KR101776898B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은, 전지들 사이에 공기 유로의 형성을 최소화해서 전체적인 부피를 줄이는데 적합한 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 파우치 형의 전지들로 이루어지고, 하나의 전지에서 파우치 케이스의 가장 자리로부터 융기되는 중앙 영역을 가지고, 두 개의 전지들에서 파우치 케이스들의 중앙 영역들을 긴밀하게 접촉시키는 전지 적층체; 및 전지 적층체의 가장자리를 수용하는 전지 하우징을 포함하고, 전지 하우징은 복수의 전지들에서 파우치 케이스들 사이에 삽입되는 안착 선반들 및 파우치 케이스들을 외부에 노출시키는 통풍구들을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}
본 발명은 파우치 형의 전지들과 전지들의 가장자리들을 수용하는 전지 하우징을 포함하고 전지들의 파우치 케이스들의 장변 실링 부위들과 전지 하우징 사이에 공기 유로들을 형성하여 공기 유로들을 통해 전지들에 공기를 직접적으로 접촉시켜 전지들을 냉각시키는데 적합한 냉각 구조를 가지는 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근에, 차량의 배출 가스에 기인한 대기 오염을 줄이기 위해서, 차량은 내연 기관 및/ 또는 전기 모터를 이용해서 구동력을 확보하려는 연구에 바탕을 두고 제조되고 있다. 이에 따라서, 상기 차량은 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, 및 전기 자동차의 순서로 진화되었다. 이 경우에, 상기 하이브리드 자동차 및 플러그인 하이브리드 자동차는 내연 기관, 전기 모터와 배터리 팩을 가지며, 상기 전기 자동차는 내연 기관 없이 전기 모터와 배터리 팩을 갖는다.
더불어서, 상기 배터리 팩도 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기 자동차와 함께 진화되었다. 상기 배터리 팩은 전기 자동차의 외부에서 충전 가능하도록 구성된다. 상기 배터리 팩은 배터리 모듈들을 가지고, 상기 배터리 모듈들의 각각은 이차 전지들과 케이스를 갖는다. 상기 케이스는 이차 전지들을 수용하도록 구성되고, 상기 이차 전지들은 배터리 팩의 이용 수명 동안에 반복적인 충전 및 방전에 기인하여 내부로부터 외부를 향해 열을 발생시킨다.
상기 이차 전지를 냉각시키기 위해, 상기 케이스는 흡입구를 통해 공기를 외부로부터 내부로 유입시키고, 공기를 이차 전지들의 가장 자리들로부터 중앙 영역들로 흐르게 하고, 이어서 배출구를 통해 공기를 내부로부터 외부로 배출시킨다. 상기 공기는 케이스 내에서 이차 전지들과 열 교환하여 이차 전지들로부터 열을 흡수한다. 따라서, 상기 공기와 이차 전지들의 열 교환 방식이 이차 전지들 및/ 또는 케이스의 구조 변경에 따라 달라지기 때문에, 상기 열 교환 방식에 대한 많은 연구들이 수행되고 있다.
일 예로서, 상기 이차 전지들 및/ 또는 케이스의 구조 변경이 한국 공개특허공보 제10-2014-0102785호(공개일자; 2014년08월25일)의 '배터리 모듈 케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈'에서 개시되었다. 상기 배터리 모듈은 제 1 케이스와 제 2 케이스에 수용되는 배터리 셀들을 갖는다. 상기 제 1 케이스와 제 2 케이스는 일 측부에서 배터리 셀들의 전극 리드들에 직각되는 방향으로 공기를 흡입하고, 배터리 셀들을 수 개의 그룹들로 나누어서 그룹들 사이의 영역들로 공기를 흐르게 하고, 타 측부에서 내부로부터 외부를 향해 공기를 배출한다.
