KR102150679B1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 조립체; 상기 배터리 셀 조립체의 전후방을 커버하는 센싱 어셈블리; 상기 센싱 어셈블리가 장착된 상기 배터리 셀 조립체를 수납하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 상부 내면과 상기 배터리 셀 조립체 상측 사이에 개재되는 열전도성 접착제를 포함하고, 상기 센싱 어셈블리는, 상기 배터리 셀 조립체의 전방에 배치되는 제1 버스바 프레임 조립체; 상기 제1 버스바 프레임 조립체와 대향되어 상기 배터리 셀 조립체의 후방에 배치되는 제2 버스바 프레임 조립체; 및 상기 제1 버스바 프레임 조립체와 상기 제2 버스바 프레임 조립체를 연결하며, 상기 배터리 셀 조립체 상측을 대각선 방향으로 가로지르는 센싱 와이어를 포함하며, 상기 열전도성 접착제는 상기 센싱 와이어 양측으로 위치한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 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 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 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, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 종래 배터리 모듈의 경우, 요구되는 배터리 용량 증가에 따라 배터리 셀에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시켜 줄 수 있는 기술의 중요성이 점차 커지고 있다.
이러한 효율적인 냉각을 위해, 종래 배터리 모듈에서는, 열전도성 접착제를 모듈 케이스의 저부 내면 상측이나 쿨링 플레이트 상측에 도포시켜 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체를 모듈 케이스의 저부 내면 상측이나 쿨링 플레이트 상측에 안정적으로 고정시킴과 아울러 열전도성을 향상시킬 수 있도록 하는 구조가 도입되었다.
그러나, 이러한 종래 배터리 모듈에서는, 열전도성 접착제를 도포할 수 있는 위치가 모듈 케이스의 저부 내면 상측이나 쿨링 플레이트 상측으로만 한정된다. 배터리 셀 조립체 상측으로는 전압 센싱 라인과 같은 별도 구성부품이 위치하기 때문에 이러한 구성부품 주변으로 배터리 셀 조립체 전체에 걸쳐 균일하게 열전도성 접착제를 도포하기란 어렵기 때문이다. 따라서, 종래에는 배터리 셀 조립체 하측을 통한 냉각 구조만 가능하다는 한계가 있어 배터리 모듈이 사용되는 장치의 디자인이나 설계 변경에 대응하지 못하는 문제가 있었고, 배터리 셀 조립체 하측을 통한 냉각 성능이 충분하지 못한 경우 이를 향상시키는 데에 어려움이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열전도성 접착제를 이용하여 냉각되는 배터리 모듈에서 배터리 셀 조립체 상측을 통한 냉각 구조도 가능해지도록 한 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 조립체; 상기 배터리 셀 조립체의 전후방을 커버하는 센싱 어셈블리; 상기 센싱 어셈블리가 장착된 상기 배터리 셀 조립체를 수납하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 상부 내면과 상기 배터리 셀 조립체 상측 사이에 개재되는 열전도성 접착제를 포함하고, 상기 센싱 어셈블리는, 상기 배터리 셀 조립체의 전방에 배치되는 제1 버스바 프레임 조립체; 상기 제1 버스바 프레임 조립체와 대향되어 상기 배터리 셀 조립체의 후방에 배치되는 제2 버스바 프레임 조립체; 및 상기 제1 버스바 프레임 조립체와 상기 제2 버스바 프레임 조립체를 연결하며, 상기 배터리 셀 조립체 상측을 대각선 방향으로 가로지르는 센싱 와이어를 포함하며, 상기 열전도성 접착제는 상기 센싱 와이어 양측으로 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 모듈 케이스는, 상기 배터리 셀 조립체의 상측을 커버하는 탑 플레이트; 상기 탑 플레이트에 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체의 하측을 커버하는 바텀 플레이트; 및 상기 탑 플레이트 및 상기 바텀 플레이트와 결합되며, 상기 배터리 셀 조립체의 양 측면에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하여, 상기 배터리 셀들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구와 제2 개구를 형성하며, 상기 모듈 케이스의 제1 개구에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체의 전방을 커버하는 프론트 커버와, 상기 모듈 케이스의 제2 개구에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체의 후방을 커버하는 리어 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 센싱 와이어는, 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)으로 구비될 수 있다. 이 때, 상기 플렉서블 인쇄회로기판을 커버하는 탑 커버를 더 포함할 수 있다. 상기 탑 커버는 양단에 후크가 형성되어 있고, 상기 제1 버스바 프레임 조립체와 상기 제2 버스바 프레임 조립체에 상기 후크 삽입용 고정홀이 형성되어 상기 고정홀에 상기 후크가 결합되는 것일 수 있다.
상기 모듈 케이스 상부에 구비되며, 상기 모듈 케이스 내부로 상기 열전도성 접착제를 주입시키기 위한 주입홀들을 상기 센싱 와이어에 대응되는 부분 양측에 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 주입홀들은, 상기 센싱 와이어 진행 방향과 0도 내지 30도 각도를 이루는 방향을 따라 나란히 복수개가 구비될 수 있다.
