(57)【要約】  本発明は、セルアセンブリーの熱バランスを向上させ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、少なくとも三つ以上のバッテリーセルが一方向へ積層されて備えられたセルアセンブリーであって、前記バッテリーセルのうち、バッテリーセルの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルが、外側に位置したバッテリーセルよりも厚い、積層方向の厚さを有するセルアセンブリーと、一つ以上の側壁を備えるモジュールハウジングであって、前記側壁によって限定される内部空間に前記セルアセンブリーを収納するように構成されたモジュールハウジングと、を含む。
2020527848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも三つ以上のバッテリーセルが一方向へ積層されて備えられたセルアセンブリーであって、前記バッテリーセルのうち、前記バッテリーセルの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルが、外側に位置したバッテリーセルよりも厚い、積層方向の厚さを有する、セルアセンブリーと、
一つ以上の側壁を備えるモジュールハウジングであって、前記側壁によって限定される内部空間に前記セルアセンブリーを収納するように構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】
前記バッテリーセルは、前記積層方向において、最外側に位置したバッテリーセルから最内側に位置したバッテリーセルへ進むにつれて前記バッテリーセルの積層方向の厚さが順次に厚くな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３】
前記バッテリーセルのうち、前記積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルが、外側に位置したバッテリーセルよりも大きい、バッテリー容量を有す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】
前記モジュールハウジングの側壁は、前記バッテリーセル同士の間に間隙が発生しないように、前記バッテリーセルを積層方向から内側へ押圧するように構成された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】
前記バッテリーセル同士の間に間隙が発生しないように、前記バッテリーセル同士の接触外面が相互接合された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】
前記バッテリーセル各々の外装ケースが、一体化して相互連結されていることを特徴とする請求項１から５のいずれ一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
前記バッテリーセルの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルの電極リードは、外側に位置したバッテリーセルの電極リードよりも広い、外面積を有する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】
前記バッテリーセルの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルの電極リードは、外側に位置したバッテリーセルの電極リードよりも厚い、バッテリーセルの積層方向の厚さを有す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】
請求項１から請求項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含む、バッテリーパック。
【請求項１０】
請求項９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、多様な大きさの複数のバッテリーセルが備えられた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、バッテリーモジュールに備えられたセルアセンブリーの熱バランスを向上させたバッテリーモジュールに関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年４月４日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００３９２３２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。
【０００４】
このような二次電池は、多様な製品への適用が容易であり、高いエネルギー密度を有する電気的特性を有している。このような二次電池は、携帯用器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに適用されている。
【０００５】
二次電池は化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所のみならず、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で環境にやさしく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目を浴びている。
【０００６】
電気自動車などに適用されるバッテリーパックは、高出力を得るために複数のバッテリーセルを含む複数のバッテリーモジュールを連結した構造を有する。そして、個々のバッテリーセルは電極組立体であって、正極及び負極集電体、セパレーター、活物質、電解液などを含み、構成要素間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。
