KR102383202B1 - Battery module with integrated multi-layer cover - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스웰링 현상이 발생하는 배터리부의 양측면을 접촉 지지하며 배터리부에 대한 전기 절연과 방열 기능을 통합적으로 수행할 수 있는 다중커버가 구비된 배터리모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module having an integrated multi-cover, and more particularly, a multi-layer capable of integrally performing electrical insulation and heat dissipation functions for the battery unit by contacting and supporting both sides of the battery unit in which the swelling phenomenon occurs. It relates to a battery module provided with a cover.
2차 전지는 충전할 수 없는 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 에너지 저장 시스템(ESS), 전기 자동차(EV, Electric Vehicle, Energy Storage System) 또는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)의 동력원으로 사용되고 있다.A secondary battery refers to a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged. , Electric Vehicle, Energy Storage System) or hybrid vehicle (HEV, Hybrid Electric Vehicle) is used as a power source.
현재 저장 시스템(ESS)이나 전기 자동차(EV) 등에 널리 사용되는 2차 전지는 리튬이온 전지, 리튬폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 분류될 수 있는데, 이러한 2차 전지는 하나의 단위 셀당 대략 25V 내지 42V의 출력 전압으로 충방전을 반복하게 된다.Secondary batteries currently widely used in storage systems (ESS) and electric vehicles (EVs) can be classified into lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and the like. is repeated charging and discharging with an output voltage of approximately 25V to 42V per one unit cell.
따라서 보다 높은 출력 전압과 전력 용량이 요구되는 경우, 여러 개의 배터리셀을 직렬로 연결하여 배터리모듈을 구성하거나 이러한 배터리모듈을 다시 여러 개 직,병렬로 연결하고 기타 회로를 추가하여 배터리팩을 구성하게 된다.Therefore, when higher output voltage and power capacity are required, a battery module is formed by connecting several battery cells in series, or a battery pack is formed by connecting these battery modules again in series or parallel and adding other circuits. do.
즉, 배터리모듈은 다수의 2차 전지가 중단위로 묶인 집합체를 의미하고, 배터리팩은 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다시 배터리모듈이 집합되어 이루어진 대단위의 집합체를 의미한다고 할 수 있다.That is, the battery module refers to an aggregate in which a plurality of secondary batteries are bundled at the middle and upper ends, and the battery pack refers to a large-scale assembly in which battery modules are assembled again to increase capacity and output.
이러한 배터리팩에 포함되는 배터리셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 전력 용량에 따라 다양하게 증감될 수 있다.The number of battery cells included in such a battery pack may be variously increased or decreased according to a required output voltage or power capacity.
이때, 배터리팩을 구성하는 배터리셀에 대한 충전과 방전이 반복적으로 이루어지는 동안, 과충전이나 과방전, 단락, 고온에서의 방치 등과 같이 다양한 원인에 의해 배터리셀의 외피가 부풀어 오르는 스웰링(swellg) 현상이 발생하게 된다.At this time, while the battery cells constituting the battery pack are repeatedly charged and discharged, a swelling phenomenon in which the outer skin of the battery cells swells due to various causes such as overcharging or overdischarging, short circuit, and leaving at high temperature. this will happen
이러한 스웰링 현상은, 2차 전지의 수명 단축, 용량 저하, 성능 저하뿐만 아니라, 발화 및 폭발과 같은 안전사고로 이어질 수 있기 때문에 배터리모듈 단위에서 배터리셀들을 일정한 간격으로 이격배치하거나, 배터리셀을 압박지지하기 위한 압축 패드를 배터리셀 사이에 배치하는 방식으로 스웰링 현상을 방지하고 있다.Since this swelling phenomenon can lead to safety accidents such as ignition and explosion, as well as shortening the lifespan, reduction of capacity, and performance of the secondary battery, spaced apart battery cells at regular intervals in the battery module unit, or The swelling phenomenon is prevented by arranging a compression pad for pressure support between the battery cells.
한편, 일부 배터리셀에서 발생하는 단락 등의 문제로 배터리셀의 온도가 임계 온도를 넘어 지속적으로 상승하게 되면, 주변의 배터리셀로 온도 상승이 전파되는 열폭주 현상이 발생할 수 있다.On the other hand, when the temperature of a battery cell continuously rises beyond the threshold temperature due to a problem such as a short circuit occurring in some battery cells, a thermal runaway phenomenon in which the temperature rise is propagated to the surrounding battery cells may occur.
이러한 열폭주 현상은, 더 큰 용량의 전지 단위인 배터리모듈이나 배터리팩의 발화나 폭발과 같은 안전사고를 촉발시킨다는 점에서 이를 억제 내지 방지하기 위한 구조가 요구되고 있다.This thermal runaway phenomenon, in that it triggers a safety accident such as ignition or explosion of a battery module or battery pack, which is a battery unit with a larger capacity, a structure for suppressing or preventing this is required.
