KR102659474B1 - 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈 및 이를 구비한 배터리 팩 - Google Patents
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Abstract
이 발명의 배터리 모듈은 셀 적층체(100)와, 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스(200)를 포함하고, 셀 적층체는 다수개의 배터리 셀(110)과, 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 방열 복합체(120) 및 단열 복합체(130)를 포함하며, 방열 복합체는 절연 코팅된 그라파이트 시트(121)와, 그라파이트 시트의 일측 표면에 적층되는 난연성 소재의 완충부재(122)를 포함하고, 단열 복합체는 내부에 진공공간을 갖는 진공단열 플레이트(131)와, 진공단열 플레이트의 일측 표면에 적층되는 난연성 소재의 완충부재(132)를 포함한다.
Description
이 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 셀에서 발생하는 열을 방열하는 방열기능과, 열 폭주시 인접한 다른 배터리 셀로 확산되지 않도록 열을 차단하는 단열기능을 동시에 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 상기와 같은 배터리 모듈을 구비한 배터리 팩에 관한 것이기도 하다.
일반적으로, 배터리 모듈은 장시간 사용 시 온도에 의해 배터리 모듈의 수명이 급격히 단축되는 것을 방지하기 위해 냉각 시스템을 구비하는데, 이러한 냉각 시스템은 배터리 모듈의 사용 환경에 따른 발열량 등을 고려하여 설계된다.
그러나, 배터리 모듈의 사용 과정에서 일부 배터리 셀의 고장으로 인해 이상 발열 증상을 보이게 되는 경우 지속적으로 온도가 상승할 수 있으며, 이 경우 임계 온도를 넘어서게 되면 열 폭주 현상(thermal runaway)이 발생하게 되어 안전성 이슈가 발생할 수 있다.
즉, 일부 배터리 셀에서 발생된 열 폭주 현상이 짧은 시간 내에 인접한 배터리 셀들로 전파되면 배터리 모듈 전체적으로 온도가 급격하게 상승하게 되고, 이는 다수개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 전체의 온도 상승으로 이어지게 되어 재산과 인명에 큰 피해를 줄 수 있다. 따라서, 이러한 열 폭주 현상의 급격한 전파를 방지하기 위해 인접한 배터리 셀 사이에 열 차단을 위한 부재를 적용할 필요성이 있다.
또한, 인접한 배터리 셀 사이에는 스웰링(swelling)에 따른 배터리 셀의 팽창에 따라 압축되어 스웰링을 흡수할 수 있는 완충부재가 적용되는데, 이러한 완충부재로서 EPP 패드(expanded polyproyhylene pad) 또는 우레탄 패드 등이 이용될 수 있다.
한편, 대한민국 공개특허 제2020-0106378호에는 배터리 셀의 스웰링에 의한 부피 팽창에 따라 압축되는 한 쌍의 스웰링 흡수 패드와, 한 쌍의 스웰링 흡수 패드 사이에 개재되어 인접한 배터리 셀 간의 열전달을 차단하되 기 설정된 기준 온도 이상에서 팽창하는 열 차단 패드를 포함하는 배터리 모듈에 대해 공개되어 있다. 즉, 이 공개특허는 한 쌍의 스웰링 흡수 패드와 그 사이에 개재되는 열 차단 패드를 통해, 일부 배터리 셀에서 발생된 이상 발열 현상으로 인해 배터리 모듈 내의 온도가 임계치를 초과하여 상승하더라도 인접한 배터리 셀 간의 간격을 일정하게 유지시켜 줄 수 있고, 또한 인접한 배터리 셀 간의 열 폭주 현상의 전파를 지연시켜 줄 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 대한민국 공개특허 제2022-0114801호에는 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나의 완충 패드와, 완충 패드의 양면 중 적어도 한 면에 배치되어 배터리 셀과 면접촉하는 열 전달층을 포함하되, 열 전달층이 그라파이트(graphite) 재질을 포함하는 배터리 모듈에 대해 공개되어 있다. 즉, 이 공개특허는 배터리 셀에서 발생하는 열이 그라파이트를 포함하는 열 전달층을 통해 냉각 장치로 전달되어 외부로 방출되도록 구성되어 있다.
