(57)【要約】  本発明は、放熱効率を向上させると共に、エネルギー密度を効果的に高めることができるモジュールハウジングを備えたバッテリーモジュールを開示する。こ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モジュールは、複数の二次電池を備えるセルアセンブリーと、一つ以上の側壁を備え、前記側壁によって限定された内部空間に前記セルアセンブリーを収納し、前記側壁に少なくとも一つ以上の冷媒流路が形成され、前記側壁の外側面には、前記内部空間まで穿孔された少なくとも一つ以上の注入口が形成されたモジュールハウジングと、を含む。
2021514535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池を備えるセルアセンブリーと、
一つ以上の側壁を備え、前記側壁によって限定された内部空間に前記セルアセンブリーを収納し、前記側壁に少なくとも一つ以上の冷媒流路が形成され、前記側壁の外側面には、前記内部空間まで穿孔された少なくとも一つ以上の注入口が形成されたモジュールハウジングと、
を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記バッテリーモジュールは、前記注入口から、前記モジュールハウジングの内部空間における前記セルアセンブリーと前記モジュールハウジングの内面との間に挿入された熱伝導性物質をさらに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】
前記側壁が、上側壁、下側壁、左側壁及び右側壁を備え、
前記冷媒流路が、前記上側壁、前記下側壁、前記左側壁及び前記右側壁のいずれか一つ以上に形成され、
前記上側壁、前記下側壁、前記左側壁及び前記右側壁のうち前記冷媒流路が形成されたいずれか一つ以上には、前記注入口が共に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記冷媒流路は、前記モジュールハウジングの前記側壁の前後方向における両端部を貫通する構造に形成され、
前記冷媒流路は、冷媒が流入する流入口が前記モジュールハウジングの側壁の前端面に形成され、冷媒が排出される排出口が前記モジュールハウジングの側壁の後端面に形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記側壁の内側面には、前後方向へ延びて前記側壁の内側方向へ凹んだガイド溝が形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記バッテリーモジュールは、前記注入口が形成された前記側壁の内側面に位置し、前記注入口を内側方向のみに開放する蓋を備えた逆流防止部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記注入口には、外部物質が前記モジュールハウジングの内部へ流入することを防止するように、前記注入口を密閉する栓がさらに備えられたことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
前記側壁には、二つ以上の冷媒流路が形成され、
前記二つ以上の冷媒流路の間には、前記側壁の外側面から内側面まで延びたリブ構造が形成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
前記リブ構造には、前後方向へ所定の間隔で離隔した少なくとも二つ以上の前記注入口が位置したことを特徴とする、請求項８に記載のバッテリーモジュール。
【請求項１０】
請求項１から９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二つ以上含む、バッテリーパック。
【請求項１１】
前記二つ以上のバッテリーモジュールは、一つのバッテリーモジュールのモジュールハウジングの冷媒流路と、他のバッテリーモジュールのモジュールハウジングの冷媒流路とが相互に連結されていることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリーパック。
【請求項１２】
請求項１１に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒流路及び注入口が形成されたモジュールハウジングを含むバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、放熱効率を向上させると共にエネルギー密度を効果的に高めることができるモジュールハウジングを備えたバッテリーモジュール及びバッテリーパックに関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年９月１７日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−０１１１０５６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。
【背景技術】
【０００３】
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、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それぞれ塗布された正極板と負極板が、セパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止して収納する外装材、即ち、電池パウチ外装材を備える。
【０００５】
最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、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複数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中・大型装置には、積層が容易であり、重量が軽いなどの長所から、パウチ型二次電池がよく用いられる。
