JP2024506357A - 電池モジュールおよびそれを含む電池パック - Google Patents

Abstract

本発明の電池モジュールは、一方向に沿って積層された電池セル；前記電池セルから発生する熱を外部に伝達する熱伝導部材；および前記熱伝導部材を囲んで備えられる絶縁部材；を含み、少なくとも一つ以上の前記電池セルは電池セルグループを形成し、前記電池セルグループが少なくとも一つ以上積層されて電池セル積層体を形成し、前記熱伝導部材および前記絶縁部材を含む放熱部材は、前記電池セル積層体の積層方向に互いに対向する前記電池セルグループの第１面と第２面とのうちいずれか一つと、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に互いに対向する第３面と第４面とのうちいずれか一つとを覆い、前記いずれか一つの電池セルグループと隣り合う他の電池セルグループの前記電池セル積層体の積層方向に互いに対向する第１面と第２面とのうちいずれか一つと、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に対向する第３面と第４面とのうちいずれか一つとを覆い得る。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年１１月１９日付韓国の特許出願第１０－２０２１－０１５９９７５号および２０２２年１０月２７日付韓国の特許出願第１０－２０２２－０１４０４２５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国の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、冷却性能が向上し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。

モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギ源としての二次電池の需要が急激に増加している。これに伴い、様々なニーズに応えられる二次電池に関する研究が多く行われている。

二次電池は携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギ源としても注目を集めている。

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の二次電池構造へのニーズが高まるにつれ、多数の二次電池が直列／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。

一方、複数の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを構成し、少なくとも一つの電池モジュールを用いてその他の構成要素を追加して電池パックを構成することが一般的な方法である。このような中・大型電池モジュールを構成する電池セルは充放電が可能な二次電池で構成されているので、このような高出力大容量の二次電池は充放電過程で多量の熱を発生させる。この場合、電池セルの縁部分は電池パックに位置するヒートシンクと直接的・間接的に位置してヒートシンクに熱を伝達して冷却されることができる。ただし、電池セルとヒートシンクとの接触程度に差があり得、冷却性能が低下し得る。したがって、このような短所を解消するために電池セルの縁部分と直接接触する冷却フィンや、電池セルの一面と直接接触するヒートシンクを備える方法などがある。前記方法については以下で詳しく説明する。

図１は従来の電池モジュールの断面図である。図２は従来の電池モジュールの平面図である。

図１および図２を参照すると、従来の電池モジュール１０で、複数の電池セル１１が積層された電池セル積層体１２はモジュールフレーム１５に収納され、電池モジュール１０はパックハウジングに位置するヒートシンク４０上に取り付けられる。

電池セル積層体１２を構成する電池セル１１の縁部分はヒートシンク４０と間接的に接触して冷却が行われ得る。ただし、この場合、電池セル１１それぞれの縁部分はヒートシンク４０との接触偏差によって冷却性能が低下し得るという問題がある。

また、電池セル１１それぞれの縁部分には冷却フィン４５が位置し、電池セル１１と冷却フィン４５は直接接触して冷却が行われることもできる。具体的には、冷却フィン４５は固定ピン４６と冷却プレート４７を含む。

固定ピン４６は電池セル１１の縁領域と接して位置して電池セル１１から発生する熱の伝達を直接受ける。冷却プレート４７は電池セル１１の一面と接して位置して、電池セル１１から発生する熱の伝達を直接受け、固定ピン４６に固定されて位置する。

冷却フィン４５はヒートシンク４０より厚さが小さいためエネルギ密度を改善することができ、電池セル１１と直接接触するので冷却効率が向上できるが、冷却フィン４５の厚さが一定の厚さ以下に縮小される場合は冷却性能が劣り、組み立てが容易でない。

その他にも、冷却フィン４５は位置が固定されており、電池セル１１の縁領域は冷却フィン４５により拘束されているので、電池セル１１のスウェリング発生時に電池セルケースの損傷および変形が誘発される問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、冷却性能およびエネルギ密度が向上し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。

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、一方向に沿って積層された電池セル；前記電池セルから発生する熱を外部に伝達する熱伝導部材；および前記熱伝導部材を囲んで備えられる絶縁部材；を含み、少なくとも一つ以上の前記電池セルは電池セルグループを形成し、前記電池セルグループが少なくとも一つ以上積層されて電池セル積層体を形成し、前記熱伝導部材および前記絶縁部材を含む放熱部材は、前記電池セル積層体の積層方向に互いに対向する前記電池セルグループの第１面と第２面とのうちいずれか一つと、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に互いに対向する第３面と第４面とのうちいずれか一つとを覆い、前記いずれか一つの電池セルグループと隣り合う他の電池セルグループの前記電池セル積層体の積層方向に互いに対向する第１面と第２面とのうちいずれか一つと、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に対向する第３面と第４面とのうちいずれか一つを覆い得る。

前記熱伝導部材は、積層構造であり得る。

前記熱伝導部材は、第１熱伝導部材および第２熱伝導部材を含み、前記第１熱伝導部材と前記第２熱伝導部材は、接着剤を間に置いて熱融着されてラミネートされ得る。

前記第２熱伝導部材は複数であり、前記第１熱伝導部材は前記第２熱伝導部材の間に位置し得る。

前記第１熱伝導部材はグラファイト（Ｇｒ）であり、前記第２熱伝導部材はアルミニウム（Ａｌ）であり得る。

前記熱伝導部材はグラファイト（Ｇｒ）、アルミニウム（Ａｌ）およびこれらの組み合わせのうち一つであり得る。

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、前記熱伝導部材は、前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材の間に位置し得る。

