JP5540070B2 - 電池モジュール及び電池パック - Google Patents

Description

本出願は２００９年４月１日に韓国特許庁に出願された韓国特許出願第２００９−００２７９３６号に基づく優先権及びその利益を享受し、その出願に開示されている内容は、ここに引用することにより本明細書中に組み込まれているものとする。

本発明は優れた放熱特性の電池モジュールと、それを含む中大型電池パックに関するものである。より詳細には、多数の板状電池セルがモジュールケースに内蔵されて順次に積層されている電池モジュールであって、上記板状電池セルのそれぞれは、樹脂層及び金属層を含むラミネートシートの電池ケースに陽極／セパレータ／陰極構造の電極組み立て体を含んであり、上記各板状電池セルの間の二以上の電池セル界面に介在されている多数の放熱部材を含んで、上記板状電池セルのの充放電の際に、上記板状電池セルから発生した熱が上記放熱部材を通じて熱伝導によって除去される電池モジュールに関する。

最近、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲にわたって用いられている。また、二次電池は、化石燃料を用いる従来のガソリン車両、ディーゼル車両等による大気汚染等を解決するたのの解決案として提示されている電気自動車（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（Ｐｌｕｇ−Ｉｎ ＨＥＶ）等の動力源として注目を浴びている。

小型モバイル機器等では、デバイス１台当たり一つ又は幾つかの電池セルが用いられる。一方、自動車等のような中大型デバイスでは、高出力且つ大容量の必要性によって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型の電池モジュール等が用いられる。

中大型電池モジュール等は、可能な限り、小型及び軽量で製造されることが好ましい。そのため、高い集積度で集積されることが可能であり、容量対比重量の小さな角型電池（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｂａｔｔｅｒｙ）、パウチ型電池（ｐｏｕｃｈ−ｓｈａｐｅｄ ｂａｔｔｅｒｙ）等が、中大型電池モジュールの電池セル（単位電池）として主に用いられている。
特に、アルミニウムラミネートシート等の外蔵部材として用いるパウチ型電池は、軽量で、製造費用が低く、且つ形状変形が容易であるというメリットを有しており、それ故最近関心が高まっている。

このような中大型電池モジュールを構成する電池セル等は充放電が可能な二次電池で構成されているので、上記のような高出力大容量二次電池は充放電過程において多量の熱を発生する。特に、上記電池モジュールに広く用いられるパウチ型電池ラミネートシートは、熱伝導性の低い高分子物質で表面がコーティングされているので、電池セル全体の温度を効果的に冷却し難い。

充放電過程で発生する電池モジュールの熱が効果的に除去されないと、熱蓄積が生じ、結果として電池モジュールの劣化が加速される。場合によっては発火又は爆発が誘発され得る。従って、高出力且つ大容量の電池である車両用の電池パックには、そこに内蔵されている電池セルを冷却させる冷却システムが必要である。

中大型電池パックに装着された電池モジュールは、一般的に多数の電池セルを高密度に積層する方法によって製造され、充放電時に発生する熱が除去可能であるように隣接する電池セルを一定の間隔で離間させて積層する。例えば、電池セル自体を別の部材を用いずに、所定の間隔で離間させて順次的に積層する。また、機械的剛性が低い電池セルの場合には、一つ又は二つ以上の組み合わせでカートリッジ等に内蔵し、このようなカートリッジ等を多数積層して電池モジュールを構成することができる。積層された電池セル又は電池モジュールの間には蓄積される熱が効果的に除去できるように、冷媒の流路が電池セルの間又は電池モジュールの間に形成される。

しかし、このような構造は、多数の電池セルに対して多数の冷媒流路を確保しなければならないので、電池モジュールの全体サイズが大きくなるとの問題点を抱えている。

また、電池モジュールの大きさを考慮して、多くの電池セルを積層できるように相対的に狭い間隔の冷媒の流路を形成することになるが、これによって冷却構造の設計が複雑になる問題点が発生する。すなわち、冷媒の流入口に対して相対的に狭い間隔の冷媒流路が高い圧力損失を誘発するようになり、冷媒の流入口及び排出口の形状、位置等を設計するのに様々な難点を伴う。また、このような圧力損失を防止するために、ファンが追加的に設置されることもある。しかし、この場合には、電力の消耗、ファンの騒音やその設置空間等のように設計上の制約が伴われ得る。