【０００６】
一方、最近、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高くなるにつれ、電気的に直列及び／または並列接続した複数の二次電池を備えたバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。
【０００７】
このような二次電池パックは、複数の二次電池が狭い空間に密集した形態で製造されるため、各二次電池で発生する熱を外部へ速やかに放出することが重要となる。二次電池バッテリーの充電または放電過程は、前述したように電気化学的反応によって行われるので、バッテリーは周辺環境の温度条件から影響を受けるようになる。
【０００８】
例えば、最適の温度が維持されない高温条件に露出した状態で充放電が行われると、バッテリーの充放電効率が劣り、これによって正常駆動性能の保障に困難が発生し得る。
【０００９】
そこで、従来技術のバッテリーモジュールは、二次電池の充放電過程で発生した熱を冷却して二次電池の温度を適正に維持するための冷却部材が別に備えられていた。
【００１０】
図１は、従来のバッテリーモジュールを概略的に示す断面図である。
【００１１】
図１のように、従来技術の冷却部材を適用したバッテリーモジュール１０は、モジュールハウジング１１の下面に熱伝導性の高い材質から構成されたパックトレイ１３が設けられた。即ち、従来技術においては、このようなパックトレイ１３がセルアセンブリー各々の二次電池１２で発生した熱を吸収し、吸収された熱をパックトレイ１３の下部に接して設けられたヒートシンク１４に伝達し、ヒートシンク１４は冷却水によってさらに冷却される方式を用いた。
【００１２】
しかし、従来技術のバッテリーモジュールは、別のヒートシンクを下部または上部に備えていることから、自動車のようにバッテリーモジュールの上下方向の高さが制限されている場合、バッテリーモジュールの上下方向における空間に制約があり、これによって、バッテリーモジュールの大きさが増大してしまい、エネルギー密度を上昇させるのに限界があった。
【００１３】
さらに、従来技術のバッテリーモジュールは、二次電池で発生した熱が先にモジュールハウジングに伝達され、さらにモジュールハウジングの熱がパックトレイに伝達され、最後にヒートシンクに熱が伝達されるなど、多数の部材の伝導区間を経て熱が伝達されるので、放熱効率が大幅劣るという短所があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、詳しくは、放熱効率を向上させると共にエネルギー密度を効果的に高めることができるモジュールハウジングを備えるバッテリーモジュール及びバッテリーパックを提供することを目的とする。
【００１５】
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】
【００１６】
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、
複数の二次電池を備えるセルアセンブリーと、
一つ以上の側壁を備え、前記側壁によって限定された内部空間に前記セルアセンブリーを収納し、前記側壁に少なくとも一つ以上の冷媒流路が形成され、前記側壁の外側面には、前記内部空間まで穿孔された少なくとも一つ以上の注入口が形成されたモジュールハウジングと、を含み得る。
【００１７】
ここで、前記バッテリーモジュールは、前記注入口から、前記モジュールハウジングの内部空間における前記セルアセンブリーと前記モジュールハウジングの内面との間に挿入された熱伝導性物質をさらに含み得る。
【００１８】
さらに、前記側壁は、上側壁、下側壁、左側壁及び右側壁を備え、前記冷媒流路が、前記上側壁、前記下側壁、前記左側壁及び前記右側壁のいずれか一つ以上に形成され、前記上側壁、前記下側壁、前記左側壁及び前記右側壁のうち前記冷媒流路が形成されたいずれか一つ以上には、前記注入口が共に形成され得る。
【００１９】
そして、前記冷媒流路は、前記モジュールハウジングの前記側壁の前後方向における両端部を貫通する構造に形成され得る。
【００２０】
さらに、前記冷媒流路は、冷媒が流入する流入口が前記モジュールハウジングの側壁の前端面に形成され、冷媒が排出される排出口が前記モジュールハウジングの側壁の後端面に形成され得る。
【００２１】
また、前記側壁の内側面には、前後方向へ延びて前記側壁の内側方向へ凹んだガイド溝が形成され得る。
【００２２】
さらに、前記バッテリーモジュールは、前記注入口が形成された前記側壁の内側面に位置し、前記注入口を内側方向のみに開放する蓋を備えた逆流防止部材をさらに含み得る。
【００２３】
また、前記注入口には、外部物質が前記モジュールハウジングの内部へ流入することを防止するように、前記注入口を密閉する栓がさらに備えられ得る。
【００２４】
さらに、前記側壁には、二つ以上の冷媒流路が形成され得る。また、前記二つ以上の冷媒流路の間には、前記側壁の外側面から内側面まで延びたリブ構造が形成され得る。
【００２５】
また、前記リブ構造には、前後方向へ所定の間隔で離隔した少なくとも二つ以上の前記注入口が位置し得る。
【００２６】
さらに、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、本発明による少なくとも二つ以上のバッテリーモジュールを含む。
【００２７】
そして、前記二つ以上のバッテリーモジュールは、一つのバッテリーモジュールのモジュールハウジングの冷媒流路と、他のバッテリーモジュールのモジュールハウジングの冷媒流路とが相互に連結され得る。
【００２８】
