KR102642027B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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손명진
안상태
윤화규
이강우
황동하
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Abstract

복수의 배터리 셀들을 각각 포함하는 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈; 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈을 지지하는 하부 커버; 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈과 각각 결합되는 연결 부재; 및 하부 커버와 결합되며, 냉매가 유동할 수 있는 유로부를 형성하는 냉각판을 포함하고, 유로부는 적어도 일부가 하부 커버를 사이에 두고 연결 부재와 마주보게 배치되는 배터리 모듈이 제공된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기의 전원에서부터 전기 자동차 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다. 예컨대, 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 타입의 이차전지를 복수 개 연결하여 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈을 전기자동차의 동력원으로 활용할 수 있다.
이차 전지는, 적정 온도보다 높아지는 경우 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 특히, 대용량 및 대면적 배터리 모듈을 구성하기 위해서는 요구되는 배터리 셀의 수도 증가하는데, 좁은 공간에서 다수의 배터리 셀들이 밀집됨에 따라 배터리 모듈의 온도가 더욱 빠르고 급격하게 증가하는 문제점이 있었다.
따라서, 다수의 배터리 셀들을 포함하는 대용량의 배터리 모듈의 안정적인 충전 및 방전을 위해서는, 배터리 모듈의 온도를 효율적으로 제어할 수 있는 냉각 구조가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 대용량 배터리 모듈을 신속하고 효과적으로 냉각시킬 수 있는 냉각판 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 복수의 서브 모듈이 결합되는 구조에 대응하는 구조를 가지는 냉각판 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에서, 복수의 배터리 셀들을 각각 포함하는 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈; 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈을 지지하는 하부 커버; 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈과 각각 결합되는 연결 부재; 및 하부 커버와 결합되며, 냉매가 유동할 수 있는 유로부를 형성하는 냉각판을 포함하고, 유로부는 적어도 일부가 하부 커버를 사이에 두고 연결 부재와 마주보게 배치되는 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 유로부는 제1 서브 모듈의 하부에 배치되는 제1 유로부; 제2 서브 모듈의 하부에 배치되는 제2 유로부; 및 제1 유로부와 제2 유로부를 연결하는 제3 유로부를 포함하며, 제3 유로부의 적어도 일부는 하부 커버를 사이에 두고 상기 연결 부재와 마주보게 배치될 수 있다.
실시예들에서, 냉각판은 유로부에 배치되어 냉매의 유동을 가이드하는 가이드부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 가이드부는 하부 커버를 향하는 방향으로 돌출되어 하부 커버와 맞닿는 복수의 가이드 돌기를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제1 서브 모듈과 제2 서브 모듈은 제1 방향으로 마주보게 배치되며, 복수의 가이드 돌기 중 적어도 하나는 제1 방향에 대해 경사진 평면부; 및 평면부의 양 단부에 배치되는 곡면부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제1 서브 모듈과 제2 서브 모듈은 제1 방향으로 마주보게 배치되며, 가이드부는 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 배열되는 복수의 가이드 돌기들로 구성되는 하나 이상의 가이드 돌기군을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 가이드 돌기군은 제1 가이드 돌기군 및 제2 가이드 돌기군을 포함하며, 제1 가이드 돌기군을 구성하는 복수의 가이드 돌기는 제1 간격으로 서로 이격되고, 제1 가이드 돌기군을 구성하는 복수의 가이드 돌기 중 어느 하나와 제2 가이드 돌기군은 제2 간격으로 서로 이격되며, 제1 간격은 제2 간격보다 작거나 같을 수 있다.
실시예들에서, 제1 유로부는 제3 유로부를 통해 제2 유로부와 연통될 수 있다.
실시예들에서, 연결 부재는 하부 커버의 일면에 결합되며, 냉각판은 하부 커버의 일면과 반대되는 타면에 결합될 수 있다.
실시예들에서, 하부 커버는 연결 부재와 체결되는 체결부를 포함하며, 냉각판은 체결부와 냉매의 접촉을 차단하는 회피부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 회피부는 냉각판을 관통하는 개구의 형상을 가질 수 있다.
실시예들에서, 유로부는 냉매가 유동할 수 있는 제1 경로를 형성하는 제1 유로; 및 제1 경로와 구획되는 제2 경로를 형성하는 제2 유로를 포함하며, 제1 유로의 일부 및 제2 유로의 일부는 회피부를 사이에 두고 서로 이격 배치될 수 있다.
실시예들에서, 회피부는 연결 부재의 길이 방향을 따라 복수 개 형성되며, 제1 유로 및 제2 유로 중 적어도 하나는 복수의 회피부 중 적어도 하나를 사이에 두고 이격 배치되는 제1 서브 유로 및 제2 서브 유로를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하부 커버의 일면에는 방열 부재가 배치될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀들을 각각 포함하는 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈; 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈을 지지하는 하부 커버; 제1 서브 모듈과 제2 서브 모듈 사이에 배치되는 연결 부재; 및 하부 커버와 결합되며, 냉매가 유동할 수 있는 유로부를 형성하는 냉각판을 포함하며, 하부 커버는 연결 부재와 체결되는 체결부를 포함하고, 냉각판은 체결부를 노출시키는 회피부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 냉각판은 회피부를 복수 개 포함하며, 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈은 연결 부재를 사이에 두고 제1 방향으로 마주보게 배치되고, 복수 개의 회피부는 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
실시예들에서, 냉각판은 냉매가 흐를 수 있는 유로를 형성하는 유로부를 포함하며, 유로부 중 적어도 일부는 복수 개의 회피부의 사이에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 유로부는 제1 서브 모듈을 냉각시킬 수 있는 제1 유로부; 제2 서브 모듈을 냉각시킬 수 있는 제2 유로부; 및 제1 유로부와 제2 유로부를 연결하며, 적어도 일부가 회피부 사이에 배치되는 제3 유로부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 체결부를 관통하여 연결 부재에 체결되는 체결 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함되는 냉각판은 냉매의 유동 과정에서 발생되는 압력 강하를 낮출 수 있는 구조를 가지며, 대량의 배터리 셀을 포함하는 복수의 서브 모듈을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함되는 냉각판은 복수의 서브 모듈을 연결시키는 연결 부재의 결합 구조와 간섭되지 않으면서 복수의 서브 모듈을 모두 냉각시킬 수 있다.
도 1은 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 냉각판이 하부 커버와 결합되는 모습을 나타낸다.
도 4는 배터리 모듈에 포함되는 서브 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 냉각판의 상면도이다.
도 6은 도 5의 냉각판에서 일부 영역을 확대하여 도시한 것이다.
도 7은 도 5의 냉각판에서 회피부의 형상이 일부 변형된 모습을 나타낸다.
도 8은 다른 실시예에 따른 냉각판의 상면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 냉각판의 상면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 냉각판의 상면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 냉각판의 상면도이다.
