび第２ヒートシンクを含み、
    前記第１ヒートシンクは前記複数の第１電池モジュールの下面に位置し、前記第２ヒートシンクは前記複数の第２電池モジュールの下面に位置する、請求項５に記載の電池パック。
  7. 前記絶縁部材は第１絶縁部材および第２絶縁部材を含み、
    前記第１絶縁部材は前記第１ヒートシンクの少なくとも一端部に付着しており、
    前記第２絶縁部材は前記第２ヒートシンクの少なくとも一端部に付着している、請求項６に記載の電池パック。
  8. 前記第１ヒートシンクと前記複数の第２電池モジュールの上部の間に位置する水平プレートをさらに含む、請求項７に記載の電池パック。
  9. 前記複数の第２電池モジュールに含まれた前記第２電池モジュールの個数は前記複数の第１電池モジュールに含まれた前記第１電池モジュールの個数より多い、請求項５から８のいずれか一項に記載の電池パック。
  10. 前記第２ヒートシンクは、一対のヒートシンクが並んで配置されて互いに連結されている構造を有する、請求項９に記載の電池パック。
  11. 前記熱伝達部材は前記一対のヒートシンク上にそれぞれ位置し、互いに離隔している、請求項１０に記載の電池パック。
  12. 前記第２絶縁部材は前記一対のヒートシンクの両端部にそれぞれ付着している、請求項１０又は１１に記載の電池パック。
  13. 請求項１から１２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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