JP2023540768A - 冷却性能が向上した電池パック及びこれを含むデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は冷却性能が向上した電池パック及びこれを含むデバイスに関し、具体的には、所定空間を有するパックケース（１００）と、前記パックケース（１００）の内部に収納される複数の電池モジュール（２００）と、前記複数の電池モジュール（２００）を電気的に連結するバスバー（４００）と、前記パックケース（１００）の下部に備えられた冷却部材（５００）とを含み、前記バスバー（４００）の所定の領域は前記冷却部材（５００）に位置することを特徴とする電池パック及びこれを含むデバイスに関する。

Description

本出願は２０２０年１０月１５日付の韓国特許出願第２０２０－０１３３１７１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この明細書の一部として含まれる。

本発明は冷却性能が向上した電池パック及びこれを含むデバイスに関し、具体的にはバスバーと冷却部材とを一体型に形成することで、電池モジュールとともにバスバーを直接的に冷却することができるので、電池パックの温度を安定的に維持させることができる冷却性能が向上した電池パック及びこれを含むデバイスに関する。

最近、化石燃料の使用による大気汚染、エネルギー枯渇による代替エネルギーの開発によって生産された電気エネルギーを貯蔵することができる二次電池に対する需要が増加している。充放電の可能な二次電池は、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド電気自動車動車などに使われるなど、日常生活に密接に使われている。

現代社会で必要不可欠に使われている各種の電子機器のエネルギー源として使われている二次電池は、モバイル機器の使用量の増加及び複雑化、電気自動車などの開発によって所要容量が増加している。使用者の需要を満たすために、小型機器には多数の電池セルを配置しているが、自動車などには多数の電池セルを電気的に連結する電池モジュールまたこのような電池モジュールを多数備えた電池パックが使われる。

一方、二次電池は優れた電気的特性を有しているが、デバイスが要求する出力が増加し、これによって通電電流量が増加して二次電池の温度が急激に上昇することもある。

また、過充電、過放電、過電流などの異常作動状態で電池の構成要素である活物質、電解質などの分解反応を引き起こして熱及びガスが発生し、これにより二次電池が膨張する、いわゆるスウェリング現象が発生する問題点がある。スウェリング現象はこのような分解反応を加速化させて熱暴走（Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象による二次電池の発火や爆発をもたらすこともある。

図１は従来技術による電池モジュールを示す斜視図である。図１に示すように、従来技術による電池モジュールは複数の電池セル１０を収納しており、燐接した複数の電池セル１０を電気的に連結するバスバー２０、複数のバスバー２０の下面に付着された平板状のバスバーハウジング３０、及びバスバーハウジング３０の上面に付着された冷却水循環管４０を含む。

このように、従来技術による電池モジュールは、複数のバスバー２０と連結されたバスバーハウジング３０の上面に冷却水循環管４０を備えており、よって内部で発生する熱はバスバー２０を経由した後、冷却水循環管４０によって冷却される構造であるので、バスバー２０も一緒に冷却されることができるという利点がある。

しかし、従来技術による電池モジュールは、単純にバスバー２０の上部に冷却水循環管４０が配置される構造を有するので、冷却効率が低いだけでなく、冷却水循環管４０によって電池モジュールの全体的体積が増加するという問題点がある。

韓国公開特許第２０１９－０１４０６６９号公報

前記のような問題点を解決するための本発明は、電池モジュール及び電池モジュールを連結するバスバーで発生する熱を同時に冷却しながらも体積増加を最小化することができる電池パック及びこれを含むデバイスを提供することを目的とする。