特に、冷却構造の構成の際に用いられる部材間に存在する熱伝導抵抗によって、設計時に意図された冷却効率性が得られない場合も発生する。

よって、高出力且つ大容量の電力を提供すると共に簡単で且つコンパクトな構造で製造可能であり、寿命特性及び安全性に優れた電池モジュールが必要である。

韓国特許出願第２００９−００２７９３６号

本発明は、上記のように従来の技術の問題点と以前から要請されて来た技術的課題を解決することを目的とする。

本発明の目的は、空冷を通じた熱伝導によって熱を除去することで、電池モジュール全体の大きさの増加を抑制すると共に全体温度を均一にすることで温度偏差を減らすことができる構造の電池モジュールを提供することである。

本発明の別の目的は、電池モジュールの構成時に用いられる部材の間に存在する熱伝導抵抗を最小化して、同一な構造で冷却の効率性を増大化し得る電池モジュールを提供することである。

よって、本発明に係る電池モジュールは、多数の板状電池セルがモジュールケースに内蔵されて順次的に積層されている電池モジュールであって、上記の板状電池セルのそれぞれは樹脂層及び金属層を含むラミネートシートの電池ケースに陽極／セパレータ／陰極構造の電極組み合わせ体を含んでおり、多数の放熱部材が各板状電池セルの間の二以上の電池セル界面に介在されており、上記板状電池セルの充放電時に上記板状電池セルから発生した熱が上記部材等を通じて熱伝導によって除去される。

一般的に、電池モジュールは冷媒流路の形成のために、電池セルを所定の距離だけ離間させた状態に積層して形成され、
このような冷媒流露に空気を流動（「空冷式」）させて電池セルの加熱を防止しているが、十分な放熱効果が得られないのが現状である。

一方、本発明の電池モジュールは、電池セル間の二以上の界面に多数の放熱部材が介在されている。そのため、電池セルの間に離間空間を必要としないか、或いは非常に小さな離間空間だけであっても、従来の冷却システムよりも高い効率性で電池セル積層体の冷却を行うことができるので、電池モジュールの放熱効率性を増大化することができ、高い集積度で電池セルを積層することができる。

一つの好ましい例では、上記電池モジュールは、放熱部材を一体に連結した空冷用熱交換部材が電池セル積層体の一側面に追加的に装着されており、充放電時に電池セルから発生した熱が上記放熱部材を経て空冷用熱交換部材を通じて熱伝導によって除去される構造であることができる。

従って、上記構造の電池モジュールは、電池セルの二以上の界面に多数の放熱部材を介在しており、これを一体的に連結する空冷用熱交換部材を電池セル積層体の一側面に付加することで、電池セルから発生する熱を熱伝導によってより効果的に除去することができる。

上記電池セルは、好ましくは、熱融着可能な内側樹脂層、遮断性金属層（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ ｌａｙｅｒ）及び優れた耐久性を有する外側樹脂層を含むラミネートシートの電池ケースの電極組み立て体が内蔵されている軽量のパウチ型電池であることができる。

好ましくは、上記電池セルは、フレーム構造の電池カートリッジの内部に装着されている構造であることができ、このような構造は、外周面端部付近に熱融着によるシーリング部が形成されている電池に好ましくは適用せれることができる。

上記構造では、カートリッジは、電池セルの両側面のうち少なくとも一方の側面に開放された状態で電池セルの外周面を固定する少なくとも一対の板状のフレームで形成されており、上記フレームの外面には上記放熱部材が上記電池セルの開放された主面に密着された状態で固定されるための弾性加圧部材が装着されている構造となっている。

従って、電池セルに内蔵された多数のカートリッジを積層して上記カートリッジ間に放熱部材を介在させたとき、フレーム外面に装着された上記弾性加圧部材にカートリッジ積層体の構造的安定性が高まり、放熱部材がカートリッジ積層体に効果的に固定されるようになる。

上記カートリッジは、少なくとも一対の板状のフレームで構成されているので、カートリッジ内に一つの電池セルが内蔵されている構造のみならず、二以上の電池セルが内蔵された構造でも可能である。例えば、カートリッジの内部に二つの電池セルが装着されている構造では、電池セル間に中間フレームを追加的に装着することで、一つの電池セルが上部フレームと中間フレームとの間に装着され、残りの電池セルが中間フレームと下部フレームとの間に装着されることができる。このような構造でも、放熱部材が各電池セルの外面に密着して接するように構成されるので、熱伝導による放熱効果を発揮することができる。

上記弾性加圧部材は、フレーム上に装着され、電池モジュールの構成時に放熱部材が固定可能な構造であれば特に限定されるものではない。例えば、上記フレームの外面のうち、上側及び下側、及び／又は左側及び右側上に装着されている構造であることができる。

従って、放熱部材がフレームの外面に装着された弾性加圧部材によって効果的に密着加圧され、フレームに対する放熱部材の固定力を高める役割をするので、放熱部材の固定のための追加的な部材の使用を必要としない。

