KR102413270B1 - 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈 - Google Patents

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허재웅
이재용
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Abstract

개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈이 개시된다. 본 발명에 따른 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈은, 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 배터리부의 양측면을 지지하도록 상기 상,하부커버에 결합되는 한 쌍의 측면커버; 상기 배터리부의 전면과 후면을 각각 지지하도록 상기 상,하부커버에 결합되고, 상기 배터리셀의 제1,2 리드탭에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바가 장착된 제1,2 브라켓 ; 및 상기 제1 브라켓 및 상기 제2 브라켓 중 적어도 어느 하나에 회동가능하게 일체로 구비되어 상기 버스바를 선택적으로 밀폐 또는 개방시키는 전,후방커버를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 보호프레임의 부품이 통합, 간소화되어 배터리모듈의 조립공수가 절감되는 것은 물론이고, 개방된 전방커버 또는 후방커버를 통해 버스바로부터의 열발산이 효과적으로 이루어질 수 있어 배터리셀에 대한 열폭주가 지연될 수 있게 된다.

Description

개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈{BATTERY MODULE WITH OPENABLE COVER STRUCTURE}
본 발명은, 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배터리셀의 집합체와 전기적으로 접속되는 버스바를 선택적으로 밀폐 또는 개방시키는 개폐형 커버구조가 적용된 배터리모듈에 관한 것이다.
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.
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.
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.
즉, 배터리모듈은 다수의 2차전 지가 중단위로 묶인 집합체를 의미하고, 배터리팩은 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다시 배터리모듈이 집합되어 이루어진 대단위의 집합체를 의미한다고 할 수 있다.
이러한 배터리팩에 포함되는 배터리셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 전력 용량에 따라 다양하게 증감될 수 있다.
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.
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.
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.
이러한 열폭주 현상은, 더 큰 용량의 전지 단위인 배터리모듈이나 배터리팩의 발화나 폭발과 같은 안전사고를 촉발시킨다는 점에서 이를 방지하기 위한 구조가 요구되고 있지만, 종래 배터리모듈의 하우징은 배터리셀들을 외부 충격으로부터 안전하게 보호하는 수준의 상자형 강판으로 제작되고 있는 실정이다.
상자형 하우징과 관련하여 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'은 스웰링 현상에 의한 배터리모듈의 외형 변화를 방지하기 위한 기술을 개시하고 있다.
그러나 위와 같은 선행기술은, 외부 충격이나 스웰링 현상으로부터 배터리셀들을 안전하게 보호하는 역할은 가능하나, 일부 배터리셀에서 다른 배터리셀로 급격하게 전파되는 열폭주를 즉각적이고 효과적으로 방지하지 못하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 외부 충격이나 스웰링 현상으로부터 배터리셀들을 보호하는 보호프레임의 부품을 통합, 간소화하여 배터리모듈의 조립공수를 줄이는 한편, 열폭주를 지연하는 열배출이 가능한 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈을 제공하는 것이다.
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 배터리부의 양측면을 지지하도록 상기 상,하부커버에 결합되는 한 쌍의 측면커버; 상기 배터리부의 전면과 후면을 각각 지지하도록 상기 상,하부커버에 결합되고, 상기 배터리셀의 제1,2 리드탭에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바가 장착된 제1,2 브라켓 ; 및 상기 제1 브라켓 및 상기 제2 브라켓 중 적어도 어느 하나에 회동가능하게 일체로 구비되어 상기 버스바를 선택적으로 밀폐 또는 개방시키는 전,후방커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈에 의해 달성된다.
상기 제1 브라켓 또는 상기 제2 브라켓은, 방열성이 우수한 금속소재를 절연코팅하여 제작되거나, 절연성, 방열성 및 내열성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 사출하여 성형될 수 있다.
상기 전방커버 또는 상기 후방커버는, 내열성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 금형에 인서트된 상기 제1 브라켓 또는 상기 제2 브라켓에 사출하여 회동가능한 힌지구조를 형성하며 상기 제1 브라켓 또는 상기 제2 브라켓과 일체로 성형될 수 있다.
상기 전방커버 또는 상기 후방커버는, 자체의 온도 저항성을 증대하기 위해, 내부에 형성된 중공에 상변이물질이 충진되어 이루어질 수 있다.
