KR102454331B1 - 배터리 셀 조립용 냉각케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

배터리 셀 조립용 냉각케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스는, 양면이 판판한 사각형의 메인플레이트, 메인플레이트의 하단 모서리를 따라 메인플레이트의 전면을 향해 돌출되는 지지플레이트, 메인플레이트의 양측 모서리를 따라 메인플레이트의 전면을 향해 돌출되며 중단에 각각 절개부가 형성되는 한 쌍의 측면플레이트, 메인플레이트의 상단 모서리에서 연장되며, 적어도 일부가 메인플레이트와 평행한 판상의 부재로 이루어지는 상부연장부재를 포함하고, 메인플레이트, 지지플레이트, 측면플레이트 및 상부연장부재는 알루미늄 재질로서 일체로 형성된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 전술한 냉각케이스에 수용된 배터리셀들로 이루어진 배터리조립체 및 상부커버, 제1플레이트, 제2플레이트, 제1측면커버 및 제2측면커버를 포함한다.

Description

배터리 셀 조립용 냉각케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈{COOLING CASE FOR BATTERY-CELL AND BATTERY-MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 배터리 셀 조립용 냉각케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각각의 배터리 셀을 수용하여 배터리 셀들을 용이하게 적층함과 아울러 냉각을 용이하게 한 냉각케이스 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
전기에너지를 반복적으로 저장하고 공급하는 2차 전지는, 종래 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야를 넘어서 근래에는 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 충전 및 방전을 반복한다.
따라서, 더욱 높은 출력 전압과 전력 용량이 요구되는 경우, 여러 개의 배터리셀을 연결해 배터리 모듈을 구성하거나 이러한 배터리 모듈을 다시 직, 병렬로 연결하고 기타 회로를 추가함으로써 고출력의 배터리팩을 구성하게 된다.
이때, 배터리팩을 높은 집적도로 적층이 가능하고 용량에 대비하여 경량인 각형 또는 파우치형 배터리셀 등을 이용하여 구성하는 경우, 반복적인 충전과 방전, 과충전이나 과방전, 제조 결함, 고온에서의 방치, 외부 충격 등과 같은 다양한 원인에 의해 배터리셀 자체가 발열하며 외피가 부풀어 오르는 팽윤(swellg)현상이 발생하게 된다.
특히, 임계 온도를 넘어 배터리셀이 지속적으로 발열하면 내부의 전해질이 인화성 가스로 기화되며 내부 분리막의 손상과 함께 양극과 음극간의 단락을 촉발하는 문제가 발생할 수 있다.
위와 같이 내부 분리막의 손상에 따른 단락은, 배터리셀의 온도를 더욱 상승시키며 가스의 발생을 더욱 촉발하여 배터리셀의 폭발과 함께 외부로 가스를 분출시키고, 인접한 배터리셀을 급속히 가열하여 연쇄적인 열폭주 현상을 유발할 수 있다.
열폭주 현상은 배터리셀의 화재 등 안전사고로 이어질 수 있기 때문에, 복수의 배터리셀을 밀폐된 내부에 수납, 보호하는 배터리 모듈은, 온도, 충전상태, 전압 등을 모니터링하고 최적의 온도로 제어하는 시스템과 함께 운용되고 있다.
배터리 모듈의 온도 제어와 관련한 선행기술 중에서 대한민국공개특허 제10-2013-0033597호(공개일: 2013.04.04.)는, 냉각유로의 단면적이 증대되고, 냉각유로가 균일하게 형성되어 방열 성능이 우수하고, 단위전지의 충방전 반복 시에 단위전지가 부피 팽창과 수축을 반복할 경우에도 냉각유로의 표면이 단위전지의 표면과 떨어지지 않고 접촉 상태를 유지하며, 외부로부터 충격을 받았을 때 그 충격이 입체적으로 흡수되도록 하여 가해진 충격에 의한 단위전지의 변형이나 손상, 파손을 최소화하며 강성을 증가시키는 이차 전지 모듈에 대한 기술을 개시하고 있다.
그러나 상술한 선행기술은 단위전지를 적층하기 위한 복잡한 구조를 가질 뿐만 아니라, 방열부재 및 스페이서의 정렬이 어려웠고, 조립된 구조물의 중량이 무거울 뿐만 아니라 부피도 크다는 문제점도 있었다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 기술의 제안이 필요하였다.
