KR102026386B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 다수의 배터리 셀과, 각각 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하되 배터리 셀의 일면 또는 양면이 외부에 노출되도록 구성되는 복수의 셀 카트리지 및 복수의 셀 카트리지가 하나씩 삽입되어 세워지도록 구획된 공간을 형성하고 배터리 셀의 일면 또는 양면과 접촉하도록 구성되는 복수의 수직 플레이트와, 복수의 수직 플레이트와 한 몸체로 형성되고 복수의 셀 카트리지를 상부에 지지하는 베이스 플레이트로 구성되어 배터리 셀들과 열교환을 행하는 로워 하우징을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

Description

배터리 모듈{Battery module}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉각 효율이 높고 조립성 및 체결성이 우수한 배터리 모듈에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위 셀(cell)을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위 셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.

한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.

멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 앞서도 살펴본 바와 같이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.

따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것이 장착된 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각장치가 반드시 필요하다.

일반적으로 하나의 배터리 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀을 필요한 수만큼 적층시킨 스택(Stack)을 포함한다. 그리고 단위 배터리 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 배터리 모듈의 온도를 적정하게 유지하기 위해 배터리 셀 중간 중간에 냉각 핀을 삽입한다. 각각의 단위 셀에서 열을 흡수한 냉각 핀은 쿨링 플레이트에 그 열을 전달하고 쿨링 플레이트는 히트싱크에 의해 냉각된다.

그러나 기존의 배터리 모듈은 낮은 열전도율로 인해 배터리 셀에서 발생하는 열을 외부로 원활하게 배출시키지 못하는 한계가 있다. 부연하면, 종래 배터리 모듈은 카트리지에 체결되어 있는 냉각 핀과 쿨링 플레이트의 조립 공차로 인해 냉각 핀과 쿨링 플레이트의 접촉면이 완전히 맞닿지 않아 들뜨는 부분이 많이 생겨서 냉각 핀과 쿨링 플레이트 접촉면에서 열 접촉 저항이 상당히 큰 편이다. 이에 따라 냉각 핀에서 쿨링 플레이트로의 열 전달이 원활하게 이루어지지 않고, 이는 배터리 모듈의 냉각 효율을 떨어뜨리는 주요인이 된다. 이러한 열 접촉 저항을 감소시키기 위한 보완 방안으로 냉각 핀과 쿨링 플레이트 사이에 TIM(Thermal Interface Material)등을 사용하기도 하지만 부품수 증가에 따른 제품의 크기 및 제조 단가가 높아져 제품 경쟁력이 낮아지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 냉각부재들 간의 불완전한 접촉에서 비롯되는 낮은 열전달율을 개선하여 종래보다 냉각효율이 높은 배터리 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 조립 편의성이 향상된 배터리 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀; 각각 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하되 상기 배터리 셀의 일면 또는 양면이 외부에 노출되도록 구성되는 복수의 셀 카트리지; 및 상기 복수의 셀 카트리지가 하나씩 삽입되어 세워지도록 구획된 공간을 형성하고 상기 배터리 셀의 일면 또는 양면과 접촉하도록 구성되는 복수의 수직 플레이트와, 상기 복수의 수직 플레이트와 한 몸체로 형성되고 상기 복수의 셀 카트리지를 상부에 지지하는 베이스 플레이트로 구성되어 상기 배터리 셀들과 열교환을 행하는 로워 하우징을 포함할 수 있다.

상기 수직 플레이트들은, 상기 베이스 플레이트의 상면에 세워져서 상호간 소정 간격 이격되고 평행하게 배치되어 상기 구획된 공간을 형성할 수 있다.

상기 수직 플레이트들, 각각은, 수직으로 배치된 양변 쪽의 끝단이 벤딩된 형태로 마련되는 카트리지 가이드부를 구비하며, 상기 셀 카트리지들, 각각은, 상기 카트리지 가이드부에 끼워지도록 하부쪽 단부에서 시작해서 상부쪽 단부에 인접한 위치까지 형성되는 슬롯을 구비할 수 있다.

상기 구획된 공간을 사이에 두고 서로 마주하는 2개의 수직 플레이트는, 상기 카트리지 가이드부가 서로 대향하는 방향으로 형성될 수 있다.