場合によっては、弾性加圧部材が電池セルのシーリング部に接するフレームの内面に更に装着されることが可能である。

一つの好ましい例において、各電池セルは、開放された主面がフレームから突出した状態でフレームの間に装着され、弾性加圧部材は電池セルの開放された主面の突出高さより高い高さでフレームの外面に装着されている構造であることができる。

すなわち、電池セルの高さより低く形成されたフレームは、電池セルの外周部のみを固定するので、突出された開放された主面を通じて効果的な放熱が可能である。また、電池セルの突出された開放された主面の高さより高く装着された弾性加圧部材に放熱部材の介在時、電池セルの開放された主面まで効果的に加圧しながら密着させることができるので、これを用いる電池モジュールの大きさの増加を誘発せずに、全体的に機械的剛性を高めることができる。

フレームの外面に装着された弾性加圧部材は、圧迫時に、弾性加圧力を発揮する素材であれば特に限定されるものではなく、好ましくは弾性的な物性（ｈｉｇｈ ｅｌａｓｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）の高分子樹脂を含むことができる。このような高分子樹脂は、素材自体の特性上弾性力を発揮するか又は構造ないし状態によって弾性力を発揮する素材であることができる。前者の代表的な例としてはゴムを挙げることができ、後者の例としては高分子樹脂を発泡させた構造等が挙げられ得る。

上記フレーム上に弾性加圧部材を装着する方式は様々であり、より効率的な装着のため、好ましくはフレームの外面に溝が形成されており、弾性加圧部材はそのような溝上に装着された構造であることができる。

各弾性加圧部材の幅はフレームの幅を基準に１０％以上の幅の大きさを有することができる。フレームの幅を基準に弾性加圧部材の幅があまりにも小さな場合には、これの装着による効果を発揮することが困難な場合もある。また、逆に、弾性加圧部材の幅があまりにも大きな場合には、圧迫時に弾性変形された加圧部材の多くの面をカバーする放熱効果を低下させることができ、またフレームの外部に突出されることができるので好ましくない。従って、このような問題点が誘発しないのであれば、弾性加圧部材の幅が上記範囲を超えることも可能である。

一方、上記放熱部材は、熱伝導度性の素材であれば、それの種類が特に限定されず、例えば、熱伝導率が２０乃至５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の板材からなることができる。このような板材の例としては、アルミニウム、銅、ポリマー等が挙げられるが、これらに限定されない。

上記放熱部材等はそれぞれの電池セルの界面に介在されることができ、一部の電池セルの界面にのみ介在されることも可能である。例えば、放熱部材がそれぞれの電池セルの界面に介在される場合、それぞれの電池セルは両面で互いに異なる放熱部材と接触状態を成すことになる。一方、放熱部材が一部の電池セルの界面のみに介在される場合、両面のうち一面にのみ放熱部材と接触状態を成す電池セルが一部存在することができる。

上記空冷用熱交換部材も、熱伝導性の優れた素材なら特に限定されないが、好ましくは、熱伝送率が２０乃至５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の素材からなることができる。よって、このような放熱部材及び空冷用熱交換部材が相互連結されることで効果的に熱の伝達を成すことができる。

好ましくは、放熱部材の少なくとも一部は、積層された電池セルが外部に露出された状態で電池セルの間の界面に介在されており、上記外部に露出された部位は電池セルの横方向に折り曲げられている構造であることができる。すなわち、電池セルの間の界面に介在された放熱部材は、電池セルから発生した熱を伝導して、折り曲げられている構造を通して、空冷用熱交換部材等に容易に伝達するので、電池セルの放熱を効果的に行うことができる。

空冷用熱交換部材は、放熱部材の折り曲げられている部位の上部に溶接又は機械的な結合等の様々な様式で装着されることができる。従って、電池セルから発生した熱が、電池セルの間に介在された放熱部材に伝達され、電池セルの積層体の一側面に装着された空冷用熱交換部材を通じて効果的に除去されることができる。

上記構造では、放熱部材と空冷用熱交換部材の間でより効率的に熱伝達が生じるように、好ましくは上記放熱部材の折り曲げられている部位の上部と上記空冷用熱交換部材との間には熱伝導媒体が追加的に介在されていることができる。ここで、高熱伝導性材料（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ： Ｔ．Ｉ．Ｍ）は、熱を伝導する機能の界面物質として熱抵抗を最小化する役割をする。上記熱伝導媒体として、熱伝導性グリース（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｇｒｅａｓｅ）、熱伝導性エポキシ接着剤（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｐｏｘｙ−ｂａｓｅｄ ｂｏｎｄ）、熱伝導性シリコンパッド（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｐａｄ）、熱伝導性粘着テープ（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｔａｐｅ）、グラファイトシート（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｓｈｅｅｔ）等を挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、これらを単独的に用いられることもでき、二以上を組み合わせて用いることもできる。