본 발명의 일 과제는, 각각의 배터리셀을 여러 겹으로 적층하여 조립하는 구조가 복잡했던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 냉각핀에 각각 조립된 배터리셀들을 모듈 형태로 조립하기 위해 정렬 및 고정하는 작업이 어려웠던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는, 인서트 사출한 냉각핀과 사출케이스에 배터리셀을 조립함으로써 상대적으로 부피도 크고 제작단가도 높았던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제나 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스는, 양면이 판판한 사각형의 메인플레이트, 메인플레이트의 하단 모서리를 따라 메인플레이트의 전면을 향해 돌출되는 지지플레이트, 메인플레이트의 양측 모서리를 따라 메인플레이트의 전면을 향해 돌출되며 중단에 각각 절개부가 형성되는 한 쌍의 측면플레이트, 메인플레이트의 상단 모서리에서 연장되며, 적어도 일부가 메인플레이트와 평행한 판상의 부재로 이루어지는 상부연장부재를 포함하고, 메인플레이트, 지지플레이트, 측면플레이트 및 상부연장부재는 알루미늄 재질로서 일체로 형성된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스에서 지지플레이트의 양측과 각각의 측면플레이트 하단은 미리 정해진 간격만큼 이격된다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스에서 상부연장부재는 메인플레이트의 상단 모서리를 따라 메인플레이트의 전방으로 연장되는 가로부재, 가로부재의 전방 끝단으로부터 상부로 연장되며 메인플레이트와 평행하게 배치되는 판상의 세로부재, 세로부재의 상단 모서리를 따라 메인플레이트를 향해 만곡되는 단턱부를 포함하고, 가로부재는 메인플레이트의 전방으로 측면플레이트보다 짧게 돌출된다
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스에서 상부연장부재는 메인플레이트의 상단 모서리를 따라 메인플레이트의 전방 위쪽을 향해 상향 경사지도록 연장되는 가로부재, 가로부재의 전방 끝단으로부터 상부로 연장되며 메인플레이트와 평행하게 배치되는 판상의 세로부재, 세로부재의 상단 모서리를 따라 메인플레이트를 향해 만곡되는 단턱부를 포함하고, 가로부재는 메인플레이트의 전방으로 측면플레이트보다 짧게 돌출되며, 중단부의 두께가 주변보다 얇게 형성된다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스에서 측면플레이트들은, 각각의 절개부를 따라 양측 바깥쪽으로 돌출되는 버링부를 포함하고, 절개부는 측면플레이트의 중단부가 'ㄷ'자 형상의 직사각형으로 절개돼 형성되며, 절개되는 영역의 두 개의 모서리는 라운딩 처리된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 각각 하나의 배터리셀이 내부에 수용되는 냉각케이스가 다수 개 겹쳐져서 이루어지는 배터리조립체, 배터리조립체의 양측에 결합되어 각각의 냉각케이스 및 배터리셀이 밀착되도록 고정하는 한 쌍의 가이드플레이트, 가이드플레이트를 덮어 상기 배커리조립체의 양측면에 각각 결합되는 한 쌍의 측면커버, 배터리조립체의 상면에 결합되며, 배터리셀의 전극을 연결하는 버스바어레이, 버스바어레이를 덮도록 배터리조립체의 상부에 결합되는 상부커버, 배터리조립체의 전면 및 배면을 덮어 보호하는 제1플레이트, 제2플레이트를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배터리조립체는 배터리셀들 사이에 개재되며 절연 및 불연성질을 갖는 방화패드, 냉각케이스들 사이에 개재되어 충격을 감쇄하는 완충패드를 포함한다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 버스바어레이는 배터리셀의 전극과 전기적으로 연결되는 버스바유닛, 버스바유닛이 고정되며, 냉각케이스의 단턱부 사이로 돌출되는 제1정렬돌기와 세로부재가 대향하는 사이의 공간으로 돌출되는 제2정렬돌기를 포함하는 버스바베이스를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 냉각케이스들 사이에 개재되는 완충패드는 상단이 제1정렬돌기의 하단과 접하고, 하단의 양측이 가이드플레이트의 하단에 각각 형성되는 지지단과 접한다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가이드플레이트는 냉각케이스에 형성된 버링부가 수용될 수 있도록 형성된 홈인 가이드홈을 포함하고, 냉각케이스는 가이드홈에 버링부가 수용됨으로써 상하 높이가 정렬된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 측면커버는 가이드플레이트의 가이드홈이 수용될 수 있도록 형성된 홈인 조립홈, 조립홈과 인접하게 형성되는 개구인 다수 개의 냉각공을 포함한다.
본 발명에 의하면, 다수 개의 배터리셀을 적층하여 조립하는 과정이 복잡하지 않으며 조립시간이 절약된다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 냉각케이스에 배터리셀이 수용됨에 따라 별도의 냉각수단을 구비하지 않아도 된다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 배터리셀이 수용되는 각각의 냉각케이스가 일체로 형성되어 생산원가가 절감되는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 다수 개의 배터리셀을 겹쳐서 조립하는 과정의 정렬 및 고정 작업이 수월하다는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스의 정면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스의 배면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스의 저면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배터리조립체를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 배터리조립체의 분해사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가이드플레이트를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 측면커버를 도시한 사시도이다.
도 12는 도 6의 A-A'단면도 및 부분 확대도이다.
도 13은 도 6의 B-B'단면도 및 부분 확대도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각케이스의 측면도이다.