또한, 대한민국 공개특허 제2022-0029941호에는 배터리 모듈 내부에 열 차단막을 포함하되, 열 차단막이 마이카로 된 시트 형상의 내열층을 포함하는 배터리 모듈에 대해 공개되어 있다. 즉, 이 공개특허는 마이카로 된 시트 형상의 내열층을 통해, 발화 또는 발열이 발생한 셀로부터 인접 셀로의 열 또는 화염의 전파를 방지하도록 구성되어 있다.
상술한 공개특허는 열 차단 패드나 마이카로 된 시트 형상의 내열층을 통해 인접한 배터리 셀 간의 열 폭주 현상의 전파를 지연시키거나, 배터리 셀에서 발생하는 열을 그라파이트를 포함하는 열 전달층을 통해 냉각 장치로 전달하여 외부로 방출되도록 구성되어 있다. 즉, 종래의 공개특허는 배터리 셀에서 발생하는 열을 방열하는 방열기능과, 열 폭주시 인접한 다른 셀로 확산되지 않도록 열을 차단하는 단열기능을 동시에 갖도록 구성되어 있지 않다. 예를 들어, 마이카 시트는 열 폭주시 열을 차단하기 위해 이용되고 있으나, 배터리 셀의 방열기능을 구현하지 못하고, 열 폭주시에도 화염 전파 방지기능은 수행이 가능하나 단열성능의 한계로 인해 열전달을 차단하지 못하는 한계가 있다.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 배터리 셀에서 발생하는 열을 방열하는 방열기능과, 열 폭주시 인접한 다른 배터리 셀로 확산되지 않도록 열을 차단하는 단열기능을 동시에 갖는 배터리 모듈 및 이를 구비한 배터리 팩을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명은 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 셀 적층체는 다수개의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 방열 복합체 및 단열 복합체를 포함하며, 상기 방열 복합체는 절연 코팅된 그라파이트 시트와, 상기 그라파이트 시트의 일측 표면에 적층되는 난연성 소재의 완충부재를 포함하고, 상기 단열 복합체는 내부에 진공공간을 갖는 진공단열 플레이트와, 상기 진공단열 플레이트의 일측 표면에 적층되는 난연성 소재의 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명은 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 셀 적층체는 다수개의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 방열 및 단열 복합체를 포함하며, 상기 방열 및 단열 복합체는 내부에 진공공간을 갖는 진공단열 플레이트와, 상기 진공단열 플레이트의 일측 표면에 적층되는 절연 코팅된 그라파이트 시트, 및 상기 진공단열 플레이트의 타측 표면에 적층되는 난연성 소재의 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 그라파이트 시트는 팽창흑연에 열전도성 필러가 포함된 구조를 가지며, 수평방향(면방향) 열전도율이 150~350W/mK이고, 수직방향 열전도율이 5~10W/mK인 것이 바람직하다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 절연 코팅된 그라파이트 시트는 그라파이트 원단에 전기절연성과 난연성을 지니는 혼합재를 100㎛ 미만의 두께로 전면에 코팅하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 진공단열 플레이트는 스테인리스 스틸 소재의 2개의 상하 플레이트를 프레스 포밍하여 내부에 진공공간을 갖되, 내부 진공공간을 외부 대기압에 의한 압축 변형을 방지하기 위해 열전도율이 낮은 다공성 물질을 충진하여 밀봉하거나, 상기 2개의 플레이트 중에서 어느 한 쪽의 플레이트의 표면을 엠보 형상으로 프레스 가공하고, 그 엠보면이 다른 플레이트의 내측면에 밀착된 상태로 밀봉하여 구성할 수 있다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 내부 충진 다공성 물질은 세라믹파이버 또는 글라스파이버와 같은 무기 섬유층이나 흄드실리카, 펄라이트, 에어로젤과 같은 구상물질이 함침된 섬유층으로 서로 혼합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 진공단열 플레이트는 서로 간에 접촉하는 엠보면과 다른 플레이트의 내측면 사이에 상기 다공성 물질을 시트형태로 배치하여 구성할 수도 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명의 배터리 팩은 상기와 같이 구성되는 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명은 서로 인접한 배터리 셀들 사이에 개재되어 개별 기능을 수행하거나 두 기능을 동시에 수행하는 방열 복합체와 단열 복합체, 또는 방열 및 단열 복합체를 통해 배터리 셀에서 발생하는 열을 방열하는 방열기능과, 열 폭주시 인접한 다른 배터리 셀로 확산되지 않도록 열을 차단하는 단열기능을 동시에 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈에 적용되는 일례의 배터리 셀의 사시도이고,