상기 전방커버 또는 상기 후방커버는, 상기 버스바가 설정온도 이상인지 여부를 감지하는 온도센서; 상기 온도센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 버스바의 열을 외부로 송출하는 냉각팬; 및 상기 온도센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 전방커버 또는 상기 후방커버의 회전 개폐를 작동제어하는 회전구동부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수의 파우치형 배터리셀을 횡방향으로 겹침 배치한 배터리부를 수납하여 보호하는 내부공간이 구비된 육면체 형상의 보호프레임에서 배터리부의 전면과 후면을 각각 지지하며 배터리셀의 제1,2 리드탭에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바가 장착된 제1,2 브라켓과, 상기 버스바를 선택적으로 밀폐 또는 개방시키는 전,후방커버가 제1 브라켓 및 제2 브라켓 중 적어도 어느 하나에 회동가능하게 일체로 구비됨에 따라, 보호프레임의 부품이 통합, 간소화되어 배터리모듈의 조립공수가 절감되는 것은 물론이고, 개방된 전방커버 또는 후방커버를 통해 버스바로부터의 열발산이 효과적으로 이루어질 수 있어 배터리셀에 대한 열폭주가 지연될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈의 개방상태를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 제1 브라켓과 일체화된 전방커버의 조립과정을 단계별로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리모듈을 통한 단계별 방열작동을 도시한 작동상태도이다.
도 5는 도 1의 배터리모듈이 다수 개로 장착된 배터리팩의 구조를 보여주는 평면도이다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈의 개방상태를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이고, 도 3은 도 1의 제1 브라켓과 일체화된 전방커버의 조립과정을 단계별로 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 배터리모듈을 통한 단계별 방열작동을 도시한 작동상태도이고, 도 5는 도 1의 배터리모듈이 다수 개로 장착된 배터리팩의 구조를 보여주는 평면도이다.
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.
본 발명에 따른 개폐형 커버구조를 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 것은 물론이고, 버스바(20)로부터의 열을 효과적으로 발산시키기 위해 안출된 발명이다.
위와 같은 기능 내지 작용을 구체적으로 구현하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(100)은, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리부(110) 및 보호프레임(120) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
이하에서는 상술한 각 구성을 구체적으로 설명하기로 한다.
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.
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.
여기서 배터리셀(10)은, 전해질 속의 양극판 및 음극판과, 각각의 양극판과 음극판을 외부의 버스바(20)와 전기적으로 연결해 주는 돌출된 판형태의 전극인 제1,2 리드탭(12a,12b) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 제1,2 리드탭(12a,12b)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.
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.
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(121a), 하부커버(121b), 한 쌍의 측면커버(122a,122b), 제1 브라켓(123a), 제2 브라켓(123b), 전방커버(124a) 및 후방커버(124b) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상부커버(121a)와 하부커버(121b)는, 배터리부(110)의 위쪽인 상면과 아래쪽인 하면을 각각 지지하도록 배치되는 판상의 구성요소로서, 보호프레임(120)의 위쪽면과 아래쪽면을 형성하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 상부커버(121a)와 하부커버(121b)는, 별도의 냉각판을 부착하는 것이 아니라, 그 자체로 각각 배터리부(110)의 위쪽과 아래쪽에서 배터리부(110)의 작동에 따라 발생되는 열을 외부로 원활히 전달할 수 있도록 열전도율이 우수하고, 보강 돌기 등으로 강성을 강화한 알루미늄 합금으로 제작할 수 있다.
또한, 상부커버(121a)와 하부커버(121b)는, 열전도율이 우수하고 강성 구현이 가능한 그래핀(graphene) 소재 또는 알루미늄 등의 분말을 필러로 하는 내열성의 합성수지를 사출성형하여 제작될 수 있다.
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.
그리고 내열성의 합성수지는, 보호프레임(120)의 경량화와 배터리셀(10)에 대한 전기적 차폐 및 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.
여기서 PPS는, 기계적 강도, 내화학성 등이 우수하고, 사용온도가 240℃인 내열성 수지로서, 난연적 특성으로 인해 내열성이 요구되는 전기/기계 부품에 주로 활용되는 엔지니어링 플라스틱이다.
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.
TPI는 내마모성, 강성, 내크리프성, 내약품성이 우수하고, 유리전이온도는 250℃인 내열성 수지로서, 전기/전자 부품, 기계, 항공 산업 신소재 부품에 주로 사용되는 엔지니어링 플라스틱이다.
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.
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.
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.