이하, 본 발명을 적절한 실시예와 함께 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 첨부도면을 참조하면서 보다 상세하게 서술한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)의 정면 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)의 배면 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)의 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)의 저면도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)는 메인플레이트(210), 지지플레이트(220), 측면플레이트(230) 및 상부연장부재(240)를 포함한다. 그리고, 메인플레이트(210), 지지플레이트(220), 측면플레이트(230) 및 상부연장부재(240)는 알루미늄 재질로 이루어지며, 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)는 하나의 알루미늄 판재를 절단 및 절곡 가공함으로써 제작할 수 있다.
메인플레이트(210)는 양면이 판판한 사각형의 부재이고, 정사각형 또는 직사각형으로 형성될 수 있다.
지지플레이트(220)는 메인플레이트(210)의 하단부의 일부를 전방으로 굽힌 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 지지플레이트(220)는 메인플레이트(210)의 하단 모서리를 따라 메인플레이트(210)의 전면을 향해 돌출된다. 도 1을 기준으로 할 때, 메인플레이트(210)가 수직으로 세워진 상태에서 지지플레이트(220)는 메인플레이트(210)를 상대로 직각으로 굽어진다.
지지플레이트(220)는 메인플레이트(210)의 전방으로 돌출된 부분이 직사각형의 판으로 이루어진다.
측면플레이트(230)는 메인플레이트(210)의 양측 모서리를 따라 메인플레이트(210)의 전면을 향해 돌출된다.
측면플레이트(230)는 메인플레이트(210)의 양측에 각각 한 쌍이 구비된다. 측면플레이트(230)들은 메인플레이트(210)의 전방을 향해 각각 돌출되고, 지지플레이트(220)와 동일한 길이로 돌출된다.
메인플레이트(210), 양 측의 측면플레이트(230) 및 지지플레이트(220)는 직육면체의 일부를 형성할 수 있다. 구체적으로, 지지플레이트(220)는 직육면체의 바닥면, 메인플레이트(210)와 측면플레이트(230)들은 직육면체의 바닥면에서 상부로 연장되는 세 개의 측면 형태로 이루어질 수 있다.
한 쌍의 측면플레이트(230)는 메인플레이트(210)의 양측 일부가 메인플레이트(210)의 전방을 향해 직각으로 굽어진 형태를 지닌다. 한 쌍의 측면플레이트(230)는 서로 평행하게 배치되며 메인플레이트(210)의 중심으로 기준으로 좌우 대칭을 이룬다.
지지플레이트(220)의 양측과 각각의 측면플레이트(230)의 하단은 소정의 거리만큼 이격되어 제1이격부(250)를 형성한다.
각각의 측면플레이트(230)는 그 중단부에 절개부(232)가 형성된다. 절개부(232)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 측면플레이트(230)의 중단부 일부가 직사각형 형상으로 절개되어 형성되며, 절개된 부분의 두 모서리는 라운딩 처리된다.
절개부(232)는 측면플레이트(230)의 중단부에 'ㄷ'자 형상의 직사각형으로 절개된 형태로 이루어질 수 있다.
그리고, 절개부(232)는 버링부(234)를 포함한다. 버링부(234)는 절개부(232)를 따라 소정의 높이로 돌출된 단턱이다. 버링부(234)는 한 쌍의 측면플레이트(230)에 형성된 각각의 절개부(232)를 따라 서로 반대 방향을 향해 돌출된다.
상부연장부재(240)는 메인플레이트(210)의 상단 모서리를 따라 형성된다. 상부연장부재(240)는 가로부재(242), 세로부재(244) 및 단턱부(246)를 포함한다.
상부연장부재(240)는 메인플레이트(210)의 상단부 중 일부를 메인플레이트(210)의 전방을 향해 굽힘가공함으로써 형성될 수 있다.
가로부재(242)는 메인플레이트(210)의 상단 모서리를 따라 메인플레이트(210)의 전방으로 굽어진 부분으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 지지플레이트(220)와 적어도 일부가 평행하게 배치된 면으로 이루어질 수 있다.
세로부재(244)는 가로부재(242)의 연장된 끝 단이 위쪽으로 굽혀져 형성된다. 세로부재(244)는 메인플레이트(210)와 그 적어도 일부가 평행하게 배치된다. 세로부재(244)의 상단에는 메인플레이트(210) 방향을 향해 굽혀진 단턱부(246)가 형성된다.
메인플레이트(210)의 일면을 포함하는 가상의 평면을 가정할 경우, 절개부(232)보다 세로부재(244)가 이 가상의 평면에 보다 가깝게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)에서 가로부재(242), 세로부재(244) 및 단턱부(246)는 그 너비가 동일하게 형성될 수 있다. 그리고, 단턱부(246)는 가로부재(242)보다 짧게 형성된다.
지지플레이트(220)의 양 측면과 한 쌍의 측면플레이트(230) 하단부는 미리 정해진 간격만큼 서로 이격된다. 또한, 각각의 측면플레이트(230) 상단과 가로부재(242)도 미리 정해진 간격만큼 서로 이격되어 제2이격부(260)를 형성한다.