상기 주입홀들은, 일측에 경사진 챔퍼부가 마련되는 것일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 종래의 셀 카트리지(cartridge)가 아닌 사각관체 모노 프레임(monoframe) 타입의 모듈 케이스를 이용한 배터리 모듈이 제공된다. 종래처럼 셀 카트리지가 배터리 셀의 모서리를 끼워 눌러 고정하는 구조가 아니어도 되므로 전체 배터리 모듈의 설계의 여유도가 증가하며, 기존에 배터리 셀의 모서리가 셀 카트리지 내부에 끼워질 때 장착 시 발생할 수 있는 충격이나 진동 등이 배터리 셀의 모서리로 전달되는 문제를 해결할 수 있다. 이러한 배터리 모듈 및 배터리 팩은 외부 진동에 대하여 배터리 셀을 보호하는 효과가 탁월하므로 외부 진동에 수시로 노출되는 자동차 등에 적용하기에 유리하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 모듈의 조립이 용이하게 수행될 수 있어, 공정성이 우수할 수 있다. 또한, 오링과 같은 실링 부품이나 쿨링 핀과 같은 냉각 부품, 카트리지와 같은 보강 내지 고정 부품 등을 포함하지 않을 수 있어, 배터리 모듈의 부품 수가 감소할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 제조 비용 및 시간, 무게 등을 줄일 수 있어 배터리 모듈의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 셀 조립체 상측 전체에 걸쳐 균일하게 열전도성 접착제를 도포할 수 있다. 따라서, 배터리 셀 조립체 하측 뿐 아니라 상측을 통한 냉각 구조도 가능해진다. 본 발명에 따르면, 배터리 셀 조립체 상측을 통해서도 냉각이 가능해지므로, 배터리 모듈이 사용되는 장치의 디자인이나 설계 변경에 대응하기 용이하며, 배터리 셀 조립체 하측을 통한 냉각 성능이 충분하지 못한 경우 이를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 셀 조립체 상측에 열전도성 접착제를 도포하므로, 배터리 셀과 모듈 케이스 사이를 더욱 확실히 고정할 수 있고, 충격에 의한 배터리 셀의 위치 고정을 견고하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 열전도성 접착제를 이용하여 냉각되는 배터리 모듈에서 열전도성 접착제 주입 효율을 높일 수 있다.
이와 같이 본 발명은 전체 배터리 팩의 구조가 복잡해지지 않고 공간을 많이 차지하지 않으면서도 간단하고 콤팩트한 배터리 모듈을 제공할 수 있고, 배터리 셀과 모듈 케이스간의 고정이 확실해지며, 냉각 성능 향상을 도모할 수 있다. 아울러 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 결합사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 센싱 어셈블리의 사시도이다.
도 4는 도 3의 센싱 어셈블리의 상면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3의 센싱 어셈블리에서 탑 커버가 제1 버스바 프레임 조립체에 결합되는 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈에서 센싱 어셈블리의 탑 커버가 결합되기 전의 상면도이다.
도 7은 도 1의 배터리 모듈에서 센싱 어셈블리의 탑 커버가 결합된 후의 상면도이다.
도 8은 도 1의 배터리 모듈에서 배터리 셀 조립체 상측에 열전도성 접착제가 도포된 후의 상면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 도 9의 배터리 모듈의 상면도이다.
도 11은 도 9의 배터리 모듈의 주입홀들을 설명하기 위한 주요부의 단면도이다.
도 12는 도 11의 C 부분의 확대도이다.
도 13은 비교예 배터리 모듈의 상면도이다.
도 14는 도 13의 배터리 모듈의 하측 냉각 구조를 보여주는 단면도이다.
도 15는 본 발명 실험예 배터리 모듈의 상측 및 하측 냉각 구조를 보여주는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 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 안 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 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 결합사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 조립체(100), 센싱 어셈블리(200), 모듈 케이스(300) 및 열전도성 접착제(400, 500)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 조립체(100)는, 복수 개의 배터리 셀들(110)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(120)은 상기 센싱 어셈블리(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 센싱 어셈블리(200)는 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전후방을 커버한다. 상기 센싱 어셈블리(200)는 상기 배터리 셀 조립체(100)와 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전압이나 온도를 센싱할 수 있다. 아울러, 상기 센싱 어셈블리(200)는 외부 전원 등과 연결될 수 있다.
상기 센싱 어셈블리(200)는 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전압과 같은 전기적 특성에 대한 센싱 정보를 배터리 모듈(10) 외부의 다른 디바이스(미도시)에 전송하는 역할을 한다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)에는 BMS(Battery Management System)와 같은 장치가 연결되어, 충전이나 방전 등 배터리 모듈(10)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 이 때, 센싱 어셈블리(200)는, 이러한 BMS와 연결되어, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 센싱된 전압 정보 등을 BMS에 제공할 수 있으며, BMS는 이러한 정보를 바탕으로 배터리 모듈(10)을 제어할 수 있다.
이러한 상기 센싱 어셈블리(200)는 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전방에 배치되는 제1 버스바 프레임 조립체(210), 상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)와 대향되어 상기 배터리 셀 조립체(100)의 후방에 배치되는 제2 버스바 프레임 조립체(220), 및 상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)와 상기 제2 버스바 프레임 조립체(220)를 연결하며, 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측을 대각선 방향으로 가로지르는 센싱 와이어(230)를 포함한다.