また、本発明は、冷却部材とバスバーが一体型に結合されることで、製造工程の簡素化を期待することができる電池パック及びこれを含むデバイスを提供することを目的とする。

さらに、本発明は、バスバーを速かに冷却することができるので、バスバーの表面積を減らすことができる電池パック及びこれを含むデバイスを提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するために、本発明による電池パックは、所定の空間を有するパックケース（１００）と、前記パックケース（１００）の内部に収納される複数の電池モジュール（２００）と、前記複数の電池モジュール（２００）を電気的に連結するバスバー（４００）と、前記パックケース（１００）の下部に備えられた冷却部材（５００）とを含み、前記バスバー（４００）の所定の領域は前記冷却部材（５００）に位置することを特徴とする。

また、本発明による電池パックにおいて、前記パックケース（１００）は、上部パックケース（１１０）と、下部パックケース（１２０）とを含み、前記下部パックケース（１２０）には、前記バスバー（４００）が貫くための第１スリット（１２１）が形成されていることを特徴とする。

また、本発明による電池パックにおいて、前記冷却部材（５００）は、胴体部（５１０）と、冷却管（５２０）とを含むことを特徴とする。

また、本発明による電池パックにおいて、前記胴体部（５１０）には、前記バスバー（４００）が貫くための第２スリット（５１１）が形成されていることを特徴とする。

また、本発明による電池パックにおいて、前記冷却管（５２０）は、前記胴体部（５１０）に埋め込まれた状態で位置することを特徴とする。

また、本発明による電池パックにおいて、前記バスバー（４００）は、水平部（４１０）と、前記水平部（４１０）の両側端から垂直方向に所定の長さに延びている垂直部（４２０）とを含むことを特徴とする。

また、本発明による電池パックにおいて、前記バスバー（４００）の水平部（４１０）及び垂直部（４２０）の所定の部分は前記胴体部（５１０）に埋め込まれることを特徴とする。

また、本発明による電池パックにおいて、前記冷却管（５２０）は、前記埋め込まれたバスバー（４００）の水平部（４１０）及び垂直部（４２０）より相対的に下側に位置することを特徴とする。

また、本発明による電池パックにおいて、前記バスバー（４００）と前記冷却管（５２０）とはインサート射出成形によって胴体部（５１０）と一体型に成形されることを特徴とする。

また、本発明は、前記電池パックを含むデバイスであってもよい。

以上で説明したように、本発明による冷却性能が向上した電池パック及びこれを含むデバイスによれば、冷却部材を介してバスバーを直接的に冷却することができるので、バスバーの熱を速かに除去することができるという利点がある。

また、本発明による冷却性能が向上した電池パック及びこれを含むデバイスによれば、バスバー及び冷却部材がインサート射出成形によって一体型に形成されることで、バスバー及び冷却部材を結合するための結合部材を省略して製造コストを節減することができるという利点がある。

さらに、本発明による冷却性能が向上した電池パック及びこれを含むデバイスによれば、バスバーが冷却部材に埋め込まれる構造であるので、体積増加を最小化することができ、結果としてエネルギー密度が高いという利点がある。

従来技術による電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の好適な実施例による電池パックの斜視図である。 図２に示す電池パックの分解斜視図である。 本発明によるバスバーと冷却部材との結合構造を説明するための分解斜視図である。 図３のＡ－Ａ’線に沿って切断した断面図である。

以下、添付図面に基づき、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省省略する。

また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般にわたって、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

以下、本発明による冷却性能が向上した電池パックについて添付図面を参照しながら説明する。

以下、本発明による冷却性能が向上した電池パックについて添付図面を参照しながら説明する。

図２は本発明の好適な実施例による電池パックの斜視図であり、図３は図２に示す電池パックの分解斜視図である。

図２及び図３に示すように、本発明による電池パックは、パックケース１００、パックケース１００に収納される複数の電池モジュール２００、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｔ Ｕｎｉｔ）３００、複数の電池モジュール２００を電気的に連結するバスバー４００、及びパックケース１００の下部に位置する冷却部材５００を含む。

