KR102061292B1 - 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들로 이루어지는 배터리 셀 어셈블리 및 배터리 셀 어셈블리의 냉각을 위해 냉매가 유동하는 냉각 유로를 구비하며, 복수 개의 배터리 셀들을 관통하는 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.

제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 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.

현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 복수 개의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.

멀티 배터리 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 그것을 포함하는 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각 장치가 반드시 필요하다.

일반적으로 냉각 장치에는 대표적으로 공냉식과 수냉식, 두 가지를 들 수 있는데, 누전이나 이차전지의 방수 문제 등으로 인해 공냉식이 수냉식보다 널리 이용되고 있다.

하나의 배터리 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 배터리 모듈은 일반적으로 모듈 케이스 내에 복수 개의 배터리 셀들을 필요한 수 만큼 적층시켜 패키징한다. 그리고 개개의 배터리 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 이차전지의 온도를 적정하게 유지하기 위해 배터리 셀들 중간 중간에 방열부재로서 배터리 셀의 면적에 대응되는 복수 개의 냉각 핀들을 삽입한다. 각각의 배터리 셀에서 열을 흡수한 냉각 핀들은 배터리 모듈의 저부에 구비되는 히트 싱크에 냉각 플레이트를 통해 연결되어 그 열을 전달하고 히트 싱크는 냉각수 또는 냉각 공기에 의해 냉각된다.

그러나, 종래 배터리 모듈에서는, 히트 싱크가 배터리 셀들의 저부에 구비되는 바, 히트 싱크와 가깝게 배치되는 배터리 셀의 저부와 히트 싱크로부터 멀리 배치되는 배터리 셀의 상부 사이에 온도 편차가 발생하는 문제가 있다.

또한, 종래 배터리 모듈에서는, 냉각 핀들과 히트 싱크가 중간 매개체인 냉각 플레이트를 통해 서로 간접적으로 접촉 연결되는 바, 서로 간에 불균일한 접촉 등의 접촉 불량이 발생할 가능성이 높다. 이러한 접촉 불량이 발생할 경우, 접촉 불량이 발생한 부분에서 배터리 셀의 냉각이 제대로 이루어지지 않는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 배터리 모듈의 냉각 시 배터리 셀들을 균일하게 냉각하며, 냉각 핀들과 히트 싱크의 불균일한 접촉을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들로 이루어지는 배터리 셀 어셈블리; 및 상기 배터리 셀 어셈블리의 냉각을 위해 냉매가 유동하는 냉각 유로를 구비하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들을 관통하는 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.

각각의 배터리 셀은, 상기 히트 싱크를 관통시키기 위한 관통홀을 구비하는 전지 케이스; 상기 전지 케이스 내에 수용되는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체와 연결되며, 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되는 한 쌍의 전극 리드들;을 포함할 수 있다.

상기 히트 싱크는 상기 관통홀의 내벽에 접촉될 수 있다.

상기 한 쌍의 전극 리드들은 상기 관통홀을 사이에 두고 서로 대향 배치되거나 또는 상기 전지 케이스의 일측에 함께 구비될 수 있다.

상기 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀과 접촉할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리의 적어도 두 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며, 상기 히트 싱크를 관통시키기 위한 히트 싱크 관통홀을 구비하는 적어도 하나의 냉각 핀;를 포함할 수 있다.

상기 히트 싱크는 상기 히트 싱크 관통홀의 내벽에 접촉될 수 있다.

상기 냉각 핀은 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 냉각 핀들은 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이마다 구비될 수 있다.

상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 셀 어셈블리의 양측에 배치되는 배터리 셀들에 각각 접촉할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리의 양측에 구비되며, 상기 히트 싱크를 관통시키기 위한 커버홀을 구비하는 한 쌍의 커버 냉각 핀;를 포함할 수 있다.

상기 히트 싱크는 상기 커버홀의 내벽에 접촉될 수 있다.