지지플레이트(220), 측면플레이트(230)는 각각 메인플레이트(210)로부터 연장되며, 지지플레이트(220)와 측면플레이트(230)는 각각 서로 접하지 않도록 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각케이스(200)는 그 내부에 배터리셀(110)이 수용된다.
하나의 냉각케이스(200)에 하나의 배터리셀(110)이 수용되고, 배터리셀(110)을 수용하고 있는 각각의 냉각케이스(200)들이 다수 개 겹쳐져 배터리조립체(100)를 형성한다.
아래에서는 전술한 냉각케이스(200)를 포함하는 배터리 모듈(1)을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 분해사시도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 배터리조립체(100)의 상면에 결합되는 상부커버(10), 버스바어레이(500), 배터리조립체(100)의 전면 및 배면에 결합되는 제1플레이트(20) 및 제2플레이트(30), 배터리조립체(100)의 양 측면에 각각 결합되는 측면커버 및 가이드플레이트를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 배터리조립체(100)를 내부에 수용하고, 배터리조립체(100)와 전기적으로 연결될 수 있는 단자 및 미리 정해진 위치에 배터리 모듈(1)이 고정될 수 있도록 구비되는 고정부(22, 32)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 내부에 수용된 배터리조립체(100)를 보호하며, 배터리조립체(100)로부터 발생하는 열을 신속히 분산시키거나 배출한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)에서 상부커버(10), 제1플레이트(20), 제2플레이트(30), 제1측면커버(40) 및 제2측면커버(50)는 저면이 개방된 직육면체 형상으로서 그 내부에 소정의 공간이 형성되는 함체로 이루어진다.
상부커버(10), 제1플레이트(20), 제2플레이트(30), 제1측면커버(40) 및 제2측면커버(50)는 체결부재(B)를 통해 서로 결합될 수 있고, 체결부재(B)는 외주연에 나사산이 형성된 볼트로 이루어질 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 배터리조립체(100)를 내장한 함체로 이루어지며, 함체는 전술한 바와 같이 상부커버(10), 제1플레이트(20), 제2플레이트(30), 제1측면커버(40) 및 제2측면커버(50)로 이루어진다.
배터리조립체(100)는 여러 개의 배터리셀(110)이 겹쳐져서 이루어지며, 각각의 배터리셀(110)은 상부로 돌출된 전극부(P)를 지닌다. 배터리조립체(100)의 상면과 상부커버(10) 사이에는 버스바어레이(500)가 구비된다.
버스바어레이(500)는 버스바유닛(520) 및 버스바베이스(510)를 포함한다.
배터리조립체(100)는 일 방향(본 발명의 일 실시예에서는 상부)으로 전극이 돌출되도록 조립되고, 배터리조립체(100)로부터 상부로 돌출된 전극부(P)들은 각각 버스바어레이(500)에 구비되는 버스바유닛(520)과 전기적으로 연결된다.
버스바유닛(520)은 도체(conductor)로 이루어지며, 버스바베이스(510)에 고정된 상태로 각각의 배터리셀(110) 전극부(P)와 접하고, 전기적으로 연결된 일련의 경로를 형성하며, 버스바베이스(510)에 각각 구비되는 메인양전극 및 메인음전극과 연결될 수 있다.
제1플레이트(20) 및 제2플레이트(30)는 각각 배터리조립체(100)의 전면 및 배면을 덮어 보호하고, 제1플레이트(20)에는 제1고정부(22)가 제2플레이트(30)에는 제2고정부(32)가 구비될 수 있다. 제1고정부(22) 및 제2고정부(32)는 각각 미리 정해진 위치에 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)이 고정될 수 있도록 형성된다.
배터리조립체(100)의 양 측면에는 각각 제1가이드플레이트(60) 및 제1측면커버(40), 제2가이드플레이트(70) 및 제2측면커버(50)가 결합된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)에서 배터리조립체(100)를 도시한 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)에서 배터리조립체(100)의 분해사시도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 배터리조립체(100)는 냉각케이스(200)에 수용된 배터리셀(110)이 다수 개 겹쳐져 형성된다.
냉각케이스(200)는 한 쌍씩 짝을 이루어 지지플레이트(220), 측면플레이트(230) 및 상부연장부재(240)가 형성된 일면이 서로 마주보도록 배치된다. 즉, 배터리셀(110)을 각각 수용한 냉각케이스(200)는 수용된 배터리셀(110)이 서로 마주보도록 겹쳐진다. 배터리셀(110)과 배터리셀(110)의 사이에는 완충패드(300) 및/또는 방화패드(400)가 개재된다.
본 발명의 일 실시예에서는 배터리셀(110)과 배터리셀(110) 사이에는 방화패드(400)가 개재되며, 방화패드(400)는 절연 및 불연재로 이루어진다.
