JP6808074B2 - 放熱プレートを備えたバッテリーモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、放熱プレートを含むバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、内部に収容された複数の二次電池の冷却効率を向上させたバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０１７年１２月０１日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１６４１８３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
現在、商用化した二次電池としては、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り、このうち、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ー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
電気車両などに適用されるバッテリーパックは、高出力を得るために複数の二次電池を含む複数のバッテリーモジュールを連結した構造を有している。そして、個々の二次電池は、電極組立体として、正極及び負極集電体、セパレーター、活物質、電解液などを含み、構成要素間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。
一方、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて、大容量構造の必要性が高くなるにつれ、複数の二次電池が直列及び／または並列に接続した複数のバッテリーモジュールを集合したマルチモジュール構造のバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。
マルチモジュール構造のバッテリーパックは、複数の二次電池が狭い空間に密集するように製造されるため、各二次電池で発生する熱を速やかに放出することが重要となる。
即ち、二次電池の充電または放電の過程では、電気化学的反応によって熱が発生する。したがって、充放電過程で発生したバッテリーモジュールの熱が効果的に除去できなければ、熱蓄積が起こり得る。また、バッテリーモジュールの劣化が促進され、場合によっては発火または爆発につながることがある。このことから、従来技術では、高出力・大容量のバッテリーモジュール及びそれに内蔵されている二次電池を冷却する冷却装置を適用していた。
例えば、従来技術の冷却装置は、バッテリーモジュールの内部に設けられた複数の二次電池と、上記二次電池が取り付けられたカートリッジとを、所定の距離だけ離隔させることで冷媒が流通する冷却流路を別に形成する場合があった。
しかし、バッテリーモジュールの内部において複数のカートリッジの間に所定の離隔距離を確保する場合、バッテリーモジュールの体積当たりのエネルギー密度を大幅低下させるという問題があった。
そこで、バッテリーモジュールの冷却を効果的に行ってバッテリーモジュールの性能を高めながらも、エネルギー密度が高いバッテリーモジュールを提供できる技術が必要な状況である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、内部に収容された複数の二次電池の冷却効率を向上させたバッテリーモジュールを提供することを目的とすることを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーモジュールは、
左右方向へ配列された複数の二次電池、及び複数の二次電池の間に介在され、外部から冷媒が流入するか、または外部へ排出されるように前端部及び後端部の少なくとも一部が凹んで流入部及び排出部が形成され、前記二次電池の前端、上端、下端及び後端に冷媒が移動するように移動空間が形成された冷媒移動部が備えられた複数の放熱プレートを備えたセルアセンブリーと、前記セルアセンブリーの前方または後方に位置し、前記複数の二次電池の各々に備えられた電極リードに電気的に接続する複数のバスバー、及び前記バスバーが据え付けられて前記二次電池の電極リードが挿入されるための挿入口が形成されたバスバーフレームを備えるバスバーアセンブリーと、前記バスバーアセンブリーの外側面に結合し、冷媒が外部から流入するか、または内部から外部へ排出されるように前記冷媒移動部と連通したベントホールが形成されたエンドカバーと、前記セルアセンブリーの左右方向の両側面の各々を囲むように構成された複数のサイドプレートと、を含み得る。
また、前記二次電池は、正極板及び負極板がセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、前記電極組立体を電解液と共に密封収納する収納部が形成され、前記収納部が両側に向かうように立てられて配置された外装材と、を含み得る。
さらに、前記放熱プレートは、前記二次電池の収納部が形成された一側面と対面するように構成されたベースプレートと、前記ベースプレートの外周から前記二次電池の前端、上端、下端及び後端を囲むように前記二次電池が位置する方向へ延びた側壁と、が形成され得る。
そして、前記冷媒移動部は、前記収納部の前端部、上端部、下端部及び後端部と前記放熱プレートの側壁との離隔空間に形成され得る。
また、前記放熱プレートの側壁は、前端側壁、後端側壁、上端側壁及び下端側壁を含み得る。
また、前記前端側壁または前記後端側壁の内面の上部及び下部には、前記複数の二次電池が配列された方向へ隆起したコーナー部が形成され得る。
さらに、前記コーナー部は、前記前端側壁または前記後端側壁から前記上端側壁または下端側壁へ延びた傾斜面を有し得る。
そして、前記コーナー部には、他の一つの放熱プレートが位置する方向へ突出した締結突起が形成され得る。
また、前記放熱プレートには他の一つの放熱プレートに形成された締結突起が挿入されるように凹んだ挿入溝が形成され得る。
また、前記放熱プレートの側壁には、前記二次電池の外面を密着支持するように前記ベースプレートから傾くように延びたグリップ部が形成され得る。
