(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体をパウチ内に収容し、前記パウチのテラス部から前記電極組立体の電極タブに連結された電極リードを引き出した複数のパウチ型二次電池と、
少なくとも一部分が前記パウチ型二次電池同士の間に介在され、前記テラス部と接着固定されて前記パウチ型二次電池同士を相互積層して維持する固定部材とを含み、
前記固定部材は、前記テラス部と接着剤または両面テープによって接着され、
前記固定部材は、前記パウチ型二次電池同士の間毎に介在される水平バーと、前記パウチ型二次電池の積層方向に延びて前記水平バーを統合する垂直バーとを含むスペーシングブロックであり、
前記固定部材は、前記パウチ型二次電池同士の間に介在された部分が前記テラス部と接着され、
前記水平バーは、隣接した前記パウチ型二次電池の前記テラス部の間の余剰空間を埋めるように配置されており、
前記パウチ型二次電池は、互いに対面接触するように積層され、
前記固定部材を基準にして前記パウチ型二次電池の広い面の垂直方向のみに動きながら外部の振動を解消し、前記固定部材と接着固定されている前記テラス部から引き出された電極リードの上下左右の動きを防止することを特徴とするバッテリーモジュール。
【請求項２】
前記接着剤または両面テープは、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含むか、または、熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料を含む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。
【請求項３】
２つのパウチ型二次電池のテラス部が、前記水平バーの上面と下面にそれぞれ接着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。
【請求項４】
前記水平バーは、２つのパウチ型二次電池のテラス部の間の空間と一致する高さで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。
【請求項５】
前記パウチ型二次電池は、外周部が２つの長辺と２つの短辺を備える長方形状で構成され、２つの短辺側に前記テラス部が形成され、一対の前記スペーシングブロックが備え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。
【請求項６】
前記固定部材は、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含むか、または、熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料を含む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。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちいずれか１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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つ以上の二次電池を含む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に関し、より詳しくは、外部の振動から電極リードを保護できる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に関する。
【０００２】
本出願は、２０１５年９月２１日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１３３１９６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。
【背景技術】
【０００３】
現在、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の二次電池が商用化されているが、そのうちリチウム二次電池は、ニッケル系列の二次電池に比べてメモリー効果が殆ど起きず充放電が自由であって、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。
【０００４】
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それぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板がセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに密封し収納する外装材、すなわち電池ケースを備える。
【０００５】
一般に、リチウム二次電池は外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムとポリマー樹脂とのラミネートシートパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分けられる。
