(57)【要約】【課題】本発明は、電池モジュールに関する。【解決手段】本発明の一実施形態による電池モジュールは、一方向に配列された複数のサブモジュールと、上記複数のサブモジュールの一側に接して上記複数のサブモジュールを冷却する冷却手段と、上記複数のサブモジュールの上記一側に対向する他側に接して上記複数のサブモジュールを加熱する加熱手段と、を含むことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に配列された複数のサブモジュールと、
前記複数のサブモジュールの一側に接して前記複数のサブモジュールを冷却する冷却手段と、
前記複数のサブモジュールの前記一側に対向する他側に接して前記複数のサブモジュールを加熱する加熱手段と、を含むことを特徴とする、電池モジュール。
【請求項２】
前記サブモジュールは、一対の電池セルと、前記一対の電池セルの間に介在する熱伝達部材と、前記一対の電池セル及び熱伝達部材を支持するフレーム部材と、前記フレーム部材に締結されて前記一対の電池セルを覆う一対のパッド部材と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記熱伝達部材は、前記フレーム部材の中央に配置される本体と、前記本体の両先端にそれぞれ連結されて前記フレーム部材の上面及び下面にそれぞれ露出するフランジと、を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記熱伝達部材は、前記フランジの互いに相対する一面の中央と前記本体の先端とが実質的に垂直に連結されて「Ｉ」ビーム構造を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記フレーム部材は、前記上面及び下面の両先端をそれぞれ連結する一対の側面を含んでリング状を有し、
前記熱伝達部材の本体は、前記フレーム部材の中央から前記上面及び下面を横切って延びることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記フランジは、一端面に突出した突起、及び他端面に凹むように陥没した収容溝を有し、前記突起及び収容溝は互いに当てはまる形状を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記突起及び収容溝は前記フランジの長さ方向に沿って延びることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記フランジは、前記本体が連結された一面に陥没した締結溝を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記締結溝は、中央の前記本体を基準に両側に対称を成してそれぞれ配置され、前記フランジの長さ方向に沿って延びることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記複数のサブモジュール、冷却手段、及び加熱手段を支持するハウジングをさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力電池モジュールが開発されている。このような高出力電池モジュールは、高電力を必要とする機器、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の動力源として用いられることができるように複数の電池セルを直列または並列に連結して大容量で実現されている。
【０００３】
このような電池モジュールは、温度に応じて効率及び性能が大きく左右される。例えば、高温で放電をすると、電池モジュールの寿命が著しく低下するという問題が発生する。また、低温では電池モジュールが求める適正温度に達するまで電池モジュールの充電及び放電性能が低下するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、当技術分野では、電池モジュールを必要に応じて選択的に冷却または加熱して適正温度を維持することができるようにする技術が求められている。
【０００５】
但し、本発明の目的はこれに制限されるものではなく、明示的に言及されなくても以下で説明する課題の解決手段または実施形態から把握されることができる目的や効果もこれに含まれると言える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態による電池モジュールは、一方向に配列された複数のサブモジュールと、上記複数のサブモジュールの一側に接して上記複数のサブモジュールを冷却する冷却手段と、上記複数のサブモジュールの上記一側に対向する他側に接して上記複数のサブモジュールを加熱する加熱手段と、を含むことができる。
【０００７】
上記サブモジュールは、一対の電池セルと、上記一対の電池セルの間に介在する熱伝達部材と、上記一対の電池セル及び熱伝達部材を支持するフレーム部材と、上記フレーム部材に締結されて上記一対の電池セルを覆う一対のパッド部材と、を含むことができる。
【０００８】