상기 그룹들의 각각은 두 개의 배터리 셀들을 가지며, 상기 공기는 하나의 그룹에서 두 개의 배터리 셀들 사이로 흐르지 않는다. 왜냐하면, 상기 두 개의 배터리 셀들은 서로 밀착되기 때문이다. 즉, 상기 공기는 배터리 셀들의 그룹 단위로 배터리 셀들의 가장 자리들 및 중앙 영역들을 지난다. 그러나, 위에서 언급된 종래 기술을 참고하면, 상기 배터리 모듈은 낱개 단위의 이차 전지 또는 그룹 단위의 배터리 셀들에 공기를 접촉시키기 때문에 이차 전지들 또는 배터리 셀들의 중앙 영역들 사이에 적어도 하나의 공기 유로를 갖는다. 상기 공기 유로는 배터리 모듈의 부피를 크게 한다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 파우치 형의 이차 전지들과 이차 전지들을 수용하는 전지 하우징을 구비하여 이차 전지(이하, '전지'로 지칭함)들 사이에 공기 유로의 형성을 최소화하여 전체적인 부피를 줄이는데 적합한 냉각 구조를 가진 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 순차적으로 적층되는 복수의 파우치 형의 전지들로 이루어지고, 하나의 전지에서 파우치 케이스의 가장 자리로부터 융기되는 중앙 영역을 가지고, 인접하는 두 개의 전지들에서 파우치 케이스들의 중앙 영역들을 긴밀하게 접촉시키는 전지 적층체; 및 상기 전지 적층체를 외부에 부분적으로 노출시키면서 상기 전지 적층체를 수용하는 전지 하우징을 포함하고, 상기 파우치 케이스는 상기 가장 자리에서 단변 실링 부위들 그리고 절곡부들을 각각 가지는 장변 실링 부위들을 포함하고, 상기 전지 하우징은 상기 복수의 전지들의 파우치 케이스들의 장변 실링 부위들 사이에 삽입되는 안착 선반들 및 상기 복수의 전지들의 파우치 케이스들의 단변 실링 부위들을 외부에 노출시키는 통풍구들을 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 파우치 케이스의 상기 중앙 영역에 전극 조립체를 더 포함하고, 상기 절곡부들은 상기 전극 조립체를 향해 절곡될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 파우치 케이스의 상기 가장 자리에 전극 리드들을 더 포함하되, 상기 전극 리드들은 상기 절곡부들 사이에서 상기 단변 실링 부위들로부터 돌출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 절곡부들은 상기 단변 실링 부위들의 단부에서 노출될 수 있다.
바람직하게, 상기 절곡부들의 각각은 장변 실링 부위의 단부에서 곡면을 이룰 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 절곡부들은 상기 안착 선반들 사이에서 이격될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전지 하우징은 상기 전지 적층체의 하부면과 상부면을 노출시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 전지 하우징은 상기 전지 적층체의 가장 자리를 수용하는 그루브를 가질 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 전지 하우징은 상기 전지 적층체의 장변부들을 덮고 단변부들 상에서 정합되는 제 1 하우징과 제 2 하우징을 포함하고, 상기 제 1 하우징과 제 2 하우징의 각각은 서로 평행한 하부벽과 상부벽, 그리고 상기 하부벽의 단부와 상기 상부벽의 단부를 이어주는 수직벽으로 이루어질 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제 1 하우징과 상기 제 2 하우징의 각각은 상기 수직벽으로부터 돌출되는 상기 안착 선반들을 가지며 상기 하부벽, 상기 상부벽과 상기 안착 선반들 사이에 안착 홈들을 가질 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 하부벽, 상기 상부벽과 상기 수직벽은 상기 제 1 하우징 또는 상기 제 2 하우징의 길이 방향과 폭 방향을 따라 'ㄷ'자의 형상을 이룰 수 있다.
여기서, 상기 수직벽은 상기 전지 적층체의 상기 단변부들의 맞은 편에서 상기 복수의 전지들의 전극 리드들의 일부를 가이드하여 삽입시키도록 단부에서 개구되어 상기 단부로부터 내부를 향해 연장되는 복수의 가이드 슬릿들을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 수직벽은 상기 복수의 전지들의 상기 파우치 케이스들의 상기 장변 실링 부위들로부터 이격될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 안착 선반들의 각각은 상기 파우치 케이스들 중 두 개 마다 삽입될 수 있다.