【０００６】
近年は、携帯用電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために多数の二次電池が電気的に連結される。特に、このような中大型装置には、重量が軽く、製造コストが低く、さらに変形が容易であるなどの長所から、パウチ型二次電池が多く用いられる。
【０００７】
しかし、パウチ型二次電池は、一般に機械的剛性が低く、電池同士を結合するための構造が電池自体に含まれていないため、積層が困難である。従って、多数のパウチ型二次電池を含んでバッテリーモジュールを構成するとき、二次電池積層体を外部の衝撃などから保護し、その動きを防止し、積層し易くするため、カートリッジのような結合部材の構成が別途に必要となる。
【０００８】
従来、バッテリーモジュールを構成する際は、二次電池の本体部分のオーバーラップ（ｏｖｅｒｌａｐ）設計を適用するか、又は、本体部分の大面積部に面圧を加える方式などを適用して二次電池を固定していた。このような従来のバッテリーモジュールの構成によれば、外部の振動が加えられたとき、二次電池の本体部分が揺れるだけでなく、電極組立体から引き出された電極タブとそれに連結される電極リードにまで機械的衝撃がそのまま伝達されて、電気的連結状態に影響を及ぼすという問題がある。このように、従来のバッテリーモジュールの構成は電極リード保護の面で脆弱であるという短所を持っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、二次電池積層体を安定的に維持し、外部の振動による電極リードの損傷が少ない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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、電極組立体をパウチ内に収容し、前記パウチのテラス部から前記電極組立体の電極タブに連結された電極リードを引き出した複数のパウチ型二次電池；及び少なくとも一部分が前記二次電池同士の間に介在され、前記テラス部と接着固定されて前記二次電池同士を相互積層して維持する固定部材を含む。
【００１２】
前記固定部材は、前記テラス部と接着剤または両面テープによって接着されることが望ましい。このとき、前記接着剤または両面テープは、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含むか、または、熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料を含むことが望ましい。
【００１３】
一実施例において、前記固定部材は、相互積層自在に構成された四角環（ｒｉｎｇ）状の積層用フレームであり、内部空間に前記パウチ型二次電池を収容する。
【００１４】
このとき、前記二次電池は、外周部が２つの長辺と２つの短辺を備える長方形状であり、２つの短辺側に前記テラス部が形成され、前記テラス部が前記固定部材と接着されたものであり得る。
【００１５】
また、前記固定部材は複数個であり、２つの二次電池が１つの固定部材に接着されたものであり得る。
【００１６】
また、前記固定部材は、隣接した他の固定部材と係止して固定できる形状を有し得る。
【００１７】
また、前記固定部材は、前記二次電池同士の間に介在された部分が前記テラス部と接着されたものであり得る。
【００１８】
前記二次電池は、互いに対面接触するように積層される。
【００１９】
他の実施例において、前記固定部材は、前記二次電池同士の間毎に介在される水平バー（ｂａｒ）と、前記水平バーを統合する垂直バーとを含むスペーシングブロック（ｓｐａｃｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）である。
【００２０】
このとき、２つの二次電池のテラス部が、前記水平バーの上面と下面にそれぞれ接着され得る。
【００２１】
前記水平バーは、２つの二次電池のテラス部の間の空間と一致する高さで形成され得る。
【００２２】
また、前記二次電池は、外周部が２つの長辺と２つの短辺を備える長方形状であって、２つの短辺側に前記テラス部が形成され、一対の前記スペーシングブロックを備えることができる。
【００２３】
望ましくは、前記固定部材は、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含むか、または、熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料を含む。
【００２４】
上記の課題を達成するため、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を含む。
【００２５】
また、本発明によるバッテリーモジュールとそれを含むバッテリーパックは自動車に適用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールの構造を単純化し、体積を減らし、製造工程性を改善することができる。
【００２７】