위에 언급된 다양한 내열성 수지는, 어느 하나를 선택하거나 필요한 물성을 구현하기 위해 둘 이상을 적절히 혼합하여 상부커버(121a)와 하부커버(121b)의 제조에 사용될 수 있으며, 냉각성능의 강화를 위해 알루미늄 재질의 냉각판을 내부에 인서트한 사출성형에 활용될 수도 있다.
측면커버(122a,122b)는, 배터리부(110)의 옆쪽인 양측면을 지지하도록 배치되어 보호프레임(120)의 양쪽 옆면을 형성하는 판상의 구성요소로서, 상술한 상,하부커버(121a,121b)에 끼움결합되거나 볼트 등과 같은 다양한 체결수단에 의해 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 측면커버(122a,122b)는 상술한 상,하부커버(121a,121b)와 마찬가지로, 별도의 냉각판을 덧대어 부착하는 것이 아니라, 그 자체로 각각 배터리부(110)의 양쪽 옆면에서 배터리부(110)의 작동에 따라 발생되는 열을 외부로 원활히 전달할 수 있도록 열전도율이 우수하고, 보강 돌기 등으로 강성을 강화한 알루미늄 합금으로 제작할 수 있다.
또한, 측면커버(122a,122b)는, 열전도율이 우수하고 강성 구현이 가능한 그래핀(graphene) 소재 또는 알루미늄 등의 분말을 필러로 하는 내열성의 합성수지를 사출성형하여 제작될 수 있음은 물론이다.
여기서 내열성의 합성수지는 앞서 기술한 종류와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 측면커버(122a,122b)는, 배터리부(110)를 구성하기 위해 횡방향으로 적층된 배터리셀(10)의 스웰링 현상시 직접적인 가압력을 받을 수 있기 때문에 상술한 상부커버(121a)보다 강한 강성을 갖는 소재와 보강 구조 등이 적용되는 것이 바람직할 수 있다.
제1 브라켓(123a)과 제2 브라켓(123b)은, 배터리부(110)의 앞면인 전면과 뒷면인 후면을 각각 지지하도록 배치되어 후술할 전,후방커버(124a,124b)와 함께 보호프레임(120)의 전면과 후면을 각각 형성하는 구성요소로서, 상술한 상,하부커버(121a,121b)에 끼움결합되거나 볼트 등과 같은 다양한 체결수단에 의해 결합될 수 있다.
이러한 제1,2 브라켓(123a,123b)이 배터리부(110)를 향하는 일면에는 배터리셀(10)이 끼워지는 고정홈이 형성될 수 있고, 고정홈이 형성된 일면에 대향한 제1,2 브라켓(123a,123b)의 타면에는 버스바(20)가 장착 고정되는 안착홈이 형성될 수 있다.
버스바(20)는, 상술한 배터리셀(10)의 제1,2 리드탭(12a,12b)에 전기적으로 접속되어 높은 전압의 출력을 외부로 손실없이 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.
이러한 버스바(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이 배터리셀(10)의 제1 리드탭(12a)에 의해 관통되도록 제1 브라켓(123a)이 상,하부커버(121a,121b)에 결합된 후, 제1 브라켓(123a)에 장착될 수 있다.(도 3의 a) 참조)
그리고 버스바(20)의 표면에 접촉하도록 제1 리드탭(12a)이 절곡되면, 버스바(20)는 용접 등에 의해 제1 리드탭(12a)과 전기적으로 견고하게 접속할 수 있게 된다.(도 3의 b) 참조)
서로 인접하는 버스바(20)는 구체적으로 도시하지 않았지만, 제1,2 브라켓(123a,123b)에 설치된 유연한 기판(미도시)이나 회로판(미도시) 등을 매개로 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1,2 브라켓(123a,123b)은, 방열성이 우수한 금속소재 즉, 알루미늄 등을 프레스 가공하여 고정홈 및 안착홈 등을 성형한 후 절연코팅하는 방식으로 제작할 수 있다.
또한, 제1,2 브라켓(123a,123b)은, 상술한 상부커버(121a)나 측면커버(122a,122b)와 같이 절연성, 방열성 및 내열성이 우수한 PPS, PEEK, TPI, PES, PPA 및 PEI 중 적어도 어느 하나를 포함하는 엔지니어링 플라스틱을 사출성형하는 방식으로 제작할 수도 있다.