본 발명의 상세한 설명에 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 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서, 서로 다른 실시예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명할 수 있다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 모두 하나의 실시예를 의미하는 것은 아니다.
이하의 설명에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 배터리 모듈의 사시도이다. 도 2는 배터리 모듈의 분해 사시도이다. 도 3은 냉각판이 하부 커버와 결합되는 모습을 나타낸다.
배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100), 서브 모듈들(100) 사이에 배치되는 연결 부재(200), 서브 모듈들(100)을 지지하는 하부 커버(300)와 상부 커버(400), 및 배터리 모듈(10)의 냉각을 위한 냉각판(600)을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 배터리 모듈(10)은 제1 방향(예를 들어, X축 방향)으로 배열되는 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)을 포함할 수 있다. 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)은 서로 조립되어 하나의 배터리 모듈(10) 중 적어도 일부분을 구성할 수 있다.
복수의 서브 모듈(100) 중 어느 둘 사이에는 하나 이상의 연결 부재(200)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 방향(X축 방향)으로 나란히 배치되는 제1 서브 모듈(100a) 및 제2 서브 모듈(100b) 사이에 연결 부재(200)가 배치될 수 있다.
연결 부재(200)는 제1 방향(X축 방향)과 수직하는 제2 방향(Y축 방향)으로 연장되는 격벽의 형상을 가질 수 있다. 연결 부재(200)는 제1 서브 모듈(100a) 및 제2 서브 모듈(100b)을 구조적으로 지지할 수 있도록 소정의 강성을 가지는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(200)는 알루미늄이나 스테인레스강 등의 금속 소재를 포함할 수 있다.
제1 서브 모듈(100a) 및 제2 서브 모듈(100b)은 연결 부재(200)에 각각 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 모듈(100a)은 연결 부재(200)의 적어도 일 부분에 체결될 수 있으며, 제2 서브 모듈(100b)은 연결 부재(200)의 다른 일 부분에 체결될 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 모듈(100a) 제2 서브 모듈(100b)은 연결 부재(200)를 매개로 하여 서로 고정될 수 있다.
복수의 서브 모듈(100)을 포함하는 배터리 모듈(10)에 있어서, 연결 부재(200)는 서브 모듈들(100)의 조립 기준점이 될 수 있다. 즉, 연결 부재(200)는 배터리 모듈(10)에서 각각의 서브 모듈(100)이 수용되는 공간을 구획하고, 서브 모듈(100)이 배치되는 위치를 가이드 할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100)을 지지하는 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 일체로 형성되는 하부 커버(300)가 복수의 서브 모듈(100)의 하부면을 커버하도록 배치될 수 있으며, 일체로 형성되는 상부 커버(400)가 복수의 서브 모듈(100)의 상부면을 커버하도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)가 일체로 형성됨에 따라, 복수의 서브 모듈(100)을 안정적으로 지지할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 냉각을 위한 냉각판(600)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 배터리 모듈(10)은 하부 커버(300)와 결합되어 서브 모듈들(100a, 100b)의 열 에너지를 흡수할 수 있는 냉각판(600)을 포함할 수 있다.
냉각판(600)은 유로부(620)를 형성하는 냉각 프레임(610)을 포함할 수 있다. 냉각 프레임(610)은 냉각판(600)의 골격을 형성할 수 있으며, 하부 커버(300)와 결합되어 냉매가 유동하는 경로인 유로부(620)를 형성할 수 있다. 냉각 프레임(610)과 하부 커버(300)의 결합 방식으로는 용접, 브레이징(Brazing), 롤본딩(Roll-Bonding), 열융착, 필러 접합, 마찰 용접 또는 별도의 체결 부재(미도시)를 통한 물리적 체결 방식 등이 단독으로, 또는 상호 조합되어 적용될 수 있다.
유로부(620)는 냉각 프레임(610)의 일면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 냉각 프레임(610)은 적어도 일부가 하부 방향(예를 들어, Z축 음의 방향)으로 함몰된 구조를 가질 수 있으며, 냉각 프레임(610)이 하부 커버(300)와 결합됨에 따라, 함몰된 부분과 하부 커버(300) 사이에 형성된 공간으로 냉매가 유동하는 유로부(620)가 형성될 수 있다. 다만, 도 2는 유로부(620)의 예시적 형상을 나타낼 뿐, 유로부(620)는 냉각 프레임(610)의 내부에 형성될 수도 있다.
한편, 도 2에서 냉각판(600)의 일부분에는 음영이 표시되어 있는데, 이는 유로부(620)에서 냉매가 유동할 수 있는 부분과 그렇지 않은 부분을 구분하여 표시하기 위한 것일 뿐이며, 음영이 있는 부분과 그렇지 않은 부분이 별도의 부재로 제공되는 것으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, 도 2의 냉각판(600)은 일체형 냉각 프레임(610)을 가지며, 냉각 프레임(610)의 적어도 일부 면 상에 유로부(620)가 형성된 것일 수 있다.
또한, 도 5 내지 도 11의 냉각판에 도시된 음영에 관해서도, 도 2의 냉각판(600)에 표시된 음영에 관한 설명을 동일하게 적용할 수 있으므로, 이하 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
계속해서 도 2를 참고하면, 유로부(620)를 흐르는 냉매는 냉각을 위한 유동성 재료일 수 있으며, 예를 들어, 냉각수일 수 있다. 냉각판(600)으로 유입된 냉매는 제1 서브 모듈(100a) 및 제2 서브 모듈(100b)에서 발생되는 열 에너지를 흡수하여 냉각시킬 수 있다.
냉각판(600)은 냉매의 흐름을 가이드할 수 있는 가이드부(630)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 가이드부(630)는 유로부(620) 내부에서 냉각 프레임(610)의 일부분이 하부 커버(300)를 향하는 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 냉각 프레임(610)이 하부 커버(300)와 결합하는 경우, 가이드부(630)는 하부 커버(300)와 맞닿을 수 있다. 이에 따라, 냉매가 가이드부(630)를 통과하지 못하고 가이드부(630)의 둘레를 따라 유동하게 된다. 따라서, 가이드부(630)의 형상을 적절히 설계하여 냉매의 유동 경로나 유속을 설정할 수 있다.
실시예들에 따른 냉각판(600)에서, 가이드부(630)의 형상은 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 가이드부(630)는 적어도 일부분이 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)이 마주보는 제1 방향(X축 방향)에 대해 비스듬한 방향으로 연장되는 돌기의 형상을 가질 수 있다. 다만, 가이드부(630)의 형상은 도면에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.