상기 히트 싱크는, 상기 관통홀, 상기 히트 싱크 관통홀 및 상기 커버홀에 각각 삽입되며, 상기 냉각 유로를 구비하는 관통 파이프; 상기 관통 파이프의 일단부에 연결되며, 상기 냉각 유로로 상기 냉매를 공급할 수 있는 냉매 공급부와 연결되는 상기 냉매 공급 파이프; 및 상기 관통 파이프의 타단부에 연결되며, 상기 냉각 유로로부터 상기 냉매를 배출할 수 있는 냉매 배출부와 연결되는 냉매 배출 파이프;를 포함할 수 있다.

상기 관통 파이프는 상기 관통홀의 내벽, 상기 히트 싱크 관통홀의 내벽 및 상기 커버홀의 내벽에 접촉될 수 있다.

상기 냉매 공급 파이프의 외경 및 상기 냉매 배출 파이프의 외경은 상기 관통 파이프의 외경보다 클 수 있다.

상기 냉매 공급 파이프 및 상기 냉매 배출 파이프는 각각의 커버 냉각 핀의 일면에 장착될 수 있다.

그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.

아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.

이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈의 냉각 시 배터리 셀들을 균일하게 냉각하며, 냉각 핀들과 히트 싱크의 불균일한 접촉을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예들에 따른 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차는 냉각 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀의 평면도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 냉각 핀의 평면도이다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈의 커버 냉각 핀의 평면도이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 히트 싱크의 사시도이다.
도 7은 도 6의 히트 싱크의 단면도이다.
도 8은 도 1의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 히트 싱크를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 배터리 모듈의 냉각 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀의 평면도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 냉각 핀의 평면도이며, 도 5는 도 1의 배터리 모듈의 커버 냉각 핀의 평면도이며, 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 히트 싱크의 사시도이며, 도 7은 도 6의 히트 싱크의 단면도이며, 도 8은 도 1의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 히트 싱크를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 어셈블리(100), 냉각 핀(200), 커버 냉각 핀(300) 및 히트 싱크(500)를 포함할 수 있다.

상기 배터리 셀 어셈블리(100)는 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들(110)로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

각각의 배터리 셀(110)은 전지 케이스(112), 전극 조립체(115) 및 한 쌍의 전극 리드들(117, 118)을 포함할 수 있다.

상기 전지 케이스(112)는 대략 원형의 도넛 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 전지 케이스(112)는 그 중앙부에 후술하는 히트 싱크(500)를 관통시키기 위한 관통홀(113)을 구비할 수 있다.

상기 전극 조립체(115)는 상기 전지 케이스(112) 내에 수용되며, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 이러한 상기 전극 조립체(115)는 상기 전지 케이스(112)에 수용될 수 있게 상기 전지 케이스(112)와 같이 대략 도넛 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 한 쌍의 전극 리드들(117, 118)은 상기 전극 조립체(115)에 연결되며, 상기 전지 케이스(112) 밖으로 돌출될 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드들(117, 118)은 각각 양극 리드(117) 및 음극 리드(118)로 이루어질 수 있다.

이러한 상기 한 쌍의 전극 리드들(117, 118), 즉, 상기 양극 리드(117)와 상기 음극 리드(118)는 상기 관통홀(113)을 사이에 두고 서로 대향 배치될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 전극 리드들(127, 128)은 설계에 따라 상기 배터리 셀(120)의 전극 조립체(125)에 연결되면서 상기 전지 케이스(122)의 일측에 함께 구비될 수도 있다.

상기 냉각 핀(200)은 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각을 위해 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀(110)과 접촉할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 두 개의 배터리 셀들(110) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 냉각 핀(200)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 냉각 핀들(200)은 상기 복수 개의 배터리 셀들(110) 사이마다 구비될 수 있다.

각각의 냉각 핀(200)은 대략 원형의 디스크 형상으로 이루어질 수 있으며, 그 중앙부에 후술하는 상기 히트 싱크(200)를 관통시키기 위한 히트 싱크 관통홀(210)을 포함할 수 있다.