방화패드(400)는 냉각케이스(200)의 양 측 측면플레이트(230) 사이에 수용될 수 있는 너비로 형성되고, 냉각케이스(200)의 메인플레이트(210)보다는 그 상하 길이가 길게 이루어진다.
방화패드(400)는 배터리셀(110)과 배터리셀(110) 사이에 개재되고, 그 하단이 각각 마주보는 냉각케이스(200)의 지지플레이트(220)에 의해 지지된다. 또는 방화패드(400)의 하단 양측은 제1가이드플레이트(60) 및 제2가이드플레이트(70)의 하단에 형성되는 단턱인 제1지지단(64) 및 제2지지단(74)에 의해 지지될 수도 있다.
그리고, 냉각케이스(200)의 메인플레이트(210)와 인접한 냉각케이스(200)의 메인플레이트(210) 사이에는 완충패드(300)가 개재된다. 완충패드(300)는 충격을 감쇄할 수 있는 재질로 이루어지고, 냉각케이스(200)의 메인플레이트(210)와 같은 너비로 형성되고, 메인플레이트(210)보다는 상하로 더 긴 길이를 갖는다.
완충패드(300)의 양측 하단은 제1가이드플레이트(60) 하단에 형성된 단턱인 제1지지단(64), 제2가이드플레이트(70) 하단에 형성된 단턱인 제2지지단(74)에 각각 접하여 지지된다.
완충패드(300)의 상단은 후술할 버스바베이스(510)에 구비된 제1정렬돌기(512)의 하단과 접해 하부로 가압된다.
또한, 가로방향으로 겹쳐진 다수 개의 냉각케이스(200)는 각각의 측면에 형성된 버링부(234)들은 도 8에 도시된 바와 같이 모서리가 라운딩 처리된 직사각형을 형성하게 된다.
배터리조립체(100)의 양측으로 돌출된 버링부(234)들은 다수 개의 냉각케이스(200)가 겹쳐져 배치되는 과정에서 냉각케이스(200)들의 상하 높이를 정렬할 수 있는 수단으로 사용된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 배터리셀(110)은 동일한 형상으로 이루어지나, 그 방향에 따라 제1배터리셀(112) 및 제2배터리셀(114)로 구분해 보면, 제1배터리셀(112) 및 제2배터리셀(114)은 각각 냉각케이스(200)에 수용된 상태에서 완충패드(300) 및/또는 방화패드(400)가 서로의 사이에 배치된 상태로 마주보며 배치된다. 배터리조립체(100)는 이한 제1배터리셀(112) 및 제2배터리셀(114)의 결합구조가 반복하여 다수 개의 겹을 이루도록 형성된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)에서 가이드플레이트를 도시한 사시도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)에서 측면커버를 도시한 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1가이드플레이트(60) 및 제2가이드플레이트(70)는 각각 그 중단부에 좌우로 길게 형성되는 홈인 제1가이드홈(62) 및 제2가이드홈(72)이 구비된다. 제1가이드홈(62) 및 제2가이드홈(72)은 버링부(234)의 상하 높이에 대응되는 상하 길이를 갖는 홈으로 이루어진다. 그리고, 제1가이드홈(62) 및 제2가이드홈(72)은 각각 제1가이드플레이트(60) 및 제2가이드플레이트(70)의 길이방향을 도 10을 기준으로 하여 가로방향으로 길게 형성된다.
제1가이드플레이트(60) 및 제2가이드플레이트(70)가 배터리조립체(100)의 양 측면에 결합되는 과정에서 제1가이드플레이트(60)에 형성된 제1가이드홈(62) 및 제2가이드플레이트(70)에 형성된 제2가이드홈(72)이 배터리조립체(100)의 양측으로 돌출된 버링부(234)들을 일정한 높이로 정렬한다. 이로써, 배터리조립체(100)의 양측에 제1가이드플레이트(60) 및 제2가이드플레이트(70)가 결합되면, 여러 겹으로 배치된 냉각케이스(200)가 정해진 높이로 정렬된다.
또한, 제1가이드플레이트(60) 하단을 따라 일 측으로 돌출되는 단턱인 제1지지단(64) 및 제2가이드플레이트(70) 하단을 따라 일 측으로 돌출되는 단턱인 제2지지단(74)이 각각 배터리조립체(100)의 양측 하단을 지지한다.
제1지지단(64) 및 제2지지단(74) 사이의 공간으로는 배터리조립체(100) 저면이 하부로 노출되며, 이 노출된 영역에 별도의 냉각수단이 구비될 수도 있다.
그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1가이드플레이트(60) 및 제2가이드플레이트(70)의 외측에는 각각 제1측면커버(40) 및 제2측면커버(50)가 결합된다. 제1측면커버(40) 및 제2측면커버(50)는 각각 그 중단부에 제1조립홈(42) 및 제2조립홈(52)이 구비된다. 제1조립홈(42) 및 제2조립홈(52)은 각각 제1가이드홈(62) 및 제2가이드홈(72)과 대응되는 형상으로 이루어지며, 제1가이드홈(62)과 제2가이드홈(72)이 각각 내측에 수용될 수 있는 상하 길이를 갖는다.