상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)는 버스바(212)와 프레임(214)을 포함한다. 상기 제2 버스바 프레임 조립체(220)도 버스바(222)와 프레임(224)을 포함한다.
센싱 어셈블리(200)의 버스바 프레임 조립체(210, 220)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(120)과 전기적으로 연결되도록 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(120)이 노출되어 있는 부분에 장착될 수 있는데, 본 실시예의 배터리 모듈(10)의 경우, 양극 리드와 음극 리드가 양방향으로 돌출된 파우치형 이차 전지들로 구성되어 있기 때문에, 2개를 한 쌍으로 한 버스바 프레임 조립체(210, 220)가 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전방 및 후방에 하나씩 장착되는 것이다.
여기서 버스바 프레임 조립체(210, 220)는 상기 배터리 셀 조립체(100)의 해당 측면부에 착탈 결합되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 측면부 전체를 커버할 수 있도록 구성된다. 버스바 프레임 조립체(210, 220)와 배터리 셀 조립체(100)가 결합됨으로써 버스바 프레임 조립체(210, 220)에 의해 배터리 셀 조립체(100)가 일체로 지지될 수도 있는 것이다.
상기 모듈 케이스(300)는 내부에 빈 공간을 가진다. 상기 모듈 케이스(300)는 상기 센싱 어셈블리(200)가 장착된 상기 배터리 셀 조립체(100)를 수납한다. 상기 모듈 케이스(300)는 적어도 일면이 개방된 형태로 제공되어, 개방된 부분을 통해 상기 배터리 셀 조립체(100)를 삽입할 수 있도록 한다. 상기 모듈 케이스(300)는 전체적으로 직육면체 형상으로 제공될 수 있다. 일 예로 상기 모듈 케이스(300)는 마주보는 양측이 개방된 형태의 사각관체로 제공될 수 있다.
상기 모듈 케이스(300)는 열전도성 재질로 이루어져 배터리 셀 조립체(100)의 열을 흡수해 외부로 발산하는 역할을 할 수 있도록 한다. 상기 모듈 케이스(300)는 금속 소재로 이루어진 것일 수 있다. 금속 소재는 열전도성이 우수하므로 그 전체로서 방열 기능을 수행할 수 있게 된다. 상기 모듈 케이스(300)의 재질은 모든 금속 소재가 가능하지만, 열전도성, 가공성, 비용 등을 고려하였을 때 SUS 계열 또는 알루미늄 계열이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 모듈 케이스(300)는 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상측을 커버하는 탑 플레이트(310)를 포함할 수 있다. 이를 위해, 상기 탑 플레이트(310)는 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상측을 모두 커버할 수 있는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 상기 모듈 케이스(300)는 상기 탑 플레이트(310)에 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 하측을 커버하는 바텀 플레이트(320)를 포함할 수 있다. 이러한 상기 바텀 플레이트(320)는 상기 탑 플레이트(310)와 대체로 동일한 형상으로 제공되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)를 안정적으로 지지할 수 있다. 상기 모듈 케이스(300)는 상기 탑 플레이트(310) 및 상기 바텀 플레이트(320)와 결합되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 양 측면에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트(330)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 사이드 플레이트(330)는 서로 마주보며 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다.
이와 같이, 상기 모듈 케이스(300)는 상기 탑 플레이트(310), 바텀 플레이트(320) 및 사이드 플레이트(330)를 포함해, 상기 배터리 셀들(110)의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구(OA)와 제2 개구(OB)를 형성한다. 상기 탑 플레이트(310), 바텀 플레이트(320) 및 사이드 플레이트(330)는 서로 용접으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 탑 플레이트(310), 바텀 플레이트(320) 및 사이드 플레이트(330) 사이는 서로의 단부가 겹쳐지지 않고 모서리가 서로 맞대어진 상태에서 마찰교반용접에 의해 단면이 서로 용접될 수 있다. 다른 예로, 상기 탑 플레이트(310), 바텀 플레이트(320) 및 사이드 플레이트(330)는 서로 본딩되거나, 일체형으로 형성되거나, 경첩 구조로 결합되어 있을 수 있다. 이처럼, 상기 모듈 케이스(300)는 모노프레임이라고 할 수 있다.
상기 바텀 플레이트(320) 상면에는 상기 배터리 셀 조립체(100)을 끼워 고정할 수 있도록 가이드 구조가 더 형성되어 있을 수 있다. 가이드 구조와 배터리 셀(110)은 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다. 즉, 가이드 구조에 배터리 셀(110)의 일부가 삽입되어 결합될 수 있다. 일 예로 가이드 구조에는 배터리 셀(110)의 실링부가 삽입될 수 있다. 가이드 구조는 홈 형태로 복수개 제공될 수 있다. 가이드 구조는 배터리 셀(110)과 대응되는 개수로 제공될 수 있다. 가이드 구조에 배터리 셀(110)이 삽입되면, 배터리 셀(110)을 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.
