JP7152524B2 - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents

バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より詳しくは、冷却と加熱が何れも自在なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０１９年３月４日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００２４８３９号に基づく優先権を主張し、当該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。
モバイル機器に対する技術開発及び需要の増加とともに、エネルギー源としての二次電池の需要が急増している。二次電池としては、従来、ニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が使用されていたが、近年、ニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充電及び放電が自在であって、自己放電率が低くてエネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く使用されている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物及び炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを介在して配置された電極組立体、そして電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。
リチウム二次電池は、正極、負極、及びこれらの間に介在されるセパレータ及び電解質からなり、正極活物質及び負極活物質の種類によってリチウムイオン電池（ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（ＰＬＩＢ）などに分けられる。このようなリチウム二次電池の電極は、通常、アルミニウムまたは銅のシート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に正極または負極の活物質を塗布し乾燥することで形成される。
二次電池は温度に応じて挙動が変化する。すなわち、二次電池の温度が上昇すると、膨れ（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）や爆発が生じ得、二次電池の温度が低下すると、性能が退化して寿命が短縮されるという問題があるため、二次電池の温度を予め設定された範囲内で維持することが必要である。
しかし、従来の二次電池は冷却及び加熱のうち一方のみが可能であるため、温度が変化する状況に対処することができない。すなわち、例えば、冷却機能のみが備えられた二次電池の場合、寒いときに、または、気温が極めて低い地域で使用すると、二次電池を円滑に使用できないか又は寿命が短縮されるおそれがある。また、加熱機能のみが備えられた二次電池も、二次電池で発生した熱によって膨れまたは爆発が生じて使用し難いという問題がある。
本発明は、冷却と加熱が何れも自在なバッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパックを提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、前記バッテリーセル積層体を囲むケーシングと、前記バッテリーセル積層体のうちいずれか一つのバッテリーセルと前記いずれか一つのバッテリーセルに隣接する他のバッテリーセルとの間に配置され、前記バッテリーセルを冷却または加熱する熱伝達部材と、を含み、前記熱伝達部材は前記バッテリーセルから離隔するように設けられ、前記バッテリーセルを冷却または加熱するために前記バッテリーセルに接触する、バッテリーモジュールが提供される。
また、前記熱伝達部材は、相異なる熱膨張係数を有する複数の金属が互いに結合されたバイメタルと、前記バイメタルの両端部の少なくとも一方に結合された熱電素子と、を含み得る。
そして、前記熱電素子には、放熱板及び放熱ファンのうち少なくとも一つが結合され得る。
また、前記バッテリーセルで発生した熱の対流によって前記バイメタルが前記バッテリーセル側に反るように設けられ得る。
そして、前記バイメタルの一端部にはペルティエ素子である第１熱電素子が結合され、前記バイメタルの他端部にはペルティエ素子である第２熱電素子が結合され得る。
前記第１熱電素子は、発熱部及び吸熱部を含み、前記第１熱電素子の発熱部が前記バイメタルに結合され、前記第１熱電素子の吸熱部が前記バッテリーセルから離隔して、前記バッテリーセルの温度が上昇したとき、前記バッテリーセルに接触するように設けられ得る。また、前記第２熱電素子は、発熱部及び吸熱部を含み、前記第２熱電素子の吸熱部が前記バイメタルに結合され、前記第２熱電素子の発熱部が前記バッテリーセルから離隔して、前記バッテリーセルの温度が低下したとき、前記バッテリーセルに接触するように設けられ得る。
