以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示のものに限定されない。図面にて様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとする時、これは他の部分の「直上」にある場合のみならず、その中間に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上」にあるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上」にあるというのは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の反対方向に向かって「上」に位置することを意味するわけではない。
さらに、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
また、明細書全体において、「平面上」とする時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。
図5は、本発明の一実施例による電池パックの斜視図である。図6は、図5の電池パックの分解斜視図である。図7は、図5の電池パックの上面を基準として電池モジュールが装着されていることを示す図である。
図5および図6を参照すれば、本発明の一実施例による電池パック1000は、複数の電池モジュール100が装着されている下部パックフレーム1100と、電池モジュール100の上部に位置する上部パックフレーム1200と、下部パックフレーム1100の側面に備えられた少なくとも1つのパックベント部2000とを含む。ここで、下部パックフレーム1100および上部パックフレーム1200は、互いに溶接などの方法で結合されて、電池パック1000の内部を密封させることができる。
電池モジュール100は、複数の電池セルが予め設定された方向に沿って積層された電池セル積層体120と、電池セル積層体120を収納するモジュールフレーム200とを含むことができる。モジュールフレーム200は、上下面(z軸方向および-z軸方向)および両側面(y軸方向および-y軸方向)が一体化された金属板材形状のモノフレームであってもよい。電池セル積層体120は、モジュールフレーム200の内部に装着されて電池モジュール100を構成することができる。ただし、モジュールフレーム200は上述した内容に限定されず、モジュールフレーム200は、上部フレームおよび下部フレームを含むことができる。
下部パックフレーム1100は、側面パックフレーム1150と、下部パックフレーム1100の底面に少なくとも2つ形成されている内部ビーム1110とを含む。ここで、下部パックフレーム1100の底面と少なくとも2つの内部ビーム1110および下部パックフレーム1100の底面と側面パックフレーム1150は、互いに溶接などの方法で結合されていてもよい。
複数の電池モジュール100は、側面パックフレーム1150と少なくとも2つの内部ビーム1110とによって互いに区画される。言い換えれば、複数の電池モジュール100は、側面パックフレーム1150と内部ビーム1110との間の領域、および互いに隣り合う内部ビーム1110の間に位置する領域にそれぞれ配置されていてもよい。より具体的には、電池パック1000において、複数の内部ビーム1110のうち互いに隣接して位置する一対の内部ビーム1110の間に電池モジュール100が配置され、内部ビーム1110と側面パックフレーム1150との間に電池モジュール100が配置されていてもよい。
これによって、複数の電池モジュール100は、少なくとも2つの内部ビーム1110および側面パックフレーム1150によって囲まれていて、各電池モジュール100は外部衝撃から保護できる。
側面パックフレーム1150は、下部パックフレーム1100の底面の周縁に配置され、下部パックフレーム1100の底面から上部に延びていてもよい。より具体的には、側面パックフレーム1150は、下部パックフレーム1100の底面の各周縁から上部に向かって延びていてもよい。
側面パックフレーム1150の上端部は、上部パックフレーム1200と接することができる。この時、側面パックフレーム1150の上端部と上部パックフレーム1200は、互いに溶接などの方法で結合されて、電池パック1000の内部を密封させることができる。
複数の内部ビーム1110は、互いに離隔していてもよい。ここで、互いに隣り合う内部ビーム1110が離隔している距離は、電池モジュール100の大きさと同一であるか、これより大きい。
また、内部ビーム1110の端部は、側面パックフレーム1150の内面1152と接することができる。より具体的には、内部ビーム1110の両端部は、側面パックフレーム1150の内面1152にそれぞれ接することができる。
図7(a)は、図1の従来の電池パックに電池モジュールが装着されていることを示す平面図である。図7(b)は、図5の電池パックに電池モジュールが装着されていることを示す平面図である。
図7(a)を参照すれば、従来の電池パック10は、下部パックフレーム11を区画する内部ビーム13の間に装着される複数の電池モジュール1を含む。この時、内部ビーム13は、x軸方向およびy軸方向に配列されて下部パックフレーム11の内部の空間を区画し、複数の電池モジュール1は、前記空間の間に装着される。この時、電池モジュール1の一端および他端は、下部パックフレーム11の内面および内部ビーム13と当接して位置するか、やや離隔して位置することができる。つまり、内部ビーム13は、図7(a)のように位置することができ、y軸方向に延びて位置する内部ビーム13が含まれることによって、電池パック10の重量が増加しうる。これによって、電池パック10のエネルギー密度は低いという問題点がある。したがって、前記問題点を解決するために、本実施例では、従来の電池モジュール1をサブモジュールとして複数個連結して、図7(b)に示すように、1つの電池モジュール100を形成することができる。
具体的には、図7(b)を参照すれば、本発明の一実施例による電池パック1000は、下部パックフレーム1100を区画する内部ビーム1110の間に装着される複数の電池モジュール100を含む。
電池モジュール100は、上述のように、図7(a)で、x軸方向に配列されている2個の電池モジュール1が連結されたものであってもよい。一例として、本実施例の電池モジュール100は、図7(a)の電池モジュール1を構成するそれぞれの電池セル積層体が電気的に連結されたものであってもよい。つまり、図7(a)の2個の電池モジュール1を構成する2個の電池セル積層体が互いに電気的に連結されたものであってもよい。したがって、本実施例の電池モジュール100は、従来の電池モジュール1に比べてx軸への長さが長い。
上記の内容をまとめると、図7(a)を参照すれば、従来の電池パック10において、内部ビーム13は、x軸およびy軸に配列されて下部パックフレーム1100の内部の空間を区画し、前記空間の間には複数の電池モジュール100が装着される。これに対し、図7(b)を参照すれば、本実施例における電池パック1000は、従来の電池パック10とは異なり、内部ビーム1110がy軸方向には配列されていないことが分かる。これは従来に比べて電池モジュール100の長さ(x軸方向)が増加して、電池モジュール100の長手方向(x軸方向)への一端および他端が、側面パックフレーム1150と当接するか、側面パックフレーム1150と電池モジュール100の端部との間の空間をいっぱいに満たして位置するので、内部ビーム1110が電池モジュール100の長手方向(x軸方向)に垂直な方向(y軸方向)に沿って電池モジュール100を区画する必要がないからである。つまり、上述した電池モジュール100の構造によって、本実施例において、電池パック1000に備えられる内部ビーム1110の個数は従来に比べて減少するので、電池パック1000の重量は減少しながらエネルギー密度は増加することが分かる。
以下、本発明の一実施例による電池モジュール100について詳しく説明する。
図8は、本発明の一実施例による電池モジュールの斜視図である。図9は、図8の電池モジュールの分解斜視図である。
図8および図9を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール100は、従来の電池モジュールに相当するサブモジュールが複数個電気的に連結されて1つの電池モジュール100を形成したものであってもよい。具体的には、本実施例の電池モジュール100は、従来の2個の電池モジュールを構成していたそれぞれの電池セル積層体の一端および他端が電気的に連結されたものであってもよい。
本実施例による電池モジュール100は、複数の電池セル110が積層された電池セル積層体120と、電池セル積層体120を収納するモジュールフレーム200と、電池セル積層体120の前面および/または後面上に位置するバスバー組立体300と、バスバー組立体300の前面および/または後面を覆うシール組立体400と、シール組立体400の前面および/または後面を覆うエンドプレート500とを含む。
まず、電池セル110は、パウチ型電池セルであってもよい。このようなパウチ型電池セルは、樹脂層と金属層とを含むラミネートシートのパウチケースに電極組立体を収納した後、前記パウチケースのシール部を熱融着して形成される。この時、電池セル110は、長方形のシート状構造に形成される。
このような電池セル110は複数個構成され、複数の電池セル110は、相互電気的に連結できるように積層されて電池セル積層体120を形成する。特に、図9に示されているように、y軸方向と平行な方向に沿って複数の電池セル110が積層される。前記のように複数の電池セル110が積層される方向を電池セル積層体120の幅方向と定義することができる。
モジュールフレーム200は、電池セル積層体120およびこれに連結された電装品を外部の物理的衝撃から保護するためのものである。モジュールフレーム200は、電池セル積層体120およびこれに連結された電装品をモジュールフレーム200の内部空間に収容することができる。
モジュールフレーム200の構造は多様である。本実施例によれば、モジュールフレーム200の構造は、モノフレームの構造であってもよい。ここで、モノフレームは、上面、下面および両側面が一体化された金属板材の形状であってもよい。モノフレームは、押出成形で製造される。