以上のように、上記放熱部材の折り曲げられている部位の上部と広い熱対流面積を有する空冷用熱交換部材との間に、金属間の接触によって発生され得る熱抵抗を最小化し得る熱伝導媒体を介在させることで、上記空冷用熱交換部材としての熱伝達をより効果的に達成することができる。

更に、高い熱伝導度の効率性を提供するこのような熱伝導媒体を追加することで、空冷用熱交換部材の構造を様々な形態で設計することを可能にする。

上記熱伝導媒体は、その種類によって、放熱部材及び／又は空冷用熱交換部材の交互接触部位に塗布方式で付加されることができ、別の部材であるシート形状で付加されることができる。

上記空冷用熱交換部材は、例えば、放熱部材が下端面に密着されている基底部と、上記基底部から上向きに延在している多数の放熱フィンと、を含む構造からなることができる。

従って、電池セルから放熱部材へ伝達された熱が基底部の下端面を経由して伝導され、広い表面積を持つ多数の放熱フィンから熱対流を成しつつ熱が外部へ除去されるので、電池セルの放熱を効果的に行うことができる。

電池セルからの熱は、熱伝導媒体を介して放熱部材から空冷用熱交換部材へ効果的に伝導されるので、上述したように、上記空冷用熱交換部材、特に、放熱フィンをより柔軟に構成することができる。

具体的には、空冷用熱交換部材の放熱フィン等は、上記基底部から空冷用熱交換部材の長さ方向へ上向きに延在されている構造であることができ、また上記基底部から空冷用熱交換部材の幅方向へ上向きに延在されている構造であることができる。

空冷用熱交換部材の放熱効率は、この表面積によって大きく左右される。ここで、空冷用熱交換部材の表面積は、基底部の表面積と、上記基底部から上向きに延長されている放熱フィンの外部へ露出された表面積との和を意味する。例えば、空冷用熱交換部材の表面積は、基底部の幅、放熱フィンの高さ及び間隔等によって主に決定され得る。従って、基底部の広さが広ければ広いほど、放熱フィンの高さが高ければ高いほど、放熱フィンの間隔が狭ければ狭いほど、空冷用熱交換部材の大きな表面積が得られることができる。

このような空冷用熱交換部材の表面積が大きければ大きいほど放熱効果が大きく成り得るが、例えば、より広い表面積の確保のため放熱フィンの間隔を必要以上に狭くさせると、
冷媒の流動抵抗が大きくなり、かえって冷却効率性が低下し、これによって大きさ増加対比放熱効率が落ち、電池モジュールの全体の大きさが大きくなるので好ましくない。

このような点を総合的に考慮すると、空冷用熱交換の部材の表面積は電池セルの表面積を基準に好ましくは７倍乃至１５倍であることができる。

一方、上記空冷用熱交換部材に、長さ、幅、及び高さが最小の大きさで最大の放熱効果を有することができる範囲で必要によって選択されることができ、例えば、電池セル積層体の長さ、幅及び高さを基準にそれぞれ３０％乃至７０％の大きさ、５０％乃至１２０％の大きさ、及び２０％乃至５０％の大きさからなることができる。

一方、空冷用熱交換部材は、電池セルの積層体の一側面に装着され、電池セルから発生した熱を容易に除去する位置であれば特に限定されないが、好ましくは、モジュールケースの上端面又は下端面、より好ましくはモジュールケースの上端面上に装着されることができる。従って、電池セルから発生した熱がモジュールケースの外部から高い効率性で放熱され得る。

場合によっては、空冷用熱交換部材が装着されたモジュールケースの上端部又は下端部には、空冷用熱交換部材を収容することができる大きさの湾入部が形成されており、上記湾入部上に装着された空冷用熱交換部材の高さは、モジュールケースの上端面又は下端面の高さと同じであり、又はそれより低い構造で形成され得る。このような構造で、多数の電池モジュールを空冷用熱交換部材が装着された方向に積層する場合にも、空冷用熱交換部材による積層の困難さはないので、上記の構造は、高出力且つ大容量の中大型電池パックの製造に適切である。

すなわち、本発明による電池モジュールは、上述したように、放熱部材を介した間接冷却方式であるので、電池モジュールの特性及び構成によって、空冷用熱交換部材を長さ方向及び幅方向に柔軟に構成することができるだけではなく、このような柔軟な構成によって、冷却ファンの設置位置、流動構造等と関連した因子に対する様々な設計が可能であるので、好ましい。

上記のように、本発明に係る特定の構造の放熱部材は、板状電池セルとして上述したようにパウチ型電池セルのみならず、角型電池セルで構成された電池モジュールにも適用されることができる。