まず、パックケース１００は、所定の空間を形成するように、上部パックケース１１０及び下部パックケース１２０からなる。

下部パックケース１２０は、電池モジュール２００、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｔ Ｕｎｉｔ）３００などの各種の部品を安定的に支持するように偏平な底面及び側面からなっている。特に、底面縁部の所定の領域には複数の第１スリット１２１が形成されている。これは、後述するバスバー４００の垂直部４２０が貫いて底面の上部に突出するためのものである。

上部パックケース１１０は下部パックケース１２０の上部に結合され、内部に実装された各種の部品を外部衝撃から保護する。

パックケース１００の内部に収納される電池モジュール２００は、複数の電池セル（図示せず）と、電池セルを保護するためのモジュールケースとを含む。

電池セルは、一例として、電極組立体（図示せず）を収納するセルケースと一対の電極リードとを含むことができる。

ここで、電極組立体は、長いシート状の正極及び負極の間に分離膜が介在されてから巻き取られる構造を有するゼリーロール型組立体、長方形の正極及び負極が分離膜を挟んでいる状態で積層される構造のスタック型組立体、単位セルが長い分離フィルムによって巻き取られるスタックフォルディング型組立体、または電池セルが分離膜を挟んでいる状態で積層されて互いに付着されるラミネーションスタック型組立体などからなることができるが、これに限定されない。

前記のような電極組立体はセルケースに収納され、セルケースは、通常に、内部層／金属層／外部層のラミネートシート構造を有している。内部層は電極組立体と直接的に接触するので、絶縁性及び耐電解液性を有しなければならなく、また外部に対する密閉のために、シーリング性、すなわち内部層同士熱接着されたシーリング部位は優れた熱接着強度を有しなければならない。このような内部層の材料としては、耐化学性に優れながらもシーリング性がよいポリプロピレン、ポリエチレン、酢酸ポリエチレン、ポリブチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリイミド樹脂から選択されることができるが、これに限定されず、引張強度、剛性、表面硬度、耐衝撃強度などの機械的物性及び耐化学性に優れたポリプロピレンが最も好ましい。

内部層と接している金属層は外部から水分や各種のガスが電池の内部に浸透することを防止するバリア層に相当し、このような金属層の好適な材料としては、軽いながらも成形性に優れたアルミニウム薄膜を使うことができる。

そして、金属層の他側面には外部層が備えられる。このような外部層は、電極組立体を保護しながら耐熱性及び耐化学性を確保することができるように、引張強度、透湿防止性及び空気透過防止性に優れた耐熱性ポリマーを使うことができ、一例としてナイロンまたはポリエチレンテレフタレートを使うことができるが、これに限定されない。

一方、一対の電極リードは正極リード及び負極リードからなり、電極組立体の正極タブと負極タブとがそれぞれ電気的に連結された後、セルケースの外部に露出されるか、タブなしに電極組立体と直接連結されても関係ない。

たとえ図面は二つの電池モジュール２００が収納されるものとして示しているが、これは一例示に過ぎないだけで、パックケース１００に収納される電池モジュール２００の個数はいくらでも変更可能であるというのは言うまでもない。

次に、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｔ Ｕｎｉｔ）３００は電池モジュール２００に燐接して装着されており、バスバー４００を介して電池モジュール２００と連結されることによって電池モジュール２００の電気的連結を制御する装置である。このようなＢＤＵ３００は公知の構成に相当するので、詳細な説明は省略する。

図４は本発明によるバスバーと冷却部材との結合構造を説明するための分解斜視図であり、図５は図３のＡ－Ａ’線に沿って切断した断面図である。

図４及び図５を一緒に参照しながら説明すると、バスバー４００は所定の形状に折り曲げられている。具体的には、バスバー４００は、水平部４１０と、水平部４１０の両側端から垂直方向に所定の長さに延びている垂直部４２０とからなっている。

このように、バスバー４００を水平部４１０及び垂直部４２０が形成されるように折り曲げた理由は、冷却部材５００との接触によってバスバー４００を速かに冷却させるためである。