ただし、モジュールフレーム200の構造はこれに限定されるものではなく、他の例として、モジュールフレーム200は、U字状フレームと上部プレートとが結合された構造であってもよい。この場合、U字状フレームは、モジュールフレーム200の下面および両側面が結合されるか、一体化されて形成される。この時、U字状フレームを構成するそれぞれのフレームまたはプレートは、プレス成形で製造される。また、モジュールフレーム200の構造は、モノフレームまたはU字状フレームのほか、L状フレームの構造で提供されてもよいし、上述した例において説明していない多様な構造で提供されてもよい。
モジュールフレーム200は、電池セル積層体120の長手方向(x軸方向)に沿って前後面が開放された形態で提供される。この場合、電池セル積層体120の前面および後面は、モジュールフレーム200によって遮られない。電池セル積層体120の前面および後面は、バスバー組立体300、シール組立体400またはエンドプレート500などによって遮られ、これによって電池セル積層体120の前面および後面は外部の物理的衝撃などから保護できる。
バスバー組立体300は、後述するバスバーフレーム310と、バスバーフレーム310の一面上に装着されたバスバー330とを含む。バスバー組立体300は、モジュールフレーム200の開放された第1側(x軸方向)と第2側(-x軸方向)に位置して電池セル積層体120をカバーするように形成される。バスバー組立体300は、電池セル積層体120を構成する電池セル110を直列または並列に電気的連結可能である。
バスバー組立体300は、バスバーフレーム310と、バスバー330と、ターミナルバスバー340とを含むことができ、これについては後述する。
シール組立体400は、モジュールフレーム200の開放された第1側(x軸方向)と第2側(-x軸方向)に位置して電池セル積層体120をカバーするように形成される。モジュールフレーム200の開放された第1側に位置するシール組立体400は、第1シール組立体410であり、モジュールフレーム200の開放された第2側に位置するシール組立体400は、第2シール組立体450であってもよい。
シール組立体400は、モジュールフレーム200の開放された第1側および第2側を外部環境と分離することができる。具体的には、シール組立体400は、後述するモジュールフレーム200の内部に冷媒が注入される場合、前記冷媒が外部に漏液しないように密封する役割を果たすことができる。
シール組立体400は、シールカバーと冷媒が流入するインレット421およびアウトレット461を含むことができる。具体的には、冷媒は、インレット421を通してモジュールフレーム200の内部に流入した後、アウトレット461を通して電池モジュール100の外部に排出される。冷媒は、モジュールフレーム200の内部に装着された電池セル積層体120とその他の電装品、およびバスバー組立体300と直接的に接触しつつ、これらから発生した熱を受けることができる。エンドプレート500は、モジュールフレーム200の開放された第1側(x軸方向)と第2側(-x軸方向)に位置してシール組立体400をカバーするように形成される。モジュールフレーム200の開放された第1側に位置するエンドプレート500は、第1エンドプレート510であり、モジュールフレーム200の開放された第2側に位置するエンドプレート500は、第2エンドプレート550であってもよい。
このようなエンドプレート500は、外部の衝撃から電池セル積層体120およびその他の電装品を物理的に保護できる。
図10は、冷媒が電池モジュール内に位置することを示す透視図である。
図10を参照すれば、本実施例による電池モジュール100において、冷媒Cは、インレット421を通してモジュールフレーム200の内部に流入した後、アウトレット461を通して電池モジュール100の外部に排出される。この時、冷媒Cは、流体であってもよい。ただし、冷媒Cは、電池モジュール100内で冷媒と電池セル積層体120とその他の電装品、およびバスバー組立体300と直接的に接触するので、電気的に絶縁される必要がある。したがって、冷媒Cは、絶縁性を有する素材であってもよい。一例として、冷媒Cは、絶縁油であってもよい。
上述のように、冷媒Cは、電池モジュール100内で発熱する電池セル積層体120とその他の電装品、およびバスバー組立体300と直接的に接触して熱を受けながら、直接的にこれらを冷却することができる。したがって、従来のように、ヒートシンクなどを用いて間接的に電池モジュールを冷却することに比べて、冷却効率が向上可能であり、これによって電池の寿命が延びることができる。
以下、本実施例の電池モジュール100を構成するそれぞれのサブ電池モジュールについてより詳しく説明する。
図11は、図8のモジュールフレームを除いた電池モジュールの斜視図である。図12は、本発明の一実施例による電池モジュールを構成するサブモジュールの斜視図である。図13は、図12のサブモジュールの分解図である。図14は、図10をx軸から眺めた断面図である。図15は、図11にサイドプレートが追加された電池モジュールの斜視図である。図16は、図15の電池モジュールの分解斜視図である。図17は、図15がモジュールフレーム内に挿入されることを示す図である。
図11~図17を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール100は、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bを含むことができる。具体的には、電池モジュール100は、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bが電気的に結合されたものであってもよい。
第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bはそれぞれ、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体120と、電池セル積層体120と電気的に連結されたバスバー330および電池セル積層体120を少なくとも一側からカバーするバスバーフレーム310を含むバスバー組立体300とを含むことができる。
つまり、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bは、それぞれ同一の構成を含み、以下、第1サブモジュール100aを中心に説明する。
図12および図13を参照すれば、第1サブモジュール100aは、電池セル110が複数個積層された第1電池セル積層体120aと、第1電池セル積層体120aの前面(x軸方向)および後面(-x軸方向)をカバーする第1バスバー組立体300aと、第1バスバー組立体300aと電気的に連結される第1フレキシブル印刷回路基板(Flexible Printed Circuit Boardd、FPCB)350aとを含む。
第1電池セル積層体120aは、複数の第1電池セル110aと、複数の第1電池セル110aの間に位置する第1冷却フィン210aと、第1最外電池セル110aの一面に備えられる第1圧縮パッド250aとを含む。
第1冷却フィン210aは、複数の第1電池セル110aの間に位置することができる。例えば、第1冷却フィン210aは、2個の第1電池セル110aごとに位置することができる。具体的には、1つの第1冷却フィン210aと隣り合う他の第1冷却フィン210aは、2個の第1電池セル110aを挟んで位置することができる。
第1冷却フィン210aは、第1電池セル110aの一側面と接する第1プレート211aを含むことができる。ここで、第1電池セル110aの一側面は、第1電池セル110aの長手方向(x軸方向)に沿って延びた電池セル110の一面であってもよい。
第1プレート211aの一面は、第1プレート211aの一面に対向する第1電池セル110aの一側面と接することができる。第1プレート211aの他面は、第1プレート211aの他面に対向して隣り合う他の第1電池セル110aの一面と接することができる。この場合、本図面に示されないが、第1電池セル110aの側面と第1プレート211aとの間には接着部材が介在していて、第1電池セル110aと第1プレート211aは、接着固定される。例えば、前記接着部材は、絶縁テープであってもよい。
第1プレート211aの上面(z軸方向)は、図17のモジュールフレーム200の上面(z軸方向)と接することができ、第1プレート211aの下面は、図17のモジュールフレーム200の下面(-z軸方向)と接することができる。したがって、第1冷却フィン210aは、モジュールフレーム200内で固定されて位置することができ、これによって、第1冷却フィン210aに接着された第1電池セル110aも、モジュールフレーム200内で固定されて位置することができる。
第1プレート211aの大きさは、第1電池セル110aの大きさより大きい。つまり、第1プレート211aの高さ(z軸方向)は、第1電池セル110aの高さより大きい。この場合、第1電池セル110aは、第1プレート211a上に付着して、モジュールフレーム200と接することなく、モジュールフレーム200の内部に浮いているように位置することができる。具体的には、第1電池セル110aの上部および下部は、モジュールフレーム200の上部および下部から一定の高さを有しかつ、第1プレート211aに接して位置することができる。より具体的には、第1プレート211aの高さ(z軸方向)が第1電池セル110aの高さ(z軸方向)より高い場合、第1電池セル110aは、第1プレート211aの中心部に位置しながら接着固定される。
第1冷却フィン210aは、第1プレート211aと、第1プレート211aの一端部が突出した第1突出部213aとをさらに含むことができる。具体的には、図13を参照すれば、第1冷却フィン210aは、第1電池セル110aの一側面に対応するか、これより大きい面を有する第1プレート211aと、第1プレート211aの一端部から第1電池セル積層体120aの積層方向(y軸方向)と平行に突出した第1突出部213aとを含むことができる。