従って、本発明は、多数の角型電池セルがモジュールケースに内蔵されて順次に積層されている電池モジュールを提供する。

具体的には、上記角型電池セルは陽極／セパレータ／陰極構造の電極組み立て体が電解液と共に角型缶の内部に密封されており、二つ以上の電池セル界面に介在された多数の放熱部材を含んでいるので、充放電の際に電池セルから発生した熱が上記放熱部材を介して熱伝導によって除去された構造で構成されている。

従って、本発明の電池モジュールは、二つ以上の角型電池セル界面に多数の放熱部材を介在することで、角型電池セルの間に離隔空間を必要とせず又は非常に小さな離隔空間だけでも、従来の冷却システムより高い効率性で電池セル積層体の冷却を行うことができるので、電池モジュールの放熱効率性を極大化することができ、高い集積度で角型電池セルを積層することができる。

以上のように、角型電池セルを含む電池モジュールにも、上述したような空冷用熱交換部材が追加的に装着されることができる。

すなわち、放熱部材を一体に連結する空冷用熱交換部材が電池セル積層体の一側面に追加的に装着されており、充放電時に角型電池セルから発生した熱が上記放熱部材を経由して空冷用熱交換部材を通じて電伝導によって除去される構造であることができる。

また、本発明は、電池セル界面に介在された二つ以上の放熱部材と、上記放熱部材の一側面に連結されており、上記放熱部材から伝達された熱を除去する空冷用熱交換部材と、を含む構造からなる冷却装置を提供する。

このような冷却装置は、それ自体新規な部材であり、上述したように様々な利点を発揮する。

一つの好ましい例では、上記空冷用熱交換部材が、上述したように、放熱部材が下端に密着されている基底部と、上記基底部から上向きに延在している多数の放熱フィンとを含む構造からなることができる。

一方、中大型電池パックである場合、高出力且つ大容量の性能確保のため多数の電池セルが用いられる。このような電池パックを構成する電池モジュールは、電池パックの安定性の確保のためにより高い放熱効率性が要求される。

従って、本発明は、所望の出力及び容量に基づく上記電池モジュールを組み合わせて製造する電池パックを提供する。

本発明に係る電池パックは、高出力且つ大容量を達成するため、多数の電池セルを含むことで、充放電時に発生する高熱が安全性の面で深刻な問題となる電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車等の電源に好ましく用いられ得る。

特に、長時間にわたって電池パックを通じた高出力が要求される電気自動車は、プラグインハイブリッド電気自動車の場合、高い放熱特性が要求される。従って、本発明に係る電池パックは、電気自動車及びプラグインハイブリッド電気自動車により好ましく用いられ得る。

板状電池セルの模式図である。 図１の電池セルを内部に装着されている電池カートリッジの斜視図である。 図２の電池カートリッジのＡ方向に沿った垂直断面図である。 ２つの電池セルを含む電池カートリッジの分解図である。 図４の電池カートリッジの斜視図である。 図２の電池カートリッジの間に放熱部材が介在された電池モジュールの模式図である。 図６の放熱部材の模式図である。 長さ方向に延在した熱交換部材を拡大した構造の模式図である。 幅方向に延在した熱交換部材を拡大した構造の模式図である。 本発明の一実施例に係る電池モジュールの一側面に熱交換部材が装着される前の模式図である。 本発明の一実施例に係る電池モジュールの一側面に熱交換部材を装着した構造の模式図である。 本発明の別の実施例に係るモジュールケースの一側面に熱交換部材を装着した構造の模式図である。 本発明の別の実施例に係る電池モジュールの模式図である。 本発明の別の実施例に係る電池モジュールの模式図である。

以下、本発明の実施形態に関する図面を参考して、本発明をより詳細に記載するが、本発明の範囲はこの実施形態に限定されるものではない。

図１には、板状電池セルの模式図が図示されている。

図１を参考すると、板状電池セル（１００）は、樹脂層及び金属層を含むラミネートシートの電池ケース（１１０）に内蔵された陽極／セパレータ／陰極構造の電極組み立て体（図示せず）で構成されている。電極組み立て体に電気的に連結された陽極端子（１２０）及び陰極端子（１３０）は、電池ケース（１１０）の上部及び下部から外部に突出されている。

図２には、図１の電池セルを内部に装着している電池カートリッジの斜視図が模式的に図示されており、図３には図２の電池カートリッジのＡ方向に沿った垂直断面図が模式的に図示されている。この図面を参考すると、電池カートリッジ（２００）は板状電池セル（１００）を内部に装着しており、電池セル（１００）の電極端子（１２０，１３０）が電池カートリッジ（２００）から外部に突出している。