特に、本発明によれば、二次電池が固定部材に直接接着固定でき、さらに、隣接する２つの固定部材を１つの二次電池に接着して固定することができる。これによって、バッテリーモジュールの構造が複雑ではなく、組立が容易であり、製造コスト及び時間などを低減することができる。また、バッテリーモジュールの体積を減らすことで、バッテリーモジュールの小型化をより容易に達成でき、バッテリーモジュールの重量を低減させることで、バッテリーモジュールの軽量化達成にも有利である。
【００２８】
本発明によれば、二次電池の電極リードが引き出されるテラス部に固定部材が接着固定される。固定部位が電気的連結部品に隣接し、外部の振動から電極リードを保護する効果が優れる。そして、この部分の熱伝導性能を改善すれば、高熱または蓄積された熱による該当バッテリーモジュール構成部材の物理的、化学的変形を防止し、結果的に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の抵抗の変化を抑制して、最適の作動状態を維持することができる。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。
【図２】図１のバッテリーモジュールの分解斜視図である。
【図３】図２のバッテリーモジュールに含まれる二次電池組立体の分解斜視図である。
【図４】図２のバッテリーモジュールに含まれる二次電池組立体において、１つの積層用フレームに２つの二次電池が結合されている状態を示した図である。
【図５】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】本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールに含まれる二次電池組立体の斜視図である。
【図７】図６の二次電池組立体において、１つの水平バーに２つの二次電池が結合されることを示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。なお、図面において、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００３２】
図１は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの斜視図であり、図２は図１のバッテリーモジュールの分解斜視図である。
【００３３】
図１及び図２を参照すれば、バッテリーモジュール１０は、二次電池組立体１００、ターミナルフレーム２００、エンドプレート３００及びカバーフレーム４００を含むことができる。
【００３４】
図３は、図２のバッテリーモジュールに含まれる二次電池組立体の分解斜視図である。図３は、図１及び図２の構成において、パウチ型二次電池１１０が積層用フレーム１３０を用いて積層された構成の一部のみを概略的に示している。図３の構成では、説明の便宜上、４個のパウチ型二次電池１１０及び２つの積層用フレーム１３０のみを示している。
【００３５】
図３を参照すれば、二次電池組立体１００は、二次電池１１０、積層用フレーム１３０及び冷却フィン１５０を含むことができる。
【００３６】
二次電池１１０は複数備えられ、相互電気的に連結できる。二次電池１１０はパウチ型二次電池である。パウチ型二次電池の場合、複数の二次電池１１０の電気的な連結構成をより容易に実現することができる。
【００３７】
二次電池１１０は、広い面が上下に向かうように横置きして、上下方向に複数個配列することができる。すなわち、１つのバッテリーモジュール１０は複数のパウチ型二次電池１１０を含むことができ、このような複数のパウチ型二次電池１１０を広い面同士が対面する形態で上下方向に積層することができる。ただし、このような積層形態は一例に過ぎず、複数のパウチ型二次電池を水平方向に積層することもできる。
【００３８】
それぞれの二次電池１１０は、電極組立体、前記電極組立体を収容する電池ケースであるパウチ及び電極リード１１５を含むことができる。ここで、電極リード１１５は、正極タブと連結された正極リード、負極タブと連結された負極リードを含むことができ、正極タブは電極組立体の正極板に連結され、負極タブは電極組立体の負極板に連結できる。
【００３９】
周知されたように、前記電極組立体は、１つ以上の正極板と１つ以上の負極板とがセパレータを介在して配置された形態で構成できる。より具体的に、前記電極組立体は、１つの正極板と１つの負極板とがセパレータと共に巻き取られた巻取型、及び多数の正極板と多数の負極板とがセパレータを介在して相互積層されたスタック型などに分けられる。
【００４０】
また、前記パウチは、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備える形態で構成できる。このようなパウチは、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の補完及び放熱性などの向上のため、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できる。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内部の構成要素や二次電池１１０外部の他の構成要素との電気的絶縁性を確保するため、絶縁物質から形成された絶縁層の間に介在できる。
【００４１】