도 3은 배터리 셀들 사이사이에 방열 복합체 또는 단열 복합체가 삽입 배열된 상태의 개념도이고,
도 4는 도 3에 도시된 방열 복합체의 단면 구조 예시도이고,
도 5는 도 3에 도시된 단열 복합체의 단면 구조 예시도이고,
도 6은 도 5에 도시된 진공단열 플레이트의 형상 및 구조에 대한 단면도이고,
도 7a 및 도 7b는 도 5에 도시된 진공단열 플레이트의 다른 형상 및 구조에 대한 사시도 및 단면도이며,
도 8은 이 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 방열 및 단열 복합체의 단면 구조 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈에 적용되는 일례의 배터리 셀의 사시도이고,
도 3은 배터리 셀들 사이사이에 방열 복합체 또는 단열 복합체가 삽입 배열된 상태의 개념도이고,
도 4는 도 3에 도시된 방열 복합체의 단면 구조 예시도이고,
도 5는 도 3에 도시된 단열 복합체의 단면 구조 예시도이고,
도 6은 도 5에 도시된 진공단열 플레이트의 형상 및 구조에 대한 단면도이고,
도 7a 및 도 7b는 도 5에 도시된 진공단열 플레이트의 다른 형상 및 구조에 대한 사시도 및 단면도이며,
도 8은 이 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 방열 및 단열 복합체의 단면 구조 예시도이다.
이하, 이 발명에 따른 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈 및 이를 구비한 배터리 팩의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 이 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이 실시예는 이 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 이 발명의 한 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈에 적용되는 일례의 배터리 셀의 사시도이고, 도 3은 배터리 셀들 사이사이에 방열 복합체 또는 단열 복합체가 삽입 배열된 상태의 개념도이고, 도 4는 도 3에 도시된 방열 복합체의 단면 구조 예시도이고, 도 5는 도 3에 도시된 단열 복합체의 단면 구조 예시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 진공단열 플레이트의 형상 및 구조에 대한 단면도이며, 도 7a 및 도 7b는 도 5에 도시된 진공단열 플레이트의 다른 형상 및 구조에 대한 사시도 및 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 배터리 모듈은 셀 적층체(100)와, 셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 케이스(200)를 포함한다. 셀 적층체(100)는 다수개의 배터리 셀(110)과, 서로 인접한 배터리 셀(110)들 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 방열 복합체(120) 및 단열 복합체(130)를 포함한다.
예를 들어, 상기 배터리 셀(110)로는 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 배터리 셀(110)이 파우치 타입의 배터리 셀인 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(110)은 전극 조립체(미도시), 파우치 케이스(111), 전극 리드(112) 및 실링 테이프(113)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 셀 케이스(111)는 전극 조립체를 수용하는 수용부(111a)와, 수용부(111a)의 둘레 방향으로 연장되어 전극 리드(112)가 외부로 인출된 상태로 열융착되어 실링됨으로써 셀 케이스(111)를 밀봉시키는 실링부(111b)를 포함한다.
상기 전극 리드(112)는 한 쌍으로 구성되어 각각 양극탭(미도시) 및 음극탭(미도시)과 연결되어 셀 케이스(111)의 외측으로 인출된다. 한 쌍의 전극 리드(112)는 배터리 셀(110)의 길이방향 일측으로 나란히 인출되거나, 배터리 셀(110)의 길이방향 일측 및 타측으로 각각 인출된다. 이 실시예에 적용되는 배터리 셀(110)은 양극 리드 및 음극 리드가 서로 동일한 방향으로 인출되는 일 방향 인출형 배터리 셀일 수도 있고, 서로 반대방향으로 인출되는 양방향 인출형 배터리 셀일 수도 있다.