前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材は、前記熱伝導部材の外周面を囲んで位置し、前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材は互いに熱融着されて接し得る。

前記放熱部材は、ジグザグ形状に前記電池セルグループに沿って一方向に延びて位置し得る。

前記放熱部材は、前記電池セルグループの単位別に分離されて備えられ得る。

一つの前記放熱部材は、前記いずれか一つの電池セルグループの第１面および第３面を覆い、他の一つの前記放熱部材は、前記いずれか一つの電池セルグループと隣り合う他の電池セルグループの第２面および第４面を覆い得る。

一つの前記放熱部材は、前記一つの電池セルグループの第１面および第３面を覆い、他の一つの前記放熱部材は、前記一つの電池セルグループの第２面および第４面を覆い得る。

前記熱伝導部材の厚さは０．１ｍｍ～０．２ｍｍであり得る。

前記第１面および前記第２面は側面であり、前記第３面は上面であり、前記第４面は下面であり得る。

前記電池モジュールは電池セル積層体の積層方向に互いに対向する前記電池セル積層体の両側面を覆うモジュールフレーム、および前記電池セルと電気的に接続されるバスバーと、前記バスバーを固定させるバスバーフレームを含むバスバー構造体をさらに含み得る。

前記放熱部材は、前記バスバー構造体の第３面および第４面と接して備えられ、前記バスバー構造体の前記第３面および前記第４面は、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に互いに対向する前記バスバー構造体の面であり得る。

前記バスバー構造体は、前記電池セルグループの第５面および第６面に備えられ、前記第５面および前記第６面は、前記電池セル積層体の積層方向と平面上で垂直な前記電池セルの長手方向に互いに対向する面であり得る。

前記第５面は前記電池セル積層体の前面であり、前記第６面は前記電池セル積層体の後面であり得る。

前記バスバー構造体は、電池セルグループそれぞれに一つずつ備えられ得る。

前記バスバー構造体の個数は、前記電池セルグループの個数と同じであり得る。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記で説明した電池モジュール、および前記電池セル積層体の第３面に位置する第１ヒートシンク、前記電池セル積層体の第４面に位置する第２ヒートシンク、および前記第１ヒートシンクと前記第２ヒートシンクを連結する連結部を含むヒートシンクを含み得る。

前記第１ヒートシンクは、前記電池セル積層体の第３面の大きさと同一であるか、または前記電池セル積層体の第３面の大きさより大きく、前記第２ヒートシンクは、前記電池セル積層体の第４面の大きさと同一であるか、または前記電池セル積層体の第４面の大きさより大きくもよい。

前記第１ヒートシンクと前記第２ヒートシンクの他端部は連結部で連結されていてもよい。

前記連結部は、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に延びて前記第１ヒートシンクおよび前記第２ヒートシンクを連結する通路であり得る。

前記連結部は、前記第１ヒートシンクと前記第２ヒートシンクの一縁を構成する二つの頂点が互いに対応して連結される通路であり得る。

前記ヒートシンクは、外部から冷媒が流入する入口、冷媒が外部に排出される出口および前記入口と前記出口を連結する流路を含み得る。

前記流路は、前記入口と前記出口が位置する前記ヒートシンクの一縁で分岐する少なくとも一つ以上の通路であり得る。

前記ヒートシンクは、前記連結部が前記電池セルの一縁と当接するように備えられ得る。

前記ヒートシンクは、結合部材や接着剤を用いて前記電池モジュールと固定され得る。

本発明の他の一実施形態によるデバイスは、前記による電池パックを含む。

実施形態によれば、電池セルを囲む熱伝導部材を備えることによって、電池モジュールの冷却性能を向上させることができる。

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ものである。

従来の電池モジュールの断面図である。 従来の電池モジュールの平面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの分解斜視図である。 図３のエンドプレートを除いた電池モジュールの斜視図である。 図５をｘ軸方向から見たときの図である。 本発明の一実施形態による放熱部材の上面図である。 図７の放熱部材の断面図である。 本発明の他の一実施形態による放熱部材の断面図である。 図６の変形例を示す図である。 図６の変形例を示す図である。 図５の電池モジュールがヒートシンクを含む構造を示す斜視図である。 図１２の分解斜視図である。 図１２のＡ領域を示す拡大図である。 図１２をｘ軸方向から見たときの図である。 図１２をＢ－Ｂ’に切断したときの上面図である。 図１２をｙ軸方向から見たときの断面図である。

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られない。

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られない。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ときを意味し、「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ときを意味する。

図３は本発明の一実施形態による電池モジュールの斜視図である。図４は本発明の一実施形態による電池モジュールの分解斜視図である。

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、複数の電池セル１１０が積層された電池セル積層体１２０、電池セル積層体１２０の積層方向に互いに対向する両側面（ｘ軸方向および－ｘ軸方向）を覆うモジュールフレーム２００、積層方向と平面上で垂直な電池セルの長手方向に互いに対向する電池セル積層体１２０の前面および後面（ｙ軸方向および－ｙ軸方向）に組み立てられて位置するバスバー構造体３００、バスバー構造体３００を覆うエンドプレート４００、および電池セル積層体１２０にジグザグ形状に位置する熱伝導部材６００と絶縁部材７００を含む放熱部材８００を含む。

ここで、積層方向は電池セル積層体１２０の積層方向にｘ軸方向および－ｘ軸方向であり得、電池セルの長手方向は、積層方向と平面で垂直な方向に、ｙ軸方向および－ｙ軸方向であり得る。

