KR101913365B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

케이스와, 상기 케이스내부에 구비되는 전극조립체, 상기 전극조립체와 연결되어 상기 케이스의 외부로 각각 노출되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀이 다수개 배열되어 서로 전기적으로 연결되는 배터리셀 배열체; 및 상기 배터리셀 배열체의 적어도 측면부 또는 하면부에 끼움 결합되는 냉각수단;을 포함한다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각을 용이하게 할 수 있는 수단이 구비된 배터리 모듈에 관한 것이다.

통상적으로 이차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이브리드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.

리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.

한편, 하이브리드 자동차 등 고출력의 리튬 전지가 요구되는 경우에 파우치형 배터리 셀을 수십에서 수백개 배열하고, 이를 직렬 또는 병렬 연결하여 고전압을 얻게 된다.

상기 파우치형 배터리 셀 배열체는 충전 또는 방전을 할 때 열이 발생하여 온도가 상승함에 따라 각 셀의 충전 또는 방전 성능이 떨어지는 문제점이 있다.

이에 따라, 배터리모듈의 온도 조절은 매우 중요한 실정이다.

US 2011-0183178 A1(2011.07.28)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 온도 조절을 위한 냉각 성능이 개선된 배터리모듈을 제공하려는 것이다.

본 발명의 배터리셀은, 케이스와, 상기 케이스내부에 구비되는 전극조립체, 상기 전극조립체와 연결되어 상기 케이스의 외부로 각각 노출되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀이 다수개 배열되어 서로 전기적으로 연결되는 배터리셀 배열체; 및 상기 배터리셀 배열체의 측면부 또는 하면부에 끼움 결합되는 열전달 기구물인 냉각수단;을 포함하되, 상기 냉각수단에는 상기 배터리셀 케이스의 일단 또는 타단이 끼움 결합되는 끼움홈이 복수로 형성되며, 상기 냉각수단의 끼움홈과 상기 배터리셀 케이스의 일단 또는 타단 사이에는 충진효과를 갖는 충진재가 개재될 수 있다.

또한, 상기 냉각 수단의 타측면에는 다수개의 핀으로 연장 형성되는 냉각핀이 형성되되, 상기 냉각핀의 다수개의 핀은 상기 끼움홈의 배열 방향에 대해 수직인 방향으로 배열되어 이루어질 수 있다.

또한, 상기 충진재는 상기 냉각수단의 끼움홈과 상기 배터리셀 케이스의 일단 또는 타단의 모서리 또는 끝단 사이에 개재될 수 있다.

또한, 상기 충진재는 열전도성 패드, 스폰지 또는 열전도성 그리스이다.

또한, 상기 냉각핀은 다수개의 핀이 각각 높이방향을 따라 상호 이격되어 형성된다.

이에 따라, 본 발명의 배터리모듈은 냉각을 위한 구성이 추가되어도 전체적인 구조가 단순하여 제작이 간편한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리셀 배열체의 분해사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리셀 배열체의 분해사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 사시도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(1000a)은 크게 배터리셀 배열체(100), 배터리셀 배열체(100)의 측면에 끼움 결합되는 냉각수단을 포함하여 형성된다.

배터리셀 배열체(100)는 전력이 저장되는 배터리셀(50)이 다수개 배열되면서 서로 전기적으로 연결되어 구성되며, 배터리셀 배열체(100)에 구성되는 배터리셀(50)에 대해 좀 더 상세히 설명하자면 다음과 같다.

배터리셀(50)은 케이스(10), 전극조립체(20), 제1전극탭(30a), 제2전극탭(40a)을 포함하여 형성된다.

전극조립체(20)는 케이스(10) 내부에 수용되는 구성으로서, 제1전극판(도시안됨) 및 제2전극판(도시안됨)을 포함하여 형성된다.

제1전극판 및 제2전극판 사이에는 분리막(도시안됨)이 구비되며, 제1전극판, 분리막, 제2전극판은 케이스(10) 내부에 전해질 용액과 함께 구비된다.

제1전극판은 양극판으로서, 도전성이 우수한 금속 박판, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체의 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.

제2전극판은 음극판으로서, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체의 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등 이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.

분리막은 제1전극판와 제2전극판을 분리하는 구성으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

제1전극탭(30a)과 제2전극탭(40a)은 전원 연결을 위해 케이스(10)의 외측으로 돌출되는 구성으로서, 제1전극판 및 제2전극판에 각각 용접된다.

케이스(10)는 내부에 전극조립체(20)를 수용하고 서로 접합되는 둘레면에 실링부재를 도포하여 제1전극탭(30a) 및 제2전극탭(40a)이 외측으로 노출되도록 밀봉된다.

도 1 내지 도 3에는 배터리셀(50)에 구성된 제1전극탭(30a) 및 제2전극탭(40a)이 케이스(10)에서 같은 방향으로 노출된 구성을 도시하였으나, 제1전극탭(30a) 및 제2전극탭(40a)이 케이스(10)에서 노출되는 방향은 좀 더 다양한 방향으로도 구성될 수 있으며, 본 실시예에서 제1전극탭(30a) 및 제2전극탭(40a)이 노출되는 방향은 한정되지 않는다.