【０００７】
一方、近来、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まるにつれ、複数の二次電池が直列及び／または並列に接続した複数のバッテリーモジュールに対する需要が増加しつつある。
【０００８】
このようなバッテリーモジュールは、複数の二次電池が狭い空間に密集する形態で製造されるため、各バッテリーセルで発生する熱を外部へ容易に放出することが重要となる。
【０００９】
即ち、二次電池バッテリーの充電または放電の過程は、電気化学的反応によって熱を発生させる。したがって、充放電過程で発生したバッテリーモジュールの熱が効果的に除去されなければ、熱蓄積が起こり得る。また、バッテリーモジュールの劣化が促進され、場合によっては発火または爆発につながることがある。
【００１０】
また、一つのバッテリーモジュールの内部に複数のバッテリーセルが収納された場合、空間的な制約によってバッテリーセルの密集度が非常に高かった。また、バッテリーセルの発熱量は電流の二乗に比例するため、高率放電時、バッタリーセルの温度が急激に上昇する現象が発生しやすかった。特に、バッテリーモジュールの内部に収納されたバッテリーセルの配列構造における内側部位（中心部位）に熱が集中するヒートアイランド現象が発生しやすかった。
【００１１】
このようなヒートアイランド現象が長期的に発生するようになれば、内側部位に位置したバッテリーセルの電池性能が劣り、電気的に並列構造で接続しているバッテリーセルの出力電圧が不均一になる所謂セルインバランス（ｃｅｌｌ  ｉｍｂａｌａｎｃｅ）現象が発生した。これによって、従来技術では高率放電のバッテリーモジュールが長期間高性能を発揮しにくかった。そこで、バッテリーモジュールの性能及び寿命特性を高めるために熱バランスを向上させることができる技術が必要な状況である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セルアセンブリーの熱バランスを向上させたバッテリーモジュールを提供することを目的にする。
【００１３】
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】
【００１４】
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、
少なくとも三つ以上のバッテリーセルが一方向へ積層されて備えられたセルアセンブリーであって、前記バッテリーセルのうち、前記バッテリーセルの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルが、外側に位置したバッテリーセルよりも厚い、積層方向の厚さを有する、セルアセンブリーと、
一つ以上の側壁を備えるモジュールハウジングであって、前記側壁によって限定される内部空間に前記セルアセンブリーを収納するように構成されたモジュールハウジングと、を含み得る。
【００１５】
また、前記バッテリーセルは、前記積層方向において、最外側に位置したバッテリーセルから最内側に位置したバッテリーセルへ進むにつれてバッテリーセルの積層方向の厚さが順次に厚くなり得る。
【００１６】
さらに、前記バッテリーセルのうち、前記積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルが、外側に位置したバッテリーセルよりも大きい、バッテリー容量を有し得る。
【００１７】
そして、前記モジュールハウジングの側壁は、前記バッテリーセル同士の間に間隙が発生しないように、前記バッテリーセルを積層方向から内側へ押圧するように構成され得る。
【００１８】
さらに、前記バッテリーセル同士の間に間隙が発生しないように、前記バッテリーセル同士の接触外面が相互接合され得る。
【００１９】
また、前記バッテリーセル各々の外装ケースが、一体化して相互連結され得る。
【００２０】
また、前記バッテリーセルの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルの電極リードは、外側に位置したバッテリーセルの電極リードよりも広い、外面積を有し得る。
【００２１】
そして、前記バッテリーセルの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセルの電極リードは、外側に位置したバッテリーセルの電極リードよりも厚い、バッテリーセルの積層方向の厚さを有し得る。
【００２２】
さらに、前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含み得る。
【００２３】
そして、前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。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一面によれば、バッテリーセルの積層方向において、内側に位置したバッテリーセルが、外側に位置したバッテリーセルよりも厚い積層方向の厚さを有するように形成することで、セルアセンブリーの内側にバッテリーセル同士の境界面が形成される頻度を減らすことができる。
【００２５】
これによって、セルアセンブリーの中心に位置したバッテリーセルに過度な熱蓄積を防止し、全体バッテリーセルの熱バランスを適切に維持することができ、バッテリーモジュールの性能及び寿命特性を効果的に向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の他面によれば、セルアセンブリーの内側に位置したバッテリーセルの上下方向の高さを残りのバッテリーセルよりも相対的に高く形成することで、内側に位置したバッテリーセルの外面積を効果的に増やすことができ、特に、バッテリーセル同士の接合面ではなく外部に露出した外面の面積を増加させることができることから、積層方向において相対的に外側に位置したバッテリーセルよりも放熱量を増やすことができる。これによって、セルアセンブリーの熱バランスを向上させることができる。