特に、パウチは、上部パウチと下部パウチから構成でき、上部パウチと下部パウチの少なくとも１つには凹状の内部空間を形成することができる。そして、このようなパウチの内部空間には電極組立体を収納できる。また、上部パウチと下部パウチの外周面にはシーリング部Ｓが設けられ、このようなシーリング部Ｓを相互接着することで、電極組立体が収容された内部空間を密閉することができる。
【００４２】
一方、電極組立体１１０のそれぞれの電極板には電極タブが備えられ、１つ以上の電極タブが電極リード１１５と連結され得る。そして、電極リード１１５は上部パウチと下部パウチとのシーリング部Ｓの間からパウチの外部に露出することで、二次電池１１０の電極端子として機能することができる。
【００４３】
望ましくは、二次電池１１０において、２つの電極リード１１５、すなわち正極リードと負極リードとは、相互逆方向に突出するように設けられる。換言すれば、二次電池１１０は、図３を基準に水平方向から見て４つの辺を有する略方形状に構成されるが、このとき、正極リードと負極リードとを相互反対側の辺から突出するように設けることができる。例えば、図３に示されたように、１つの二次電池１１０において、正極リードと負極リードのうち一方は前端方向に突出し、他方は後端方向に突出するように構成できる。
【００４４】
シーリング部Ｓのうち、特に電極リード１１５が引き出された部分をテラス部Ｔと称する。電極リード１１５とパウチとの境界部位で電極リード１１５が変形又は破損することを防止し、電極リード１１５とパウチとの結合安定性を高めるため、このようなテラス部Ｔを形成する。本実施例において二次電池１１０は、外周部が２つの長辺と２つの短辺を備える長方形状であるが、２つの短辺側にテラス部Ｔが形成される。そして、テラス部Ｔが積層用フレーム１３０に接着固定される。
【００４５】
積層用フレーム１３０は、複数の二次電池１１０の積層を容易にするためのものであって、前記複数の二次電池１１０のうち少なくとも１つの二次電池１１０を載置することができる。このような積層用フレーム１３０は、本発明で提案する固定部材の一例であり、中央部分が空いている四角環状で構成することができる。このとき、積層用フレーム１３０の４つの角は二次電池１１０の外周部に位置し、積層用フレーム１３０は内部空間に二次電池１１０を収容することができる。そして、このような積層用フレーム１３０の両側に二次電池１１０がそれぞれ位置可能な形状を有する。また、積層用フレーム１３０の上端面及び下端面は、以後バッテリーモジュールを構成する際、外部に露出するバッテリーモジュールの上端面及び下端面になるため、扁平な形状を有し得る。
【００４６】
このような積層用フレーム１３０は複数設けられ、本実施例においてそれぞれの積層用フレーム１３０は２つの二次電池１１０を載置することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはなく、それぞれの積層用フレームに１つの二次電池が載置される構造であっても良く、３つ以上の二次電池が載置される構造にしても良い。
【００４７】
このような複数の積層用フレーム１３０は複数の二次電池１１０を保持してその動きを防止し、相互積層自在に構成されて二次電池１１０の組立をガイドすることができる。また、積層用フレーム１３０は、隣接した他の積層用フレームと係止して固定可能な形状を有し得る。すなわち、積層用フレーム１３０の上端面と下端面の側壁上端の一側には他の積層用フレームと結合できる締結用突起が形成され、側壁下端の一側にはこのような締結用突起に対応する締結用溝が形成されて、締結用溝に締結用突起を係止して積層用フレーム１３０を積層することができる。
【００４８】
冷却フィン１５０は、アルミニウムのような熱伝導性材質からなり得、二次電池１１０と熱交換自在にそれぞれの積層用フレーム１３０に設けることができる。それぞれの積層用フレーム１３０に備えられる冷却フィン１５０は、積層用フレーム１３０に挿入された形態で備えられるか、又は、インサートモールディングされて備えられ得る。従って、積層用フレーム１３０を用いて二次電池１１０が積層される場合、二次電池１１０の間に冷却フィン１５０が介在された形態になるように構成できる。冷却フィン１５０は間接冷却方式で二次電池１１０の熱を放出する役割をする。図３には「Ｌ」字状冷却フィンが示されているが、「Ｔ」字状、「Ｉ」字状を使用しても良い。
【００４９】
積層用フレーム１３０は、二次電池１１０同士の間に介在され、二次電池１１０同士の間に介在された部分がテラス部Ｔと接着固定され、このような積層用フレーム１３０を重ねて複数の二次電池１１０を相互積層して維持する。積層用フレーム１３０とテラス部Ｔとは接着剤または両面テープ１２０によって接着することが望ましい。
【００５０】
例えば、二次電池１１０のテラス部Ｔ及び／または積層用フレーム１３０のうちテラス部Ｔと接する部分に接着剤または両面テープ１２０を適用し、その部分で相互接着させて固定することができる。接着剤または両面テープ１２０を用いて二次電池１１０と積層用フレーム１３０とが固定されるため、組立過程が非常に簡単であって、組立後の構造が非常に安定的である。
【００５１】