そして、前記バイメタルの両端部のうちいずれか一方の端部のみにペルティエ素子である第３熱電素子または第４熱電素子が結合され得る。
前記第３熱電素子は、発熱部及び吸熱部を含み、前記第３熱電素子の発熱部が前記バイメタルに結合され、前記第３熱電素子の吸熱部が前記バッテリーセルから離隔して、前記バッテリーセルの温度が上昇したとき、前記バッテリーセルに接触するように設けられ得る。
また、前記第４熱電素子は、発熱部及び吸熱部を含み、前記第４熱電素子の吸熱部が前記バイメタルに結合され、前記第４熱電素子の発熱部が前記バッテリーセルから離隔して、前記バッテリーセルの温度が低下したとき、前記バッテリーセルに接触するように設けられ得る。
また、前記第３熱電素子が結合されたバイメタルが複数個設けられ、それぞれの前記バッテリーセルの間に配置されて、前記バッテリーセルの温度が上昇したとき、前記第３熱電素子の吸熱部が前記バッテリーセルに接触し、前記バッテリーセルの温度が低下したとき、前記バイメタルが前記バッテリーセルに接触することで、前記第３熱電素子の発熱部で発生した熱が前記バイメタルを通じて前記バッテリーセルに伝達され得る。
一方、本発明の他の態様によれば、複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体及び前記バッテリーセル積層体を囲むケーシングを含むバッテリーモジュールと、前記バッテリーモジュールが複数個設けられ、複数の前記バッテリーモジュールのうちいずれか一つのバッテリーモジュールと前記いずれか一つのバッテリーモジュールに隣接する他のバッテリーモジュールとの間に配置され、前記バッテリーモジュールを冷却または加熱する熱伝達部材と、を含み、前記熱伝達部材は前記バッテリーモジュールから離隔するように設けられ、前記バッテリーモジュールを冷却または加熱するために前記バッテリーモジュールに接触する、バッテリーパックが提供される。
一方、本発明のさらに他の態様によれば、上述したバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提供され、また、前記バッテリーモジュールを含む自動車が提供される。
本発明の一態様によれば、バッテリーから離隔した熱伝達部材がバッテリー側に移動することができ、これによって冷却と加熱が何れも自在である。
また、移動自在に設けられた熱伝達部材によって簡便且つ容易に冷却及び加熱することができる。
本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な斜視図である。 本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、熱電素子がバッテリーセルから離隔している様子の概略的な断面図である。 本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、第１熱電素子の吸熱部がバッテリーセルに接触している様子の概略的な断面図である。 本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、第２熱電素子の発熱部がバッテリーセルに接触している様子の概略的な断面図である。 本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、熱電素子に結合される放熱板と放熱ファンとが分離した様子の概略的な断面図である。 本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、第３熱電素子がバッテリーセルから離隔している様子の概略的な断面図である。 本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、第３熱電素子の吸熱部がバッテリーセルに接触している様子の概略的な断面図である。 本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、バイメタルがバッテリーセルに接触している様子の概略的な断面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、熱伝達部材がバッテリーモジュールから離隔している様子の概略的な断面図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。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形態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形態に過ぎず、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。
図面において、各構成要素またはその構成要素を成す特定部分の大きさは、説明の便宜上及び明確性のため、誇張、省略または概略して示された。したがって、各構成要素の大きさは実際の大きさを専ら反映するものではない。また、関連する公知機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その説明は省略する。