조립 공정에서, 이러한 상기 모듈 케이스(300)의 제1 개구(OA)를 통하여, 상기 센싱 어셈블리(200)가 장착된 상기 배터리 셀 조립체(100)가 상기 모듈 케이스(300) 내부로 수납된다. 이 때, 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측에 열전도성 접착제(400)를 도포하고, 상기 상기 배터리 셀 조립체(100) 하측에 다른 열전도성 접착제(500)를 도포한 채로 상기 모듈 케이스(300)에 수납하여도 되고, 후술하는 다른 실시예에서와 같이, 조립 공정 완료 후 상기 모듈 케이스(300) 내부로 열전도성 접착제를 주입하여 열전도성 접착제(400, 500)를 형성할 수도 있다.
상기 모듈 케이스(300)에 상기 배터리 셀 조립체(100)가 수납된 후, 프론트 커버(340)는 상기 모듈 케이스(300)의 제1 개구(OA)에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전방을 커버한다. 프론트 커버(340)는 제1 버스바 프레임 조립체(210)와도 결합될 수 있다. 이러한 상기 프론트 커버(340)는 상기 배터리 모듈(10)의 전면부를 형성할 수 있다. 그리고, 리어 커버(350)는 상기 모듈 케이스(300)에 상기 배터리 셀 조립체(100)가 수납된 후, 상기 모듈 케이스(300)의 제2 개구(OB)에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체(100)의 후방을 커버한다. 리어 커버(350)는 제2 버스바 프레임 조립체(220)와도 결합될 수 있다. 이러한 상기 리어 커버(350)는 상기 배터리 모듈(10)의 후면부를 형성할 수 있다.
이와 같이, 프론트 커버(340)와 리어 커버(350)는 상기 탑 플레이트(310)와 상기 바텀 플레이트(320)의 전후방에 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전후방을 커버할 수 있다. 상기 프론트 커버(340)와 리어 커버(350)는 상기 모듈 케이스(300)에 용접 내지 본딩될 수 있다. 또는 착탈식으로 결합될 수 있다.
이와 같이, 배터리 모듈(10)은, 종래의 셀 카트리지가 아닌 사각관체 모노 프레임 타입의 모듈 케이스(300)를 이용한 것이다. 종래처럼 셀 카트리지가 배터리 셀의 모서리를 끼워 눌러 고정하는 구조가 아니어도 되므로 전체 배터리 모듈(10)의 설계의 여유도가 증가하며, 기존에 배터리 셀의 모서리가 셀 카트리지 내부에 끼워질 때 장착 시 발생할 수 있는 충격이나 진동 등이 배터리 셀의 모서리로 전달되는 문제를 해결할 수 있다. 이러한 배터리 모듈(10) 및 이를 포함하는 배터리 팩은 외부 진동에 대하여 배터리 셀을 보호하는 효과가 탁월하므로 외부 진동에 수시로 노출되는 자동차 등에 적용하기에 유리하다.
또한, 모듈 케이스(300)의 개구를 통해 배터리 셀 조립체(100)를 수납한 후, 양측 개구를 막는 간단한 조작으로 배터리 모듈(10)이 완성된다. 이처럼, 배터리 모듈(10)의 조립이 용이하게 수행될 수 있어, 공정성이 우수할 수 있다. 또한, 오링과 같은 실링 부품이나 쿨링 핀과 같은 냉각 부품, 카트리지와 같은 보강 내지 고정 부품 등을 포함하지 않을 수 있어, 배터리 모듈(10)의 부품 수가 감소할 수 있다. 따라서, 제조 비용 및 시간, 무게 등을 줄일 수 있어 배터리 모듈(10)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
열전도성 접착제(400)는 상기 모듈 케이스(300)의 상부 내면, 즉 탑 플레이트(310) 저면과 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측 사이에 개재된다. 상기 열전도성 접착제(400)는 상기 센싱 와이어(230) 양측으로 위치한다. 종래에는 이와 같이 전압 센싱 라인과 같은 별도 구성부품이 위치하는 배터리 셀 조립체 상측에 열전도성 접착제를 균일하게 도포한 예가 없다.
상기 열전도성 접착제(400)는 열전도가 가능한 냉각용 접착제로서, 써멀 레진으로 구비될 수 있다. 써멀 레진의 종류에는 제한이 없으나, 방열 실리콘계 접착제(thermally conductive silicone-based bond), 방열 아크릴 접착제(thermally conductive acrylic bond) 또는 방열 폴리우레탄 접착제(thermally conductive polyurethane bond) 중 어느 하나일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 모듈 케이스(300)의 하부 내면, 즉 바텀 플레이트(320) 상면과 상기 배터리 셀 조립체(100) 하측 사이에 추가의 열전도성 접착제(500)도 개재될 수 있다.