상기 실링 테이프(113)는 전극 리드(112)의 둘레에 부착되며, 파우치 케이스(111)의 실링부(111b) 내측면과 전극 리드(112) 사이에 개재된다. 실링 테이프(113)는 전극 리드(112)의 인출로 인해 실링부(111b)의 밀봉성이 취약해지지 않도록 한다.
이 실시예에 적용되는 배터리 셀로는 상기와 같은 파우치 타입의 배터리 셀과 각형 타입의 배터리 셀을 비롯하여 후술할 방열 복합체(120) 및 단열 복합체(130)에 면접촉할 수 있는 구조의 배터리 셀이 모두 적용 가능하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방열 복합체(120)는 서로 인접한 배터리 셀(110) 사이에 개재되어 배터리 셀에서 발생하는 열을 방열하는 기능과, 화재시 화염전파를 방지하는 기능을 하도록 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 실시예의 방열 복합체(120)는 열전달 성능이 우수하며 무게가 가볍고 불연성(不燃性)을 지녀야 한다. 또한, 배터리 셀의 스웰링(swelling) 현상 시 부품의 변형을 완충할 수 있는 완충부재를 포함하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 이 실시예의 방열 복합체(120)는 방열을 위한 열전달 부재로 0.3~1.0mm 두께의 절연 코팅된 그라파이트 시트(121)와, 폴리우레탄 폼 등의 난연성 소재의 완충부재(122)를 적층하여 구성할 수 있다. 이때, 완충부재(122)는 기본적인 방열기능이 가능하도록 절연 코팅된 그라파이트 시트(121)의 한 쪽의 표면에만 적층하는 것이 바람직하다.
상기 그라파이트 시트는 팽창흑연에 열전도성 필러가 포함된 구조를 지닐 수 있는데, 수평방향(면방향) 열전도율이 150~350W/mK이고, 수직방향 열전도율이 5~10W/mK인 것이 바람직하다. 한편, 그라파이트 시트의 수평방향(면방향) 열전도율이 150W/mK 미만일 경우에는 밀도가 낮아 기계적인 강도가 저하되는 문제점(단점)이 있고, 350W/mK 초과일 경우에는 밀도가 높아 무게 증가 및 생산단가 상승의 문제점(단점)이 있으며, 수직방향 열전도율이 5W/mK 미만일 경우에는 셀 방열성능 저하의 문제점(단점)이 있고, 15W/mK 초과일 경우에는 별도의 첨가물이 필요하고 생산단가가 상승되는 문제점(단점)이 있다. 따라서, 이 실시예의 그라파이트 시트는 상기와 같은 조건의 수평방향(면방향) 및 수직방향 열전도율을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 그라파이트 시트는 그라파이트 원단만으로는 전기 절연성이 없다. 따라서, 이 실시예의 절연 코팅된 그라파이트 시트(121)는 그라파이트 원단에 전기절연성과 난연성을 지니는 혼합재를 100㎛ 미만의 두께로 전면에 코팅하여 구성하는 것이 바람직하다. 한편, 혼합재를 100㎛ 초과하는 두께로 코팅할 경우에는 코팅층을 포함한 전체 방열시트층의 유효열전도율이 저하되는 문제점(단점)이 있기 때문에, 100㎛ 미만의 두께로 코팅하는 것이 바람직하다. 상기 혼합재로는 세라믹 계열이나 우레탄 베이스 소재를 이용할 수 있고, 배터리 셀 및 완충부재를 부착할 수 있도록 아크릴계 점착제 성분이 혼합될 수 있다.