가이드부(630)가 어떠한 형상을 가지는지에 따라 유로부(620)를 흐르는 냉매의 유속이나 냉각 효율, 압력 강하 정도가 달라질 수 있다. 실시예들에 따른 냉각판(600)은 상술한 관점에서 최적의 형상을 가지는 가이드부(630)를 가질 수 있다. 가이드부(630)의 구체적인 형상은 후술한다.
계속해서 도 2 및 도 3을 참고하여 설명하면, 냉각 프레임(610) 또는 하부 커버(300)는 냉매가 유출입 될 수 있는 복수의 포트(310)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 커버(300)는 냉각판(600)의 유로부(620)와 연통되는 제1 포트(311) 및 제2 포트(312)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 포트(311)는 냉매의 유입구일 수 있으며, 제2 포트(312)는 유입구로 유입된 냉매가 배출되는 배출구일 수 있다. 즉, 냉매는 제1 포트(311)로 유입되어, 냉각 프레임(610)이 형성하는 유로부(620)를 따라 유동하여, 제2 포트(312)를 통해 배터리 모듈(10) 외부로 배출될 수 있다.
제1 포트(311) 및 제2 포트(312)가 배치되는 위치는 다양하게 변경될 수 있다. 도 2는 하부 커버(300)의 양 측 단부에 배치된 모습을 나타내고 있으나, 이와 달리, 제1 포트(311) 및 제2 포트(312)는 냉각 프레임(610)에 배치될 수도 있다.
배터리 모듈에서, 포트(310)는 복수 개가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 배터리 모듈(10)은 하나의 제1 포트(311) 및 하나의 제2 포트(312)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 제1 포트(311)로 유입된 냉매는 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)을 모두 냉각시킬 수 있다.
또는, 각각의 서브 모듈(100a, 100b) 별로 독립적인 냉각 유로가 형성될 수 있도록, 복수의 제1 포트(311) 및 복수의 제2 포트(312)가 배치될 수도 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈(10)에서, 하부 커버(300)에는 연결 부재(200)와 냉각판(600)이 모두 결합될 수 있다. 예를 들어, 하부 커버(300)의 일면에 연결 부재(200)가 결합될 수 있으며, 하부 커버(300)의 타면에 냉각판(600)이 결합될 수 있다.
냉각판(600)은 연결 부재(200)와 하부 커버(300)의 결합 구조와 간섭되지 않기 위한 하나 이상의 회피부(640)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 회피부(640)는 냉각 프레임(610)의 일부가 관통되어 형성된 개구의 형상으로 구성될 수 있다.
회피부(640)는 연결 부재(200)와 하부 커버(300)가 결합되는 위치에 대응하여 하나 이상 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, 하부 커버(300)는 연결 부재(200)와 결합되는 체결부(321)를 포함할 수 있으며, 체결부(321)는 회피부(640)를 통해 배터리 모듈(10)의 하부 방향(예를 들어, Z축 음의 방향)으로 노출될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 하부 커버(300)와 연결 부재(200)의 결합을 위한 체결 부재(322)를 포함할 수 있다. 하부 커버(300)의 체결부(321)는 체결 부재(322)가 삽입될 수 있는 홀(Hole)의 형상을 가질 수 있다. 체결 부재(322)는 하부 커버(300)의 체결부(321)를 관통하여 연결 부재(200)에 체결될 수 있으며, 체결 부재(322)가 체결되는 위치에 대응하여 냉각 프레임(610)에 복수의 회피부(640)가 배치될 수 있다.
회피부(640)는 하부 커버(300)를 사이에 두고 연결 부재(200)와 마주보게 배치될 수 있다. 회피부(640)를 통해 하부 커버(300)의 체결부(321)가 노출될 수 있으며, 노출된 체결부(321)로 체결 부재(322)가 삽입되어 연결 부재(200)와 결합될 수 있다.
유로부(620) 중 적어도 일부는 복수의 회피부(640) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 회피부들(640) 사이로 냉각 유로가 형성될 수 있으며, 이에 따라 냉각판(600)으로 유입된 냉매 중 적어도 일부는 복수의 회피부(640) 사이로 유동할 수 있다.
냉각판(600)에서, 유로부(620)는 복수의 서브 모듈(100)을 모두 커버할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 냉각판(600)의 유로부(620)는 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)을 모두 냉각시킬 수 있도록 제1 서브 모듈(100a)의 하부면 및 제2 서브 모듈(100b)의 하부면과 마주보는 냉각 영역을 가질 수 있다. 즉, 배터리 모듈(10)의 냉각판(600)은 복수의 서브 모듈(100)을 모두 냉각시킬 수 있는 일체형 냉각 구조를 가지도록 구성될 수 있다.
냉각 효율을 향상시키기 위해, 하부 커버(300)와 복수의 서브 모듈(100) 사이에는 방열 부재(500)가 배치될 수 있다. 방열 부재(500)는 일면은 서브 모듈(100)과 접촉되고, 일면과 반대되는 타면은 하부 커버(300)와 접촉되게 배치될 수 있다. 방열 부재(500)는 열 전도성 접착제(Thermal adhesive)로 제공될 수 있다. 방열 부재(500)는 서브 모듈(100)과 하부 커버(300) 사이의 공간을 메워 전도에 의한 열 전달이 더욱 활발히 이루어지도록 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(10)의 방열 효율이 증대될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 서브 모듈(100)의 상부를 덮는 상부 커버(400)를 포함할 수 있다. 상부 커버(400)는 복수의 서브 모듈(100)을 동시에 지지할 수 있도록 일체로 형성될 수 있다.
상부 커버(400)는 서브 모듈(100)의 단자부(예를 들어, 도 4의 122) 또는 서브 모듈(100)의 센싱 모듈의 일부가 노출될 수 있도록 개구부(401)를 가질 수 있다.
각각의 서브 모듈(100)은 복수의 배터리 셀들을 포함하여, 전기적 에너지를 저장하거나 방출할 수 있도록 구성될 수 있다.
하나의 배터리 모듈(10)에서, 복수의 서브 모듈(100)은 서로 전기적으로 연결되어 배터리 모듈에 요구되는 설계 전력 값을 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(200)를 사이에 두고 서로 마주보는 두 서브 모듈(100)은 단자부(예를 들어, 도 4의 122)를 통해 서로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
반대로, 하나의 배터리 모듈(10)에서, 복수의 서브 모듈(100)은 서로 전기적으로 분리되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 연결 부재(200)를 사이에 두고 서로 마주보는 두 서브 모듈(100)은 서로 전기적으로 분리될 수 있으며, 각각의 서브 모듈(100)의 단자부(예를 들어, 도 4의 122)는 이웃하는 다른 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수도 있다.
이하에서는 도 4를 참고하여, 실시예들에 따른 서브 모듈에 관해 상세히 설명한다.