第1突出部213aは、第1プレート211aと垂直な方向に突出した一領域であってもよい。第1突出部213aは、第1電池セル積層体の積層方向と平行に突出して延びた一領域であってもよい。第1突出部213aは、モジュールフレーム200の上面および/または下面と接することができる。具体的には、第1突出部213aの一面は、第1電池セル110aの上部または下部に対向して位置することができ、第1突出部213aの他面は、モジュールフレーム200の下面または上面と接することができる。例えば、第1冷却フィン210aは、L形状であってもよい。これによって、第1冷却フィン210aがモジュールフレーム200内でより強固に固定されて位置することができる。
より具体的には、第1突出部213aの一面は、第1電池セル110aに対向して位置することができる。つまり、第1突出部213aの一面は、第1電池セル110aの上部に対向して位置し、第1電池セル110aの上部および下部は、モジュールフレーム200の上面および下面から一定の高さを有しかつ、第1プレート211aと接着固定されて位置することができる。言い換えれば、モジュールフレーム200の上面と第1電池セル110aの上部との間、およびモジュールフレーム200の下面と第1電池セル110aの下部との間には一定の空間が備えられ、前記空間に冷媒Cが移動できる。この場合、モジュールフレーム200の上面と第1電池セル110aの上部との間の距離は、モジュールフレーム200の下面と第1電池セル110aの下部との間の距離に対応できる。
第1突出部213aの他面は、モジュールフレーム200の上面と接することができる。具体的には、第1突出部213aの他面は、モジュールフレーム200の上面と接して接着固定され、これによって、第1冷却フィン210aは、モジュールフレーム200内でより強固に固定されて位置することができる。図13および図14では、冷却フィン210aの突出部213aがモジュールフレーム200の上面と第1電池セル110aの上部との間に位置することを基準として説明したが、第1冷却フィン210aの突出部は、モジュールフレーム200の下面と第1電池セル110aの下部との間に位置してもよい。
ただし、第1冷却フィン210aの形状は本図面に限定されるものではなく、平らな板形状であってもよく、突出部が第1冷却フィン210aの上下部にすべて位置してもよい。つまり、第1冷却フィン210aの形状は、第1電池セル110aと接して第1電池セル110aを固定できればいかなる形状でも可能である。
第1冷却フィン210aは、金属であってもよい。具体的には、第1冷却フィン210aは、熱伝導性が高い金属であってもよい。したがって、第1冷却フィン210aは、電池の充放電によって第1電池セル110aから発生する熱を直接的に受けることができる。熱が発生すると、第1電池セル110aの側面と接する第1冷却フィン210aに熱が伝達されながら第1電池セル110aが一次的に冷却され、冷媒Cが第1電池セル110aの上部および下部と直接接触して二次的に冷却される。これによって、従来相対的に冷却が容易でなかった電池セルの上部周縁および下部周縁領域に対しても直接的な冷却が可能で、電池の冷却効率が向上できる。
第1圧縮パッド250aは、第1電池セル積層体120aの最外に位置することができる。第1圧縮パッド250aは、充放電によって第1電池セル110aがスウェリングされる場合、スウェリングを吸収する役割を果たすことができる。具体的には、第1圧縮パッド250aは、第1電池セル110aがスウェリングされながらモジュールフレーム200の側面部(y軸方向および-y軸方向)を押し出すことによって、第1電池セル110aの電池ケースが壊れるのを防止して、電池モジュール100の安全性を向上させることができる。
ただし、第1圧縮パッド250aは、第1電池セル積層体120aの最外にのみ位置することに限定されるものではなく、第1電池セル積層体120aを構成する第1電池セル110aの間にも位置することができる。
第1バスバー組立体300aは、第1バスバーフレーム310aと、第1バスバーフレーム310aに装着される第1バスバー330aとを含む。
第1バスバーフレーム310aは、第1電池セル積層体120aのx軸方向による前面および/または後面上に位置して、第1電池セル積層体120aの前面および/または後面をカバーすると同時に、第1電池セル積層体120aと外部機器との連結を案内するためのものである。第1バスバーフレーム310aは、第1電池セル積層体120aの前面(x軸方向)および後面(-x軸方向)上に位置することができる。第1バスバーフレーム310aには第1バスバー330aが装着される。具体例として、図11および図15を参照すれば、第1バスバーフレーム310aの内面は、第1電池セル積層体120aの前面(x軸方向)および後面(-x軸方向)に連結され、第1バスバーフレーム310aの外面は、第1バスバー330aに連結される。
第1バスバーフレーム310aは、電気的に絶縁の素材を含むことができる。第1バスバーフレーム310aは、第1バスバー330aが電極リード(図示せず)と接合された部分のほか、第1電池セル110aの他の部分と接触することを制限することができ、電気的短絡が発生するのを防止することができる。
第1バスバー330aは、第1バスバーフレーム310aの一面上に装着され、第1電池セル積層体120aまたは第1電池セル110aと外部機器回路とを電気的に連結するためのものである。第1バスバー330aは、第1バスバーフレーム310a上に位置し、このような第1バスバー組立体300aは、後述するシール組立体400およびエンドプレート500からカバーされるので、外部の衝撃などから保護でき、外部の水分や異物などによる耐久性の低下が最小化できる。
第1バスバー330aは、第1電池セル110aの電極リードを介して第1電池セル積層体120aと電気的に連結可能である。具体的には、第1電池セル110aの電極リードは、第1バスバーフレーム310aに形成されたスリットを通過した後、曲がって第1バスバー330aに連結される。第1バスバー330aによって第1電池セル積層体120aを構成する第1電池セル110aが直列または並列に連結される。
第1フレキシブル印刷回路基板350aは、第1電池セル積層体120aの長手方向(x軸方向)に延びて装着されて第1電池セル110aをセンシングするように構成される。つまり、図12および図13に示しているように、第1フレキシブル印刷回路基板350aは、第1電池セル積層体120aの上部(z軸方向)に載置されながら第1電池セル110aの電気的、熱的データをセンシングすることができる。また、第1フレキシブル印刷回路基板350aは、第1電池セル積層体120aの端部から第1バスバーフレーム310aに向かって屈曲しながら第1バスバー330aと電気的に連結される。
このような構成を含む第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bは、互いに電気的に連結されて1つの電池モジュール100を形成する。
図11、図15および図16を参照すれば、本実施例による電池モジュール100は、第1サブモジュール100aと第2サブモジュール100bとが電池セルの長手方向(x軸方向)に沿って互いに電気的に連結されて形成される。具体的には、第1サブモジュール100aの他端部に位置した第1バスバー組立体300aと、第2サブモジュール100bの一端部に位置した第2バスバー組立体300bとが電気的に連結されて、本実施例による電池モジュール100を形成することができる。この場合、図16を参照すれば、第1バスバー組立体300aと第2バスバー組立体300bは、連結ケーブル380によって電気的に連結可能である。連結ケーブル380については、図18を参照してより詳しく後述する。
図15および図16を参照すれば、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bが電気的に連結されて形成された1つの電池モジュール100の両側面にはサイドプレート230が備えられる。
サイドプレート230は、電池モジュール100の長手方向(x軸方向)に沿って延びた板であってもよい。具体的には、サイドプレート230の長さは、電池モジュール100の長さに対応できる。また、サイドプレート230の長さは、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bの長さの合計に対応できる。ここで、長さが対応するとの意味は、電池モジュールの長さと同一であるか、同一の値から10%前後の誤差範囲内にあることを意味することができる。
サイドプレート230は、電池モジュール100を構成する第1サブモジュール100aの第1最外電池セル110aおよび第2サブモジュール100bの第2最外電池セル110bに対向して位置することができる。また、サイドプレート230は、電池モジュール100を構成する第1サブモジュール100aの第1圧縮パッド250aおよび第2サブモジュール100bの第2圧縮パッド250bに対向して位置することができる。
サイドプレート230は、剛性を有する金属であってもよい。サイドプレート230は、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bがモジュールフレーム200内に挿入装着される時、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bの第1最外電池セル110aおよび第2最外電池セル110bや第1圧縮パッド250aおよび第2圧縮パッド250bを保護する役割を果たすことができる。
また、本実施例の電池モジュール100を構成する第1最外電池セル積層体120aおよび第2最外電池セル積層体120bは、一般的な電池セル積層体より長さが長いので、モジュールフレーム200に挿入して組立てることが容易でない。この場合、図15~図17を参照すれば、サイドプレート230は、本実施例の電池モジュール100を構成する電池セル積層体120がモジュールフレーム200に挿入されることをガイドして、電池セル110ならびに第1圧縮パッド250aおよび第2圧縮パッド250bの損傷なく容易に電池モジュールを組立てるようにする。
図18は、図11のA1領域の内部を示す図である。図19は、図11のA2領域を示す図である。
図18を参照すれば、第1サブモジュール100aと第2サブモジュール100bとの間には連結ケーブル380が備えられて、これによって第1サブモジュール100aと第2サブモジュール100bとが電気的に連結可能である。連結ケーブル380は、フレキシブルフラットケーブル(Flexible Flat Cable;FFC)であってもよい。