そして、電池セル積層体の積層方向に対向する面はそれぞれ第１面（ｘ軸方向）および第２面（－ｘ軸方向）と定義することができ、これは便宜上両側面を意味する。すなわち、第１面は一側面であり、第２面は他側面であり得る。電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に対向する面はそれぞれ第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）と定義することができ、便宜上第３面は上面であり、第４面は下面であり得る。また、電池セル積層体の積層方向と平面上で垂直な方向に互いに対向する面は第５面（ｙ軸方向）および第６面（－ｙ軸方向）と定義することができ、便宜上第５面は前面で第６面は後面であり得る。以下では前記定義した用語で発明について説明する。

まず、電池セル１１０はパウチ型電池セルであり得る。このようなパウチ型電池セルは、樹脂層と金属層を含むラミネートシートのパウチケースに電極構造体を収納した後、前記パウチケースのシーリング部を熱融着して形成される。この時、電池セル１１０は長方形のシート状構造で形成されることができる。

このような電池セル１１０は複数で構成され、少なくとも一つ以上の電池セル１１０は電池セルグループ１５０を形成することができる。電池セルグループ１５０は少なくとも一つ以上の電池セル１１０が相互電気的に接続されるように積層されたものであり得る。例えば、電池セルグループ１５０は２個の電池セル１１０が相互電気的に接続されて積層されたものであり得る。電池セルグループ１５０は、少なくとも一つ以上相互電気的に接続されるように積層されて電池セル積層体１２０を形成する。図面に示すように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。

電池セル積層体１２０の内部には電池セル１１０の一部を囲んで、電池セル積層体１２０で発生する熱を外部に伝達する放熱部材８００が備えられる。

一例として、放熱部材８００はいずれか一つの電池セル１１０と、これと隣り合う他の電池セル１１０を囲んで、ジグザグ形状に電池セル１１０に沿って一方向につながる構造であり得る。または、放熱部材８００はいずれか一つの電池セルグループ１５０と、これと隣り合う他の電池セルグループを囲んで、ジグザグ形状に電池セルグループ１５０に沿って一方向につながる構造であり得る。

モジュールフレーム２００は電池セル積層体１２０を構成する最外側電池セル１１０の外面をそれぞれ覆う板であり得る。すなわち、モジュールフレーム２００は電池セル積層体１２０の積層方向に互いに対向する第１面および第２面（ｘ軸方向および－ｘ軸方向）を覆う以下であり得る。モジュールフレーム２００は外部の衝撃から電池セル積層体１２０を保護できる。モジュールフレーム２００は剛性を有する金属であり得、例えばアルミニウムであり得る。

従来の電池モジュールは一定の形状を有するモジュールフレームに電池セル積層体が収納された。一例として、従来のモジュールフレームは電池セル積層体のすべての面を囲んで電池セル積層体を収納する直六面体であり得る。したがって、セルのスウェリングによって電池セル積層体の形状が変化する場合、電池セル積層体を覆うモジュールフレームと電池セル積層体が互いに接触することによって、電池セルケースが破損することが頻繁にあった。

それに対して、従来とは異なり、本発明の一実施形態による電池モジュール１００において、電池セル積層体１２０は一定の形状を有するモジュールフレームに収納されなくてもよい。具体的には、本実施形態によるモジュールフレーム２００は電池セル積層体１２０を構成する最外側電池セル１１０の外面のみ囲む形態であり得る。したがって、電池セル積層体１２０がスウェリングされて形状が変化するとしてもモジュールフレーム２００はこれを拘束しないので、電池セル積層体１２０とモジュールフレーム２００の接触による電池セルケースの破損は生じない。これにより、電池モジュール１００の構造的安定性を図ることができる。

バスバー構造体３００は電池セル積層体１２０の積層方向と平面上で垂直な長手方向に互いに対向する第５面および第６面（ｙ軸方向および－ｙ軸方向）をそれぞれ覆って位置する。バスバー構造体３００はバスバー３１０およびバスバーフレーム３３０を含み得る。

バスバー３１０は電池セル１１０からそれぞれ突出した電極リードと電気的に接続され得る。バスバー３１０は電池セル積層体１２０をバッテリシステムと電気的に接続させる。

バスバー３１０はバスバーフレーム３３０に取り付けられる。バスバーフレーム３３０はバスバー３１０の位置を固定させて外部の衝撃から電池セル積層体１２０およびバスバー３３０を物理的に保護することができる。

エンドプレート４００は電池セル積層体１２０の積層方向と平面上で垂直な長手方向に互いに対向する第５面および第６面（ｙ軸方向および－ｙ側方向）に位置して電池セル積層体１２０を覆うように形成される。すなわち、エンドプレート４００はバスバー構造体３００を覆って位置することができる。エンドプレート４００は外部の衝撃から電池セル積層体１２０およびその他電装品を物理的に保護することができる。

以下では放熱部材８００およびバスバー構造体３００についてより詳細に説明する。

図５は図３のエンドプレートを除いた電池モジュールの斜視図である。図６は図５をｙ軸方向から見たときの図である。

図５および図６を参照すると、少なくとも一つ以上の電池セル１１０で構成された複数の電池セルグループ１５０を含む電池セル積層体１２０について、放熱部材８００が電池セルグループ１５０を囲んで位置し、各電池セルグループ１５０に一つのバスバー構造体３００が位置する。

バスバー構造体３００は電池セルグループ１５０の長手方向に沿って向かい合う第５面および第６面（ｙ軸方向および－ｙ軸方向）に備えられる。バスバー構造体３００は複数であり得る。一例として、バスバー構造体３００はそれぞれの電池セルグループ１５０の個数と対応するように備えられる。すなわち、バスバー構造体３００はそれぞれの電池セルグループ１５０の個数と対応するように、複数のバスバー３１０および複数のバスバーフレーム３３０を含むことができる。この場合、バスバー構造体３００の個数は電池セルグループ１５０の個数と同一であり得る。