도 4는 배터리 모듈(10)에 포함되는 서브 모듈(100)의 분해 사시도이다. 도 4에서 설명되는 서브 모듈(100)은 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명되는 제1 서브 모듈(100a) 또는 제2 서브 모듈(100b) 중 어느 하나에 해당할 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(10)에 포함되는 복수의 서브 모듈(100) 중 적어도 하나는 셀 어셈블리(CA) 및 셀 어셈블리(CA)를 보호하는 복수의 보호 커버(140, 150)를 포함할 수 있다. 여기서 보호 커버(140, 150)는 셀 어셈블리(CA)의 적어도 일측을 커버하는 엔드 커버(140) 및 하나 이상의 사이드 커버(150)를 포함할 수 있다.
셀 어셈블리(CA)는 일 방향(예를 들어, 도 4의 Y축 방향)으로 적층된 배터리 셀들(1000)을 포함하는 셀 적층체(110), 상기 셀 적층체(110)와 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리(120) 및 버스바 어셈블리(120)에 결합되는 절연 커버(130)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(110)는 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들(1000)을 포함할 수 있다. 하나의 셀 적층체(110)에서, 복수의 배터리 셀들(1000)은 일 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 적층 배치될 수 있다. 이하의 설명에서, 셀 적층체(110)에 포함되는 배터리 셀들(1000)의 적층 방향을 '제2 방향' 또는 '셀 적층 방향'이라고 한다.
버스바 어셈블리(120)는 셀 적층체(110)의 배터리 셀들(1000)을 전기적으로 연결하는 복수의 버스바(121) 및 버스바(121)를 지지하는 서포트 프레임을 포함할 수 있다.
버스바(121)는 도전성 재료로 형성될 수 있으며, 복수의 배터리 셀(1000)을 서로 전기적으로 연결시키는 역할을 수행한다. 버스바(121)는 서포트 프레임에 고정된 상태로 배터리 셀(1000)과 전기적으로 연결될 수 있다.
서포트 프레임은 버스바(121)가 배터리 셀(1000)과 안정적으로 연결되도록 지지할 수 있다. 서포트 프레임은 소정의 강성을 가지는 비도전성 재료(예를 들어, 플라스틱)를 포함할 수 있으며, 복수의 버스바들(121)을 구조적으로 지지한다.
서포트 프레임은 셀 적층체(110)의 적어도 일측에 대향할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참고하면, 서포트 프레임은, 셀 적층체(110)와 제1 방향(X축 방향)으로 대향하고 버스바(121)를 지지하는 버스바 프레임(123)과, 셀 적층체(110)와 제3 방향(Z축 방향)으로 대향하고 버스바 프레임(123)에 연결되는 연결 프레임(124)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 방향은 제1 방향에 수직한 방향일 수 있으며, 제3 방향은 제1 및 제2 방향에 모두 수직한 방향일 수 있다.
연결 프레임(124)에는 셀 적층체(110)에 포함되는 배터리 셀들(1000)의 전기적, 열적 상태를 센싱할 수 있는 센싱 모듈(125)이 배치될 수 있다. 센싱 모듈(125)에서 센싱된 전압 정보 또는 온도 정보는 서브 모듈(100) 외부로 전송되어 배터리 모듈(10)의 제어에 활용될 수 있다.
셀 어셈블리(CA)는 버스바 어셈블리(120)의 적어도 일면을 커버하는 절연 커버(130)를 포함할 수 있다. 절연 커버(130)는 비도전성 재료를 포함하여, 버스바 어셈블리(120)의 버스바(121)가 다른 구성과 의도치 않게 단락되는 것을 방지할 수 있다.
서브 모듈(100)의 일측 최외곽에는 엔드 커버(140)가 배치될 수 있다. 엔드 커버(140)는 강성을 가지는 재료(예를 들어, 알루미늄 등의 금속 재료)를 포함하여, 셀 어셈블리(CA)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 서브 모듈(100)이 연결 부재(예를 들어, 도 2의 200) 및 하부 커버(예를 들어, 도 2의 300)와 결합된 상태에서, 엔드 커버(140)는 연결 부재(200)와 이격되어 하부 커버(300)의 어느 일측 가장자리에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 셀 어셈블리(CA)의 절연 커버(130)는 복수 개 마련될 수 있다. 예를 들어, 서브 모듈(100)은 연결 부재(200)와 버스바 어셈블리(120) 사이를 전기적으로 분리시키는 제1 절연 커버(131) 및 엔드 커버(140)와 버스바 어셈블리(120)를 전기적으로 분리시키는 제2 절연 커버(132)를 포함할 수 있다.
제1 절연 커버(131)는 연결 부재(200)와 버스바(121) 사이에 배치되어, 이들을 서로 전기적으로 분리시키는 역할을 수행할 수 있다. 마찬가지로, 제2 절연 커버(132)는 엔드 커버(140)와 버스바(121) 사이에 배치되어, 이들을 서로 전기적으로 분리시키는 역할을 수행할 수 있다.
절연 커버(130)는 버스바 어셈블리(120)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 커버(131) 및 제2 절연 커버(132)는 각각 버스바 프레임(123)에 끼움 결합되어 고정될 수 있다. 또는 절연 커버(130)는 별도의 체결 부재(미도시)를 통해 버스바 프레임(123)에 고정될 수 있다.
서브 모듈(100)은 셀 적층체(110)의 적어도 일측에 대향하는 사이드 커버(150)를 포함할 수 있다.
사이드 커버(150)는 셀 적층체(110)의 서로 다른 면을 커버할 수 있도록 한 쌍으로 제공될 수 있다. 한 쌍의 사이드 커버(150)는 엔드 커버(140)와 연결 부재(200)에 각각 결합되어 서브 모듈(100)의 측면을 구성하고, 셀 적층체(110)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
사이드 커버(150)는 엔드 커버(140)와 서로 다른 방향으로 셀 적층체(110)와 대향할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 사이드 커버(150)는 셀 적층체(110)와 제2 방향(Y축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있으며, 엔드 커버(140)는 버스바 어셈블리(120) 및 제2 절연 커버(132)를 사이에 두고 셀 적층체(110)와 제1 방향(X축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있다. 이에 따라, 엔드 커버(140), 한 쌍의 사이드 커버(150), 및 제1 절연 커버(131)는 서브 모듈(100)의 네 면을 구성할 수 있다.
어느 하나의 사이드 커버(150)에 있어서, 일측 단부에는 엔드 커버(140)가 결합될 수 있으며, 일측과 반대되는 타측 단부에는 배터리 모듈(10)의 연결 부재(200)가 결합될 수 있다. 결합 강도를 높이기 위해, 버스바 어셈블리(120)도 사이드 커버(150)와 결합될 수 있다.