【００２７】
さらに、本発明の他面によれば、モジュールハウジングの内部に弾性部材を備えることで、前記弾性部材が弾力的にセルアセンブリーを押圧でき、これによって、バッテリーセル同士の間における間隙が減り、境界面における熱抵抗を大幅に減少させることができる。これによって、セルアセンブリーの放熱特性を向上させることができ、セル厚さによる熱バランスを向上させることとシナジー効果を発揮できる。
【００２８】
そして、本発明の他面によれば、バッテリーセルの間に接着層を形成することで、バッテリーセル同士の間に間隙が発生せず、境界面の熱抵抗を大幅に減少させることができるだけでなく、バッテリーセルが相互拘束されることで、積層配列が崩れず、外部衝撃によるバッテリーセルの動きを防止することができるので、セルアセンブリーの安定性及び耐久性を向上させることができる。
【００２９】
さらに、本発明の他面によれば、一体型に形成された外装ケースを備えたセルアセンブリーは、バッテリーセル同士の間に間隙が発生しないことで、境界面で発生する熱抵抗を最小化することができる。また、セルアセンブリーの外装ケースの大きさを減らすことができるという利点がある。
【００３０】
また、本発明の他面によれば、セルアセンブリーの内側に位置したバッテリーセルの電極リードの外面を相対的に広く形成することで、内側に位置したバッテリーセルの放熱量を効果的に増加させることができると共に、内側に相対的に厚く形成されたバッテリーセルの放熱効果とシナジー効果とを発揮できる。
【００３１】
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】
【００３２】
【図１】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した斜視図である。
【図２】本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を分離して概略的に示した分離斜視図である。
【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を概略的に示した正面図である。
【図４】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を概略的に示した正面図である。
【図５】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を概略的に示した正面図である。
【図６】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を概略的に示した正面図である。
【図７】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を概略的に示した正面図である。
【図８】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を概略的に示した正面図である。
【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を概略的に示した正面図である。
【図１０】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バッテリーセルを概略的に示した一部平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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、本明細書及び本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。
【００３４】
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。
【００３５】
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した斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの構成を分離して概略的に示した分離斜視図である。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を概略的に示した正面図である。
【００３６】
図１〜図３を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール２００は、セルアセンブリー１００、モジュールハウジング２２０、及びエンドフレーム２３０を含む。
【００３７】
ここで、前記セルアセンブリー１００は、少なくとも三つ以上のバッテリーセル１１０を備え得る。また、前記バッテリーセル１１０は、パウチ型バッテリーセル１１０であり得る。特に、このようなパウチ型バッテリーセル１１０は、電極組立体、電解質及びパウチ外装ケース１１５を備え得る。
【００３８】
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、一つの正極板と一つの負極板と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とがセパレーターを挟んで相互積層されたスタック型などに分けられる。
【００３９】
また、パウチ外装ケース１１５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ケース１１５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するために金属薄膜、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バッテリーセル１１０の内部の構成要素やバッテリーセル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挟まれ得る。