なお、上記の課題を達成するための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。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一面によれば、バッテリーモジュールは、従来技術とは異なり、バッテリーモジュールで発生した熱を排出するためのヒートシンクを備えなくてもセルアセンブリーの熱を効果的に排出することができるので、製造コストを節減し、バッテリーモジュールの体積を減少させることができる。さらに、本発明は、ヒートシンクが配置されていた空間を活用することができ、より大きい体積のセルアセンブリーを収納することが可能となり、エネルギー密度を高めることができる。
【００３０】
また、本発明の一面によれば、冷媒流路が形成された側壁に注入口を形成することで、モジュールハウジングの冷媒流路が形成された側壁に熱伝導性物質を注入することが非常に容易になる。即ち、本発明は、熱伝導性物質を介して外部へ排出される熱伝達距離を容易に最小化することができる。これによって、本発明は、冷却効率が高いバッテリーモジュールを提供することができる。
【００３１】
また、本発明のこのような面によれば、モジュールハウジングの冷媒流路が形成された側壁の内側面にガイド溝を形成することで、ガイド溝が注入口から注入された熱伝導性物質の移動経路をガイドすることで、モジュールハウジングの内部空間に熱伝導性物質が前後方向へ均一に広がるようにすることができる。これによって、セルアセンブリーの複数の二次電池を均一に冷却することができ、バッテリーモジュールの寿命を向上させることができ、製造時において、熱伝導性物質の注入状態のばらつきによる不良率を効果的に減少させることができる。
【００３２】
さらに、本発明の一面によれば、注入口を密閉する栓を備えることで、本発明は、注入口に注入された熱伝導性物質が注入口からさらに外部へ流出されるか、または注入口の外部物質がモジュールハウジングの内部へ流入することを効果的に防止することができる。これによって、バッテリーモジュールの熱伝導性物質が注入口から逆流して外部へ漏れて不良が発生することを防止することができる。また、バッテリーモジュールの内部へ外部物質が流入しないので、バッテリーモジュールの異常作動の発生を防止することができる。
【００３３】
そして、本発明の一面によれば、本発明のバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールを備え、各々のモジュールハウジングの冷媒流路が形成された側壁を相互に連結することで、別の部材を備えなくても各々のバッテリーモジュールの冷媒流路を連結することができ、製造コストを節減することができる。
【００３４】
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】
【００３５】
【図１】従来のバッテリーモジュールを概略的に示す断面図である。
【図２】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３】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セルアセンブリーを概略的に示した斜視図である。
【図４】図２のバッテリーモジュールのＡ領域の一部を拡大して概略的に示した部分正面図である。
【図５】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モジュールハウジングを概略的に示す後方斜視図である。
【図６】図２の線Ｃ−Ｃ’に沿って見たバッテリーモジュールの一部を拡大して概略的に示した部分断面図である。
【図７】図２の線Ｄ−Ｄ’に沿って見たバッテリーモジュールのモジュールハウジングを概略的に示した断面図である。
【図８】本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングの内面を示した断面図である。
【図９】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モジュールハウジングを概略的に示す側面図である。
【図１０】図９の線Ｅ−Ｅ’に沿って見たバッテリーモジュールのモジュールハウジングを概略的に示した部分断面図である。
【図１１】本発明の一実施例による二つ以上のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施例による二つ以上のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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セルアセンブリーを概略的に示した斜視図である。
【００３９】
図２及び図３を参照すれば、本発明によるバッテリーモジュール４００は、セルアセンブリー１００及びモジュールハウジング３００を含み得る。
【００４０】
具体的に、前記セルアセンブリー１００は、複数の二次電池１１０を備え得る。この際、前記二次電池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１１６を備え得る。
【００４１】
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挟んで配置されるように構成され得る。より具体的に、電極組立体は、一つの正極板と一つの負極板がセパレーターと共に巻き取られた巻取型、及び複数の正極板と複数の負極板がセパレーターを挟んで交互に積層された積層型などに分けられる。
【００４２】
