KR102372348B1 - 개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체를 수용하며, 상기 셀 적층체의 하부, 양 측부, 전후방 및 상부를 각각 커버하는 하부 하우징, 한 쌍의 측부 하우징, 한 쌍의 전후방 하우징 및 상부 하우징으로 구성되는 모듈 하우징을 포함하고, 상기 하부 하우징은, 길이 방향에 따른 적어도 일 변 영역 내부에 유로를 형성하는 홀 구간을 가지며 상기 셀 적층체의 하면을 전체적으로 커버하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트에 미리 결정된 간격마다 배치되고 상기 셀 적층체를 상기 베이스 플레이트 표면으로부터 이격되게 지지하여 상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트 사이에 빈 공간을 형성시키는 복수 개의 스페이서를 포함하고, 상기 홀 구간은 냉각 매체가 상기 빈 공간에 공급되게 상기 빈 공간과 연통하게 마련된다.

Description

개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈{Battery module with improved cooling structure}
본 발명은, 개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 냉각을 위한 절연유를 이용하되, 이러한 절연유가 배터리 셀과 직접 접촉될 수 있는 냉각 구조를 가짐으로써 향상된 냉각 효율을 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치 타입의 셀이 많이 이용된다.
하지만, 파우치 타입 셀은, 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 따라서, 다수의 파우치 타입 셀을 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해, 프레임을 이용하는 경우가 많다.
프레임은 카트리지 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있는데, 보통 중앙 부분이 비어 있는 사각 플레이트 형태로 구성되는 경우가 많으며, 이때 4개의 변 부분이 파우치 타입 셀의 외주부를 감싸도록 구성된다. 그리고 이러한 프레임은 배터리 모듈을 구성하기 위해 다수가 적층된 형태로 이용되며, 파우치 타입 셀은 프레임이 적층되었을 때 생기는 내부의 빈 공간에 위치할 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 종래의 배터리 모듈 구조가 나타나 있다. 이와 같은 종래의 배터리 모듈 구조는, 다수의 프레임(2)을 이용하여 다수의 파우치 타입 셀(1)이 적층되도록 하는 경우, 한 쌍의 파우치 타입 셀(1) 각각의 외측면 상에 플레이트 형태의 냉각 핀(3)을 적용함으로써 냉각 효율을 높인다.
이차 전지는 여름과 같이 고온 환경에서 사용되는 경우가 있을 수 있으며, 또한 이차 전지 자체적으로도 열이 발생할 수 있다. 이때, 다수의 이차 전지가 서로 적층되어 있는 경우, 이차 전지의 온도는 더욱 높아질 수 있는데, 이 온도가 적정 온도보다 높아지면 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 따라서, 배터리 모듈을 구성할 때 파우치 타입 셀(1)의 면과 접촉하도록 냉각 핀(3)을 적용하고 이러한 냉각 핀(3)이 그 하부에 위치한 냉각 플레이트(4)와 접촉하도록 함으로써 배터리 모듈의 전체적인 온도 상승이 방지되도록 하는 구성이 많이 이용된다.
그러나 통상적으로 금속 재질로 구성되는 이러한 냉각 핀(3)을 대면하는 파우치 타입 셀(1)들 사이에 개재시켜 배터리 모듈을 구성하는 경우, 냉각 핀(3)과 배우치 셀(1)의 표면 사이의 재질 차이로 인한 접촉 열 저항이 매우 클 수밖에 없고, 또한 이처럼 단순히 금속의 전도성에 의존하는 냉각 방식만으로는 큰 발열이 발생하는 상황에서 충분한 냉각이 이루어지기 어려울 수도 있다는 문제가 있다.
따라서, 이러한 접촉 열 저항을 감소시키고 또한 단순한 열 전도방식 이외에 좀 더 효율적으로 열을 방출할 수 있도록 하는 냉각 방식이 적용된 배터리 모듈 구조에 대한 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0102851호 (2006.09.28) 삼성에스디아이 주식회사.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 냉각을 위한 냉각 매체와 배터리 셀 간의 직접 접촉이 가능한 냉각 구조가 적용된 배터리 모듈을 제공함으로써 고용량 및/또는 고출력의 배터리 모듈의 적용에 따른 발열량 증가에도 효율적으로 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체를 수용하며, 상기 셀 적층체의 하부, 양 측부, 전후방 및 상부를 각각 커버하는 하부 하우징, 한 쌍의 측부 하우징, 한 쌍의 전후방 하우징 및 상부 하우징으로 구성되는 모듈 하우징을 포함하며, 상기 하부 하우징은, 길이 방향에 따른 적어도 일 변 영역 내부에 유로를 형성하는 홀 구간을 가지며 상기 셀 적층체의 하면을 전체적으로 커버하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트에 미리 결정된 간격마다 배치되고 상기 셀 적층체를 상기 베이스 플레이트 표면으로부터 이격되게 지지하여 상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트 사이에 빈 공간을 형성시키는 복수 개의 스페이서를 포함하고, 상기 홀 구간은 냉각 매체가 상기 빈 공간에 공급되게 상기 빈 공간과 연통할 수 있다.