바람직하게, 상기 안착 선반들은 상기 파우치 케이스들 사이에서 인접하는 파우치 케이스들의 중앙 영역들에 긴밀하게 접촉될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 안착 선반들은 상기 안착 홈들과 교차하는 연결 통로들을 가지고, 상기 안착 홈들과 상기 연결 통로들은 공기 유로를 구성할 수 있다.
여기서, 상기 안착홈들의 각각은 상기 두 개의 전지들의 상기 파우치 케이스들의 장변 실링 부위들에서 마주보는 절곡부들을 수용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 통풍구들은 상기 제 1 하우징과 상기 제 2 하우징의 코너들에 인접하게 위치될 수 있다.
바람직하게, 상기 통풍구들은 상기 전지 적층체의 상기 단변부들의 맞은 편에서 상기 수직벽에 위치하며 상기 안착홈들과 마주할 수 있다.
본 발명에 따르는 배터리 모듈은 전지 적층체 및 전지 적층체의 가장 자리를 둘러싸는 전지 하우징을 구비해서 전지 적층체의 중앙 영역에서 전지들을 서로 접촉시키고 전지 적층체와 전지 하우징을 통해 전지들의 파우치 케이스들의 장변 실링 부위들 사이 및 그 실링 부위들 주변에 공기 유로를 가질 수 있다.
본 발명에 따르는 배터리 모듈은 전지 적층체의 가장 자리에서 전지들의 파우치 케이스들의 장변 실링 부위들 사이 및 그 실링 부위들 주변에만 공기 유로를 가지기 때문에 전지들 및 전지 하우징으로만 전체 크기를 한정하여 부피를 최소화시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 배터리 모듈은 전지 적층체의 가장 자리에서 전지들 중 인접하는 두 개의 전지들의 파우치 케이스들의 장변 실링 부위들 사이에 절곡부들을 구비하여 장변 실링 부위들 사이에 공기를 가두어서 전지들을 급속하게 냉각시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 전지 적층체와 전지 하우징의 결합 관계를 보다 구체적으로 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 3은, 도 1의 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 4는, 도 1의 배터리 모듈을 평면적으로 보여주는 개략도이다.
도 5 및 도 6은, 도 1의 배터리 모듈의 작동 매카니즘을 설명하는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 전지는 리튬 이차 전지를 일컫는다. 여기서, 리튬 이차 전지라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 이차 전지를 총칭한다. 하지만 본 발명이 전지의 구체적인 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(110)은 전지 적층체(50), 전지 하우징(80), 센싱 블록(90) 및 커버(100)를 포함한다. 상기 전지 적층체(50)는 파우치 형으로 이루어진 복수의 전지(40)들을 포함한다. 상기 전지(40)는 열 융착 공정을 통해 가장자리 부분을 실링시킨 파우치 케이스(10), 파우치 케이스(10) 내에 전해질과 함께 밀봉되어 있는 전극 조립체(20)와, 전극 조립체(20)와 전기적으로 접속되는 한 쌍의 전극 리드(30)들을 포함한다.
바람직하게, 상기 파우치 케이스(10)는 전극 조립체(20)의 형상을 따라 중앙 영역과 가장자리 사이에 단차를 가지며 가장자리로부터 중앙 영역을 융기시켜 중앙 영역을 평평하게 갖는다. 따라서, 인접한 두 개의 파우치 케이스(10)들은 중앙 영역들을 통해 긴밀하게 접촉하여 별도의 공간을 형성하지 않는다. 또한, 상기 파우치 케이스(10)는 단변 실링 부위(12)들과 장변 실링 부위(14)들을 갖는다.