また、パウチ外装材１１６は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備えるように構成され得る。このようなパウチ外装材１１６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、アルミニウム薄膜を含んで構成され得る。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。
【００４３】
特に、パウチ外装材１１６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。そして、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には封止部が備えられ、このような封止部が相互に溶着することで、電極組立体が収容された内部空間が密閉され得る。
【００４４】
各々のパウチ型二次電池１１０は電極リード１１１を備え得、このような電極リード１１１には、正極リード及び負極リードが含まれ得る。
【００４５】
より具体的に、電極リード１１１は、パウチ外装材１１６の前方または後方の外周に位置した封止部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、正極の電極リード１１１Ａと負極の電極リード１１１Ｂとが二次電池１１０から前方へ突出するように構成され得る。
【００４６】
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との間における干渉がなくなり、電極リード１１１の面積を増加させることができ、電極リード１１１とバスバー（図示せず）との溶接工程などがより容易になる。
【００４７】
一方、前記複数のパウチ型二次電池１１０は、バッテリーモジュール４００に複数含まれ、少なくとも一方向へ積層されるように配列され得る。例えば、図３に示したように、複数のパウチ型二次電池１１０が上下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Ｂ１が上側及び下側に各々位置し、水平方向に封止部Ｓ１が位置するように地面にほぼ平行に横たえて配置され得る。
【００４８】
一方、本明細書に記載された、前、後、左、右、上、下のように方向を示す用語は、観測者の位置や対象が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、右、左、上、下などの方向を区分して示す。
【００４９】
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が採用可能である。
【００５０】
一方、図１及び図２を参照すれば、前記モジュールハウジング３００は、バッテリーモジュール４００において、外装材の役割を果たすことができる。これによって、前記モジュールハウジング３００は、バッテリーモジュール４００に構造的安定性を付与し、衝撃や異物などのような外部の物理的な要素からセルアセンブリー１００のように内部に収納された構成要素を保護する役割を果たす。このために、前記モジュールハウジング３００は、スチールまたはアルミニウムのような金属材質からなり得る。
【００５１】
特に、アルミニウムを含む金属材質でモジュールハウジング３００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で発生した熱をモジュールハウジング３００の外部へ効果的に放出できる。
【００５２】
また、前記モジュールハウジング３００は、一つ以上の側壁３０１、３０２、３０３、３０４を備え得る。
【００５３】
具体的に、前記側壁３０１、３０２、３０３、３０４は、複数個で構成される場合、相互に連結されている構造であり得る。例えば、前記側壁３０１、３０２、３０３、３０４は、Ｆ方向から見たとき、セルアセンブリー１００を基準にして、上側壁３０１、下側壁３０２、左側壁３０３及び右側壁３０４を備え得、前記側壁３０１、３０２、３０３、３０４は相互に連結された構造であり得る。
【００５４】
そして、前記モジュールハウジング３００は、前記セルアセンブリー１００を収納するように前記側壁３０１、３０２、３０３、３０４によって限定された内部空間が形成され得る。具体的に、前記内部空間は、セルアセンブリー１００の外観形状と対応する内部構造を有し得る。
【００５５】
例えば、図２及び図３に示したように、前記モジュールハウジング３００は、全体形状がほぼ直方体に形成されたセルアセンブリー１００を内部に収容できるよう、前記モジュールハウジング３００の上側壁３０１及び下側壁３０２が左側壁３０３及び右側壁３０４と相互に直角をなすように連結された構造であり得る。
【００５６】
さらに、前記モジュールハウジング３００の上側壁３０１、下側壁３０２、左側壁３０３及び右側壁３０４のうち、一つ以上がセルアセンブリー１００の少なくとも一つ以上の外側面と接するように内部空間が備えられ得る。
【００５７】
即ち、前記モジュールハウジング３００の側壁３０１、３０２、３０３、３０４とセルアセンブリー１００の外面とが直接接触する面積が大きくなるほど、セルアセンブリー１００に生成された熱が効果的にモジュールハウジング３００へ伝導可能になる。例えば、図３に示したように、前記モジュールハウジング３００は、前記セルアセンブリー１００の上面及び下面が上側壁３０１及び下側壁３０２と接するように側壁３０１、３０２、３０３、３０４が形成され得る。
【００５８】
そして、前記モジュールハウジング３００は、前記内部空間が両方向（前後方向）に開放された中空構造の形態で構成され得る。具体的に、前記中空構造は、複数のバッテリーモジュール４００が前後方向へ配列されるとき、バッテリーモジュール４００の配列方向に沿って内部空間が開放された構造を有するように構成され得る。
【００５９】