さらに、前記グリップ部には、前記サイドプレートの上端側壁または下端側壁の内面を支持及び固定するように上方または下方へ突出した少なくとも二つ以上の支持突起が形成され得る。
そして、前記電極リードは、前記バスバーアセンブリーの挿入口に挿入され、前記電極リードの端部が左方向または右方向へ折り曲げられた構造で前記バスバーに接触し得る。
さらに、前記エンドカバーの内側面には、前記バスバーの上に接触した前記電極リードの端部を前記バスバーが位置する方向へ加圧するように板ばねが据え付けられ得る。
また、前記エンドカバーは、前記板ばねが据え付けられた一面の反対面の少なくとも一部がハニカム構造からなり得る。
さらに、前記バスバーフレームには、前記二次電池が前方または後方へ移動することを阻止するように前記二次電池の収納部が位置する方向へ突出したストッパが形成され得る。
そして、前記ストッパは、上面及び下面よりも広い面積の左右側面を有するプレート形状であり得、前記ストッパの左側面または右側面には、前記挿入口に流入した冷媒を上下方向へ分散するようにガイドする誘導突起が形成され得る。
また、前記の目的を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、
左右方向へ配列された複数の二次電池と、複数の二次電池の間に介在され、外部から冷媒が流入するか、または外部へ排出されるように凹んだ流入部及び排出部が形成され、前記二次電池の前端、上端、下端及び後端に冷媒が移動するように移動空間が形成された冷媒移動部とが備えられた複数の放熱プレートを備えたセルアセンブリーと、
前記セルアセンブリーの前方または後方に位置し、前記複数の二次電池の各々に備えられた電極リードに電気的に接続する複数のバスバーと、前記バスバーが据え付けられて前記二次電池の電極リードが挿入されるための挿入口が形成されたバスバーフレームと、前記バスバーフレームに据え付けられ、前記複数のバスバーと電気的に接続したセンシング回路基板と、を備えるバスバーアセンブリーと、
前記バスバーアセンブリーの一面に結合し、冷媒が外部から流入するか、または内部から外部へ排出されるように前記冷媒移動部と連通したベントホールが形成されたエンドカバーと、
前記セルアセンブリーの左右方向の両側面の各々を囲むように構成された複数のサイドプレートと、を含み得る。
なお、前記のような目的を達成するための本発明によるバッテリーパックは、本バッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含み得る。
そして、前記のような目的を達成するための本発明によるデバイスは、本バッテリーパックを備え得る。
本発明の一面によれば、バッテリーモジュールは、放熱プレートが上記二次電池を収容している内部に冷媒移動部を形成することで、セルアセンブリーの内部に冷媒が移動するための別の空間を形成しなくても、バッテリーモジュールの内部に収容された二次電池を効果的に冷却することができる。
さらに、本発明のこのような面によれば、放熱プレートに形成されたベースプレートの両側面は、二つの二次電池の収納部と対面するように構成されることで、セルアセンブリーの二次電池に発生した熱を放熱プレートへ高い伝導率で伝導でき、このように伝導された熱は、上記放熱プレートの開放された上部または下部へ放出させることができ、効果的な冷却効果を有する。
また、本発明の一面によれば、放熱プレートのコーナー部の傾斜面を用いて、冷媒が上記二次電池の前端部から上端部または下端部へ移動することを誘導することができるため、冷媒移動の停滞による冷却効果の低下が防止され、バッテリーモジュールの冷却効率を向上させることができる。
さらに、本発明の一面によれば、エンドカバーに据え付けられた板ばねがバスバーに接触した電極リードの外面を加圧して固定することで、電極リードとバスバーとの溶接工程を省略でき、バッテリーモジュールの製造工程が短縮して製造コストを節減することができる効果を奏する。
そして、本発明の一面によれば、バスバーフレームに形成されたストッパは、バッテリーモジュールの内部に位置する複数の二次電池が前方または後方へ移動することを効果的に防止することで、上記二次電池の電極リードとバスバーとの連結構造に破損が発生するか、または上記二次電池の内部構成が損傷することを効果的に防止することができる。
さらに、本発明の一面によれば、ストッパに形成された誘導突起は、バッテリーモジュールの内部へ流入した冷媒を冷媒移動部へ効果的に誘導することができるので、冷媒が停滞せず円滑に移動でき、上記バッテリーモジュールを効果的に冷却することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分解斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である二次電池を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である二次電池及び放熱プレートを概略的に示した一側面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である二次電池及び放熱プレートを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した平面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるエンドカバーを概略的に示した後面斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるエンドカバーを概略的に示した正面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した平面図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの分解斜視図である。そして、図３は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である二次電池を概略的に示した斜視図である。
図１〜図３を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール２００は、セルアセンブリー１００、バスバーアセンブリー２２０、エンドカバー２３０及びサイドプレート２４０を備え得る。