電池カートリッジ（２００）は、電池セル（１００）の対向する主面が開放された状態で電池セル（１００）の外周部の両面を固定する一対の板状のフレーム（３００，３０２）で構成されている。

フレーム（３００，３０２）の外面のうち、左側と右側上には、弾性加圧部材（３１０，３２０，３１２，３２２）が長さ方向に沿って平行に装着されている。

また、電池セル（１００）は、開放された主面がフレーム（３００，３０２）から突出された状態でフレーム（３００，３０２）間に装着されている。弾性加圧部材（３１０，３２０，３１２，３２２）は、電池セル（１００）の開放された主面の突出高さ（ｈ）より高い高さ（Ｈ）でフレーム（３００，３０２）の外面に装着されている。従って、放熱部材（図示せず）を介在し、弾性加圧部材（３１０，３２０，３１２，３２２）は放熱部材（図示せず）に対して弾性加圧力を発揮することができる。また、介在された放熱部材（図示せず）は、弾性加圧部材（３１０，３２０，３１２，３２２）による電池セル（１００）の開放された主面まで効果的に加圧しながら密着できるので、これを用いる電池モジュールの大きさの増加を誘発せずに効果的な放熱を達成することができる。

図４には、２つの電池セルを含む電池カートリッジの分解図が模式的に図示されており、図５には図４の電池カートリッジの斜視図が模式的に図示されている。

これらの図面を参考すると、電池カートリッジ（２００ａ）は、２つの板状電池セル（１００，１０２）を積層して内部に装着しており、電池セル（１００，１０２）の間に中間フレーム（３０１）が追加的に装着されている点を除いて図２と同じであるので詳細な説明は省略することにする。

これらの構造では、放熱部材（図示せず）が電池セル（１００，１０２）の主面のそれぞれに提供されていても熱伝導によって優れた放熱効果を発揮することができる。そのため、放熱部材は、図２の構造と比較して、一対のフレーム（３００，３０２）及び中間フレーム（３０１）に装着された弾性加圧部材（３１０，３２０）によって電池セル１００及び１０２の主面までに密着加圧され、結果的に電池モジュールの大きさ増加を最小化しつつ効果的に放熱を達成することができる。

図６には、図２の電池カートリッジの間に放熱部材が介在される電池モジュール（４００）の斜視図が模式的に図示されており、図７にも図６の放熱部材の斜視図が模式的に図示されている。

この図面を参考すると、８つのカートリッジ（２００）が順次に積層されている電池モジュール（４００）において、４つの放熱部材（５００）は、カートリッジ（２００）間の一部界面に介在され、カートリッジ（２００）から発生した熱（正確にはカートリッジに内蔵された電池セルから発生した熱）が放熱部材（５００）に伝導されながら高い放熱効果を発揮することができる。

８つのカートリッジ（２００）のうちフレーム（３００）の外面に装着された弾性加圧部材（３１０，３２０）は、放熱部材（５００）が安定的にフレーム（３００）に装着及び固定されることを補助する。

一方、それぞれの放熱部材（５１０，５２０，５３０，５４０）は、熱伝導度が高い銅からなる板状である。外部に露出されたそれぞれの部位（５１１，５２１，５３１，５４１）はカートリッジ（２００）の横方向において折り曲げられている。

図８には、本発明の一実施例に係る空冷用熱交換部材の模式図が図示されている。

図８を参考すると、空冷用熱交換部材（６００）は、放熱部材（５００）が下端面に密着されている基底部（６１０）と、基底部（６１０）から上向きに延在している多数の放熱フィン（６２０）と、を含む構造を成している。

空冷用熱交換部材（６００）は、熱伝導性の高いアルミニウム素材からなる。放熱フィン（６２０）は、基底部（６１０）から空冷用熱交換部材（６００）の長さ方向（１）へ上向きに延在されている。

図９には、本発明の別の実施例に係る空冷用熱交換部材の模式図が図示されている。

図９を参考すると、空冷用熱交換部材（６０１）は、空冷用熱交換部材（６０１）の放熱フィン（６３０）が基底部（６１２）から空冷用熱交換部材（６０１）の幅方向（Ｗ）へ上向きに延在されている構造を除いて、図８の空冷用熱交換部材（６００）と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

図１０には、本発明の一実施例に係る電池モジュール及び空冷用熱交換部材が図示されており、図１１には図１０の電池モジュールの一側面に空冷用熱交換部材を装着した模式図が図示されている。

これらの図面を参考すると、電池モジュール（４００）は、電池セル（１００）を内部に装着している多数のカートリッジ（２００）が順次に積層された電池セル積層体の上部に空冷用熱交換部材（６００）が装着された構造になっている。

