JP7062164B2 - バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車 - Google Patents

バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車に関する。
本出願は、２０１７年４月２６日出願の韓国特許出願第１０－２０１７－００５３８４５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、すべて本出願に援用される。
多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）またはハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）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ことができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が一切発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．６Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、前記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
一方、複数の二次電池セルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルからなるバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が通常である。
従来のバッテリーモジュールは、通常、相互並んで積層される複数個のバッテリーセルと、複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、モジュールケースの外側に装着され、複数個のバッテリーセルを冷却するためのヒートシンクと、を含んで構成される。
ここで、従来のバッテリーモジュールは、熱伝達効率を高めるよう、モジュールケースの内部でバッテリーセルと接触して配置される内側熱伝達部材と、モジュールケースを挟んで内側熱伝達部材に対向して配置され、ヒートシンクと接触して配置される外側熱伝達部材と、をさらに含んで構成される。このような構造を有する従来のバッテリーモジュールの場合、バッテリーセルで発生した熱が内側熱伝達部材、モジュールケース及び外側熱伝達部材を経てヒートシンクへ伝達される。
しかし、従来のバッテリーモジュールにおいては、バッテリーセルの熱がヒートシンクへ伝達されるとき、二つの熱伝達部材を通るようになり、その中間経路にモジュールケースも含まれることから、熱伝達経路の距離が長くなるという問題がある。
また、従来のバッテリーモジュールにおいては、モジュールケースを挟んでいる二つの熱伝達部材によって、モジュールの全体サイズが大きくなるしかないため、最近のスリム化トレンドによるモジュールスリム化を阻害し、エネルギー密度面でも不利であるという問題がある。
さらに、従来のバッテリーモジュールにおいては、二つの熱伝達部材の装着によって製造コストが増加し、製造効率が低下してしまう問題がある。
そこで、前述の問題点を解決できるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することが求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーセルからヒートシンク側への熱伝達経路の距離を短縮できるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することを目的とする。
また、本発明は、最近のスリム化トレンドに乗って更なるスリム化の可能な構造を有し、エネルギー密度を向上させることができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することを他の目的とする。
さらに、本発明は、製造コストを節減し、かつ製造効率を高めることができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することをまた他の目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーモジュールであって、相互並んで積層される複数個のバッテリーセルと、前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、前記モジュールケースの外側に装着され、前記複数個のバッテリーセルを冷却するためのヒートシンクと、前記ヒートシンク及び前記複数個のバッテリーセルに接触して配置され、少なくとも部分的に前記モジュールケースを貫通する少なくとも一つの熱伝達パッドと、を含むことを特徴とするバッテリーモジュールを提供する。
前記少なくとも一つの熱伝達パッドの一端部は、前記複数個のバッテリーセルに接触して配置され、前記少なくとも一つの熱伝達パッドの他端部は、前記モジュールケースの外へ突出し、前記ヒートシンクに直接的に接触し得る。
前記モジュールケースには、前記少なくとも一つの熱伝達パッドの他端部が貫通する少なくとも一つのパッド貫通孔が備えられ得る。
前記モジュールケースは、前記ヒートシンクと所定の間隙を有するように配置され得る。
前記少なくとも一つの熱伝達パッドは、単一部材からなり得る。
前記少なくとも一つの熱伝達パッドの他端部には、少なくとも一つの突起が設けられ得る。
前記ヒートシンクは、前記モジュールケースの下側に備えられ、前記熱伝達パッドは、一つが備えられ、前記モジュールケースの底部で前記複数個のバッテリーセルと前記ヒートシンクとを連結し得る。
前記モジュールケースの両側面に備えられ、前記熱伝達パッドは、一対で備えられ、前記モジュールケースの両側面で前記複数個のバッテリーセルと前記ヒートシンクとを連結し得る。
前記複数個のバッテリーセルは、パウチ型二次電池として設けられ得る。
そして、本発明は、バッテリーパックであって、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、を含むことを特徴とするバッテリーパックを提供する。
なお、本発明は、自動車であって、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。
以上のような多様な実施例によって、バッテリーセルからヒートシンク側への熱伝達経路の距離を短縮することができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、最近のスリム化トレンドに乗って更なるスリム化の可能な構造を有し、エネルギー密度を向上させることができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、製造コストを節減し、かつ製造効率を高めることができるバッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及びこのバッテリーパックを含む自動車を提供することができる。