【００４０】
特に、パウチ外装ケース１１５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、電極組立体が収納できる。この際、二つのパウチの外周面には封止部が備えられ、このような封止部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を密閉できる。即ち、前記パウチ外装ケース１１５には、電極組立体及び電解液が収容された収容部１１５ｃが形成され得る。
【００４１】
各々のパウチ型バッテリーセル１１０は、電極リード１１１を備え、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。
【００４２】
より具体的に、電極リード１１１は、パウチ外装ケース１１５の前方または後方の外周縁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、バッテリーセル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がバッテリーセル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がバッテリーセル１１０から後方へ突出するように構成され得る。
【００４３】
したがって、本発明のこのような構成によれば、一つのバッテリーセル１１０において、正極リードと負極リード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、複数の電極リード１１１同士の溶接、または電極リード１１１とバスバー（図示せず）との溶接などをより容易に行うことができる。
【００４４】
また、パウチ型バッテリーセル１１０は、バッテリーモジュール２００に複数個が含まれ、少なくとも一方向へ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、複数のパウチ型バッテリーセル１１０が左右方向へ平行に積層されるように構成され得る。この際、各々のパウチ型バッテリーセル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。即ち、各バッテリーセル１１０は、上下方向へ立てられて構成され得る。
【００４５】
一方、本明細書において、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方向から見ることを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向に区分して示す。
【００４６】
さらに、前記バッテリーセル１１０のうち、バッテリーセル１１０の積層方向Ｗにおいて、内側に位置した一つ以上のバッテリーセル１１０が、外側に位置したバッテリーセル１１０よりも積層方向（左右方向）の厚さＺがさらに厚い。ここで、前記厚さＺの部位は、前記バッテリーセル１１０の電極組立体及び電解液が収容されるバッテリーセル１１０の収容部（図２、１１５ｃ）の左右方向の厚さＺを意味する。
【００４７】
具体的に、前記バッテリーセル１１０のうち、最内側に位置するバッテリーセル１１０となるにつれて、最外側に位置したバッテリーセル１１０よりも左右方向の厚さＺがさらに厚くなっている。そして、前記バッテリーセル１１０のうち、最内側に位置したバッテリーセル１１０の左右方向の厚さＺが最も厚くなっている。
【００４８】
さらに、前記バッテリーセル１１０は、積層方向Ｗを基準として、最外側に位置したバッテリーセル１１０から最内側に位置したバッテリーセル１１０へ進むにつれてバッテリーセル１１０の積層方向Ｗの厚さＺが順次に厚くなり得る。
【００４９】
例えば、図３に示したように、セルアセンブリー１００は、１２個のバッテリーセル１１０を備えている。前記１２個のバッテリーセル１１０のうち、最内側に位置した二つのバッテリーセル１１０ａが、残りのバッテリーセル１１０よりも左右方向の厚さＺがさらに厚く形成されている。
【００５０】
一方、複数のバッテリーセル１１０を備えたバッテリーモジュール２００は、バッテリーセル１１０同士が接触した境界面Ｐで間隙が発生するので、このような境界面Ｐで熱抵抗が発生し得る。
【００５１】
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モジュール２００は、バッテリーセル１１０の積層方向において、内側に位置したバッテリーセル１１０を、外側に位置したバッテリーセル１１０よりも積層方向における厚さＺを厚く形成することで、セルアセンブリー１００の内側にバッテリーセル１１０同士の境界面Ｐが形成される頻度を減らすことができる。即ち、セルアセンブリー１００の外側から内側へ進むにつれて、バッテリーセル１１０同士の境界面Ｐの形成頻度が減少する。
【００５２】
これによって、セルアセンブリー１００の中心に位置したバッテリーセル１１０に過度な熱蓄積を防止し、全体バッテリーセル１１０の熱バランスを適切に維持することができ、バッテリーモジュール２００の性能及び寿命特性を効果的に高めることができる。
【００５３】
さらに、多様な厚さＺの複数のバッテリーセル１１０を備えたセルアセンブリー１００の場合、一つの大きいバッテリーセル１１０で構成されたセルアセンブリー１００と比較して、バッテリーモジュール２００の設計容量の変更時、必要なバッテリーセル１１０を追加するか、不要なバッテリーセル１１０を除去することで容易に設計変更が可能であるという利点がある。
【００５４】
また、多様な厚さＺの複数のバッテリーセル１１０を備えたセルアセンブリー１００の場合、複数のバッテリーセル１１０のうち、不良が発生したバッテリーセル１１０のみを新しいものに入れ替えることで正常化させることができるので、バッテリーモジュール２００のメインテナンスが容易となり、費用を節減することができる。