従来には、バスバーは複数であり得るが、複数のバスバーを含むバスバーフレームは一つだけであった。すなわち、複数のバスバーは一つのバスバーフレームに固定されて位置し、バスバーフレームの形状および位置もまた、固定されていた。この場合、セルのスウェリングにより電池セルの位置が変わっても電池セルの一部と接して位置するバスバーの位置は変化しないので、電池セルケースの形状変化および破損が生じる問題があった。

それに対して、本発明の一実施形態によるバスバー構造体３００は、電池セルグループ１５０それぞれの第５面および第６面にそれぞれ対応して位置する。すなわち、複数のバスバー構造体３００は互いに連結されておらず、それぞれ分離されて備えられる。したがって、セルのスウェリングにより電池セル１１０の形状および位置が変わるとしても、バスバーフレーム３００による電池セル１１０ケースの形状変化および破損などの問題が生じないので、電池モジュール１００の組立性および構造的安定性が向上することができる。

放熱部材８００はいずれか一つの電池セルグループ１５０の第１面および第２面（ｘ軸方向および－ｘ軸方向）と、第１面および第２面と垂直な第３面（ｚ軸方向）を囲んで備えられる。また、放熱部材８００はいずれか一つの電池セルグループ１５０と隣り合う他の電池セルグループの第１面および第２面（ｘ軸方向および－ｘ軸方向）と、第１面および第２面と垂直な第６面（－ｚ軸方向）を囲んで備えられる。

すなわち、放熱部材８００は電池セル積層体１２０の積層方向と互いに対向する電池セルグループ１５０の第１面および第２面のうちいずれか一つと、電池セル積層体１２０の積層方向と垂直な方向に互いに対向する第３面および第４面のうちいずれか一つとを覆うことができる。また、放熱部材８００はいずれか一つの電池セルグループ１５０と隣り合う他の電池セルグループ１５０の電池セル積層体１２０の積層方向と互いに対向する電池セルグループ１５０の第１面および第２面のうちいずれか一つと、電池セル積層体１２０の積層方向と垂直な方向に互いに対向する第３面および第４面のうちいずれか一つとを覆うことができる。

一例として、放熱部材８００はジグザグ形状に複数の電池セルグループ１５０に沿って一方向につながる構造であり得る。

または、本図面には開示されていないが、放熱部材８００はいずれか一つの電池セル１１０の第１面および第２面と、これと垂直な第３面を囲んで備えられることができる。そして、いずれか一つの電池セル１１０と隣り合う他の電池セル１１０の第１面および第２面と、これと垂直な第６面を囲んで備えられることができる。すなわち、放熱部材８００はジグザグ形状に複数の電池セル１１０に沿って一方向につながる構造であり得る。

すなわち、放熱部材８００は電池セル１１０および／または電池セルグループ１５０の両側面だけでなく、従来の直接冷却できなかった上面および下面も囲んで位置することができる。したがって、電池セル１１０で発生する熱をより効果的に外部に伝達することができる。言い換えれば、放熱部材８００は電池セル１１０または電池セルグループ１５０の上面および下面を囲んで位置してこれらの直接的な冷却が可能であるので、電池モジュール１００の冷却性能が向上することができる。

放熱部材８００は電池セルグループ１５０と接して位置する。

放熱部材８００は、熱伝導部材６００および熱伝導部材６００を囲んで位置する絶縁部材７００を含み、絶縁部材７００は電池セルグループ１５０が放熱部材８００と接して位置できるようにする。熱伝導部材６００および絶縁部材７００については、以下で詳しく説明する。

図７は本発明の一実施形態による放熱部材の上面図である。図８は図７の放熱部材の断面図である。

図７および図８を参照すると、本実施形態による放熱部材８００は熱伝導部材６００および絶縁部材７００を含み、熱伝導部材６００は絶縁部材７００と接して備えられる。

熱伝導部材６００は、電池セル１１０から発生する熱を外部に伝達する。熱伝導部材６００は電池セル１１０または電池セルグループ１５０の一部を囲んで備えられる。

熱伝導部材６００は伸縮性がある素材で形成される。一例として、熱伝導部材６００はアルミニウム（Ａｌ）やグラファイト（Ｇｒ）、またはこれらの組み合わせであり得る。したがって、セルのスウェリングにより電池セル１１０の厚さが変更されても、熱伝導部材６００は電池セル１１０の体積変化に対応して形状が変更されることができる。すなわち、熱伝導部材６００は電池セル１１０の膨張力に対応する力を電池セル１１０に伝達しないか、あるいは電池セル１１０が破損するほど伝達しないので、電池セル１１０が破損しない。したがって、電池モジュール１００の構造的安定性が向上して組立性を改善することができる。

熱伝導部材６００は一定の厚さ以下で形成される。具体的には、熱伝導部材６００の厚さは電池セル１１０の厚さより小さくてもよい。好ましくは、熱伝導部材６００の厚さは０．１ｍｍ～０．２ｍｍであり得る。したがって、熱伝導部材６００が電池セル積層体１２０を構成するそれぞれの電池セル１１０または電池セルグループ１５０の第１面および／または第２面と、第５面および／または第６面を囲んで備えられるので、熱伝導部材６００が電池セル積層体１２０内で占める面積が冷却フィンなどのような従来の冷却部材に比べて大きくても、電池モジュール１００のエネルギ密度に影響を及ぼさない。