이처럼, 배터리 셀 조립체(100) 상측 전체에 걸쳐 균일하게 열전도성 접착제를 도포할 수 있다. 따라서, 배터리 셀 조립체(100) 하측 뿐 아니라 상측을 통한 냉각 구조도 가능해진다. 본 발명에 따르면, 배터리 셀 조립체(100) 상측을 통해서도 냉각이 가능해지므로, 배터리 모듈(10)이 사용되는 장치의 디자인이나 설계 변경에 대응하기 용이하며, 배터리 셀 조립체(100) 하측을 통한 냉각 성능이 충분하지 못한 경우 이를 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 배터리 셀 조립체(100) 상측에 열전도성 접착제(400)를 도포하므로, 배터리 셀들(110)과 모듈 케이스(300) 사이를 더욱 확실히 고정할 수 있고, 충격에 의한 배터리 셀들(110)의 위치 고정을 견고하게 할 수 있다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈에 포함되는 센싱 어셈블리의 사시도이고, 도 4는 도 3의 센싱 어셈블리의 상면도이며, 도 5a 내지 도 5c는 도 3의 센싱 어셈블리에서 탑 커버가 제1 버스바 프레임 조립체에 결합되는 구조를 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4를 더 참조하면, 앞에서 본 바와 같이 센싱 어셈블리(200)는 제1 버스바 프레임 조립체(210), 제2 버스바 프레임 조립체(220), 및 센싱 와이어(230)를 포함한다. 상기 센싱 와이어(230)는, 상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)과 상기 제2 버스바 프레임 조립체(220)를 연결한다. 이러한 상기 센싱 와이어(230)는 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)으로 마련될 수 있다. FPCB는 전기절연성 소재의 보드에 회로가 인쇄되어 있고 직사각형 띠 형상으로 길게 연장되어 있다. 이 경우, 플렉서블 인쇄회로기판을 커버하는 탑 커버(240)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전방에 배치되며, 프론트 커버(340)와 결합될 수 있다. 상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)는 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상기 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)에는 상기 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(120)과 전기적으로 접촉 연결되는 복수 개의 버스바(212)들이 마련되어 있고, 이러한 버스바(212)들을 지지하며, 외부 커넥터 또는 입출력 단자 터미널 등을 포함하는 프레임(214)을 포함한다. 프레임(214)은 전기 절연성 및 내충격성이 우수한 강화 플라스틱 등으로 제작될 수 있다.
상기 제2 버스바 프레임 조립체(220)은, 상기 배터리 셀 조립체(100)를 사이에 두고 상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)와 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 후방에서 리어 커버(350)와 결합될 수 있다. 상기 제2 버스바 프레임 조립체(220)는 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상기 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 버스바 프레임 조립체(220)에는 상기 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(120)과 전기적으로 접촉 연결되는 복수 개의 버스바(222)들이 마련되어 있고, 이러한 버스바(222)들을 지지하며, 외부 커넥터 또는 입출력 단자 터미널 등을 포함하는 프레임(224)을 포함한다. 프레임(224)은 전기 절연성 및 내충격성이 우수한 강화 플라스틱 등으로 제작될 수 있다.
프레임(214, 224)은 버스바(212, 222)의 적어도 일부를 전기적으로 절연하도록 상기 버스바(212, 222)의 적어도 일부를 덮는 아이솔레이션 플레이트 기능도 한다. 프레임(214, 224) 위에는 상기 센싱 어셈블리(200)에 전기적으로 연결된 BMS가 더 포함될 수도 있다.
상기 센싱 와이어(230)는 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측을 대각선 방향으로 가로지른다. 이로써, 상기 센싱 와이어(230)가 상기 배터리 셀 조립체(100)를 이루는 모든 배터리 셀들(110) 상측에 놓이게 된다. 상기 센싱 와이어(230)가 어느 한 쪽에 치우쳐서 배치되는 것이 아니므로, 상기 센싱 와이어(230) 양측으로 형성되는 열전도성 접착제(400)가 모든 배터리 셀들(110)에 대하여 균일하게 형성될 수 있다. 이에 대해서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 후술한다.
도 5a 내지 도 5c에는 탑 커버(240)와 제1 버스바 프레임 조립체(210) 결합 관계가 상세히 도시되어 있다.
상기 센싱 와이어(230) 조립 중 작업 불량은 안전성과 직결되며, 만약 피복이 찢겨지면 절연 조건을 맞추지 못하거나 단락을 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 센싱 와이어(230)를 보호하는 외장재 구조로서 탑 커버(240)를 적용한다. 또한, FPCB와 같은 센싱 와이어(230)는 리지드(rigid)하지 않아 작업 및 구속에 어려움이 있을 수 있다. 이에, PI와 같은 플라스틱 사출물 재질의 탑 커버(240)를 적용해 상기 센싱 와이어(230) 부재의 강건성을 확보할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 탑 커버(240)는 양단에 후크(242)가 형성되어 있고, 상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)에, 특히 프레임(214)에 상기 후크 삽입용 고정홀(216)이 형성되어 있다. 상기 고정홀(216)에 상기 후크(242)가 결합됨으로써, 상기 탑 커버(240)와 상기 제1 버스바 프레임 조립체(210)가 결합된다. 상기 탑 커버(240)와 상기 제2 버스바 프레임 조립체(220) 결합 관계도 이와 마찬가지이다. 이러한 후크(242), 고정홀(216) 체결 구조는 작업과 해체가 용이하며 일종의 힌지 역할도 하므로 작업에 있어서 공정 마진을 충분히 제공한다.
