電池モジュール
【課題】本発明は,単位電池の形状を維持することができる十分な強度を有し,単位電池の温度制御に効率的な隔壁を含む電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明による電池モジュールは,間隔をおいて配列される複数の単位電池11と,複数の単位電池の間に配置される隔壁20と,を含み,隔壁は,単位電池に支持されるベース21と,絶縁物からなり,ベースから突出形成され,単位電池を支持する複数の突出部材22と,を含むことを特徴としている。
【解決手段】本発明による電池モジュールは,間隔をおいて配列される複数の単位電池11と,複数の単位電池の間に配置される隔壁20と,を含み,隔壁は,単位電池に支持されるベース21と,絶縁物からなり,ベースから突出形成され,単位電池を支持する複数の突出部材22と,を含むことを特徴としている。
【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し,より詳しくは,単位電池の形状を維持可能な十分な強度を有し,単位電池の温度制御に効率的な隔壁を含む,電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
二次電池は,充電ができない一次電池とは異なり,充電および放電が可能な電池であって,その中でも低容量の二次電池は,携帯電話,ラップトップコンピュータ,カムコーダーなどの携帯が可能な小型電子機器に使用され,大容量の二次電池は,ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
【0003】
上記二次電池は,多様な形状に製造されているが,代表的な形状としては,円筒形,角形などがあり,大電力を必要とする機器,例えば上記ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用に使用される場合には,複数の二次電池による電池モジュールを構成することとなる。
【0004】
このように,電池モジュールは,通常は直列に連結される複数の二次電池(以下,単位電池)からなり,上記各々の単位電池は,正極および負極が隔離板を間において位置する電極組立体と,上記電極組立体が挿入される空間部が形成されたケースと,上記ケースに結合されてこれを密閉するキャップ組立体とを含む。
【0005】
ここで,上記キャップ組立体は,上記正極および上記負極に各々電気的に連結されつつ,上記ケースの内,外部にわたって配置される端子(正極端子,負極端子)を含む。
【0006】
上記単位電池が角形である場合,上記単位電池は,キャップ組立体の上部に突出した正極端子および負極端子が,隣接する単位電池の正極端子および負極端子と交差するように交差配列された状態で,外周面の一部がねじ加工された上記正極端子および上記負極端子に導電体の連結具がナットによって嵌合され,互いに電気的に連結して電池モジュールを構成する。
【0007】
ここで,上記電池モジュールは,数個から多くは数十個の単位電池を連結して一つの電池モジュールを構成するので,各単位電池で発生する熱を容易に放出する必要があり,特に上記単位電池が電動掃除機,電動スクーター,または自動車用(電気自動車またはハイブリッド電気自動車)のモータ駆動用の大容量二次電池に適用される場合,上記熱の放出は何よりも重要であるといえる。
【0008】
その理由は,電池モジュールにおける熱の放出がうまく行われないと,電池モジュールの温度が各単位電池で発生する熱によって過度に上昇し,それによって上記電池モジュールが適用された機器の誤作動が生じるためである。
【0009】
これにより,通常の電池モジュールを構成する時には,単位電池と単位電池との間に隔壁を配置し,上記隔壁によって形成される単位電池の間の空間を活用して,単位電池の冷却はもちろん,上記単位電池が熱膨張して変形するのを防止している。
【0010】
上記隔壁は,このような機能を行うために,十分な強度を有する必要があり,かつ,効果的に熱を放出することができる構造的な特徴を有するのが好ましい。
【0011】
しかし,従来の電池モジュールに配置される隔壁は,上記二種類の条件を同時に満たすことができず,消費者が望む良質の電池モジュールを構成するのが困難であった。
【0012】
つまり,隔壁が十分な強度を有するようにする場合には,製造原価が高くなって,冷却用空気の通行流路の設計に制約が加えられる問題点があり,これとは反対に,隔壁が効果的に熱を放出して冷却効率が向上するように構成する場合には,構造的に弱くなる短所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は,上記の諸般の問題点を勘案して案出されたものであり,本発明の目的は,単位電池の形状を維持することができる十分な強度を有し,単位電池の温度制御に効率的な隔壁を含む,新規かつ改良された電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,間隔をおいて配列される複数の単位電池と;上記複数の単位電池の間に配置される隔壁と;を含み,上記隔壁は,上記単位電池に支持されるベースと;絶縁物からなり,上記ベースから突出形成され,上記単位電池を支持する複数の突出部材と;を含むことを特徴とする,電池モジュールが提供される。
【0015】
上記ベースは,板形状に形成されてもよく,バー形状に形成されてもよい。
【0016】
上記複数の突出部材は,セラミックまたはプラスチックからなってもよく,上記板形状に形成されたベースの一面にだけ配置されてもよい。
【0017】
上記ベースは,導電性であってもよく,絶縁性であってもよい。
【0018】
上記突出部材は,上記ベースと別体に形成されて,上記ベースに固定設置されてもよく,上記ベースに形成された溝に挿入されて固定設置されてもよい。
【0019】
上記突出部材および上記ベースは,一体に形成されてもよい。
【0020】
上記突出部材は,円形,側面が傾いた台形,または四角形の断面を有して形成されてもよい。
【0021】
上記電池モジュールは,モータを駆動するための電源として使用されるとしてもよい。
【発明の効果】
【0022】
以上説明したように本発明によれば,隔壁の構造を改善し,その材質を絶縁体(非導体)とすることによって,単位電池の間の電気的短絡を防止することができ,単位電池の絶縁のために別途の部材を使用する必要がなくなり,電池の製造単価を下げることができる。
【0023】
また,隔壁の構造および隔壁を通過する空気の流通構造を改善することによって,隔壁の強度を確保しつつ,単位電池の変形を防止することができるので,熱交換効率を向上させることが可能となる。