本実施例において、二次電池１１０にはテラス部Ｔが短辺側の２ヶ所に形成されるため、接着剤または両面テープ１２０の適用部位は二次電池１１０毎に少なくとも２ヶ所である。これによって、積層される二次電池１１０と積層用フレーム１３０との間の安定的な結合が保障される。さらに、二次電池１１０と積層用フレーム１３０との間は接着剤または両面テープ１２０の厚さほど離隔され、このような離隔の隙間は、充放電時の二次電池１１０の体積変化を緩衝し、充放電時の二次電池１１０の発熱を効果的に発散させる役割をする。
【００５２】
図４は、図２のバッテリーモジュールに含まれる二次電池組立体において、１つの積層用フレームに２つの二次電池が結合されている状態を示した図である。このように１つの積層用フレーム１３０に２つの二次電池１１０が結合された構造を「中央フレーム型２セルバッテリーモジュール」と称し得る。
【００５３】
図４に示されたように、積層用フレーム１３０と二次電池１１０との間の結合はテラス部Ｔで行われる。
【００５４】
従来外部の振動が加えられたときは、二次電池の本体部分が揺れるだけでなく、電極組立体から引き出された電極タブとそれに連結された電極リードにまで衝撃がそのまま伝達された。一方、本発明によれば、テラス部Ｔで接着剤または両面テープ１２０によって積層用フレーム１３０と二次電池１１０とが接着固定されて相互の動きが防止された構造になる。それによって、二次電池１１０の本体と電極リード１１５部分とはテラス部Ｔを基準に断絶されている。外部から振動が加えられても、二次電池１１０の本体のみに影響を及ぼし、積層用フレーム１３０を基準にして二次電池１１０の広い面の垂直方向のみに動きながら外部の振動を解消するだけで、積層用フレーム１３０と接着固定されているテラス部Ｔから引き出された電極リード１１５の上下左右の動きは防止することができる。したがって、外部の振動から電極リード１１５を保護することができる。
【００５５】
図４のような「中央フレーム型２セルバッテリーモジュール」構造を複数重ねれば、図２のような二次電池組立体１００を製造することができる。組立ての際、積層用フレーム１３０と二次電池１１０との間が接着固定されているため、二次電池１１０が積層用フレーム１３０から離脱する恐れが全くない。
【００５６】
このように、１つの積層用フレーム１３０に２つの二次電池１１０が接着固定される形態で構成すれば、積層用フレーム１３０間の結合構成や二次電池１１０間の結合構成がなくても、二次電池組立体１００を安定的に固定することができる。積層用フレーム１３０が相互係止できる構造で形成され、積層用フレーム１３０と二次電池１１０との間の結合はテラス部Ｔで行われるため、動きが制限され、相互の積層構成を安定的に維持することができる。
【００５７】
二次電池組立体１００の形態は２つに分けされる。その１つは、２つの二次電池１１０に形成された同じ極性の電極リード１１５が同じ方向に露出する並列型モジュール（Ｐ−ｔｙｐｅ）である。そして、他の１つは、２つの二次電池１１０に形成された同じ極性の電極リード１１５が相異なる方向に露出する直列型モジュール（Ｓ−ｔｙｐｅ）である。二次電池組立体１００は、前記並列型モジュール、前記直列型モジュールのうち１種類のみを含むか、又は、並列型モジュール及び前記直列型モジュールを共に含むことができる。
【００５８】
積層用フレーム１３０の材質は、絶縁性素材、例えば、熱可塑性高分子樹脂であり得る。また、積層用フレーム１３０は、落下時の衝撃を緩和できるように、弾性を有する素材で製造することができる。望ましくは、積層用フレーム１３０の材質はＰＡ６６である。
【００５９】
より望ましくは、積層用フレーム１３０は、少なくとも一部分を熱伝導性材質で構成することができる。従来二次電池の積層に用いられるカートリッジの場合、殆どが熱伝導性のないポリマー材質で構成され、カートリッジを通じては熱伝導がほぼ行われないため、別途の冷却部材を設ける場合が多かった。しかし、熱伝導性材質からなる構成によれば、二次電池１１０の熱がテラス部Ｔを通じて積層用フレーム１３０を経て外部に伝達され易い。したがって、本発明のこのような態様によれば、二次電池１１０同士の間に冷却フィン１５０のような別途の冷却部材を設けなくても、効果的な冷却性能を確保することができる。
【００６０】
特に、積層用フレーム１３０は、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含むか、または、熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料で構成することができる。
【００６１】
すなわち、積層用フレーム１３０は、一般的な金属や金属合金材料ではなく、高分子を主材料にして構成することができる。このように高分子に基づいた熱伝導性材料の場合、金属より軽量であるためバッテリーモジュールの軽量化を達成し易く、成形が容易であり、熱膨張係数が低く、電気伝導性が低いため電気的絶縁性を確保し易い。本発明は、積層用フレーム１３０の材料として、本発明の出願時点で公知された多様な高分子に基づいた熱伝導性材料を採用することができる。
【００６２】