본 발명의 배터리 모듈(10)은 배터리 셀 조립체(100) 상측에 열전도성 접착제(400)를 형성할 수 있음이 큰 특징인데, 이것이 가능해진 이유는 센싱 어셈블리(200)의 변경에 있다. 상기 센싱 어셈블리(200)는 센싱 와이어(230)가 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측을 대각선 방향으로 가로질러 배치됨이 특징이다. 도 6 내지 도 8을 참조하여, 이러한 배치의 특유의 현저한 효과에 대하여 설명한다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈에서 센싱 어셈블리의 탑 커버가 결합되기 전의 상면도이고, 도 7은 도 1의 배터리 모듈에서 센싱 어셈블리의 탑 커버가 결합된 후의 상면도이며, 도 8은 도 1의 배터리 모듈에서 배터리 셀 조립체 상측에 열전도성 접착제가 도포된 후의 상면도이다.
먼저 도 6을 참조하면, 앞에서 설명한 바와 같이, 제1 버스바 프레임 조립체(210)와 제2 버스바 프레임 조립체(220)를 연결하는 센싱 와이어(230)가 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측을 대각선 방향으로 가로질러 놓인다. 센싱 와이어(230)는 배터리 셀 조립체(100)를 이루는 배터리 셀들(110) 어느 한 쪽에 치우쳐 배치되는 것이 아니므로, 배터리 셀 조립체(100) 상측을 고루 지난다. 가장 바람직하게는 모든 배터리 셀들(110)을 지나거나, 센싱 와이어(230)를 기준으로 완벽한 대칭이 이루어질 수 있도록 배치된다. 배터리 셀 조립체(100) 입장에서는, 배터리 셀 조립체(100)를 이루는 배터리 셀들(110)이 서로 거의 유사한 환경에 놓이게 되는 것이다. 일부 배터리 셀들 위로는 센싱 와이어가 지나지만 다른 일부 배터리 셀들 위로는 센싱 와이어가 지나지 않는 경우와 같이 배터리 셀들의 위치에 따라 각 배터리 셀이 처하는 환경이 달라지지 않는다는 것이다. 따라서, 배터리 셀 조립체(100)를 구성하는 배터리 셀들(110)의 특성을 고르게 유지하며 사용할 수 있게 된다.
도 7을 참조하면, 탑 커버(240)가 센싱 와이어(230)를 커버한다. 상기 탑 커버(240)는 상기 센싱 와이어(230)를 보호하는 외장재 구조이므로, 상기 센싱 와이어(230)의 배치를 그대로 따라, 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측을 대각선 방향으로 가로질러 놓인다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 열전도성 접착제(400)가 상기 센싱 와이어(230) 양측으로 형성된다. 상기 센싱 와이어(230)와 탑 커버(240)는 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측에 돌출되어 있다. 탑 커버(240)의 상면과 모듈 케이스(300)의 상부 저면이 꼭 맞추어지도록 모듈 케이스(300)가 설계되면, 상기 센싱 와이어(230)와 탑 커버(240)가 형성된 부분 이외의 주변으로는 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측과 상기 모듈 케이스(3000) 상부 저면 사이에 빈 공간이 형성되고, 상기 열전도성 접착제(400)는 이 빈 공간을 점유하게 된다.
상기 센싱 와이어(230)가 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측을 대각선 방향으로 가로질러 놓이므로, 상기 센싱 와이어(230) 양측으로 형성되는 열전도성 접착제(400)는 상기 배터리 셀 조립체(100)를 이루는 모든 배터리 셀들(110) 상측으로 골고루 형성될 수 있다. 따라서, 상기 열전도성 접착제(400)가 어느 한쪽에 치우쳐 일부 배터리 셀들(110)에서만 냉각을 하게 될 염려가 없다.
종래 배터리 모듈에서는, 열전도성 접착제를 도포할 수 있는 위치가 모듈 케이스의 저부 내면 상측이나 쿨링 플레이트 상측으로만 한정되는 문제가 있다. 배터리 셀 조립체 상측으로 전압 센싱 라인과 같은 별도 구성부품이 위치하기 때문에 이러한 구성부품 주변으로 배터리 셀 조립체 전체에 걸쳐 균일하게 열전도성 접착제를 도포하기 어렵기 때문이다. 본 발명에서는 상기 센싱 와이어(230)를 대각선 배치함에 따라, 센싱 와이어(230) 주변으로 배터리 셀 조립체(100) 전체에 걸쳐 균일하게 열전도성 접착제(400)를 도포할 수 있도록 하였다. 따라서, 본 발명에서는 하측 냉각뿐 아니라 상측 냉각이 필요한 경우에 대해서도 대응할 수 있고, 배터리 셀 조립체 상측을 통한 냉각에 의해 배터리 셀 발열 문제를 해결할 수 있다. 뿐만 아니라, 배터리 셀 조립체를 구성하는 모든 배터리 셀들에 대하여, 열전도성 접착제(400)를 통해 균일하게 열을 제거하는 것이 가능해, 일부 배터리 셀들의 열 제거가 충분하지 못해 일부 배터리 셀들에서만 열화가 빨리 진행하는 문제 발생의 염려가 없다.