連結ケーブル380は、第1サブモジュール100aに位置した第1フレキシブル印刷回路基板350aと、第2サブモジュール100bに位置した第2フレキシブル印刷回路基板350bとを連結することができる。この時、第1フレキシブル印刷回路基板350aが位置する第1バスバーフレーム310aと、第2フレキシブル印刷回路基板350bが位置する第2バスバーフレーム310bは、それぞれ絶縁物質で構成されていて、第1サブモジュール100aと第2サブモジュール100bとを電気的に連結するバスバー330や連結ケーブル380、フレキシブル印刷回路基板350を除いた他の構成を絶縁させることができる。
前記のように、連結ケーブル380を介して第1フレキシブル印刷回路基板350aと第2フレキシブル印刷回路基板350bとを連結することによって、別の追加的な構成なしに単純にケーブルでのみ第1電池セル積層体120aと第2電池セル積層体120bとを電気的に連結可能で、電池モジュール100の全体的な体積を減少させることができる。したがって、電池のエネルギー密度が増加し、電池の空間活用率が向上できる。また、電池モジュール100の設置空間を確保し、自動車のようなデバイスに電池モジュール100を設ける場合、走行性能および燃費を向上させることができる。
図19を参照すれば、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bは、電極リード130が互いに連結されることによって電気的に連結可能である。具体的には、第1サブモジュール100aの第1電極リード130aと第2サブモジュール100bの第2電極リード130bは、互いに重なって電気的に連結される。この場合、第1電極リード130aと第2電極リード130bは、互いに隣接したバスバー330とともに接して電気的に連結される。つまり、第1電極リード130a、第2電極リード130bおよびバスバー330は、互いに溶接されて電気的に連結可能である。
ここで、互いに電気的に連結される第1電極リード130aと第2電極リード130bは、それぞれ第1サブモジュール100aと第2サブモジュール100bの最外電池セルから突出した電極リードであってもよい。図11および図19を参照すれば、第1電極リード130aと第2電極リード130bは、電池モジュール100の他側(-x軸方向)および一側(x軸方向)で互いに連結されたことを示しているが、これに限定されるものではない。
具体的には、本図面において、第1サブモジュール100aの最外電池セルから他側(-x軸方向)に突出した第1電極リード130aと、第2サブモジュール100bの最外電池セルから一側(x軸方向)に突出した第2電極リード130bとはそれぞれ対応しながら、互いに電気的に連結されていてもよい。この場合、第1電極リード130aと第2電極リード130bは、互いに極性が異なっていてもよい。
第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bの間を電気的に連結しない電極リードは、その他の電装品や電池パックに連結される。つまり、第1サブモジュール100aの一側(x軸方向)に突出した第1電極リード130aと、第2サブモジュール100bの他側(-x軸方向)に突出した第2電極リード130bは、その他の電装品や電池パックと電気的に連結されて位置することができる。
前記のように、第1サブモジュール100aと第2サブモジュール100bとが電気的に連結されている場合、電極リードの電気的連結関係および電流の移動経路について、以下、詳しく説明する。
図20は、電池モジュールにおける電流の移動経路を示す図である。
図20を参照すれば、電気的に連結された第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bにおいて、x軸方向に延びた端部を一端部と定義し、-x軸方向に延びた端部を他端部と定義し、第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bが電気的に連結される領域を連結領域A3と定義することができる。以下、前記一端部、他端部および連結領域A3における電極リードの連結構造と電流の流れについて詳しく説明する。
第1サブモジュール100aの一端部に位置する第1最外電極リード130a1およびこれに隣接して位置する第1電極リード130a6は、外部と電気的に連結されて第1サブモジュール100aおよび第2サブモジュール100bに電流を供給することができる。この場合、電流は外部から第1サブモジュール100aに供給されるが、連結領域A3において第1電極リード130aと第2電極リード130bとが電気的に連結されるので、電流は第2サブモジュール100bにも流れることができる。
連結領域A3において、第1サブモジュール100aの第1電池セル積層体120aにおける積層方向(y軸方向)を基準として最外に位置する第1電極リード130a2、130a3と、第2サブモジュール100bの第2電池セル積層体120bにおける積層方向(y軸方向)を基準として最外に位置する第2電極リード130b1、130b5は、互いに電気的に連結されている。具体的には、第1サブモジュール100aの他端部に位置した最外の第1電極リード130a2、130a3は、第2サブモジュール100bの一端部に位置した最外の第2電極リード130b1、130b5と電気的に連結されている。
この場合、連結領域A3において最外の第1電極リード130a2、130a3および最外の第2電極リード130b1、130b5を除いた電極リードは、それぞれ隣り合う電極リードと電気的に連結される。より具体的には、第1サブモジュール100aの他端部において、最外の第1電極リード130a2、130a3を除いた第1電極リードは、隣り合う第1電極リードと対をなして電気的に連結される。第2サブモジュール100bの一端部においても、これと同様に、最外の第2電極リード130b1、130b5を除いた第2電極リードは、隣り合う第2電極リードと対をなして電気的に連結される。
連結領域A3を除いた第1サブモジュール100aの一端部では、外部の電源と電気的に連結された第1最外電極リード130a1およびこれに隣接した第1電極リード130a6を除いた残りの第1電極リードは、互いに電気的に連結可能である。一例として、隣接した第1電極リードは、対をなして電気的に連結される。
連結領域A3を除いた第2サブモジュール100bの他端部では、隣接した第2電極リードは、互いに電気的に連結可能である。一例として、隣接した第2電極リードは、対をなして電気的に連結される。ここでは、第2サブモジュール100bの第2最外電極リード130b2、130b4も、これに隣接した第2電極リードと対をなして電気的に連結される。
上述のように、第1電極リード130aおよび第2電極リード130bの電気的連結が形成された場合、電流は、このような第1電極リード130aおよび第2電極リード130bの電気的連結により移動できる。
つまり、本図面における矢印は、電流の流れを意味するのである。ただし、電流の流れは、本図面において説明するように限定されるものではなく、通常の技術者が電極リードの電気的連結を変更して容易に電流の流れを変更すればいなかるものでも可能である。
図21は、本発明の一実施例による第1シール組立体がモジュールフレームの一側に装着されることを示す斜視図である。
図21を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール100は、モジュールフレーム200の開放された一側に装着される第1シール組立体410を含むことができる。具体的には、本実施例による電池モジュール100において、電池セル積層体と電気的に連結されたバスバー組立体300は、モジュールフレーム200の開放された一側に位置することができ、第1シール組立体410は、バスバー組立体300を覆って装着される。
第1シール組立体410は、モジュールフレーム200の開放された一側をカバーする第1シールカバー420と、第1シールカバー420に形成されたホールであるインレット421と、第1シールカバー420の一領域に装着されるモジュールコネクタ430とを含むことができる。
第1シールカバー420は、モジュールフレーム200の開放された一側をカバーする板で、モジュールフレーム200の開放された一側部の大きさに対応する大きさを有することができる。つまり、第1シールカバー420は、モジュールフレーム200の開放された一面を覆って、モジュールフレーム200に装着される。一例として、第1シールカバー420は、モジュールフレーム200と嵌合される。
インレット421は、電池モジュール100内に冷媒を流入する構成であってもよい。インレット421は、第1シール組立体410の一領域に形成されたホールであってもよい。インレット421は、第1シールカバー420の外面(x軸方向)に第1シールカバー420から突出した突出部を含むホールであってもよい。つまり、インレット421は、モジュールフレーム200が配置されている領域の反対方向に突出した突出部を含むホールであってもよい。前記突出部は、後述する第1エンドプレート510に形成されたインレット開口部540を貫通して位置することができる。
インレット421は、第1シール組立体410の上部より下部(-z軸方向)に近く位置することができる。具体的には、インレット421は、第1シール組立体410の高さ(z軸方向)を基準として、中心部より下部に位置することができる。これは、モジュールフレーム200の内部に冷媒が流入した後、冷媒がモジュールフレーム200の内部で下部から上部まで空き空間なしに満たされることによって、モジュールフレーム200の内部に位置する電池セル積層体およびその他の電装品などの冷却性能を向上させるためである。
ただし、インレット421は、後に説明するアウトレット461と同一の線上に位置してもよい。例えば、インレット421は、第1シール組立体410の下部より上部に近く位置してもよい。この場合、モジュールフレーム200の内部に冷媒が流入した後、冷媒がモジュールフレーム200の下部から上部まで空き空間なしに満たされ、以後、アウトレット461を通して外部に排出される。
モジュールコネクタ430は、電池セルの過電圧、過電流、過発熱などの現象を検出し、当該現象を制御するものであってもよい。モジュールコネクタ430は、LV(Low voltage)連結のためのもので、ここで、LV連結は、電池セルの電圧などを検知し制御するためのセンシング連結を意味することができる。モジュールコネクタ430を介して電池セルの電圧情報および温度情報が外部BMS(Battery Management System)に伝達される。