상기 단변 실링 부위(12)들은 전극 리드(30)들과 직각되게 위치되어 전극 리드(30)들을 각각 노출시키고, 상기 장변 실링 부위(14)들은 전극 리드(30)들과 평행하게 위치되어 단변 실링 부위(12)들에 연결된다. 상기 장변 실링 부위(14)들의 각각은 배터리 모듈(110)에서 전지(40)의 고 용량화를 구현하기 위해 가장자리에서 절곡(도 2 참조요)된다.
상기 전극 리드(30)는 일 단을 통해 파우치 케이스(10)의 단면 실링 부위(12)로부터 노출되고, 타 단을 통해 파우치 케이스(10)의 내부에서 전극 조립체(20)에 포함된 단위 셀들의 각각의 전극 판에 전기적으로 접속된다. 상기 전극 리드(30)는 파우치 케이스(10)의 외부에서 단부에 절곡 부위를 가지며, 인접하는 두 개의 전극 리드(30)들은 초음파 용접을 통해 절곡 부위들을 서로 접촉시켜 절곡 부위들에 의해 연결된다.
상기 전지 하우징(80)은 전지 적층체(50)의 상부면과 하부면의 일부를 노출시키면서 전지 적층체(50)의 단변부들과 장변부들을 둘러싸도록 구성된다. 이 경우에, 상기 단변부는 파우치 케이스(10)의 단변 실링 부위(12)에 대응되고, 상기 장변부는 파우치 케이스(10)의 장변 실링 부위(14)에 대응된다. 바람직하게, 상기 전지 하우징(80)은 전지 적층체(50) 상에서 정합되는 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)을 포함한다.
상기 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)은 서로에 대해서 대칭적인 형상을 갖는다. 일 측면에 따르면, 상기 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)의 각각은, 전지 적층체(50)의 하나의 장변부 및 그 장변부로부터 직각으로 연장되는 단변부들의 일부를 덮도록 X 방향(또는 길이 방향) 및 Y 방향(또는 폭 방향)을 따라 'ㄷ'자의 형상을 갖는다.
다른 측면에 따르면, 상기 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)의 각각은, X 방향(또는 길이 방향) 및 Y 방향(또는 폭 방향)의 'ㄷ'자의 형상을 따라 하부측에 하부벽(61), 상부측에 상부벽(63)과, 하부벽(61)의 단부와 상부벽(63)의 단부 사이에 위치되어 하부벽(61)과 상부벽(63)을 이어주는 수직벽(62)을 포함한다. 바람직하게, 상기 하부벽(61), 수직벽(62)과 상부벽(63)은 전지 적층체(50)의 하나의 장변부 및 그 장변부로부터 직각으로 연장되는 단변부들의 일부를 안착시킬 수 있도록 그루브(64)를 정의한다.
바람직하게, 상기 수직벽(62)은 그루브(64)에서 하부벽(61)으로부터 상부벽(63)을 향해 일정한 간격으로 서로 평행하게 형성된 복수의 안착 선반(65)들을 갖는다. 상기 그루브(65)는 하부벽(61), 상부벽(63)과 안착 선반(65)들 사이에서 복수의 안착홈(67)들로 세분된다. 상기 안착홈(67)은 인접한 두 개의 전지(40)들의 장변 실링 부위(14)들과 장변 실링 부위(14)들로부터 직각으로 연장되는 단변 실링 부위(12)들의 일부를 안착시키도록 구성된다.
상세하게는, 상기 인접한 두 개의 전지(40)들의 장변 실링 부위(14)들은 절곡된 상태에서 안착홈(67)에 삽입되어 안착될 수 있다. 또 다른 측면에 따르면, 상기 수직벽(62)은 X 방향(또는 길이 방향)의 'ㄷ'자의 형상을 따라 전면 수직벽(62a), 측면 수직벽(62b)과 후면 수직벽(62c)으로 세분된다. 여기서, 상기 수직벽(62)은 전지 적층체(50)의 단변부들의 맞은 편에서 전지(40)들의 단변 실링 부위(12)들의 일부와 마주하도록 전면 수직벽(62a)과 후면 수직벽(62c)에 복수의 통풍구(69)들을 정의한다.