상기 복수 개의 스페이서는, 상기 베이스 플레이트의 길이 방향 일 측과 타 측에 각각 구비되고, 양단부가 상기 베이스 플레이트의 양변 영역에 접하게 상기 베이스 플레이트의 폭 방향을 따라 연장 형성된 제1 스페이서 및 제2 스페이서를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 스페이서는, 상기 제1 스페이서 및 제2 스페이서와 이격되어 그 사이에 구비되는 적어도 하나의 제3 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스 플레이트에서 상기 적어도 일 변 영역은 상호 대향하는 양변 영역에 해당하는 제1 측면부와 제2 측면부로 정의되고, 상기 홀 구간은, 상기 베이스 플레이트 외부에서 상기 제1 스페이서와 상기 제3 스페이서 사이에 위치한 제1 빈 공간까지 연통하게 상기 제1 측면부에 형성되는 제1 구간; 상기 제1 빈 공간에서 상기 제3 스페이서와 상기 제2 스페어서 사이에 위치한 제2 빈 공간까지 연통하게 상기 제2 측면부에 형성되는 제2 구간; 및 상기 제2 빈 공간에서 상기 베이스 플레이트 외부로 연통하게 상기 제1 측면부에 형성되는 제3 구간을 포함할 수 있다.
상기 제3 스페이서는, 냉각 매체가 통과하도록 내부를 관통하여 형성되는 제3 스페이서 유로를 구비할 수 있다.
상기 제1 스페이서와 상기 제2 스페이서는 각각 내부를 관통하여 형성되는 제1 스페이서 유로와 제2 스페이서 유로를 구비하고, 상기 홀 구간과 상기 제1 스페이서 유로를 연결하는 제1 쿨링 파이프; 및 상기 홀 구간과 상기 제2 스페이서 유로를 연결하는 제2 쿨링 파이프를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스 플레이트에서 상기 적어도 일 변 영역은 상호 대향하는 양변 영역에 해당하는 제1 측면부와 제2 측면부로 정의되고, 상기 제1 및 제2 측면부는 상기 베이스 플레이트의 다른 부분보다 높게 형성되고, 상기 측부 하우징의 하단부에 하방으로 돌출 형성된 결합 돌기와 형합되게 마련된 결합 홈을 더 구비할 수 있다.
상기 제1 및 제2 측면부는 상기 셀 적층체의 최외곽 셀에 맞닿게 상기 셀 적층체를 향해 연장된 형태로 돌출된 누수 방지턱을 더 구비할 수 있다.
상기 셀 적층체와 스페이서 사이에는 상기 셀 적층체와 스페이서 사이로 냉각 매체가 누수되지 않도록 접착제가 개재될 수 있다.
상기 베이스 플레이트의 홀 구간의 일측과 타측에 각각 연결되어 냉각 매체를 상기 빈 공간에 유출입시키는 공급관과 배출관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈이 복수 개 연결되어 구현되는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상기 배터리 팩을 구비하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 냉각을 위한 냉각 매체와 배터리 셀 간의 직접 접촉이 가능한 냉각 구조가 적용된 배터리 모듈이 제공됨으로써 고용량 및/또는 고출력의 배터리 모듈의 적용에 따른 발열량 증가에도 효율적으로 냉각이 이루어질 수 있게 되어 배터리 모듈의 성능 향상을 가져올 수 있을 뿐만 아니라, 온도 상승에 따른 배터리 셀의 발화/폭발 등의 안전사고를 예방하는 효과 역시 가져올 수 있게 된다.
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 아니 된다.
도 1은 종래의 배터리 모듈에 채용된 냉각 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 외관을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 적층체, 하부 하우징, 측부 하우징을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 매체의 흐름을 유도하는 하부 하우징 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 A-A' 및 E-E'에 따른 단면도이다.
도 7은 도 6의 베이스 플레이트의 양쪽 변 영역 확대도들이다.
도 8의 도 2의 B-B' 및 도 D-D'에 따른 단면도이다.
도 9는 도 8의 베이스 플레이트의 양쪽 변 영역 확대도들이다.
도 10은 도 2의 C-C'에 따른 단면도이다.
도 11은 도 10의 베이스 플레이트의 양쪽 변 영역 확대도들이다.
도 12는 도 5에 대응하는 도면으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 매체의 흐름을 유도하는 하부 하우징 구조를 도시한 도면이다.
도 13은 도 12의 주요 부분 확대도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 내지 제3 스페이서 일부분의 단면도이다.