さらに、本明細書で使われる「結合」または「連結」との用語は、一つの部材と他の部材との直接結合または直接連結だけでなく、継ぎ部材を介在した一つの部材と他の部材との間接結合または間接連結も含む。
図１は本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な斜視図であり、図２は本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、熱電素子がバッテリーセルから離隔している様子の概略的な断面図であり、図３は本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、第１熱電素子の吸熱部がバッテリーセルに接触している様子の概略的な断面図であり、図４は本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、第２熱電素子の発熱部がバッテリーセルに接触している様子の概略的な断面図であり、図５は本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、熱電素子に結合される放熱板と放熱ファンとが分離した様子の概略的な断面図である。
図１～図５を参照すると、本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュール１０は、バッテリーセル積層体１００、ケーシング２００及び熱伝達部材３００を含む。
バッテリーセル積層体１００は、複数のバッテリーセル１１０が積層されるように設けられる。ここで、バッテリーセル１１０は多様な構造を有し得、また、複数のバッテリーセル１１０は多様な方式で積層され得る。そして、バッテリーセル積層体１００には、電極リードが備えられるバッテリーセル１１０が複数個設けられる。バッテリーセル１１０に備えられる電極リードは、外部に露出して外部機器に連結される一種の端子であって、伝導性材質からなり得る。電極リードは正極リード及び負極リードを含む。バッテリーセル１１０の長手方向において、正極リードと負極リードとは互いに反対側に配置されてもよく、同一側に位置してもよい。電極リードはバスバーに電気的に接続され得る。バッテリーセル１１０は、正極板－セパレータ－負極板の順に配列される単位セル（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）または正極板－セパレータ－負極板－セパレータ－正極板－セパレータ－負極板の順に配列されるバイセル（ｂｉ－ｃｅｌｌ）を電池容量に合わせて複数個積層した構造を有し得る。
バッテリーセル積層体１００には、それぞれのバッテリーセル１１０を収納するカートリッジ（図示せず）が複数個備えられ得る。それぞれのカートリッジ（図示せず）はプラスチックの射出成形で製造され得、バッテリーセル１１０を収納可能な収納部が形成された複数のカートリッジ（図示せず）が積層されてもよい。複数のカートリッジ（図示せず）が積層されたカートリッジ組立体にはコネクター要素または端子要素が備えられ得る。コネクター要素には、例えば、バッテリーセル１１０の電圧または温度に関するデータを提供可能なＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、図示せず）などに接続されるための多様な形態の電気的連結部品又は連結部材が含まれ得る。そして端子要素は、バッテリーセル１１０に連結されるメイン端子として正極端子及び負極端子を含み、ターミナルボルトを備えて外部と電気的に接続され得る。一方、バッテリーセル１１０は多様な形状を有し得る。
ケーシング２００には、バッテリーセル積層体１００、または、バッテリーセル積層体１００が収納されたカートリッジ組立体が収納され得る。すなわち、ケーシング２００は、バッテリーセル積層体１００または複数のカートリッジ組立体の全体を囲み、これによって外部の振動や衝撃からバッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体を保護する。
ケーシング２００は、バッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体の形状に対応する形状で形成され得る。例えば、バッテリーセル積層体１００またはカートリッジ組立体が六面体形状である場合、ケーシング２００もそれに対応して六面体形状で設けられ得る。ケーシング２００は、例えば、金属材質のプレートを折り曲げて製造されてもよく、プラスチック射出物によって製造されてもよい。そして、ケーシング２００は、一体型で製造されてもよく、分離型で製造されてもよい。ケーシング２００には、上述したコネクター要素または端子要素が外部に露出可能な貫通部（図示せず）が形成され得る。すなわち、コネクター要素または端子要素は、外部の所定の部品または部材と電気的に接続され得るが、このような電気的接続がケーシング２００によって妨害されないようにケーシング２００に貫通部が形成され得る。
熱伝達部材３００は、バッテリーセル積層体１００のうちいずれか一つのバッテリーセル１１０といずれか一つのバッテリーセル１１０に隣接する他のバッテリーセル１１０との間に配置され、バッテリーセル１１０を冷却または加熱する。ここで、熱伝達部材３００は、バッテリーセル１１０から離隔するように設けられ、バッテリーセル１１０の温度が上昇するか又は低下すると、バッテリーセル１１０に接触してバッテリーセル１１０を冷却または加熱する。