また、放熱部材（５００）の折り曲げられた部位の上部と空冷用熱交換部材（６００）との間には、放熱グリースで構成された熱伝導媒体（５５０）が介在されているので、より効果的に熱伝達をすることができる。これに伴って、空冷用熱交換部材を柔軟に構成することができる。

すなわち、充放電過程では、電池セル（１００）から発生した熱は、カートリッジ（２００）間に介在された放熱部材（５００）へ伝達された後、熱伝導媒体（５５０）を経て、空冷用熱交換部材（６００）を通じて外部へ放出されるので、全体的にコンパクトな電池モジュール構造をなしつつ、高い放熱効果を達成することができる。

また、空冷用熱交換部材（６００）は、長さ（ｌ）、幅（ｗ）、及び高さ（ｔ）が電池セル積層体の長さ（Ｌ）、幅（Ｗ）、及び高さ（Ｔ）を基準に約６０％、約１００％並びに約３０％の大きさで構成されている。空冷用熱交換部材（６００）の表面積は、電池セル（１００）の表面積を基準に略１０倍の大きさを有している。

図１２には、本発明の更なる別の実施例に係るモジュールケースの一側面に熱交換部材を装着した構造の模式図が図示されている。

図１２を図９と共に参考すると、モジュールケース（４１０）に内蔵されている電池モジュール（４００）は、電池セル（１００）が内部に装着された８つのカートリッジ（２００）が順次的に積層された電池セル積層体の上部に空冷用熱交換部材（６０１）が付加されている構造となっている。

放熱フィン（６３０）が基底部（６１２）から幅方向（Ｗ）へ上向きに延在している空冷用熱交換部材（６０１）がモジュールケース（４１０）の上端面上に装着されている構造を除いて図１１と同じであるので、詳細な説明は省略することとする。

すんわち、空冷用熱交換部材（６０１）の多数のフィン（６３０）は、空気の流動のために、所定の離間間隔（ｄ）を有しており、放熱部材（５００）から伝達された熱の伝導によって、高い信頼性及び優れた冷却効率性で除去することができる。

図１３及び図１４には、本発明の別の実施例に係る電池モジュールの模式図が図示されている。

これらの図面を参考すると、図１３の電池モジュール（４００ａ）は、電池セル（１０４）から陽極端子（１２０）及び陰極端子（１３０）が全て電池セル（１０４）の上部方向に突出されている構造を有している。従って、放熱部材（５００）は、図６の電池モジュール（４００）のように陽極端子（１２０）及び陰極端子（１３０）が互いに反対方向に突出した電池セル（１００）のみならず、陽極端子（１２０）及び陰極端子（１３０）が互いに同一方向に突出した電池セル（１０４）にも適用可能であることが分かる。図１３の電池モジュール（４００ａ）において、その他の構造は図６の電池モジュール（４００）と同じであるので、以下において詳細な説明は省略する。

次に、図１４の電池モジュール（４００ｂ）において、放熱部材（５０２）は電池セル積層体の一側面上に位置している。従って、放熱部材（５０２）は、図１３の電池モジュール（４００ａ）のように電池セル積層体の上部に位置するか、図１４の電池モジュール（４００ｂ）のように電池セル積層体の一側面に位置する構造であることができる。図１４の電池モジュール（４００ｂ）は、その他の構造において図１３の電池モジュール（４００ａ）と同じであるので、以下において詳細な説明は省略する。以上の本発明の実施例に係る図面を参考して説明したが、当業者であれば上記内容に基づいて、本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことは可能である。
（産業上の利用可能性）

以上のように、本発明に係る電池モジュールは、電池の放熱を促進するための放熱部材が電池セルの界面に介在されている構造になっているので、電池モジュールの大きさの増加を最小化しつつ電池セルから発生した熱を効果的に外部へ放出することができる。

１００ 板状電池セル
１１０ 電池ケース
１２０ 陽極端子
１３０ 陰極端子
２００ 電池カートリッジ
３００，３０２ 板状のフレーム
３１０，３２０，３１２，３２２ 弾性加圧部材

Claims (24)