종래에는 배터리 셀 조립체의 구조상 배터리 셀 조립체 상측에 열전도성 접착제를 도포할 시도를 아예 할 수 없었으나, 본 발명에서는 배터리 셀 조립체에 포함되는 센싱 어셈블리의 구조를 변경하여 이를 가능하도록 하였으며, 그에 따라 냉각 성능 효과의 향상 및 배터리 셀 고정 효과가 탁월하므로 이는 단순 설계 변경사항이 아니다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 사시도이고, 도 10은 도 9의 배터리 모듈의 상면도이다. 도 11은 도 9의 배터리 모듈의 주입홀들을 설명하기 위한 주요부의 단면도고, 도 12는 도 11의 C 부분의 확대도이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(20)은, 앞선 실시예의 배터리 모듈(10)과 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 중복 설명하지 않고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
배터리 모듈(20)은 모듈 케이스(300) 상부, 즉 탑 플레이트(310)에 상기 모듈 케이스(300) 내부로 열전도성 접착제를 주입시키기 위한 주입홀들(312)을 구비한다. 이 주입홀들(312)은 센싱 와이어(230)에 대응되는 부분 양측에 포함된다.
조립 공정에서, 이러한 모듈 케이스(300)에 배터리 셀 조립체(도 1의 100 참조) 수납 후, 프론트 커버(340)과 리어 커버(350)까지 결합한다. 그리고 나서, 작업자 등은 상기 열전도성 접착제 주입 이전에, 상기 모듈 케이스(300)를 수평으로 배치시킬 수 있다.
이후, 상기 작업자 등은 상기 모듈 케이스(300) 내부로 상기 열전도성 접착제를 도포시킬 수 있게 주입 노즐을 상기 모듈 케이스(300)의 상부에 마련되는 주입홀들(312)에 삽입시킨 후 상기 열전도성 접착제를 상기 모듈 케이스(300) 내측으로 주입할 수 있다. 이를 통해, 상기 배터리 셀 조립체(100) 상측에 센싱 와이어(230) 양측으로 열전도성 접착제(400)를 형성할 수 있다.
상기 주입 이전에 상기 모듈 케이스(300)를 수평으로 위치시킨 다음 상기 열전도성 접착제를 지면에 대해 수직 방향으로 주입하기에, 상기 모듈 케이스(300) 내부에 상기 열전도성 접착제가 고르게 분포될 수 있다.
특히, 상기 주입홀들(312)은, 상기 센싱 와이어(230) 진행 방향과 0도 내지 30도 각도를 이루는 방향을 따라 나란히 복수개가 구비될 수 있다. 상기 센싱 와이어(230) 진행 방향과 0도 각도를 이루는 방향을 따라 상기 주입홀들(312)이 구비되는 것은, 상기 주입홀들(312)이 상기 센싱 와이어(230)와 나란히 형성됨을 의미한다. 이러한 각도는 상기 모듈 케이스(300) 내부로의 상기 열전도성 접착제의 균일한 도포를 위해 조정될 수 있다.
상기 주입홀들(312)은 상호 소정 거리 이격될 수 있다. 상기 모듈 케이스(300) 내부로의 상기 열전도성 접착제의 균일한 도포를 위해 이격 거리가 서로 동일하게 혹은 점차 달라지게 조정될 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들(312)의 일측, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(300)의 상부인 탑 플레이트(310) 외측에 노출되는 단부에는 경사진 챔퍼부(314)가 마련될 수 있다. 이러한 상기 챔퍼부(314)는 상기 열전도성 접착제의 주입을 위한 주입 노즐의 상기 주입홀들(312)로의 포지셔닝을 가이드함과 아울러 상기 주입 노즐과의 접촉 면적을 증가시켜 상기 주입 노즐 장착 시 밀폐력을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 냉각 성능에 대하여 실험 모사한 결과를 설명한다.
도 13은 비교예 배터리 모듈의 상면도이고, 도 14는 도 13의 배터리 모듈의 하측 냉각 구조를 보여주는 단면도이다.
도 13과 같은 배터리 모듈은 본 발명과 비교하기 위하여 본 발명자가 가정한 구조이다. 도 13을 참조하면, 본 발명과 비교될 수 있게, 센싱 와이어(230')의 위치를 배터리 셀 조립체(100) 한쪽에 치우치게 배치하였고, 배터리 셀 조립체(100) 상측에 열전도성 접착제를 포함하지 않도록 하였다. 배터리 셀 조립체(100) 하측에는 열전도율이 3 W/mK인 열전도성 접착제(500)를 도포하였고, 모듈 케이스(300)로는 Al 재질을 적용해, 배터리 셀 조립체(100) - 열전도성 접착제(500) - 바텀 플레이트(320)의 열전달 경로를 구성하였다. 센싱 와이어(230')가 치우쳐 있는 구조이므로 배터리 셀 조립체(100) 상측에 열전도성 접착제를 도포할 수 없고, 이와 같이 하측 냉각만 가능하였다. 배터리 셀(110) 상단에서 모듈 케이스(300) 하단, 즉 바텀 플레이트(320)까지의 열저항은 약 1.4K/W로 모사되었다.
도 15는 본 발명 실험예 배터리 모듈의 상측 및 하측 냉각 구조를 보여주는 단면도이다.