바람직하게, 상기 통풍구(69)들은 전면 수직벽(62a), 측면 수직벽(62b)과 후면 수직벽(62c) 사이의 코너들에 인접하게 위치된다. 또한, 상기 전면 수직벽(62a)의 통풍구(69)들은 후면 수직벽(62c)의 통풍구(69)들과 각각 마주하도록 위치된다. 여기서, 상기 전면 수직벽(62a)의 통풍구(69)들과 후면 수직벽(62c)의 통풍구(69)들은 안착 선반(65)들 사이의 안착홈(64)들과 연통한다.
바람직하게, 상기 전면 수직벽(62a)과 후면 수직벽(62c)의 각각은 전지 적층체(50)의 전극 리드(30)들을 가이드하여 삽입시킬 수 있도록 단부에서 개구되어 단부로부터 내부를 향해 연장되는 복수의 가이드 슬릿(66)들을 갖는다. 상기 가이드 슬릿(66)은 그루브(65)와 함께 전극 리드(30)의 폭의 대략 절반을 안착시키도록 구성된다. 한편, 상기 센싱 블록(90)들은 전극 리드(30)들에 접속하도록 정렬된다. 그리고, 상기 커버(100)들은 센싱 블록(90)들을 덮도록 정렬된다.
도 2는, 도 1의 전지 적층체(50)와 전지 하우징(80)의 결합 관계를 보다 구체적으로 보여주는 부분 확대 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 전지 적층체(50)는 순차적으로 적층된 전지 그룹들(42, 44, 46, 48)을 포함하고, 상기 전지 그룹들(42, 44, 46, 48)의 각각은 두 개의 전지(40)들을 포함한다. 바람직하게, 상기 전지(40)는 장변 실링 부위(14)에서 전극 조립체(20)를 향해 실질적으로 180도 절곡된 단부를 갖는다. 상기 절곡된 단부는 장변 실링 부위의 손상을 방지하기 위해 곡면을 가지도록 절곡되며, 이후로 절곡부(18)로 명명된다.
상기 절곡부(18)는 단변 실링 부위(12)의 단부에 노출된다. 일 측면에 따르면, 상기 전지 그룹들(42, 44, 46, 48) 중 하나에 있어서, 하부 전지(40a)의 절곡부(18)는 상부 전지(40b)의 절곡부(18)와 마주보며, 상기 하부 전지(40a)의 절곡부(18)와 상부 전지(40b)의 절곡부(18)는 서로 이격된다. 다른 측면에 따르면, 상기 전지 그룹들(42, 44, 46, 48)은 제 1 하우징(74) 및 제 2 하우징(78)의 각각에서 하부벽(61), 상부벽(63)과 안착 선반(65)들 사이의 안착홈(67)들에 삽입될 수 있다.
이 경우에, 상기 전지 그룹들(42, 44, 46, 48)은 전지 그룹들(42, 44, 46, 48) 사이의 영역들을 통해 안착 선반(65)들과 결합할 수 있다. 바람직하게, 상기 안착 선반(65)들은 전지 그룹들(42, 44, 46, 48) 사이의 영역들에 삽입되어 전지 그룹들(42, 44, 46, 48)의 중앙 영역들에 긴밀하게 접촉될 수 있다.
도 3은, 도 1의 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 모듈(110)에서, 상기 전지 하우징(80)은 전지 적층체(50)의 단변부들과 장변부들을 수용한다. 바람직하게, 상기 전지 하우징(80)은 전지 적층체(50)의 하부면과 상부면의 중앙 영역들을 외부에 노출시키면서 전지 적층체(50)의 단변부들과 장변부들을 덮는다.