熱伝達部材３００は、バイメタル３１０及び熱電素子３２０を含むことができる。以下、バイメタル３１０及び熱電素子３２０について説明する。一方、説明の便宜上、図面では誇張して示されているが、バイメタル３１０及び熱電素子３２０は十分に小さい大きさを有し得、また、いずれか一つのバッテリーセル１１０といずれか一つのバッテリーセル１１０に隣接する他のバッテリーセル１１０との間の間隔も必要に応じて狭く形成され得る。
バイメタル３１０は、相異なる熱膨張係数を有する複数の金属が互いに結合して製作され、バイメタル３１０に熱が提供されるか又はバイメタル３１０から熱が放出されると、バイメタル３１０が反る。例えば、図２～図４のように、熱膨張係数が相異なる第１金属３１１と第２金属３１２とが結合されたバイメタル３１０に熱が提供されると、図３のように、図３を基準にして左側にバイメタル３１０が反るようになる。そして、熱膨張係数が相異なる第１金属３１１と第２金属３１２とが結合されたバイメタル３１０から熱が放出されると、図４のように、図４を基準にして右側にバイメタル３１０が反るようになる。ここで、バイメタル３１０は、バッテリーセル１１０で発生した熱の対流によってバッテリーセル１１０側に反るように設けられ得る。そして、バイメタル３１０は、寒いときなどのように外部の低い気温によってバッテリーセル１１０側に反るように設けられ得る。例えば、バッテリーセル１１０の継続的な使用によってバッテリーセル１１０で発生した熱が対流によってバイメタル３１０に移動し、バッテリーセル１１０で発生してバイメタル３１０に移動した熱によってバイメタル３１０がある一方向に反るように設けられ得る。そして、寒いとき又は極地方のように外部気温が低い場合、バイメタル３１０は、バッテリーセル１１０で熱が発生してバイメタル３１０が反った方向とは反対方向に反るように設けられ得る。
熱電素子３２０は、多様に設けられ得、例えば、二種類の金属の終端を接続させ、そこに電流を流すことで、電流方向によって一側では熱を吸収し、他側では熱を放出するペルティエ効果を奏するペルティエ素子であり得る。ここで、図５を参照すると、熱電素子３２０には放熱板４００及び放熱ファン５００のうち少なくとも一つが結合され得る。以下、熱電素子３２０がペルティエ素子である場合を中心にして説明する。熱電素子３２０は、バイメタル３１０の両端部の少なくとも一方に結合され得る。図２を参照すると、バイメタル３１０の両端部に熱電素子３２０が結合された場合、バイメタル３１０の両端部のそれぞれには第１熱電素子３２１及び第２熱電素子３２２が結合され得る。ここで、第１熱電素子３２１はバイメタル３１０の一端部、例えば、図２を基準にしてバイメタル３１０の左側に結合され得、第２熱電素子３２２はバイメタル３１０の他端部、例えば、図２を基準にしてバイメタル３１０の右側に結合され得る。図２を参照すると、第１熱電素子３２１は発熱部３２１ａ及び吸熱部３２１ｂを含み、第１熱電素子３２１の発熱部３２１ａがバイメタル３１０に結合され、第１熱電素子３２１の吸熱部３２１ｂがバッテリーセル１１０から離隔してバッテリーセル１１０に向かって配置され得る。そして、図３のように、バッテリーセル１１０の温度が上昇すると、バッテリーセル１１０で発生した熱によって図３を基準にして左側にバイメタル３１０が反って、バイメタル３１０に結合された第１熱電素子３２１がバッテリーセル１１０側に移動し、第１熱電素子３２１の吸熱部３２１ｂがバッテリーセル１１０に接触するように設けられ得る。これによれば、第１熱電素子３２１の吸熱部３２１ｂが温度の上昇したバッテリーセル１１０に接触してバッテリーセル１１０の熱を放出することで、バッテリーセル１１０を冷却することができる。そして、図２を参照すると、第２熱電素子３２２も発熱部３２２ａ及び吸熱部３２２ｂを含み、第２熱電素子３２２の吸熱部３２２ｂがバイメタル３１０に結合され、第２熱電素子３２２の発熱部３２２ａがバッテリーセル１１０から離隔してバッテリーセル１１０に向かって配置され得る。そして、図４のように、バッテリーセル１１０の温度が低下すると、図４を基準にして右側にバイメタル３１０が反って、バイメタル３１０に結合された第２熱電素子３２２がバッテリーセル１１０側に移動し、第２熱電素子３２２の発熱部３２２ａがバッテリーセル１１０に接触するように設けられ得る。これによれば、第２熱電素子３２２の発熱部３２２ａが温度の低下したバッテリーセル１１０に接触してバッテリーセル１１０に熱を伝達することで、バッテリーセル１１０を加熱することができる。このように、バイメタル３１０の両端部に第１熱電素子３２１及び第２熱電素子３２２が結合され、バッテリーセル１１０で熱が発生すると第１熱電素子３２１がバッテリーセル１１０を冷却し、寒いときなどで使用する場合は第２熱電素子３２２がバッテリーセル１１０に熱を伝達して加熱するため、バッテリーモジュール１０を予め設定された最適の温度範囲で使用することができ、それによってバッテリーモジュール１０の寿命短縮を防止する効果がある。