JP7062196B2 - 熱収縮性チューブを含むバッテリーモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、熱収縮性チューブを含むバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、モジュールハウジングの役割を果たす熱収縮性チューブ及びヒートシンクをバッテリーモジュールに適用することで、優れた冷却効率を有し、廃棄時に内部構成要素のリサイクルが容易なバッテリーモジュールに関する。
本出願は、２０１８年９月１３日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－０１０９８３４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。
最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的に充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
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。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材を各々正極活物質と負極活物質に用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質が各々塗布された正極板と負極板とがセパレーターを介在して配置された電極組立体と、電極組立体を電解液と共に封止収納する外装材、即ち、電池ケースを備える。
一般的にリチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池と、に分けることができる。
このうち、パウチ型二次電池は、複数の二次電池を収容する硬い素材のモジュールハウジング、及び複数の二次電池を電気的に接続するように構成されたバスバーアセンブリーを備えたバッテリーモジュールを構成するのに使用され得る。
そして、従来技術のバッテリーモジュールは、硬い素材であるプラスチックまたは金属を用いてモジュールハウジングを具現する場合が殆どであった。しかし、このような硬い素材のモジュールハウジングは、不良が発生したバッテリーモジュールのリサイクルのためにモジュールハウジングをバッテリーモジュールから分解するのに大きな困難があった。即ち、リサイクルのために、切削工具を使用してモジュールハウジングを切断する工程を行う場合、切削工具によって複数の二次電池に損傷や発火が発生する恐れがあり、安全上の問題が大きくなっていた。
また、バッテリーモジュールのモジュールハウジングは、硬い素材で具現される場合、モジュールハウジングと複数の二次電池との間隙が形成されることが不可避であった。このような間隙に位置した空気はバッテリーモジュールの冷却効率を大幅に低下させる。加之、モジュールハウジングの空いた空間の大きさが複数の二次電池の位置ごとに相違するため、複数の二次電池が全体的に放熱効率の差を有し、これによって、バッテリーモジュールの熱バランスがばらついてしまい、バッテリーモジュールの寿命が大幅に減少することがあった。
さらに、従来技術のバッテリーモジュールは、複数の二次電池と共にモジュールハウジングの内部にヒートシンクを別に備える場合、硬い素材のモジュールハウジングの内部に空間が形成されてしまい、複数の二次電池とヒートシンクとが相互密着しにくかった。これによって、ヒートシンクによる冷却効率が劣るという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モジュールハウジングの役割を果たす熱収縮性チューブ及びヒートシンクをバッテリーモジュールに適用することで、優れた冷却効率を有し、廃棄時、内部構成要素のリサイクルが容易なバッテリーモジュールを提供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の本発明によるバッテリーモジュールは、
前後方向へ突出するように形成された電極リードを備え、左右方向へ相互積層された複数のパウチ型二次電池を備えるセルアセンブリーと、
前記セルアセンブリーの外面と接するように位置し、内部に冷媒が移動するように構成された冷媒流路が形成されたヒートシンクと、
中空構造が形成された管の形態を有し、前記セルアセンブリー及び前記ヒートシンクが前記中空構造内に位置し、前記セルアセンブリーと前記ヒートシンクとが相互密着するように熱収縮した熱収縮性チューブと、を含む。
また、前記ヒートシンクには、前記セルアセンブリーの複数のパウチ型二次電池の各々の下部が収容されるように内側方向へ凹んだ収容溝が形成され得る。
さらに、前記熱収縮性チューブと対面する前記ヒートシンクの外面には凹凸構造が形成され得る。
そして、前記ヒートシンクは、冷媒が注入される流入管及び冷媒が排出される排出管を備え得る。
また、前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーモジュールは、前記セルアセンブリーの電極リードが形成された前方または後方に位置し、少なくとも一つ以上の電極リードが貫通して突出するように貫通口が形成され、前記ヒートシンクの前記流入管及び前記排出管の各々が挿入固定されるように開口した固定構造が備えられたバスバーフレームと、前記バスバーフレームの外面に取り付けられ、前記複数のパウチ型二次電池を電気的に接続するように導電性金属を有するバスバーと、を備えたバスバーアセンブリーをさらに含み得る。
さらに、前記熱収縮性チューブは、前記バスバーアセンブリーの外面の一部分を囲むように構成され得る。
そして、前記熱収縮性チューブの前記バスバーアセンブリーの外面を囲む一部分には、前記ヒートシンクの前記流入管及び前記排出管が外部に露出するように内側方向へ凹んだ凹み部が形成され得る。
また、前記熱収縮性チューブの外面には、一部が外側方向へ隆起したエンボシング構造が複数個形成され得る。