より具体的に、前記モジュールハウジング３００は、上側壁３０１、下側壁３０２、左側壁３０３及び右側壁３０４が一体化して形成されたモノフレームを含み得る。このようなモノフレームの前記モジュールハウジング３００は、押出成形方式で形成され得る。ここで、一体化した形態とは、鋳造方法などを用いて、一つの本体で構成された形態を意味する。具体的に、前記モジュールハウジング３００は、上側壁３０１、下側壁３０２、左側壁３０３及び右側壁３０４の両端部が相互に連結された構造であり得る。
【００６０】
例えば、図２に示したように、モジュールハウジング３００は、前後方向が開放され、上側壁３０１、下側壁３０２、左側壁３０３及び右側壁３０４の両端部が相互連結された四角の管状で構成され得る。
【００６１】
図４は、図２のバッテリーモジュールのＡ領域の一部を拡大して概略的に示した部分正面図である。
【００６２】
図２と共に図４をさらに参照すれば、前記モジュールハウジング３００の前記側壁３０１、３０２、３０３、３０４には、少なくとも一つ以上の冷媒流路３１０が形成され得る。
【００６３】
具体的に、前記冷媒流路３１０は、冷却水や空気のような冷却用流体（冷媒）が移動するように構成され得る。ここで、前記冷却用流体は、前記モジュールハウジング３００の冷媒流路３１０に連結された別の循環供給装置（図示せず）から循環供給され得る。
【００６４】
さらに、前記冷媒流路３１０は、モジュールハウジング３００の複数の側壁３０１、３０２、３０３、３０４のうち、一つ以上の側壁に少なくとも一つ以上が形成され得る。例えば、図２に示したように、二つの左側壁３０３及び右側壁３０４の各々に、３種の冷媒流路３１０が形成され得る。
【００６５】
但し、各側壁３０１、３０２、３０３、３０４に形成された冷媒流路３１０の数が増加するほど、セルアセンブリー１００の冷却効果は増大するが、冷媒流路３１０が過度に形成される場合、モジュールハウジング３００の耐久性を低下させることがあるので、冷媒流路３１０の数は、モジュールハウジング３００の材質、構成、形態などによって適切に設定することができる。
【００６６】
さらに、前記側壁３０１、３０２、３０３、３０４には、断面が長方形である中空構造の冷媒流路３１０ｃ、断面が曲線及び直線の組み合わせ形態である中空構造の冷媒流路３１０ｂ及び管状の中空構造の冷媒流路３１０ａのうち少なくとも一つ以上が形成され得る。
【００６７】
例えば、図４に示したように、前記モジュールハウジング３００の右側壁３０４には、垂直断面が長方形である中空構造の冷媒流路３１０ｃが４個、垂直断面が曲線及び直線の組み合わせ形態である中空構造の冷媒流路３１０ｂが１２個、及び丸い管状の冷媒流路３１０ａが４個形成され得る。同様に、前記モジュールハウジング３００の左側壁３０３には、前述した冷媒流路３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃが形成され得る。また、前記冷媒流路３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃを相互に区画する区画壁Ｗ１が形成され得る。
【００６８】
そして、前記冷媒流路３１０は、前記モジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４の前後方向における両端部を直線に貫通する構造に形成され得る。さらに、前記冷媒流路３１０は、冷媒が流入する流入口が前記モジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４の前端面に形成され、冷媒が排出される排出口が前記モジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４の後端面に形成され得る。
【００６９】
したがって、本発明のこのような構成によれば、バッテリーモジュール４００で発生した熱を排出するための別のヒートシンク（冷却部材）を備えなくても、セルアセンブリー１００の熱を効果的に排出することができるため、製造コストを節減することができ、バッテリーモジュール４００の体積を減少させることができる。さらに、本発明は、ヒートシンクの構成を省略してもよいので、設置空間をさらに活用することができ、より大きい体積のセルアセンブリーを収納することが可能となり、エネルギー密度を向上させることができる。
【００７０】
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モジュールハウジングを概略的に示す後方斜視図である。
【００７１】
図２と共に図５をさらに参照すれば、前記モジュールハウジング３００の側壁３０１、３０２、３０３、３０４のうち、いずれか一つ以上の外側面には、前記内部空間まで穿孔された少なくとも一つ以上の注入口Ｈ１が形成され得る。具体的に、前記注入口Ｈ１は円形の開口形態であり得る。
【００７２】
また、前記注入口Ｈ１は、熱伝導性物質３２０を前記モジュールハウジング３００の内部に注入するように構成されたノズル５００が挿入されるように形成され得る。この際、ノズル５００の一端部には、熱伝導性物質３２０が供給されるように供給装置と連結された供給ホース５１０が連結され得る。さらに、前記注入口Ｈ１は、上部に位置した前記冷媒流路３１０と下部に位置した冷媒流路３１０との間に位置し得る。そして、前記注入口Ｈ１は、一定の大きさの直径で穿孔された管状を有し得る。
【００７３】
例えば、図２に示したように、前記モジュールハウジング３００の右側壁３０４には、９個の注入口Ｈ１が形成され得る。また、例えば、図５に示したように、前記モジュールハウジング３００の左側壁３０３には、９個の注入口Ｈ１が形成され得る。さらに、図６に示したように、前記モジュールハウジング３００に形成された注入口Ｈ１は、側壁３０４の外側面で前記内部空間まで内側方向へ穿孔された形態であり得る。
【００７４】
さらに、本発明の他の実施例による注入口（図示せず）の内部構造は、前記ノズル５００の外形に対応する形態を有し得る。例えば、ノズル５００の外形が端部方向へ次第に管径が減少する形態を有する場合、前記注入口の内部構造は、内側方向へ次第に管径が減少する管状であり得る。