例えば、積層用フレーム１３０は、一般的な高分子材料に熱伝導性を有するフィラーが混合された複合材料形態の材質で構成できる。ここで、フィラーとしては、ケイ素化合物、アルミニウム化合物、マグネシウム化合物、ホウ素化合物などが挙げられる。例えば、熱伝導性材料に含まれるフィラーとして、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、無水炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウムなどを用いることができる。ただし、本発明がこれらに限定されることはなく、外にも多様なフィラーが固定部材の材料として用いられ得る。
【００６３】
積層用フレーム１３０に使用される高分子材料としては、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ナイロン、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなど多様な材料が挙げられる。また、外にも多様な高分子材料が本発明の固定部材の材料として用いられ得る。
【００６４】
特に、積層用フレーム１３０を構成する熱伝導性材料は、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上の物質から成り得る。例えば、このような熱伝導性材料は、２Ｗ／ｍＫ〜２０Ｗ／ｍＫの高分子プラスチックやゴムなどの材料からなり得る。さらに、熱伝導性材料は、５Ｗ／ｍＫ以上の材料からなり得る。
【００６５】
従来、カートリッジなどの素材として用いられるプラスチックの場合、殆どの熱伝導率が０．１〜０．４Ｗ／ｍＫに過ぎず、ほぼないと言えた。しかし、本発明による積層用フレーム１３０の場合、これより熱伝導性の高いポリマー素材が使用されることで、熱伝達及び排出が可能である。したがって、本発明のこのような実施例によれば、積層用フレーム１３０の内部に冷却フィン１５０のような別途の冷却部材を設けなくても、二次電池１１０の熱が積層用フレーム１３０を通じて外部に効果的に排出できる。
【００６６】
さらに、本発明によれば、二次電池１１０のテラス部Ｔが積層用フレーム１３０に直接接着され固定されるため、二次電池１１０の熱がこの部分を通じて直接積層用フレーム１３０に伝達される。そして、積層用フレーム１３０で二次電池１１０に接触した部分は熱伝導性材質から構成されるため、積層用フレーム１３０に伝達された熱は積層用フレーム１３０を通じて外部に迅速に排出できる。
【００６７】
一方、積層用フレーム１３０と二次電池１１０のテラス部Ｔとの間を接着固定するための接着剤または両面テープ１２０としては、多様な種類の接着物質を用いることができる。高い接着力によって積層用フレーム１３０と二次電池１１０との間の半永久的な結合を可能にするか、または、熱伝達過程で発生する高温下でも接着力を失わず持続的な結合を維持できるものが望ましい。例えば、前記接着物質は、放熱エポキシ系接着剤（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｅｐｏｘｙ−ｂａｓｅｄ ｂｏｎｄ）、放熱接着テープ（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｔａｐｅ）などであり得る。
【００６８】
他の例として、前記接着物質は前記熱伝導性材料を含む熱伝導性接着剤であり得る。このような熱伝導性接着剤の場合、一般的な接着剤に比べて熱伝導率が高いため、二次電池１１０と積層用フレーム１３０との間における熱伝達量及び熱伝達速度を一層向上させることができる。
【００６９】
例えば、両面テープとしては、高い強靭性の基材フィルムの両面に接着層が形成され、接着層の内部には前記熱伝導性材料が均一に分散されているものを用いることができる。基材フィルムは、柔軟性を有する高分子フィルムの形態であり、両面テープに耐久性を与えるものであって、引張強度が高くて耐久性を有する素材から形成することが望ましい。例えば、基材フィルムは、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのようなポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートのようなポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリブテン、ポリブタジエンなどのような樹脂材を含む。接着層は、両面テープが二次電池１１０のテラス部Ｔと積層用フレーム１３０とを接着できるように接着性を有する物質を含む。例えば、接着層は、アクリル系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ゴム系、シリコーン系などの物質を含み得る。そして、上述した熱伝導性材料はこのような接着性を有する物質中に均一に分散され得る。
【００７０】
積層用フレーム１３０と二次電池１１０のテラス部Ｔとの間を接着固定させるための接着剤または両面テープ１２０は、上述した積層用フレーム１３０と同様に、少なくとも一部分が熱伝導性高分子を含むか、または、熱伝導性フィラー及び高分子を含む熱伝導性材料を含むことが望ましい。
【００７１】
したがって、本発明のこのような実施例によれば、積層用フレーム１３０を通じた二次電池１１０の熱排出性能を一層向上させ、バッテリーモジュール１０の冷却性能を改善することができる。