그러나 종래 배터리모듈의 하우징은, 대한민국공개특허 제10-2015-0142790호(공개일: 2015.12.23)의 '스웰링 현상에 의한 배터리모듈의 외형 변화를 방지할 수 있는 배터리모듈 어셈블리용 엔드 플레이트 및 이를 포함하는 배터리팩' 등과 같이, 상자형 강판 형태로 프레임을 제작하여 스웰링 현상에 의한 배터리모듈의 외형 변화를 방지하거나 외부 충격을 저감하는 수준에 머물러 있다.However, the housing of the conventional battery module includes an end plate for a battery module assembly that can prevent a change in the appearance of the battery module due to swelling in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0142790 (published on December 23, 2015) and By manufacturing a frame in the form of a box-type steel plate, such as a 'battery pack including this', it remains at the level of preventing changes in the appearance of the battery module due to swelling or reducing external impact.
따라서 외부 충격이나 스웰링 현상으로부터 배터리셀들을 안전하게 보호하는 역할은 물론이고, 일부 배터리셀에서 다른 배터리셀로 급격하게 전파되는 열폭주 또는 충방전시 발생하는 내부열을 즉각적이고 효과적으로 억제 내지 방지할 수 있는 구조적인 개선 내지 개량이 배터리모듈 하우징과 관련하여 다각적으로 필요한 실정이다.Therefore, it not only serves to safely protect battery cells from external shocks or swelling, but also can immediately and effectively suppress or prevent thermal runaway or internal heat generated during charging and discharging that rapidly propagates from one battery cell to another. Structural improvement or improvement is required from various angles in relation to the battery module housing.
본 발명의 목적은, 외부 충격이나 스웰링 현상으로부터 배터리셀들을 보호하는 보호프레임의 부품을 통합, 간소화하면서도 배터리부의 양측면을 접촉 지지하며 배터리부에 대한 전기 절연과 방열 기능을 통합적으로 수행할 수 있는 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to integrate and simplify the parts of the protection frame that protects the battery cells from external shocks or swelling, while contacting and supporting both sides of the battery part and performing electrical insulation and heat dissipation functions for the battery part in an integrated way. It is to provide a battery module having an integrated multi-cover.
상기 목적은, 복수의 파우치형 배터리셀을 횡방향으로 겹침 배치한 배터리부; 및 상기 배터리부를 수납하여 보호하는 내부공간이 구비된 육면체 형상의 보호프레임을 포함하는 배터리모듈로서, 상기 보호프레임은, 상기 배터리부의 상면과 하면을 각각 지지하도록 배치되는 상,하부커버; 상기 배터리셀의 리드탭에 접속되는 복수의 버스바가 장착되고, 상기 배터리부의 전면과 후면을 각각 지지하도록 상기 상,하부커버에 결합되는 전,후방커버; 및 스웰링 현상이 발생하는 상기 배터리부의 양측면을 접촉 지지하며 상기 배터리부에 대한 전기 절연과 방열 기능을 함께 수행할 수 있는 다중 구조로 이루어져 상기 상,하부커버에 결합되는 한 쌍의 측면커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈에 의해 달성된다.The above object, a battery unit in which a plurality of pouch-type battery cells are arranged to be overlapped in the transverse direction; and a protective frame in a hexahedral shape having an inner space to accommodate and protect the battery part, the protective frame comprising: upper and lower covers arranged to support upper and lower surfaces of the battery part, respectively; front and rear covers having a plurality of bus bars connected to the lead tabs of the battery cells mounted thereon and coupled to the upper and lower covers to support the front and rear surfaces of the battery unit, respectively; and a pair of side covers coupled to the upper and lower covers by contacting and supporting both sides of the battery unit in which the swelling phenomenon occurs and having a multi-layer structure capable of performing both electrical insulation and heat dissipation functions for the battery unit. It is achieved by a battery module having an integrated multiple cover, characterized in that.
상기 측면커버는, 방열성이 우수한 금속판에 소정의 보강요철을 엠보 가공하고, 절연코팅하여 이루어지거나, 절연성, 내열성, 방열성 및 강성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 소정의 보강요철이 형성되도록 사출성형하여 이루어진 판상의 엔드플레이트를 포함할 수 있다.The side cover is formed by embossing and insulating coating on a metal plate having excellent heat dissipation properties, or by injection molding an engineering plastic excellent in insulation, heat resistance, heat dissipation and rigidity to form predetermined reinforcing irregularities. It may include an end plate.
상기 측면커버는, 바깥쪽 위치하게 되는 상기 엔드플레이트를 금형에 인서트한 후 절연성, 내열성, 방열성, 강성 및 난연성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 사출하여 상기 엔드플레이트와 일체로 성형되는 안쪽의 차폐플레이트를 포함할 수 있다.The side cover may include an inner shielding plate integrally molded with the end plate by inserting the end plate positioned outside into the mold and then injecting engineering plastic with excellent insulation, heat resistance, heat dissipation, rigidity and flame retardancy. can
상기 측면커버는, 상기 보강요철과 상기 차폐플레이트 사이에 개재되어 상기 보강요철과 밀폐된 빈공간을 형성하는 판상의 분할플레이트; 및 상기 배터리부와 외기 간의 온도차를 저감하기 위해, 상기 빈공간에 채워지는 제1 상변이물질을 더 포함할 수 있다.The side cover may include: a plate-shaped division plate interposed between the reinforcing concavo-convex and the shielding plate to form a closed empty space with the reinforcing concavo-convex; and a first phase change material filled in the empty space to reduce a temperature difference between the battery unit and the outside air.