上記熱伝達部材は、上記フレーム部材の中央に配置される本体と、上記本体の両先端にそれぞれ連結されて上記フレーム部材の上面及び下面にそれぞれ露出するフランジと、を含むことができる。
【０００９】
上記熱伝達部材は、上記フランジの互いに相対する一面の中央と上記本体の先端とが実質的に垂直に連結されて「Ｉ」ビーム構造を有することができる。
【００１０】
上記フレーム部材は、上記上面及び下面の両先端をそれぞれ連結する一対の側面を含んでリング状を有し、上記熱伝達部材の本体は、上記フレーム部材の中央から上記上面及び下面を横切って延びることができる。
【００１１】
上記フランジは、一端面に突出した突起、及び他端面に凹むように陥没した収容溝を有し、上記突起及び収容溝は互いに当てはまる形状を有することができる。
【００１２】
上記突起及び収容溝は上記フランジの長さ方向に沿って延びることができる。
【００１３】
上記フランジは、上記本体が連結された一面に陥没した締結溝を有することができる。
【００１４】
上記締結溝は、中央の上記本体を基準に両側に対称を成してそれぞれ配置され、上記フランジの長さ方向に沿って延びることができる。
【００１５】
上記複数のサブモジュール、冷却手段、及び加熱手段を支持するハウジングをさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一実施形態によると、必要に応じて選択的に冷却または加熱して適正温度を維持することができるようにする電池モジュールが提供されることができる。
【００１７】
本発明の多様且つ有益な長所及び効果は、上述の内容に限定されず、本発明の具体的な実施形態を説明する過程でより容易に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による電池モジュールを概略的に示す分解斜視図である。
【図２】電池モジュールを概略的に示す断面図である。
【図３】図２における「Ａ」部分を拡大した断面図である。
【図４】本実施形態による電池モジュールのサブモジュールを概略的に示す分解斜視図である。
【図５】サブモジュールを概略的に示す断面図である。
【図６】本実施形態によるサブモジュールにおける熱伝達部材を概略的に示す斜視図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。
【００２０】
また、本発明の実施形態は、当技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。本明細書において、「上」、「上部」、「上面」、「下」、「下部」、「下面」、「側面」等の用語は図面を基準にしたもので、実際は素子または構成要素が配置される方向によって異なり得る。
【００２１】
図１〜図３を参照して本発明の一実施形態による電池モジュールを説明する。図１は本発明の一実施形態による電池モジュールを概略的に示す分解斜視図であり、図２は電池モジュールを概略的に示す断面図であり、図３は図２における「Ａ」部分を拡大した断面図である。
【００２２】
図１〜図３を参照すると、本発明の一実施形態による電池モジュール１は、複数のサブモジュール１０、冷却手段２０、及び加熱手段３０を含むことができる。また、上記複数のサブモジュール１０、冷却手段２０、及び加熱手段３０を支持するハウジング４０をさらに含むことができる。
【００２３】
上記複数のサブモジュール１０は、それぞれおおむね六面体状を有し、一方向に配列されることができる。各サブモジュール１０は、充電及び放電が可能なリチウム二次電池またはニッケル−水素二次電池等の二次電池を含むことができる。
【００２４】
図４及び図５には上記サブモジュール１０が概略的に示されている。図４は上記サブモジュールを概略的に示す分解斜視図であり、図５は上記サブモジュールの断面図である。
【００２５】
図４及び図５を参照すると、上記サブモジュール１０は、一対の電池セル１００、上記一対の電池セル１００の間に介在する熱伝達部材２００、上記一対の電池セル１００及び熱伝達部材２００を支持するフレーム部材３００、及び上記フレーム部材３００に締結されて上記一対の電池セル１００を覆う一対のパッド部材４００を含むことができる。
【００２６】
上記電池セル１００は、電池ケース１１０、及び電源連結のために上記電池ケース１１０の外側に延びる電極タブ１２０を含むことができる。上記電極タブ１２０は、上記電池ケース１１０の内部に配置される電極組立体（図示せず）と連結されることができる。
【００２７】
上記電池セル１００は、例えば、ポーチ型（ｐｏｕｃｈｅｄ  ｔｙｐｅ）構造を有することができるが、これに限定されるものではない。例えば、上記電池セル１００は角型構造を有することもできる。本実施形態では、上記電池セル１００がポーチ型構造を有する例を説明する。
【００２８】