이때, 제1,2 브라켓(123a,123b)을 구성하는 엔지니어링 플라스틱에는, 상술한 바와 같이 열전도율이 우수하고 강성 구현이 가능한 그래핀(graphene) 소재 또는 알루미늄 등의 분말이 필러로 함유될 수 있음은 물론이다.
전방커버(124a)와 후방커버(124b)는, 상술한 제1,2 브라켓(123a,123b)에 장착된 버스바(20)를 외기로부터 밀폐시켜 외부 이물질에 의한 오염을 방지하기 위해 제1,2 브라켓(123a,123b)에 결합되는 판상의 구성요소로서, 상술한 제1,2 브라켓(123a,123b)과 함께 보호프레임(120)의 전면과 후면을 각각 형성하게 된다.
여기서 전방커버(124a)는, 상술한 바와 같은 밀폐기능 이외에 배터리부(110)의 출력에 따라 발생하게 되는 버스바(20)의 열(저항열)이 외부로 원활히 배출될 수 있도록 하기 위해, 제1 브라켓(123a)에 회동가능한 구조로 결합되어 개방작동을 수행할 수 있다.
물론, 후방커버(124b)도, 상술한 바와 같은 밀폐기능 이외에 배터리부(110)의 출력에 따라 발생하게 되는 버스바(20)의 열(저항열)이 외부로 원활히 배출될 수 있도록 하기 위해, 제2 브라켓(123b)에 회동가능한 구조로 결합되어 개방작동을 수행할 수도 있다.
이때, 제1 브라켓(123a)(또는 제2 브라켓(123b))에 대한 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))의 회전작동은, 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))와 제1 브라켓(123a)(또는 제2 브라켓(123b))을 각각 별물로 제작한 후, 힌지축(125a)을 서로 공유하도록 결합하는 방식으로 구현될 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))는, 제1 브라켓(123a)(제2 브라켓(123b))과 일체로 성형되며 회동가능한 힌지구조(힌지축(125a) 및 축홀더(125b))가 형성되도록 하기 위해, 상술한 바와 같이 금속소재를 절연코팅하거나 엔지니어링 플라스틱을 사출하여 성형된 제1 브라켓(123a)(또는 제2 브라켓(123b))을 금형에 인서트한 후, 내열성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 사출하는 방식으로 제작하게 된다.
이때, 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))를 형성하게 되는 엔지니어링 플라스틱은, 상술한 바와 같은 PPS, PEEK, TPI, PES, PPA 및 PEI 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
위와 같은 인서트 사출성형으로 인해, 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))에는, 미리 제작되어 인서트된 제1 브라켓(123a)(또는 제2 브라켓(123b))의 힌지축(125a)에 대응하는 축홀더(125b)가 형성될 수 있고, 이에 따라 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))와 제1 브라켓(123a)(또는 제2 브라켓(123b))은 서로 회동가능한 일체화된 힌지구조를 형성할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 보호프레임(120)을 구성하는 부품인 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))와 제1 브라켓(123a)(또는 제2 브라켓(123b))이 힌지구조를 이루며 통합 및 간소화됨으로써, 배터리모듈(100)의 조립공수가 절감될 수 있게 된다.
또한, 필요한 경우 버스바(20)로부터의 열발산이 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))의 개방을 통해 효과적으로 이루어질 수 있고, 도 3의 c)에 도시된 바와 같이 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))의 밀폐를 통해 외부 이물질에 의한 버스바(20)의 오염이 방지될 수 있는 것이다.
한편, 도 1의 확대도에 도시된 바와 같이 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))는, 자체적인 온도 저항성의 증대를 위해, 내부에 형성된 중공(126)에 상변이물질(PM)이 충진될 수 있다.
이때, 상변이물질(PM)은, 미리 설정된 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 식물성 물질 등으로 제조될 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 상변이물질(PM)은, 배터리모듈(100)의 구동에 특화될 수 있도록, 상변화 온도 범위가 40℃ 내지 80℃인 유기계열의 파라핀계 왁스일 수 있다.
이로 인해 배터리부(110)(버스바(20) 주변)의 과도한 발열과 외부로부터의 온도 영향이 효과적으로 억제되어 배터리모듈(100)의 안정적인 작동이 담보될 수 있게 된다.
더 나아가 배터리부(110)(버스바(20) 주변)에 대한 발열이 단계별로 억제될 수 있도록 하기 위해, 전방커버(124a)(또는 후방커버(124b))는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 온도센서(127), 냉각팬(128) 및 회전구동부(129) 등을 포함할 수 있다.