사이드 커버(150)는 배터리 모듈(10)의 외부 구성과 서로 구조적으로 연결될 있는 연결부(153)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참고하면, 연결부(153)는 사이드 커버(150)의 표면에서 제2 방향(Y축 방향)으로 돌출되는 구조를 가질 수 있다. 배터리 모듈(10)은 사이드 커버(150)의 연결부(153)를 통해 외부 구성(예를 들어, 복수의 배터리 모듈(10)이 수용되는 배터리 팩 하우징)과 결합될 수 있다.
서브 모듈(100)의 하부면은 셀 적층체(110)가 노출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 서브 모듈(100)은 하부면에 별도의 커버 부재를 가지지 않을 수 있으며, 이에 따라 셀 적층체(110)가 서브 모듈(100) 외부의 구성{예를 들어, 도 2에 도시된 배터리 모듈(10)의 하부 커버(300) 또는 방열 부재(500)}에 직접 맞닿을 수 있다. 이에 따라, 셀 적층체(110)로부터 서브 모듈(100)의 하부 방향으로 열 배출이 원활히 이루어질 수 있어, 서브 모듈(100)의 방열 효율이 증가할 수 있다.
서브 모듈(100)은 일측 최외곽에는 엔드 커버(140)가 배치되며, 타측 최외곽에는 제1 절연 커버(131)가 배치될 수 있다. 즉, 어느 하나의 서브 모듈(100)은 절연 커버(131)가 배치되는 제1 면 및 엔드 커버(140)가 배치되는 제2 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참고하면, 어느 하나의 서브 모듈(100)의 제1 면은 절연 커버(131)로 마감되며, 제1 면의 반대편인 제2 면은 엔드 커버(140)로 마감될 수 있다.
연결 부재(200)를 사이에 두고 서로 마주보게 배치되는 두 서브 모듈(100)은 각각 제1 면이 연결 부재(200)와 대향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 모듈(100a)은 절연 커버(130)가 배치되는 제1 면이 연결 부재(200)와 대향하도록 연결 부재(200)에 결합될 수 있으며, 제2 서브 모듈(100b)은 절연 커버(130)가 배치되는 제1 면이 연결 부재(200)와 대향하도록 연결 부재(200)에 결합될 수 있다. 이러한 연결 구조에 따라, 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)이 연결된 배터리 모듈(10)에 있어서, 각각의 서브 모듈(100)의 엔드 커버들(140)이 배터리 모듈(10)의 전방 및 후방 외곽면을 형성할 수 있으며, 엔드 커버(140)와 결합된 사이드 커버들(150)이 측부 외곽면을 형성할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참고하여, 냉각판이 구성하는 유로부에 관해 설명한다.
도 5는 냉각판(600)의 상면도이다. 도 6은 도 5의 냉각판(600)에서 일부 영역을 확대하여 도시한 것이다. 도 7은 도 5의 냉각판(600)에서 회피부(640)의 형상이 일부 변형된 모습을 나타낸다. 도 5 및 도 6에서 설명되는 냉각판(600)은 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명되는 냉각판(600)의 특징을 포함하는 것이므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
냉각판(600)은 배터리 모듈(예를 들어, 도 1 및 도 2의 10)에 포함되는 복수의 서브 모듈(예를들어, 도 2의 100)을 모두 냉각시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 냉각판(600)은 각각 제1 서브 모듈(100a) 및 제2 서브 모듈(100b)이 배치되는 부분에 대응되는 제1 영역(A) 및 제2 영역(C), 그리고 연결 부재(예를 들어, 도 2 및 도 3의 200)가 배치되는 부분에 대응되는 제3 영역(B)을 모두 냉각시킬 수 있다.
냉각판(600)의 유로부는 제1 영역(A)을 냉각시키는 제1 유로부(621), 제2 영역(C)을 냉각시키는 제2 유로부(623), 제3 영역(B)을 냉각시키는 제3 유로부(622)를 포함할 수 있다. 도 5를 참고하면, 제1 유로부(621), 제3 유로부(622) 및 제2 유로부(623)는 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)이 배열되는 제1 방향(예를 들어, X축 방향)과 나란한 방향을 따라 배열될 수 있다.
냉각판(600)의 제1 유로부(621)는 제3 유로부(622)를 통해 제2 유로부(623)와 연통될 수 있다.
제1 포트(311)로부터 유입된 냉매는 제1 유로부(621)를 따라 유동하면서 제1 서브 모듈(100a)을 냉각시킬 수 있다. 제1 유로부(621)를 통과한 냉매는 제3 유로부(622)를 통해 제2 유로부(623)로 흘러갈 수 있다. 냉매는 제2 유로부(623)를 따라 유동하면서 제2 서브 모듈(100b)을 냉각시킬 수 있으며, 이후 제2 포트(312)를 통해 빠져나갈 수 있다.
제1 내지 제3 유로부(621, 622, 623)를 형성하는 냉각 프레임(610)은 일체로 형성될 수 있으며, 이에 따라 구조적으로 간단하면서 안정적인 냉각 성능을 가지는 냉각판(600)이 구현될 수 있다.
제1 유로부(621) 및 제2 유로부(623)의 내부에는 복수의 가이드부(630)가 배치될 수 있다. 가이드부(630)는 냉매의 유동을 가이드할 수 있다.
가이드부(630)는 소정의 패턴으로 배치되는 복수의 가이드 돌기(630a, 630b)를 포함할 수 있다. 여기서, 가이드 돌기(630a, 630b)가 형성하는 패턴은 배터리 모듈(10)의 냉각 성능 요구치에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6을 참고하면, 냉각판(600)은 유입된 냉매가 신속하고 넓게 퍼져나갈 수 있도록 제1 방향(X축 방향)에 대해 사선의 패턴을 이루는 복수의 가이드 돌기(630a, 630b)를 포함할 수 있다. 제1 포트(311)를 통해 유입된 냉매는 제1 유로부(621)의 내부에서 사선 패턴으로 배치되는 가이드 돌기(630a)에 의해 제1 유로부(621)에 신속하면서도 고루 퍼져나갈 수 있다. 따라서, 냉매가 유로부를 흐르는 동안 압력 강하가 발생되는 것을 억제하면서도 높은 냉각 성능을 확보할 수 있다.
도 6을 참고하여, 가이드 돌기의 구조 및 배치에 관해 상세히 설명한다.
복수의 가이드 돌기 중 적어도 일부는 일 방향으로 나열되어 돌기군을 형성할 수 있다. 예를 들어, 가이드부(630)는 냉각 프레임(610)의 일측 가장자리에 대해 사선 방향으로 나열되는 복수의 가이드 돌기들(634a, 634b 등)의 집합인 가이드 돌기군(631, 632, 633, 634 등)을 복수 개 포함할 수 있다.