一方、図２のように、例えば、両側端に位置したバイメタル３１０には、バイメタル３１０の両端部のいずれか一方のみに熱電素子３２０が結合され得る。ここで、図２を基準にして右側端には第３熱電素子３２３が結合されたバイメタル３１０が位置し、左側端には第４熱電素子３２４が結合されたバイメタル３１０が位置し得る。第３熱電素子３２３及び第４熱電素子３２４はペルティエ素子であり、第３熱電素子３２３は、第１熱電素子３２１と同様に、発熱部３２３ａ及び吸熱部３２３ｂを含み得る。そして、第３熱電素子３２３の発熱部３２３ａがバイメタル３１０に結合され、第３熱電素子３２３の吸熱部３２３ｂがバッテリーセル１１０から離隔してバッテリーセル１１０に向かって配置され得る。ここで、バッテリーセル１１０の温度が上昇すると、第３熱電素子３２３の吸熱部３２３ｂがバッテリーセル１１０に接触し得る。そして、第４熱電素子３２４は、第２熱電素子３２２と同様に、第４熱電素子３２４の吸熱部３２４ｂがバイメタル３１０に結合され、第４熱電素子３２４の発熱部３２４ａがバッテリーセル１１０から離隔してバッテリーセル１１０に向かって配置され得る。ここで、バッテリーセル１１０の温度が低下すると、第４熱電素子３２４の発熱部３２４ａがバッテリーセル１１０に接触し得る。第３熱電素子３２３及び第４熱電素子３２４の作動は基本的に第１熱電素子３２１及び第２熱電素子３２２とそれぞれ共通するため、詳しい説明は第１熱電素子３２１及び第２熱電素子３２２について上述した説明で代わりにする。一方、両側端の部分に位置したバイメタル３１０に第１熱電素子３２１及び第２熱電素子３２２をすべて設けてもよいことは言うまでもない。
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明する。
図２を参照すると、図２を基準にしてバイメタル３１０の左側には第１熱電素子３２１が結合され、バイメタル３１０の右側には第２熱電素子３２２が結合される。ここで、第１熱電素子３２１は、発熱部３２１ａがバイメタル３１０に結合され、吸熱部３２１ｂがバッテリーセル１１０から離隔して配置される。そして、第２熱電素子３２２は、吸熱部３２２ｂがバイメタル３１０に結合され、発熱部３２２ａがバッテリーセル１１０から離隔して配置される。バッテリーセル１１０で熱が発生すると、対流によってバッテリーセル１１０で発生した熱がバイメタル３１０に移動してバイメタル３１０が図３のように反り、バイメタル３１０に結合された第１熱電素子３２１の吸熱部３２１ｂがバッテリーセル１１０に接触してバッテリーセル１１０を冷却する。そして、低い気温などによってバッテリーセル１１０の温度が低くなると、バイメタル３１０が図４のように反り、バイメタル３１０に結合された第２熱電素子３２２の発熱部３２２ａがバッテリーセル１１０に接触してバッテリーセル１１０を加熱する。そして、図２のように、複数のバッテリーセル１１０の間毎に熱伝達部材３００が配置されるため、すべてのバッテリーセル１１０を冷却または加熱することができ、それによってバッテリーセル１１０の冷却と加熱が何れも自在であるという効果がある。
一方、図２では第１熱電素子３２１がバイメタル３１０の左側に結合され、第２熱電素子３２２がバイメタル３１０の右側に結合されているが、第１熱電素子３２１がバイメタル３１０の右側に結合され、第２熱電素子３２２がバイメタル３１０の左側に結合されてもよい。
図６は本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、第３熱電素子がバッテリーセルから離隔している様子の概略的な断面図であり、図７は本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、第３熱電素子の吸熱部がバッテリーセルに接触している様子の概略的な断面図であり、図８は本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュールにおいて、バイメタルがバッテリーセルに接触している様子の概略的な断面図である。
以下、図面を参照して本発明の第２実施形態によるバッテリーモジュール１０の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施形態によるバッテリーモジュール１０における説明と共通する部分は上述した説明で代替する。
本発明の第２実施形態の場合、バッテリーセル１１０の温度が上昇すると第３熱電素子３２３がバッテリーセル１１０に接触するが、バッテリーセル１１０の温度が低下するときは、バイメタル３１０がバッテリーセル１１０に接触するという点で第１実施形態と相違する。