ここで、上記セルアセンブリー１００は、左右方向に配列された複数の二次電池１１０を含み得る。
この際、二次電池１１０は、パウチ型二次電池１１０であり得る。特に、このようなパウチ型二次電池１１０は、電極組立体、電解液及びパウチを備え得る。
ここで、上記パウチは、凹んだ形態の収納部１１５の各々に形成されている左側パウチ及び右側パウチの二つのパウチから構成され得る。そして、各々のパウチは、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備え、パウチの周縁部には内部接着層が相互溶着することで封止部１１６が形成され得る。また、上記収納部１１５に電極組立体及び電解液を封止して収納し得る。なお、上記二次電池１１０は、セルアセンブリー１００において上記収納部１１５が左右方向の両側に向かうように立てられて配置され得る。
そして、上記電極組立体は、電極と分離膜との組立体であって、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板が分離膜を挟んで配置されて構成され得る。また、上記電極組立体の第１電極板には、第１電極タブが備えられ、一つ以上の第１電極タブが第１電極リード１１１Ａと接続し得る。ここで、上記第１電極リード１１１Ａは、一端が上記第１電極タブに接続し、他端がパウチの外部に露出し、このように露出した部分が二次電池１１０の電極端子、例えば、二次電池１１０の正極端子として機能できる。
また、上記電極組立体の第２電極板には第２電極タブが備えられ、一つ以上の第２電極タブが第２電極リード１１１Ｂと接続し得る。そして、上記第２電極リード１１１Ｂは、一端が上記第２電極タブに接続し、他端がパウチの外部に露出し、このように露出した部分が二次電池１１０の電極端子、例えば、二次電池１１０の負極端子として機能できる。
この際、二次電池１１０が備えている第１電極タブ及び第２電極タブは、正極タブまたは負極タブであり得、第１電極リード１１１Ａ及び第２電極リード１１１Ｂは、正極リードまたは負極リードであり得る。さらに、上記第１電極リード１１１Ａと上記第２電極リード１１１Ｂとは、相異なる極性の電極リード１１１であり得る。例えば、上記第１電極リード１１１Ａは正極リードであり、上記第２電極リード１１１Ｂは負極リードであり得る。
さらに、上記正極リード及び負極リードは、二次電池１１０の中心を基準にして相互反対方向に備えられ得る。例えば、図３に示したように、各二次電池１１０は、第１電極リード１１１Ａ及び第２電極リード１１１Ｂが前方及び後方へ突出するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、一つの二次電池１１０において、正極リードと負極リードとの間における干渉がなくなり、電極リード１１１の面積を広げることができ、電極リード１１１同士の溶接工程及び電極リード１１１とバスバー２２１との溶接工程などをより容易に行うことができる。
また、上記第１電極リード１１１Ａ及び上記第２電極リード１１１Ｂは、プレート形態で構成され得る。特に、第１電極リード１１１Ａ及び第２電極リード１１１Ｂは、広い面が左側及び右側に向けるように立てられた状態で水平方向へ突出し、電極リード１１１の端部が左方向または右方向へ折り曲げられ得る。
また、上記複数の二次電池１１０は、バッテリーモジュール２００に複数個が含まれ、一方向へ配列され得る。例えば、図２に示したように、複数のパウチ型二次電池１１０が水平方向へ並んで積層されて構成され得る。この際、各々のパウチ型二次電池１１０は、Ｆ方向（図１に図示）から見たとき、二つの広い面が左右側に各々位置し、上部及び下部、前方及び後方には、封止部１１６が位置するように地面にほぼ垂直に立てられて配置され得る。
言い換えれば、二次電池１１０は、上下方向へ立てられて構成され得る。一方、本明細書においては、特に説明しない限り、上、下、前、後、左、右方向は、Ｆ方向（図１に図示）から見たときを基準にする。
前述したパウチ型二次電池１１０の構成については、本願発明が属する技術分野における当業者にとって自明な事項であるので、より詳細な説明を省略する。そして、本発明によるバッテリーモジュール２００には、本願の出願時点における公知の多様な二次電池１１０を採用することができる。
図４は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である二次電池及び放熱プレートを概略的に示した一側面図である。図５は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である二次電池及び放熱プレートを概略的に示した斜視図である。
図３と共に図４及び図５を参照すれば、上記セルアセンブリー１００は、複数の放熱プレート１３０をさらに備え得る。
ここで、上記放熱プレート１３０は、複数の二次電池１１０の間に介在され得る。また、上記放熱プレート１３０は、上記二次電池１１０の少なくとも一部を内部に収容し得る。さらに、上記放熱プレート１３０の左右側面の少なくとも一つ以上には、上記二次電池１１０が密着して位置し得る。
例えば、図２に示したように、７個の二次電池１１０の間には６個の放熱プレート１３０が介在され得る。また、上記セルアセンブリー１００の左右側の各々には、サイドプレート２４０が位置し得る。
そして、上記放熱プレート１３０は、外部から冷媒が流入するか、または外部へ排出されるように、流入部１３１Ａ及び排出部１３１Ｂが形成され得る。具体的に、上記放熱プレート１３０の前端部には、一部が残りの部位よりも右方向へ凹んだ流入部１３１Ａが形成され得る。また、上記放熱プレート１３０の後端部には、一部が残りの部位よりも右方向へ凹んだ排出部１３１Ｂが形成され得る。
即ち、上記放熱プレート１３０は、前端部に形成された流入部１３１Ａを通して外部から冷媒が内部に流入し、流入した冷媒は、後端部に形成された排出部１３１Ｂを通して外部へ排出できる。
さらに、上記放熱プレート１３０は、上記二次電池１１０の前端１１０ａ、上端１１０ｃ、下端１１０ｄ及び後端１１０ｂに冷媒が移動して冷媒が上記二次電池１１０と接触できるように移動空間が形成された冷媒移動部１３２が形成され得る。