モジュールコネクタ430は、第1シールカバー420に装着される。この時、モジュールコネクタ430は、結合部材440を介して第1シールカバー420と結合されて装着される。モジュールコネクタ430の少なくとも一部は、後述する第1エンドプレート510の外部に露出し、第1エンドプレート510にはそのためのモジュールコネクタ開口部530が備えられる。
第1シール組立体410にはターミナルバスバー340が備えられる。ターミナルバスバー340は、第1ターミナルバスバー341および第2ターミナルバスバー343を含むことができ、第1ターミナルバスバー341と第2ターミナルバスバー343は、極性が互いに異なっていてもよい。
ターミナルバスバー340は、バスバーと電気的に連結されて、1つの電池モジュール100を他の電池モジュール100と電気的に連結するためのものである。1つの電池モジュール100を外部の他の電池モジュール100と連結するために、ターミナルバスバー340の少なくとも一部は、後述する第1エンドプレート510の外部に露出し、第1エンドプレート510にはそのためのターミナルバスバー開口部520が備えられる。
ターミナルバスバー340は、第1シールカバー420の外面に突出した突出部345をさらに含むことができる。突出部345は、後述するターミナルバスバー開口部520を介して電池モジュール100の外部に露出することができる。ターミナルバスバー340は、ターミナルバスバー開口部520を介して露出した突出部345を介して他の電池モジュール100やBDU(Battery Disconnect Unit)に連結され、これらとHV(High voltage)連結を形成することができる。
図22は、図21の第1シール組立体が組立てられる過程を示す図である。図22(a)は、第1シールカバーにモジュールコネクタが結合されることを示す図である。図22(b)は、第1シールカバーにセンシングユニットが結合されることを示す図である。図22(c)は、第1シールカバーにモジュールコネクタとセンシングユニットとがすべて結合されたことを示す図である。
図22を参照すれば、第1シール組立体410の一面にはモジュールコネクタ430が装着され、第1シール組立体410の他面にはセンシングユニット360が装着されて、モジュールコネクタ430とセンシングユニット360とが互いに電気的に連結可能である。
図22(a)を参照すれば、第1シールカバー420の一面にはモジュールコネクタ430が装着される。具体的には、モジュールコネクタ430は、第1シールカバー420の外面420aに装着される。第1シールカバー420の外面420aは、後述する第1エンドプレート510(図24参照)に対向する面で、モジュールフレーム200(図21参照)に対向しない面であってもよい。
モジュールコネクタ430は、第1シールカバー420の外面420aの一領域である第4領域A4に装着されて位置することができる。第4領域A4は、モジュールコネクタ430の大きさに対応する一領域で、第4領域A4の中央部には第1シールカバー420を貫通するホールが備えられ、第4領域A4の頂点には結合部材440が装着できる溝が備えられる。この場合、モジュールコネクタ430の頂点には結合部材440が備えられ、結合部材440は、第4領域A4の溝に対応する領域に位置することができる。したがって、結合部材440は、第4領域A4の溝と結合され、これによって、モジュールコネクタ430は、第4領域A4に装着される。
結合部材440は、モジュールコネクタ430を第4領域A4に結合および固定させるものであればいずれでも可能であり、一例として、ボルトとナットまたはリベットなどであってもよい。
図22(b)および図22(c)を参照すれば、第1シールカバー420の他面にはセンシングユニット360が装着される。具体的には、センシングユニット360は、第1シールカバー420の内面420bに装着される。第1シールカバー420の内面420bは、モジュールフレーム200(図21参照)に対向する面で、後述する第1エンドプレート510(図24参照)に対向しない面であってもよい。
センシングユニット360は、センシング印刷回路基板361と、センシング印刷回路基板361と電気的に連結されたセンシングケーブル363とを含むことができる。センシング印刷回路基板361は、モジュールコネクタ430と電気的に連結される。センシング印刷回路基板361は、モジュールコネクタ430に対応する一領域に位置することができる。具体的には、センシング印刷回路基板361は、第4領域A4に位置することができる。センシング印刷回路基板361は、第4領域A4のホールを介してモジュールコネクタ430と電気的に連結されて位置することができる。
センシングケーブル363は、センシング印刷回路基板361と電気的に連結されたケーブルで、ケーブル連結部363aおよびケーブル延長部363bを含むことができる。
ケーブル連結部363aは、センシング印刷回路基板361に連結され、第1シールカバー420の内面420bと接して位置することができる。ケーブル連結部363aは、第1シールカバー420の内面420bと接して固定されて位置して、電池モジュール100内で任意に動かず、部品の損傷を起こさない。
具体的には、ケーブル連結部363aは、センシング印刷回路基板361から第1シールカバー420の下部まで延びて位置し、第1シールカバー420の下部から折曲されて延びることができる。この時、第1シールカバー420の下部から折曲されてケーブル連結部363aから延びた部分をケーブル延長部363bと定義することができる。
ケーブル延長部363bは、バスバー組立体に位置するフレキシブル印刷回路基板350と電気的に連結可能であり、これについては、図22で後述する。
図23は、図21の第1シール組立体がモジュールフレームの一面に装着される過程を示す図である。図23(a)は、センシングケーブルがフレキシブル印刷回路基板と電気的に連結されることを示す図である。図23(b)は、第1シール組立体がモジュールフレームと結合することを示す図である。図23(c)は、第1シール組立体とモジュールフレームとをシールすることを示す図である。
図22(c)および23(a)を参照すれば、センシングケーブル363は、バスバー組立体に位置するフレキシブル印刷回路基板350と電気的に連結可能である。この場合、センシングケーブル363は、フレキシブル印刷回路基板350から取得された電池セルの電圧情報および温度情報などをセンシング印刷回路基板361に伝達することができる。この場合、センシング印刷回路基板361は、フレキシブル印刷回路基板350から取得された電池セルの情報などをモジュールコネクタ430に伝達することができる。つまり、センシングユニット360は、フレキシブル印刷回路基板350から取得された電池セルのデータをモジュールコネクタ430に伝達することができる。
したがって、モジュールコネクタ430は、フレキシブル印刷回路基板350とセンシングユニット360から取得されたデータをBMS(Battery Management System)に伝送することができ、BMSは、収集された電圧データに基づいて電池セルの充電と放電を制御することができる。
図23(a)および図23(b)を参照すれば、第1シールカバー420は、モジュールフレーム200の開放された一面を覆って、モジュールフレーム200に装着される。一例として、第1シールカバー420は、モジュールフレーム200と嵌合される。この場合、第1シールカバー420の周縁は、モジュールフレーム200と結合する方向に向かって一部突出する突出部を含むことができる。この時、第1シールカバー420と結合するモジュールフレーム200の周縁は、第1シールカバー420の周縁の突出部が嵌められるように段差が形成される。よって、第1シールカバー420とモジュールフレーム200とは嵌合される。
図23(c)を参照すれば、第1シールカバー420とモジュールフレーム200の開放された一側とが互いに結合されると、第1シールカバー420とモジュールフレーム200の周縁に沿って第1シール部材610が介在できる。第1シールカバー420とモジュールフレーム200との結合時、組立公差によってこれらの間に微細な隙間が生じることがあり、当該隙間を第1シール部材610で密封して電池モジュール100のシール力を向上させるためである。したがって、電池モジュール100の内部に位置する冷媒の漏液を防止し、電池モジュール100の内部で発生するガスの漏出も防止しかつ、ガスの排出方向も制御可能で、電池モジュール100の安全性が向上できる。第1シール部材610を示すために外部に露出するもので、図23(c)に示したが、第1シール部材610は、モジュールフレーム200と第1シールカバー420との間に介在できる。
この場合、第1シール部材610は、例えば、接着テープであってもよい。
本図面に示されないが、第1シール組立体410がモジュールフレーム200と結合し、第1シール部材610に周縁がシールされた後、第1シール組立体410に存在する他の隙間は、第2シール部材620(図25および図26参照)で密封できる。つまり、第2シール部材620は、モジュールフレーム200と第1シール組立体410との間の領域のうち、第1シール部材610でシールされた領域を除いた領域に位置する隙間を埋めて位置することができる。これは、第1シール部材610でシールできない第1シール組立体410の周縁以外の部分に対して第2シール部材620を用いてシールするもので、電池モジュール100の密封力をより向上させるためである。第2シール部材620については、図25および図26でより詳しく説明する。
図24は、本発明の一実施例による第1エンドプレートが第1シール組立体に装着されることを示す分解斜視図である。
図24を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール100において、第1エンドプレート510は、第1シール組立体410を覆って位置することができる。
第1エンドプレート510は、ターミナルバスバー開口部520と、モジュールコネクタ開口部530と、インレット開口部540とを含むことができる。
ターミナルバスバー開口部520は、第1エンドプレート510に備えられた開口部である。具体的には、ターミナルバスバー開口部520は、第1シール組立体410に備えられるターミナルバスバー340の位置に対応する領域に形成された開口部であってもよい。