【００７５】
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記モジュールハウジング３００の注入口Ｈ１の内部構造を前記ノズル５００の外形に対応する形態に形成する場合、前記ノズル５００の外面が前記注入口Ｈ１の内部構造と密着するようにノズル５００が前記注入口Ｈ１に挿入されるので、ノズル５００の噴射圧が前記注入口Ｈ１と前記ノズル５００の外形との間隙から漏れず、前記ノズル５００が一定の注入速度で前記注入口Ｈ１から安定的に熱伝導性物質３２０を注入できるという利点がある。
【００７６】
一方、図１をさらに参照すれば、従来技術においては、バッテリーモジュール（図１の１０）のモジュールハウジング１１の外部にヒートシンク１４が別に備えられる場合、ヒートシンク１４が前記モジュールハウジング１１またはパックトレイ１３の外面に付着される必要があった。しかし、前記モジュールハウジング１１の内部にセルアセンブリーが内蔵された状態で、モジュールハウジング１１の内部に熱伝導性物質を注入するためには、ヒートシンク１４が付着されていないモジュールハウジング１１の他の部位から注入されるしかなかった。これによって、従来技術においては、ヒートシンク１４と前記セルアセンブリーとの熱伝達距離を最小化するように熱伝導性物質を注入しにくかった。
【００７７】
そこで、本発明のこのような構成によれば、前記冷媒流路３１０が形成された側壁３０４に前記注入口Ｈ１を形成することで、前記モジュールハウジング３００の冷媒流路３１０が形成された側壁３０４から内部に熱伝導性物質３２０を注入することが非常に容易になる。これによって、本発明は、前記熱伝導性物質３２０を介して外部へ排出される熱伝達距離を最小化することが非常に容易になる。そして、本発明は、冷却効率を向上させたバッテリーモジュール４００を提供することができる。
【００７８】
図６は、図２の線Ｃ−Ｃ’に沿って見たバッテリーモジュールの一部を拡大して概略的に示した部分断面図である。
【００７９】
図２と共に図６をさらに参照すれば、本発明のバッテリーモジュール４００は、前記モジュールハウジング３００の内部空間に熱伝導性物質３２０をさらに含み得る。また、前記熱伝導性物質３２０は、前記セルアセンブリー１００と前記モジュールハウジング３００の側壁３０４の内面との間に挿入された形態であり得る。
【００８０】
この際、前記セルアセンブリー１００の複数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Ｂ１が上側及び下側に各々位置し、水平方向（左右方向）に封止部Ｓ１が位置するように地面にほぼ平行に横たえた形態で積層され得る。したがって、前記熱伝導性物質３２０は、前記複数の二次電池１１０の水平方向において封止部Ｓ１と前記モジュールハウジング３００の内面との間に挿入された形態であり得る。
【００８１】
即ち、前記熱伝導性物質３２０がパウチ外装材１１６の上下側の広い面Ｂ１に接触する場合における外部への熱伝達効率よりも、前記熱伝導性物質３２０がパウチ外装材１１６の水平方向に位置した封止部Ｓ１に接触する場合における外部への熱伝達効率がさらに高いため、前述したように、前記熱伝導性物質３２０は、前記複数の二次電池１１０の水平方向に位置した封止部Ｓ１と前記モジュールハウジング３００の側壁３０４の内面との間に挿入された形態であることが望ましい。
【００８２】
ここで、前記熱伝導性物質３２０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、前記高分子樹脂は、ポリシロキシサン樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂またはエポキシ樹脂であり得る。
【００８３】
図７は、図２の線Ｄ−Ｄ’に沿って見たバッテリーモジュールのモジュールハウジングを概略的に示した断面図である。
【００８４】
図２と共に図７を参照すれば、前記注入口Ｈ１が形成された側壁３０３、３０４の内側面には、前記側壁３０４の内側方向へ凹んだガイド溝Ｇ１が形成され得る。具体的に、前記ガイド溝Ｇ１は、前記側壁３０４の内側面で前記注入口Ｈ１から注入された熱伝導性物質（図６の３２０）が前記側壁３０４の内側面に沿って前後方向へ移動するように前後方向へ延びた形態であり得る。
【００８５】
例えば、前記ガイド溝Ｇ１は、下方へ傾いた斜線形態で延び得る。または、前記ガイド溝Ｇ１は、曲線で前後方向へ延びた形態であり得る。しかし、前記ガイド溝Ｇ１は、必ずしもこのような形態に限定されることではなく、前記ガイド溝Ｇ１によって熱伝導性物質（図６の３２０）が前後方向へ均一に広がり得る形態であれば、いずれも可能である。例えば、前記ガイド溝Ｇ１は、前記右側壁３０４の内側面に形成された前記注入口Ｈ１から曲線が前後方向へ延びた形態であり得る。
【００８６】
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記モジュールハウジング３００の冷媒流路３１０が形成された側壁３０３、３０４の内側面に前記ガイド溝Ｇ１を形成することで、前記ガイド溝Ｇ１が前記注入口Ｈ１から注入された熱伝導性物質３２０の移動経路をガイドすることで、前記モジュールハウジング３００の内部空間に熱伝導性物質３２０が前後方向へ均一に広がるようにすることができる。これによって、前記セルアセンブリー１００の複数の二次電池１１０を均一に冷却することができ、バッテリーモジュール（図２の４００）の寿命を向上させることができ、製造時において、熱伝導性物質３２０の注入状態のばらつきによる不良率を効果的に減少させることができる。
【００８７】