さらに、熱伝導部材６００は熱伝導率が高い素材で形成される。例えば、熱伝導部材６００はアルミニウム（Ａｌ）、グラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）またはこれらの組み合わせであり得る。したがって、熱伝導部材６００は電池セル積層体１２０で発生する熱を外部に効果的に伝達することができ、電池モジュール１００の冷却性能を向上させることができる。

熱伝導部材６００は絶縁部材７００と接して位置する。絶縁部材７００は、熱伝導部材６００を電池セルおよびその他電装品との間で絶縁性を確保するようにする部材であり得る。

絶縁部材７００は熱伝導部材６００を囲んで備えられる。より具体的には、絶縁部材７００は熱伝導部材６００の外周面を囲んで備えられる。

熱伝導部材６００は２個の絶縁部材７００の間に位置する。絶縁部材７００は第１絶縁部材７１０および第２絶縁部材７３０を含み、熱伝導部材６００は第１絶縁部材７１０と第２絶縁部材７３０の間に位置する。

第１絶縁部材７１０と第２絶縁部材７３０は、熱伝導部材６００を間に置いて位置する。具体的には、第１絶縁部材７１０は熱伝導部材６００の一面と接して位置し得、第２絶縁部材７３０は熱伝導部材６００の他面と接して位置し得る。

第１絶縁部材７１０および第２絶縁部材７３０は熱伝導部材６００を間に置いて互いに熱融着される。この場合、第１絶縁部材７１０および第２絶縁部材７３０は互いに熱融着される熱融着領域７５０を含むことができる。熱融着領域７５０は第１絶縁部材７１０と第２絶縁部材７３０が接して、熱融着される領域であり得る。

絶縁部材７００は熱融着が可能でかつ絶縁性を有する素材であり得る。また、絶縁部材７００は伸縮性を有する素材であり得、電池セル１１０のスウェリングに対応して形状が変更され得る。ただし、絶縁部材７００の伸縮性は熱伝導部材６００の伸縮性よりは小さくてもよい。したがって、セルのスウェリングにより電池セル１１０の厚さが変わっても、絶縁部材７００が電池セル１１０ケースを破損せず、かつ電池セル１１０の形状変化を一部抑制することができる。

そして、絶縁部材７００は接着性を有する素材であり得る。したがって、絶縁部材７００は放熱部材８００を電池セル１１０に接着固定させることができる。すなわち、固定部材７００によって放熱部材８００の形状が固定され、放熱部材８００が電池セル１１０に接する形態で備えられる。一例として絶縁部材７００はＰＥＴであり、好ましくは絶縁部材７００はＰＥＴテープである。

すなわち、絶縁部材７００は熱伝導部材６００を囲んで位置するので、熱伝導部材の絶縁性を確保すると同時に、熱伝導部材６００が電池セルに固定された状態で位置するようにすることができる。また、絶縁部材７００は電池セル上に接着された状態で位置するので、電池セルのスウェリングに対応する力を加えて電池セルのスウェリングを抑制して電池の安全性を向上させることができる。そして、従来の電池モジュールに比べて、本実施形態による電池モジュールは電池セルを囲んで位置する熱伝導部材６００によって熱伝導率が向上して冷却性能が向上することができる。

熱伝導部材６００の外面を囲んで絶縁部材７００が位置する場合、熱伝導部材６００と絶縁部材７００の厚さの合計は従来の絶縁コーティングによる絶縁層の厚さより小さくてもよい。したがって、電池のエネルギ密度が向上することができる。また、従来の絶縁コーティングは工程上の高さ偏差が生じるので、電池の収率および性能が低下し得るが、本実施形態の絶縁部材７００は高さが一定に形成されているので、電池の収率および性能が向上することができる。

図９は本発明の他の一実施形態による熱伝導部材の断面図である。

図９で説明する熱伝導部材は図７および図８に開示された本発明の一実施形態に対する変形例であり、前記で説明した構成と同じ構成についての詳しい説明は省略する。

図９を参照すると、本発明の他の一実施形態による熱伝導部材６００は第１熱伝導部材６１０および第２熱伝導部材６３０を含む。

第１熱伝導部材６１０および第２熱伝導部材６３０は積層構造であり得る。具体的には、熱伝導部材６００は、２個の第２熱伝導部材６３０の間に第１熱伝導部材６１０が位置する構造であり得る。この時、第１熱伝導部材６１０と第２熱伝導部材６３０の間には接着剤が介在し、これらを接合固定させることができる。具体的には、第１熱伝導部材６１０と第２熱伝導部材６３０は、接着剤を間に置いて熱融着されて接合固定されることができる、

第１熱伝導部材６１０および第２熱伝導部材６３０は異種素材であり得る。一例として、第１熱伝導部材６１０はグラファイト（Ｇｒ）であり得、第２熱伝導部材６３０はアルミニウム（Ａｌ）であり得る。

グラファイト（Ｇｒ）はアルミニウム（Ａｌ）に比べて水平方向放熱性能に優れる。したがって、素材それぞれを単独で使用して熱伝導部材６００を構成することより、本実施形態のようにこれらの組み合わせで熱伝導部材６００を構成することが熱伝導部材６００の熱伝導率および放熱性が向上することができる。すなわち、これにより電池モジュールの冷却性能が向上することができる。

また、グラファイト（Ｇｒ）はアルミニウム（Ａｌ）に比べて剛性が低いので、グラファイト（Ｇｒ）にアルミニウム（Ａｌ）をラミネートすることによって熱伝導部材６００の剛性を補完することができる。すなわち、グラファイト（Ｇｒ）が単独で熱伝導部材６００を構成する場合より、本実施形態のようにグラファイト（Ｇｒ）とアルミニウム（Ａｌ）の組み合わせで構成された熱伝導部材６００の剛性がさらに高いので、電池の耐久性が向上することができる。