ターミナルバスバー開口部520は、第1エンドプレート510から電池モジュール100の外部に向かって突出した突出部で、前記突出部の上面(z軸方向)のみ開放された構成であってもよい。つまり、本図面には示されないが、ターミナルバスバー開口部520は、z軸方向に露出し、これによって前記突出部が外部に露出することができる。この場合、前記突出部の上面にターミナルバスバー340の一部が外部に露出することができる。
ターミナルバスバー開口部520の大きさは、主にターミナルバスバー340の周りの大きさによって決定可能である。しかし、組立の容易性のために、または製造工程上の理由によって、ターミナルバスバー開口部520の大きさは、ターミナルバスバー340の露出部分の大きさより大きく、この時、ターミナルバスバー開口部520と外部に露出するターミナルバスバー340との間にはギャップが発生できる。
モジュールコネクタ開口部530およびインレット開口部540は、第1エンドプレート510に備えられた開口部で、第1エンドプレート510を貫通するホールである。具体的には、モジュールコネクタ開口部530は、第1シール組立体410に備えられるモジュールコネクタ430の位置に対応する領域に形成された開口部であり、インレット開口部540は、第1シール組立体410に備えられるインレット421の位置に対応する領域に形成された開口部であってもよい。この場合、モジュールコネクタ430は、モジュールコネクタ開口部530を通過して位置し、インレット421は、インレット開口部540を通過して位置することによって、モジュールコネクタ430およびインレット421の少なくとも一部が外部に露出することができる。
モジュールコネクタ開口部530とインレット開口部540の大きさは、主にモジュールコネクタ430およびインレット421の周りの大きさによって決定可能である。しかし、組立の容易性のために、または製造工程上の理由によって、モジュールコネクタ開口部530とインレット開口部540の大きさは、モジュールコネクタ430とインレット421の露出部分の大きさより大きく、この時、モジュールコネクタ開口部530とインレット開口部540の外部に露出するモジュールコネクタ430とインレット421との間にはギャップが発生できる。
ターミナルバスバー340およびモジュールコネクタ430は、ターミナルバスバー開口部520とモジュールコネクタ開口部530を介してそれぞれ外部に露出することによって、外部電装品とHV連結およびLV連結が容易に行われる。したがって、組立工程の効率が向上できる。
インレット421は、インレット開口部540を介して電池モジュール100の外部に露出するので、冷媒がインレット421を通してモジュールフレーム200の内部に注入される時、冷媒が第1シール組立体410と第1エンドプレート510との間に漏液するのを防止することができる。したがって、冷媒が外部との電気的連結を行うターミナルバスバー340やモジュールコネクタ430と接しない。つまり、前記構成間の短絡が起こらず、電池モジュール100の安全性が向上できる。
第1エンドプレート510と第1シール組立体410との間には第3シール部材630が介在できる。
第3シール部材630は、第1シール組立体410の周縁または第1エンドプレート510の周縁に対応する形状であってもよい。第3シール部材630は、第1シール組立体410の周縁または第1エンドプレート510の周縁に対応するように塗布された後、硬化する樹脂であってもよい。具体的には、第3シール部材630は、第1シール組立体410の周縁に沿って形成された溝である第1溝411に塗布され、第1シール組立体410と第1エンドプレート510とが結合された後、硬化できる。一例として、第3シール部材630は、エポキシ(epoxy)樹脂であってもよい。
つまり、第3シール部材630が第1シール組立体410と第1エンドプレート510との間に介在することによって、第1シール組立体410と第1エンドプレート510は、組立公差によって形成される隙間なく結合可能である。
したがって、電池モジュール100の密封力が向上して電池モジュール100内に位置する冷媒の漏液を防止して、電池モジュール100の冷却性能が向上できる。また、電池モジュール100内で、一定の温度および圧力以上で発生するベントガスも隙間を通して外部に排出されないようにしつつベント方向を調節可能で、電池モジュール100の安全性が向上できる。
ただし、第3シール部材630の種類および形成方法は上述した内容に限定されるものではなく、弾性部材で形成されるガスケットのような形態であってもよいし、第1シール組立体410と第1エンドプレート510とをシールする役割を果たすものであればいずれも可能である。
図25は、第1シール組立体に装着された第1エンドプレートを図24の-x軸方向から眺めた図である。図26は、図25のB-B’に沿ったA5領域を示す図である。
図25および図26を参照すれば、第1シール組立体410の周縁に沿って第1シール部材610と第3シール部材630が位置し、第1シール組立体410の一領域に第2シール部材620が位置することが分かる。
第2シール部材620に関連して、図26を参照すれば、第2シール部材620は、第1シール組立体410の周縁領域を除いた一領域に位置することができる。つまり、第2シール部材620は、第1シール部材610と第3シール部材630がカバーできない第1シール組立体410の残りの領域を密封することができる。具体的には、第2シール部材620は、第1シール組立体410で隙間がある一領域をシールすることができる。ただし、第2シール部材620が位置する領域は、本図面に示された領域に限定されるものではない。例えば、第2シール部材620は、モジュールコネクタ430が結合される第1シール組立体410の一領域のうち隙間がある一部分をシールしてもよい。
これによって、第1シール組立体410の周縁部分のほか、追加的に隙間が位置する部分も第2シール部材620によって密封されるので、電池モジュール100の密封力が向上して電池モジュール100の内部に位置する冷媒の漏液が防止されて、電池モジュール100の冷却性能が向上できる。また、一定の温度および圧力以上で電池モジュール100の内部で発生するガスが、第1シール組立体410および第1エンドプレート510の隙間の間に排出されないので、電池モジュール100の安全性が向上できる。
図27は、本発明の一実施例による第2シール組立体がモジュールフレームの他面に装着されることを示す図である。
図27を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール100は、モジュールフレーム200の開放された他面に装着される第2シール組立体450を含むことができる。具体的には、本実施例による電池モジュール100において、電池セル積層体と電気的に連結されたバスバー組立体は、モジュールフレーム200の開放された他側に位置することができ、第2シール組立体450は、バスバー組立体を覆って装着される。
第2シール組立体450は、モジュールフレーム200の開放された他面をカバーする第2シールカバー460と、第2シールカバー460に形成されたホールであるアウトレット461とを含むことができる。
第2シールカバー460は、モジュールフレーム200の開放された他面をカバーする板で、モジュールフレーム200の開放された他面の大きさに対応する大きさを有することができる。ここで、大きさが対応するとの意味は、モジュールフレーム200の開放された他側の大きさと同一であるか、同一の値を基準として10%前後の誤差範囲内にあることを意味することができる。つまり、第2シールカバー460は、モジュールフレーム200の開放された他側を覆って、モジュールフレーム200に装着される。一例として、第2シールカバー460は、モジュールフレーム200と嵌合される。
アウトレット461は、インレットを通して電池モジュール100内に流入する冷媒を電池モジュール100外へ排出することができる。
アウトレット461は、第2シールカバー460の一領域に形成されたホールであってもよい。アウトレット461は、第2シールカバー460の外面(-x軸方向)に突出した突出部を含むホールであってもよい。つまり、アウトレット461は、モジュールフレーム200の反対方向に突出した突出部を含むホールであってもよい。前記突出部は、後述する第2エンドプレート550に形成されたアウトレット開口部560を貫通して位置することができる。
アウトレット461は、第2シール組立体450の上部(z軸方向)に近く位置することができる。具体的には、アウトレット461は、第2シール組立体450の高さを基準として、中心部より上に位置することができる。ただし、アウトレット461の位置はこれに限定されるものではないが、図20で説明したインレット421よりは高い位置に備えられる。
具体的には、アウトレット461は、インレット421の位置より高い位置に備えられる。あるいは、アウトレット461は、インレット421と同一線上に備えられるが、この場合、インレット421およびアウトレット461は、すべて第1シールカバー420と第2シールカバー460の中央部より上側(z軸方向)に位置することができる。これは、モジュールフレーム200の内部に冷媒が流入した後、冷媒がモジュールフレーム200の下部から上部まで空き空間なしに満たされた後、アウトレット461を通して外部に排出されるようにするためである。もし、インレット421とアウトレット461が第1シールカバー420と第2シールカバー460の中央部より下側(-z軸方向)に位置する場合、冷媒がモジュールフレーム200の内部に流入するとしても、電池セル積層体およびその他の電装品とすべて接することができず、冷却効率が低下するはずである。
このため、インレット421とアウトレット461が同一線上に位置する場合であれば、すべて第1シールカバー420と第2シールカバー460の上部に位置することが好ましく、インレット421とアウトレット461が同一線上に位置しない場合であれば、インレット421は、アウトレット461より低い位置に備えられることが好ましい。