図８は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールのモジュールハウジングの内面を示した断面図である。
【００８８】
図２と共に、図８を参照すれば、本発明のバッテリーモジュール４００は、前記注入口Ｈ１を内側方向のみに開放する蓋を備えた逆流防止部材３３０をさらに含み得る。また、前記逆流防止部材３３０は、前記側壁３０４の内側面に形成された前記注入口Ｈ１をカバーするように前記側壁３０４の内側面に位置し得る。
【００８９】
例えば、前記逆流防止部材３３０は、前記注入口Ｈ１をカバーする大きさに形成されたカバーフィルム３３１と、前記モジュールハウジング３００の側壁３０４の内側面に前記カバーフィルム３３１を固定する固定部材３３３と、を備え得る。より具体的に、前記固定部材３３３は、接着テープであり得る。
【００９０】
例えば、図８に示したように、前記モジュールハウジング３００の側壁３０４の内側面には、９個の注入口Ｈ１が形成され得る。また、前記９個の注入口Ｈ１の各々には、逆流防止部材３３０が付着され得る。ここで、前記逆流防止部材３３０は、前記注入口Ｈ１を覆うカバーフィルム３３１及び前記カバーフィルム３３１を前記側壁３０４の内側面に固定する固定部材３３３として、接着テープが備えられ得る。
【００９１】
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の一部構成であるモジュールハウジングを概略的に示す側面図である。そして、図１０は、図９の線Ｅ−Ｅ’に沿って見たバッテリーモジュールのモジュールハウジングを概略的に示した部分断面図である。
【００９２】
図２と共に図９及び図１０を参照すれば、前記モジュールハウジング３００の前記注入口Ｈ１には、前記注入口Ｈ１を密閉する栓３４０がさらに備えられ得る。具体的に、前記栓３４０は、前記注入口Ｈ１に注入された熱伝導性物質３２０がさらに前記注入口Ｈ１から外部へ流出するか、または前記注入口Ｈ１に外部物質が前記モジュールハウジング３００の内部へ流入することを防止するように、前記注入口Ｈ１を密閉するように構成され得る。
【００９３】
より具体的に、前記栓３４０は、前記注入口Ｈ１を覆うように円形の平板形態の蓋部３４２と、前記蓋部３４２の内側から内方へ延び、前記注入口Ｈ１の中空構造に挿入される挿入部３４４と、を備え得る。
【００９４】
例えば、図９に示したように、前記モジュールハウジング３００の側壁３０４に形成された９個の注入口Ｈ１の各々には、前記注入口Ｈ１を密閉するように円形の平板形態の蓋部３４２と、前記蓋部３４２の内側から内方へ延び、前記注入口Ｈ１の中空構造に挿入される挿入部３４４と、を備えた栓３４０が９個形成され得る。
【００９５】
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記注入口Ｈ１を密閉する栓３４０を備えることで、本発明は、前記注入口Ｈ１に注入された熱伝導性物質３２０が前記注入口Ｈ１からさらに外部へ流出されるか、または前記注入口Ｈ１の外部物質が前記モジュールハウジング３００の内部へ流入することを効果的に防止することができる。これによって、バッテリーモジュール４００の熱伝導性物質３２０が注入口Ｈ１から逆流して外部へ漏れて不良が発生することを防止することができる。また、バッテリーモジュール４００の内部に外部物質が流入しないので、バッテリーモジュール４００の異常作動の発生を防止することができる。
【００９６】
一方、図２及び図４をさらに参照すれば、前記モジュールハウジング３００の側壁３０１、３０２、３０３、３０４のいずれか一つ以上には、二つ以上の冷媒流路３１０が形成され得る。そして、前記二つ以上の冷媒流路３１０の間には、前記側壁３０４の外側面から内側面まで延びたリブ構造Ｒ１が形成され得る。
【００９７】
具体的に、前記リブ構造Ｒ１は、前記モジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４の各々の外側面から前記側壁３０３、３０４の各々の内側面まで、途切れることなく連続的に連結された部位であり得る。さらに、前記リブ構造Ｒ１は、ブロック形態で前記モジュールハウジング３００の先端部及び後端部まで前後方向へ延びた形態であり得る。そして、前記リブ構造Ｒ１は、上下方向の位置において、前記モジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４に注入口Ｈ１が形成される必要がある位置に形成され得る。即ち、前記リブ構造Ｒ１には、前後方向へ一定の間隔で離隔した少なくとも二つ以上の注入口Ｈ１が形成され得る。
【００９８】
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記モジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４のうち、いずれか一つ以上に形成されたリブ構造Ｒ１は、モジュールハウジング３００の剛性を補強できる。また、前記リブ構造Ｒ１は、前記注入口Ｈ１が形成される側壁部位を確保でき、前記冷媒流路３１０の空間と干渉しないながら適切に注入口Ｈ１を形成できる。これによって、本発明のバッテリーモジュール４００は、モジュールハウジング３００の内部に収容したセルアセンブリーと、前記冷媒流路３１０が形成されたモジュールハウジング３００の側壁との間に熱伝導性物質３２０を均一に挿入することが容易となり、セルアセンブリー１００の冷却効率を効果的に向上させるだけでなく、製造工程の効率を極大化することができる。
【００９９】
図１１は、本発明の一実施例による二つ以上のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。
【０１００】