상기 분할플레이트는, 내부에 중공이 형성된 방열성이 우수한 금속소재로 제작되고, 상기 중공에 제2 상변이물질이 채워질 수 있다.The split plate may be made of a metal material having excellent heat dissipation properties having a hollow therein, and a second phase change material may be filled in the hollow.
본 발명에 의하면, 복수의 파우치형 배터리셀을 횡방향으로 겹침 배치한 배터리부를 내측에 수납, 보호하는 육면체 형상의 보호프레임 중에서 스웰링 현상이 발생하는 배터리부의 양측면을 접촉 지지하는 측면커버가 배터리부에 대한 전기 절연과 방열 기능을 함께 수행하도록 일체형의 다중 구조로 제작됨에 따라, 보호프레임의 부품이 통합 및 간소화되어 배터리모듈의 조립공수가 절감되는 것은 물론이고, 배터리부에 대한 열관리가 측면커버의 방열 및 이에 연계된 냉각시스템을 통해 보다 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.According to the present invention, the side cover for contacting and supporting both sides of the battery part in which the swelling phenomenon occurs among the hexahedron-shaped protective frame that accommodates and protects the battery part in which a plurality of pouch-type battery cells are horizontally overlapped is the battery part As it is manufactured as an integrated multi-structure to perform both electrical insulation and heat dissipation functions, the parts of the protection frame are integrated and simplified to reduce the assembly man-hours of the battery module, as well as thermal management of the battery part to prevent heat dissipation of the side cover. And it can be achieved more effectively through the cooling system connected thereto.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈의 개방상태를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리모듈을 구성하는 일체화된 다중커버인 측면커버의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1의 배터리모듈을 구성하는 일체화된 다중커버인 측면커버의 제조과정을 단계별로 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리모듈이 장착된 배터리팩의 구조를 보여주는 평면도이다.1 is a perspective view showing an open state of a battery module having an integrated multi-cover according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view showing the internal structure of a side cover that is an integrated multi-cover constituting the battery module of FIG. 1 .
FIG. 4 is a view showing the manufacturing process of the side cover, which is an integrated multi-cover constituting the battery module of FIG. 1, step by step.
5 is a plan view showing the structure of the battery pack in which the battery module of FIG. 1 is mounted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈의 개방상태를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 배터리모듈을 구성하는 일체화된 다중커버인 측면커버의 내부 구조를 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 1의 배터리모듈을 구성하는 일체화된 다중커버인 측면커버의 제조과정을 단계별로 도시한 도면이고, 도 5는 도 1의 배터리모듈이 장착된 배터리팩의 구조를 보여주는 평면도이다.1 is a perspective view showing an open state of a battery module having an integrated multi-cover according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1, and FIG. 3 is an integrated multiple constituting the battery module of FIG. It is a cross-sectional view showing the internal structure of the side cover which is a cover, and FIG. 4 is a view showing step-by-step the manufacturing process of the side cover, which is an integrated multi-cover constituting the battery module of FIG. 1, and FIG. 5 is the battery module of FIG. It is a plan view showing the structure of the installed battery pack.
발명의 설명 및 청구범위 등에서 방향을 지칭하는 상(위쪽), 하(아래쪽), 좌우(옆쪽 또는 측방), 전(정,앞쪽), 후(배,뒤쪽) 등은 권리의 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 도면 및 구성 간의 상대적 위치를 기준으로 정한 것으로, 3개의 축은 서로 대응되게 회전하여 바뀔 수 있으며, 특별히 다르게 한정하는 경우 외에는 이에 따른다.Top (top), bottom (bottom), left and right (side or lateral), front (front, front), rear (back, back), etc., which refer to directions in the description and claims of the invention, etc. are not used for limiting rights For convenience of explanation, it is determined based on the relative positions between the drawings and the configuration, and the three axes may be rotated to correspond to each other and changed, and will follow unless otherwise specifically limited.
본 발명에 따른 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈(100)은, 다수의 배터리셀(10)을 직,병렬로 연결하여 소정의 출력 전압 및 전력을 제공하는 중단위의 전원공급원으로서, 모듈을 구성하는 부품을 통합, 간소화하여 모듈의 조립공수를 절감하는 한편, 배터리부(110)에 대한 열관리가 측면커버(150a,150b)의 방열 등을 통해 보다 효과적으로 이루어지도록 하기 위해 안출된 발명이다.The
위와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(100)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리부(110) 및 보호프레임(120) 등을 포함하여 이루어질 수 있다. In order to implement the above functions or actions in detail, the
이하에서는 상술한 각 구성을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, each configuration described above will be described in detail.