도시된 바와 같이, 제1측면커버(40) 및 제2측면커버(50)는 양측, 상단 및 하단에 각각 상부커버(10), 버스바어레이(500), 제1플레이트(20) 또는 제2플레이트(30)와 결합될 수 있는 결합구가 형성될 수 있다.
제1측면커버(40) 및 제2측면커버(50)는 각각 다수개의 제1냉각공(44) 및 제2냉각공(54)을 포함한다. 제1냉각공(44) 및 제2냉각공(54)은 배터리조립체(100)의 측면으로부터 발산되는 열을 외부로 배출한다.
도 12는 도 6의 A-A'단면도 및 부분 확대도이고, 도 13은 도 6의 B-B'단면도 및 부분 확대도이다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)에서 버스바어레이(500)는 버스바유닛(520) 및 버스바베이스(510)를 포함한다.
버스바베이스(510)는 다수개의 배터리셀(110)로부터 상부로 연장된 전극부(P)들을 각각 버스바유닛(520)과 전기적으로 연결되도록 형성되고, 버스바유닛(520)들이 각각 메인양전극 및 메인음전극으로 나뉜 일련의 배선을 포함한다.
또한, 버스바베이스(510)는 그 저면에 제1정렬돌기(512) 및 제2정렬돌기(514)가 구비된다.
본 발명의 일 실시예에서 제1정렬돌기(512) 및 제2정렬돌기(514)는 각각 냉각케이스(200)들의 세로부터의 길이방향을 따라 버스바베이스(510)의 저면에 형성되며, 제1정렬돌기(512) 및 제2정렬돌기(514)가 번갈아 가며 배치된다.
제1정렬돌기(512)는 배터리조립체(100)의 상단 중 냉각케이스(200)와 냉각케이스(200)가 접하는 부분의 서로 마주보는 단턱부(246) 사이로 수용된다.
제2정렬돌기(514)는 배터리조립체(100)에 수용된 상태로 서로 마주보는 배터리셀(110)의 상단 전극부(P)들 사이로 수용된다.
이때, 전술하였던 바와 같이 제1정렬돌기(512)의 하단은 냉각케이스(200)들 사이에 개재되는 완충패드(300)의 상단과 접하고, 완충패드(300)를 아래쪽으로 가압한다.
제1정렬돌기(512) 및 제2정렬돌기(514)의 사이의 공간으로 배터리셀(110)들 각각의 전극부(P)가 삽입되어 버스바유닛(520)과 접해 통전된다.
제1정렬돌기(512) 및 제2정렬돌기(514)는 버스바베이스(510)와 가까워질수록 그 폭이 증가하고, 하단부로 갈수록 그 폭이 감소한다. 배터리셀(110)의 전극부(P)가 제1정렬돌기(512) 및 제2정렬돌기(514)의 사이 공간으로 용이하게 삽입되도록 한다. 또한, 제1정렬돌기(512)의 하단부는 적어도 일부가 편평한 면으로 형성되며, 이 편평한 제1정렬돌기(512)의 하단부가 전술하였던 바와 같이, 완충패드(300)의 상단과 접한다.
또한, 제1정렬돌기(512)는 마주보는 냉각케이스(200)의 단턱부(246)들 사이로 삽입되며, 제2정렬돌기(514)는 마주보는 배터리셀(110)의 전극부(P)들 사이로 삽입된다. 도면에서는 제1정렬돌기(512)와 단턱부(246)들, 제2정렬돌기(514)와 전극부(P)들 사이에 소정의 간격이 형성되나, 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 제1정렬돌기(512)의 양측 중 일부가 각각 단턱부(246)들과 접하거나, 제2정렬돌기(514)의 양측 중 일부가 각각 전극부(P)들과 접할 수도 있다.
이 경우 제1정렬돌기(512) 및/또는 제2정렬돌기(514)는 배터리조립체(100)의 배터리셀(110) 및 냉각케이스(200) 각각의 간격을 조절한다.