【００５５】
図２及び図３をさらに参照すれば、前記バッテリーセル１１０のうち、積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセル１１０が、外側に位置したバッテリーセル１１０よりもバッテリー容量がさらに大きい。即ち、内側に位置した一つ以上のバッテリーセル１１０は、外側に位置したバッテリーセル１１０よりも電極組立体及び電解質を収容可能な外装ケース１１５の容量がさらに大きい。言い換えれば、内側に位置したバッテリーセル１１０は、前記外装ケース１１５に収容された電極組立体及び電解質の量も、外側に位置したバッテリーセル１１０よりも多い。
【００５６】
これによって、セルアセンブリー１００の体積当たりのエネルギー容量が、内側部位及び外側部位の両方とも同程度に形成される。
【００５７】
前述したパウチ型バッテリーセル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バッテリーセル（二次電池）が採用可能である。
【００５８】
また、図１及び図２を参照すれば、前記モジュールハウジング２２０は、バッテリーモジュール２００において、外部衝撃から内部構成要素を保護するか、外部の異物が流れ込むことを防止する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２２０は、バッテリーモジュール２００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２２０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。
【００５９】
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２２０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２２０の外部へ効果的に放出できる。
【００６０】
また、前記モジュールハウジング２２０は、一つ以上の側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄを備え得る。
【００６１】
具体的に、前記側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、複数個で構成される場合、相互連結されている構造であり得る。例えば、前記側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、Ｆ方向から見たとき、セルアセンブリー１００を基準として、上側壁２２０ａ、下側壁２２０ｂ、左側壁２２０ｃ及び右側壁２２０ｄを備え得、また、前記側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、相互連結された構造であり得る。
【００６２】
そして、前記モジュールハウジング２２０には、前記セルアセンブリー１００を収納するように前記側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ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。
【００６３】
例えば、図２に示したように、前記モジュールハウジング２２０は、概略全体形状が直方体であるセルアセンブリー１００を内部に収容できるように、前記モジュールハウジング２２０の上側壁２２０ａ及び下側壁２２０ｂが、左側壁２２０ｃ及び右側壁２２０ｄと相互直角をなすように連結された構造であり得る。
【００６４】
さらに、前記モジュールハウジング２２０の上側壁２２０ａ、下側壁２２０ｂ、左側壁２２０ｃ及び右側壁２２０ｄ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側面と接するように内部空間が備えられ得る。即ち、前記モジュールハウジング２２０の側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ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につれて、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２２０へ伝導される。
【００６５】
例えば、図２に示したように、前記モジュールハウジング２２０は、セルアセンブリー１００の上面、下面、左側面及び右側面と接するように、上側壁２２０ａ、下側壁２２０ｂ、左側壁２２０ｃ及び右側壁２２０ｄが形成され得る。
【００６６】
より具体的に、前記モジュールハウジング２２０は、上側壁２２０ａ、下側壁２２０ｂ、左側壁２２０ｃ及び右側壁２２０ｄが一体化した形態に形成されたモノフレームで構成され得る。
【００６７】
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２２０は、上側壁２２０ａ、下側壁２２０ｂ、左側壁２２０ｃ及び右側壁２２０ｄの各端部が相互連結された構造であり得る。
【００６８】
例えば、図２に示したように、モジュールハウジング２２０は、前後方向が開放され、上側壁２２０ａ、下側壁２２０ｂ、左側壁２２０ｃ及び右側壁２２０ｄの両端部が相互連結された四角の管状で構成され得る。
【００６９】
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記モジュールハウジング２２０は、前記セルアセンブリー１００の側面を囲むように形成されることで、バッテリーモジュール２００の充放電時、前記セルアセンブリー１００で生成された熱を効果的に外部へ放熱させることができる。
【００７０】
また、図１及び図２を参照すれば、前記エンドフレーム２３０は、本体フレーム２３２及び接合プレート２３６を備え得る。
【００７１】