図１０および図１１は図６の変形例を示す図である。

図１０および図１１を参照すると、放熱部材８００は多様な形状で電池セルグループ１５０に位置することができる。

放熱部材８００は電池セルグループ１５０単位別に分離して備えられる。具体的には、放熱部材８００は電池セルグループ１５０の第１面と第２面（ｘ軸方向または－ｘ軸方向）とのうちいずれか一つと、第３面（ｚ軸方向）または第４面（－ｚ軸方向）を覆って備えられる。

一例として、図１０を参照すると、放熱部材８００は図６の構造で電池セルグループ１５０単位別に分離した構造であり得る。すなわち、放熱部材８００は電池セルグループ１５０単位別に分離したジグザグ形状にあり得る。

または、図１１を参照すると、放熱部材８００は一つの電池セルグループ１５０を囲んで備えられる。具体的には、一つの放熱部材８００は電池セルグループ１５０の第１面（ｘ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）と接して位置し、他の一つの放熱部材８００は電池セルグループ１５０の第２面（－ｘ軸方向）および第３面（ｚ軸方向）と接して位置する。

すなわち、放熱部材８００は直角を有する板形状であり得る。

前記の構造のような放熱部材８００は、従来の放熱ピンと同じ役割をすることができる。すなわち、放熱部材８００がそれぞれの電池セルグループ１５０に対応する単位で分離されて備えられることによって、放熱部材８００が一つに連結されるジグザグ形状である場合に比べて電池セルのスウェリングにより柔軟に対応することができる。すなわち、それぞれの放熱部材８００は電池セル１５０の膨張による移動を構造的に束縛しないことによって電池セルの構造を破損しないので、電池の安全性が向上することができる。

熱伝導部材６００および絶縁部材７００の厚さの合計は従来の冷却フィンより小さくてもよい。一例として、熱伝導部材６００および絶縁部材７００の厚さの合計は１ｍｍであり得る。したがって、従来に比べて電池のエネルギ密度が向上することができる。

ただし、熱伝導部材６００および絶縁部材７００の形状は本図面に限定されるものではなく、通常の技術者の立場で容易に変更して導き出し得るすべての実施形態を含む。

図１２は図５の電池モジュールがヒートシンクを含む構造を示す斜視図である。図１３は図１２の分解斜視図である。図１４は図１２のＡ領域を示す拡大図である。

図１２～図１４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１２０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）に備えられるヒートシンク５００をさらに含む。

ヒートシンク５００は電池セル積層体１２０で発生する熱を冷却させる。

ヒートシンク５００は冷媒が移動できる流路を含む。冷媒は相変化流体であってもよく、単相流体であってもよい。例えば、冷媒は水や水とエチレングリコール混合物などであり得る。

ヒートシンク５００は電池セル積層体１２０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）を覆って位置する。

ヒートシンク５００は電池セル積層体１２０の第３面（ｚ軸方向）を覆って位置する第１ヒートシンク５１０、電池セル積層体１２０の第４面（－ｚ軸方向）を覆って位置する第２ヒートシンク５３０、および第１ヒートシンク５１０と第２ヒートシンク５３０を連結する通路である連結部５５０を含む。

ヒートシンク５００は電池セル積層体１２０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）の大きさと同一であるか、または電池セル積層体１２０の第３面および第４面の大きさより大きい大きさを有することができる。したがって、ヒートシンク５００は電池セル積層体１２０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）をカバーすることによって、電池セル積層体１２０を外部の衝撃から保護することができ、電池モジュール１００の安定性を図ることができる。すなわち、ヒートシンク５００は従来の電池モジュールでの上部モジュールフレームおよび下部モジュールフレームの役割に代わることができる。

第１ヒートシンク５１０と第２ヒートシンク５３０は他端部が互いに連結されている。具体的には、第１ヒートシンク５１０と第２ヒートシンク５３０の一端部にはそれぞれ冷媒が注入されて排出される入口と出口が位置し、これと対向する第１ヒートシンク５１０と第２ヒートシンク５３０の他端部には連結部５５０が位置することによって、第１ヒートシンク５１０と第２ヒートシンク５３０が互いに連結される。

連結部５５０は第１ヒートシンク５１０および第２ヒートシンク５３０の他端部を構成する頂点それぞれと連結されている。すなわち、連結部５５０の一端部は第１ヒートシンク５１０および第２ヒートシンク５３０の他端部を構成する頂点それぞれと連結されている。すなわち、連結部５５０は第１ヒートシンク５１０と第２ヒートシンク５３０を連結する通路であり得る。

より具体的には、連結部５５０は第１ヒートシンク５１０および第２ヒートシンク５３０と垂直な方向に延びて備えられる。連結部５５０は電池セル積層体１２０の積層方向と垂直な方向に延びる通路であり得る。すなわち、連結部５５０は電池セル積層体１２０の高さ（ｚ軸方向）に沿って延びる通路であり得る。連結部５５０は上部ヒートシンク５１０と下部ヒートシンク５３０の一縁を構成する二つの頂点（ｘｙ方向）が互いに対応して連結される通路であり得る。

この場合、ヒートシンク５００をｘ軸方向から見ると、ヒートシンク５００は一面がない四角形の形状であり得る。すなわち、ヒートシンク５００は「⊂」形状であり得る。

ただし、ヒートシンク５００の構造は前記説明に制限されず、電池モジュール１００で発生する熱を十分に冷却させ得る冷却性能を有する物質を含む構造であれば適用可能である。