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 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 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.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 이루는 구성요소들을 개략적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 외관을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 적층체(100) 및 이를 수용하는 모듈 하우징(20)을 포함하는 형태로 구현된다. 또한, 상기 모듈 하우징(20)은, 하부 하우징(200), 한 쌍의 측부 하우징(300), 한 쌍의 전후방 하우징(400) 및 상부 하우징(500)을 포함한다.
셀 적층체(100)는, 복수의 배터리 셀(110)을 적층시켜 얻어지는 것으로서, 여기서 이용되는 배터리 셀(110)은 충방전이 가능한 이차전지라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 파우치 타입 배터리 셀(110)이 적용될 수 있다.
배터리 셀(110) 각각은 일측 및 타측으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드(111)를 구비할 수 있으며, 이러한 전극 리드(111)는 양극 리드 및 음극 리드를 포함한다. 적층된 각각의 배터리 셀(110) 사이는 후술할 바와 같이 셀 적층체(100)의 하부에 접촉되는 절연유 등의 냉각 매체가 셀 적층체(100)를 이루는 배터리 셀(110)들 사이의 공간을 통해 상부로 침투할 수 없도록 접착제 등에 의해 단단히 고정/밀폐되는 것이 바람직하다.
또한, 전극 리드(111)들은, 셀 적층체(100)를 이루는 배터리 셀(110)들이 서로 직렬 연결, 병렬 연결 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식의 연결을 이루도록 배치/연결될 수 있다.
하부 하우징(200)은 셀 적층체(100)의 하면을 전체적으로 커버하고 길이 방향에 따른 적어도 일 변 영역 내부에 중공 구조로서 유로를 형성하는 홀 구간(213)을 구비한 베이스 플레이트(210)와, 셀 적층체(100)를 상기 베이스 플레이트(210)의 표면으로부터 이격되게 지지하여 상기 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이에 빈 공간(S1,S2)을 형성시키는 복수 개의 스페이서(220)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
여기서 상기 빈 공간(S1,S2)은 셀 적층체(100), 스페이서(220) 및 베이스 플레이트(210)로 둘러싸여 밀폐된 공간을 의미한다. 이러한 빈 공간(S1,S2)과 홀 구간(213)을 연통시켜 냉각 매체를 빈 공간에 공급한다.
상기 냉각 매체는 공급관(230)과 배출관(240)을 홀 구간(213)의 입구와 출구에 각각 연결하여 배터리 모듈(10) 내외로 공급 및 배출될 수 있다. 이를테면, 도 4와 같이, 공급관(230)은 배터리 모듈(10)의 전방으로부터 베이스 플레이트(210)의 홀 구간(213) 입구에 연결될 수 있고, 배출관(240)은 배터리 모듈(10)의 후방으로부터 홀 구간(213)의 출구에 연결될 수 있다. 배터리 모듈(10) 내부에서 냉각 매체의 흐름에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
한 쌍의 측부 하우징(300)은 각각 셀 적층체(100)의 양 측부를 커버하는 부품으로서, 셀 적층체(100)를 이루는 배터리 셀(110)들 중 양측 최 외각에 배치되는 배터리 셀(110)의 넓은 면과 대면한다. 이러한 한 쌍의 측부 하우징(300)은 셀 적층체(100)를 양쪽에서 가압함으로써 셀 적층체(100)를 이루는 배터리 셀(110)들 사이에 갭이 발생되지 않도록 하는 기능 또한 수행할 수 있다.
한 쌍의 전후방 하우징(400)은, 각각 버스바 프레임(410), 절연 커버(420) 및 전후방 커버(430)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
버스바 프레임(410)은 셀 적층체(100)의 전방 또는 후방으로부터 셀 적층체(100)에 결합되는 것으로서, 이러한 버스바 프레임(410)에는 전극 리드(111)들이 삽입되어 배터리 셀(110)들 상호 간의 전기적 연결을 위한 전극 리드(111)의 벤딩 작업을 용이하게 한다. 즉, 전극 리드(111)들은 버스바 프레임(410)에 형성된 삽입 슬릿들을 통해 삽입된 후 절곡되어 인접한 전극 리드(111) 상호 간에 용접 등에 의한 결합을 이룬다.
절연 커버(420)는 버스바 프레임(410)에 삽입/벤딩되어 서로 결합을 이룬 전극 리드(111)들 중 서로 접촉되어서는 안되는 관계에 있는 전극 리드(111)들 간에 접촉이 발생되는 것을 방지하기 위해 적용되는 부품으로서, 버스바 프레임(410) 상에 결합되어 외부의 요인에 의해 쇼트(short)가 발생되는 것을 방지한다.