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説明するための図である。 図１におけるバッテリーモジュールの熱伝達パッドを説明するための図である。 図１におけるバッテリーモジュールの主要部を説明するための図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。 図４におけるバッテリーモジュールの主要部を説明するための図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。
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。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
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説明するための図であり、図２は、図１におけるバッテリーモジュールの熱伝達パッドを説明するための図であり、図３は、図１におけるバッテリーモジュールの主要部を説明するための図である。
図１～図３を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００、モジュールケース２００、ヒートシンク３００、支持部材４００及び熱伝達パッド５００を含み得る。
前記バッテリーセル１００は、パウチ型二次電池として設けられ得、複数個が備えられ得る。前記複数個のバッテリーセル１００は、相互並んで左右方向に沿って積層され、相互電気的に接続し得る。
前記モジュールケース２００は、前記複数個のバッテリーセル１００を収容し得る。このために、前記モジュールケース２００には、前記複数個のバッテリーセル１００を収容できる収容空間が設けられ得る。
前記モジュールケース２００の底部には、後述の熱伝達パッド５００の他端部５３０が貫通する少なくとも一つ、本実施例の場合、複数個のパッド貫通孔２５０が形成され得る。
前記ヒートシンク３００は、前記複数個のバッテリーセル１００の冷却のためのものであって、前記モジュールケース２００の外側、本実施例の場合、前記モジュールケース２００の下側に備えられ得る。
前記支持部材４００は、前記モジュールケース２００内で前記複数個のバッテリーセル１００の支持及び緩衝の役割を果たすためのものであって、一対として備えられ、前記モジュールケース２００の内壁の左右側に備えられ得る。
前記熱伝達パッド５００は、前記複数個のバッテリーセル１００で発生した熱を前記ヒートシンク３００へ伝達するためのものであって、一つの単一部材からなり、前記ヒートシンク３００及び前記複数個のバッテリーセル１００に接触して配置され得る。
このような前記熱伝達パッド５００は、一つが備えられ、前記モジュールケース２００の底部で前記複数個のバッテリーセル１００と前記ヒートシンク３００とを連結し得る。ここで、前記熱伝達パッド５００は、少なくとも部分的に前記モジュールケース２００を貫通しながら前記ヒートシンク３００に直接接触して連結され得る。
具体的に説明すれば、前記熱伝達パッド５００の一端部５１０は、前記複数個のバッテリーセル１００に接触して配置され得る。ここで、前記熱伝達パッド５００の一端部５１０には、前記複数個のバッテリーセル１００をより安定的に接触させると共に、支持できるように前記複数個のバッテリーセル１００が挿入される複数個のセル挿入孔５１５が形成され得る。
前記熱伝達パッド５００の他端部５３０は、前記モジュールケース２００の底部の外へ突出し、前記ヒートシンク３００に直接的に接触し得る。ここで、前記モジュールケース２００の底部は、前記ヒートシンク３００と所定の間隙を有するように配置され得る。
前記熱伝達パッド５００の他端部５３０には、少なくとも一つの突起が形成され得る。前記少なくとも一つの突起は、ディンプル形状などを有し得、前記モジュールケース２００の底部の剛性を確保すると共に、熱伝達効率をより向上させることができる。
このように、本実施例においては、前記熱伝達パッド５００が単一部材として前記バッテリーセル１００と前記ヒートシンク３００とを直接連結するため、前記モジュールケース２００を挟んで多重層として備えられるケースよりも熱伝達経路の距離が大幅短縮する。
また、本実施例においては、前記熱伝達パッド５００が単一部材で設けられるため、最近のスリム化トレンドに乗って更なるスリム化の可能な構造を有し、エネルギー密度を向上させることができるバッテリーモジュール１０を提供することができる。また、前記熱伝達パッド５００の個数を減らすことができ、前記バッテリーモジュール１０の製造コストを節減し、製造効率も高めることができる。
図４は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図であり、図５は、図４のバッテリーモジュールの主要部を説明するための図である。
本実施例によるバッテリーモジュール２０は、前述の実施例の前記バッテリーモジュール１０と実質的に同一または類似であるので、同一または類似の構成については反復的な説明を省略し、相違点を中心にして説明する。
図４及び図５を参照すれば、前記バッテリーモジュール２０は、複数個のバッテリーセル１００、モジュールケース６００、ヒートシンク７００、支持部材８００及び熱伝達パッド９００を含み得る。
前記複数個のバッテリーセル１００は、後述のモジュールケース６００の内部で相互上下方向に沿って積層され得る。前記モジュールケース６００の両側面には、後述する各々の熱伝達パッド９００の他端部９３０が貫通するための複数個のパッド貫通孔６５０が形成され得る。前記ヒートシンク７００は、前記モジュールケース６００の両側面の外側に備えられ得る。前記支持部材８００は、前記モジュールケース６００の内壁の上下側に備えられ、前記複数個のバッテリーセル１００を支持し得る。
前記熱伝達パッド９００は一対で備えられ、前記モジュールケース６００の両側面で前記複数個のバッテリーセル１００と前記ヒートシンク７００とを連結し得る。
前記熱伝達パッド９００の一端部９１０には、前記複数個のバッテリーセル１００が挿入される複数個のセル挿入孔９１５が形成され得る。前記熱伝達パッド９００の他端部９３０は、前記複数個のパッド貫通孔６５０を通過し、前記モジュールケース６００の両側面の外へ突出し、前記ヒートシンク７００に接触して配置され得る。
このように、本実施例による前記熱伝達パッド９００は、前記モジュールケース６００内で上下方向に沿って積層されるバッテリーセル１００の構造にも適用可能であり、この場合にも同様に、熱伝達経路の距離短縮、前記バッテリーモジュール２０のスリム化、エネルギー密度及び製造効率の向上ができる。