유로부(620)에서, 가이드 돌기군(631, 632, 633, 634 등)은 복수 개가 형성될 수 있다. 도 6을 참고하면, 가이드부(630)는 서로 다른 수의 가이드 돌기들로 구성된 복수의 가이드 돌기군(631, 632, 633, 634 등)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 가이드 돌기군(631)은 하나의 가이드 돌기로 구성되며, 제2 가이드 돌기군(632)은 2개의 가이드 돌기로 구성되고, 제3 가이드 돌기군(633)은 3개의 가이드 돌기로 구성될 수 있다.
어느 하나의 가이드 돌기군을 구성하는 각각의 가이드 돌기는 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제5 가이드 돌기군(635)을 참고하면, 일부 가이드 돌기(635a)는 원형을 가지고, 다른 일부 가이드 돌기(635b)는 양 단부는 곡면으로, 중앙 부분은 평면으로 구성될 수 있다.
어느 하나의 가이드 돌기군을 구성하는 가이드 돌기들은 일 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제4 가이드 돌기군(634)의 가이드 돌기들(634a, 634b 등)은 제1 간격(d1)을 가지도록 이격되며, 제1 방향(X축 방향)과 사이에 소정의 각도(a)를 가지는 제4 방향을 따라 배치될 수 있다. 여기서, 소정의 각도는 예각일 수 있다.
어느 하나의 가이드 돌기군은 다른 가이드 돌기군과 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 제4 가이드 돌기군(634)을 구성하는 어느 하나의 가이드 돌기(634a)와 제5 가이드 돌기군(635)을 구성하는 어느 하나의 가이드 돌기(625b)는 제2 간격(d2)을 가지도록 이격 배치될 수 있다.
가이드 돌기들의 배치에 있어서, 제1 간격(d1)은 제2 간격(d2)과 같거나 혹은 더 작을 수 있다. 제1 간격(d1)이 제2 간격(d2)보다 작게 형성되는 경우, 냉매가 제4 방향으로 더욱 원활하게 유동할 수 있다.
복수의 가이드 돌기들 중 적어도 하나는 제4 방향과 나란한 면을 가지는 평면부(FP) 및 평면부(FP)의 양 단부에 배치되는 곡면부(CP)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 부분 확대도를 참고하면, 어느 하나의 가이드 돌기는 제1 방향(X축 방향)에 대해 경사를 가지는 한 쌍의 평면부(FP) 및 상기 한 쌍의 평면부(FP)를 잇는 곡면부(CP)를 포함할 수 있다. 이 경우, 어느 하나의 가이드 돌기군을 구성하는 복수의 가이드 돌기들은 곡면부(CP)가 서로 마주보게 배열될 수 있다. 이러한 배치 구조에 의해, 냉매가 복수의 가이드 돌기들 사이를 흐르는 동안 압력 강하가 발생되는 것을 억제할 수 있으며, 냉매의 확산을 더욱 용이하게 하는 효과를 가질 수 있다.
제1 유로부(621)와 마찬가지로, 제2 유로부(623)의 내부에도 복수의 가이드부(630)가 배치될 수 있다. 제2 유로부(623)에 배치되는 가이드부(630)는 제1 유로부(621)에 배치되는 가이드부(630)와 유사한 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 유로부(623)에는 앞서 설명한 제4 방향과 나란한 방향의 패턴을 이루는 복수의 가이드 돌기(630b)가 형성될 수 있다.
도 5를 참고하여 설명하면, 제1 영역(A) 또는 제2 영역(C)이 대략 사각 평면의 형상을 가진다고 할 때, 가이드부의 패턴 방향인 제4 방향은 제1 영역(A) 또는 제2 영역(C)의 좌측 하단 모서리(이하, 제1 모서리라고 함)과 우측 상단 모서리(이하, 제2 모서리라고 함)를 연결하는 대각선과 대략 나란한 방향일 수 있다. 냉매가 유입되는 제1 포트(311)는 제1 영역(A)의 제1 모서리에 근접하게 배치될 수 있다. 또한, 냉매가 배출되는 제2 포트(312)는 제2 영역(C)의 제2 모서리에 근접하게 배치될 수 있다. 이러한 배치에 의할 경우, 가이드부(630)는 제1 포트(311)로 유입된 냉매가 제2 포트(312)로 배출되기까지 유동 과정에서 유동 마찰을 줄일 수 있으며, 이에 따라 냉매의 압력 강하를 억제할 수 있다. 따라서, 적은 에너지로도 냉매의 흐름을 원활하게 유지할 수 있으므로, 배터리 모듈(10)의 냉각에 소요되는 에너지를 절약할 수 있다.
냉매가 제1 유로부(621)와 제2 유로부(623)에 걸쳐 원활히 흐를 수 있도록, 그 사이에 배치되는 제3 유로부(622)는 복수의 유로를 가질 수 있다. 도 5를 참고하면, 냉각 프레임(610)은 연결 부재(200)와 하부 커버가 결합되는 부분을 회피하는 복수의 회피부(640)를 가질 수 있으며, 이 회피부들(640) 사이로 유로가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 유로부(622)는 회피부(640)와 냉각 프레임(610)의 가장자리 사이에 배치되는 사이드 유로부(622a) 및 복수의 회피부들(640) 사이에 배치되는 센터 유로부(622b)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 냉각판(600)은 회피부들(640) 사이에 복수의 유로를 가지므로 배터리 모듈(10)의 결합 구조와 간섭되는 것을 피하면서 원활한 냉각 유로를 확보할 수 있다. 또한, 체결 부재(예를 들어, 도 3의 322)가 배치되는 부분을 회피하여 유로를 형성함으로써, 냉매가 체결 부분을 통해 세는 것을 원천 차단할 수 있다.
다만, 가이드부(630)의 구체적인 형상은 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5에 도시된 것과는 달리, 제1 유로부(621)의 내부에 형성되는 가이드부(630)와 제2 유로부(623)에 형성되는 가이드부(630)는 서로 다른 패턴으로 배치되는 복수의 가이드 돌기를 포함할 수 있다.
또한, 도 7과 같이, 회피부(640)는 하나만 형성될 수도 있다. 이 경우, 회피부(640)의 제2 방향(Y축 방향)양 단부를 따라 각각 연결 유로(622a, 622b)가 형성될 수 있다. 도 7의 냉각판에서 회피부(640)의 형상 및 그에 따른 연결 유로(622a, 622b)의 구성을 제외한 나머지 특징은 도 5의 냉각판(600)과 대응될 수 있다.
이하에서는 다른 실시예들에 따른 가이드부의 다양한 형상을 설명한다.
도 8 내지 도 11은 각각 다른 실시예에 따른 냉각판의 상면도이다. 다만, 도 8 내지 도 11에서 설명되는 냉각판에서, 가이드부의 형상을 제외한 다른 특징은 모두 도 1 내지 도 6에서 설명되는 냉각판의 특징에 대응될 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 8을 참고하면, 냉각판(700)에서 가이드부(730a, 730b)는 도 6에서 설명되는 제4 방향과 다른 방향의 패턴을 형성하는 복수의 가이드 돌기군(731, 732)을 포함 수 있다. 예를 들어, 가이드부(730a, 730b)는 제4 방향과 수직한 제5 방향을 따라 나열되는 복수의 가이드 돌기들이 형성하는 일련의 가이드 돌기군(731, 732)을 복수 개 포함할 수 있다.