即ち、上記冷媒移動部１３２は、上記放熱プレート１３０と、上記二次電池１１０の前端１１０ａ、上端１１０ｃ、下端１１０ｄ及び後端１１０ｂとが所定の距離を隔てて離隔した構造を含み得る。そして、上記冷媒移動部１３２は、上記流入部１３１Ａに流入した冷媒が順次に上記二次電池１１０の前端１１０ａ、上端１１０ｃ及び後端１１０ｂを経て上記排出部１３１Ｂを通して外部へ排出され得る。さらに、上記冷媒移動部１３２は、上記流入部１３１Ａに流入した冷媒が順次に上記二次電池１１０の前端１１０ａ、下端１１０ｄ及び後端１１０ｂを経て上記排出部１３１Ｂを通して外部へ排出され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記放熱プレート１３０は、上記二次電池１１０を収容している内部に冷媒移動部１３２を形成することで、上記セルアセンブリー１００の内部に冷媒が移動するための別の空間を形成しなくても、上記二次電池１１０を効果的に冷却することができる。
さらに、従来には、冷媒が放熱プレート１３０のみに接触する方式であったが、本発明は、上記二次電池１１０の前端１１０ａ、上端１１０ｃ、下端１１０ｄ及び後端１１０ｂに冷媒が流れるように構成することで、二次電池１１０を直接冷却して冷却速度及び効率性を極大化した。
図６は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。
図２と共に図６を参照すれば、上記バスバーアセンブリー２２０は、上記セルアセンブリー１００の前方または後方に位置し得る。また、上記バスバーアセンブリー２２０は、上記複数の二次電池１１０の各々に備えられた上記電極リード１１１に電気的に接続する複数のバスバー２２１を備え得る。
ここで、上記バスバー２２１は、電気伝導率が比較的高い電気伝導性材質からなり得る。しががって、このような構成のバスバー２２１は、上記複数の二次電池１１０の第１電極リード１１１Ａ及び第２電極リード１１１Ｂの少なくとも一つ以上と接触して二次電池１１０同士を電気的に接続し得る。
例えば、上記バスバー２２１は、同じ極性の複数の電極リード１１１または異なる極性の複数の電極リード１１１と接触して二次電池１１０同士を電気的に接続し得る。
さらに、上記バスバー２２１は、金属プレート形状を有し得る。具体的に、上記金属プレート形状は、一方向へ長く延びたバー（ｂａｒ）形状であり得る。そして、上記金属は、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルなどを含む合金でり得る。さらに、上記バスバー２２１のバー形状は、少なくとも１回以上折り曲げられた構造を有し得る。そして、上記バスバー２２１は、四角のフレーム形状を有し得る。
また、上記バスバー２２１の一端部は、上記センシング回路基板２５０と電気的に接続し得る。さらに、上記センシング回路基板２５０は、複数の二次電池１１０の電圧、電流などを測定するように測定素子を備え得る。
さらに、上記バスバーアセンブリー２２０は、バスバーフレーム２２５をさらに含み得る。ここで、上記バスバーフレーム２２５は、電気絶縁性素材を備え得る。例えば、上記バスバーフレーム２２５は、ポリ塩化ビニルなどのプラスチック素材を備え得る。
そして、上記バスバーフレーム２２５は、上記バスバー２２１が外側面に据え付けられ得る。また、上記バスバー２２１は、上記バスバーフレーム２２５に締結ボルトによって固定されるか、または上記バスバーフレーム２２５の外側面に挿入溝２２５Ｈが形成され、上記バスバー２２１を挿入固定することができる。
図３と共に図６をさらに参照すれば、上記バスバーフレーム２２５には、上記二次電池１１０の電極リード１１１が挿入されるための挿入口Ｈ１が形成され得る。さらに、上記電極リード１１１は、上記挿入口Ｈ１に挿入されて前方または後方へ突出し、上記電極リード１１１の端部が左方向または右方向へ折り曲げられて上記バスバー２２１の外側面に接触し得る。
そして、上記挿入口Ｈ１は、外部から流入した冷媒が上記放熱プレート１３０の流入部１３１Ａへ移動できる移動通路の役割を果し得る。また、上記放熱プレート１３０の排出部１３１Ｂに近接したバスバーアセンブリー２２０の挿入口Ｈ１の場合には、上記排出部１３１Ｂから排出された冷媒が外部へ排出される移動通路として用いられ得る。
また、図２を参照すれば、上記エンドカバー２３０は、上記バスバーアセンブリー２２０の外側面に結合し得る。具体的に、上記バッテリーモジュール２００の前方に位置するエンドカバー２３０は、前方に位置するバスバーアセンブリー２２０の前面に結合し得、上記バッテリーモジュール２００の後方に位置するエンドカバー２３０は、後方に位置するバスバーアセンブリー２２０の後面に結合し得る。この際、結合方式は、ボルト締結及び／またはフック結合方式であり得る。
さらに、図１、図２及び図６を参照すれば、上記エンドカバー２３０には、冷媒が外部からバッテリーモジュール２００の内部へ流入するか、または内部から外部へ排出されるようにベントホールＨ２が形成され得る。
具体的に、上記ベントホールＨ２は、上記エンドカバー２３０と結合するバスバーアセンブリー２２０のバスバーフレーム２２５に形成された挿入口Ｈ１と連通するように構成され得る。即ち、上記バスバーフレーム２２５の挿入口Ｈ１は、上記放熱プレート１３０の流入部１３１Ａまたは排出部１３１Ｂと連通しているため、上記エンドカバー２３０のベントホールＨ２は、上記放熱プレート１３０に形成された冷媒移動部１３２に冷媒が流通できるように上記放熱プレート１３０の流入部１３１Ａと連結される構造を有し得る。
さらに、上記サイドプレート２４０は、複数個が備えられ得る。そして、上記複数のサイドプレート２４０は、上記セルアセンブリー１００の左右方向の両側面の各々を囲むように構成され得る。
具体的に、上記サイドプレート２４０は、バッテリーモジュール２００において、外装材の役割を果す。これによって、上記サイドプレート２４０は、バッテリーモジュール２００に構造的な安定性を付与し、衝撃や異物などの外部の他の物理的な要素からセルアセンブリー１００のような内部に収納された構成要素を保護する役割を果し得る。
このために、上記サイドプレート２４０は、ステンレススチール、スチールまたはアルミニウムのような金属材質で構成され得る。