さらに、前記熱収縮性チューブの内側には、熱伝導性接着剤が付加され得る。
そして、前記熱伝導性接着剤は、前記セルアセンブリーと前記ヒートシンクとの間に介在されるように付加され得る。
さらに、前記熱伝導性接着剤は、前記セルアセンブリーと前記熱収縮性チューブとの間に介在されるように付加され得る。
そして、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーパックは、前記バッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含み得る。
また、上記の課題を達成するための本発明による自動車は、前記バッテリーパックを含み得る。
本発明の一面によれば、本発明のバッテリーモジュールは、熱収縮性チューブの中空構造の内部にセルアセンブリー及びヒートシンクを収容した状態で熱を加えて熱収縮し、熱収縮性チューブの熱収縮した外壁が、セルアセンブリーとヒートシンクとが相互密着するように構成されることから、セルアセンブリーとヒートシンクとの離隔距離を減らし、相互の密着面積をより増やすことで、二つの構成間において全体的に均一な熱伝導距離を具現することができる。
また、本発明の実施例の一面によれば、セルアセンブリーと対面するヒートシンクの外面には内側方向へ凹んだ収容溝が形成することで、熱収縮した熱収縮性チューブの外壁によって加圧されたセルアセンブリーの複数のパウチ型二次電池が、ヒートシンクの収容溝の上により広い接触面積で密着できる。これによって、バッテリーモジュールの放熱効率を高めることができ、さらに、セルアセンブリーの複数のパウチ型二次電池がヒートシンクの外面から外部衝撃によって動くことを未然に防止することができる。
さらに、本発明の一面によれば、熱収縮性チューブと対面するヒートシンクの外面には凹凸構造を形成することで、熱収縮性チューブとヒートシンクとの接触面積を効果的に増やすことができ、熱収縮性チューブが凹凸構造の凹み部に固定される効果を奏する。これによって、熱収縮性チューブとヒートシンクとの結合力（摩擦力）を高めることができる。
そして、本発明の一面によれば、バスバーアセンブリーのバスバーフレームにヒートシンクの流入管及び排出管の各々が挿入固定されるように開口した固定構造を形成することで、ヒートシンクの固定構造が外部衝撃によるバスバーアセンブリーの動きを防止することができる。これによって、バスバーアセンブリーに取り付けられたバスバーとセルアセンブリーの複数の二次電池の電極リードとの接触結合が分離され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、熱収縮性チューブにヒートシンクの流入管及び排出管が外部に露出するように穿孔された開放口を形成することで、ヒートシンクに冷媒を供給する冷媒供給装置との連結作業を容易に行うことができる。鹿のみならず、ヒートシンクの流入管及び排出管が熱収縮性チューブの開放口に挿入された形態を有することから、熱収縮性チューブがバスバーフレームの外面上に安定的に固定される。
また、本発明の一面によれば、熱収縮性チューブは、外面に複数のエンボシング構造を形成することで、外部衝撃を効果的に吸収し、内部に収容されたセルアセンブリーに及ぶ衝撃を最小化することができ、バッテリーモジュールの安全性及び耐久性を効果的に向上させることができる。
さらに、本発明の一面によれば、熱伝導性接着剤は、セルアセンブリーとヒートシンクとの間に介在されるように付加されることで、複数の二次電池とヒートシンクとの間に発生し得る空間を最小化することができることから、空間を占める空気量を減らすことができ、二次電池から発生した熱の熱伝導率を画期的に高めることができるので、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。
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。なお、本明細書に添付の図面における要素の形状、大きさ、縮尺または比率などは、より明確な説明を強調するために誇張され得る。
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す斜視図である。 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す分離斜視図である。 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パウチ型二次電池を概略的に示す側面図である。 図１のバッテリーモジュールの線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した側面の一部を概略的に示す側断面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるヒートシンクを概略的に示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるヒートシンクを概略的に示す底面斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュール構成の一部を概略的に示す斜視図である。 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す正面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す正面図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である熱収縮性チューブを概略的に示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールを切断した側面の一部を概略的に示す部分側断面図である。