이러한 배치에 따를 경우, 제1 포트(311)를 통해 유입된 냉매는 제5 방향의 패턴을 가진 가이드부(730a)에 의해 제1 유로부(721)로 광범위하게 확산될 수 있다. 이에 따라, 제1 영역을 전체에 걸쳐 신속하게 냉각시킬 수 있는 장점이 있다.
도 9를 참고하면, 냉각판(800)의 가이드부(830)는 서로 다른 형상을 가지는 가이드 돌기들(831, 832, 833)이 교번하여 배치되는 패턴을 가질 수 있다.
예를 들어, 가이드부(830)는 앞서 도 6에서 설명되는 제4 방향으로 길게 연장되는 제1 가이드 돌기(831), 도 8에서 설명되는 제5 방향으로 연장되는 제2 가이드 돌기(832), 및 대략 타원의 모양을 가지는 제3 가이드 돌기(833)를 포함할 수 있다.
제1 가이드 돌기(831)와 제2 가이드 돌기(832), 및 제3 가이드 돌기(833)는 다양한 방식으로 교번하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이, 제1 가이드 돌기(831)와 제2 가이드 돌기(832)는 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 각각 교번하여 배치되되, 그 사이에 제3 가이드 돌기(833)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제3 가이드 돌기(833)는 어느 두 제1 가이드 돌기(831)의 사이 및 어느 두 제2 가이드 돌기(832)의 사이에 배치될 수 있다.
도 9와 같은 가이드부의 패턴 구조에 의할 경우, 냉매가 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)으로 안정적으로 흐르도록 유도하여, 유로부를 흐르는 동안 마찰 등으로 인한 압력 강하를 억제할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 냉각판(900a, 900b)의 가이드부는 관형 유로(921, 922)를 형성할 수 있도록 연속적인 벽면 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 가이드부는 제1 포트(311)를 통해 유입된 냉매가 서로 분리되는 제1 유로(921) 및 제2 유로(922)를 따라 흘러 제2 포트(312)를 통해 배출되도록 구성될 수 있다.
제1 유로(921)는 냉매가 유동할 수 있는 제1 경로를 형성할 수 있다. 또한, 제2 유로(922)는 제1 경로와 구획되며 냉매가 유동할 수 있는 제2 경로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 포트(311)를 통해 유입된 냉매는 서로 다른 둘 이상의 경로를 따라 유동하면서 배터리 모듈(10)을 냉각시킨 후 제2 포트(312)를 통해 배출될 수 있다.
여기서, 제1 유로(921) 및 제2 유로(922)는 복수 회 꺾인 경로를 가져, 냉매가 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈의 하부에 대응되는 영역에 고루 걸쳐 흐를 수 있다.
한편, 제1 유로(921)의 일부분 및 제2 유로(922)의 일부분은 냉각판(900a, 900b)의 회피부(940)를 사이에 두고 제2 방향(Y축 방향)으로 이격 배치될 수 있다.
이 경우, 도 10과 같이 하나의 회피부(940)가 마련된 경우에는, 제1 유로의 일부 및 제2 유로의 일부는 회피부(940)를 사이에 두고 냉각 프레임의 가장자리를 따라 형성될 수 있다.
또는, 도 11과 같이, 연결 부재(예를 들어, 도 2의 200)가 연장되는 방향인 제1 방향(Y축 방향)을 따라 복수의 회피부(940)가 마련된 경우에는, 제1 유로(921)는 적어도 하나의 회피부(940)를 사이에 두고 이격 배치되는 제1 서브 유로(921a) 및 제2 서브 유로(921b)를 가질 수 있다. 제1 서브 유로(921a)와 제2 서브 유로(921b)는 회피부(940)를 지나 다시 하나로 합쳐져 제1 유로(921)를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 제2 유로(922)는 적어도 하나의 회피부(940)를 사이에 두고 이격 배치되는 제3 서브 유로(922a) 및 제4 서브 유로(922b)를 가질 수 있다. 제3 서브 유로(922a)와 제4 서브 유로(922b)는 회피부(940)를 지나 다시 하나로 합쳐져 제1 유로(922)를 구성할 수 있다.
배터리 모듈의 제조 방법은 복수의 서브 모듈(100)을 제작하는 서브 모듈 제작 단계, 제작된 서브 모듈(100)을 연결 부재(200)를 매개로 하여 서로 연결시키는 연결 단계, 연결된 서브 모듈들의 상부 및 하부를 케이스(예를 들어, 상부 커버 및 하부 커버)로 덮어 마감하는 커버 단계를 포함할 수 있다.
서브 모듈은 배터리 모듈의 적어도 일부를 구성하는 일종의 서브 유닛으로, 복수의 서브 모듈을 서로 조립하여 배터리 모듈을 제작할 수 있다. 이와 같이 제작된 복수의 서브 모듈(100)은 연결 부재(200)를 매개로 하여 서로 조립될 수 있다. 연결 부재(200)에 의해 서로 연결된 복수의 서브 모듈(100)은 상부 및 하부를 커버하는 상부 커버(400) 및 하부 커버(300)와 결합될 수 있다. 복수의 서브 모듈(100a, 100b)은 이들을 일체로 지지할 수 있는 하부 커버(300)에 안착될 수 있다. 방열 효율을 높이기 위해, 하부 커버(300)의 상부면에는 방열 부재(500)가 도포될 수 있다. 또한, 복수의 서브 모듈(100a, 100b) 사이에 배치되는 연결 부재(200)는 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)에 체결될 수 있으며, 이 경우, 별도의 체결 부재(322)를 이용한 볼팅 결합 방식이 적용될 수 있다.
배터리 모듈(10)의 제조 방법은 서브 모듈들(100)의 냉각을 위한 냉각판(600)을 하부 커버(300)와 결합시키는 냉각판 결합 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 냉각판(600)은 용접, 브레이징(Brazing), 롤본딩(Roll-Bonding), 열융착, 필러 접합, 마찰 용접 등의 방식으로 하부 커버(300)와 결합될 수 있다. 냉각판 결합 단계는 복수의 서브 모듈을 하부 커버와 결합하기 전에 이미 수행될 수 있다. 또는 냉각판 결합 단계는 복수의 서브 모듈을 하부 커버와 결합되는 과정에서 동시에 수행되거나 그 이후에 수행될 수도 있다.