도 5 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 단열 복합체(130)는 서로 인접한 배터리 셀(110) 사이에 개재되어 배터리 셀에서 열 폭주시 인접한 다른 배터리 셀로 확산되지 않도록 열을 차단하는 단열기능과, 화염전파를 방지하는 기능을 하도록 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 실시예의 단열 복합체(130)는 열 폭주시 인접한 다른 배터리 셀로 확산되지 않도록 열차단 성능이 우수하고 경량 및 불연성을 지닌 스테인리스 스틸 소재로 이루어진 진공단열 플레이트(131)와, 폴리우레탄 폼 등의 난연성 소재의 완충부재(132)를 적층하여 구성할 수 있다. 이때, 완충부재(132)는 기본적인 단열기능이 가능하도록 진공단열 플레이트(131)의 한 쪽의 표면에만 적층하는 것이 바람직하다.
상기 진공단열 플레이트(131)는 2개의 플레이트(131a, 131b)를 프레스 포밍 성형하여 내부에 진공공간을 갖도록 밀봉하여 구성하되, 두께가 0.1~0.3mm 정도의 스테인리스 스틸 소재를 이용해 내부에 진공공간을 형성하고 밀봉하여 열전도율이 마이카 시트의 약 1/60 정도로 매우 우수한 단열성능(열전도율 0.005W/mK)을 갖도록 구성할 수 있다. 또한, 진공단열 플레이트(131)는 내부가 진공으로 진공시 함몰을 방지함과 더불어 외부 대기압에 의한 압축력을 지탱해야 하므로, 이를 위해 2개의 플레이트(131a, 131b) 사이에 열전도율이 낮은 다공성 물질(133)을 충진하여 밀봉하거나(도 6 참조), 적어도 어느 한 쪽의 플레이트(131a)의 표면을 엠보 형상으로 프레스 가공하고, 그 엠보면이 다른 플레이트(131b)의 내측면에 밀착된 상태로 밀봉하여 구성할 수 있다(도 7a 및 도 7b 참조). 한편, 2개의 플레이트(131a, 131b)는 테두리를 따라 서로 간에 용접함으로써 일체화되는데, 용접방법으로는 아르곤 용접, 레이저 용접 또는 플라즈마 용접 등을 이용할 수 있다.
또한, 진공단열 플레이트(131)는 엠보면에 의해 2개의 플레이트(131a, 131b)가 서로 접촉함에 따른 열전도 현상을 억제하기 위해, 서로 간에 접촉하는 엠보면과 다른 플레이트의 내측면 사이에 열전도 억제시트(134)를 더 배치하여 구성할 수도 있다. 이때, 열전도 억제시트로는 세라믹파이버, 글라스파이버, 흄드실리카 또는 에어로젤 함침 시트 등이 있는데, 그 중에서 1,000℃ 이상의 내화성을 고려하여 세라믹파이버 시트를 이용하는 것이 바람직하다.
이 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은 개별 기능을 각각 갖는 방열 복합체(120)와 단열 복합체(130) 대신에 두 기능을 동시에 갖는 방열 및 단열 복합체(140)를 적어도 하나 이상 포함하여 구성할 수 있다. 여기서, 방열 및 단열 복합체(140)는 서로 인접한 배터리 셀들 사이에 개재된다.
도 8은 이 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 방열 및 단열 복합체의 단면 구조 예시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 방열 및 단열 복합체(140)는 내부에 진공공간을 갖는 진공단열 플레이트(141)와, 진공단열 플레이트(141)의 일측 표면에 적층되는 절연 코팅된 그라파이트 시트(142), 및 진공단열 플레이트(141)의 타측 표면에 적층되는 난연성 소재의 완충부재(143)를 포함하여 구성된다. 이 실시예의 진공단열 플레이트(141), 절연 코팅된 그라파이트 시트(142), 및 완충부재(143)는 앞서 설명한 대응 구성요소와 동일하게 구성하면 되므로 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 이 실시예의 방열 및 단열 복합체(140)를 구성함에 있어서, 절연 코팅된 그라파이트 시트(142)를 기준으로 양측에 진공단열 플레이트(141)와 완충부재(143)를 적층하여 구성할 수도 있으나, 진공단열 플레이트(141)를 기준으로 양측에 절연 코팅된 그라파이트 시트(142)와 완충부재(143)를 적층하여 구성한 것은, 배터리 셀과의 접촉면은 방열기능을 수행하고 열폭주 발생 시 중간의 진공단열층이 단열기능을 수행할 수 있는 장점이 있기 때문이다.