먼저, 배터리부(110)는, 소정의 출력 전압 및 전력을 형성하기 위해, 납작한 면이 횡방향으로 겹침 배치되도록 복수의 파우치형(납작한 판형상) 배터리셀(10)을 적층하여 구성될 수 있다.First, the
이러한 배터리부(110)를 구성하는 복수의 배터리셀(10) 사이에는, 상술한 바와 같은 스웰링 현상에 의한 외형 변화를 방지하고 외부 충격으로부터 배터리셀(10)을 보호하는 폴리우레탄 등의 소재로 형성된 완충패드가 개재될 수 있다.Between the plurality of
여기서 배터리셀(10)은, 전해질 속의 양극판 및 음극판과, 각각의 양극판과 음극판을 외부의 버스바(20)와 각각 전기적으로 연결해 주는 돌출된 판형태의 전극인 한 쌍의 리드탭(12) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.Here, the
이때, 리드탭(12)은 도 2 등에 도시된 바와 같이, 전방과 후방에 각각 형성되거나, 도시된 바와 달리 전방 및 후방 중 어느 한 방향에 함께 형성될 수 있다.In this case, the
위와 같은 배터리부(110)는, 이미 공지되어 상용화된 배터리셀(10)을 횡방향으로 적층시킨 구성요소에 불과하고, 본 발명의 요지와는 무관하므로, 이에 대한 구조나 작동 특성 등에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The
보호프레임(120)은, 외부 충격이나 변화되는 외부 환경으로부터 상술한 배터리부(110)를 수납하여 보호하는 내부공간이 구비된 육면체 형상의 구성요소로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부커버(130a), 하부커버(130b), 한 쌍의 측면커버(150a,150b), 전방커버(140a) 및 후방커버(140b) 등을 포함하여 구성될 수 있다.The
상부커버(130a)와 하부커버(130b)는, 배터리부(110)의 위쪽인 상면과 아래쪽인 하면을 각각 지지하도록 배치되는 판상의 구성요소로서, 보호프레임(120)의 위쪽면과 아래쪽면을 형성하게 된다.The
본 발명의 실시예에 따른 상부커버(130a)와 하부커버(130b)는, 별도의 냉각판을 부착하는 것이 아니라, 그 자체로 배터리부(110)의 작동에 따라 발생되는 열을 각각 배터리부(110)의 위쪽과 아래쪽에서 외부로 원활히 전달할 수 있도록 열전도율이 우수하고, 보강 돌기 등으로 강성을 강화한 알루미늄 합금판 등으로 제작할 수 있다.The
또한, 상부커버(130a)와 하부커버(130b)는, 우수한 방열성과 강성을 구현할 수 있는 그래핀(graphene) 소재 또는 알루미늄 등의 분말을 필러로 하는 절연 및 내열성의 합성수지를 사출성형하여 제작될 수도 있다.In addition, the
여기서 그래핀 소재는, 내열성의 합성수지에서 부족한 열전도성과 강성 등을 보완하기 위한 구성요소로서, 탄소 원자들이 육각형의 격자 즉, 벌집구조(honeycomb structure)를 이루며 2차원 평면 구조를 형성하는 차세대 신소재로서, 수㎚에서 수십㎛ 두께로 얇고 가벼우면서도 강철보다 200배 이상 강하고, 전기전도성 및 열전도성이 아주 우수하며, 탄성도 뛰어난 물리적, 화학적 특성이 있다.Here, the graphene material is a component to compensate for the insufficient thermal conductivity and rigidity of the heat-resistant synthetic resin. As a next-generation new material, carbon atoms form a hexagonal lattice, that is, a honeycomb structure, and form a two-dimensional planar structure, It is thin and light with a thickness of several nanometers to several tens of micrometers, but is 200 times stronger than steel, has excellent electrical and thermal conductivity, and has excellent physical and chemical properties as well as elasticity.
그리고 절연 및 내열성의 합성수지는, 보호프레임(120)의 경량화와 배터리셀(10)에 대한 전기적 차폐와 배터리셀(10)의 발열에 대비하기 위해, PPS(Polyphenylene Sulfide), PEEK(Polyetheretherketone), TPI(Thermoplastic Polyimide), PES(Polyethersulfone), PPA(Polyphthalamide) 및 PEI(Polyetherimide) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 엔지니어링 플라스틱일 수 있다.In addition, in order to reduce the weight of the
여기서 PPS는, 기계적 강도, 내화학성 등이 우수하고, 사용온도가 240℃인 내열성 수지로서, 난연 특성으로 인해 내열성이 요구되는 전기/기계 부품에 주로 활용되는 엔지니어링 플라스틱이다.Here, PPS is a heat-resistant resin having excellent mechanical strength, chemical resistance, etc., and having a use temperature of 240° C., and is an engineering plastic mainly used for electrical/mechanical parts requiring heat resistance due to flame-retardant properties.
그리고 PEEK는, 내화학성과 내마모성이 우수하고, 사용온도가 260℃인 내열성 수지로서, 상당히 높은 온도에서도 기계적 강도나 강성의 변화가 적고, 일반 사출기를 이용하여 사출성형이 가능하다는 점에서 활용도가 높은 엔지니어링 플라스틱이다.And PEEK is a heat-resistant resin with excellent chemical and abrasion resistance, and a working temperature of 260°C. Even at a fairly high temperature, there is little change in mechanical strength or rigidity, and it has high utility in that injection molding using a general injection machine is possible. engineering plastics.