ここで、前記本体フレーム２３２は、主壁２３２ａを含み得る。即ち、前記主壁２３２ａは、上下方向へ直立したプレート形状であり得る。また、前記主壁２３２ａには、前記セルアセンブリー１００と外部デバイスとの電気的接続をなすようにモジュール端子（図示せず）が備えられ得る。
【００７２】
そして、前記本体フレーム２３２は、前記主壁２３２ａの外周から前記モジュールハウジング２２０が位置した方向へ延びた一つ以上の側壁２３３を備え得る。
【００７３】
具体的に、前記本体フレーム２３２は、Ｆ方向から見たとき、前記主壁２３２ａの中央を基準として、上側壁２３３ａ、下側壁２３３ｂ、左側壁２３３ｃ、及び右側壁２３３ｄを備え得る。さらに、前記側壁２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｄは、相互連結された構造であり得る。
【００７４】
さらに、前記本体フレーム２３２は、バッテリーモジュール２００において、外部の衝撃から保護する役割を果たすことができる。これによって、前記本体フレーム２３２は、バッテリーモジュール２００に構造的安定性を付与し、衝撃や異物などの外部の他の物理的な要素からセルアセンブリー１００のような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、前記本体フレーム２３２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。
【００７５】
さらに、前記接合プレート２３６は、一側部が前記本体フレーム２３２の側壁２３３に結合固定され得る。即ち、前記接合プレート２３６の上で所定位置の左右方向の線を基準として、前方部位と後方部位とに分けられ、前記接合プレート２３６の前方部または後方部は、前記本体フレーム２３２の側壁２３３の外面に結合固定され得る。
【００７６】
また、前記接合プレート２３６は、前記接合プレート２３６の前方部が前記本体フレーム２３２の側壁２３３の外面に結合固定される場合、後方部は、前記モジュールハウジング２２０の前端部に結合するように構成され得る。逆に、前記接合プレート２３６の後方部が前記本体フレーム２３２の側壁２３３の外面に結合固定される場合、前方部は、前記モジュールハウジング２２０の後端部に結合するように構成され得る。
【００７７】
さらに、前記接合プレート２３６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。
【００７８】
図４は、本発明の他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した正面図である。  
【００７９】
図４を参照すれば、他の一実施例によるバッテリーモジュール２００Ｂは、セルアセンブリー１００Ｂに備えられた少なくとも三つ以上のバッテリーセル１１０のうち、内側に位置したバッテリーセル１１０の上下方向Ｈの高さが、外側に位置したバッテリーセル１１０よりも大きくなるように形成され得る。
【００８０】
例えば、図４に示したように、１２個のバッテリーセル１１０のうち、最内側に位置した二つのバッテリーセル１１０ａが、上下方向Ｈの高さが最も高く形成され得、前記二つのバッテリーセル１１０ａに隣接して位置した４個のバッテリーセル１１０ｂが、二番目に大きい高さに形成され得、外側に位置した６個のバッテリーセル１１０ｃは、上下方向Ｈの高さが最も低く形成され得る。
【００８１】
したがって、本発明のこのような構成によれば、他の一実施例によるバッテリーモジュール２００Ｂは、セルアセンブリー１００Ｂの内側に位置したバッテリーセル１１０の上下方向Ｈの高さを、残りのバッテリーセル１１０よりも相対的に高く形成することで、内側に位置したバッテリーセル１１０の外面積を効果的に増やすことができ、バッテリーセル１１０同士の接合面ではなく、外部に露出した外面の面積を増やすことができるので、積層方向において相対的に外側に位置したバッテリーセル１１０よりも放熱量を増やすことができる。
【００８２】
これによって、セルアセンブリー１００Ｂの中心に位置したバッテリーセル１１０に過度な熱が蓄積されることを防止し、全体バッテリーセル１１０の熱バランスを適切に維持でき、バッテリーモジュール２００Ｂの性能及び寿命特性を効果的に高めることができる。
【００８３】
図５は、本発明のさらに他の一実施例によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した正面図である。
【００８４】
図５を参照すれば、前記モジュールハウジング２２０の側壁２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、前記バッテリーセル１１０同士の間に間隙が発生しないように前記バッテリーセル１１０を積層方向から内側へ押圧するように構成され得る。この際、図５のバッテリーモジュール２００Ｃは、図３のバッテリーモジュール２００と比較して、前記モジュールハウジング２２０のセルアセンブリー１００Ｃを収容する内部空間に弾性部材１３０をさらに備え得る。
【００８５】
具体的に、前記弾性部材１３０は、放熱性に優れており、外圧によって体積が減少または増加する弾性素材を備え得る。例えば、前記弾性部材１３０は、シリコーンパッドであり得る。また、前記弾性部材１３０は、前記複数のバッテリーセル１１０の積層方向における両側端の各々に位置し得る。例えば、図５に示したように、二つの弾性部材１３０が複数のバッテリーセル１１０の左右方向の両側に位置した左側壁２２０ｃ及び右側壁２２０ｄの各々の内面に位置し得る。
【００８６】
したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールハウジング２２０の内部に弾性部材１３０を備えることで、前記弾性部材１３０が弾力的に前記セルアセンブリー１００Ｃを押圧でき、これによって、前記バッテリーセル１１０同士の間における間隙が減り、境界面における熱抵抗を大幅に減少させることができる。
【００８７】