特に、アルミニウムを含む金属材質でサイドプレート２４０を構成する場合、アルミニウムの高い熱伝導性を用いてセルアセンブリー１００で発生した熱をサイドプレート２４０の外部へ効果的に放出することができる。
例えば、図２に示したように、本発明のバッテリーモジュール２００には、二つのサイドプレート２４０が備えられ、上記セルアセンブリー１００の左右方向の両側面の各々を囲むように各々が配置され得る。
また、図２と共に、図４を参照すれば、上記放熱プレート１３０は、ベースプレート１３３及び上記ベースプレート１３３から延びた側壁１３５を備え得る。具体的に、上記ベースプレート１３３は、上記二次電池１１０の収納部１１５が形成された一側面と対面するように構成され得る。
即ち、上記ベースプレート１３３は、上記二次電池１１０の左右側面と対面するように立てられて配置され得る。例えば、図２及び図４に示したように、上記ベースプレート１３３の左側面は、上記放熱プレート１３０に内部に収容された二次電池１１０の収納部１１５と対面するように構成され得る。また、上記ベースプレート１３３の右側面は、隣接した他の一つの二次電池１１０の収納部１１５と対面するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記放熱プレート１３０に形成されたベースプレート１３３の両側面は、二つの二次電池１１０の収納部１１５と対面するように構成されることで、上記セルアセンブリー１００の二次電池１１０に発生した熱を放熱プレート１３０へ高い伝導率で伝導できる。また、このように伝導された熱は、上記放熱プレート１３０の開放された上部または下部へ熱を放出できる。これによって、上記放熱プレート１３０は、上記セルアセンブリー１００の冷却効果を向上させることができる。
また、上記放熱プレート１３０の側壁１３５は、上記ベースプレート１３３の外周から、上記二次電池１１０の前端１１０ａ、上端１１０ｃ、下端１１０及び後端１１０ｂを囲むように、上記二次電池１１０が位置する方向へ延び得る。さらに、上記側壁１３５には、少なくとも一部に上記二次電池１１０の収納部１１５の前端部１１５ａ、上端部１１５ｃ、下端部１１５ｄ及び後端部１１５ｂと所定の距離を隔てて離隔した空間が形成され得る。例えば、上記側壁１３５の延びた方向の端部は、上記二次電池１１０の収納部１１５と離隔するように形成され得る。
そして、上記冷媒移動部１３２は、上記収納部１１５の前端部１１５ａ、上端部１１５ｃ、下端部１１５ｄ及び後端部１１５ｂと上記放熱プレート１３０の側壁１３５との離隔空間によって形成され得る。言い換えれば、上記冷媒移動部１３２は、冷媒が順次に上記収納部１１５の前端部１１５ａ、上端部１１５ｃ及び後端部１１５ｂへ移動するか、または上記収納部１１５の前端部１１５ａ、下端部１１５ｄ及び後端部１１５ｂへ移動するように移動空間が形成され得る。
さらに、図４に示したように、上記放熱プレート１３０の側壁１３５は、前端側壁１３５ａ、後端側壁１３５ｂ、上端側壁１３５ｃ及び下端側壁１３５ｄを含み得る。また、上記前端側壁１３５ａ、後端側壁１３５ｂ、上端側壁１３５ｃ及び下端側壁１３５ｄは、上記収納部１１５の前端部１１５ａ、下端部１１５ｄ及び後端部１１５ｂと所定の距離を隔てて離隔して冷媒移動部１３２を形成し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記放熱プレート１３０は、冷媒が上記二次電池１１０の収納部１１５の外周を移動するように冷媒移動部１３２を形成することで、実際に熱の発生が集中する二次電池１１０の収納部１１５を直接的に冷却でき、冷媒が大きい抵抗を受けずに移動できる。これによって、バッテリーモジュール２００の冷却を効果的に行うことができる。
さらに、上記放熱プレート１３０の上記前端側壁１３５ａまたは上記後端側壁１３５ｂの内面の上部及び下部には、上記複数の二次電池１１０が配列された方向へ隆起したコーナー部１３６が形成され得る。具体的に、上記コーナー部１３６は、上記放熱プレート１３０の内面の前端部及び後端部の各々に形成され得る。そして、上記放熱プレート１３０が側面から見た形態が四角形である場合、四角形の各々のコーナーにコーナー部１３６が形成され得る。
例えば、図４に示したように、上記放熱プレート１３０の上記前端側壁１３５ａと上記上端側壁１３５ｃとの間のコーナーには、上記ベースプレート１３３の内面の一部が、上記複数の二次電池１１０が配列される方向（左右方向）へ隆起したコーナー部１３６が形成され得る。
また、上記コーナー部１３６は、上記前端側壁１３５ａまたは上記後端側壁１３５ｂから、上記上端側壁１３５ｃまたは下端側壁１３５ｄへ延びた傾斜面１３６Ｓを有し得る。具体的に、上記コーナー部１３６は、冷媒が上記二次電池１１０の前端部１１０ａから上端部１１０ｃまたは下端部１１０ｄへ移動することをガイドするように傾斜面１３６Ｓを有し得る。
例えば、図４に示したように、上記放熱プレート１３０の前端側壁１３５ａの上部に形成されたコーナー部１３６は、上記前端側壁１３５ａから上記上端側壁１３５ｃへ延びる傾斜面１３６Ｓを有し得る。また、上記放熱プレート１３０の前端側壁１３５ａの下部に形成されたコーナー部１３６は、上記前端側壁１３５ａから上記下端側壁１３５ｄへ延びる傾斜面１３６Ｓを有し得る。
さらに、上記放熱プレート１３０の後端側壁１３５ｂの上部に形成されたコーナー部１３６は、上記後端側壁１３５ｂから上記上端側壁１３５ｃへ延びる傾斜面１３６Ｓを有し得る。そして、上記放熱プレート１３０の後端側壁１３５ｂの下部に形成されたコーナー部１３６は、上記後端側壁１３５ｂから上記下端側壁１３５ｄへ延びる傾斜面１３６Ｓを有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記コーナー部１３６は、傾斜面１３６Ｓを有することで、冷媒が上記二次電池１１０の前端部１１０ａから上端部１１０ｃまたは下端部１１０ｄへ移動することを誘導でき、冷媒が意図した方向へ大きい抵抗なく移動するように助ける。これによって、本発明は、冷媒移動の停滞による冷却効果の低下が少なくて、バッテリーモジュール２００の冷却効率を向上させることができる。
そして、図７は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した平面図である。