第2シール組立体450とモジュールフレーム200の開放された他側とが互いに結合されると、第2シールカバー460とモジュールフレーム200の周縁に沿って第1シール部材610が介在できる。これは第2シールカバー460とモジュールフレーム200との結合時、組立公差によってこれらの間に微細な隙間が生じることがあり、当該隙間をシール部材600で密封して電池モジュール100のシール力を向上させるためである。したがって、電池モジュール100の内部に位置する冷媒の漏液を防止し、電池モジュール100の内部で発生するベントガスの漏出も防止しかつ、ガスの排出方向もコントロール可能で、電池モジュール100の安全性が向上できる。
この場合、第1シール部材610は、例えば、接着テープであってもよい。
本図面に示されないが、第2シール組立体450がモジュールフレーム200と結合し、第1シール部材610で周縁がシールされた後、第2シール組立体450上に存在する隙間は、第2シール部材620(図29参照)で密封される。これは、第1シール部材610でシールできない第2シール組立体450の周縁以外の部分に対して第2シール部材620を用いてシールするもので、電池モジュール100の密封力をより向上させるためである。第2シール部材620については、図29でより詳しく説明する。
図28は、本発明の一実施例による第2エンドプレートが第2シール組立体に装着されることを示す分解斜視図である。
図28を参照すれば、本発明の一実施例による電池モジュール100において、第2エンドプレート550は、第2シール組立体450を覆って位置することができる。
第2エンドプレート550は、アウトレット開口部560を含むことができる。
アウトレット開口部560は、第2エンドプレート550に備えられた開口部で、第2エンドプレート550を貫通するホールである。具体的には、アウトレット開口部560は、第2シール組立体450に備えられるアウトレット461の位置に対応する領域に形成される開口部であってもよい。この場合、アウトレット461は、アウトレット開口部560を通過して位置することによって、アウトレット461の少なくとも一部が外部に露出することができる。
アウトレット開口部560の大きさは、主にアウトレット461の周りの大きさによって決定可能である。しかし、組立の容易性のために、または製造工程上の理由によって、アウトレット開口部560の大きさは、アウトレット461の露出部分の大きさより大きく、この時、アウトレット開口部560の外部に露出するアウトレット461の間にはギャップが発生できる。
アウトレット461は、アウトレット開口部560を介して電池モジュール100の外部に露出するので、モジュールフレーム200の内部に位置する冷媒がアウトレット461を通して排出される時、冷媒が第2シール組立体450と第2エンドプレート550との間に漏液するのを防止することができる。したがって、冷媒がその他の電装品と接しないので短絡が起こらず、電池モジュール100の安全性が向上できる。
第2シール組立体450と第2エンドプレート550との間には第3シール部材630が介在できる。
第3シール部材630は、第2シール組立体450の周縁または第2エンドプレート550の周縁に対応する形状であってもよい。第3シール部材630は、第2シール組立体450の周縁または第2エンドプレート550の周縁に対応するように塗布された後、硬化する樹脂であってもよい。具体的には、第3シール部材630は、第2シール組立体450の周縁に沿って形成された溝である第2溝451に塗布され、第2シール組立体450と第2エンドプレート550とが結合された後、硬化できる。一例として、第3シール部材630は、エポキシ(epoxy)樹脂であってもよい。
つまり、第3シール部材630が第2シール組立体450と第2エンドプレート550との間に介在することによって、第2シール組立体450と第2エンドプレート550は、組立公差によって形成される隙間なく結合可能である。
したがって、電池モジュール100の密封力が向上して電池モジュール100内に位置する冷媒の漏液が防止されることによって、電池の冷却性能が向上できる。また、電池モジュール100内で、一定の温度および圧力以上で発生するベントガスも隙間を通して外部に排出されないようにしつつベント方向を調節可能で、電池モジュール100の安全性が向上できる。
第3シール部材630の種類および形成方法は上述した内容に限定されるものではなく、弾性部材で形成されるガスケットのような形態であってもよいし、第2シール組立体450と第2エンドプレート550とをシールする役割を果たすものであればいずれも可能である。
図29は、第2シール組立体に装着された第2エンドプレートを図28の-x軸方向から眺めた図である。図30は、図29のC-C’に沿ったA6領域を示す図である。
図29および図30を参照すれば、第2シール組立体450の周縁に沿って第1シール部材610と第3シール部材630が位置し、第2シール組立体450の一領域に第2シール部材620が位置することが分かる。
第2シール部材620に関連して、図30を参照すれば、第2シール部材620は、第2シール組立体450の周縁領域を除いた一領域に位置することができる。つまり、第2シール部材620は、第1シール部材610と第3シール部材630がカバーできない第2シール組立体450の残りの領域を密封することができる。具体的には、第2シール部材620は、第1シール組立体410で隙間がある一領域をシールすることができる。ただし、第2シール部材620が位置する領域は本図面に示された領域に限定されるものではない。
これによって、第2シール組立体450の周縁部分のほか、追加的に隙間が位置する部分も第2シール部材620によって密封されるので、電池モジュール100の密封力が向上して電池モジュール100の内部に位置する冷媒の漏液が防止されて、電池モジュール100の冷却性能が向上できる。また、一定の温度および圧力以上で電池モジュール100の内部で発生するガスが、第2シール組立体450および第2エンドプレート550の隙間の間に排出されないので、電池モジュール100の安全性が向上できる。
図31は、本発明の他の実施例による第2シール組立体の分解斜視図である。図32は、図31を-y軸方向から眺めた時の図である。
図31および図32を参照すれば、本発明の他の実施例による第2シール組立体450は、アウトレット461およびモジュールベント部470をさらに含むことができる。アウトレット461は、上述した内容と同一であるので、以下、モジュールベント部470について重点的に説明する。
モジュールベント部470は、一定の温度および圧力以上で電池モジュール100の内部で発生するガスを外部に排出させることができる。具体的には、モジュールベント部470は、電池モジュール100の内部のガスは外部に排出させながら、電池モジュール100の内部の冷媒は漏液しないようにする。
モジュールベント部470は、第2シールカバー460の一領域に備えられる。モジュールベント部470は、ベントホール471と、メンブレン473と、固定カバー475と、ベント突出部477とを含むことができる。
ベントホール471は、電池モジュール100の内部で発生するガスが外部に移動する通路であってもよい。ベントホール471は、第2シールカバー460の一領域に備えられる少なくとも1つ以上のホールであってもよい。ベントホール471は、図33で後述するモジュール連結部472と構造的に連結可能であり、これについては、図33で詳しく説明する。
メンブレン473は、電池モジュール100の内部に位置するガスをベントホール471を通して外部に排出できるが、冷媒は外部に漏液しないようにする膜であってもよい。
メンブレン473は、第2シールカバー460の内面460bと固定カバー475との間に位置することができる。メンブレン473は、第2シールカバー460の内面460bと接して位置することができる。この場合、メンブレン473の一面は、第2シールカバー460の内面460bと接して固定されて位置することができ、メンブレン473の他面は、固定カバー475の一面と接して固定されて位置することができる。
固定カバー475は、電池モジュール100の内部に位置するガスと冷媒を一次的に通過させることができる。固定カバー475は、電池セル積層体と最も隣接して位置することができる。
固定カバー475は、メンブレンと接して位置することができる。具体的には、固定カバー475の一面は、メンブレン473の他面と接着されて固定される。この場合、固定カバー475の大きさは、メンブレン473の大きさに対応するか、またはメンブレン473の大きさより大きい。
固定カバー475は、平らな板にホールが備えられた形態であってもよい。ただし、固定カバー475の周縁領域にはホールが位置しない。
電池モジュールの内部でガスが発生した場合、ガスは、固定カバー475のホールを通してメンブレン473を通過して外部に排出される。具体的には、前記ガスは、固定カバー475のホール、メンブレン473、およびベントホール471を順次に通過して電池モジュールの外部に排出される。ただし、この場合、メンブレン473に前記ガスが直接的に接触すれば、圧力によってメンブレン473が破れるなど損傷が生じうる。したがって、損傷を防止するために、固定カバー475のホールは、本図面よりは小さく形成される。つまり、前記ガスが固定カバー475のホールを通して最大限に分散した状態でメンブレン473を通過可能にして、メンブレン473の損傷を防止することができる。
固定カバー475の周縁領域は、メンブレン473および/または第2シールカバー460の内面460bと接することができる。この場合、本図面には図示されないが、固定カバー475の周縁領域に沿って接着部材が介在でき、前記接着部材によって固定カバー475が第2シール組立体450上に固定されて位置することができる。固定カバー475に備えられたホールは、電池モジュール100の内部に位置するガスと冷媒をメンブレン473に移動させることができる。前記ホールは、少なくとも1つ以上であってもよい。
ベント突出部477は、モジュールベント部470に相当する一領域が電池モジュール100の外部(x軸方向)に向かうように突出した一領域であってもよい。ベント突出部477は、ベントホール471が備えられる一領域から外部に向かって延びて突出した一領域であってもよい。ベント突出部477は、一部が第2エンドプレート550を通過して外部に露出し、これによってベントガスが電池モジュール100の外部に完全に排出できる。これについては、図33に基づいてより詳しく説明する。
図33は、図31の第2シール組立体が第2エンドプレートと結合したことを示す図である。