ヒートシンク５００は剛性を有する素材であり得る。一例として、ヒートシンク５００はアルミニウム（Ａｌ）からなる。

ヒートシンク５００はモジュールフレーム２００の長手方向（ｙ軸方向）に挿入されて位置する。この場合、ヒートシンク５００の連結部５５０はモジュールフレーム２００の高さと対応して、モジュールフレーム２００の長手方向に入口および出口が挿入されて位置する。

図１５は図１２をｙ軸方向から見たときの図である。

図１５を参照すると、２個の電池セル１１０で構成された複数の電池セルグループ１５０を含む電池セル積層体１２０に対して放熱部材８００が位置し、各電池セルグループ１５０に一つのバスバー構造体３００が位置し、電池セル積層体１２０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）にヒートシンク５００が位置する。

ヒートシンク５００は電池セル積層体１２０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）を覆って位置し、電池セルグループ１５０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）に位置する放熱部材８００と向かい合って位置する。より正確には、ヒートシンク５００は電池セルグループ１５０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）に位置する放熱部材８００と接して位置する。

放熱部材８００は電池セルグループ１５０を構成する電池セル１１０それぞれから発生する熱をヒートシンク５００に伝達して、電池モジュール１００の冷却性能を向上させることができる。

放熱部材８００は電池セルグループ１５０の第１面（ｘ軸方向）および／または第２面（－ｘ軸方向）および、第１面および第２面と垂直な第３面（ｚ軸方向）および／または第４面（－ｚ軸方向）を覆い得るが、電池セルグループ１５０の他に電池セルグループ１５０と接して位置するバスバー構造体３００の第３面（ｚ軸方向）および／または第４面（－ｚ軸方向）とも接して位置し得る。すなわち、放熱部材８００は電池セルグループ１５０およびバスバー構造体３００と接して位置し得る。

ヒートシンク５００もまた、電池セル積層体１２０の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）を覆って位置し得るが、これに加えてバスバー構造体３００の第３面（ｚ軸方向）および第４面（－ｚ軸方向）も覆って位置し得る。この場合、電池セル積層体１２０だけでなくバスバー構造体３００で発生する熱も放熱部材８００を介してヒートシンク５００に伝達されて冷却される。したがって、電池モジュール１００の冷却性能が向上して電池の寿命が増えることができる。

図１６は図１２をＢ－Ｂ’に切断したときの上面図である。図１７は図１２をｘ軸方向から見たときの断面図である。

図１６を参照すると、ヒートシンク５００は外部から冷媒が流入する入口５６１、冷媒が外部に排出される出口５６５、および入口５６１と出口５６５を連結する流路５７０を含み、前記構成により冷媒がヒートシンク５００内で移動しながら電池モジュール１００で発生する熱を冷却させることができる。

ヒートシンク５００を構成する流路５７０はマニホールド構造であり得る。具体的には、入口５６１および出口５６５は電池セル積層体１２０の長手方向（ｙ軸方向）に沿って延びて備えられ、流路５７０は入口５６１および出口５６５と垂直な方向（ｘ軸方向）に沿って延びて備えられる。流路５７０は入口５６１と出口５６５が位置するヒートシンク５００の一縁で分岐する少なくとも一つ以上の通路であり得る。この場合、少なくとも一つ以上の流路５７０の間には空の空間が存在し得る。

図１７を参照すると、ヒートシンク５００は電池モジュール１００に挿入されて位置する。

具体的には、ヒートシンク５００は連結部５５０が電池セル１１０の一縁と当接するように電池モジュール１００に挿入され、電池モジュール１００と固定される。

ヒートシンク５００が電池モジュール１００に挿入される時、ヒートシンク５００は上部ヒートシンク５１０が若干持ち上がっている形状であり得る。この場合、上部ヒートシンク５１０は電池モジュール１００方向に加圧される。具体的には、上部ヒートシンク５１０の加圧方向は図１７に示す矢印方向であり得る。上部ヒートシンク５１０を加圧した後には、上部ヒートシンク５１０は電池モジュール１００に固定されることができる。一例として、上部ヒートシンク５１０はボルトやナットのような結合部材を用いるか接着剤を用いて電池モジュール１００に固定されることができる。

前記のように、結合部材を用いてヒートシンク５００と電池モジュール１００を結合させる場合、結合部材は少なくとも一つ以上の流路５７０の間に位置する空の空間に位置し、ヒートシンク５００と電池モジュール１００を結合させることができる。

ヒートシンク５００と接する放熱部材８００は、放熱部材８００を構成する絶縁部材７００によりヒートシンク５００に接着固定される。

前述した電池モジュールおよびそれを含む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 電池モジュール
１１０ 電池セル
１２０ 電池セル積層体
１５０ 電池セルグループ
２００ 側面フレーム
３００ バスバー構造体
３１０ バスバー
３３０ バスバーフレーム
４００ エンドプレート
５００ ヒートシンク
６００ 熱伝導部材
７００ 絶縁部材
８００ 放熱部材

Claims (30)