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、本明細書及び特許請求の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、本発明の最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す斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す分離斜視図である。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パウチ型二次電池を概略的に示す側面図である。
ここで、図１においては、バッテリーモジュール２００の内部構成をより見やすくするために、モジュールカバー（図２の２００Ａ、２００Ｂ）を省略して図示した。
図１～図３を参照すれば、本発明のバッテリーモジュール２００は、セルアセンブリー１００、ヒートシンク２６０、二つのモジュールカバー２４０Ａ、２４０Ｂ及び熱収縮性チューブ２１０を含み得る。
ここで、セルアセンブリー１００は、複数の二次電池１１０を備え得る。
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（図示せず）、電解質（図示せず）及びパウチ外装材１１３を備え得る。
ここで、電極組立体は、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板がセパレーターを介在して配置された形態で構成され得る。より具体的に、電極組立体は、一つの正極板及び一つの負極板がセパレーターと共に巻き取られた巻取り型、及び複数の正極板と複数の負極板とがセパレーターを介在して相互積層されたスタック型などに分けられ得る。
また、パウチ外装材１１３は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備える形態で構成され得る。このようなパウチ外装材１１３は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などを向上させるために、金属薄膜、例えば、アルミニウム薄膜が含まれた形態で構成され得る。そして、このようなアルミニウム薄膜は、電極組立体及び電解液のような二次電池１１０の内部の構成要素や二次電池１１０の外部の他の構成要素との電気的絶縁性を確保するために、絶縁物質から形成された絶縁層の間に介在され得る。
特に、パウチ外装材１１３は、二つのパウチで構成され得、そのうち少なくとも一つには凹んだ形態の内部空間が形成され得る。さらに、このようなパウチの内部空間には電極組立体が収納され得る。そして、二つのパウチの外周縁には、封止部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が備えられ、このような二つのパウチの封止部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が相互溶着することで、電極組立体が収容された内部空間が密閉されるようにすることができる。
各々のパウチ型二次電池１１０は、前後方向へ突出するように形成された電極リード１１１を備え得、このような電極リード１１１には正極リード１１１Ａ及び負極リード１１１Ｂが含まれ得る。
より具体的に、電極リード１１１は、パウチ外装材１１３の前方または後方の外周縁に位置した封止部Ｓ３、Ｓ４の各々から前方または後方へ突出するように構成され得る。そして、このような電極リード１１１は、二次電池１１０の電極端子として機能できる。
例えば、図２に示したように、一つの電極リード１１１が二次電池１１０から前方へ突出するように構成され得、他の一つの電極リード１１１が二次電池１１０から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１１１Ａと負極リード１１１Ｂとの干渉がなくなり、電極リード１１１の面積を広げることができ、電極リード１１１とバスバー２２５のとの溶接工程などをより容易に行うことができる。
また、パウチ型二次電池１１０は、バッテリーモジュール２００に複数個が含まれ、少なくとも一方向に積層されるように配列され得る。例えば、図２に示したように、複数のパウチ型二次電池１１０が相互左右方向へ並んで積層されるように構成され得る。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Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が位置するように地面にほぼ垂直に立てられるように配置され得る。言い換えれば、各二次電池１１０は、上下方向へ立てられるように構成され得る。
ここで、本発明に記載された、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語は、観測者の位置や対象の置かれた形態によって変わり得る。但し、本明細書においては、説明の便宜のために、Ｆ方向から見たときを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向を区分して示す。
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、本発明によるセルアセンブリー１００には、本願発明の出願時点における公知の多様な二次電池１１０が採用され得る。
図４は、図１のバッテリーモジュールの線Ｃ－Ｃ’に沿って切断した側面の一部を概略的に示す側断面図である。
一方、図１及び図２と共に、図４を参照すれば、ヒートシンク２６０は、セルアセンブリー１００の外面と接するように位置し得る。具体的に、ヒートシンク２６０は、セルアセンブリー１００の下面と接するように位置し得る。
また、ヒートシンク２６０の内部には、冷媒２６１が移動するように構成された冷媒流路２６４が形成され得る。例えば、ヒートシンク２６０は、内部が空いており、金属の外壁２６３を有するボックス形態であり得る。さらに、ヒートシンク２６０の冷媒流路２６４は、内部に、冷媒が移動する流路を形成する内部壁を備え得る。