배터리 모듈(10)의 제조 방법은 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 서브 모듈들(100)의 상태를 감지할 수 있는 각각의 센싱 모듈(도 3의 125)을 서로 연결하는 단계, 또는 서브 모듈들(100)의 단자부(도 3의 122)에 커넥터를 연결하는 단계 등을 더 포함할 수도 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈에 포함되는 냉각판은 복수의 서브 모듈을 연결시키는 연결 부재의 결합 구조와 간섭되지 않으면서 복수의 서브 모듈을 모두 냉각시킬 수 있는 냉각 유로를 형성할 수 있다.
또한, 냉각판은 소정의 패턴을 가지는 가이드부를 통해 냉매의 유동을 가이드하여, 유동 과정에서 발생되는 압력 강하를 낮출 수 있으며, 대량의 배터리 셀을 포함하는 복수의 서브 모듈을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 평균적인 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
10... 배터리 모듈 100... 서브 모듈
200... 연결 부재 300... 하부 커버
311... 제1 포트 312... 제2 포트
400... 상부 커버 500... 방열 부재
600... 냉각판 610... 냉각 프레임
620... 유로부 630... 가이드부
640... 회피부 1000... 배터리 셀

Claims (18)

  1. 복수의 배터리 셀들을 각각 포함하는 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈;
    상기 제1 서브 모듈 및 상기 제2 서브 모듈을 지지하는 하부 커버;
    상기 제1 서브 모듈 및 상기 제2 서브 모듈 사이에 배치되어 상기 하부 커버와 결합되는 연결 부재; 및
    상기 하부 커버와 결합되며, 냉매가 유동할 수 있는 유로부를 형성하는 냉각판을 포함하고,
    상기 유로부는 적어도 일부가 상기 하부 커버를 사이에 두고 상기 연결 부재와 마주보게 배치되며
    상기 냉각판은
    냉매가 유동하지 않도록 구비되어 상기 연결 부재와 상기 하부 커버가 결합되는 위치에 대응하여 마련되는 회피부를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유로부는
    상기 제1 서브 모듈의 하부에 배치되는 제1 유로부;
    상기 제2 서브 모듈의 하부에 배치되는 제2 유로부; 및
    상기 제1 유로부와 상기 제2 유로부를 연결하는 제3 유로부를 포함하며,
    상기 제3 유로부의 적어도 일부는 상기 하부 커버를 사이에 두고 상기 연결 부재와 마주보게 배치되는 배터리 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각판은
    상기 유로부에 배치되어 상기 냉매의 유동을 가이드하는 가이드부를 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 가이드부는
    상기 하부 커버를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 하부 커버와 맞닿는 복수의 가이드 돌기를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 서브 모듈과 상기 제2 서브 모듈은 제1 방향으로 마주보게 배치되며,
    상기 복수의 가이드 돌기 중 적어도 하나는
    상기 제1 방향에 대해 경사진 평면부; 및
    상기 평면부의 양 단부에 배치되는 곡면부를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 서브 모듈과 상기 제2 서브 모듈은 제1 방향으로 마주보게 배치되며,
    상기 가이드부는 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 배열되는 복수의 가이드 돌기들로 구성되는 하나 이상의 가이드 돌기군을 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가이드 돌기군은 제1 가이드 돌기군 및 제2 가이드 돌기군을 포함하며,
    상기 제1 가이드 돌기군을 구성하는 복수의 가이드 돌기는 제1 간격으로 서로 이격되고,
    상기 제1 가이드 돌기군을 구성하는 복수의 가이드 돌기 중 어느 하나와 상기 제2 가이드 돌기군은 제2 간격으로 서로 이격되며,
    상기 제1 간격은 상기 제2 간격보다 작거나 같은 배터리 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 하부 커버의 일면에 결합되며,
    상기 냉각판은 상기 하부 커버의 상기 일면과 반대되는 타면에 결합되는 배터리 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 하부 커버와 상기 연결 부재는 체결부를 통해서 서로 결합되며,
    상기 회피부는 상기 체결부와 마주하는 위치에 배치되는 배터리 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 회피부는 상기 제1 서브 모듈의 하부에 배치되는 제1 유로부와 상기 제2 서브 모듈의 하부에 배치되는 제2 유로부의 사이에서 상기 냉각판을 관통하는 개구의 형상을 가지는 배터리 모듈.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 유로부는
    상기 냉매가 유동할 수 있는 제1 경로를 형성하는 제1 유로; 및
    상기 제1 경로와 구획되는 제2 경로를 형성하는 제2 유로를 포함하며,
    상기 제1 유로의 일부 및 상기 제2 유로의 일부는 상기 회피부를 사이에 두고 서로 이격 배치되는 배터리 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 회피부는 상기 연결 부재의 길이 방향을 따라 복수 개 형성되며,
    상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 중 적어도 하나는
    상기 복수의 회피부 중 적어도 하나를 사이에 두고 이격 배치되는 제1 서브 유로 및 제2 서브 유로를 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 하부 커버의 상기 일면에는 방열 부재가 배치되는 배터리 모듈.
  14. 복수의 배터리 셀들을 각각 포함하는 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈;
    상기 제1 서브 모듈 및 상기 제2 서브 모듈을 지지하는 하부 커버;
    상기 제1 서브 모듈과 상기 제2 서브 모듈 사이에 배치되어 상기 하부 커버와 결합되는 연결 부재; 및
    상기 하부 커버와 결합되며, 냉매가 유동할 수 있는 유로부를 형성하는 냉각판을 포함하며,
    상기 하부 커버는 상기 연결 부재와 체결되는 체결부를 포함하고,
    상기 냉각판은 냉매가 유동하지 않도록 구비되어 상기 체결부를 노출시키는 회피부를 포함하고
    상기 회피부는 상기 연결 부재와 상기 하부 커버가 결합되는 위치에 대응하여 마련되는 배터리 모듈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 냉각판은 상기 회피부를 복수 개 포함하며,
    상기 제1 서브 모듈 및 상기 제2 서브 모듈은 상기 연결 부재를 사이에 두고 제1 방향으로 마주보게 배치되고,
    복수 개의 상기 회피부는 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이격되어 배치되는 배터리 모듈.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 냉각판은 냉매가 흐를 수 있는 유로를 형성하는 유로부를 포함하며,
    상기 유로부 중 적어도 일부는 복수 개의 상기 회피부의 사이에 배치되는 배터리 모듈.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 유로부는
    상기 제1 서브 모듈을 냉각시킬 수 있는 제1 유로부;
    상기 제2 서브 모듈을 냉각시킬 수 있는 제2 유로부; 및
    상기 제1 유로부와 상기 제2 유로부를 연결하며, 적어도 일부가 상기 회피부 사이에 배치되는 제3 유로부를 포함하는 배터리 모듈.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 체결부를 관통하여 상기 연결 부재에 체결되는 체결 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
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