図６は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。
図６を参照すれば、バッテリーパック１は、前述の実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュール１０（２０）と、前記少なくとも一つのバッテリーモジュール１０（２０）をパッケージングするパックケース５０と、を含み得る。
このような前記バッテリーパック１は、自動車の燃料源であって、自動車に備えることができる。例えば、前記バッテリーパック１は、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他のバッテリーパック１を燃料源として用いることができるその他の方式で自動車に備えられ得る。また、前記バッテリーパック１は、前記自動車の外にも二次電池を用いる電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）など、その他の装置や器具及び設備などに備えられることも可能である。
このように、本実施例による前記バッテリーパック１と前記自動車のような前記バッテリーパック１を備える装置や器具及び設備は、前述の前記バッテリーモジュール１０（２０）を含むことから、前述のバッテリーモジュール１０（２０）による長所を全て有するバッテリーパック１及びこれを備える自動車などの装置や器具及び設備などを具現することができる。
以上のような多様な実施例によって、バッテリーセル１００からヒートシンク３００、７００側への熱伝達経路の距離を短縮できるバッテリーモジュール１０、２０、これを含むバッテリーパック１及びこのバッテリーパック１を含む自動車を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、最近のスリム化トレンドに乗った更なるスリム化の可能な構造を有し、エネルギー密度を向上させることができるバッテリーモジュール１０、２０、これを含むバッテリーパック１及びこのバッテリーパック１を含む自動車を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、製造コストを減らし、かつ製造効率を向上させることができるバッテリーモジュール１０、２０、これを含むバッテリーパック１及び
このバッテリーパック１を含む自動車を提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、だれでも多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は請求範囲内に含まれる。
１ バッテリーパック
１０ バッテリーモジュール
２０ バッテリーモジュール
５０ パックケース
１００ バッテリーセル
２００ モジュールケース
２５０ パッド貫通孔
３００ ヒートシンク
４００ 支持部材
５００ 熱伝達パッド
５１０ 一端部
５１５ セル挿入孔
５３０ 他端部
６００ モジュールケース
６５０ パッド貫通孔
７００ ヒートシンク
８００ 支持部材
９００ 熱伝達パッド
９１０ 一端部
９１５ セル挿入孔
９３０ 他端部

Claims (11)

  1. バッテリーモジュールであって、
    相互並んで積層される複数個のバッテリーセルと、
    前記複数個のバッテリーセルを収容するモジュールケースと、
    前記モジュールケースの外側に装着され、前記複数個のバッテリーセルを冷却するためのヒートシンクと、
    前記ヒートシンク及び前記複数個のバッテリーセルに接触して配置され、少なくとも部分的に前記モジュールケースを貫通する少なくとも一つの熱伝達パッドと、
    を含み、
    前記少なくとも一つの熱伝達パッドの一方の面が、前記複数個のバッテリーセルに接触して配置され、
    前記熱伝達パッドの前記一方の面には、前記複数個のバッテリーセルをより安定的に接触させると共に、前記複数個のバッテリーセルを支持できるように前記複数個のバッテリーセルの一部分が挿入される複数個のセル挿入孔が形成されることを特徴とするバッテリーモジュール。
  2. 前記少なくとも一つの熱伝達パッドの他方の面が、前記モジュールケースの外へ突出し、前記ヒートシンクに直接的に接触する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. 前記モジュールケースには、前記少なくとも一つの熱伝達パッドの他方の面における一部が貫通する少なくとも一つのパッド貫通孔が備えられ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. 前記モジュールケースが、前記ヒートシンクと所定の間隙を有するように配置され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。
  5. 前記少なくとも一つの熱伝達パッドが、単一部材からな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。
  6. 前記少なくとも一つの熱伝達パッドの他方の面には、少なくとも一つの突起が設けられ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。
  7. 前記ヒートシンクは、
    前記モジュールケースの下側に備えられ、
    前記熱伝達パッドは、一つが備えられ、前記モジュールケースの底部で前記複数個のバッテリーセルと前記ヒートシンクとを連結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。
  8. 前記モジュールケースの両側面に備えられ、
    前記熱伝達パッドは、
    一対が備えられ、前記モジュールケースの両側面で前記複数個のバッテリーセルと前記ヒートシンクとを連結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。
  9. 前記複数個のバッテリーセルが、パウチ型二次電池として設けられる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。
  10. 請求項１に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記少なくとも一つのバッテリーモジュールをパッケージングするパックケースと、
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。
  11. 請求項１０に記載の少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車。
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