さらに、ヒートシンク２６０の内部には、冷媒２６１が内蔵されるか、外部から連続的に供給され得る。例えば、冷媒２６１は、水、フレオン系冷媒、アンモニア、アセトン、メタノール、エタノール、ナフタレン、硫黄または水銀などであり得る。
さらに、ヒートシンク２６０は、チューブ構造が形成されるように外壁２６３を備え得る。また、外壁２６３は、熱伝導性の高い材質を含み得る。例えば、熱伝導性の高い材質は、アルミニウムまたは銅であり得る。
他の実施例において、ヒートシンク２６０は、二次電池１１０で発生する熱を吸収して冷媒が気化する蓄熱部（図示せず）及び蓄熱部で気化した冷媒が外部へ熱を放出して液化する放熱部（図示せず）で構成され得る。
一方、図１及び図２をさらに参照すれば、熱収縮性チューブ２１０は、所定の温度の熱によって収縮した形態を有し得る。例えば、熱収縮性チューブ２１０に熱を加える方法は、所定の温度の空気を熱収縮性チューブ２１０に接触するようにドライヤー（加熱器）を用い得る。または、外部機器によって発生した放射熱を熱収縮性チューブ２１０に伝達し得る。
さらに、熱収縮性チューブ２１０は、特定の温度で体積が減少する熱収縮性の素材を含み得る。例えば、熱収縮性チューブ２１０は、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂またはポリフェニレンスルフィド系樹脂を用いて製造され得る。より具体的に、熱収縮性チューブ２１０は、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィン、ナイロン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のいずれか一つ以上を含み得る。
そして、熱収縮性チューブ２１０は、中空構造が形成された管の形態を有し得る。例えば、図２に示したように、熱収縮性チューブ２１０は、前後方向へ貫通した中空構造であり得る。即ち、熱収縮性チューブ２１０は、前後方向へ延びた管の形態を有し得る。
さらに、セルアセンブリー１００及びヒートシンク２６０は、熱収縮性チューブ２１０の中空構造内に位置し得る。この際、熱収縮性チューブ２１０は、セルアセンブリー１００及びヒートシンク２６０の外面の一部を囲むように構成され得る。具体的に、熱収縮性チューブ２１０は、Ｆ方向から見たとき、複数のパウチ型二次電池１１０のうち左右方向の最外郭に位置した二次電池１１０の収納部１１５の一部分に密着するように構成され得る。即ち、熱収縮性チューブ２１０は、セルアセンブリー１００及びヒートシンク２６０を内部に収容した状態で熱を加えて熱収縮し、熱収縮した部分がセルアセンブリー１００の一部に密着するように構成され得る。
さらに、熱収縮性チューブ２１０は、セルアセンブリー１００を外部衝撃から保護するように外壁を備え得る。例えば、熱収縮性チューブ２１０は、セルアセンブリー１００を収容可能な内部空間が形成された外壁を備え得る。具体的に、外壁は、上、下、左、右方向に形成された上壁Ｗ１、右壁Ｗ４、左壁Ｗ３及び下壁Ｗ２を備え得る。
例えば、図１及び図２に示したように、熱収縮性チューブ２１０の右壁Ｗ４は、セルアセンブリー１００の最右側端に位置した二次電池１１０の収納部１１５の外面に密着するように構成され得る。そして、熱収縮性チューブ２１０の左壁Ｗ３は、セルアセンブリー１００の最左側端に位置した二次電池１１０の収納部１１５の外面に密着するように構成され得る。
さらに、熱収縮性チューブ２１０は、セルアセンブリー１００とヒートシンク２６０とが相互密着するように熱収縮し得る。即ち、熱収縮性チューブ２１０は、中空構造の内部にセルアセンブリー１００及びヒートシンク２６０を収容した状態で熱を加えて熱収縮するものであり得る。この際、熱収縮性チューブ２１０の外壁がセルアセンブリー１００及びヒートシンク２６０の外面の一部をバッテリーモジュール２００の内側方向へ加圧し得る。ここで、「内側方向」とは、外部からバッテリーモジュールの内部の中央に向ける方向を意味する。
したがって、本発明のこのような構成によれば、熱収縮性チューブ２１０がセルアセンブリー１００及びヒートシンク２６０を中空構造に収容した状態で熱を加えて熱収縮し、熱収縮した外壁がセルアセンブリー１００とヒートシンク２６０とが相互密着するように構成されることから、セルアセンブリー１００とヒートシンク２６０との離隔距離を減らし、密着面積をより増加させることで、二つの構成間において全体的に均一な熱伝導距離を具現することができる。
これにより、本発明のバッテリーモジュール２００は、バッテリーモジュール２００の作動中に発生した熱を、密着したヒートシンク２６０を介して高い熱伝導率で迅速に外部へ排出でき、セルアセンブリー１００の複数の二次電池１１０同士の熱均衡をなすことができ、バッテリーモジュール２００の寿命を極大化することができる。
さらに、熱収縮性チューブ２１０は、透明な素材を含み得る。これによって、バッテリーモジュール２００が電圧センシング部材２２７を含む場合、熱収縮性チューブ２１０の内部に収容した電圧センシング部材２２７及びセルアセンブリー１００の状態を目視で確認することができ、バッテリーモジュール２００のメインテナンスが容易となる利点がある。
図５は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるヒートシンクを概略的に示す斜視図である。
図２と共に図５を参照すれば、図２に示したヒートシンク２６０と比較して、図５に示したヒートシンク２６０Ｂには、セルアセンブリー１００と対面する外面２６０ａに内側方向へ凹んだ収容溝Ｇ１が形成され得る。また、ヒートシンク２６０Ｂの収容溝Ｇ１は、セルアセンブリー１００の複数のパウチ型二次電池１１０の各々の下部が収容されるように凹んだ大きさを有し得る。ここで、「内側方向」とは、外部からヒートシンク２６０の内部に向ける方向を意味する。