【００７２】
また、図２を参照すれば、ターミナルフレーム２００は、二次電池組立体１００の一側に備えられ、二次電池組立体１００の複数個の二次電池１１０の電極リード１１０と電気的に連結され得る。
【００７３】
このようなターミナルフレーム２００は、コネクタ２５０をさらに含むことができる。
【００７４】
コネクタ２５０は、バッテリーモジュール１０の外部でＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）のようなバッテリーパックに含まれた制御装置などと電気的に連結されるための端子として機能することができる。
【００７５】
エンドプレート３００は、二次電池組立体１００を支持するためのものであって、一対で設けられて、二次電池組立体１００の最外郭に配置される二次電池１１０を対向する方向である二次電池組立体１００の両側からそれぞれ二次電池組立体１００をカバーすることができる。
【００７６】
カバーフレーム４００は、前記一対のエンドプレート３００と共に二次電池組立体１００を支持するためのものであって、一対で設けられて、二次電池組立体１００の複数個の二次電池１１０の電極リード１１５を備える両側からそれぞれ二次電池組立体１００をカバーすることができる。
【００７７】
このような一対のカバーフレーム４００の少なくとも１つは、ターミナル４１０及びコネクタ貫通部４３０を含むことができる。
【００７８】
ターミナル４１０は、複数個の二次電池１１０の電極リード１１５と電気的に連結されるようにターミナルフレーム２００と電気的に連結できる。このようなターミナル４１０は、一対で備えられて、外部電源などと電気的に連結され得る。
【００７９】
コネクタ貫通部４３０は、カバーフレーム４００に形成され、コネクタ４３０をカバーフレーム４００の外へと貫通させることができる。これによって、コネクタ４３０は前記ＢＭＳのようなバッテリーパックに含まれた制御装置などと電気的に連結され得る。
【００８０】
図５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。
【００８１】
図５を参照すれば、バッテリーパックＰは、上述した実施例による少なくとも１つのバッテリーモジュール１０をパッケージングするパックケース５０を含むことができる。
【００８２】
本発明によるバッテリーパックＰは、バッテリーパックＰ及び前記バッテリーパックＰから電力の供給を受ける負荷を含むバッテリー駆動システムの一構成要素になり得る。前記バッテリー駆動システムの一例としては、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自転車（Ｅ−Ｂｉｋｅ）、電動工具（Ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）、電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、無停電電源装置（ＵＰＳ）、ノートパソコン、携帯電話、携帯用オーディオ装置、携帯用ビデオ装置などが挙げられ、前記負荷の一例としては、バッテリーパックが供給する電力によって回転力を提供するモーター、またはバッテリーパックが供給する電力を各種回路部品が必要とする電力に変換する電力変換回路が挙げられる。
【００８３】
望ましくは、前記バッテリーパックＰは、自動車の燃料源として自動車に搭載され得る。一例として、前記バッテリーパックＰは、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他バッテリーパックＰを燃料源として使用可能なその他の方式で自動車に搭載され得る。本発明によるバッテリーパックＰは、外部の振動から電極リードを保護できるため、振動環境に頻繁に晒されるこのような自動車に特に適する。
【００８４】
上述した様々な種類の装置の構造及び製作方法は、当業界に公知されているため、本明細書では詳細な説明を省略する。
【００８５】
このように、本実施例による前記バッテリーパックＰと、前記自動車のような前記バッテリーパックＰを備える装置や器具及び設備は、上述した前記バッテリーモジュール１０を含むため、上述したバッテリーモジュール１０による長所を全て有するバッテリーパックＰ及び自動車を実現することができる。
【００８６】
図６は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールに含まれる二次電池組立体の斜視図である。図７は、図６の二次電池組立体における「Ａ」部分の断面図であって、１つの水平バー１３１に２つの二次電池１１０が結合されることを示している。
【００８７】
本実施例によるバッテリーモジュールは、上述した実施例におけるバッテリーモジュール１０と実質的に同一であるか又は類似するため、同一であるか又は類似する構成については説明を繰り返さず相違点を中心に説明する。
【００８８】