図４と共に図５及び図７を参照すれば、上記コーナー部１３６には、他の一つの放熱プレート１３０が位置する方向へ突出した締結突起１３６Ｐが形成され得る。また、上記締結突起１３６Ｐは、上記コーナー部１３６の隆起した上面から少なくとも一部が突出して形成され得る。例えば、図４に示したように、上記放熱プレート１３０の左側面には、４個の締結突起１３６Ｐが各々のコーナー部１３６に突出して形成され得る。
さらに、上記放熱プレート１３０には、他の一つの放熱プレート１３０に形成された締結突起１３６Ｐが挿入されるように凹んだ挿入溝１３６Ｈが形成され得る。即ち、上記挿入溝１３６Ｈの内部形状は、上記締結突起１３６Ｐが挿入固定できる形状として形成され得る。
例えば、図５に示したように、上記放熱プレート１３０の右側面には４個の挿入溝１３６Ｈが形成され得る。また、図１及び図２に示したように、上記６個の放熱プレート１３０は、上記締結突起１３６Ｐが上記挿入溝１３６Ｈに挿入される方式で積層されて配列され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記複数の放熱プレート１３０が締結突起１３６Ｐ及び挿入溝１３６Ｈを用いて相互締結されながら容易に均一な配列をなし、バッテリーモジュール２００の製造効率を高めることができる。
また、上記放熱プレート１３０の側壁１３５には、上記側壁１３５の少なくとも一部が上記二次電池１１０の外面を密着支持するようにグリップ部１３７が形成され得る。さらに、上記グリップ部１３７は、上記側壁１３５の一部が上記ベースプレート１３３から外側方向へ傾いて膨らんでいる形態であり得る。
例えば、図５に示したように、上記放熱プレート１３０の前端側壁１３５ａ、上端側壁１３５ｃ、下端側壁１３５ｄ及び後端側壁１３５ｂには、上記ベースプレート１３３から外側方向へ傾くように延びた形態であるグリップ部１３７が形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記放熱プレート１３０は、グリップ部１３７の内面によって上記二次電池１１０の収納部を安定的に密着して収納し、上記放熱プレート１３０と二次電池１１０との接触面積を増やして二次電池１１０の冷却効果を高めることができる。
そして、上記グリップ部１３７には、上方または下方へ突出した少なくとも二つ以上の支持突起１３７Ｔが形成され得る。具体的に、上記支持突起１３７Ｔは、上記放熱プレート１３０の外面に装着される上記サイドプレート２４０の上端側壁（図１、２４０ａ）または下端側壁（図１、２４０ｂ）の内面を支持し固定するように隆起されて形成された構造である。
即ち、上記サイドプレート２４０の上端側壁２４０ａまたは下端側壁２４０ｂの内面が水平な面を有すれば、上記支持突起１３７Ｔは、上記グリップ部１３７から水平な外面を有するように上方または下方へ隆起して形成され得る。
例えば、上記図５を参照すれば、上記放熱プレート１３０の上端側壁２４０ａの外面には１１個の支持突起１３７Ｔが上記グリップ部１３７から上方へ隆起して形成され得、上記放熱プレート１３０よる下端側壁２４０ｂの外面には、１１個の支持突起１３７Ｔが上記グリップ部１３７から下方へ隆起して形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記グリップ部１３７に形成された支持突起１３７Ｔは、上記放熱プレート１３０と結合するサイドプレート２４０を容易に据え付けて固定できるように構成されており、製造効率性を高めることができる。
図８は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるエンドカバーを概略的に示した後面斜視図である。そして、図９は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるエンドカバーを概略的に示した正面図である。
また、図６と共に、図８及び図９を参照すれば、上記エンドカバー２３０の内側面２３０ａには、板ばね２３２が据え付けられ得る。具体的に、上記板ばね２３２は、上記バスバー２２１の上に接触した上記電極リード１１１の端部を上記バスバー２２１が位置する方向へ加圧するように位置し得る。
また、上記板ばね２３２は、上方へ長く延びたプレート形状であり得る。そして、上記プレート形状の板ばね２３２の上端及び下端が上記エンドカバー２３０の内部に挿入されて固定され得る。さらに、上記板ばね２３２の中央部位は、前後方向の加圧力を発揮できる弾性を有するように前後方向へ反った曲線形態であり得る。
例えば、図８に示したように、上記エンドカバー２３０の内側面２３０ａには７個の板ばね２３２が据え付けられ得る。また、７個の板ばね２３２の各々は、上記バスバー２２１に接触した電極リード１１１の外面を加圧固定できる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記電極リード１１１と上記バスバー２２１との電気的接続のための溶接工程を省略してもよく、上記エンドカバー２３０を上記バスバーアセンブリー２２０に簡単に締結するだけで、信頼できる接続状態を維持することができる。これによって、本発明は、バッテリーモジュール２００の製造工程を短縮させることで製造コストを節減できる効果を奏する。
そして、上記エンドカバー２３０の左右方向の両側端部には、上記バスバーアセンブリー２２０と結合するためのフック構造２３３が形成され得る。また、図６に示したように、上記バスバーフレーム２２５の左右方向の両側部には、上記エンドカバー２３０のフック構造２３３が締結される締結口Ｈ３が形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記エンドカバー２３０を上記バスバーアセンブリー２２０の上から内部方向へ加圧するだけで、上記エンドカバー２３０を上記バスバーフレーム２２５に締結可能であるため、組立て工程が単純かつ迅速に行われるという利点がある。
また、上記エンドカバー２３０は、外側面２３０ｂの少なくとも一部がハニカム構造２３４で形成され得る。具体的に、上記ハニカム構造２３４は、上記板ばね２３２が据え付けられた一面の反対面に形成され得る。即ち、上記エンドカバー２３０は、上記バスバーアセンブリー２２０との結合過程で板ばね２３２とバスバー２２１との衝突が発生し、この際、衝突の力が上記エンドカバー２３０に伝達されてしまい、エンドカバー２３０に破損を起こす恐れがある。