例えば、図２に示したように、ヒートシンク２６０Ｂの上面２６０ａには、セルアセンブリー１００の２４個のパウチ型二次電池１１０が載置され得る。また、図５に示したように、セルアセンブリー１００の２４個のパウチ型二次電池１１０と対面するヒートシンク２６０Ｂの上面２６０ａには、内側方向へ凹んだ２４個の収容溝Ｇ１が形成され得る。この際、２４個の収容溝Ｇ１は、ヒートシンク２６０Ｂの上面２６０ａの前端部２６０ａ１から後端部２６０ａ２まで長く延びた形態であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、セルアセンブリー１００と対面するヒートシンク２６０Ｂの外面２６０ａには、内側方向へ凹んだ収容溝Ｇ１を形成することで、熱収縮した熱収縮性チューブ２１０の外壁によって加圧されたセルアセンブリー１００の複数のパウチ型二次電池１１０がヒートシンク２６０Ｂの収容溝Ｇ１の上により広い接触面積で密着できる。これによって、バッテリーモジュール２００の放熱効率を高めると共に、セルアセンブリー１００の複数のパウチ型二次電池１１０がヒートシンク２６０Ｂの外面２６０ａからの外部衝撃によって動くことを未然に防止することができる。
図６は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成であるヒートシンクを概略的に示す底面斜視図である。
図２と共に図６を参照すれば、図２に示したヒートシンク２６０と比較し、図６のヒートシンク２６０Ｃは、熱収縮性チューブ２１０と対面するヒートシンク２６０Ｃの外面に凹凸構造２６９がさらに形成されている。例えば、凹凸構造２６９は、外側方向へ突出した突出部２６９ｂ及び内側方向へ凹んだ凹み部２６９ａを備え得る。そして、凹凸構造２６９は、突出部２６９ｂと凹み部２６９ａとが交互に形成され得る。さらに、突出部２６９ｂの外面は、屈曲した形態または角をなした形態を有し得る。
さらに、熱収縮した熱収縮性チューブ２１０の一部（図示せず）は、凹凸構造２６９の突出部２６９ｂ及び凹み部２６９ａの外面と密着するように熱収縮し得る。
例えば、図６に示したように、熱収縮性チューブ２１０と対面するヒートシンク２６０Ｃの下面２６０ｂには、凹凸構造２６９が形成され得る。また、凹凸構造２６９は、突出部２６９ｂと凹み部２６９ａとが交互に６個形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、熱収縮性チューブ２１０と対面するヒートシンク２６０Ｃの外面には、凹凸構造２６９が形成されることで、熱収縮性チューブ２１０とヒートシンク２６０Ｃとの接触面積を効果的に増やすことができ、熱収縮性チューブ２１０が凹凸構造２６９の凹み部２６９ａに固定される効果を奏する。
これによって、熱収縮性チューブ２１０とヒートシンク２６０Ｃ との結合力（摩擦力）を高めることができる。そして、熱収縮性チューブ２１０の中空構造の内部に位置したヒートシンク２６０Ｃが外部衝撃によって動くことを防止することができる。さらに、ヒートシンク２６０Ｃは、熱収縮性チューブ２１０との接触面積を増やし、セルアセンブリー１００から発生した熱を熱収縮性チューブ２１０まで効率的に伝達でき、バッテリーモジュール２００の放熱効率をより高めることができる。
一方、図２をさらに参照すれば、ヒートシンク２６０Ｃは、冷媒が注入される流入管２６５及び冷媒が排出される排出管２６７を備え得る。この際、ヒートシンク２６０Ｃに冷媒を供給する別の冷媒供給装置（図示せず）を備え得る。また、冷媒供給装置は、ヒートシンク２６０Ｃの排出管２６７から排出された冷媒を冷却するように冷却ユニット（図示せず）を備え得る。
図７は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール構成の一部を概略的に示す斜視図である。
一方、図１及び図２と共に図７をさらに参照すれば、バッテリーモジュール２００は、バスバーフレーム２２２と、バスバーフレーム２２２の外面に取り付けられるバスバー２２５と、を備えたバスバーアセンブリー２２０をさらに含み得る。
具体的に、バスバーアセンブリー２２０は、セルアセンブリー１００の電極リード１１１が形成された前方または後方に位置し得る。また、バスバーアセンブリー２２０は、バスバーフレーム２２２を備え得る。さらに、バスバーフレーム２２２は、電気絶縁性の素材を含み得る。例えば、電気絶縁性の素材は、プラスチックであり得る。
さらに、バスバーアセンブリー２２０は、複数のパウチ型二次電池１１０を電気的に接続するように導電性金属を有するバスバー２２５を備え得る。例えば、導電性金属は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金またはニッケルなどであり得る。また、バスバー２２５は、バスバーフレーム２２２の外面に設けられ得る。
具体的に、バスバー２２５は、バスバーフレーム２２２の外側に据え付けられ得る。そして、バスバー２２５は、バスバーフレーム２２２の外面において左右方向へ並んで配置され、複数個が設けられ得る。さらに、複数のバスバー２２５は、バスバーフレーム２２２の位置によって電気的極性が相異なり得る。
さらに、バスバーフレーム２２２には、少なくとも一つ以上の電極リード１１１が貫通して突出するように貫通口Ｈ１が形成され得る。具体的に、複数の電極リード１１１の端部は、二次電池１１０から前後方向へ突出した形態でバスバーフレーム２２２の貫通口Ｈ１を貫通するように構成され得る。これによって、貫通口Ｈ１は、バスバーフレーム２２２に挿入貫通した電極リード１１１の端部が、バスバー２２５の本体に接続しやすい位置及び大きさに形成され得る。
さらに、バスバーフレーム２２２には、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７の各々が挿入固定されるように開口した固定構造が形成され得る。具体的に、固定構造は、バスバーフレーム２２２の一部に前後方向へ穿孔された開口を有する固定管２２２ｐであり得る。