【0024】
また,隔壁を通過する空気の進行方向を自由に設計することができるので,電池モジュールの設計範囲を拡張することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書および図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0026】
図1は,本発明の実施形態による二次電池モジュールを概略的に示した側断面図である。図1を参照すれば,本実施形態による電池モジュール10は,任意の間隔をおいて配列される複数の単位電池111,112,…,11nを含む。
【0027】
本実施形態では,上記単位電池111,112,…,11nは角形二次電池であるが,これは通常の角形二次電池と同様に,ケースの内部に正極,負極,およびセパレータからなる電極群を挿入し,上記ケースにキャップ組立体を設置して構成される。
【0028】
上記単位電池111,112,…,11nの間には,隔壁20が配置される。この隔壁20は,冷却媒体(本実施形態では空気)が上記単位電池111,112,…,11nの間に流通するように形成され,かつ,上記単位電池111,112,…,11nに連結されて,この単位電池111,112,…,11nを支持する。
【0029】
このような単位電池111,112,…,11nおよび隔壁20は,締結手段,即ち単位電池111,112,…,11nおよび隔壁20からなる単位電池集合体の最外郭両端に配置されるエンドプレート13,および上記エンドプレート13にねじ結合されつつ,単位電池111,112,…,11nおよび隔壁20を固定するリストレイントロッド(restraint
rod)14によって,一つのアセンブリーをなすことができる。
【0030】
このようなアセンブリーは,上記空気が流入する流入口12a,および上記単位電池111,112,…,11nを冷却することによって熱交換された空気が排出される排出口12bが形成されたハウジング12の内部に装着される。
【0031】
実質的に,上記アセンブリーは,エンドプレート13がハウジング12にねじ結合によって着脱可能に結合されることで,上記ハウジング12に固定設置される。
【0032】
ここで,流入口12aは,ハウジング12の上端一側に配置され,排出口12bは,流入口12aに対向してハウジング12の下端一側に配置される。しかし,このようなハウジング12の構造は本実施形態が適用される二次電池モジュールの一例にすぎず,特にその構造に限定されない。
【0033】
このような二次電池モジュール10は,ハウジング12の流入口12aを通じてハウジング12の内部に流入してきた空気をハウジング12の上部から下部に流通させ,ハウジング12の排出口12bを通じてハウジング12の外部に排出されるように構成する。
【0034】
この過程で,上記空気は,隔壁201,202,…,20nを通過するようになり,単位電池111,112,…,11nで発生した熱はこの空気によって熱交換され,冷却される。
【0035】
以下,上記作用を可能にする本実施形態の二次電池モジュール10について,より詳しく説明する。
【0036】
図2は,上記隔壁201,202,…,20nのうち,一つの隔壁を示した部分斜視図であり,図3は,図2に示した隔壁の部分側断面図である。
【0037】
本実施形態で,図1に示した隔壁201,202,…,20nは同一な形状からなるので,以下では一つの隔壁20を例にあげて説明する。
【0038】
図2,3を参照すれば,上記二次電池モジュール10における隔壁20は,ベース21および上記ベース21に設置される突出部材22を含む。
【0039】
本実施形態で,ベース21は,プラスチック材質からなり,単位電池11の側面とほぼ同一な大きさの板形状に形成され,上記突出部材22は,球形状に形成されて,上記ベース21の一面に一定の間隔をおいて付着される。
【0040】
上記突出部材22は,ベース21の外側に突出するように上記ベース21に付着され,その材質はセラミックからなるとしてもよい。
【0041】
ベース21および突出部材22の付着のために,上記ベース21の一面には突出部材22を付着する位置に突出部材22の形状に対応する形状の溝23が形成され,突出部材22は上記溝23に挿入されて固定される。
【0042】
ここで,突出部材22は,上記突出部材22が溝23に強制嵌合(interference
fit)される方式で固定されるとしてもよく,また,接着剤で固定されてもよい。
【0043】
さらに,突出部材22が溝23に固定された状態で,上記突出部材22の高さ(図3におけるh)は,隔壁20の厚さ(図3におけるt),つまり単位電池11の間の間隔に直接影響を与えるので,上記高さ(h)は電池モジュールの設計によって適切に調節されるとしてもよい。
【0044】
このように形成される隔壁201,202,…,20nは,上記単位電池の間に配置され,電池モジュール10を構成する時に,ベース21の一面は単位電池111,112,…,11nの側面に密着させ,ベース21の他面にある突出部材22は単位電池112,…,11nの他側面に密着させて,単位電池の間の間隔を一定に維持する。
【0045】
この時,単位電池111,112,…,11n集合体の両端に配置される隔壁201および隔壁20nのうち,隔壁201は,その突出部材22をエンドプレート13に密着させ,他の隔壁20nは,そのベース21をエンドプレート13に密着させる。
【0046】
これにより,単位電池111,112,…,11nの間,およびエンドプレート13と単位電池111,11nとの間は,上記隔壁201,202,…,20nによって一定の間隔が維持されるようになり,ハウジング12の内部に流入した冷却用空気は,隔壁201,202,…,20nの突起部材22の間に形成される空間を通過しながら単位電池111,112,…,11nから発生する熱を冷却する。
【0047】
これとともに,各隔壁201,202,…,20nの突出部材22およびベース21は,単位電池111,112,…,11nに密着して,電池モジュールの使用時に,単位電池111,112,…,11nが内部膨張して変形しようとする力に対向して単位電池111,112,…,11nを支持する。
【0048】
この時,複数の突出部材22は,単位電池111,112,…,11nの各支持部位に均等に分散配置され,単位電池111,112,…,11nを支持するので,単位電池111,112,…,11nに対する支持力が強化され,上記単位電池111,112,…,11nはもちろん隔壁201,202,…,20nの変形も防止することができるようになる。