배터리조립체(100)는 다수 개의 배터리셀(110) 및 냉각케이스(200)가 좌우로 적층됨으로써 이루어지고, 본 발명의 일 실시예에서 냉각케이스(200)는 각각 하나의 배터리셀(110)을 수용할 수 있도록 일체로 형성된다. 배터리조립체(100)를 형성하는 배터리셀(110) 및 냉각케이스(200)들은 각각 버링부(234), 상부연장부재(240) 등이 제1가이드플레이트(60), 제2가이드플레이트(70) 및 버스바베이스(510)에 형성되는 제1가이드홈(62), 제2가이드홈(72), 제1정렬돌기(512) 및 제2정렬돌기(514) 등에 접하거나 수용됨으로써 그 위치 및 간격이 정렬된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 배터리조립체(100)의 외측을 감싸 결합되는 상부커버(10), 제1플레이트(20), 제2플레이트(30), 제1측면커버(40) 및 제2측면커버(50)가 서로 체결부재(B)를 통해 결합되는 구조를 지님으로써 배터리셀(110) 및 냉각케이스(200)를 서로 직접 체결하거나 결합하는 경우 필요로 하는 공간의 낭비를 줄일 수 있다. 이에 따라 공간을 보다 집약적으로 활용해 동일한 부피의 공간에 수용될 수 있는 배터리셀(110)의 비율을 더 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 냉각케이스(200)의 양측에 구비되는 버링부(234)는 냉각케이스(200)의 측면플레이트(230)와 소정의 각도로 경사지게 돌출된다. 또한, 제1가이드플레이트(60)에 구비되는 제1가이드홈(62) 및 제2가이드플레이트(70)에 구비되는 제2가이드홈(72)은 각각 버링부(234)가 그 내부에 수용된 상태에서 상하로 이동하지 않도록 버링부(234)의 상단과 하단에 동시에 접하도록 형성된다.
제1가이드홈(62) 및 제2가이드홈(72)은 소정 깊이의 홈을 형성하기 위해 그 외측둘레가 수평선을 기준으로 버링부(234)보다 경사진 각도가 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 제1측면커버(40)에 형성되는 제1조립홈(42) 및 제2측면커버(50)에 형성되는 제2조립홈(52)도 그 내부에 제1가이드홈(62) 및 제2가이드홈(72)이 각각 제1가이드플레이트(60) 및 제2가이드플레이트(70)의 측방으로 돌출된 부분을 수용할 수 있도록 형성된다.
제1측면커버(40)가 제1가이드플레이트(60)와, 제2측면커버(50)가 제2가이드플레이트(70)와 결합된 상태에서 서로 상하 방향으로 미끄러지지 않도록 제1조립홈(42)과 제1가이드홈(62)이, 제2조립홈(52)과 제2가이드홈(72)이 서로 결합된다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각케이스(200a)의 측면도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각케이스(200a)는 상부연장부재(240a)가 가로부재(242a), 세로부재(244a) 및 단턱부(246a)를 포함한다.
가로부재(242a)는 메인플레이트(210)의 상단 모서리를 따라 전방으로 상향 경사지게 연장되며, 가로부재(242a)의 끝단으로부터 상부로 세로부재(244a)가 연장된다. 세로부재(244a)는 적어도 일부의 면이 메인플레이트(210)와 평행하게 형성된다.
단턱부(246a)는 세로부재(244a)의 상부 끝단이 메인플레이트(210) 방향으로 만곡되어 형성된다.
그리고, 가로부재(242a)는 그 중단부의 두께(a)가 메인플레이트(210)의 두께(b)나 세로부재(244a)의 두께(b)보다 얇게 형성될 수 있다.
이는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각케이스(200a)에 배터리셀(110)이 수용된 상태로 조립된 배터리조립체(100)가 버스바어레이(500)와 결합되는 과정에서 냉각케이스(200a)의 상부연장부재(240a)가 가로방향으로 일부 탄성 변형할 수 있도록 해, 버스바베이스(510)에 형성된 제1정렬돌기(512) 또는 제2정렬돌기(514)의 파손을 방지한다.
이상에서는 본 발명의 실시예들이 도면과 함께 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로서 전술한 실시예들과 도면으로 본 발명이 한정되진 않는다. 통상의 지식을 가진 자라면 개시되는 내용의 기술사상 범위 내에서 본 발명을 변형할 수 있음이 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 일 실시예를 설명하면서 구성에 따른 작용이나 효과를 명시적으로 기재하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과들까지 인정되어야 함은 당연하다.