TPI는 내마모성, 강성, 내크리프성, 내약품성이 우수하고, 유리전이온도는 250℃인 내열성 수지로서, 전기/전자 부품, 기계, 항공 산업 신소재 부품에 주로 사용되는 엔지니어링 플라스틱이다.TPI is a heat-resistant resin with excellent abrasion resistance, rigidity, creep resistance, and chemical resistance, and a glass transition temperature of 250°C.
PES는, 높은 치수안정성, 난연성이 대단히 우수하고, 사용온도가 150~160℃인 내열성 수지로서, 유리, 금속, 세라믹 등을 대신해서 사용할 수 있어 응용분야는 대단히 광범위한 엔지니어링 플라스틱이다.PES is a heat-resistant resin with high dimensional stability and excellent flame retardancy and a working temperature of 150 to 160°C.
PPA는, 내화학성이 대단히 우수하고, 낮은 수분 흡수율을 특징으로 하며, 사용온도가 185℃인 내열성 수지로서, 우수한 물리적 성질과 함께 낮은 가격으로 인해 그 활용도가 광범위한 장점이 있다.PPA is a heat-resistant resin having very good chemical resistance, low water absorption, and a use temperature of 185° C.
PEI는, 고강성, 고강도, 난연성, 치수 안전성과 특히 전기적 특성이 우수하고, 사용온도가 180℃인 내열성 수지로서, 내연소성, 강성, 내약품성이 우수하여 신소재 부품에 주로 사용되는 엔지니어링 플라스틱이다.PEI is an engineering plastic mainly used for new material parts because it has excellent high rigidity, high strength, flame retardancy, dimensional stability and especially electrical properties, and is a heat-resistant resin with a working temperature of 180 ° C., excellent in combustion resistance, rigidity and chemical resistance.
위에 언급된 다양한 내열성 수지는, 어느 하나를 선택하거나 필요한 물성을 구현하기 위해 둘 이상을 적절히 혼합하여 상부커버(130a)와 하부커버(130b)의 사출성형에 사용될 수 있으며, 냉각성능의 강화를 위해 절연코팅된 알루미늄 재질의 냉각판이 내부에 인서트되는 사출성형에 활용될 수도 있다.The various heat-resistant resins mentioned above may be used for injection molding of the
전방커버(140a)와 후방커버(140b)는, 상술한 리드탭(12)에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바(20)가 외부 이물질에 의해 오염되지 않도록 버스바(20)를 외기로부터 밀폐시키는 판상의 구성요소로서, 배터리부(110)의 전면과 후면을 각각 지지하며 버스바(20)가 장착되는 브라켓(142)에 결합된 형태로 보호프레임(120)의 전면과 후면을 각각 형성하게 된다.The
여기서 브라켓(142)은, 배터리부(110)의 앞면인 전면과 뒷면인 후면을 각각 지지하도록 배치되어 상술한 상,하부커버(130a,130b)에 끼움결합되거나 볼트 등과 같은 다양한 체결수단에 의해 결합되는 구성요소로서, 배터리부(110)를 향하는 일면에는 배터리셀(10)이 끼워지는 고정홈이 형성될 수 있고, 고정홈이 형성된 일면에 대향한 타면에는 버스바(20)가 장착 고정되는 안착홈이 형성될 수 있다.Here, the
버스바(20)는, 상술한 배터리셀(10)의 리드탭(12)에 전기적으로 접속되어 높은 전압의 출력을 외부로 손실 없이 안정적으로 전달하기 위해 마련된 도전체로서, 외부 회로(미도시)와의 전기적 연결을 위해 절곡된 막대형상 또는 배터리셀(10)의 병렬연결을 위한 링형상 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.The
이러한 버스바(20)는, 배터리셀(10)의 리드탭(12)에 의해 관통되도록 브라켓(142)이 상,하부커버(130a,130b)에 결합되면, 브라켓(142)에 장착된 후 버스바(20)의 표면에 접촉하도록 절곡된 리드탭(12)과 용접 등에 의해 서로 전기적으로 견고하게 접속될 수 있다.When the
이때, 구체적으로 도시하지 않았지만, 서로 인접하는 버스바(20)는 브라켓(142)에 설치된 유연한 기판(미도시)이나 회로판(미도시) 등을 매개로 전기적으로 연결될 수 있다.At this time, although not specifically shown, the adjacent bus bars 20 may be electrically connected to each other through a flexible substrate (not shown) or a circuit board (not shown) installed on the