【0049】
さらに,本実施形態の突出部材22は,絶縁物からなるので,隔壁201,202,…,20nは,単位電池111,112,…,11n間における電気的短絡の防止のために,別途の絶縁部材を単位電池111,112,…,11nの間に介在させなくてもよい。
【0050】
必要に応じて,各隔壁201,202,…,20nのベース21も突出部材22と同一な絶縁物とすることができる。
【0051】
図4および図5は,本発明の他の実施形態による隔壁の部分側断面図である。図4の隔壁20’は,側断面が傾いた台形からなる突出部材22’を板形状のベース21’に形成された溝23’に挿入して形成される。
【0052】
また,図5の隔壁20”は,側断面が長方形からなる突出部材22”を板形状のベース21”に形成された溝23”に挿入して形成される。
【0053】
上記突出部材は,上記形状以外にも多様な形状に形成することができる。
【0054】
図6は,本発明の他の実施形態による隔壁を示した図面である。
【0055】
図6を参照すると,本実施形態の隔壁30は,アルミニウムや銅などのように熱伝導性が優れている金属材質からなり,単位電池40の側面とほぼ同一な大きさの板形状のベース32と,上記ベース32の一面に間隔をおいて外側に突出するように付着される複数のバー34とを含む。
【0056】
ここで,複数のバー34は,円形の断面を有する棒形状に構成され,その材質はセラミックのような絶縁物からなる。
【0057】
この実施形態でも,ベース32およびバー34の付着のために,上記ベース32の表面にはバー34が付着される位置にバー34の形状と対応する形状の溝36が長く延長形成されている。
【0058】
ここで,バー34は,溝36に強制嵌合される方式や,接着剤による付着方式で固定される。
【0059】
ここで,バー34および溝23は,上記形状以外にも,四角形,台形,および楕円形などの断面を有する棒形状や,これに対応する溝形状に多様に形成することができる。
【0060】
この実施形態による隔壁30の作用は,上記実施形態の隔壁と同一なので,その詳しい説明は省略する。
【0061】
図7A〜図7Dは本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【0062】
図7A〜図7Dを参照すると,上記隔壁42,44,46,48は,各々上述した実施形態と同一な突出部材42a,44a,46a,48aおよびベース42b,44b,46b,48bが一体形成されている。
【0063】
即ち,各々突出部材42a,44a,46a,48aだけでなく,ベース42b,44b,46b,48bもセラミックやプラスチックのような絶縁物から形成されるので,隔壁42,44,46,48は,これらを一体形成する。
【0064】
ここで,突出部材42a,44a,46a,48aは,図7A〜図7Dのように,内部が空の形態に形成されるとしてもよく,内部が満たされた形態に形成されるとしてもよい。
【0065】
図8A〜8Dは,図7A〜図7Dに示した隔壁の変形例を示した部分側断面図である。ここでは,上記図7A〜7Dに示した隔壁と同等な隔壁50,52,54,56の突出部材50a,52a,54a,56aの先端に,別途の板50b,52b,54b,56bを付着して隔壁50,52,54,56を形成している。
【0066】
かかる構造の隔壁50,52,54,56は,電池モジュールを構成する際,上述した実施形態に比べ,突出部材の代わりに単位電池の側面に板50b,52b,54b,56bが接触するので,単位電池との接触面積が増加し,上記単位電池に対する支持力を一層強化することができる。ここで,板50b,52b,54b,56bおよび隔壁50,52,54,56は,他の部材と同一な材質からなるのが好ましい。
【0067】
図9A〜9Hは,さらに他の隔壁の変形例を示している。図9A〜9Hに示した隔壁60,62,64,66,68,70,72,74は,上記図7A〜7Dに示した隔壁を2枚にして多様な形態に組合わせて構成している。
【0068】
このような構造の隔壁60,62,64,66,68,70,72,74は,上述した実施形態の隔壁に比べて強度をより強化することができる。
【0069】
一方,本実施形態において,隔壁の突出部材がベースに付着されて配置される時に,上記突出部材は下記の条件を満たして形成されるとしてもよい。
【0070】
便宜上,図2に示した隔壁を基準にこれを説明する。
【0071】
図10を参照すると,突出部材22がベース21に連結されつつ交差して(staggered)配置される場合に,ある一列に位置する一つの突出部材22を基準として,上記ある一列と,かかる突出部材22を含む,上記ある一列に交差する他の列と,の間に形成される角度をβとする時,上記角度(β)は,30°≦β≦150°の条件を満たす。さらに望ましくは,上記角度(β)は45°≦β≦60°の条件を満たす。
【0072】
このような突出部材22の配置により,ハウジング12の流入口12aを通じて隔壁20に流入した空気は,上記隔壁20のいずれか一つの突出部材22にぶつかると,上記突出部材22を中心に両側に分散するようになる(図10の矢印(1),(2)参照)。
【0073】
このような方式で,隔壁20を通過する空気は隔壁20が含むすべての突出部材で分散して,その進行経路が変更されつつ流動し,この時,空気の流速は単位電池の冷却効率に影響を与える要素として作用する。
【0074】
即ち,上記空気が適正な流速で流れなければ,この空気が隔壁20を通過する時に,上記隔壁20内で分散が円滑に行われなくなるので,所望の熱交換が行われずに単位電池の冷却効率が低下する。
【0075】
また,上記空気が適正な流速で流れなければ,隔壁20内に圧力降下(pressure
drop)が増加し,これはハウジング12内を通過する空気の流動に対する抵抗が大きくなることを意味する。従って,この時には,単位電池に対する冷却効率が低下するのはもちろん,上記流速を上げるためにハウジング12内に空気を提供する手段(例:冷却ファン)の負荷が大きくなって,さらに他の問題点を招くようになる。
【0076】
このような点を考慮して,本実施形態では,上記角度(β)を上記範囲内に維持し,上記空気が適正な流速で流れて,単位電池の冷却効率を最大にすることができるようにしている。
【0077】
本件出願人は,数回の実験によって上記角度(β)が30°より小さい場合には熱交換効率が非常に低下し,上記角度(β)が150°より大きい場合には空気の流速が非常に遅くなって,満足できる程度の単位電池の冷却効率をあげることができないことが実験によって分かっている。
【0078】