1: 배터리 모듈 10: 상부커버
20: 제1플레이트 22: 제1고정부
30: 제2플레이트 32: 제2고정부
40: 제1측면커버 42: 제1조립홈
44: 제1냉각공 50: 제2측면커버
52: 제2조립홈 54: 제2냉각공
60: 제1가이드플레이트 62: 제1가이드홈
64: 제1지지단 70: 제2가이드플레이트
72: 제2가이드홈 74: 제2지지단
100: 배터리조립체 110: 배터리셀
112: 제1배터리셀 114: 제2배터리셀
200: 냉각케이스 210: 메인플레이트
220: 지지플레이트 230: 측면플레이트
232: 절개부 234: 버링부
240: 상부연장부재 242: 가로부재
244: 세로부재 246: 단턱부
250: 제1이격부 260: 제2이격부
300: 완충패드 400: 방화패드
500: 버스바어레이 510: 버스바베이스
512: 제1정렬돌기 514: 제2정렬돌기
520: 버스바유닛
P: 전극부 B: 체결부재

Claims (11)

  1. 양면이 판판한 사각형의 메인플레이트;
    상기 메인플레이트의 하단 모서리를 따라 상기 메인플레이트의 전면을 향해 돌출되는 지지플레이트;
    상기 메인플레이트의 양측 모서리를 따라 상기 메인플레이트의 전면을 향해 돌출되며 중단에 각각 절개부가 형성되는 한 쌍의 측면플레이트; 및
    상기 메인플레이트의 상단 모서리에서 연장되며, 적어도 일부가 상기 메인플레이트와 평행한 판상의 부재로 이루어지는 상부연장부재;를 포함하고,
    상기 메인플레이트, 상기 지지플레이트, 상기 측면플레이트 및 상기 상부연장부재는 알루미늄 재질로서 일체로 형성되며,
    상기 상부연장부재는,
    상기 메인플레이트의 상단 모서리를 따라 상기 메인플레이트의 전방으로 연장되는 가로부재;
    상기 가로부재의 전방 끝단으로부터 상부로 연장되며 상기 메인플레이트와 평행하게 배치되는 판상의 세로부재; 및
    상기 세로부재의 상단 모서리를 따라 상기 메인플레이트를 향해 만곡되는 단턱부;를 포함하고,
    상기 가로부재는 상기 메인플레이트의 전방으로 상기 측면플레이트보다 짧게 돌출되는,
    배터리 셀 조립용 냉각케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지플레이트의 양측과 각각의 상기 측면플레이트 하단은 미리 정해진 간격만큼 이격되는,
    배터리 셀 조립용 냉각케이스.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가로부재는 상기 메인플레이트의 상단 모서리를 따라 상기 메인플레이트의 전방 위쪽을 향해 상향 경사지도록 연장되고, 중단부의 두께가 주변보다 얇게 형성되는,
    배터리 셀 조립용 냉각케이스.
  5. 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면플레이트들은,
    각각의 상기 절개부를 따라 양측 바깥쪽으로 돌출되는 버링부;를 포함하고,
    상기 절개부는 상기 측면플레이트의 중단부가 'ㄷ'자 형상의 직사각형으로 절개돼 형성되며, 절개되는 영역의 두 개의 모서리는 라운딩 처리되는,
    배터리 셀 조립용 냉각케이스.
  6. 제5항에 따른 배터리 셀 조립용 냉각케이스를 포함하는 배터리 모듈로서,
    각각 하나의 배터리셀이 내부에 수용되는 상기 냉각케이스가 다수 개 겹쳐져서 이루어지는 배터리조립체;
    상기 배터리조립체의 양측에 결합되어 다수 개의 상기 냉각케이스의 높이를 정렬하는 한 쌍의 가이드플레이트;
    상기 가이드플레이트를 덮어 상기 배터리조립체의 양 측면에 각각 결합되는 한 쌍의 측면커버;
    상기 배터리조립체의 상면에 결합되며, 상기 배터리셀의 전극을 연결하는 버스바어레이;
    상기 버스바어레이를 덮도록 상기 배터리조립체의 상부에 결합되는 상부커버; 및
    각각 상기 배터리조립체의 전면 및 배면을 덮어 보호하며, 각각의 상기 냉각케이스 및 상기 배터리셀을 밀착시키는 제1플레이트; 및 제2플레이트;를 포함하는,
    배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리조립체는,
    상기 배터리셀들 사이에 개재되며 절연 및 불연 성질을 갖는 방화패드; 및
    상기 냉각케이스들 사이에 개재되어 충격을 감쇄하는 완충패드;를 포함하는,
    배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 버스바어레이는,
    상기 배터리셀의 상기 전극과 전기적으로 연결되는 버스바유닛; 및
    상기 버스바유닛이 고정되며, 상기 냉각케이스의 상기 단턱부 사이로 돌출되는 제1정렬돌기와 상기 세로부재가 대향하는 사이의 공간으로 돌출되는 제2정렬돌기를 포함하는 버스바베이스;를 포함하는,
    배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각케이스들 사이에 개재되는 상기 완충패드는 상단이 상기 제1정렬돌기의 하단과 접하고, 하단의 양측이 상기 가이드플레이트의 하단에 각각 형성되는 지지단과 접하는,
    배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 가이드플레이트는,
    상기 냉각케이스에 형성된 상기 버링부가 수용될 수 있도록 형성된 홈인 가이드홈;을 포함하고,
    상기 냉각케이스는 상기 가이드홈에 상기 버링부가 수용됨으로써 상하 높이가 정렬되는,
    배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측면커버는,
    상기 가이드플레이트의 상기 가이드홈이 수용될 수 있도록 형성된 홈인 조립홈; 및
    상기 조립홈과 인접하게 형성되는 개구인 다수 개의 냉각공;을 포함하는,
    배터리 모듈.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013546150A (ja) * 2010-12-30 2013-12-26 エスケー イノベーション カンパニー リミテッド パウチ型セルケース
KR20160053762A (ko) * 2014-11-05 2016-05-13 주식회사 엘지화학 이중 측벽 구조를 가지는 카트리지 프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈

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