図６を参照すると、第３熱電素子３２３のみが結合されたバイメタル３１０が複数個設けられ、それぞれのバッテリーセル１１０の間に配置されている。すなわち、第１実施形態の場合、第１熱電素子３２１と第２熱電素子３２２がすべて結合されたバイメタル３１０がバッテリーセル１１０の間に配置され、両側端に位置したバイメタル３１０、例えば、図２を基準にして右側端には第３熱電素子３２３が位置し、左側端には第４熱電素子３２４が位置する。しかし、第２実施形態ではすべてのバイメタル３１０に第３熱電素子３２３のみが結合されている。ここで、図７のように、バッテリーセル１１０で熱が発生し、バイメタル３１０が図７を基準にして左側であるバッテリーセル１１０側に反ると、第３熱電素子３２３の吸熱部３２３ｂがバッテリーセル１１０に接触してバッテリーセル１１０を冷却する。このような第３熱電素子３２３の作動は第１実施形態における説明と同じであるため、上述した説明で代わりにする。そして、低い気温などによってバッテリーセル１１０の温度が低下すると、図８のようにバイメタル３１０が図８を基準にして右側であるバッテリーセル１１０側に反ってバッテリーセル１１０に接触し、第３熱電素子３２３の発熱部３２３ａで発生した熱がバイメタル３１０を通じてバッテリーセル１１０に伝達される。すなわち、第３熱電素子３２３の発熱部３２３ａで発生した熱がバイメタル３１０を通ってバッテリーセル１１０に伝達され、それによってバッテリーセル１１０を加熱することができる。第２実施形態の場合、第１実施形態と比べると、低い気温などにおける加熱効果が低くなり得るが、第１実施形態よりも厚さを薄く製作できるため、必要に応じて第１実施形態と第２実施形態とを適切に選択して使用することができる。
図９は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、熱伝達部材がバッテリーモジュールから離隔している様子の概略的な断面図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるバッテリーパックの作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施形態及び第２実施形態によるバッテリーモジュール１０における説明と共通する部分は上述した説明で代わりにする。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの場合、バッテリーモジュール１０同士の間に熱伝達部材３００が配置される点で、バッテリーセル１１０同士の間に熱伝達部材３００が配置される第１実施形態及び第２実施形態と相違する。
図９を参照すると、バッテリーモジュール１０同士の間に熱伝達部材３００が配置され、熱伝達部材３００がバッテリーモジュール１０を冷却または加熱する。ここで、熱伝達部材３００の具体的な作動及び効果は上述した第１実施形態及び第２実施形態と共通するため、上述した説明で代わりにする。
一方、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパック（図示せず）は、上述したようなバッテリーモジュール１０、例えば、バッテリーセル１１０同士の間に熱伝達部材３００が配置されるように設けられたバッテリーモジュール１０を一つ以上含むことができる。すなわち、バッテリーモジュール１０は、複数のバッテリーセル１１０が積層されるバッテリーセル積層体１００を含み、バッテリーセル１１０同士の間に熱伝達部材３００が配置される特徴は上述したようである。また、前記バッテリーパック（図示せず）は、このようなバッテリーモジュール１０の他に、このようなバッテリーモジュール１０を収納するためのケース、バッテリーモジュール１０の充放電を制御するための各種の装置、例えばＢＭＳ、電流センサ、ヒューズなどをさらに含み得る。
一方、本発明の一実施形態による自動車（図示せず）は、上述したバッテリーモジュール１０またはバッテリーパック（図示せず）を含み、前記バッテリーパック（図示せず）は前記バッテリーモジュール１０を含むことができる。そして、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１０は、前記自動車（図示せず）、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のように電気を使用する所定の自動車（図示せず）に適用可能である。
以上のように、本発明を限定された実施形態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、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車に関し、特に、二次電池関連産業に適用可能である。
１０ バッテリーモジュール
１００ バッテリーセル積層体
１１０ バッテリーセル
２００ ケーシング
３００ 熱伝達部材
３１０ バイメタル
３１１ 第１金属
３１２ 第２金属
３２０ 熱電素子
３２１ 第１熱電素子
３２１ａ 発熱部
３２１ｂ 吸熱部
３２２ 第２熱電素子
３２２ａ 発熱部
３２２ｂ 吸熱部
３２３ 第３熱電素子
３２３ａ 発熱部
３２３ｂ 吸熱部
３２４ 第４熱電素子
３２４ａ 発熱部
３２４ｂ 吸熱部
４００ 放熱板
５００ 放熱ファン

Claims (11)

  1. 複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体と、
    前記バッテリーセル積層体を囲むケーシングと、
    前記バッテリーセル積層体のうちいずれか一つのバッテリーセルと前記いずれか一つのバッテリーセルに隣接する他のバッテリーセルとの間に配置され、前記バッテリーセルを冷却または加熱する熱伝達部材と、