このような電池モジュールは,高出力特性が要求されるハイブリッド自動車(HEV),電気自動車(EV),無線掃除機,電動自転車,電動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器に有用に使用することができる。
【0079】
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0080】
例えば,隔壁のベースは,上述した実施形態のように板形状に形成されるだけでなく,突出部材と一体に形成されたり,または別個に連結して固定されるバー(bar)形状の部材に形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【0081】
本発明は,電池モジュールに関し,より詳しくは,単位電池の形状を維持可能な十分な強度を有し,単位電池の温度制御に効率的な隔壁を含む,電池モジュールに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0082】
【図1】本発明の実施形態による電池モジュールの構造を示した概略的な側断面図である。
【図2】本発明の実施形態による隔壁を示した斜視図である。
【図3】図2に示した隔壁の部分側断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態による隔壁の部分側断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態による隔壁の部分側断面図である。
【図6】本発明の他の実施形態による隔壁を示した斜視図である。
【図7A】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図7B】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図7C】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図7D】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図8A】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図8B】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図8C】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図8D】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9A】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9B】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9C】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9D】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9E】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9F】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9G】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9H】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図10】図2に示した隔壁の作用状態を説明するために示した図面である。
【符号の説明】
【0083】
10 電池モジュール
11,40 単位電池
12 ハウジング
12a 流入口
12b 排出口
13 エンドプレート
14 リストレイントロッド
20,30 隔壁
21 ベース
22 突出部材
23,36 溝
34 バー
【技術分野】
【0001】
本発明は,電池モジュールに関し,より詳しくは,単位電池の形状を維持可能な十分な強度を有し,単位電池の温度制御に効率的な隔壁を含む,電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
二次電池は,充電ができない一次電池とは異なり,充電および放電が可能な電池であって,その中でも低容量の二次電池は,携帯電話,ラップトップコンピュータ,カムコーダーなどの携帯が可能な小型電子機器に使用され,大容量の二次電池は,ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。
【0003】
上記二次電池は,多様な形状に製造されているが,代表的な形状としては,円筒形,角形などがあり,大電力を必要とする機器,例えば上記ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用に使用される場合には,複数の二次電池による電池モジュールを構成することとなる。
【0004】
このように,電池モジュールは,通常は直列に連結される複数の二次電池(以下,単位電池)からなり,上記各々の単位電池は,正極および負極が隔離板を間において位置する電極組立体と,上記電極組立体が挿入される空間部が形成されたケースと,上記ケースに結合されてこれを密閉するキャップ組立体とを含む。
【0005】
ここで,上記キャップ組立体は,上記正極および上記負極に各々電気的に連結されつつ,上記ケースの内,外部にわたって配置される端子(正極端子,負極端子)を含む。
【0006】
上記単位電池が角形である場合,上記単位電池は,キャップ組立体の上部に突出した正極端子および負極端子が,隣接する単位電池の正極端子および負極端子と交差するように交差配列された状態で,外周面の一部がねじ加工された上記正極端子および上記負極端子に導電体の連結具がナットによって嵌合され,互いに電気的に連結して電池モジュールを構成する。
【0007】
ここで,上記電池モジュールは,数個から多くは数十個の単位電池を連結して一つの電池モジュールを構成するので,各単位電池で発生する熱を容易に放出する必要があり,特に上記単位電池が電動掃除機,電動スクーター,または自動車用(電気自動車またはハイブリッド電気自動車)のモータ駆動用の大容量二次電池に適用される場合,上記熱の放出は何よりも重要であるといえる。
【0008】
その理由は,電池モジュールにおける熱の放出がうまく行われないと,電池モジュールの温度が各単位電池で発生する熱によって過度に上昇し,それによって上記電池モジュールが適用された機器の誤作動が生じるためである。