そこで、本発明は、上記板ばね２３２が据え付けられた上記エンドカバー２３０の内側面２３０ａの反対面２３０ｂ（外側面）にハニカム構造２３４を形成することで、上記エンドカバー２３０を締結する過程や外部物体が上記エンドカバー２３０と衝突することによって上記エンドカバー２３０が損傷することを効果的に防止することができる。
図１０は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した平面図である。
図１０を参照すれば、上記バスバーアセンブリー２２０の上記バスバーフレーム（図６の２２５）には、上記二次電池１１０の収納部１１５が位置する方向へ突出したストッパ２３５が形成され得る。さらに、上記ストッパ２３５は、上記二次電池１１０が前方または後方へ移動することを阻止するように突出して形成され得る。そして、上記ストッパ２３５の延びた方向の端部は、上記二次電池１１０の収納部１１５の前端部または後端部と対面するように位置し得る。
例えば、図１０に示したように、上記バスバーアセンブリー２２０のバスバーフレームの内側面には６個のストッパ２３５が形成され得、６個のストッパ２３５の各々は、上記二次電池１１０の収納部１１５と対向するように配置され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記ストッパ２３５は、上記バッテリーモジュール２００が外部の力によって前方または後方へ急激に力が加えられ、上記バッテリーモジュール２００の内部に位置する複数の二次電池１１０が前方または後方へ移動することを効果的に防止することで、上記二次電池１１０の電極リード１１１とバスバー２２１との接続構造に破損が発生するか、または上記二次電池１００の内部構成が損傷することを効果的に防止することができる。
また、上記ストッパ２３５は、上面及び下面よりも広い面積の左右方向の側面２３５ａを有するプレート形状であり得る。そして、上記ストッパ２３５の左側面または右側面には、上記バスバーフレーム２２５の挿入口（図６、Ｈ１）に流入した冷媒を意図した方向へガイドするように誘導突起２３５Ｐが形成され得る。さらに、上記誘導突起２３５Ｐは、上記バスバーアセンブリー２２０の上記バスバーフレーム（図６、２２５）の挿入口Ｈ１に流入した冷媒を上下方向へ分散できるように構成され得る。
具体的に、上記誘導突起２３５Ｐは、前後方向へ延びたバー（ｂａｒ）２３５Ｐ１及び上下方向へ延びたバー２３５Ｐ２が結合した形態であり得る。即ち、上記誘導突起２３５Ｐは、水平方向へ横たえられた「Ｔ」字形態であり得る。
例えば、図１０に示したように、上記バスバーアセンブリー２２０の上記バスバーフレームに形成された６個のストッパ２３５の各々の右側面２３５ａには、水平へ横たえられた「Ｔ」字形の誘導突起２３５Ｐが形成され得る。即ち、上記誘導突起２３５Ｐは、外部から流入した冷媒を上下方向へ移動するように誘導することで、上記放熱プレート１３０の収容された二次電池１１０の収納部１１５の上端及び下端へ冷媒が移動するように誘導できる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上記誘導突起２３５Ｐは、上記バッテリーモジュール２００の内部に流入した冷媒を冷媒移動部１３２に効果的に誘導させることができるので、冷媒が停滞なく円滑に移動でき、上記バッテリーモジュール２００の複数の二次電池１１０を効果的に冷却することができる。
また、図６を参照すれば、上記センシング回路基板２５０は、上記複数のバスバー２２１と電気的に接続するように接続ホールＨ４が形成され得る。また、上記バスバー２２１の一端部には、上記センシング回路基板２５０に形成された接続ホールＨ４に挿入されるように接続突起２３５Ｐが形成され得る。
例えば、図６に示したように、上記センシング回路基板２５０は、上記バスバーアセンブリー２２０の外側面の下端に据え付けられ得る。また、上記４個のバスバー２２１各々の下端には、上記センシング回路基板２５０に形成された接続ホールＨ４と接続するための接続突起２３５Ｐが形成され得る。
さらに、本発明によるバッテリーパックは、本発明によるバッテリーモジュール２００を一つ以上含み得る。また、本発明によるバッテリーパックは、このようなバッテリーモジュール２００に加え、バッテリーモジュール２００を収納するためのパックケース、バッテリーモジュール２００の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
また、本発明によるバッテリーパックは、エネルギー貯蔵システムのようなデバイスに適用できる。即ち、本発明によるデバイスは、本発明によるバッテリーパックを含み得る。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象と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ことは、当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明は、バッテリーモジュール及びそれを複数個含むバッテリーパックに関する。また、本発明のバッテリーモジュール及びバッテリーパックを備えた電子デバイス、またはエネルギー貯蔵システム、もしくは自動車関連産業に利用可能である。
１００ セルアセンブリー
１１０ 二次電池
１１５ 収納部
１３０ 放熱プレート
１３１Ａ 流入部
１３１Ｂ 排出部
１３２ 冷媒移動部
１３３ ベースプレート
１３５ 側壁
１３６ コーナー部
１３６Ｈ 挿入溝
１３６Ｐ 締結突起
１３６Ｓ 傾斜面
１３７ グリップ部
１３７Ｔ 支持突起
２００ バッテリーモジュール
２２０ バスバーアセンブリー
２２１ バスバー
２２５ バスバーフレーム
２３０ エンドカバー
２３２ 板ばね
２３４ ハニカム構造
２３５ ストッパ
２３５Ｐ 誘導突起
２４０ サイドプレート
２５０ センシング回路基板
Ｈ１ 挿入口
Ｈ２ ベントホール

Claims (14)

  1. 左右方向へ配列された複数の二次電池と、複数の二次電池の間に介在され、外部から冷媒が流入するか、または外部へ排出されるように前端部及び後端部の少なくとも一部が凹んで流入部及び排出部が形成され、前記二次電池の前端、上端、下端及び後端に冷媒が移動するように移動空間が形成された冷媒移動部が備えられた複数の放熱プレートと、を備えたセルアセンブリーと、