이러한 브라켓(142)은, 방열성이 우수한 금속소재 즉, 알루미늄 등을 프레스 가공하여 고정홈 및 안착홈 등을 성형한 후 절연코팅하는 방식으로 제작될 수 있다.The
본 발명의 실시예에 따른 전,후방커버(140a,140b)는, 상술한 바와 같은 밀폐기능 이외에 배터리부(110)의 출력에 따라 발생하게 되는 버스바(20)의 열(저항열)이 외부로 원활히 방출되고 버스바(20)에 대한 전기 절연을 위해 상술한 상,하부커버(130a,130b)와 마찬가지로 열전도율이 우수하고 강성 구현이 가능한 그래핀(graphene) 소재 또는 알루미늄 등의 분말을 필러로 하는 내열성의 합성수지를 사출성형하여 제작될 수도 있다.In the front and
이때, 전,후방커버(140a,140b)를 형성하게 되는 내열성의 합성수지는 엔지니어링 플라스틱으로서, 상술한 바와 같은 PPS, PEEK, TPI, PES, PPA 및 PEI 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.In this case, the heat-resistant synthetic resin forming the front and
측면커버(150a,150b)는, 스웰링 현상이 발생하는 상기 배터리부(110)의 양측면을 접촉 지지하며 배터리부(110)에 대한 전기 절연과 방열 기능을 함께 수행하는 다중 구조로 이루어진 판상의 구성요소이다.The side covers 150a and 150b have a plate-like configuration with a multi-layer structure that supports both sides of the
이러한 측면커버(150a,150b)는, 상술한 상,하부커버(130a,130b)에 끼움결합되거나 볼트 등과 같은 다양한 체결수단에 의해 결합되어 보호프레임(120)의 양쪽 옆면을 형성하게 된다.These side covers 150a and 150b are fitted to the above-described upper and
본 발명의 실시예에 따른 측면커버(150a,150b)는, 스웰링 현상을 억제하는 강성은 물론, 충방전에 따라 배터리부(110)에서 발생하는 열을 외부로 원활히 전달하는 방열 기능과 배터리부(110)에 대한 절연 기능을 구체적으로 구현하기 위해, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 엔드플레이트(152) 및 차폐플레이트(154)를 포함하거나, 분할플레이트(156)와 제1 상변이물질(PM1)을 더 포함하여 구성될 수 있다.The side covers 150a and 150b according to an embodiment of the present invention have a heat dissipation function that smoothly transfers heat generated in the
상술한 엔드플레이트(152)는, 배터리부(110)의 작동에 따라 발생되는 열을 각각 배터리부(110)의 양쪽 옆면에서 외부로 원활히 전달하기 위해 마련된 판상의 구성요소로서, 열전도율이 우수한 알루미늄 합금판 등으로 제작되어 측면커버(150a,150b)의 외곽, 즉 바깥쪽에 배치될 수 있다.The above-described
이러한 엔드플레이트(152)는, 필요한 강성 확보를 위해 소정 형태로 돌출된 보강요철(152a)이 엠보 프레싱 가공으로 형성되고, 배터리부(110)에 대한 전기적 차폐를 위해 표면에 절연코팅이 이루어질 수 있다.This
또한, 엔드플레이트(152)는, 우수한 방열성과 강성을 구현할 수 있는 그래핀(graphene) 소재 또는 알루미늄 등의 분말을 필러로 하는 절연 및 내열성의 합성수지를 소정의 보강요철(152a)이 형성되도록 사출성형하여 제작될 수도 있다.In addition, the
여기서 절연 및 내열성의 합성수지는 앞서 기술한 엔지니어링 플라스틱 종류와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.Here, since the synthetic resin having insulation and heat resistance is the same as the type of engineering plastic described above, a description thereof will be omitted.
엔드플레이트(152)에 형성되는 소정 형상의 보강요철(152a)은, 배터리부(110)를 구성하기 위해 횡방향으로 적층된 배터리셀(10)의 스웰링 현상시 직접적인 가압력을 받게 되는 엔드플레이트(152)의 강성을 강화하기 위해 마련된 구조일 수 있다.The reinforcing
이때, 외측으로 돌출된 요철 형상의 반대편에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 오목한 빈공간(S1)이 형성되어 후술하는 바와 같이 제1 상변이물질(PM1)이 채워지게 된다.At this time, on the opposite side of the concave-convex shape protruding to the outside, as shown in FIG. 4 , a concave empty space S1 is formed, and the first phase change material PM1 is filled as will be described later.