さらに、固定管２２２ｐは、中空構造の管状であり得る。そして、固定管２２２ｐは、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７の各々が挿入固定できる大きさの管径を有し得る。そして、固定管２２２ｐは、流入管２６５及び排出管２６７と対応する位置のバスバーフレーム２２２の一部に形成され得る。
例えば、図７に示したように、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７の各々と対応する位置であるバスバーフレーム２２２の下端部左右側に、二つの固定構造が形成され得る。また、二つの固定構造の各々には、固定管２２２ｐ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、バスバーアセンブリー２２０のバスバーフレーム２２２にヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７の各々が挿入固定されるように開口した固定構造を形成することで、ヒートシンク２６０が外部衝撃によるバスバーアセンブリー２２０の動きを防止できる。これによって、バスバーアセンブリー２２０に取り付けられたバスバー２２５とセルアセンブリー１００の複数の二次電池１１０の電極リード１１１との接触結合が分離することを効果的に防止することができる。
一方、図２をさらに参照すれば、本発明のバッテリーモジュール２００は、前方及び後方の各々に位置したバスバーアセンブリー２２０の外面を覆うように構成された二つのモジュールカバー２４０Ａ、２４０Ｂを含み得る。具体的に、バッテリーモジュール２００の前方に位置したモジュールカバー２４０Ａは、バスバー２２５の外部入出力端子の部分を除いてバスバーアセンブリー２２０の外側部の少なくとも一部を覆うように構成され得る。即ち、バスバー２２５の外部入出力端子の部分は、モジュールカバー２４０Ａに形成された開口Ｏ２を通して外部へ突出した形態を有し得る。
そして、モジュールカバー２４０には、外部のＢＭＳ装置と電気的に接続するように構成された電圧センシング部材２２７のコネクター２２７ａが外部に露出するように上部が開放された開放部Ｈ２が形成され得る。
また、バッテリーモジュール２００の後方に位置したモジュールカバー２４０Ｂは、バスバーアセンブリー２２０に取り付けられたバスバー２２５を覆うように構成され得る。
図８は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す正面図である。図８においては、バスバーアセンブリー２２０の外面にモジュールカバー２４０Ａが結合し、熱収縮性チューブ２１０は、バスバーアセンブリー２２０の外面の一部を囲んでいる様子を示している。
図２及び図７と共に図８をさらに参考すれば、熱収縮性チューブ２１０は、バスバーアセンブリー２２０の外面の一部を囲むように構成され得る。具体的に、熱収縮性チューブ２１０は、バスバーアセンブリー２２０のバスバーフレーム２２２の外面の一部を囲むように構成され得る。
例えば、図８に示したように、Ｆ方向から見たとき、熱収縮性チューブ２１０の前端部２１０ａは、バスバーアセンブリー２２０のバスバーフレーム２２２の外面の外周部を囲むように構成され得る。また、図示していないが、これと同様に、熱収縮性チューブ２１０の後端部（図示せず）は、セルアセンブリー１００の後方に位置したバスバーフレーム２２２の外面の外周部を囲むように構成され得る。
この際、熱収縮性チューブ２１０の前端部２１０ａに形成された開放部Ｏ１（図２）の形状は、全体的に四角形状を有し得る。また、熱収縮性チューブ２１０の開放部Ｏ１の四角形状の角部がラウンド形状Ｒ１を有し得る。
そして、熱収縮性チューブ２１０のバスバーアセンブリー２２０の外面を囲む一部には、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が外部に露出するように内側方向へ凹んだ凹み部Ｃ１が形成され得る。
例えば、図８に示したように、バスバーフレーム２２２の下部左右方向の両側にヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が位置する場合、熱収縮性チューブ２１０のバスバーアセンブリー２２０の外面を囲む下部左右方向の両側には、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が外部に露出するように内側方向へ凹んだ二つの凹み部Ｃ１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、熱収縮性チューブ２１０に、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が露出するように凹み部Ｃ１を形成することで、ヒートシンク２６０に冷媒を供給する冷媒供給装置との連結作業を容易に行うことができる。
図９は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示す正面図である。
図９を参照すれば、熱収縮性チューブ２１０のバスバーアセンブリー２２０の外面を囲む一部には、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が外部に露出するように穿孔された開放口Ｃ２が形成され得る。
例えば、図９に示したように、バスバーフレーム２２２の下部左右方向の両側にヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が位置する場合、熱収縮性チューブ２１０のバスバーアセンブリー２２０の外面を囲む下部左右方向の両側には、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が外部に露出するように穿孔された二つの開放口Ｃ２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、熱収縮性チューブ２１０にヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が外部に露出するように穿孔された開放口Ｃ２を形成することで、ヒートシンク２６０に冷媒を供給する冷媒供給装置との連結作業を容易に行うことができる。鹿のみならず、ヒートシンク２６０の流入管２６５及び排出管２６７が熱収縮性チューブ２１０の開放口Ｃ２に挿入された形態を有することから、熱収縮性チューブ２１０がバスバーフレーム２２２の外面上に安定的に固定される。