1. 多数の板状電池セルがモジュールケースに内蔵されて順次に積層されている電池モジュールであって、
   前記板状電池セルのそれぞれが、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートからなる電池ケースに内蔵された陽極／セパレータ／陰極構造の電極組み立て体を含み、
   放熱部材が前記各板状電池セルの界面に配置され、前記板状電池セルの充放電の際、前記板状電池セルから発生した熱が前記放熱部材を通じて熱伝導によって除去され、
   前記板状電池セルのそれぞれは、フレーム構造の電池カートリッジ内部に装着され、
   前記電池カートリッジは、対応する前記板状電池セルの少なくとも一主面が開放された状態で該対応する前記板状電池セルの外周面を固定する少なくとも一対の板状のフレームを含み、
   前記フレームの外面には前記放熱部材が対応する前記板状電池セルの開放された主面に密着された状態で固定されるための弾性加圧部材が設けられている、
   電池モジュール。
2. 前記放熱部材を一体に連結する空冷用熱交換部材が電池セル積層体の一側面に装着されており、前記板状電池セルの充放電の際に前記板状電池セルから発生した熱が前記放熱部材を経由して前記空冷用熱交換部材を通じて熱伝導によって除去される、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記ラミネートシートは、熱融着可能な内側樹脂層、遮断性金属層及び外側樹脂層を含む構造からなる、請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記弾性加圧部材は、前記フレームの外面のうち、上端及び下端及び／又は左側面及び右側面に設けられている、請求項１に記載の電池モジュール。
5. 前記板状電池セルのそれぞれは、該板状電池セルのそれぞれの開放された主面が対応するフレームから突出された状態でフレーム間に装着され、
   前記弾性加圧部材は、前記板状電池セルの開放された主面の突出高さで前記板状電池セルのそれぞれの突出高さより高い高さで前記フレームの外面に設けられている、請求項１に記載の電池モジュール。
6. 前記弾性加圧部材は、圧迫の際に高い弾性加圧力を発揮する高分子樹脂を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
7. 前記フレームの外面には溝が形成されており、前記弾性加圧部材が前記溝上に設けられている、請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記放熱部材の熱伝導率が、２０乃至５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である、請求項１に記載の電池モジュール。
9. 前記空冷用熱交換部材の熱伝導率が２０乃至５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である、請求項２に記載の電池モジュール。
10. 前記放熱部材は、少なくとも一部が積層された前記板状電池セルの外部へ露出された状態で前記板状電池セル間の界面に介在されており、前記外部に露出された部位が前記板状電池セルの横方向へ折り曲げられている、請求項２に記載の電池モジュール。
11. 前記空冷用熱交換部材は、前記放熱部材の折り曲げられている部位の上部に装着されている、請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 前記放熱部材の折り曲げられている部位の上部と前記空冷用熱交換部材との間には熱伝導媒体が介在されている、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記熱伝導媒体は、熱伝導性グリース（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｇｒｅａｓｅ）、熱伝導性エポキシ系接着剤 （ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｐｏｘｙ−ｂａｓｅｄ ｂｏｎｄ）、熱伝導性シリコンパッド（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｐａｄ）、熱伝導性粘着テープ（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｔａｐｅ）及びグラファイトシート（ｇｒａｐｈｉｔｅ ｓｈｅｅｔ）からなる群から選択された一以上のものである、請求項１２に記載の電池モジュール。
14. 前記空冷用熱交換部材は、前記放熱部材が下端面に密着されている基底部と、前記基底部から上向きに延在している多数の放熱フィンとを含む、請求項１０に記載の電池モジュール。
15. 前記空冷用熱交換部材の放熱フィンは、前記基底部から該空冷用熱交換部材の放熱フィンの長さ方向へ上向きに延在している、請求項１４に記載の電池モジュール。
16. 前記空冷用熱交換部材の放熱フィンは、前記基底部から該空冷用熱交換部材の放熱フィンの横方向へ上向きに延在している、請求項１４に記載の電池モジュール。
17. 前記空冷用熱交換部材の表面積は、前記板状電池セルのそれぞれの表面積の７乃至１５倍である、請求項１４に記載の電池モジュール。
18. 前記空冷用熱交換部材の長さは、電池セル積層体の長さの３０乃至７０％である、請求項１４に記載の電池モジュール。
19. 前記空冷用熱交換部材の幅は、電池セル積層体の幅の５０乃至１２０％である、請求項１４に記載の電池モジュール。
20. 前記空冷用熱交換部材の高さは、電池セル積層体の高さの２０乃至５０％である、請求項１４に記載の電池モジュール。
21. 前記空冷用熱交換部材は、前記モジュールケースの上端面又は下端面上に装着されている、請求項２に記載の電池モジュール。
22. 前記モジュールケースの上端部には前記空冷用熱交換部材を収容できる大きさの湾入部が形成されており、前記湾入部上に装着されるとき、前記空冷用熱交換部材の高さは、該モジュールケースの上端面の高さと同一であり又はそれより低い、請求項２に記載の電池モジュール。
23. 請求項１乃至請求項２２のうち何れか一項に係る電池モジュールを二以上含む電池パック。
24. 前記電池パックは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグインハイブリッド電気自動車の電源である、請求項２３に記載の電池パック。

Images