上記電池ケース１１０は、例えば、アルミニウムからなる金属層にその表面を絶縁処理して用いられることができる。絶縁処理は、ポリマー樹脂である変性ポリプロピレン、例えば、ＣＰＰ（Ｃａｓｔｅｄ  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）が熱融着層を成して塗布され、その外側面にナイロンまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような樹脂材が形成されて行われることができる。
【００２９】
上記電極タブ１２０は、陽極タブ１２０ａ及び陰極タブ１２０ｂを含み、上記陽極タブ１２０ａ及び陰極タブ１２０ｂは上記電池ケース１１０の互いに対向する両側面にそれぞれ突出して互いに反対方向に延びる構造で配置されることができる。
【００３０】
上記陽極タブ１２０ａ及び陰極タブ１２０ｂは薄い板状の金属からなることができる。例えば、上記陽極タブ１２０ａはアルミニウム（Ａｌ）素材からなり、上記陰極タブ１２０ｂは銅（Ｃｕ）素材からなることができる。
【００３１】
上記熱伝達部材２００は、上記一対の電池セル１００の間に介在し、両側に配置される上記電池セル１００と接することができる。
【００３２】
上記熱伝達部材２００は、四角形状のプレートの構造を有し、上記フレーム部材３００の中央に配置される本体２１０、及び上記本体２１０の両先端にそれぞれ連結されて上記フレーム部材３００の上面３００ａ及び下面３００ｂにそれぞれ露出するフランジ２２０を含むことができる。
【００３３】
図６には上記熱伝達部材２００が概略的に示されている。図６の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ熱伝達部材を概略的に示す斜視図及び断面図である。
【００３４】
図６の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、上記熱伝達部材２００は一対の平行な上記フランジ２２０を上記本体２１０が連結する構造を有することができる。例えば、上記熱伝達部材２００は、上記フランジ２２０の互いに相対する一面の中央と上記本体２１０の先端とが実質的に垂直に連結されて全体的に「Ｉ」ビーム構造を有することができる。
【００３５】
上記フランジ２２０は、一端面に突出した突起２２１、及び上記一端面に対向する他端面に凹むように陥没した収容溝２２２を有することができる。また、上記突起２２１及び収容溝２２２は互いに当てはまる形状を有することができる。ここで、上記フランジ２２０の一端面と他端面は、例えば、長方形状を有する上記フランジ２２０の長さ方向に平行な両側端面に該当することができる。したがって、上記突起２２１及び収容溝２２２は上記フランジ２２０の長さ方向に沿って平行に延びることができる。
【００３６】
図３及び図６（ｂ）を参照すると、上記フランジ２２０は、隣接する他のサブモジュール１０のフランジ２２０と連続してかみ合う構造で連結されることができる。具体的には、いずれか一つのフランジ２２０は、突起２２１が隣接する他のフランジ２２０の収容溝２２２にかみ合うように締結されることができる。このような方式により、複数のサブモジュール１０はそれぞれのフランジ２２０が相互に連続して連結される構造で配列されることができる。
【００３７】
上記フランジ２２０は、上記本体２１０が連結された上記一面に所定の深さで陥没した締結溝２２３を有することができる。上記締結溝２２３は、上記一面の中央の上記本体２１０を基準に両側に対称を成してそれぞれ配置されることができる。また、上記フランジ２２０の長さ方向に沿って延びることができる。
【００３８】
上記熱伝達部材２００は、熱伝導率が高い材質、例えば、金属材質からなることができる。しかし、上記熱伝達部材２００の材質がこれに限定されるものではない。
【００３９】
上記フレーム部材３００は、第１フレーム３１０及び第２フレーム３２０を含み、上記第１フレーム３１０、及び第２フレーム３２０が上記熱伝達部材２００を介して両側から接合した構造を有することができる。
【００４０】
上記フレーム部材３００は、上記上面３００ａ及び下面３００ｂの両先端をそれぞれ連結する一対の側面３００ｃを含んで中央部分が空いている四角のリング状を有することができる。即ち、上記フレーム部材３００は、４つの面が上記電池セル１００の外周部を取り囲む形態になるように構成されることができる。
【００４１】
上記フレーム部材３００の中央には、上記熱伝達部材２００の本体２１０が上記上面３００ａ及び下面３００ｂを横切って延びる構造で配置されることができる。上記フレーム部材３００の上面３００ａ及び下面３００ｂにはそれぞれ上記フランジ２２０が配置されて外部に露出することができる。
【００４２】
上記一対のパッド部材４００は、上記フレーム部材３００の両側にそれぞれ締結されて上記電池セル１００を覆うことができる。
【００４３】
上記パッド部材４００は、上記電池セル１００と面接触して外部から加えられる圧力を上記電池セル１００の全面に均一に分散させることができる。即ち、上記パッド部材４００は、上記電池セル１００を保護するとともに、外部から加えられる衝撃を緩和させる緩衝部材としての機能をすることができる。
【００４４】