図33を参照すれば、第2エンドプレート550が第2シール組立体450を覆って装着される場合、第2エンドプレート550を貫通してアウトレット461およびモジュールベント部470の少なくとも一部が外部に露出することができる。
具体的には、アウトレット461は、第2エンドプレート550に備えられたアウトレット開口部560を通過して外部に一部が露出し、モジュールベント部470は、第2エンドプレート550に備えられたベント開口部570を通過して外部に一部が露出することができる。
アウトレット461およびアウトレット開口部560は、図28で上述した内容と同一であるので、これについては説明を省略し、以下、モジュールベント部470およびベント開口部570について詳しく述べる。
モジュールベント部470は、モジュールフレーム200の反対方向に向かって突出したベント突出部477を含み、ベント突出部477にはモジュール連結部472が備えられる。
モジュール連結部472は、上述したベントホール471と連通する1つのホールで、ベント突出部477のように第2エンドプレート550を通過して一部が外部に露出することができる。モジュール連結部472は、後述する電池パックのパックベント部2000(図35)に連結されて、ベントホール471を通して移動したベントガスが電池モジュールの外部に排出されるようにする。つまり、モジュール連結部472は、少なくとも一部が第2エンドプレート550を通過して外部に露出することによって、パックベント部2000との組立が容易になる。したがって、電池組立工程の効率性が向上できる。また、モジュール連結部472を通して排出されるベントガスが第2エンドプレート550と第2シール組立体450との間の空間に留まらない。つまり、電池モジュール100の内部にベントガスが残留しないので、電池モジュール100の安全性が向上できる。
ベント開口部570は、第2エンドプレート550に備えられた開口部で、第2エンドプレート550を貫通するホールである。具体的には、ベント開口部570は、第2シール組立体450に備えられるベント突出部477の位置に対応する領域に形成された開口部であってもよい。この場合、ベント突出部477は、モジュール連結部472とともにベント開口部570を通過して位置することによって、ベント突出部477およびモジュール連結部472の少なくとも一部が外部に露出することができる。
ベント開口部570の大きさは、主にベント突出部477の周りの大きさによって決定可能である。しかし、組立の容易性のために、または製造工程上の理由によって、ベント開口部570の大きさは、ベント突出部477の露出部分の大きさより大きく、この時、ベント開口部570と外部に露出するベント突出部477との間にはギャップが発生できる。
図34は、本発明の一実施例による電池パックの内部を示す斜視図である。図35は、本発明の一実施例によるパックベント部を示す図である。図36は、図34のD-D’に沿った断面図である。図37は、図34を-z軸方向から眺めた透視図である。
図34~図37を参照すれば、本発明の一実施例による電池パック1000において、複数の電池モジュール100は、下部パックフレーム1100内に内部ビーム1110で区画された空間に装着され、複数の電池モジュール100は、パックベント部2000に連結される。具体的には、複数の電池モジュール100の端部にはモジュールベント部470が備えられ、モジュールベント部470は、パックベント部2000に連結される。
パックベント部2000は、方向調整部2100と、パック連結部2200と、排出口2300とを含むことができる。
図35~図37を参照すれば、方向調整部2100は、ベントガスの方向を制御して、ベントガスが電池パック1000の外部に排出されるようにする管であってもよい。具体的には、方向調整部2100は、一端部は塞がれているが、他端部は開放された状態で排出口2300に連結される管であってもよい。
方向調整部2100は、側面パックフレーム1150の内部に位置することができる。方向調整部2100は、側面パックフレームに沿って排出口2300まで延びて、ベントガスを排出口2300を通して外部に排出することができる。
具体的には、方向調整部2100は、側面パックフレーム1150の外面1151と内面1152との間に位置することができる。言い換えれば、側面パックフレーム1150の外面1151と内面1152との間には空間が形成され、このような空間に方向調整部2100が位置することができる。この場合、図36を参照すれば、方向調整部2100の直径は、側面パックフレーム1500の幅w1と同一であるか、より小さい。ただし、方向調整部2100の位置はこれに限定されるものではない。一例として、方向調整部2100は、側面パックフレーム1150の外部に位置しつつ、側面パックフレーム1150の長さに沿って延びてもよい。
方向調整部2100は、パック連結部2200に連結される。パック連結部2200は、方向調整部2100の一面からモジュールベント部470に向かって突出した一領域であってもよい。この場合、図35を参照すれば、方向調整部2100とパック連結部2200は、マニホールド形状であってもよい。
パック連結部2200は、モジュールベント部470とパックベント部2000とを連結させる構成であってもよい。つまり、パック連結部2200は、モジュールベント部470と方向調整部2100とを連結させる構成であってもよい。具体的には、パック連結部2200は、モジュールベント部470に連結されて、電池モジュール100の内部で発生したガスがパックベント部2000に移動できるようにする。この場合、パック連結部2200は、モジュールベント部470と嵌合連結されるが、これに限定されるものではない。
モジュールベント部470は、電池モジュール100の外部に露出してパック連結部2200に連結されるモジュール連結部472と、モジュール連結部472を囲んで突出したベント突出部477とを含む。ベント突出部477は、モジュール連結部472を囲んで第2シール組立体450からモジュールフレーム200の反対方向に突出した一領域であってもよい。ベント突出部477は、モジュール連結部472を物理的に保護すると同時に、パック連結部2200がモジュール連結部472に連結されることをガイドすることができる。
方向調整部2100が側面パックフレーム1150の内部に位置する場合、パック連結部2200は、側面パックフレーム1150を貫通して位置することができる。つまり、パック連結部2200は、側面パックフレーム1150の内面1152を貫通して位置することができる。この場合、パック連結部2200が備えられる領域に対応する側面パックフレーム1150の内面1152の一領域にはホールが備えられる。前記ホールは、パック連結部2200の大きさに対応でき、または組立の容易性のために、パック連結部2200の大きさよりも大きい。ここで、大きさが対応するとの意味は、互いに同一であるか、パック連結部2200の大きさと同一の値を基準として10%前後の誤差範囲内にあることを意味することができる。
図34および図37に示された排出口2300は、方向調整部2100に連結されて、方向調整部2100を通して移動したガスを電池パック1000の外部に排出することができる。
排出口2300は、側面パックフレーム1150に備えられる。図37を参照すれば、排出口2300は、側面パックフレーム1150の一領域に備えられる。具体的には、排出口2300は、パック連結部2200が位置しない側面パックフレーム1150の一領域に備えられる。これは、方向調整部2100と排出口2300との間の距離、つまり、ベントガスの移動経路を最大限に長く設定して、ベントガスの強度と温度を相対的に減少させて外部に排出するためのものである。
排出口2300は、電池パック1000の内部の圧力に従って開閉するかまたは破裂する部材であってもよい。
一例として、排出口2300は、電池パック1000の内部に連結されており、電池パック1000内の圧力が一定の圧力以上になる場合にのみ外部に向かって開放され、一定の圧力以下になる場合には、閉鎖される部材で構成される。一例として、排出口2300は、リリーフバルブ(Relief Valve)であってもよい。ただし、排出口2300はこれに限定されるものではなく、電池パック1000の圧力によって開放および閉鎖可能な部材であれば本実施例に含まれる。
他の例として、排出口2300は、電池パック1000の内部の圧力が一定水準以上到達すれば破裂できる。より具体的には、排出口2300は、ラプチャーディスク(Rupture Disc)のように、流入するガスの圧力が一定の圧力以上になる場合、破裂するように構成された破裂面(図示せず)が含まれていてもよい。ただし、排出口2300の構造はこれに限定されるものではなく、方向調整部2100と連通して内部ガスを外側に排出可能にする構成であれば本実施例に含まれる。
上述のように、電池モジュール100の内部で発生した高温のガスおよび/または火炎は、モジュールベント部470を通してパックベント部2000に移動することによって電池パック1000の外部に排出される。具体的には、パック連結部2200を通して流入した高温のガスおよび/または火炎は、方向調整部2100の内部を移動して、最終的に排出口2300が位置した側面パックフレーム1150から排出口2300を通して外部に排出される。
これによって、側面パックフレーム1150および側面パックフレーム1150の内部に備えられる方向調整部2100は、ベント経路を形成することができ、前記ベント経路に沿って移動する高温のガスおよび/または火炎は、方向調整部2100の内面と接して冷却可能であり、排出口2300によって冷却されたガスおよび/または火炎は、外部に安全に排出できる。したがって、電池パック1000の安全性が向上できる。
上述した電池モジュールおよび当該電池モジュールを含む電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよび当該電池モジュールを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。
以上、本発明の好ましい実施例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るものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。