図１１を参照すれば、本発明によるバッテリーパック６００は、上述した本発明による少なくとも二つ以上のバッテリーモジュール４００、４０１、４０２を含み得る。具体的に、前記二つ以上のバッテリーモジュール４００、４０１、４０２のうち、一つのバッテリーモジュール４００のモジュールハウジング３００の冷媒流路３１０と、他のバッテリーモジュール４０１のモジュールハウジング３００の冷媒流路（図示せず）とを相互に連結することができる。
【０１０１】
即ち、本発明のバッテリーパック６００は、複数のバッテリーモジュール４００の各々の冷媒流路３１０を相互に連結するように、一つのモジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４と、他のモジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４とを相互に接合して連結し得る。この際、モジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４の各々に形成された冷媒流路３１０が、他のモジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４の各々に形成された冷媒流路３１０と、漏水しないように溶接接合され得る。
【０１０２】
例えば、図１１に示したように、本発明のバッテリーパック６００は、二つのバッテリーモジュール４００の各々の冷媒流路３１０を相互に連結するように、一つのモジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４と、他のモジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４とを相互に溶接接合し得る。
【０１０３】
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明のバッテリーパック６００は、複数のバッテリーモジュール４００を備え、各々のモジュールハウジング３００の冷媒流路３１０が形成された側壁３０３、３０４を相互に連結することで、別の部材を備えることなく各々のバッテリーモジュール４００の冷媒流路３１０を連結することができ、製造コストを節減することができる。
【０１０４】
図１２は、本発明の他の実施例による二つ以上のバッテリーモジュールを備えたバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。
【０１０５】
図１２を参照すれば、本発明の他の実施例によるバッテリーパック６００Ｂは、前記二つ以上のバッテリーモジュール４００のうち、一つのバッテリーモジュール４００のモジュールハウジング３００の冷媒流路３１０と他のバッテリーモジュール４００のモジュールハウジング３００の冷媒流路３１０とを相互に連結するように、流路連結部材２２０を別に備え得る。そして、前記流路連結部材２２０は、前記二つ以上のバッテリーモジュール４００、４０１のうち、一つのバッテリーモジュール４００のモジュールハウジング３００と他のバッテリーモジュール４０１のモジュールハウジング３００との間に介在され得る。
【０１０６】
例えば、図１２に示したように、二つのバッテリーモジュール４００の間には、二つの流路連結部材２２０が介在され得る。また、二つの流路連結部材２２０の各々には、前記モジュールハウジング３００の側壁３０３、３０４に形成された冷媒流路３１０と同じ構造の冷媒流路３１０が形成され得る。
【０１０７】
そして、このようなバッテリーパック６００は、バッテリーモジュール４００に加え、セルアセンブリー１００の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ、図示せず）、電流センサー（図示せず）、ヒューズ（図示せず）などをさらに含み得る。
【０１０８】
また、本発明によるバッテリーモジュール４００は、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用することができる。即ち、本発明による自動車は、前記バッテリーモジュール４００を含み得る。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、バッテリーモジュール及びそれを二つ以上を含むバッテリーパックに関する。また、本発明は、前記バッテリーパックを備えた自動車関連産業に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１１０    二次電池
１００    セルアセンブリー
２２０    流路連結部材
３００    モジュールハウジング
３０１、３０２、３０３、３０４    側壁
３１０    冷媒流路
３２０    熱伝導性物質
３３０    逆流防止部材
３４０    栓
４００    バッテリーモジュール
５００    ノズル
６００    バッテリーパック
Ｇ１    ガイド溝
Ｈ１    注入口
Ｒ１    リブ構造
【図１】
2021514535.tif 000003
【図２】
2021514535.tif 000004
【図３】
2021514535.tif 000005
【図４】
2021514535.tif 000006
【図５】
2021514535.tif 000007
【図６】
2021514535.tif 000008
【図７】
2021514535.tif 000009
【図８】
2021514535.tif 000010
【図９】
2021514535.tif 000011
【図１０】
2021514535.tif 000012
【図１１】
2021514535.tif 000013
【図１２】
2021514535.tif 000014
【国際調査報告】
2021514535.tif 000015
2021514535.tif 000016
2021514535.tif 000017
2021514535.tif 000018