1. 一方向に沿って積層された電池セル；
   前記電池セルから発生する熱を外部に伝達する熱伝導部材；および
   前記熱伝導部材を囲んで備えられる絶縁部材；
   を含む電池モジュールであって、
   少なくとも一つ以上の前記電池セルは電池セルグループを形成し、前記電池セルグループが少なくとも一つ以上積層されて電池セル積層体を形成し、
   前記熱伝導部材および前記絶縁部材を含む放熱部材は、
   前記電池セル積層体の積層方向に互いに対向する前記電池セルグループの第１面と第２面とのうちいずれか一つと、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に互いに対向する第３面と第４面とのうちいずれか一つとを覆い、且つ、
   前記いずれか一つの電池セルグループと隣り合う他の電池セルグループの前記電池セル積層体の積層方向に互いに対向する第１面と第２面とのうちいずれか一つと、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に対向する第３面と第４面とのうちいずれか一つとを覆う、電池モジュール。
2. 前記熱伝導部材は、積層構造である、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記熱伝導部材は、第１熱伝導部材および第２熱伝導部材を含み、
   前記第１熱伝導部材と前記第２熱伝導部材とは、接着剤を間に置いて熱融着されてラミネートされる、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記第２熱伝導部材は複数であり、
   前記第１熱伝導部材は前記第２熱伝導部材の間に位置する、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記第１熱伝導部材はグラファイト（Ｇｒ）であり、
   前記第２熱伝導部材はアルミニウム（Ａｌ）である、請求項３に記載の電池モジュール。
6. 前記熱伝導部材はグラファイト（Ｇｒ）、アルミニウム（Ａｌ）およびこれらの組み合わせのうち一つである、請求項１に記載の電池モジュール。
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、
   前記熱伝導部材は、前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材との間に位置する、請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材とは、前記熱伝導部材の外周面を囲んで位置し、
   前記第１絶縁部材と前記第２絶縁部材とは、互いに熱融着されて接する、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 前記放熱部材は、ジグザグ形状に前記電池セルグループに沿って一方向に延びて位置する、請求項１に記載の電池モジュール。
10. 前記放熱部材は、前記電池セルグループの単位別に分離されて備えられる、請求項１に記載の電池モジュール。
11. 一つの前記放熱部材は、前記いずれか一つの電池セルグループの第１面および第３面を覆い、
    他の一つの前記放熱部材は、前記いずれか一つの電池セルグループと隣り合う他の電池セルグループの第２面および第４面を覆う、請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 一つの前記放熱部材は、前記いずれか一つの電池セルグループの第１面および第３面を覆い、
    他の一つの前記放熱部材は、前記いずれか一つの電池セルグループの第２面および第４面を覆う、請求項１０に記載の電池モジュール。
13. 前記熱伝導部材の厚さは０．１ｍｍ～０．２ｍｍである、請求項１に記載の電池モジュール。
14. 前記第１面および前記第２面は側面であり、前記第３面は上面であり、前記第４面は下面である、請求項１に記載の電池モジュール。
15. 前記電池セル積層体の積層方向に互いに対向する前記電池セル積層体の両側面を覆うモジュールフレーム、および
    前記電池セルと電気的に接続されるバスバーと、前記バスバーを固定させるバスバーフレームとを含むバスバー構造体をさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
16. 前記放熱部材は、前記バスバー構造体の第３面および第４面と接して備えられ、
    前記バスバー構造体の前記第３面および前記第４面は、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に互いに対向する前記バスバー構造体の面である、請求項１５に記載の電池モジュール。
17. 前記バスバー構造体は、前記電池セルグループの第５面および第６面に備えられ、
    前記第５面および前記第６面は、前記電池セル積層体の積層方向と平面上で垂直な前記電池セルの長手方向に互いに対向する面である、請求項１５に記載の電池モジュール。
18. 前記第５面は前記電池セル積層体の前面であり、前記第６面は前記電池セル積層体の後面である、請求項１７に記載の電池モジュール。
19. 前記バスバー構造体は、電池セルグループそれぞれに一つずつ備えられる、請求項１５に記載の電池モジュール。
20. 前記バスバー構造体の個数は、前記電池セルグループの個数と同じである、請求項１９に記載の電池モジュール。
21. 請求項１による電池モジュール、ならびに
    前記電池セル積層体の第３面に位置する第１ヒートシンク、前記電池セル積層体の第４面に位置する第２ヒートシンク、および前記第１ヒートシンクと前記第２ヒートシンクを連結する連結部を含むヒートシンクを含む、電池パック。
22. 前記第１ヒートシンクは、前記電池セル積層体の第３面の大きさと同一であるか、または前記電池セル積層体の第３面の大きさより大きく、
    前記第２ヒートシンクは、前記電池セル積層体の第４面の大きさと同一であるか、または前記電池セル積層体の第４面の大きさより大きい、請求項２１に記載の電池パック。
23. 前記第１ヒートシンクおよび前記第２ヒートシンクの他端部は連結部で連結されている、請求項２１に記載の電池パック。
24. 前記連結部は、前記電池セル積層体の積層方向と垂直な方向に延びて前記第１ヒートシンクおよび前記第２ヒートシンクを連結する通路である、請求項２１に記載の電池パック。
25. 前記連結部は、前記第１ヒートシンクおよび前記第２ヒートシンクの一縁を構成する二つの頂点が互いに対応して連結される通路である、請求項２４に記載の電池パック。
26. 前記ヒートシンクは、外部から冷媒が流入する入口、冷媒が外部に排出される出口および前記入口と前記出口を連結する流路を含む、請求項２１に記載の電池パック。
27. 前記流路は、前記入口と前記出口が位置する前記ヒートシンクの一縁で分岐する少なくとも一つ以上の通路である、請求項２６に記載の電池パック。
28. 前記ヒートシンクは、前記連結部が前記電池セルの一縁と当接するように備えられる、請求項２１に記載の電池パック。
29. 前記ヒートシンクは、結合部材または接着剤を用いて前記電池モジュールと固定される、請求項２８に記載の電池パック。
30. 請求項２１に記載の電池パックを含む、デバイス。

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