전후방 커버(430)는 절연 커버(420) 상에 결합되는 부품으로서, 셀 적층체(100), 버스바 프레임(410) 및 절연 커버(420) 등의 내부 부품들을 보호하는 기능을 수행한다.
상부 하우징(500)은, 셀 적층체(100)의 상부에 배치되되 앞서 설명한 버스바 프레임(410)을 통해 삽입/밴딩된 전극 리드(111)들과 전기적으로 연결되는 센싱 아세이(510) 및 센싱 아세이(510)의 상부에 결합되어 상부 하우징(500)의 최 외층을 이루는 탑 플레이트(520)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
이어서, 도 2 및 도 3과 함께, 도 4 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 냉각 구조를 보다 자세히 설명하기로 한다.
이하에서, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(210)에서 길이 방향을 따라 상호 대향하는 양변 영역에 해당하는 부분을 제1 측면부(211)와 제2 측면부(212)로 정의하기로 한다.
상기 제1 측면부(211)와 제2 측면부(212)는 베이스 플레이트(210)의 다른 부분(판면)보다 높게 형성될 수 있다. 셀 적층체(100)는 이러한 제1 측면부(211)와 제2 측면부(212) 사이에서 하면이 스페이서(220)들로 지지되어 베이스 플레이트(210) 표면으로부터 이격되고, 양쪽 측면이 측부 하우징(300)들에 의해 지지된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 측부 하우징(300)은 하단부에 하방으로 돌출 형성된 결합 돌기(310)를 구비한다. 그리고 베이스 플레이트(210)의 제1 측면부(211)와 제2 측면부(212)는 각각 상기 결합 돌기(310)와 형합되게 마련된 결합 홈(G)을 구비한다. 이러한 결합 홈(G)에 결합 돌기(310)가 삽입/고정됨으로써 측부 하우징(300)이 베이스 플레이트(210)의 제1 측면부(211)와 제2 측면부(212)에 고정될 수 있다. 물론, 본 실시예와 달리, 제1 및 제2 측면부(212)에 결합 돌기(310)를 마련하고, 측부 하우징(300)에 결합 홈(G)을 마련하여 이들을 고정 결합시킬 수도 있다.
상기 제1 및 제2 측면부(211,212)는 이를테면, 냉각 매체를 빈 공간(S1,S2)에 가두는 펜스와 같은 역할을 하며 특히 셀 적층체(100)와 접하는 곳에 누수 방지턱(P)을 더 구비할 수 있다. 누수 방지턱(P)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 셀 적층체(100)의 최외곽 셀에 맞닿게 셀 적층체(100)를 향해 수평 방향으로 연장된 형태로 제공될 수 있다. 이러한 누수 방지턱(P)은 베이스 플레이트(210)와 셀 적층체(100) 사이에 빈틈이 생겨 냉각 매체가 누수/누유되는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게는 상기 누수 방지턱(P)을 따라 접착제가 더 개재될 수 있다.
또한, 스페이서(220)들은 셀 적층체(100)의 하면 형상에 대응하게 제작될 수 있다. 파우치 타입 배터리 셀(110)들로 구성된 셀 적층체(100)의 하면은 파우치 타입 배터리 셀(110)의 특성상 하면이 반듯하지 못한 점을 고려하여, 단위 스페이서(220)들의 상면을 이러한 셀 적층체(100)의 하면 형상에 맞추어 제작함으로써 단위 스페이서(220)들과 셀 적층체(100) 하면 사이의 갭을 없앨 수 있다.
그리고 상기 셀 적층체(100)와 스페이서(220) 사이에는 셀 적층체(100)와 스페이서(220)들 사이로 절연유 등의 냉각 매체가 누수되지 않도록 접착제가 개재되며, 이러한 접착제는 셀 적층체(100)와 스페이서(220)들 사이를 결합/고정시킬 뿐만 아니라 가스켓으로서의 기능 또한 수행하게 된다.
한편, 상기 스페이서(220)는 서로 분리된 형태로 이격되어 배치되는 복수의 단위 스페이서(220)들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서(220)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(210)의 길이 방향 일 측 단부에 구비되는 제1 스페이서(221), 베이스 플레이트(210)의 길이 방향 타 측 단부에 구비되는 제2 스페이서(222) 및 제1 스페이서(221) 및 제2 스페이서(222)와 이격되어 그 사이에 구비되는 제3 스페이서(223)를 포함할 수 있다.
다만, 이러한 단위 스페이서(220)의 개수는 본 발명의 도면에 예시된 3개로 국한되지 않으며, 그 2개 또는 이상의 개수가 구비되는 것도 가능하다. 즉, 제3 스페이서(223)는 생략될 수도 있으며, 제1 스페이서(221)와 제2 스페이서(222) 사이에 제3 스페이서(223)를 비롯한 하나 이상의 단위 스페이서(220)들이 서로 이격되어 배치되는 것이 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 단위 스페이서(220)가 세 개인 경우를 예로 들어 설명을 하기로 한다.
상기 단위 스페이서(220)들은 베이스 플레이트(210)의 폭 방향을 따라 연장된 형태로, 양단부가 베이스 플레이트(210)의 양변 영역, 즉 제1 측면부(211)와 제2 측면부(212)에 접하게 배치된다. 셀 적층체(100)는 상기 단위 스페이서(220)들 위에 놓여 그 하면이 베이스 플레이트(210) 표면에 닿지 않게 된다. 이에 따라 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이에는 소정의 빈 공간(S1,S2)이 형성된다.
도 4, 내지 도 11을 참조하여 상기 빈 공간(S1,S2)을 살펴보면, 상기 빈 공간(S1,S2)은 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210)에 의해 상하가 막혀있고, 제1 스페이서(221)와 제2 스페이서(222)에 의해 전후가 막혀있으며, 제1 측면부(211)와 제2 측면부(212)에 의해 좌우가 막혀있음을 알 수 있다. 그리고 빈 공간(S1,S2)은 제3 스페이서(223)에 의해 제1 빈 공간(S1)과 제2 빈 공간(S2)으로 구획될 수 있다. 상기 제3 스페이서(223)는 셀 적층체(100)에 안정적인 지지력을 제공하는 구성요소로서, 배터리 셀(110)의 사이즈에 따라 가감될 수 있다.
이와 같은, 빈 공간(S1,S2)에 냉각 매체를 공급하기 위한 냉각 매체 이동 경로로서 베이스 플레이트(210)의 제1 측면부(211) 및/또는 제2 측면부(212)가 활용된다. 전술한 바와 같이, 제1 측면부(211)와 제2 측면부(212)는 내부에 베이스 플레이트(210)의 길이 방향을 따라 유로를 형성하고 빈 공간(S1,S2)과 연통하는 홀 구간(213)을 구비한다. 그리고 홀 구간(213)은 미리 지정된 위치마다 개구(O)를 가지며, 상기 개구(O)를 통해 냉각 매체가 빈 공간(S1,S2)에 스며들 수 있게 빈 공간(S1,S2)과 연통해 있다.
본 실시예에 따른 홀 구간(213)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 측면부(211)에 형성되는 제1 구간(213a)과 제3 구간(213c), 그리고 제2 측면부(212)에 형성되는 제2 구간(213b)을 포함한다.
상기 제1 구간(213a)은 홀 구간(213)의 입구에서 제1 스페이서(221)와 제3 스페이서(223) 사이에 위치한 제1 빈 공간(S1) 일 측까지 이어져 있는 유로 구간이다. 공급관(230)을 통해 외부에서 유입된 냉각 매체는 제1 구간(213a)을 따라 이동하고 제1 구간(213a)의 개구를 통해 제1 빈 공간(S1)으로 스며들게 된다.
제2 구간(213b)은 제1 빈 공간(S1)에서 제3 스페이서(223)와 제2 스페이서(222) 사이에 위치한 제2 빈 공간(S2)까지 이어져 있는 유로 구간이다. 제2 구간의 개구(O)는 2개로 제1 빈 공간(S1)과 제2 빈 공간(S2)에 대향하게 형성되어 있다. 이러한 제2 구간(213b)은 제1 빈 공간(S1)의 냉각 매체를 제3 스페이서(223)를 우회해서 제2 빈 공간(S2)으로 이동시키는 유로 구간이라 할 수 있다.
제3 구간(213c)은 제2 빈 공간(S2)에서 홀 구간(213)의 출구까지 이어져 있는 유로 구간이다. 제2 빈 공간(S2)의 냉각 매체는 상기 제3 구간(213c)을 따라 이동하여 배출관(240)을 통해 외부로 배출된다.
즉, 냉각 매체의 흐름을 요약하면, 냉각 매체는 공급관(230), 제1 구간(213a), 제1 빈 공간(S1), 제2 구간(213b), 제2 빈 공간(S2), 제3 구간(213c), 배출관(240)의 순서로 이동한다. 이와 같은 냉각 매체 흐름을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 냉각 매체가 배터리 셀(110)들에 직접 접촉하게 됨으로써 기존 대비 높은 냉각 성능을 가질 수 있다.
한편, 본 실시예는 홀 구간(213)이 3개이나, 이는 단위 스페이서(220)와 빈 공간(S1,S2)의 개수에 따른 것으로 단위 스페이서(220)와 빈 공간(S1,S2)의 개수에 따라 홀 구간(213)은 얼마든지 가감될 수 있다. 그리고 상기 홀 구간(213)의 입구 또는 출구에는 공급관(230) 또는 배출관(240) 대신 2개의 배터리 모듈(10)을 연결하기 위한 이음관(미도시)이 연결될 수도 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 모듈(10)을 연결하여 배터리 팩(미도시)을 구성할 경우, 어느 하나의 배터리 모듈(10)의 홀 구간(213)의 출구와 다른 하나의 배터리 모듈(10)의 홀 구간(213)의 입구를 이음관으로 연결할 수도 있다.
이어서 도 12 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 냉각 유로 구성을 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 설명함에 있어서는 앞선 실시예와 다른 부분에 대해서 중점적으로 설명하기로 하며, 앞선 실시예에 대한 설명과 중복되는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 스페이서(221), 제2 스페이서(222), 제3 스페이서(223)는 각각 냉각 매체가 통과하도록 내부를 관통하여 형성되는 유로를 구비한다. 제1 스페이서(221) 내지 제3 스페이서(223)에 각각 대응하는 유로를 제1 스페이서 유로(221a), 제2 스페이서 유로(222a), 제3 스페이서 유로(223a)라 지칭한다. 상기 제1 스페이서 유로(221a) 내지 제3 스페이서 유로(223a)는 복수 개가 형성될 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 제1 스페이서(221)의 전방에 설치되는 제1 쿨링 파이프(250)와, 제2 스페이서(222)의 후방에 설치되는 제2 쿨링 파이프(260)를 더 포함할 수 있다.
제1 쿨링 파이프(250)는 제1 측면부(211) 일단에 형성되어 있는 홀 구간(213)과 제1 스페이서(221)의 전방에 노출되어 있는 복수의 제1 스페이서 유로(221a)들 각각을 개별적으로 연결하는 형태로 제공된다. 이에 의하면, 냉각 매체가 공급관(230), 홀 구간(213), 제1 쿨링 파이프(250)을 거쳐 제1 스페이서 유로(221a)들을 통과하여 제1 빈 공간(S1)으로 유입될 수 있다.
제2 쿨링 파이프(260)는 제1 측면부(211) 타단에 형성되어 있는 홀 구간(213)과 제2 스페이서(222)의 후방에 노출되어 있는 복수의 제2 스페이서 유로(222a)들 각각을 개별적으로 연결하는 형태로 제공된다. 이에 의하면, 냉각 매체가 제2 빈 공간(S2)에서 제2 스페이서 유로(222a)들을 통과하고 제2 쿨링 파이프(260)와 홀 구간(213)을 거쳐 배출관(240)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
제3 스페이서(223)는, 제1 스페이서 유로(221a)를 통해 제1 빈 공간(S1)으로 흘러 들어온 냉각 매체를 제2 스페이서(222)쪽으로 보낼 수 있도록 하기 위해서, 제3 스페이서(223)의 내부를 관통하여 형성되는 제3 스페이서 유로(223a)들을 구비하는 형태로 제공될 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 냉각 매체 흐름을 요약하면, 냉각 매체는 공급관(230), 앞쪽 홀 구간(213), 제1 쿨링 파이프(250), 제1 스페이서 유로(221a)들, 제1 빈 공간(S1), 제3 스페이서 유로(223a)들, 제2 빈 공간(S2), 제2 쿨링 파이프(260), 뒷쪽 홀 구간(213), 배출관(240)의 순서로 이동하여 배터리 모듈(10)의 외부로 배출될 수 있다.
이러한 본 실시예는 냉각 매체가 전술한 실시예와 달리 제3 스페이서(223)를 우회하지 않고 통과할 수 있기 때문에 베이스 플레이트(210)의 제2 측면부(212)에 홀 구간(213)이 없어도 좋다. 또한, 홀 구간(213)은 공급관(230)/제1 쿨링 파이프(250) 또는 제2 쿨링 파이프(260)/배출관(240)의 연결 통로로서 비교적 짧게 형성되더라도 무방하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이에 부분적으로 스페이서(220)를 적용하고, 이를 통해 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이에 형성되는 빈 공간(S1,S2)에 냉각 매체가 공급될 수 있도록 하고, 이로써 셀 적층체(100)가 냉각 매체와 직접 접촉할 수 있도록 함으로써, 냉각 효율이 극대화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 이처럼 냉각수 절연유 등의 액상의 냉각 매체와 배터리 셀(110)이 직접 접촉하는 구조를 취할 경우 발생될 수 있는 누수/누유의 문제점을 해결할 수 있도록 밀봉성을 강화한 구조를 적용함으로써 제품의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상술한 배터리 모듈(10)을 복수 개 전기적으로 연결시켜 구현되는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 구비하는 자동차의 경우 역시, 이러한 배터리 모듈(10)의 장점을 그대로 가져 우수한 성능을 나타낼 수 있게 되는 것이다.
위와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 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.
10 : 배터리 모듈 20 : 모듈 하우징
100 : 셀 적층체 110 : 배터리 셀
111 : 전극 리드 200 : 하부 하우징
210 : 베이스 플레이트 211 : 제1 측면부
212 : 제2 측면부 213 : 홀 구간
220 : 스페이서 221 : 제1 스페이서
222 : 제2 스페이서 223: 제3 스페이서
230 : 공급관 240 : 배출관
250 : 제1 쿨링 파이프 260 : 제2 쿨링 파이프
300 : 측부 하우징 310 : 결합 돌기
400 : 전후방 하우징 410 : 버스바 프레임
420 : 절연 커버 500 : 상부 하우징
510 : 센싱 아세이 520 : 탑 플레이트
G : 결합 홈 P : 누수 방지턱
O : 개구

Claims (12)

  1. 넓은 면이 세워지고 일 방향으로 적층된 복수 개의 파우치형 배터리 셀들로 구성된 셀 적층체; 및
    상기 셀 적층체를 수용하며, 상기 셀 적층체의 하부, 양 측부, 전후방 및 상부를 각각 커버하는 하부 하우징, 한 쌍의 측부 하우징, 한 쌍의 전후방 하우징 및 상부 하우징으로 구성되는 모듈 하우징을 포함하며,
    상기 하부 하우징은,
    상기 셀 적층체의 하면을 전체적으로 커버하는 베이스 플레이트; 및
    각각 상기 베이스 플레이트 상에 양단부가 상기 베이스 플레이트의 양쪽 변 영역에 접하도록 상기 베이스 플레이트의 폭 방향으로 연장되고 상기 베이스 플레이트의 길이 방향으로 상호 이격 배치되어, 상기 셀 적층체를 상기 베이스 플레이트의 표면으로부터 이격되게 지지하는 복수 개의 스페이서를 포함하고,
    상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트 사이가 이격되어 형성된 빈 공간은 상기 복수 개의 스페이서에 의해 둘러싸여 복수 개의 빈 공간들로 구획되고,
    상기 베이스 플레이트는, 양쪽 변 영역 내부에 길이 방향을 따라 냉각 매체가 이동할 수 있도록 중공 구조로 형성된 홀 구간을 구비하고,
    상기 홀 구간은 상기 복수 개의 빈 공간들에 냉각 매체가 공급되도록 미리 지정된 위치에 상기 복수 개의 빈 공간들과 연통하는 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 스페이서는,
    상기 베이스 플레이트의 폭 방향을 따라 연장 형성된 제1 스페이서 및 제2 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 스페이서는,
    상기 제1 스페이서 및 제2 스페이서와 이격되어 그 사이에 구비되는 적어도 하나의 제3 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에서 상기 적어도 일 변 영역은 상호 대향하는 양변 영역에 해당하는 제1 측면부와 제2 측면부로 정의되고,
    상기 홀 구간은,
    상기 베이스 플레이트 외부에서 상기 제1 스페이서와 상기 제3 스페이서 사이에 위치한 제1 빈 공간까지 연통하게 상기 제1 측면부에 형성되는 제1 구간;
    상기 제1 빈 공간에서 상기 제3 스페이서와 상기 제2 스페이서 사이에 위치한 제2 빈 공간까지 연통하게 상기 제2 측면부에 형성되는 제2 구간; 및
    상기 제2 빈 공간에서 상기 베이스 플레이트 외부로 연통하게 상기 제1 측면부에 형성되는 제3 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3 스페이서는,
    냉각 매체가 통과하도록 내부를 관통하여 형성되는 제3 스페이서 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 스페이서와 상기 제2 스페이서는 각각 내부를 관통하여 형성되는 제1 스페이서 유로와 제2 스페이서 유로를 구비하고,
    상기 홀 구간과 상기 제1 스페이서 유로를 연결하는 제1 쿨링 파이프; 및
    상기 홀 구간과 상기 제2 스페이서 유로를 연결하는 제2 쿨링 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에서 상기 적어도 일 변 영역은 상호 대향하는 양변 영역에 해당하는 제1 측면부와 제2 측면부로 정의되고,
    상기 제1 및 제2 측면부는 상기 베이스 플레이트의 다른 부분보다 높게 형성되고, 상기 측부 하우징의 하단부에 하방으로 돌출 형성된 결합 돌기와 형합되게 마련된 결합 홈을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 측면부는 상기 셀 적층체의 최외곽 셀에 맞닿게 상기 셀 적층체를 향해 연장된 형태로 돌출된 누수 방지턱을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체와 스페이서 사이에는 상기 셀 적층체와 스페이서 사이로 냉각 매체가 누수되지 않도록 접착제가 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 홀 구간의 일측과 타측에 각각 연결되어 냉각 매체를 상기 빈 공간에 유출입시키는 공급관과 배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈이 복수 개 연결되어 구현되는 배터리 팩.