    前記セルアセンブリーの前方または後方に位置し、前記複数の二次電池の各々に備えられた電極リードに電気的に接続する複数のバスバーと、前記バスバーが据え付けられて前記二次電池の電極リードが挿入されるための挿入口が形成されたバスバーフレームと、を備えるバスバーアセンブリーと、
    前記バスバーアセンブリーの外側面に結合し、冷媒が外部から流入するか、または内部から外部へ排出されるように前記冷媒移動部と連通したベントホールが形成されたエンドカバーと、
    前記セルアセンブリーの左右方向の両側面の各々を囲むように構成された複数のサイドプレートと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記二次電池は、
    正極板及び負極板がセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、
    前記電極組立体を電解液と共に密封収納する収納部が形成され、前記収納部が両側に向かうように立てられて配置された外装材と、を含み、
    前記放熱プレートは、
    前記二次電池の収納部が形成された一側面と対面するように構成されたベースプレートと、
    前記ベースプレートの外周から前記二次電池の前端、上端、下端及び後端を囲むように前記二次電池が位置する方向へ延びた側壁と、が形成され、
    前記冷媒移動部が、前記収納部の前端部、上端部、下端部及び後端部と前記放熱プレートの側壁との離隔空間に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記放熱プレートの側壁は、前端側壁、後端側壁、上端側壁及び下端側壁を含み、
    前記前端側壁または前記後端側壁の内面の上部及び下部には、前記複数の二次電池が配列された方向へ隆起したコーナー部が形成され、
    前記コーナー部は、前記前端側壁または前記後端側壁から前記上端側壁または下端側壁へ延びた傾斜面を有することを特徴とする請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記コーナー部には、他の一つの放熱プレートが位置する方向へ突出した締結突起が形成され、
    前記放熱プレートには他の一つの放熱プレートに形成された締結突起が挿入されるように凹んだ挿入溝が形成されたことを特徴とする請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記放熱プレートの側壁には、前記二次電池の外面を密着支持するように前記ベースプレートから傾くように延びたグリップ部が形成されたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記グリップ部には、前記サイドプレートの上端側壁または下端側壁の内面を支持及び固定するように上方または下方へ突出した少なくとも二つ以上の支持突起が形成されたことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記電極リードは、前記バスバーアセンブリーの挿入口に挿入され、前記電極リードの端部が左方向または右方向へ折り曲げられた構造で前記バスバーに接触することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記エンドカバーの内側面には、前記バスバーの上に接触した前記電極リードの端部を前記バスバーが位置する方向へ加圧するように板ばねが据え付けられたことを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記エンドカバーは、前記板ばねが据え付けられた一面の反対面の少なくとも一部がハニカム構造からなることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記バスバーフレームには、前記二次電池が前方または後方へ移動することを阻止するように前記二次電池の収納部が位置する方向へ突出したストッパが形成されたことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  11. 前記ストッパは、上面及び下面よりも広い面積の左右側面を有するプレート形状であり、
    前記ストッパの左側面または右側面には、前記挿入口に流入した冷媒を上下方向へ分散するようにガイドする誘導突起が形成されたことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーモジュール。
  12. 左右方向へ配列された複数の二次電池と、複数の二次電池の間に介在され、外部から冷媒が流入するか、または外部へ排出されるように凹んだ流入部及び排出部が形成され、前記二次電池の前端、上端、下端及び後端に冷媒が移動するように移動空間が形成された冷媒移動部とが備えられた複数の放熱プレートを備えたセルアセンブリーと、
    前記セルアセンブリーの前方または後方に位置し、前記複数の二次電池の各々に備えられた電極リードに電気的に接続する複数のバスバーと、前記バスバーが据え付けられて前記二次電池の電極リードが挿入されるための挿入口が形成されたバスバーフレームと、前記バスバーフレームに据え付けられ、前記複数のバスバーと電気的に接続したセンシング回路基板と、を備えるバスバーアセンブリーと、
    前記バスバーアセンブリーの一面に結合し、冷媒が外部から流入するか、または内部から外部へ排出されるように前記冷媒移動部と連通したベントホールが形成されたエンドカバーと、
    前記セルアセンブリーの左右方向の両側面の各々を囲むように構成された複数のサイドプレートと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュール。
  13. 請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含む、バッテリーパック。
  14. 請求項１３に記載のバッテリーパックを備える、デバイス。
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