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を概略的に示した正面図である。
【００８８】
図６を参照すれば、さらに他の一実施例によるバッテリーモジュール２００Ｄのセルアセンブリー１００Ｄは、図３のセルアセンブリー１００と比較して、前記バッテリーセル１１０同士の接触外面が相互接合され得る。具体的に、図６のセルアセンブリー１００Ｄの複数のバッテリーセル１１０の間には、前記バッテリーセル１１０同士の間に間隙が発生しないように接着層１１７が形成され得る。
【００８９】
さらに、このような接着層１１７は、放熱性に優れた素材であることが望ましく、例えば、硬化性グリース（ｇｒｅａｓｅ）またはグルー（ｇｌｕｅ）であり得る。しかし、このような接着素材に限定されず、公知の放熱性接着素材を使って接着層１１７を形成してもよい。
【００９０】
したがって、本発明のこのような構成によれば、バッテリーセル１１０の間に接着層１１７を形成することで、バッテリーセル１１０の間に間隙が発生せず、バッテリーセル１１０同士の境界面における熱抵抗を大幅に減少させることができるだけでなく、バッテリーセル１１０が相互拘束されることで積層配列が崩れず、外部衝撃によるバッテリーセル１１０の動きを防止することができるので、セルアセンブリー１００Ｄの安定性及び耐久性を向上させることができる。
【００９１】
図７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を概略的に示した正面図である。
【００９２】
図７を参照すれば、図７のバッテリーモジュール２００Ｅのセルアセンブリー１００Ｅは、図３のセルアセンブリー１００と比較して、前記バッテリーセル１１０の各々の外装ケース１１５が一体化して相互連結された形態であり得る。また、前記バッテリーセル１１０の外装ケース１１５は、相互接触している部位１１５ａが相互連結された形態であり得る。即ち、前記セルアセンブリー１００Ｅに備えられた少なくとも三つ以上のバッテリーセル１１０の外装ケース１１５は、電極組立体及び電解液を収容できる複数の収容部が形成された一体型の外装ケース１１５であり得る。
【００９３】
例えば、図７に示したように、１２個のバッテリーセル１１０の外装ケース１１５は、一体型に形成され得る。即ち、１２個のバッテリーセル１１０は、外装ケース１１５が一体型に形成され得る。
【００９４】
したがって、本発明のこのような構成によれば、一体型に形成された外装ケース１１５を備えたセルアセンブリー１００Ｅは、バッテリーセル１１０同士の間に間隙が存在しないため、境界面で発生する熱抵抗を最小化することができる。また、前記セルアセンブリー１００Ｅの外装ケース１１５の大きさを効果的に減らすことができるという利点がある。
【００９５】
図８は、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を概略的に示した正面図である。
【００９６】
図８を参照すれば、図８のさらに他の実施例によるバッテリーモジュール２００Ｆのセルアセンブリー１００Ｆは、図３のセルアセンブリー１００と比較して、冷却フィン１１９をさらに備え得る。具体的に、前記冷却フィン１１９は、少なくとも三つ以上のバッテリーセル１１０のうち、内側に位置したバッテリーセル１１０と接するように設けられ得る。
【００９７】
また、前記冷却フィン１１９は、多様な大きさを有し得る。例えば、前記バッテリーセル１１０のうち、内側に位置したバッテリーセル１１０と接して位置した冷却フィン１１９ａは、外側に位置したバッテリーセル１１０と接して位置した冷却フィン１１９ｂよりも外面の大きさがさらに大きくてもよい。即ち、内側に位置したバッテリーセル１１０と接して位置した冷却フィン１１９ａは、外側に位置したバッテリーセル１１０と接して位置した冷却フィン１１９ｂよりも放熱量がさらに大きく設定され得る。
【００９８】
さらに、冷却フィン１１９を全てのバッテリーセル１１０に接するように構成するよりは、積層方向における内側に位置したバッテリーセル１１０と接するように構成し得る。これは、冷却フィン１１９の適用個数を減らすことで、バッテリーモジュール２００Ｆの製造コストを節減できるだけではなく、バッテリーモジュール２００Ｆの軽量化を図るのにさらに適合する。
【００９９】
例えば、図８に示したように、セルアセンブリー１００Ｆには、三つの冷却フィン１１９が内側に位置したバッテリーセル１１０の間に設けられ得る。また、前記三つの冷却フィン１１９のうち、中央に位置した冷却フィン１１９ａは、残りの冷却フィン１１９ｂよりも上下方向の長さが長く形成され得る。
【０１００】
したがって、本発明のこのような構成によれば、冷却フィン１１９を内側に位置したバッテリーセル１１０と接するように設ける場合、ヒートアイランド現象が発生しやすい内側に位置したバッテリーセル１１０の放熱量を効果的に増大させることができる。これによって、全体バッテリーセル１１０の熱バランスを適切に維持でき、バッテリーモジュール２００Ｆの性能及び寿命特性を効果的に高めることができる。
【０１０１】
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を概略的に示した正面図である。
【０１０２】
図９を参照すれば、さらに他の実施例によるバッテリーモジュール２００Ｇのセルアセンブリー１００Ｇは、前記バッテリーセル１１０Ｇの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセル１１０Ｇの電極リード１１１ａが、外側に位置したバッテリーセル１１０Ｇの電極リード１１１ｃよりも外面積が広く形成され得る。
【０１０３】
また、前記バッテリーセル１１０Ｇの積層方向において、内側に位置した一つ以上のバッテリーセル１１０Ｇの電極リード１１１ａは、外側に位置したバッテリーセル１１０Ｇの電極リード１１１ｃよりも上下方向が長く形成され得る。
【０１０４】