上記パッド部材４００は、上記フランジ２２０と接する両端部にそれぞれ係止突起４１０を有することができる。上記係止突起４１０は、上記パッド部材４００の長さ方向に沿って延びることができる。
【００４５】
図５を参照すると、上記係止突起４１０は、上記フレーム部材３００への締結時に上記フランジ２２０の締結溝２２３にそれぞれ結合することができる。
【００４６】
上記一対のパッド部材４００は、内側に配置される上記一対の電池セル１００を保護することができるように堅固な材質からなることができる。
【００４７】
再び、図１及び図２を参照すると、上記冷却手段２０及び加熱手段３０は、上記配列された複数のサブモジュール１０を介して互いに相対する構造で配置されることができる。
【００４８】
上記冷却手段２０は、配列された上記複数のサブモジュール１０の一側、例えば、上側に接して上記複数のサブモジュール１０を冷却させることができる。
【００４９】
図面に示されているように、上記冷却手段２０は、上記複数のサブモジュール１０が配列された状態で上記複数のサブモジュール１０の上部に露出する上記フランジ２２０と接することができる。
【００５０】
上記冷却手段２０は、例えば、循環する冷媒を通じて上記サブモジュール１０を冷却させることができる間接冷却装置を含むことができる。冷媒としては、例えば、水、空気、フロン、アンモニア、二酸化硫黄、塩化メチル等を用いることができる。
【００５１】
上記冷却手段２０と上記複数のサブモジュール１０との間には放熱パッド（図示せず）が必要に応じてさらに介在することができる。
【００５２】
上記加熱手段３０は、配列された上記複数のサブモジュール１０の上記一側に対向する他側、例えば、下側に接して上記複数のサブモジュール１０を加熱することができる。
【００５３】
図面に示されているように、上記加熱手段３０は、上記複数のサブモジュール１０が配列された状態で上記複数のサブモジュール１０の下部に露出する上記フランジ２２０と接することができる。
【００５４】
上記加熱手段３０は、例えば、内部にヒーティングコイルを有するヒータージャケットを含むことができる。
【００５５】
上記加熱手段３０と上記複数のサブモジュール１０との間には熱の均一な拡散のために熱伝導パッド３１が介在することができる。上記熱伝導パッド３１は、選択的に介在することができ、実施形態に応じて省略されることもできる。
【００５６】
上記冷却手段２０及び加熱手段３０は制御部５０と連結されて必要に応じて選択的に作動することができる。即ち、運転者は上記制御部５０を通じて上記冷却手段２０及び加熱手段３０のいずれか一つを選択的に作動させて上記複数のサブモジュール１０を冷却または加熱することができる。
【００５７】
例えば、冬場のように気温が低いため電池モジュール１の温度が適正温度以下に下がった場合は、上記加熱手段３０を作動させて上記複数のサブモジュール１０を加熱することにより電池モジュール１を適正温度まで昇温させることができる。また、夏場のように気温が高いため電池モジュール１の温度が高すぎる場合は、上記冷却手段２０を作動させて上記複数のサブモジュール１０を冷却することにより電池モジュール１を適正温度まで低くすることができる。
【００５８】
上記ハウジング４０は、上記複数のサブモジュール１０、冷却手段２０及び加熱手段３０を支持することができる。上記ハウジング４０は一対のエンドプレート４１及び一対のカバー４２を含むことができる。
【００５９】
上記一対のエンドプレート４１は、一方向、即ち、幅方向に配列された上記複数のサブモジュール１０の幅方向の両側先端にそれぞれ配置されることができる。上記一対のカバー４２は、上記複数のサブモジュール１０の長さ方向の両側先端にそれぞれ配置されることができる。したがって、上記複数のサブモジュール１０は、上記一対のエンドプレート４１及び上記一対のカバー４２によって取り囲まれて支持されることができる。
【００６０】
上記複数のサブモジュール１０はバスバー４３を通じて相互に電気的に連結されることができる。上記バスバー４３は上記複数のサブモジュール１０とカバー４２との間に介在することができる。上記バスバー４３は上記複数のサブモジュール１０の電極タブ１２０と連結されることができる。
【００６１】
上述の通り、本実施形態による電池モジュール１は、サブモジュール１０を上下方向に貫通する「Ｉ」ビーム形状の熱伝達部材２００の両端部がそれぞれ冷却手段２０及び加熱手段３０と連結される構造を有するため、冷却手段２０または加熱手段３０の選択的な駆動を通じて容易に電池モジュール１を冷却または加熱することができる。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
【符号の説明】
【００６３】
１  電池モジュール
１０  サブモジュール
２０  冷却手段
３０  加熱手段
４０  ハウジング
５０  制御部
【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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