図１０は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの一部構成である熱収縮性チューブを概略的に示す斜視図である。
図２と共に図１０を参照すれば、図２の熱収縮性チューブ２１０と異なり、熱収縮性チューブ２１０Ｃの外面には、一部が外側方向へ隆起したエンボシング構造Ｅ１が複数個形成され得る。具体的に、熱収縮性チューブ２１０Ｃの上壁、下壁、左壁及び右壁のいずれか一つ以上の外面には、一部が外側方向へ隆起したエンボシング構造Ｅ１が複数個形成され得る。
そして、エンボシング構造Ｅ１は、熱収縮性チューブ２１０Ｃのエンボシング構造Ｅ１が形成されていない残りの部分よりも外側方向の厚さが相対的に厚く形成された部分であり得る。
他の実施例として、エンボシング構造Ｅ１は、内部に空気が注入され得、全体的に高い弾性力を有するように構成され得る。または、エンボシング構造Ｅ１は、内部にゴムなどのように弾性力の高い素材が内蔵され得る。
例えば、図１０に示したように、熱収縮性チューブ２１０Ｃの外壁には、残りの部分よりも外側方向の厚さが相対的に厚いエンボシング構造Ｅ１が複数個形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、熱収縮性チューブ２１０Ｃは、複数のエンボシング構造Ｅ１を形成することで、外部衝撃を効果的に吸収し、内部に収容されたセルアセンブリー１００に及ぶ衝撃を最小化することができるため、バッテリーモジュール２００の安全性及び耐久性を効果的に向上させることができる。
図４をさらに参照すれば、バッテリーモジュール２００において、熱収縮性チューブ２１０の内部には、熱伝導性接着剤２５０が付加され得る。ここで、熱伝導性接着剤２５０は、熱伝導性の高い高分子樹脂またはシリコーン系樹脂及びフィラーを含み得る。例えば、高分子樹脂は、ポリシロキサン樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂またはエポキシ系樹脂であり得る。そして、熱伝導性接着剤２５０は、接着物質を含み得る。例えば、接着物質は、アクリル系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ゴム系などの物質であり得る。
また、熱伝導性接着剤２５０は、セルアセンブリー１００とヒートシンク２６０との間に介在されるように付加され得る。具体的に、セルアセンブリー１００の複数の二次電池１１０の下部の外面とヒートシンク２６０の上面とに接するように熱伝導性接着剤２５０が付加され得る。例えば、図１０に示したように、２４個の二次電池１１０の下部とヒートシンク２６０の上面２６０ａとの間には、熱伝導性接着剤２５０が介在され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、熱伝導性接着剤２５０は、セルアセンブリー１００とヒートシンク２６０との間に介在されるように付加されることで、複数の二次電池１１０とヒートシンク２６０との間に発生し得る空間を最小化することができることから、空間が占める空気量を減らすことができ、二次電池１１０から発生した熱の熱伝導率を画期的に高めることができるので、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。
また、セルアセンブリー１００には、複数の二次電池１１０の間に介在された緩衝パッド１２０が備えられ得る。具体的に、緩衝パッド１２０は、外部の加圧力によって体積が容易に変化する素材を含み得る。例えば、緩衝パッド１２０の素材は、スポンジまたは不織布などであり得る。例えば、図４に示したように、２４個の二次電池の間には３個の緩衝パッド１２０が介在されて付加され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、緩衝パッド１２０は、本発明のバッテリーモジュールの充放電時、セルアセンブリーの複数の二次電池の体積変化による力を吸収して緩衝役割を果たすことができる。これによって、熱収縮チューブの内部に位置したセルアセンブリーの動きを防止することができる。
図１１は、本発明のさらに他の実施例によるバッテリーモジュールの切断した側面の一部を概略的に示す部分側断面図である。
図２と共に図１１を参照すれば、熱伝導性接着剤２５０は、セルアセンブリー１００と熱収縮性チューブ２１０との間に介在されるように付加され得る。具体的に、熱伝導性接着剤２５０は、セルアセンブリー１００の複数の二次電池１１０と熱収縮性チューブ２１０との間に介在されるように付加されたものであり得る。そして、熱収縮性チューブ２１０は、複数のパウチ型二次電池１１０の上部、及び水平方向の側部を被覆するように形成され得る。
例えば、図１１に示したように、バッテリーモジュール２００Ｃは、熱伝導性接着剤２５０がセルアセンブリー１００の複数の二次電池１１０と熱収縮性チューブ２１０との間に介在されるように付加され得る。そして、熱伝導性接着剤２５０は、複数のパウチ型二次電池１１０の外面に沿って延びた形態を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、熱伝導性接着剤２５０がセルアセンブリー１００と熱収縮性チューブ２１０との間に介在されて付加する場合、熱収縮性チューブ２１０と複数の二次電池１１０との間に発生し得る空間を最小化することができることから、空間が占める空気量を減らすことができ、二次電池１１０から発生した熱の熱伝導率を大幅に高めることができるので、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。