또한, 케이스(10)는 실링부재의 도포에 의해 접착될 뿐만 아니라, 실링부재의 도포 영역이 열융착에 의해 접합되어 밀봉상태를 유지할 수 있다.

또한, 케이스(10)는, 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸 등과 같은 도전성 금속재로 이루어진다.

냉각수단은 배터리셀 배열체(100)의 일단, 타단, 하단을 포함하는 적어도 하나 이상의 단면에 결합되는 냉각부재(200, 300)로 구성된다.

냉각부재(200, 300)는 판형태로 구성되며, 일측면에 끼움홈(210, 310)이 형성되고 타측면에 냉각핀(220, 320)이 형성된다.

끼움홈(210, 310)은 냉각부재(200, 300)의 일측면이 배터리셀 배열체(100)의 일단 또는 타단에 대응되는 형태로 함몰되어 형성되며, 함몰 형성된 부분에 배터리셀 배열체(100)의 일단 또는 타단이 끼움 결합된다.

냉각핀(220, 320)은 배터리셀 배열체(100)의 일단 또는 타단에서 발생되는 열을 냉각부재(200, 300)의 일측면으로부터 전달받아 방열하기 위한 구성으로서, 냉각부재(200, 300)의 타측면에서 높이방향으로 일정간격 이격되어 나란히 연장되는 다수개의 핀으로 형성된다.

또한, 냉각부재(200, 300)와 배터리셀 배열체(100) 사이에는 충진재(A)가 개재된다.

즉, 냉각부재(200, 300)의 일측면과 배터리셀 배열체(100)의 일단 사이에 충진재(A)가 개재된다.

이 때, 충진재(A)는 열전도성 그리스 재질로 이루어진다.

여기에서 열전도성 그리스는 그리스와 유사 특성을 가진 점성 유체 물질로서, 높은 열전도율을 가지고 있다. 또한 이 그리스 외에도 비슷한 열전도율을 가지는 열전도성 패드, 스폰지 등의 충진효과를 갖는 재료를 사용할 수 있다.

도면에는 냉각부재(200, 300)가 배터리셀 배열체(100)의 양단에 각각 끼움 결합된 것을 도시하였으나, 냉각부재(200, 300)는 배터리셀 배열체(100)의 양단 외에도 다른 단면에 결합될 수 있으며, 본 실시예에서 한정되지 않는다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(1000a)은 배터리셀 배열체(100)에 간편하게 끼움 결합하여 냉각하는 냉각 수단인 냉각부재(200, 300)를 구성함으로서, 냉각을 위한 구성이 추가되어도 전체적인 구조가 단순하여 제작이 간편한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(1000a)은 배터리셀 배열체(100)와 냉각부재(200, 300) 사이에 열전도성이 높은 충진재(A)가 개재됨으로서, 배터리셀 배열체(100)에서 발생하는 열이 냉각부재(200, 300)에 좀 더 효율적으로 전달될 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(1000a)은 충전제(A)를 통해 배터리셀 배열체(100)에서 발생하는 열이 냉각부재(200, 300)에 좀 더 효율적으로 전달됨으로서, 냉각부재(200, 300)의 방열효율 및 냉각효과가 극대화되는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈(1000b)은 본 발명의 일시예에 따른 배터리모듈(1000)과 동일한 형태로 형성되나, 배터리셀(50)에 구성되는 제1전극탭(30b) 및 제2전극탭(40b)이 각각 케이스(10)의 반대방향으로 노출되는 형태로도 구성될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000a,b: 본 발명의 배터리모듈
100 : 배터리셀 배열체
10 : 케이스 20 : 전극조립체
30a, 30b: 제1전극탭 40a, 40b : 제2전극탭
50 : 배터리셀
200,300 : 냉각부재
210,310 : 끼움홈 220,320 : 냉각핀
A : 충진재

Claims (5)

1. 케이스와, 상기 케이스내부에 구비되는 전극조립체, 상기 전극조립체와 연결되어 상기 케이스의 외부로 각각 노출되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀이 다수개 배열되어 서로 전기적으로 연결되는 배터리셀 배열체; 및
   상기 배터리셀 배열체의 측면부 또는 하면부에 끼움 결합되는 열전달 기구물인 냉각수단;을 포함하되,
   상기 냉각수단에는 상기 배터리셀 케이스의 일단 또는 타단이 끼움 결합되는 끼움홈이 복수로 형성되며,
   상기 냉각수단의 끼움홈과 상기 배터리셀 케이스의 일단 또는 타단 사이에는 충진효과를 갖는 충진재가 개재되는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각 수단의 타측면에는 다수개의 핀으로 연장 형성되는 냉각핀이 형성되되,
   상기 냉각핀의 다수개의 핀은 상기 끼움홈의 배열 방향에 대해 수직인 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 충진재는 상기 냉각수단의 끼움홈과 상기 배터리셀 케이스의 일단 또는 타단의 모서리 또는 끝단 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 충진재는
   열전도성 패드, 스폰지 또는 열전도성 그리스인 것을 특징으로 하는 배터리모듈.
   
5. 제2항 내지 제4항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각핀은
   다수개의 핀이 각각 높이방향을 따라 배열되어 형성되는 배터리모듈.

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