  12. 제11항에 따른 배터리 팩을 구비하는 자동차.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD999046S1 (en) * 2019-10-17 2023-09-19 Carrier Corporation Battery access door for electronic mortise door lock
KR20210088170A (ko) * 2020-01-06 2021-07-14 주식회사 엘지에너지솔루션 안전성이 향상된 배터리 팩 및 이를 포함하는 이차전지
KR20210092566A (ko) * 2020-01-16 2021-07-26 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20210131593A (ko) * 2020-04-24 2021-11-03 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR20220008558A (ko) * 2020-07-14 2022-01-21 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 팩 및 이를 포함하는 디바이스
KR20220066699A (ko) 2020-11-16 2022-05-24 주식회사 엘지에너지솔루션 절연유를 이용한 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20220066698A (ko) * 2020-11-16 2022-05-24 주식회사 엘지에너지솔루션 절연유를 이용한 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2024002623A1 (en) * 2022-06-30 2024-01-04 Robert Bosch Gmbh A support member and a battery pack with the same
CN220774608U (zh) * 2022-09-26 2024-04-12 Sk新能源株式会社 电池模块用壳体及电池组

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014220089A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 小島プレス工業株式会社 電池パック
KR101745239B1 (ko) * 2016-01-04 2017-06-08 현대자동차주식회사 냉각수 유동조절밸브 및 이를 이용한 연료전지 냉각시스템

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6068946A (en) * 1998-08-02 2000-05-30 Motorola, Inc. Dual cover battery casing
DE19930399A1 (de) * 1999-07-01 2001-01-11 Daimler Chrysler Ag Batteriekasten und Kraftfahrzeug
EP1878085B1 (en) * 2005-03-14 2016-04-20 Johnson Controls Technology Company Lithium battery system
KR20060102851A (ko) 2005-03-25 2006-09-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
WO2010148224A2 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Jason Fuhr Battery module having a cell tray with thermal management features
KR101252935B1 (ko) 2011-04-21 2013-04-09 로베르트 보쉬 게엠베하 배터리 모듈
US9291405B2 (en) * 2011-08-02 2016-03-22 Ford Global Technologies, Llc Battery pack liquid channel and coldplate cooling system
KR101958742B1 (ko) 2012-01-04 2019-03-15 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈
US20140272508A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Vecture Inc. Battery pack system
KR20150000378A (ko) * 2013-06-21 2015-01-02 타이코에이엠피(유) 배터리 모듈 패키지
JP5574309B1 (ja) 2013-12-02 2014-08-20 サーチウェア株式会社 組電池およびこれを搭載した移動体
KR102172846B1 (ko) 2014-02-10 2020-11-02 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR102233774B1 (ko) * 2014-02-17 2021-03-30 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
KR101619449B1 (ko) * 2014-10-24 2016-05-10 주식회사 고산 배터리용 압출타입 열교환기
DE102015214185B4 (de) * 2015-07-27 2017-03-30 Audi Ag Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, Modulanordnung und Kraftfahrzeug
JP6599483B2 (ja) 2015-09-24 2019-10-30 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーモジュール
EP3154103B1 (en) * 2015-10-07 2019-02-27 Samsung SDI Co., Ltd. Battery module including a housing floor with integrated cooling
KR102172515B1 (ko) 2016-03-16 2020-10-30 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR102184753B1 (ko) * 2016-05-24 2020-11-30 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102235655B1 (ko) * 2016-06-17 2021-04-01 에스케이이노베이션 주식회사 이차 전지 팩
KR102295950B1 (ko) 2016-06-17 2021-08-30 에스케이이노베이션 주식회사 이차 전지용 냉각 지지 구조체 및 이를 포함하는 이차 전지 팩
US10700395B2 (en) * 2016-08-09 2020-06-30 Nio Usa, Inc. Battery module housing having an integrally-formed cooling plate
KR101806733B1 (ko) * 2016-08-31 2017-12-07 현대자동차주식회사 배터리 셀 냉각 구조
KR102130818B1 (ko) 2016-09-28 2020-07-06 주식회사 엘지화학 냉각 유로를 구비한 배터리 모듈 및 그 조립방법과 프레임 어셈블리
EP3316340B1 (en) * 2016-10-26 2019-03-13 Samsung SDI Co., Ltd. Battery module
KR102565380B1 (ko) 2016-12-07 2023-08-10 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 기판
CN111357131B (zh) * 2017-09-29 2022-12-06 罗伯特·博世有限公司 包括电池单元限制器的电池组

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014220089A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 小島プレス工業株式会社 電池パック
KR101745239B1 (ko) * 2016-01-04 2017-06-08 현대자동차주식회사 냉각수 유동조절밸브 및 이를 이용한 연료전지 냉각시스템

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US11811040B2 (en) 2023-11-07
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