상기 커버 냉각 핀(300)은 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각을 위해 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 양측에 배치되는 배터리 셀들(110), 즉, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 최외곽에 배치되는 배터리 셀들(110)에 각각 접촉할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 양측에 구비될 수 있다. 이를 위해, 상기 커버 냉각 핀(300)은 한 쌍으로 구비될 수 있다.

상기 한 쌍의 커버 냉각 핀들(300)은, 상기 복수 개의 냉각 핀들(200)과 같이 대략 원형의 디스크 형상으로 이루어질 수 있으며, 그 중앙부에 후술하는 상기 히트 싱크(200)를 관통시키기 위한 커버홀(310)을 포함할 수 있다.

상기 히트 싱크(500)는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각을 위해 냉매(R)가 유동하는 냉각 유로(505)를 구비할 수 있다. 상기 냉각 유로(505)는 상기 냉매(R)를 공급할 수 있는 냉매 공급부(미도시)로부터 냉매(R)를 공급 받을 수 있고, 상기 냉각 유로(505)를 통과한 냉매(R)를 상기 냉매(R)를 배출할 수 있는 냉매 배출부(미도시)로 상기 냉매(R)를 내보낼 수 있다. 상기 냉매(R)는 기체 또는 액체일 수 있는데, 본 실시예에서는 수냉식 방식에 사용되는 액체 냉매인 것으로 한정하여 설명한다.

이러한 상기 히트 싱크(500)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(110), 상기 복수 개의 냉각 핀들(200) 및 상기 한 쌍의 커버 냉각 핀들(300)을 관통하면 장착될 수 있다.

구체적으로, 상기 히트 싱크(500)는 상기 관통 시, 냉각 효과를 높일 수 있게 각각의 배터리 셀들(110)의 상기 관통홀(113)의 내벽, 각각의 냉각 핀(200)의 상기 히트 싱크 관통홀(210)의 내벽 및 각각의 커버 냉각 핀(300)의 커버홀(310)의 내벽에 접촉될 수 있다.

이러한 상기 히트 싱크(500)는 관통 파이프(510), 냉매 공급 파이프(520) 및 냉매 배출 파이프(530)를 포함할 수 있다.

상기 관통 파이프(510)는 대략 실린더 형상으로서, 상기 각각의 배터리 셀들(110)의 상기 관통홀(113), 각각의 냉각 핀(200)의 상기 히트 싱크 관통홀(210) 및 각각의 커버 냉각 핀(300)의 커버홀(310)에 각각 삽입되며, 그 내부에 상기 냉각 유로(505)를 구비할 수 있다.

여기서, 상기 관통 파이프(510)는 각각의 배터리 셀들(110)의 상기 관통홀(113)의 내벽, 각각의 냉각 핀(200)의 상기 히트 싱크 관통홀(210)의 내벽 및 각각의 커버 냉각 핀(300)의 커버홀(310)의 내벽에 접촉될 수 있다. 이에 따라, 상기 관통 파이프(510)의 외경(D1)은 상기 관통홀(113), 상기 히트 싱크 관통홀(210) 및 상기 커버홀(310)의 직경보다 작지 않게 형성될 수 있다.

상기 관통 파이프(510)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(110), 상기 복수 개의 냉각 핀들(200) 및 상기 한 쌍의 커버 냉각 핀(300)에 안정적으로 고정됨과 아울러 상기 복수 개의 냉각 핀들(200) 및 상기 한 쌍의 커버 냉각 핀(300)과의 불균일한 접촉으로 인한 접촉 저항 발생을 방지할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들(110), 상기 복수 개의 냉각 핀들(200) 및 상기 한 쌍의 커버 냉각 핀(300)에 삽입 후 외경(D1)이 전반적으로 커지도록 확관되어 일체화될 수 있다.