차폐플레이트(154)는, 배터리부(110)의 양측면을 접촉 지지 및 절연하는 한편, 배터리부(110)에서 발생된 열을 상술한 엔드플레이트(152)에 전달하기 위해 측면커버(150a,150b)의 안쪽에 배치되는 판상의 구성요소이다.The shielding
이러한 차폐플레이트(154)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 미리 제작된 엔드플레이트(152)를 금형(하부금형(40))에 인서트한 후 금형(상부금형(30))을 합형하고, 절연성, 내열성, 방열성, 강성 및 난연성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 사출하여 엔드플레이트(152)와 일체로 성형될 수 있게 된다.This shielding
이때, 차폐플레이트(154)의 제조에 사용되는 엔지니어링 플라스틱은, 특별히 요구되는 난연성의 구현을 위해, PPS, PES 및 PEI 중 적어도 어느 하나를 포함하는 조성의 플라스틱일 수 있다.In this case, the engineering plastic used for manufacturing the
위와 같은 차폐플레이트(154)와 관련된 요구 특성들과, 엔드플레이트(152)와의 일체화는, 배터리부(110)의 스웰링 억제, 보호프레임(120)의 부품 통합과 간소화, 배터리부(110)에 대한 효율적인 열관리 및 배터리부(110)의 화재시 확산 지연 등을 도모하기 위한 것이다.The required characteristics related to the
분할플레이트(156)는, 상술한 보강요철(152a)과 밀폐된 빈공간(S1)을 형성하기 위해 마련된 판상의 구성요소로서, 열전도율이 우수한 알루미늄 합금판 등으로 제작될 수 있다.The
이러한 분할플레이트(156)는, 미리 제작된 후 도 4에 도시된 바와 같이, 금형(하부금형(40))에 인서트된 상술한 엔드플레이트(152)의 보강요철(152a)과 차폐플레이트(154) 사이에 개재되어 엔드플레이트(152) 및 차폐플레이트(154)와 일체화될 수 있다.The
이때, 분할플레이트(156)에 의해 밀폐되는 빈공간(S1)에는, 상술한 배터리부(110)와 외기 간의 온도차를 저감 내지 완충하는 제1 상변이물질(PM1)이 충진될 수 있다. In this case, the empty space S1 sealed by the
여기서 상변이물질은, 특정한 온도범위를 기준으로 고체에서 액체, 액체에서 고체로 상태 변화하며 각각 열을 저장(흡열)하거나 열을 방출(방열)하는 온도조절 물질로서, 유기물질, 무기물질 또는 자연계에서 얻을 수 있는 식물성의 다양한 물질 등을 이용하여 의도된 임의 온도범위에서 상변화되도록 제조될 수 있다.Here, the phase change material is a temperature control material that changes state from solid to liquid and liquid to solid based on a specific temperature range and stores (endothermic) or emits (radiates) heat, respectively, in organic, inorganic or natural systems. It can be prepared to phase change in any intended temperature range using a variety of obtainable vegetable materials.
위와 같이 제조되는 상변이물질 중 본 발명의 실시예에 따라 의 빈공간(S1)에 채워지는 제1 상변이물질(PM1)은, 배터리모듈(100) 내부와 외부 간의 온도차를 최소화하여 배터리부(110)의 안정적인 작동이 이루어질 수 있도록, 상변화 온도 범위가 30℃ 내지 35℃로 설정된 유기계열의 파라핀계 왁스일 수 있다.Among the phase change materials manufactured as described above, the first phase change material PM1 filled in the empty space S1 according to an embodiment of the present invention minimizes the temperature difference between the inside and the outside of the
이러한 온도 범위의 제1 상변이물질(PM1)로 인해, 배터리부(110)의 온도는 내부 또는 외부의 온도가 35℃를 상회하더라도 최적 작동온도의 상한인 30℃ 내지 35℃를 일정시간동안 일정하게 유지될 수 있게 된다.Due to the first phase change material PM1 in this temperature range, the temperature of the
한편, 분할플레이트(156)는, 제2 상변이물질(PM2)이 채워지는 중공(S2)이 내부에 형성된 방열성이 우수한 알루미늄 합금판 등으로 제작될 수 있다.Meanwhile, the
이때, 본 발명의 실시예에 따라 중공(S2)에 채워지는 제2 상변이물질(PM2)은, 배터리모듈(100) 내부와 외부 간의 온도차를 최소화하여 배터리부(110)의 안정적인 작동이 이루어질 수 있도록, 상변화 온도 범위가 15℃ 내지 20℃로 설정된 유기계열의 파라핀계 왁스일 수 있다.At this time, the second phase change material PM2 filled in the hollow S2 according to an embodiment of the present invention minimizes the temperature difference between the inside and the outside of the
이러한 온도 범위의 제2 상변이물질(PM2)로 인해, 배터리부(110)의 온도는 내부 또는 외부의 온도가 15℃를 하회하더라도 최적 작동온도의 하한인 15℃ 내지 20℃를 일정시간동안 일정하게 유지될 수 있게 된다.Due to the second phase change material PM2 in this temperature range, the temperature of the
이상에서 살펴본 바와 같이 제1,2 상변이물질(PM1,PM2)이 본 발명의 측면커버(150a,150b)에 동시에 적용되면, 도 5에 도시된 바와 같은 배터리팩(1)은, 배터리부(110)의 작동에 따른 발열이나 외부의 온도로부터 크게 영향을 받지 않고, 이상적인 최적의 작동온도인 15℃ 내지 35℃를 일정하게 유지하며, 안정적으로 전력을 송출할 수 있게 된다.As described above, when the first and second phase change materials PM1 and PM2 are simultaneously applied to the side covers 150a and 150b of the present invention, the
나아가 측면커버(150a,150b)로부터 열적으로 완충되며 연속적으로 방출되는 열기가, 배터리팩(1)에 구비된 냉각시스템(2)에 의해 송풍경로(3)를 따라 신속하고 일관성 있게 배출되면, 배터리부(110)에 대한 열관리는 보다 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.Furthermore, when the heat that is thermally buffered and continuously emitted from the side covers 150a and 150b is quickly and consistently discharged along the
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.In the foregoing, specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, but it is common knowledge in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have Accordingly, such modifications or variations should not be individually understood from the spirit or point of view of the present invention, and modified embodiments should be said to belong to the claims of the present invention.