여기서 온도센서(127)는 배터리부(110)(버스바(20) 주변)가 설정온도 이상인지 여부를 감지하는 구성요소이고, 냉각팬(128)은 온도센서(127)에서 측정된 온도에 기초하여 배터리부(110)(버스바(20) 주변)의 열을 외부로 송출하는 구성요소이며, 회전구동부(129)는 온도센서(127)에서 측정된 온도에 기초하여 전방커버(124a) 또는 후방커버(124b)의 회전 개폐를 작동제어하는 구성요소이다.
상술한 구성들에 의한 단계별 배터리부(110)(버스바(20) 주변)의 발열 억제는, 도 4의 a)와 같이 전방커버(124a)가 밀폐된 상태의 저발열 상태와 도 4의 b)와 같이 전방커버(124a)가 일부 개방된 상태의 고발열 상태로 구분되어 이루어질 수 있다.
구체적으로, 온도센서(127)에서 측정된 온도가, 배터리모듈(100)을 통합 제어하는 제어부(미도시)에 의해 억제가 필요한 저발열 상태로 판단된 경우, 제어부는 도 4의 a)처럼 전방커버(124a)를 밀폐된 상태로 유지하는 한편, 버스바(20) 주변의 열기가 외측으로 유동하도록 냉각팬(128)의 회전을 작동제어하게 된다.
위와 달리 온도센서(127)에서 측정된 온도가, 제어부(미도시)에 의해 억제가 긴급히 필요한 고발열 상태로 판단된 경우, 제어부는 도 4의 b)처럼 전방커버(124a)가 일부 개방되도록 회전구동부(129)를 작동제어하는 한편, 차가운 외기가 내측의 버스바(20) 주변으로 송출되며 열기가 신속하게 개방된 외측으로 배출되도록 냉각팬(128)의 회전을 작동제어하게 된다.
상술한 바와 같은 고발열에 대한 긴급한 냉각 작동은, 도 5에 도시된 바와 같은 배터리팩(1)의 냉각에도 적용되면, 열기의 신속한 배출이 일관성 있고 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.
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.
1: 배터리팩
10: 배터리셀
12a,12b: 제1 리드탭, 제2 리드탭
20: 버스바
100: 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈
110: 배터리부
120: 보호프레임
121a,121b: 상부커버, 하부커버
122a,122b: 측면커버
123a,123b: 제1 브라켓, 제2 브라켓
124a,124b: 전방커버, 후방커버
125a,125b: 힌지축, 축홀더
126: 중공
PM: 상변이물질
127: 온도센서
128: 냉각팬
129: 회전구동부

Claims (5)

  1. 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 배터리부의 양측면을 지지하도록 상기 상,하부커버에 결합되는 한 쌍의 측면커버; 상기 배터리부의 전면과 후면을 각각 지지하도록 상기 상,하부커버에 결합되고, 상기 배터리셀의 제1,2 리드탭에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바가 장착된 제1,2 브라켓 ; 및 상기 제1 브라켓 및 상기 제2 브라켓 중 적어도 어느 하나에 회동가능하게 일체로 구비되어 상기 버스바를 선택적으로 밀폐 또는 개방시키는 전,후방커버를 포함하고,
    상기 전방커버 또는 상기 후방커버는,
    상기 버스바가 설정온도 이상인지 여부를 감지하는 온도센서;
    상기 온도센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 버스바의 열을 외부로 송출하는 냉각팬; 및
    상기 온도센서에서 측정된 온도에 기초하여 상기 전방커버 또는 상기 후방커버의 회전 개폐를 작동제어하는 회전구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 브라켓 또는 상기 제2 브라켓은,
    방열성이 우수한 금속소재를 절연코팅하여 제작되거나, 절연성, 방열성 및 내열성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 사출하여 성형되는 것을 특징으로 하는 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전방커버 또는 상기 후방커버는,
    내열성이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 금형에 인서트된 상기 제1 브라켓 또는 상기 제2 브라켓에 사출하여 회동가능한 힌지구조를 형성하며 상기 제1 브라켓 또는 상기 제2 브라켓과 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전방커버 또는 상기 후방커버는,
    자체의 온도 저항성을 증대하기 위해, 내부에 형성된 중공에 상변이물질이 충진되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 개폐형 커버구조를 갖는 배터리모듈.
  5. 삭제
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