상기 카트리지 가이드부는, 상기 수직 플레이트의 끝단이 90도 각도로 2회 절곡되어 횡단면이 "ㄷ" 형태로 마련될 수 있다.

상기 로워 하우징은 열전도성 재질로 형성되며, 상기 복수의 수직 플레이트의 하단부는, 상기 베이스 플레이트의 상면 형태에 대응되는 형상으로 마련되어 상기 베이스 플레이트의 상면에 용접될 수 있다.

상기 베이스 플레이트는, 요철 구조로 표면이 볼록하게 형성되는 복수의 볼록부를 구비할 수 있다.

상기 셀 카트리지는, 4각 링 형태로 상호간 조립 및 분해가능하게 마련되는 제1 카트리지프레임과 제2 카트리지프레임을 포함할 수 있다.

상기 제1 카트리지프레임과 상기 제2 카트리지프레임은 서로 후킹될 수 있다.

상기 베이스 플레이트의 하면에 접하도록 배치되어 상기 베이스 플레이트와 열교환하는 히트싱크를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다. 상기 자동차에는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등이 포함될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열전도성 소재의 로워 하우징에 복수의 배터리 셀들을 수용함으로서 종래 배터리 모듈의 냉각부재들 간의 조립 공차로 인한 접촉 저항을 없앨 수 있다. 따라서 열 전도율이 높아져 배터리 모듈의 냉각 효율이 향상될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 모듈의 조립 편의성이 향상될 수 있다. 셀 카트리지를 수직 플레이트들 사이의 구획된 공간에 끼워넣음으로서 배터리 셀의 일면 또는 양면이 로워 하우징의 수직 플레이트와 접촉될 수 있어 배터리 모듈 조립이 간편해 질 수 있다.

또한, 로워하우징에 셀 카트리지를 개별적으로 넣고 빼낼 수 있어, 배터리 모듈 전체를 분해하지 않더라도 배터리 셀의 교체 및 유지 보수가 손쉬워 질 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 정면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 로워하우징을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 3의 정면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 카트리지가 로워 하우징에 부분 삽입된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6 내지 도 7은, 도 5의 복수의 셀 카트리지가 로워 하우징에 삽입되기 전과 후의 상태를 나타내는 부분 확대 사시도이다.
도 8은 본 발명의 배터리 모듈의 단면 일부분을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는, 도 1의 정면도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(110), 복수의 셀 카트리지(120) 및 로워 하우징(130)을 포함한다.

배터리 셀(110)은 복수 개가 구비될 수 있다. 그리고 배터리 셀(110)은 파우치형 이차전지(110)일 수 있다. 파우치형 이차전지(110)는, 전극 조립체, 전해질 및 파우치 외장재로 구성될 수 있다.

여기서 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전극 조립체는, 하나의 양극판과 하나의 음극판이 분리막과 함께 권취된 권취형과 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 스택형 등으로 구분될 수 있다.

파우치 외장재는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로, 전극 조립체와 전해액을 내장한 상태에서 외주면을 열융착하여 밀봉되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 파우치 외장재는 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 형태의 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 파우치의 내부 공간에 전극 조립체가 수납될 수 있다. 그리고 2개의 파우치의 외주면에는 실링부가 구비되어 이러한 실링부가 서로 융착됨으써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.

한편, 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드(111)와 연결될 수 있다. 그리고 전극 리드(111)는 2개의 파우치의 실링부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써, 배터리 셀(110)의 전극 단자로서 기능할 수 있다. 이와 같은 파우치형 배터리 셀(110)은 기계적 강성이 약한 편이기 때문에 외부 충격을 흡수하고 적층이 용이하도록 셀 카트리지(120)에 수용될 수 있다. 셀 카트리지(120)는 배터리 셀(110)을 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 배터리 셀(110)의 조립을 가이드하는 역할을 한다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은 복수 개의 셀 카트리지(120)를 구비한다. 복수 개의 셀 카트리지(120)는 세워져서 수평 방향으로 적층된 형태로 배치될 수 있다.

하나의 셀 카트리지(120)는 적어도 하나의 배터리 셀(110)을 수용하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 카트리지(120)에 2개의 배터리 셀(110)이 수용되도록 구성된다.