이를 위해, 상기 전지 하우징(80)의 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)은 전지 적층체(50)의 장변부들을 덮고 단변부들 상에서 정합하여 결합된다. 여기서, 상기 전지 적층체(50)의 전지(40)들의 전극 리드(도 1의 30)들은 전지 하우징(80)의 도 1의 수직벽(62)의 가이드 슬릿(66)들을 통해 외부에 노출된다. 또한, 도 1 또는 도 2에서, 상기 전지(40)들의 장변 실링 부위(14)들은 절곡부(18)들과 함께 안착 홈(67)들에 삽입된다.
상기 배터리 팩(110)에서, 상기 센싱 블록(90)들은 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)의 가이드 슬릿(66)들을 통해 전지(40)들의 전극 리드(30)들에 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 커버(100)들은 전지 하우징(80)에 착탈 가능하게 위치되어 센싱 블록(90)들을 각각 덮는다. 한편, 상기 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)의 통풍구(69)들은 센싱 블록(90)들과 커버(100)들에 의해 차폐되지 않는다.
도 4는, 도 1의 배터리 모듈을 평면적으로 보여주는 개략도이다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈(110)에서, 상기 전지 적층체(50)와 전지 하우징(80)은 전지(40)들에서 파우치 케이스(10)들의 장변 실링 부위(14)들의 절곡부(18)들 주변에 공기 유로(79)를 정의한다. 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)의 각각은, 전지 적층체(50)의 중앙 영역에서 안착 선반(65)들을 통해 파우치 케이스(10)들과 긴밀하게 접촉한다.
또한, 상기 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)의 각각은, 전지 적층체(50)의 가장 자리에서 하부벽(61), 수직벽(62), 상부벽(63)과 안착 선반(65)들을 통해 파우치 케이스(10)들의 장변 실링 부위(14)들을 둘러싸서 공기 유로(79)를 정의한다.
바람직하게, 상기 공기 유로(79)는 수평적으로 하부벽(61), 상부벽(63)과 안착 선반(65)들 사이의 안착홈(67)들 및 수직적으로 안착홈(67)들과 교차하도록 안착 선반(65)들의 소정 영역들을 지나는 도 2 의 연결 통로(68)들에 위치된다.
여기서, 상기 안착홈(67)들의 각각은 인접하는 두 개의 전지(40)들의 파우치 케이스(10)들의 장변 실링 부위(14)들에서 마주보는 절곡부(18)들을 수용한다. 바람직하게, 상기 안착홈(67) 내의 장변 실링 부위(14)들은 제 1 하우징(74) 또는 제 2 하우징(78)의 수직벽(62b)과 접촉하지 않는다.
한편, 상기 제 1 하우징(74)과 제 2 하우징(78)은 통풍구(69)들을 갖는다. 바람직하게, 상기 통풍구(69)들은 도면에서 전지 하우징(80)의 왼편 및 오른편의 하부측(C, E) 및 상부측(D, F)에 위치된다. 상기 통풍구(69)들은 안착홈(67)들과 마주해서 파우치 케이스(10)들의 장변 실링 부위(14)들에 위치되는 절곡부(18)들을 외부에 노출시킨다. 상기 통풍구(69)들은 공기 유로(79)와 연통한다.
도 5 및 도 6은, 도 1의 배터리 모듈의 작동 매카니즘을 설명하는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따르는 배터리 모듈(110)은 전지 하우징(80)에 통풍구(69)들을 갖는다. 상기 통풍구(69)들은 도 1, 도 3 및 도 4에서 상세히 설명되었다. 여기서, 상기 전지 하우징(80)은 제 1 흐름선(F1)들을 따라 일 측부로부터 통풍구(69)들을 향해 공기를 유입시킬 수 있다.
이어서, 상기 공기는 통풍구(69)들을 지나 전지 하우징(80)의 내부로 유입되고, 전지 하우징(80)의 내부에서 제 2 흐름선(F2)들을 따라 도 4 의 공기 유로(79)를 경유할 수 있다. 상기 공기는 전지 하우징(80)의 내부에서 도 2 또는 도 4의 파우치 케이스(10)들의 장변 실링 부위(14)들과 절곡부(18)들에 접촉해서 전지(40)들과 열을 교환한다. 다음으로, 상기 공기는 제 3 흐름선(F3)을 따라 전지 하우징(80)의 내부로부터 전지 하우징(80)의 통풍구(69)들을 지나 전지 하우징(80)의 타 측부를 향해 배출될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 공기는 전지 하우징(80)의 외부로부터 내부를 향하여 제 1 흐름선(F1)들을 따라 전지 하우징(80)의 통풍구(69)들로 흐를 수 있다. 계속해서, 상기 공기는 통풍구(69)들을 경유하여 도 5의 제 2 흐름선(F2)을 따라 전지 하우징(80)의 공기 유로(79)에 도착할 수 있다. 상기 공기 유로(79)는 하나의 통풍구(69)에서 제 1 영역(R1) 및 제 2 영역(R2)을 가질 수 있다.
상기 제 1 영역(R1)은 인접하는 두 개의 장변 실링 부위(14)들 사이에서 장변 실링 부위(14)들과 절곡부(18)들로 이루어진 공간이고, 상기 제 2 영역(R2)은 제 1 영역(R1)의 외부에 위치되는 공간이다. 상기 제 1 영역(R1)은 제 2 영역(R2)보다 더 큰 단면적을 갖는다. 한편, 상기 공기는 제 1 영역(R1) 및 제 2 영역(R2)에서 제 2 흐름선(F2)으로부터 분기되어 흐름선들(F21, F22)을 갖는다. 상기 흐름선들(F21, F22)은 지면으로 들어가는 방향이다.
상기 흐름선(F21)에 따른 공기는 두 개의 장변 실링 부위(14)들 사이에서 장변 실링 부위(14)들과 절곡부(18)들의 형상에 의해 대부분 갇힌다. 또한, 상기 흐름선(F22)에 따른 공기는 두 개의 장변 실링 부위(14)들을 둘러싼다. 여기서, 상기 제 1 영역(R1)이 제 2 영역(R2)보다 더 큰 단면적을 가지므로, 상기 흐름선(F21)에 따른 공기의 량은 흐름선(F22)에 따른 공기의 량보다 더 크다. 따라서, 상기 흐름선(F21)에 따른 공기는 흐름선(F22)에 따른 공기보다 파우치 케이스(10)들의 장변 실링 부위(14)들과 열 교환을 더 활발하게 한다.
또한, 상기 제 1 영역(R1)이 제 2 영역(R2)보다 더 큰 단면적을 가지므로, 상기 흐름선(F21)에 따른 공기는 흐름선(F22)에 따른 공기보다 공기 유로(79)에서 더 작은 흐름 압력을 갖는다. 따라서, 상기 흐름선(F22)에 따른 공기는 절곡부들 사이의 틈을 통해 제 2 영역(R2)으로부터 제 1 영역(R1)을 향해 지속적으로 공급되며 파우치 케이스(10)들의 장변 실링 부위(14)들과 열 교환을 하여 전체적으로 열 전달 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 이를 통해서, 상기 파우치 케이스(10)들의 중앙 영역들 사이에 공기의 통과를 위한 별도 공간이 없어도, 상기 전지 적층체(50)의 냉각은 파우치 케이스(10)들의 장변 실링 부위(14)들과 전지 하우징(80)을 이용하여 효율적으로 가능하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10; 파우치 케이스, 20; 전극 조립체
30; 전극 리드, 40; 전지
50; 전지 적층체, 80; 전지 하우징
90; 센싱 블록, 100; 커버
110; 배터리 모듈

Claims (19)

  1. 순차적으로 적층되는 복수의 파우치 형의 전지들로 이루어지고, 하나의 전지에서 파우치 케이스의 가장 자리로부터 융기되는 중앙 영역을 가지고, 인접하는 두 개의 전지들에서 파우치 케이스들의 중앙 영역들을 긴밀하게 접촉시키는 전지 적층체; 및
    상기 전지 적층체를 외부에 부분적으로 노출시키면서 상기 전지 적층체를 수용하는 전지 하우징을 포함하고,
    상기 파우치 케이스는 상기 가장 자리에서 단변 실링 부위들 그리고 절곡부들을 각각 가지는 장변 실링 부위들을 포함하고, 상기 전지 하우징은 상기 복수의 전지들의 파우치 케이스들의 장변 실링 부위들 사이에 삽입되는 안착 선반들 및 상기 복수의 전지들의 파우치 케이스들의 단변 실링 부위들을 외부에 노출시키는 통풍구들을 가지며,
    상기 파우치 케이스의 상기 중앙 영역에 전극 조립체를 더 포함하고,
    상기 절곡부들은 상기 전극 조립체를 향해 절곡되며,