도 15는 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에 해당한다. 앞서 설명한 대로, 센싱 와이어(230)의 위치를 배터리 셀 조립체(100) 대각선 방향으로 놓아 배터리 셀 조립체(100) 상측에도 균일하게 열전도율이 3 W/mK인 열전도성 접착제(400)를 포함하도록 하였다. 배터리 셀 조립체(100) 하측에도 열전도율이 3 W/mK인 열전도성 접착제(500)를 도포하였고, 모듈 케이스(300)로는 Al 재질을 적용하였다. 이로써, 본 발명 실험예에서는 도 15의 (a)와 같이 배터리 셀 조립체(100) - 열전도성 접착제(400) - 탑 플레이트(310)의 열전달 경로뿐 아니라, (b)와 같이 배터리 셀 조립체(100) - 열전도성 접착제(500) - 바텀 플레이트(320)의 열전달 경로를 구성할 수 있었다. 본 발명 실험예의 경우 배터리 셀 조립체 상측 및 하측 냉각이 모두 가능하였다. 특히 상측 냉각의 경우, 센싱 어셈블리(200)의 탑 커버(240)가 위치하는 부위에 국부적인 열 성능 손실을 제외하고는, 배터리 셀(110) 상단에서 모듈 케이스(300) 상단, 즉 탑 플레이트(310)까지의 열저항은 약 0.8K/W로 모사되어, 비교예의 열저항보다 훨씬 낮은 수치를 보이는 결과, 냉각 성능이 훨씬 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예와 마찬가지로 하부 냉각까지 추가되므로 이를 고려한다면 전체적인 열저항은 0.8K/W 이하로 더욱 감소될 것임을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈은 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(20)로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 또한, 상기 배터리 모듈은 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 상기 배터리 모듈(20)의 집합체로 마련되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 이러한 배터리 모듈(10)과 팩 케이스(50) 이외에 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 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(1)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 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 상기 배터리 셀들(110)의 용적률을 보다 더 확보하면서 보다 더 컴팩트한 사이즈를 구현할 수 있는 상기 배터리 모듈(10, 20), 이러한 상기 배터리 모듈(10, 20)을 포함하는 상기 배터리 팩(1) 및 이러한 상기 배터리 팩(1)을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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.
1: 배터리 팩 10, 20: 배터리 모듈
50: 팩 케이스 100: 배터리 셀 조립체
110: 배터리 셀 120: 전극 리드
200: 센싱 어셈블리 210: 제1 버스바 프레임 조립체
212, 222: 버스바 214, 224: 프레임
220: 제2 버스바 프레임 조립체 230: 센싱 와이어
240: 탑 커버 300: 모듈 케이스
310: 탑 플레이트 320: 바텀 플레이트
330: 사이드 플레이트 340: 프론트 커버
350: 리어 커버 400, 500: 열전도성 접착제

Claims (10)

  1. 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 조립체;
    상기 배터리 셀 조립체의 전후방을 커버하는 센싱 어셈블리;
    상기 센싱 어셈블리가 장착된 상기 배터리 셀 조립체를 수납하는 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스의 상부 내면과 상기 배터리 셀 조립체 상측 사이에 개재되는 열전도성 접착제를 포함하고,
    상기 센싱 어셈블리는,
    상기 배터리 셀 조립체의 전방에 배치되는 제1 버스바 프레임 조립체;
    상기 제1 버스바 프레임 조립체와 대향되어 상기 배터리 셀 조립체의 후방에 배치되는 제2 버스바 프레임 조립체; 및
    상기 제1 버스바 프레임 조립체와 상기 제2 버스바 프레임 조립체를 연결하며, 상기 배터리 셀 조립체 상측을 대각선 방향으로 가로지르는 센싱 와이어를 포함하며,
    상기 열전도성 접착제는 상기 센싱 와이어 양측으로 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모듈 케이스는,
    상기 배터리 셀 조립체의 상측을 커버하는 탑 플레이트;
    상기 탑 플레이트에 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체의 하측을 커버하는 바텀 플레이트; 및
    상기 탑 플레이트 및 상기 바텀 플레이트와 결합되며, 상기 배터리 셀 조립체의 양 측면에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하여,
    상기 배터리 셀들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구와 제2 개구를 형성하며,
    상기 모듈 케이스의 제1 개구에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체의 전방을 커버하는 프론트 커버와, 상기 모듈 케이스의 제2 개구에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체의 후방을 커버하는 리어 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센싱 와이어는,
    플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플렉서블 인쇄회로기판을 커버하는 탑 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탑 커버는 양단에 후크가 형성되어 있고, 상기 제1 버스바 프레임 조립체와 상기 제2 버스바 프레임 조립체에 상기 후크 삽입용 고정홀이 형성되어 상기 고정홀에 상기 후크가 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 모듈 케이스 상부에 구비되며, 상기 모듈 케이스 내부로 상기 열전도성 접착제를 주입시키기 위한 주입홀들을 상기 센싱 와이어에 대응되는 부분 양측에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 주입홀들은,
    상기 센싱 와이어 진행 방향과 0도 내지 30도 각도를 이루는 방향을 따라 나란히 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서, 상기 주입홀들은,
    일측에 경사진 챔퍼부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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