본 실시예에 따른 셀 카트리지(120)는 제1 카트리지프레임(121)과, 제2 카트리지프레임(122)을 포함한다. 제1 카트리지프레임(121)과 제2 카트리지프레임(122)은 4각 링 형태로 상호간 조립 및 분해 가능하도록 마련될 수 있다.

도 1과 같이, 제1 카트리지프레임(121)과 제2 카트리지프레임(122)은 다수의 후크(H)와 후크체결공을 구비하여, 2개의 배터리 셀(110)들을 사이에 두고 간단하게 후킹 방식으로 조립될 수 있다. 이때, 2개의 배터리 셀(110)들은 셀 카트리지(120) 내부에 고정되어 유동이 저지될 수 있다. 그리고 2개의 배터리 셀(110)들 각각의 바깥쪽 일면이 외부로 노출될 수 있다. 보다 구체적으로, 셀 카트리지(120)의 개방된 중앙 부분을 통해 전극 조립체를 커버하는 파우치 외장재의 넓은 일면이 외부로 노출될 수 있다. 그리고 노출된 배터리 셀(110)들의 바깥쪽 일면은 셀 카트리지(120)가 로워 하우징(130)에 삽입된 때, 수직 플레이트(132)에 접촉될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 로워하우징(130)을 나타내는 사시도이고, 도 4는, 도 3의 정면도이고, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 카트리지(120)가 로워 하우징(130)에 부분 삽입된 상태를 나타내는 사시도이다.

이하에서는 이들 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로워 하우징(130)에 대해 자세히 설명하기로 한다.

로워 하우징(130)은 복수의 셀 카트리지(120)들을 세워서 수평 방향으로 적층시키기 위한 구성품이다. 특히, 본 발명에 따른 로워하우징(130)은, 배터리 셀(110)들에서 발생된 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 마련되어 있다.

로워 하우징(130)은 금속 소재로 마련되는 것이 바람직하다. 상기 금속 소재는 금속 중에서도 열전도성이 높고 경량인 알루미늄 합금이 사용될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대 구리, 금, 은도 가능하다. 금속이외의 질화알루미늄, 탄화규소와 같은 세라믹 물질도 가능하다.

보다 구체적으로 로워 하우징(130)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 수직 플레이트(132)와 베이스 플레이트(131)로 구성될 수 있다. 특히, 복수의 수직 플레이트(132)와 베이스 플레이트(131)는 한 몸체로 형성될 수 있다.

베이스 플레이트(131)는 로워 하우징(130)의 밑면을 형성하는 부분으로 셀 카트리지(120)들을 상부에 지지한다. 또한, 베이스 플레이트(131)는 열 전도성 금속 판재로 수직 플레이트(132)를 통해 배터리 셀(110)들로부터 열을 흡수할 수 있다. 도시하지 않았으나, 베이스 플레이트(131)의 하면은 히트싱크(미도시)에 접촉될 수 있고, 히트싱크와 열교환함으로서 냉각될 수 있다. 즉, 베이스 플레이트(131)는 배터리 셀(110)들의 열을 최종적으로 배터리 모듈(100) 외부로 방출시키는 역할을 한다. 여기서, 히트싱크는 열 접촉에 의해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다. 예컨대, 히트싱크는 내부에 유로를 포함하는 중공 구조로 구성될 수 있고, 내부 유로에는 냉각수, 냉각 가스, 공기 등의 냉매가 흐를 수 있다.

본 실시예에 따른 베이스 플레이트(131)는 요철 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(131)는 표면이 볼록하게 형성되는 복수 개의 볼록부(131a)를 구비할 수 있다. 볼록부(131a)는 베이스 플레이트(131)의 폭 방향을 따라 소정 간격마다 마련될 수 있다. 그리고 도 2를 참조하면, 셀 카트리지(120)는 이러한 볼록부(131a)들 사이에 수직으로 배치될 수 있다. 이때 볼록부(131a)들 사이 간격은 셀 카트리지(120)의 하단 너비에 대응될 수 있다. 따라서 셀 카트리지(120)의 하단은 베이스 플레이트(131)의 볼록부(131a) 사이에 인입되어 지지될 수도 있다. 이러한 베이스 플레이트(131)의 요철 구조는 셀 카트리지(120) 조립시 셀 카트리지(120)의 고정력을 높이는데 유리할 수 있다.

또한, 볼록부(131a)는 베이스 플레이트(131)의 아래로 케이블(미도시)이 배선될 수 있도록 공간을 제공할 수 있다. 즉, 각종 케이블들이 볼록부(131a) 아래 공간을 통해 배선될 수 있으므로 케이블 배선이 쉬워지고, 케이블이 외부로 노출되지 않으므로 케이블 손상을 방지할 수 있다.

또한, 이와 같이 요철 구조를 갖는 베이스 플레이트(131)는, 표면이 평평한 경우보다, 열을 흡수할 수 있는 단면적이 더 넓으므로 열용량이 더 커질 수 있다. 따라서 이러한 베이스 플레이트(131)는 배터리 셀(110)들로부터 보다 많은 양의 열을 흡수하고 방열시킬 수 있으므로 냉각 효율 측면에서 더 유리할 수 있다.

수직 플레이트(132)는 베이스 플레이트(131)와 같은 열전도성 금속 판재일 수 있다. 수직 플레이트(132)는 배터리 셀(110)과 직접 접촉되어 배터리 셀(110)로부터 흡수한 열을 베이스 플레이트(131)로 전도시키는 열 전도 매개체 역할을 할 뿐만 아니라 셀 카트리지(120)의 슬라이드 삽입을 유도하고 셀 카트리지(120)가 유동되지 않도록 지지하는 역할을 한다.

보다 구체적으로, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 수직 플레이트(132)는 복수 개가 구비될 수 있다. 복수 개의 수직 플레이트(132)들은 베이스 플레이트(131)의 폭 방향을 따라 이격되고 상호간 평행하게 배치되어 로워 하우징(130)의 격벽을 형성한다.

이와 같이 격벽을 형성하는 수직 플레이트(132)들의 중간 중간에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 구획된 공간이 마련되고, 이러한 구획된 공간에 셀 카트리지(120)가 배치될 수 있다. 다시 말하면, 베이스 플레이트(131)의 상부에는 복수 개의 수직 플레이트(132)에 의해 다수의 구획된 공간이 형성되고, 이렇게 구획된 공간들 각각에 셀 카트리지(120)들이 하나씩 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서 2개의 배터리 셀(110)이 셀 카트리지(120) 내부에 수용되어 있고, 2개의 배터리 셀(110) 적층체의 바깥면은 비어있는 셀 카트리지(120)의 중앙 부분 밖으로 노출되어 있다. 따라서 셀 카트리지(120)가 상기 구획된 공간에 배치되게 되면, 2개의 배터리 셀(110) 적층체의 바깥면은 2개의 나란한 수직 플레이트(132)들 사이에 끼여 면 접촉될 수 있다. 이러한 본 발명의 배터리 모듈(100)에 의하면, 충전 및 방전시 배터리 셀(110)들에서 발생된 열은 복수의 수직 플레이트(132)를 거쳐 베이스 플레이트(131)로 전달될 수 있고, 다시 베이스 플레이트(131)에서 히트싱크(미도시)로 방출될 수 있다.

이러한 수직 플레이트(132)는 베이스 플레이트(131)와 일체로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 플레이트(132) 각각의 하단면은 베이스 플레이트(131)의 상면과 대응되는 형상으로 베이스 플레이트(131)의 상면에 용접되어 완전히 밀착될 수 있다. 즉, 로워 하우징(130)은 복수의 수직 플레이트(132)를 일체로 형성한 다음, 베이스 플레이트(131)의 상면에 용접하거나, 각각의 수직 플레이트(132)를 하나씩 베이스 플레이트(131)의 상면에 용접하는 방식으로 구성될 수 있다.

예컨대, 수직 플레이트(132)와 베이스 플레이트(131)가 서로 후킹이나 볼트 체결등으로 조립되는 경우, 수직 플레이트(132)들의 하단면과 베이스 플레이트(131)의 상면 사이에는 열전달을 저해하는 공기층이 발생될 수 있기 때문에 본 발명에 따른 로워 하우징(130)은 상기와 같이 수직 플레이트(132)들의 하단면과 베이스 플레이트(131)의 상면이 완전히 밀착되도록 구성된다. 따라서 본 발명은 수직 플레이트(132)와 베이스 플레이트(131) 사이의 접촉 저항에 따른 열전달율 감소를 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 권리범위가 수직 플레이트(132)와 베이스 플레이트(131)의 용접으로 제작된 로워 하우징(130)에 한정되어야 하는 것은 아니다. 예컨대, 베이스 플레이트(131)의 상면에 접촉제를 도포한 후 수직 플레이트(132)들을 본딩시키거나, 다이 캐스팅(die casting) 공정에 의해 로워 하우징(130)을 일체로 제작할 수도 있을 것이다.

그리고 로워 하우징(130)에서 베이스 플레이트(131)의 크기, 수직 플레이트(132)의 개수와 배치 간격 등은 셀 카트리지(120)의 두께와 배터리 모듈(100)의 필요 용량에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

도 6 내지 도 7은, 도 5의 복수의 셀 카트리지(120)가 로워 하우징(130)에 삽입되기 전과 후의 상태를 나타내는 부분 확대 사시도이고, 도 8은 본 발명의 배터리 모듈(100)의 단면 일부분을 도시한 도면이다.

도 3 및 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 플레이트(132)는 셀 카트리지(120)의 삽입을 유도하고 삽입된 셀 카트리지(120)를 홀딩시키는 역할을 하는 카트리지 가이드부(132a)를 포함한다.

카트리지 가이드부(132a)는 수직 플레이트(132) 양쪽 단변, 즉 베이스 플레이트(131)에 대해 수직으로 배치되는 양변 쪽의 끝단이 벤딩된 형태로 구성될 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 카트리지 가이드부(132a)는 수직 플레이트(132)의 상기 끝단이 90도 각도로 2회 절곡되어 횡단면이 "ㄷ" 형태로 구성될 수 있다. 그리고 도 3을 참조하면, 구획된 공간을 사이에 두고 서로 마주하는 2개의 수직 플레이트(132)는, 상기 카트리지 가이드부(132a)가 서로 대향하는 방향으로 벤딩될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 카트리지(120)는 상기 카트리지 가이드부(132a)에 슬라이드 삽입되는 슬롯(123)을 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 셀 카트리지(120)는 제1 카트리지프레임(121)과 제2 카트리지프레임(122)으로 구성될 수 있고, 도 5를 참조하면, 제1 및 제2 카트리지프레임(121,122) 파우치 외장재의 단변 부분을 커버하는 제1 단위 프레임(121a,122a)과, 파우치 외장재의 장변 부분을 커버하는 제2 단위 프레임(121b,122b)으로 구성될 수 있다. 여기서 파우치 외장재의 단변 부분은 양방향으로 전극 리드(111)가 노출되어 있는 부분을 의미한다.

제1 단위 프레임(121a,122a)은, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 단층을 형성할 수 있다. 그리고 본 실시예에 따른 셀 카트리지(120)는 로워 하우징(130)에 조립된 때, 단층면(F)을 기준으로 하층면 부분은 수직 플레이트(132) 끝단보다 더 바깥쪽에 위치하고, 상층면 부분은 수직 플레이트(132) 끝단 안쪽에 위치할 수 있다. 그리고 상기 단층면(F)에는 슬롯(123)이 마련될 수 있다.

상기 슬롯(123)은 셀 카트리지(120)를 로워 하우징(130) 상부에서 하부 방향으로 삽입시 수직 플레이트(132)의 카트리지 가이드부(132a)에 끼워지도록 제1 단위 프레임(121a,122a)의 하부쪽 단부에서 시작해서 상부쪽 단부에 인접한 위치까지 형성될 수 있다.

이러한 셀 카트리지(120)의 슬롯(123)은 서로 마주하는 2개의 수직 플레이트(132)에 구비되는 4개의 카트리지 가이드부(132a)에 대응되도록 제1 카트리지프레임(121)과 제2 카트리지프레임(122)에 각각 2개씩 총 4개가 형성될 수 있다. 이와 같은 구성으로, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 셀 카트리지(120)들은 셀 카트리지(120)의 슬롯(123)들을 수직 플레이트(132)의 해당 카트리지 가이드부(132a)에 대응되게 맞추어 끼움으로서 로워 하우징(130)에 조립될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은, 로워 하우징(130)에 대해 셀 카트리지(120)의 삽입 방향과 위치가 정해져 있어 조립 공정이 매우 간단하고 수월하며, 삽입된 셀 카트리지(120)들은 카트리지 가이드부(132a)에 의해 전,후,좌,우로 홀딩되기 때문에 유동이 저지되어 로워 하우징(130)에서 쉽게 이탈되지 않는다.

또한, 로워 하우징(130)에 셀 카트리지(120)를 개별적으로 넣고 빼낼 수 있어, 배터리 모듈(100) 전체를 분해하지 않더라도 배터리 셀의 교체 및 유지 보수가 손쉬워 질 수 있다.

또한, 단위 셀 카트리지(120)를 상술한 방식으로 조립함에 따라 배터리 셀(110)의 적어도 일면이 로워 하우징(130)과 접촉되므로 배터리 셀(110)에서 열이 외부로 전도되는 경로가 매우 단순해져 열 접촉 저항이 줄어들어 냉각 효율이 높아질 수 있다. 더욱이, 종래 열 접촉 저항 개선을 위한 TIM 등의 부재를 사용할 필요가 없어, 그 만큼 부피가 줄어들어 배터리 모듈(100)이 보다 컴팩트해 질 수 있고, 제품 단가는 더 낮아질 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(100) 이외에도, 이러한 배터리 모듈(100)을 커버하기 위한 케이스, 배터리 모듈(100)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 포함할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100: 배터리 모듈 110: 배터리 셀
120: 셀 카트리지 121: 제1 카트리지프레임
122: 제2 카트리지프레임 123: 슬롯
130: 로워 하우징 131: 베이스 플레이트
131a: 볼록부 132: 수직 플레이트
132a: 카트리지 가이드부

Claims (12)

1. 다수의 배터리 셀;
   각각 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하되 상기 배터리 셀의 일면 또는 양면이 외부에 노출되도록 구성되는 복수의 셀 카트리지; 및
   상기 복수의 셀 카트리지를 상부에 지지하는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트와 일체로 형성되되 상기 베이스 플레이트의 폭 방향을 따라 상면에 상호 간 평행하고 소정 간격 이격되게 세워져 상기 베이스 플레이트 상에 복수의 구획된 공간을 형성하는 복수의 수직 플레이트들로 구성되며 상기 배터리 셀들과 열교환을 행하도록 열 전도성 소재로 마련되는 로워 하우징을 포함하고,
   상기 복수의 셀 카트리지들은 상기 복수의 수직 플레이트들 사이 사이에 하나씩 삽입되어 각각의 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 일면 또는 양면이 각각 대응하는 상기 수직 플레이트들과 접촉하게 배치되되,
   상기 수직 플레이트들은 각각 수직으로 배치된 양변 쪽의 끝단이 90도 각도로 2회 절곡되어 횡단면이 "ㄷ" 형태로 마련되는 카트리지 가이드부를 구비하며, 상기 베이스 플레이트는 요철 구조로 표면이 볼록하게 형성되는 복수의 볼록부들을 구비하고,
   상기 셀 카트리지들은 상기 카트리지 가이드부에 끼워지도록 하부쪽 단부에서 시작해서 상부쪽 단부에 인접한 위치까지 형성되는 슬롯을 구비하며 각각의 상기 셀 카트리지의 하단은 상기 볼록부들 사이에 인입되어 지지되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 로워 하우징은 열전도성 재질로 형성되며, 상기 복수의 수직 플레이트의 하단부는, 상기 베이스 플레이트의 상면 형태에 대응되는 형상으로 마련되고 상기 베이스 플레이트의 상면에 용접되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 셀 카트리지는,
   4각 링 형태로 상호간 조립 및 분해가능하게 마련되는 제1 카트리지프레임과 제2 카트리지프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 카트리지프레임과 상기 제2 카트리지프레임은 서로 후킹되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 하면에 접하도록 배치되어 상기 베이스 플레이트와 열교환하는 히트싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제1항, 제6항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
12. 제11항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
    

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