【0009】
これにより,通常の電池モジュールを構成する時には,単位電池と単位電池との間に隔壁を配置し,上記隔壁によって形成される単位電池の間の空間を活用して,単位電池の冷却はもちろん,上記単位電池が熱膨張して変形するのを防止している。
【0010】
上記隔壁は,このような機能を行うために,十分な強度を有する必要があり,かつ,効果的に熱を放出することができる構造的な特徴を有するのが好ましい。
【0011】
しかし,従来の電池モジュールに配置される隔壁は,上記二種類の条件を同時に満たすことができず,消費者が望む良質の電池モジュールを構成するのが困難であった。
【0012】
つまり,隔壁が十分な強度を有するようにする場合には,製造原価が高くなって,冷却用空気の通行流路の設計に制約が加えられる問題点があり,これとは反対に,隔壁が効果的に熱を放出して冷却効率が向上するように構成する場合には,構造的に弱くなる短所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は,上記の諸般の問題点を勘案して案出されたものであり,本発明の目的は,単位電池の形状を維持することができる十分な強度を有し,単位電池の温度制御に効率的な隔壁を含む,新規かつ改良された電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,間隔をおいて配列される複数の単位電池と;上記複数の単位電池の間に配置される隔壁と;を含み,上記隔壁は,上記単位電池に支持されるベースと;絶縁物からなり,上記ベースから突出形成され,上記単位電池を支持する複数の突出部材と;を含むことを特徴とする,電池モジュールが提供される。
【0015】
上記ベースは,板形状に形成されてもよく,バー形状に形成されてもよい。
【0016】
上記複数の突出部材は,セラミックまたはプラスチックからなってもよく,上記板形状に形成されたベースの一面にだけ配置されてもよい。
【0017】
上記ベースは,導電性であってもよく,絶縁性であってもよい。
【0018】
上記突出部材は,上記ベースと別体に形成されて,上記ベースに固定設置されてもよく,上記ベースに形成された溝に挿入されて固定設置されてもよい。
【0019】
上記突出部材および上記ベースは,一体に形成されてもよい。
【0020】
上記突出部材は,円形,側面が傾いた台形,または四角形の断面を有して形成されてもよい。
【0021】
上記電池モジュールは,モータを駆動するための電源として使用されるとしてもよい。
【発明の効果】
【0022】
以上説明したように本発明によれば,隔壁の構造を改善し,その材質を絶縁体(非導体)とすることによって,単位電池の間の電気的短絡を防止することができ,単位電池の絶縁のために別途の部材を使用する必要がなくなり,電池の製造単価を下げることができる。
【0023】
また,隔壁の構造および隔壁を通過する空気の流通構造を改善することによって,隔壁の強度を確保しつつ,単位電池の変形を防止することができるので,熱交換効率を向上させることが可能となる。
【0024】
また,隔壁を通過する空気の進行方向を自由に設計することができるので,電池モジュールの設計範囲を拡張することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0025】
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書および図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0026】
図1は,本発明の実施形態による二次電池モジュールを概略的に示した側断面図である。図1を参照すれば,本実施形態による電池モジュール10は,任意の間隔をおいて配列される複数の単位電池111,112,…,11nを含む。
【0027】
本実施形態では,上記単位電池111,112,…,11nは角形二次電池であるが,これは通常の角形二次電池と同様に,ケースの内部に正極,負極,およびセパレータからなる電極群を挿入し,上記ケースにキャップ組立体を設置して構成される。
【0028】
上記単位電池111,112,…,11nの間には,隔壁20が配置される。この隔壁20は,冷却媒体(本実施形態では空気)が上記単位電池111,112,…,11nの間に流通するように形成され,かつ,上記単位電池111,112,…,11nに連結されて,この単位電池111,112,…,11nを支持する。
【0029】
このような単位電池111,112,…,11nおよび隔壁20は,締結手段,即ち単位電池111,112,…,11nおよび隔壁20からなる単位電池集合体の最外郭両端に配置されるエンドプレート13,および上記エンドプレート13にねじ結合されつつ,単位電池111,112,…,11nおよび隔壁20を固定するリストレイントロッド(restraint
rod)14によって,一つのアセンブリーをなすことができる。
【0030】
このようなアセンブリーは,上記空気が流入する流入口12a,および上記単位電池111,112,…,11nを冷却することによって熱交換された空気が排出される排出口12bが形成されたハウジング12の内部に装着される。
【0031】
実質的に,上記アセンブリーは,エンドプレート13がハウジング12にねじ結合によって着脱可能に結合されることで,上記ハウジング12に固定設置される。
【0032】
ここで,流入口12aは,ハウジング12の上端一側に配置され,排出口12bは,流入口12aに対向してハウジング12の下端一側に配置される。しかし,このようなハウジング12の構造は本実施形態が適用される二次電池モジュールの一例にすぎず,特にその構造に限定されない。
【0033】
このような二次電池モジュール10は,ハウジング12の流入口12aを通じてハウジング12の内部に流入してきた空気をハウジング12の上部から下部に流通させ,ハウジング12の排出口12bを通じてハウジング12の外部に排出されるように構成する。
【0034】
この過程で,上記空気は,隔壁201,202,…,20nを通過するようになり,単位電池111,112,…,11nで発生した熱はこの空気によって熱交換され,冷却される。
【0035】
以下,上記作用を可能にする本実施形態の二次電池モジュール10について,より詳しく説明する。
【0036】
図2は,上記隔壁201,202,…,20nのうち,一つの隔壁を示した部分斜視図であり,図3は,図2に示した隔壁の部分側断面図である。
【0037】