상기 냉매 공급 파이프(520)는 대략 실린더 형상으로서, 상기 관통 파이프(510)의 일단부에 연결되며, 그 내부에 냉각 유로(505)를 구비할 수 있다. 이러한 상기 냉매 공급 파이프(520)는 상기 관통 파이프(510)와 일체로 형성되거나 또는 별도로 구비되어 상기 관통 파이프(510)에 장착될 수 있다. 상기 냉매 공급 파이프(520)는 상기 냉매 공급부와 연결되어, 상기 냉매(R)를 상기 냉각 유로(505)로 공급할 수 있다.

상기 냉매 공급 파이프(520)의 외경(D2)는 상기 관통 파이프(510)의 외경(D1)보다 클 수 있다. 이러한 상기 냉매 공급 파이프(520)는 어느 하나의 커버 냉각 핀(300)의 일면을 지지하면서 장착될 수 있다.

상기 냉매 배출 파이프(530)는 대략 실린더 형상으로서, 상기 관통 파이프(510)의 타단부에 연결되며, 그 내부에 냉각 유로(505)를 구비할 수 있다. 이러한 상기 냉매 배출 파이프(530)는 상기 관통 파이프(510)와 일체로 형성되거나 또는 별도로 구비되어 상기 관통 파이프(510)에 장착될 수 있다. 상기 냉매 배출 파이프(530)는 상기 냉매 배출부와 연결되어, 상기 냉각 유로(505)를 통과한 냉매(R)를 상기 냉매 배출부로 내보낼 수 있다.

상기 냉매 배출 파이프(530)의 외경(D3)은 상기 관통 파이프(510)의 외경(D1)보다 클 수 있다. 이러한 상기 냉매 배출 파이프(530)는 다른 하나의 커버 냉각 핀(300)의 일면을 지지하면서 장착될 수 있다. 이에 따라, 상기 히트 싱크(500)는 각각의 커버 냉각 핀(300)을 지지하면서 장착되는 상기 냉매 공급 파이프(520)와 상기 냉매 배출 파이프(530)를 통해 상기 배터리 어셈블리(100), 상기 복수 개의 냉각 핀들(200) 및 상기 한 쌍의 커버 냉각 핀들(300)에 안정적으로 고정될 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(550)는 앞선 상기 히트 싱크(500)와 달리 내부에 냉각 유로(505)를 구비하는 동일한 외경(D')을 갖는 하나의 실린더 형상의 부재만으로도 구비될 수 있다. 여기서, 상기 히트 싱크(550)의 외경(D')은 앞선 상기 히트 싱크(500)의 관통 파이프(510)의 외경(D1)에 대응될 수 있다. 그리고, 상기 히트 싱크(550)의 일단부는 상기 냉매 공급부에 연결되고, 상기 히트 싱크(550)의 타단부는 상기 냉매 배출부에 연결될 수 있다. 즉, 상기 배터리 모듈(10)에서, 상기 히트 싱크(550)는 단일의 실린더 형태의 파이프로도 구비될 수 있다.

이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 냉각 방식에 대해 구체적으로 설명하겠다.

도 9는 도 1의 배터리 모듈의 냉각 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 시, 상기 히트 싱크(500)의 상기 냉각 유로(505)에는 상기 냉매(R)가 유동할 수 있다. 이때, 상기 히트 싱크(500)는 상기 배터리 모듈 어셈블리(100)의 복수 개의 배터리 셀들(110)을 접촉하면서 관통 장착되는 바, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)에서 발생된 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

아울러, 상기 배터리 어셈블리(100)의 복수 개의 배터리 셀들(110)에 접촉되는 복수 개의 냉각 핀들(200) 및 상기 한 쌍의 커버 냉각 핀들(300), 또한, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 열을 흡수하면서 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 효율을 높일 수 있다.