    を含み、
    前記熱伝達部材は、
    相異なる熱膨張係数を有する複数の金属が互いに結合されたバイメタルと、
    前記バイメタルの両端部の少なくとも一方に結合された熱電素子と、
    を含み、
    前記熱伝達部材は、前記バッテリーセルから離隔するように設けられ、
    前記バイメタルは、外部気温によって、又は前記バッテリーセルで発生した熱の対流によって、前記バッテリーセルに向かって反るように構成され、前記熱伝達部材は、前記バイメタルの変形により、前記バッテリーセルを冷却または加熱するために前記バッテリーセルに接触する、バッテリーモジュール。
  2. 前記バッテリーセルで発生した熱の対流によって前記バイメタルが前記バッテリーセル側に反るように設けられた、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記バイメタルの一端部にはペルティエ素子である第１熱電素子が結合され、
    前記バイメタルの他端部にはペルティエ素子である第２熱電素子が結合される、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記第１熱電素子は、発熱部及び吸熱部を含み、
    前記第１熱電素子の発熱部が前記バイメタルに結合され、前記第１熱電素子の吸熱部が前記バッテリーセルから離隔して、前記バッテリーセルの温度が上昇したとき、前記バッテリーセルに接触するように設けられ、
    前記第２熱電素子は、発熱部及び吸熱部を含み、
    前記第２熱電素子の吸熱部が前記バイメタルに結合され、前記第２熱電素子の発熱部が前記バッテリーセルから離隔して、前記バッテリーセルの温度が低下したとき、前記バッテリーセルに接触するように設けられる、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記バイメタルの両端部のうちいずれか一方の端部のみにペルティエ素子である第３熱電素子または第４熱電素子が結合される、請求項２～４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記第３熱電素子は、発熱部及び吸熱部を含み、
    前記第３熱電素子の発熱部が前記バイメタルに結合され、前記第３熱電素子の吸熱部が前記バッテリーセルから離隔して、前記バッテリーセルの温度が上昇したとき、前記バッテリーセルに接触するように設けられる、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記第４熱電素子は、発熱部及び吸熱部を含み、
    前記第４熱電素子の吸熱部が前記バイメタルに結合され、前記第４熱電素子の発熱部が前記バッテリーセルから離隔して、前記バッテリーセルの温度が低下したとき、前記バッテリーセルに接触するように設けられる、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記第３熱電素子が結合されたバイメタルが複数個設けられ、それぞれの前記バッテリーセルの間に配置されて、前記バッテリーセルの温度が上昇したとき、前記第３熱電素子の吸熱部が前記バッテリーセルに接触し、前記バッテリーセルの温度が低下したとき、前記バイメタルが前記バッテリーセルに接触することで、前記第３熱電素子の発熱部で発生した熱が前記バイメタルを通じて前記バッテリーセルに伝達される、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  9. 複数のバッテリーセルが積層されるバッテリーセル積層体、及び前記バッテリーセル積層体を囲むケーシングを含むバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールが複数個設けられ、複数の前記バッテリーモジュールのうちいずれか一つのバッテリーモジュールと前記いずれか一つのバッテリーモジュールに隣接する他のバッテリーモジュールとの間に配置され、前記バッテリーモジュールを冷却または加熱する熱伝達部材と、
    を含み、
    前記熱伝達部材は、
    相異なる熱膨張係数を有する複数の金属が互いに結合されたバイメタルと、
    前記バイメタルの両端部の少なくとも一方に結合された熱電素子と、
    を含み、
    前記熱伝達部材は、前記バッテリーモジュールから離隔するように設けられ、
    前記バイメタルは、外部気温によって、又は前記バッテリーセルで発生した熱の対流によって、前記バッテリーセルに向かって反るように構成され、前記熱伝達部材は、前記バイメタルの変形により、前記バッテリーモジュールを冷却または加熱するために前記バッテリーモジュールに接触する、バッテリーパック。
  10. 請求項１～８のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含むバッテリーパック。
  11. 請求項１～８のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを含む自動車。
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