한편, 이 발명의 배터리 모듈은 방열판을 더 포함하여 구성할 수 있다. 여기서, 방열판은 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 소재를 사용한 것으로, 내부에 냉각수가 흐르는 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 방열판은 도 3의 배터리 셀(110), 방열 복합체(120) 및 단열 복합체(130), 도 8의 방열 및 단열 복합체(140)의 일측 단부와 접촉하는 형태로 배치되되, 갭 필러(gap filler)를 매개로 서로 간에 접촉하는 형태를 갖는다. 따라서, 배터리 셀(110)에서 발생한 열이 갭 필러를 통해 방열판에 보다 잘 전달되어 효율적인 방열이 가능하다.
이상에서 이 발명의 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈 및 이를 구비한 배터리 팩에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이다. 따라서, 이 발명이 상기에 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 그러한 변형예 또는 수정예들 또한 이 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
100 : 셀 적층체 110 : 배터리 셀
120 : 방열 복합체 121, 142 : 그라파이트 시트
122, 132, 143 : 완충부재 130 : 단열 복합체
131, 141 : 진공단열 플레이트 133 : 다공성 물질
134 : 열전도 억제시트 140 : 방열 및 단열 복합체
200 : 모듈 케이스
120 : 방열 복합체 121, 142 : 그라파이트 시트
122, 132, 143 : 완충부재 130 : 단열 복합체
131, 141 : 진공단열 플레이트 133 : 다공성 물질
134 : 열전도 억제시트 140 : 방열 및 단열 복합체
200 : 모듈 케이스
Claims (10)
- 삭제
- 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스를 포함하는 배터리 모듈에 있어서,
상기 셀 적층체는 다수개의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나 이상의 방열 및 단열 복합체를 포함하며,
상기 방열 및 단열 복합체는 내부에 진공공간을 갖는 진공단열 플레이트와, 상기 진공단열 플레이트의 일측 표면에 적층되는 절연 코팅된 그라파이트 시트, 및 상기 진공단열 플레이트의 타측 표면에 적층되는 난연성 소재의 완충부재를 포함하고,
상기 진공단열 플레이트는 스테인리스 스틸 소재의 2개의 플레이트를 프레스 포밍 성형하여 내부에 진공공간을 갖도록 밀봉하여 구성하되,
내부 진공공간은 한 쪽의 플레이트 표면이 엠보 형상으로 프레스 가공되어 그 엠보면이 다른 플레이트의 내측면에 밀착된 상태로 밀봉하여 구성하고,
상기 진공단열 플레이트는 서로 간에 접촉하는 엠보면과 다른 플레이트의 내측면 사이에 열전도 억제시트를 더 배치하여 구성하는 것을 특징으로 하는 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈. - 청구항 2에 있어서,
상기 그라파이트 시트는 팽창흑연에 열전도성 필러가 포함된 구조를 가지며, 수평방향(면방향) 열전도율이 150~350W/mK이고, 수직방향 열전도율이 5~10W/mK인 것을 특징으로 하는 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈. - 청구항 3에 있어서,
상기 절연 코팅된 그라파이트 시트는 그라파이트 원단에 전기절연성과 난연성을 지니는 혼합재를 100㎛ 미만의 두께로 전면에 코팅하여 구성하는 것을 특징으로 하는 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈. - 삭제
- 삭제
- 청구항 2에 있어서,
상기 열전도 억제시트는 세라믹파이버, 글라스파이버, 흄드실리카 또는 에어로젤 함침 시트인 것을 특징으로 하는 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈. - 삭제
- 청구항 2에 있어서,
상기 배터리 셀, 상기 방열 및 단열 복합체의 일측 단부와 접촉하는 형태로 배치되되, 갭 필러(gap filler)를 매개로 서로 간에 접촉하는 형태로 배치되는 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈. - 청구항 2 내지 청구항 4, 청구항 7 및 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 방열 및 단열기능을 갖는 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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2023
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