여기서, 각각의 배터리 셀(110)은 대략 원형의 도넛 형상인 바, 그 중앙부를 관통하는 히트 싱크(500)로부터 그 테두리부까지의 거리가 거의 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 시, 각각의 배터리 셀들(110)의 어느 지점에서나 온도 편차가 발생하지 않아, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 균일한 냉각을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)에서는 상기 히트 싱크(500)가 중간 매개체인 냉각 플레이트 없이 직접 상기 복수 개의 배터리 셀들(110), 상기 복수 개의 냉각 핀들(200) 및 상기 한 쌍의 커버 냉각 핀(300)에 관통 장착되고, 또한, 관통 장착 후 확관되어 일체화될 수 있는 바, 불균일한 접촉이 발생되지 않을 수 있고, 이에 따른 접촉 저항 발생도 방지할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 배터리 팩(P)은, 상기 배터리 모듈(10), 팩 케이스(50), 조인트 파이프(60) 및 터미널 버스 바(70)를 포함할 수 있다.

상기 배터리 모듈(10)은 앞선 실시예에 따른 배터리 모듈(10)로서, 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 두 개로 구비된 것으로 한정하여 설명한다.

상기 팩 케이스(50)는 상기 배터리 모듈(10)을 패키징하기 위한 것으로서, 상기 배터리 모듈(10)의 개수에 대응되게 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 두 개의 배터리 모듈(10)의 개수에 대응되게 두 개로 구비된 것으로 한정하여 설명한다.

각각의 팩 케이스(50)는 각각의 배터리 모듈(10)을 수용할 수 있으며, 상기 배터리 모듈(10)과 같이 대략 실린더 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 실린더 형상에 따라, 상기 각각의 팩 케이스(50)는 라운드진 측면을 가지는 바, 내압에 강할 수 있고, 팩 케이스(50) 사이의 용이한 연결을 도모할 수 있다.

이러한 각각의 팩 케이스(50)는 흡입부(52), 토출부(54) 및 터미널(55)을 포함할 수 있다.

상기 흡입부(52)는 상기 팩 케이스(50)의 일단부에 구비되며, 앞선 상기 냉매(R)를 공급하는 냉매 공급부 및 상기 배터리 모듈(10)의 히트 싱크(500, 도 1 참조)와 연결될 수 있다. 한편, 상기 흡입부(52)는, 상기 팩 케이스(50)가 복수 개로 구비될 경우, 인접하는 상기 팩 케이스(50)의 상기 토출부(54)와 연결될 수 있다.

상기 토출부(54)는 상기 팩 케이스(50)의 타단부에 구비되며, 상기 냉매(R)를 배출하는 냉매 배출부 및 상기 배터리 모듈(10)의 히트 싱크(500)와 연결될 수 있다. 한편, 상기 토출부(54)는, 상기 팩 케이스(50)가 복수 개로 구비될 경우, 인접하는 상기 팩 케이스(50)의 상기 흡입부(52)와 연결될 수 있다.

상기 터미널(55)은 상기 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결되며, 외부 전원 등과 연결될 수 있다. 상기 터미널(55)은 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 상기 한 쌍의 터미널(55) 중 어느 하나는, 상기 팩 케이스(55)가 복수 개로 구비될 경우, 인접하는 상기 팩 케이스(50)의 어느 하나의 터미널(55)과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 조인트 파이프(60)는, 상기 팩 케이스(50)가 복수 개로 구비될 경우, 어느 하나의 팩 케이스(50)의 상기 흡입부(52)와 인접한 다른 하나의 팩 케이스(50)의 상기 토출부(54)를 서로 연결할 수 있다. 예로써, 상기 조인트 파이프(60)는 도면 상에서 좌측의 팩 케이스(50)의 토출부(54)와 우측의 팩 케이스(50)의 흡입부(52)를 서로 연결할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 팩 케이스들(50)이 구비될 경우, 최외곽 일측에 구비된 팩 케이스(50)의 흡입부(52)로 흡입된 냉매(R)는 최외곽 타측에 구비된 팩 케이스(50)의 토출부(54)로 토출될 수 있다.