本実施形態で,図1に示した隔壁201,202,…,20nは同一な形状からなるので,以下では一つの隔壁20を例にあげて説明する。
【0038】
図2,3を参照すれば,上記二次電池モジュール10における隔壁20は,ベース21および上記ベース21に設置される突出部材22を含む。
【0039】
本実施形態で,ベース21は,プラスチック材質からなり,単位電池11の側面とほぼ同一な大きさの板形状に形成され,上記突出部材22は,球形状に形成されて,上記ベース21の一面に一定の間隔をおいて付着される。
【0040】
上記突出部材22は,ベース21の外側に突出するように上記ベース21に付着され,その材質はセラミックからなるとしてもよい。
【0041】
ベース21および突出部材22の付着のために,上記ベース21の一面には突出部材22を付着する位置に突出部材22の形状に対応する形状の溝23が形成され,突出部材22は上記溝23に挿入されて固定される。
【0042】
ここで,突出部材22は,上記突出部材22が溝23に強制嵌合(interference
fit)される方式で固定されるとしてもよく,また,接着剤で固定されてもよい。
【0043】
さらに,突出部材22が溝23に固定された状態で,上記突出部材22の高さ(図3におけるh)は,隔壁20の厚さ(図3におけるt),つまり単位電池11の間の間隔に直接影響を与えるので,上記高さ(h)は電池モジュールの設計によって適切に調節されるとしてもよい。
【0044】
このように形成される隔壁201,202,…,20nは,上記単位電池の間に配置され,電池モジュール10を構成する時に,ベース21の一面は単位電池111,112,…,11nの側面に密着させ,ベース21の他面にある突出部材22は単位電池112,…,11nの他側面に密着させて,単位電池の間の間隔を一定に維持する。
【0045】
この時,単位電池111,112,…,11n集合体の両端に配置される隔壁201および隔壁20nのうち,隔壁201は,その突出部材22をエンドプレート13に密着させ,他の隔壁20nは,そのベース21をエンドプレート13に密着させる。
【0046】
これにより,単位電池111,112,…,11nの間,およびエンドプレート13と単位電池111,11nとの間は,上記隔壁201,202,…,20nによって一定の間隔が維持されるようになり,ハウジング12の内部に流入した冷却用空気は,隔壁201,202,…,20nの突起部材22の間に形成される空間を通過しながら単位電池111,112,…,11nから発生する熱を冷却する。
【0047】
これとともに,各隔壁201,202,…,20nの突出部材22およびベース21は,単位電池111,112,…,11nに密着して,電池モジュールの使用時に,単位電池111,112,…,11nが内部膨張して変形しようとする力に対向して単位電池111,112,…,11nを支持する。
【0048】
この時,複数の突出部材22は,単位電池111,112,…,11nの各支持部位に均等に分散配置され,単位電池111,112,…,11nを支持するので,単位電池111,112,…,11nに対する支持力が強化され,上記単位電池111,112,…,11nはもちろん隔壁201,202,…,20nの変形も防止することができるようになる。
【0049】
さらに,本実施形態の突出部材22は,絶縁物からなるので,隔壁201,202,…,20nは,単位電池111,112,…,11n間における電気的短絡の防止のために,別途の絶縁部材を単位電池111,112,…,11nの間に介在させなくてもよい。
【0050】
必要に応じて,各隔壁201,202,…,20nのベース21も突出部材22と同一な絶縁物とすることができる。
【0051】
図4および図5は,本発明の他の実施形態による隔壁の部分側断面図である。図4の隔壁20’は,側断面が傾いた台形からなる突出部材22’を板形状のベース21’に形成された溝23’に挿入して形成される。
【0052】
また,図5の隔壁20”は,側断面が長方形からなる突出部材22”を板形状のベース21”に形成された溝23”に挿入して形成される。
【0053】
上記突出部材は,上記形状以外にも多様な形状に形成することができる。
【0054】
図6は,本発明の他の実施形態による隔壁を示した図面である。
【0055】
図6を参照すると,本実施形態の隔壁30は,アルミニウムや銅などのように熱伝導性が優れている金属材質からなり,単位電池40の側面とほぼ同一な大きさの板形状のベース32と,上記ベース32の一面に間隔をおいて外側に突出するように付着される複数のバー34とを含む。
【0056】
ここで,複数のバー34は,円形の断面を有する棒形状に構成され,その材質はセラミックのような絶縁物からなる。
【0057】
この実施形態でも,ベース32およびバー34の付着のために,上記ベース32の表面にはバー34が付着される位置にバー34の形状と対応する形状の溝36が長く延長形成されている。
【0058】
ここで,バー34は,溝36に強制嵌合される方式や,接着剤による付着方式で固定される。
【0059】
ここで,バー34および溝23は,上記形状以外にも,四角形,台形,および楕円形などの断面を有する棒形状や,これに対応する溝形状に多様に形成することができる。
【0060】
この実施形態による隔壁30の作用は,上記実施形態の隔壁と同一なので,その詳しい説明は省略する。
【0061】
図7A〜図7Dは本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【0062】
図7A〜図7Dを参照すると,上記隔壁42,44,46,48は,各々上述した実施形態と同一な突出部材42a,44a,46a,48aおよびベース42b,44b,46b,48bが一体形成されている。
【0063】
即ち,各々突出部材42a,44a,46a,48aだけでなく,ベース42b,44b,46b,48bもセラミックやプラスチックのような絶縁物から形成されるので,隔壁42,44,46,48は,これらを一体形成する。
【0064】
ここで,突出部材42a,44a,46a,48aは,図7A〜図7Dのように,内部が空の形態に形成されるとしてもよく,内部が満たされた形態に形成されるとしてもよい。
【0065】
図8A〜8Dは,図7A〜図7Dに示した隔壁の変形例を示した部分側断面図である。ここでは,上記図7A〜7Dに示した隔壁と同等な隔壁50,52,54,56の突出部材50a,52a,54a,56aの先端に,別途の板50b,52b,54b,56bを付着して隔壁50,52,54,56を形成している。
【0066】