さらに、図１を参照すれば、本発明によるバッテリーパック（図示せず）は、本発明によるバッテリーモジュール２００を少なくとも一つ以上含み得る。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、電気自動車のような自動車（図示せず）に適用可能である。即ち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含むことができる。
さらに、エネルギー貯蔵装置（図示せず）は、電力生産部で生産した電力を貯蔵し、電力網に供給するシステムであり得る。また、電力網は、商用電力網にしてもよく、小規模地域の自体電力網にしてもよい。さらに、場合によって、スマートグリッドで電力を貯蔵する電力貯蔵装置にすることができ、生産した電力を即時に消費する負荷または電力変換装置にすることも可能である。
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るものではなく、本発明の属する技術分野で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、熱収縮性チューブを含むバッテリーモジュールに関する。また、本発明は、バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び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 パウチ型二次電池
１１１ 電極リード
１１１Ａ 正極リード
１１１Ｂ 負極リード
１１３ パウチ外装材
１１５ 収納部
１２０ 緩衝パッド
２００、２００Ｃ バッテリーモジュール
２１０、２１０Ｃ 熱収縮性チューブ
２１０ａ 前端部
２２０ バスバーアセンブリー
２２２ バスバーフレーム
２２２ｐ 固定管
２２５ バスバー
２２７ 電圧センシング部材
２２７ａ コネクター
２４０、２４０Ａ、２４０Ｂ モジュールカバー
２５０ 熱伝導性接着剤
２６０、２６０Ｂ、２６０Ｃ ヒートシンク
２６０ａ 外面
２６０ａ 上面
２６０ａ１ 前端部
２６０ａ２ 後端部
２６０ｂ 下面
２６１ 冷媒
２６３ 外壁
２６４ 冷媒流路
２６５ 流入管
２６７ 排出管
２６９ 凹凸構造
２６９ａ 凹み部
２６９ｂ 突出部
Ｇ１ 収容溝
Ｅ１ エンボシング構造
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４ 上壁、下壁、左壁、右壁

Claims (10)

  1. 前後方向へ突出するように形成された電極リードを備え、左右方向へ相互積層された複数のパウチ型二次電池を備えるセルアセンブリーと、
    前記セルアセンブリーの外面と接するように位置し、内部に冷媒が移動するように構成された冷媒流路が形成されたヒートシンクと、
    中空構造が形成された管の形態を有し、前記セルアセンブリー及び前記ヒートシンクが前記中空構造内に位置し、前記セルアセンブリーと前記ヒートシンクとが相互密着するように熱収縮した熱収縮性チューブと、を含む、バッテリーモジュールであって、
    前記ヒートシンクは、冷媒が注入される流入管及び冷媒が排出される排出管が備えられ、
    前記バッテリーモジュールは、前記セルアセンブリーの前記電極リードが形成された前方または後方に位置し、少なくとも一つ以上の前記電極リードが貫通して突出するように貫通口が形成され、前記ヒートシンクの前記流入管及び前記排出管の各々が挿入固定されるように開口した固定構造が備えられたバスバーフレームと、前記バスバーフレームの前記外面に取り付けられ、前記複数の前記パウチ型二次電池を電気的に接続するように導電性金属を有するバスバーと、を備えたバスバーアセンブリーをさらに含む、バッテリーモジュール。
  2. 前記ヒートシンクには、前記セルアセンブリーの複数の前記パウチ型二次電池の各々の下部が収容されるように内側方向へ凹んだ収容溝が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. 前記熱収縮性チューブと対面する前記ヒートシンクの前記外面には凹凸構造が形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記熱収縮性チューブは、前記バスバーアセンブリーの前記外面の一部分を囲むように構成され、
    前記熱収縮性チューブの前記バスバーアセンブリーの前記外面を囲む一部分には、前記ヒートシンクの前記流入管及び前記排出管が外部に露出するように内側方向へ凹んだ凹み部が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。
  5. 前記熱収縮性チューブの前記外面には、一部が外側方向へ隆起したエンボシング構造が複数個形成されたことを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記熱収縮性チューブの内側には、熱伝導性接着剤が付加されたことを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記熱伝導性接着剤は、前記セルアセンブリーと前記ヒートシンクとの間に介在されるように付加されたことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記熱伝導性接着剤は、前記セルアセンブリーと前記熱収縮性チューブとの間に介在されるように付加されたことを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  9. 請求項１から８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。
  10. 請求項９に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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