상기 터미널 버스 바(70)는, 상기 팩 케이스(50)가 복수 개로 구비될 경우, 어느 하나의 팩 케이스(50)의 어느 하나의 터미널(55)과 인접한 다른 하나의 팩 케이스(50)의 어느 하나의 터미널(55)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 예로써, 상기 터미널 버스 바(70)는 도면 상에서 좌측의 팩 케이스(50)의 우측에 마련된 터미널(55)과 우측의 팩 케이스(50)의 좌측에 마련된 터미널(55)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 팩 케이스들(50)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.

이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(P)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 자동차를 구현할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

1: 배터리 팩 10: 배터리 모듈
50: 팩 케이스 52: 흡입부
54: 토출부 55: 터미널
60: 조인트 파이프 70: 터미널 버스 바
100: 배터리 셀 어셈블리 110: 배터리 셀
112: 전지 케이스 113: 관통홀
115: 전극 조립체 117, 118: 한 쌍의 전극 리드들
200: 냉각 핀 210: 히트 싱크 관통홀
300: 커버 냉각 핀 310: 커버홀
500: 히트 싱크 505: 냉각 유로
510: 관통 파이프 520: 냉매 공급 파이프
530: 냉매 배출 파이프

Claims (15)

1. 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들로 이루어지는 배터리 셀 어셈블리; 및
   상기 배터리 셀 어셈블리의 냉각을 위해 냉매가 유동하는 냉각 유로를 구비하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들을 관통하는 히트 싱크;를 포함하며,
   각각의 배터리 셀은,
   상기 히트 싱크를 관통시키기 위한 관통홀을 구비하는 전지 케이스;
   상기 전지 케이스 내에 수용되는 전극 조립체; 및
   상기 전극 조립체와 연결되며, 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되는 한 쌍의 전극 리드들;을 포함하며,
   상기 전지 케이스는, 원형의 도넛 형상으로 이루어지며, 그 중앙부에 상기 관통홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 히트 싱크는 상기 관통홀의 내벽에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 전극 리드들은,
   상기 관통홀을 사이에 두고 서로 대향 배치되거나 또는 상기 전지 케이스의 일측에 함께 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 배터리 셀과 접촉할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리의 적어도 두 개의 배터리 셀들 사이에 배치되며, 상기 히트 싱크를 관통시키기 위한 히트 싱크 관통홀을 구비하는 적어도 하나의 냉각 핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 히트 싱크는 상기 히트 싱크 관통홀의 내벽에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제5항에 있어서,
   상기 냉각 핀은 복수 개로 구비되며,
   상기 복수 개의 냉각 핀들은 상기 복수 개의 배터리 셀들 사이마다 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제5항에 있어서,
   상기 배터리 셀 어셈블리의 양측에 배치되는 배터리 셀들에 각각 접촉할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리의 양측에 구비되며, 상기 히트 싱크를 관통시키기 위한 커버홀을 구비하는 한 쌍의 커버 냉각 핀;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 히트 싱크는 상기 커버홀의 내벽에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제8항에 있어서,
    상기 히트 싱크는,
    상기 관통홀, 상기 히트 싱크 관통홀 및 상기 커버홀에 각각 삽입되며, 상기 냉각 유로를 구비하는 관통 파이프;
    상기 관통 파이프의 일단부에 연결되며, 상기 냉각 유로로 상기 냉매를 공급할 수 있는 냉매 공급부와 연결되는 상기 냉매 공급 파이프; 및
    상기 관통 파이프의 타단부에 연결되며, 상기 냉각 유로로부터 상기 냉매를 배출할 수 있는 냉매 배출부와 연결되는 냉매 배출 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제10항에 있어서,
    상기 관통 파이프는,
    상기 관통홀의 내벽, 상기 히트 싱크 관통홀의 내벽 및 상기 커버홀의 내벽에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
12. 제10항에 있어서,
    상기 냉매 공급 파이프의 외경 및 상기 냉매 배출 파이프의 외경은 상기 관통 파이프의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
13. 제12항에 있어서,
    상기 냉매 공급 파이프 및 상기 냉매 배출 파이프는 각각의 커버 냉각 핀의 일면에 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
14. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
15. 제14항에 따른 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.

Images