かかる構造の隔壁50,52,54,56は,電池モジュールを構成する際,上述した実施形態に比べ,突出部材の代わりに単位電池の側面に板50b,52b,54b,56bが接触するので,単位電池との接触面積が増加し,上記単位電池に対する支持力を一層強化することができる。ここで,板50b,52b,54b,56bおよび隔壁50,52,54,56は,他の部材と同一な材質からなるのが好ましい。
【0067】
図9A〜9Hは,さらに他の隔壁の変形例を示している。図9A〜9Hに示した隔壁60,62,64,66,68,70,72,74は,上記図7A〜7Dに示した隔壁を2枚にして多様な形態に組合わせて構成している。
【0068】
このような構造の隔壁60,62,64,66,68,70,72,74は,上述した実施形態の隔壁に比べて強度をより強化することができる。
【0069】
一方,本実施形態において,隔壁の突出部材がベースに付着されて配置される時に,上記突出部材は下記の条件を満たして形成されるとしてもよい。
【0070】
便宜上,図2に示した隔壁を基準にこれを説明する。
【0071】
図10を参照すると,突出部材22がベース21に連結されつつ交差して(staggered)配置される場合に,ある一列に位置する一つの突出部材22を基準として,上記ある一列と,かかる突出部材22を含む,上記ある一列に交差する他の列と,の間に形成される角度をβとする時,上記角度(β)は,30°≦β≦150°の条件を満たす。さらに望ましくは,上記角度(β)は45°≦β≦60°の条件を満たす。
【0072】
このような突出部材22の配置により,ハウジング12の流入口12aを通じて隔壁20に流入した空気は,上記隔壁20のいずれか一つの突出部材22にぶつかると,上記突出部材22を中心に両側に分散するようになる(図10の矢印(1),(2)参照)。
【0073】
このような方式で,隔壁20を通過する空気は隔壁20が含むすべての突出部材で分散して,その進行経路が変更されつつ流動し,この時,空気の流速は単位電池の冷却効率に影響を与える要素として作用する。
【0074】
即ち,上記空気が適正な流速で流れなければ,この空気が隔壁20を通過する時に,上記隔壁20内で分散が円滑に行われなくなるので,所望の熱交換が行われずに単位電池の冷却効率が低下する。
【0075】
また,上記空気が適正な流速で流れなければ,隔壁20内に圧力降下(pressure
drop)が増加し,これはハウジング12内を通過する空気の流動に対する抵抗が大きくなることを意味する。従って,この時には,単位電池に対する冷却効率が低下するのはもちろん,上記流速を上げるためにハウジング12内に空気を提供する手段(例:冷却ファン)の負荷が大きくなって,さらに他の問題点を招くようになる。
【0076】
このような点を考慮して,本実施形態では,上記角度(β)を上記範囲内に維持し,上記空気が適正な流速で流れて,単位電池の冷却効率を最大にすることができるようにしている。
【0077】
本件出願人は,数回の実験によって上記角度(β)が30°より小さい場合には熱交換効率が非常に低下し,上記角度(β)が150°より大きい場合には空気の流速が非常に遅くなって,満足できる程度の単位電池の冷却効率をあげることができないことが実験によって分かっている。
【0078】
このような電池モジュールは,高出力特性が要求されるハイブリッド自動車(HEV),電気自動車(EV),無線掃除機,電動自転車,電動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器に有用に使用することができる。
【0079】
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0080】
例えば,隔壁のベースは,上述した実施形態のように板形状に形成されるだけでなく,突出部材と一体に形成されたり,または別個に連結して固定されるバー(bar)形状の部材に形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【0081】
本発明は,電池モジュールに関し,より詳しくは,単位電池の形状を維持可能な十分な強度を有し,単位電池の温度制御に効率的な隔壁を含む,電池モジュールに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0082】
【図1】本発明の実施形態による電池モジュールの構造を示した概略的な側断面図である。
【図2】本発明の実施形態による隔壁を示した斜視図である。
【図3】図2に示した隔壁の部分側断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態による隔壁の部分側断面図である。
【図5】本発明の他の実施形態による隔壁の部分側断面図である。
【図6】本発明の他の実施形態による隔壁を示した斜視図である。
【図7A】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図7B】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図7C】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図7D】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図8A】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図8B】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図8C】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図8D】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9A】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9B】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9C】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9D】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9E】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9F】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9G】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図9H】本発明の他の実施形態による隔壁を示した部分側断面図である。