すなわち、図４及び図５に示すように、バスバー４００の水平部４１０は冷却部材５００の内部に位置する一方で、垂直部４２０は冷却部材５００の第２スリット５１１及び下部パックケース１２０の第１スリット１２１を順次貫通して上部に突出する。もちろん、突出したバスバー４００の垂直部４２０は電池モジュール２００及びＢＤＵ３００などを電気的に互いに連結する。

一方、冷却部材５００は下部パックケース１２０の下に位置し、下部パックケース１２０に着座している電池モジュール２００、ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）３００、及び冷却部材５００の内部のバスバー４００で発生した熱を冷却する。

ここで、冷却部材５００は、胴体部５１０と、胴体部５１０の内部に埋め込まれた状態の冷却管５２０とを含む。

胴体部５１０は所定の高さ及び広さを有する平板状のものであり、バスバー４００の水平部４１０、垂直部４２０の所定部分、及び冷却管５２０が埋め込まれるように位置し、冷却管５２０はバスバー４００の水平部４１０より少し下側に位置することが好ましい。

胴体部５１０の材料としては、特に限定しないが、熱伝導性プラスチックであることが好ましく、胴体部５１０、バスバー４００、及び冷却管５２０はインサート射出成形によって互いに一体型に製作されることができる。

このように、胴体部５１０、バスバー４００、及び冷却管５２０が一体型に成形されるので、別の接着部材や固定部材を必要としなく、製造工程を簡素化するという利点がある。

また、バスバー４００の水平部４１０が胴体部５１０に埋め込まれた冷却管５２０に近くに位置しているので、バスバー４００を冷却するための別の冷却手段が不要であるだけでなく、体積増加を抑制することができるので、エネルギー密度の向上にも役立つことができる。

本発明は前述した特徴のうちの一つ以上の特徴を有している電池パックを備えているデバイスであってもよく、前記デバイスは、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド電気自動車であってもよい。

本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。

１００ パックケース
１１０ 上部パックケース
１２０ 下部パックケース
１２１ 第１スリット
２００ 電池モジュール
３００ ＢＤＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｕｎｉｔ）
４００ バスバー
４１０ 水平部
４２０ 垂直部
５００ 冷却部材
５１０ 胴体部
５１１ 第２スリット
５２０ 冷却管

Claims (10)

1. 所定の空間を有するパックケースと、
   前記パックケースの内部に収納される複数の電池モジュールと、
   前記複数の電池モジュールを電気的に連結するバスバーと、
   前記パックケースの下部に備えられた冷却部材と、
   を含み、
   前記バスバーの所定の領域は前記冷却部材に位置する、電池パック。
2. 前記パックケースは、上部パックケースと、下部パックケースとを含み、
   前記下部パックケースには、前記バスバーが貫くための第１スリットが形成されている、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記冷却部材は、胴体部と、冷却管とを含む、請求項１又は２に記載の電池パック。
4. 前記胴体部には、前記バスバーが貫くための第２スリットが形成されている、請求項３に記載の電池パック。
5. 前記冷却管は前記胴体部に埋め込まれた状態で位置する、請求項３又は４に記載の電池パック。
6. 前記バスバーは、水平部と、前記水平部の両側端から垂直方向に所定の長さに延びている垂直部とを含む、請求項３～５のいずれか一項に記載の電池パック。
7. 前記バスバーの前記水平部及び前記垂直部の所定の部分は前記胴体部に埋め込まれている、請求項６に記載の電池パック。
8. 前記冷却管は、前記埋め込まれたバスバーの前記水平部及び前記垂直部より相対的に下側に位置する、請求項７に記載の電池パック。
9. 前記バスバー及び前記冷却管はインサート射出成形によって前記胴体部と一体型に成形される、請求項３～８のいずれか一項に記載の電池パック。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電池パックを含む、デバイス。

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