図６及び図７を参照すれば、本実施例によるバッテリーモジュールに含まれる二次電池組立体１００’は、複数のパウチ型二次電池１１０、及び少なくとも一部分が二次電池１１０同士の間に介在され、テラス部Ｔと接着固定されて二次電池１１０同士を相互積層して維持するスペーシングブロック１３０’を含む。スペーシングブロック１３０’は、テラス部Ｔと接着剤または両面テープ１２０によって接着される。スペーシングブロック１３０’がテラス部Ｔと接着剤または両面テープ１２０によって接着されるため、堅固であって安定的な二次電池組立体１００’を提供することができる。
【００８９】
スペーシングブロック１３０’は、二次電池１１０同士の間毎に介在される水平バー１３１、及び水平バー１３１を統合する垂直バー１３２を含む。このとき、図７に示されたように、２つの隣接した二次電池１１０のテラス部Ｔが水平バー１３１の上面と下面にそれぞれ接着され得る。
【００９０】
水平バー１３１は、２つの隣接した二次電池１１０のテラス部Ｔ同士の間に位置し、二次電池１１０同士の間の余剰空間に設けられるため、二次電池１１０の積層構造がコンパクトである。垂直バー１３２はこのような水平バー１３１を一体化して固定する。水平バー１３１と垂直バー１３２とは一体型または分離型であり得る。分離型の場合は、水平バー１３１と二次電池１１０のテラス部Ｔとの接着固定の後、水平バー１３１を垂直バー１３２に結合できるように、水平バー１３１と垂直バー１３２に突出部と結合溝の構造などが適切に備えられ得る。
【００９１】
また、上述したように、スペーシングブロック１３０’も熱伝導性材料で構成すれば、二次電池１１０から発生した熱を効果的に除去することができる。望ましくは、スペーシングブロック１３０’は熱を外部に容易に放出できる比熱特性を有し、具体的に０．８〜３．０ｋＪ／ｋｇｆ℃の比熱特性を有し得る。
【００９２】
そして、水平バー１３１は、テラス部Ｔから伝達された熱を外部に容易に放出できる程度の高さであれば特に制限はないが、望ましくは、２つの隣接した二次電池１１０のテラス部Ｔの間の空間と一致する高さで形成され得る。
【００９３】
上述したように、二次電池１１０は２つの短辺側にテラス部Ｔが形成され、それによってスペーシングブロック１３０’は二次電池１１０の両側に一対備えられる。
【００９４】
このような二次電池組立体１００’は、適切なモジュールケースに収納されて、本実施例によるバッテリーモジュールとして製造される。そして、前記バッテリーモジュールが１つ以上パックケースに装着されて、バッテリーパックとして製造され得る。
【００９５】
上述したように、本発明によるバッテリーモジュールは、二次電池のテラス部と接着剤または両面テープを通じて接着固定される固定部材を含む。このような固定部材は、一実施例のように積層用フレームであっても良く、他の実施例のようにブロック状構造物であっても良い。固定部材はテラス部と接着固定されて、二次電池の本体と電極リードとの間は外部の振動が伝達され難い断絶状態になる。従って、このようなモジュールの構成によれば、二次電池同士を相互積層して維持でき、外部の振動から電極リードを保護する効果が優れる。特に、接着剤または両面テープはコンパクトな構造で二次電池積層体を堅固に維持させる。二次電池の正位置離脱を防止し、充放電時に二次電池から発生した熱はテラス部に接着されている接着剤または両面テープを通じて伝導されて固定部材を通じてバッテリーモジュールの外部に放熱される。これによって、バッテリーモジュールの局所的な高熱化を防止し、放電時の二次電池で発熱が問題になる電極リード部分を優先的に冷却し易く、それぞれの二次電池の温度を均一化して二次電池の劣化を予防することができ、結果的にバッテリーモジュールの寿命を大幅に向上させることができる。
【００９６】
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有する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。
【００９７】
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用いられた場合、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜上用いられただけで、対象になる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本発明の当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００９８】
１０  バッテリーモジュール
５０  パックケース
１００  二次電池組立体
１００’  二次電池組立体
１１０  電極組立体、電極リード、二次電池、パウチ型二次電池
１１５  電極リード
１２０  両面テープ
１３０  積層用フレーム、直接積層用フレーム
１３０’  スペーシングブロック
１３１  水平バー
１３２  垂直バー
１５０  冷却フィン
２００  ターミナルフレーム
２５０  コネクタ
３００  エンドプレート
４００  カバーフレーム
４１０  ターミナル
４３０  コネクタ貫通部
４３０  コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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