【図10】図2に示した隔壁の作用状態を説明するために示した図面である。
【符号の説明】
【0083】
10 電池モジュール
11,40 単位電池
12 ハウジング
12a 流入口
12b 排出口
13 エンドプレート
14 リストレイントロッド
20,30 隔壁
21 ベース
22 突出部材
23,36 溝
34 バー
【特許請求の範囲】
【請求項1】
間隔をおいて配列される複数の単位電池と;
前記複数の単位電池の間に配置される隔壁と;
を含み,
前記隔壁は,前記単位電池に支持されるベースと;
絶縁物からなり,前記ベースから突出形成され,前記単位電池を支持する複数の突出部材と;
を含むことを特徴とする,電池モジュール。
【請求項2】
前記ベースは,板形状に形成されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記ベースは,バー形状に形成されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記複数の突出部材は,セラミックまたはプラスチックからなることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記ベースは,板形状に形成され,
前記複数の突出部材は,前記形状のベースの一面にだけ配置されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記ベースは,導電性であることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項7】
前記ベースは,絶縁性であることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項8】
前記突出部材は,前記ベースと別体に形成されて,前記ベースに固定設置されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項9】
前記突出部材は,前記ベースに形成された溝に挿入されて固定設置されることを特徴とする,請求項8に記載の電池モジュール。
【請求項10】
前記突出部材および前記ベースは,一体に形成されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項11】
前記突出部材は,円形,側面が傾いた台形,または四角形の断面を有して形成されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項12】
前記電池モジュールは,モータを駆動するための電源として使用されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項1】
間隔をおいて配列される複数の単位電池と;
前記複数の単位電池の間に配置される隔壁と;
を含み,
前記隔壁は,前記単位電池に支持されるベースと;
絶縁物からなり,前記ベースから突出形成され,前記単位電池を支持する複数の突出部材と;
を含むことを特徴とする,電池モジュール。
【請求項2】
前記ベースは,板形状に形成されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項3】
前記ベースは,バー形状に形成されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項4】
前記複数の突出部材は,セラミックまたはプラスチックからなることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項5】
前記ベースは,板形状に形成され,
前記複数の突出部材は,前記形状のベースの一面にだけ配置されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項6】
前記ベースは,導電性であることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項7】
前記ベースは,絶縁性であることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項8】
前記突出部材は,前記ベースと別体に形成されて,前記ベースに固定設置されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項9】
前記突出部材は,前記ベースに形成された溝に挿入されて固定設置されることを特徴とする,請求項8に記載の電池モジュール。
【請求項10】
前記突出部材および前記ベースは,一体に形成されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項11】
前記突出部材は,円形,側面が傾いた台形,または四角形の断面を有して形成されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【請求項12】
前記電池モジュールは,モータを駆動するための電源として使用されることを特徴とする,請求項1に記載の電池モジュール。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図9F】
【図9G】
【図9H】
【図10】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図9F】
【図9G】
【図9H】
【図10】
【公開番号】特開2006−294626(P2006−294626A)
【公開日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−111912(P2006−111912)
【出願日】平成18年4月14日(2006.4.14)
【出願人】(590002817)三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年10月26日(2006.10.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年4月14日(2006.4.14)
【出願人】(590002817)三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Fターム(参考)】
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