例えば、図９に示したように、１２個のバッテリーセル１１０Ｇのうち、最内側に位置したバッテリーセル１１０ａの電極リード１１１ａは、外面積が最も広く形成され得る。さらに、前記１２個のバッテリーセル１１０Ｇは、積層方向において、最外側に位置したバッテリーセル１１０ｃから最内側に位置したバッテリーセル１１０ａへ進むにつれて、電極リード１１１の上下方向の長さが順次に長くなり得る。
【０１０５】
具体的に、図９に示したように、１２個のバッテリーセル１１０Ｇのうち、最内側に位置した二つのバッテリーセル１１０ａの電極リード１１１ａの上下方向の長さが最も長く形成され得、前記二つのバッテリーセル１１０ａに隣接して位置した４個のバッテリーセル１１０ｂの電極リード１１１ｂが二番目に長く形成され得、外側に位置した６個のバッテリーセル１１０ｃの電極リード１１１ｃは、上下方向の長さが最も短く形成され得る。
【０１０６】
即ち、電極リード１１１の外面が大きくなるにつれて、バッテリーセル１１０Ｇの放熱量を増やすことができるので、内側に位置したバッテリーセル１１０Ｇで熱蓄積が最も発生しやすいことから、内側に位置したバッテリーセル１１０ａの電極リード１１１ａの外面をさらに広く形成し、発熱量がさらに大きくなるように形成することができる。
【０１０７】
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１００Ｇの内側に位置したバッテリーセル１１０Ｇの電極リード１１１の外面を相対的に広く形成することで、内側に位置したバッテリーセル１１０Ｇの放熱量を効果的に増加させることができるだけでなく、内側に相対的に厚く形成されたバッテリーセル１１０Ｇの放熱効果と共にさらに大きいシナジー効果を発揮できる。
【０１０８】
図１０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バッテリーセルを概略的に示した一部平面図である。
【０１０９】
図１０を参照すれば、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２００Ｈのセルアセンブリー１００Ｈの前記バッテリーセル１１０Ｈの積層方向において、内側（中央）に位置した一つ以上のバッテリーセル１１０Ｈの電極リード１１１ａの厚さＴ１が、外側に位置したバッテリーセル１１０Ｈの電極リード１１１ｃよりも厚く形成され得る。
【０１１０】
例えば、図１０に示したように、１２個のバッテリーセル１１０Ｈの電極リード１１１の積層方向の厚さＴ１が相違し得る。即ち、１２個のバッテリーセル１１０Ｈのうち、最内側に位置した二つのバッテリーセル１１０ａは、０．８ｍｍの厚さＴ１を有し得、残りの内側に隣接した４個のバッテリーセル１１０Ｈの電極リード１１１ｂは、０．６ｍｍの厚さＴ２を有し得、外側に位置した６個のバッテリーセル１１０Ｈの電極リード１１１ｃは、０．４ｍｍの厚さＴ３を有し得る。
【０１１１】
したがって、本発明のこのような構成によれば、内側に位置したバッテリーセル１１０ａの電極リード１１１を、外側に位置したバッテリーセル１１０ｃよりも厚く形成することで、電極リード１１１による放熱量を増大させ、電極リード１１１に発生する電気抵抗熱を減らすことができるので、内側に位置したバッテリーセル１１０Ｈの熱蓄積を効果的に減らすことができる。
【０１１２】
また、本発明によるバッテリーパック（図示せず）は、前記バッテリーモジュール２００を少なくとも一つ以上含み得る。さらに、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、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。
【０１１３】
そして、本発明によるバッテリーパックは、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、本発明によるバッテリーパックを含み得る。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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】
【０１１６】
本発明は、多様な大きさの複数のバッテリーセルが備えられ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。また、本発明は、前記バッテリーパックが備えられた電子デバイスまたは自動車関連産業に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１００    セルアセンブリー
１１０    バッテリーセル、パウチ型バッテリーセル
１１１    電極リード
１１５    外装ケース、パウチ外装ケース
１１７    接着層
１１９    冷却フィン
１３０    弾性部材
２００    バッテリーモジュール
２２０    モジュールハウジング
２３０    エンドフレーム
２３２    本体フレーム
２３３    側壁
２３６    接合プレート
【図１】
2020527848.tif 000003
【図２】
2020527848.tif 000004
【図３】
2020527848.tif 000005
【図４】
2020527848.tif 000006
【図５】
2020527848.tif 000007
【図６】
2020527848.tif 000008
【図７】
2020527848.tif 000009
【図８】
2020527848.tif 000010
【図９】
2020527848.tif 000011
【図１０】
2020527848.tif 000012
【国際調査報告】
2020527848.tif 000013
2020527848.tif 000014
2020527848.tif 000015
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