    상기 전지 하우징은,
    상기 장변 실링 부위를 둘러싸서 공기 유로를 정의하며,
    상기 공기 유로는,
    상기 통풍구들에서 제 1 영역 및 제 2 영역을 가지며,
    상기 제 1 영역은, 인접하는 두 개의 장변 실링 부위들 사이에서 장변 실링 부위들과 절곡부들로 이루어진 공간이며,
    상기 제 2 영역은, 상기 제 1 영역 외부에 위치되며 제 1 영역보다 작은 단면적을 갖는 공간인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 케이스의 상기 가장 자리에 전극 리드들을 더 포함하되,
    상기 전극 리드들은 상기 절곡부들 사이에서 상기 단변 실링 부위들로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부들은 상기 단변 실링 부위들의 단부에서 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부들의 각각은 장변 실링 부위의 단부에서 곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부들은 상기 안착 선반들 사이에서 이격되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전지 하우징은 상기 전지 적층체의 하부면과 상부면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전지 하우징은 상기 전지 적층체의 가장 자리를 수용하는 그루브를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전지 하우징은 상기 전지 적층체의 장변부들을 덮고 단변부들 상에서 정합되는 제 1 하우징과 제 2 하우징을 포함하고,
    상기 제 1 하우징과 제 2 하우징의 각각은 서로 평행한 하부벽과 상부벽, 그리고 상기 하부벽의 단부와 상기 상부벽의 단부를 이어주는 수직벽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제 1 하우징과 상기 제 2 하우징의 각각은 상기 수직벽으로부터 돌출되는 상기 안착 선반들을 가지며 상기 하부벽, 상기 상부벽과 상기 안착 선반들 사이에 안착 홈들을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하부벽, 상기 상부벽과 상기 수직벽은 상기 제 1 하우징 또는 상기 제 2 하우징의 길이 방향과 폭 방향을 따라 'ㄷ'자의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 수직벽은 상기 전지 적층체의 상기 단변부들의 맞은 편에서 상기 복수의 전지들의 전극 리드들의 일부를 가이드하여 삽입시키도록 단부에서 개구되어 상기 단부로부터 내부를 향해 연장되는 복수의 가이드 슬릿들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 수직벽은 상기 복수의 전지들의 상기 파우치 케이스들의 상기 장변 실링 부위들로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 안착 선반들의 각각은 상기 파우치 케이스들 중 두 개 마다 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 안착 선반들은 상기 파우치 케이스들 사이에서 인접하는 파우치 케이스들의 중앙 영역들에 긴밀하게 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 안착 선반들은 상기 안착 홈들과 교차하는 연결 통로들을 가지고,
    상기 안착 홈들과 상기 연결 통로들은 상기 공기 유로를 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 안착홈들의 각각은 상기 두 개의 전지들의 상기 파우치 케이스들의 장변 실링 부위들에서 마주보는 절곡부들을 수용하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 통풍구들은 상기 제 1 하우징과 상기 제 2 하우징의 코너들에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 통풍구들은 상기 전지 적층체의 상기 단변부들의 맞은 편에서 상기 수직벽에 위치하며 상기 안착홈들과 마주하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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