1: 배터리팩
2: 냉각시스템
3: 냉각시스템의 송풍경로
10: 배터리셀
12: 리드탭
20: 버스바
30,40: 상부금형, 하부금형
100: 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈
110: 배터리부
120: 보호프레임
130a,130b: 상부커버, 하부커버
140a,140b: 전방커버, 후방커버
142: 브라켓
150a,150b: 측면커버
152: 엔드플레이트
152a: 보강요철
PM1: 제1 상변이물질
154: 차폐플레이트
156: 분할플레이트
S1: 빈공간
S2: 중공
PM2: 제2 상변이물질1: battery pack
2: Cooling system
3: Blowing path of cooling system
10: battery cell
12: lead tab
20: bus bar
30, 40: upper mold, lower mold
100: battery module having an integrated multiple cover
110: battery unit
120: protection frame
130a, 130b: upper cover, lower cover
140a, 140b: front cover, rear cover
142: bracket
150a, 150b: side cover
152: end plate
152a: reinforcing concavo-convex
PM1: first phase change material
154: shielding plate
156: split plate
S1: empty space
S2: hollow
PM2: second phase change material
Claims (5)
상기 보호프레임은,
상기 배터리부의 상면과 하면을 각각 지지하도록 배치되는 상,하부커버; 상기 배터리셀의 리드탭에 접속되는 복수의 버스바가 장착되고, 상기 배터리부의 전면과 후면을 각각 지지하도록 상기 상,하부커버에 결합되는 전,후방커버; 및 스웰링 현상이 발생하는 상기 배터리부의 양측면을 접촉 지지하며 상기 배터리부에 대한 전기 절연과 방열 기능을 함께 수행할 수 있는 다중 구조로 이루어져 상기 상,하부커버에 결합되는 한 쌍의 측면커버를 포함하고,
상기 측면커버는,
소정의 보강요철이 형성된 판상의 엔드플레이트;
바깥쪽 위치하는 상기 엔드플레이트와 일체를 이루는 안쪽의 차폐플레이트;
상기 보강요철과 상기 차폐플레이트 사이에 개재되어 상기 보강요철과 밀폐된 빈공간을 형성하는 판상의 분할플레이트; 및
상기 배터리부와 외기 간의 온도차를 저감하기 위해, 상기 빈공간에 채워지는 제1 상변이물질을 포함하고,
상기 분할플레이트는,
내부에 중공이 형성된 방열성이 우수한 금속소재로 제작되고,
상기 중공에 제2 상변이물질이 채워지는 것을 특징으로 하는 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈.a battery unit in which a plurality of pouch-type battery cells are horizontally overlapped; And as a battery module comprising a protective frame in the shape of a hexahedron having an inner space to accommodate and protect the battery unit,
The protection frame,
upper and lower covers disposed to support the upper and lower surfaces of the battery unit, respectively; a front and rear cover having a plurality of bus bars connected to the lead tab of the battery cell mounted thereon and coupled to the upper and lower covers to support the front and rear surfaces of the battery unit, respectively; and a pair of side covers coupled to the upper and lower covers by contacting and supporting both sides of the battery part in which the swelling phenomenon occurs, and having a multi-layer structure capable of performing both electrical insulation and heat dissipation functions for the battery part. do,
The side cover,
a plate-shaped end plate with predetermined reinforcing irregularities;
an inner shielding plate integral with the end plate positioned outside;
a plate-shaped division plate interposed between the reinforcing concavo-convex and the shielding plate to form a closed empty space with the reinforcing concavo-convex; and
In order to reduce the temperature difference between the battery unit and the outside air, including a first phase change material filled in the empty space,
The split plate is
It is made of a metal material with excellent heat dissipation with a hollow inside,
A battery module having an integrated multi-cover, characterized in that the hollow is filled with a second phase change material.
상기 엔드플레이트는,
방열성이 우수한 금속판에 상기 보강요철을 엠보 가공하고 절연코팅하여 이루어지거나,
절연성, 내열성, 방열성 및 강성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 상기 보강요철이 형성되도록 사출성형하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈.According to claim 1,
The end plate is
It is made by embossing the reinforcing unevenness on a metal plate with excellent heat dissipation and insulating coating,
A battery module having an integrated multi-cover, characterized in that it is formed by injection molding an engineering plastic having excellent insulation, heat resistance, heat dissipation and rigidity to form the reinforcing unevenness.
상기 차폐플레이트는,
상기 엔드플레이트를 금형에 인서트한 후 절연성, 내열성, 방열성, 강성 및 난연성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 사출하여 상기 엔드플레이트와 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 일체형 다중커버를 갖는 배터리모듈.
3. The method of claim 2,
The shielding plate,
After inserting the end plate into a mold, engineering plastic having excellent insulation, heat resistance, heat dissipation, rigidity and flame retardancy is injected and integrally molded with the end plate.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |