KR20130080144A - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 모듈에 관한 것으로, 복수 개의 배터리 셀과 배터리케이스를 포함하는 서브모듈 및 액체 상태의 냉각매체가 유동되는 냉각케이스를 포함함으로써, 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈에 관한 것이다.
더욱 상세하게, 본 발명은 복수 개의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀을 수용하는 배터리 케이스를 포함하는 적어도 하나 이상의 서브모듈 및 판 형상의 냉각판과 핀 형상으로 상기 냉각판과 수직으로 형성되는 적어도 하나 이상의 열교환부를 포함하여 상기 서브모듈을 수용하는 냉각케이스를 포함하여, 액체 상태의 냉각매체를 사용함으로써 냉각 효율이 높고 제작이 용이한 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명은 복수 개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 모듈에 관한 것으로, 복수 개의 배터리 셀과 배터리케이스를 포함하는 서브모듈 및 액체 상태의 냉각매체가 유동되는 냉각케이스를 포함함으로써, 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이고, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 상기 전지 셀을 수십 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.
상기 이차 전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 파우치형이나 원통형, 각형을 들 수 있으며, 파우치형의 경우 그 형상이 비교적 자유롭고 무게가 가벼워서 최근들어 슬림과 경량화되는 휴대용 전자기기용으로 많이 사용되고 있다.
상기 파우치형 이차 전지가 적용되는 하이브리드 차량의 배터리는 얇은 판형 구조로 된 셀들을 하나의 모듈로 만들어 사용되고 있고, 하이브리드 차량의 사양에 따라 다수의 모듈을 직렬로 연결하여 패키지를 구성한다.
상기 다수의 모듈이 직렬로 연결된 패키지는 충·방전 시 셀에서 열이 발생되고 있고, 상기 셀의 온도에 따라 배터리의 충·방전 전력이 변하게 된다.
따라서, 배터리의 내부온도가 예를 들어 25~40도로 운전되도록 셀의 온도를 적절한 범위로 유지하여야 한다.
한국 공개특허 제2007-0013455호(‘이차 전지 모듈’ 이하 선행기술1) 에서는 배터리 모듈을 냉각하기 위한 기술이 개시되었다. 선행기술1은 다수 개의 단위 전지를 적층 배열하여 이루어지는 적어도 하나의 전지 집합체와, 상기 전지 집합체를 내장시키고 온도 제어용 냉각매체를 유통시키는 하우징을 포함하며, 상기 전지 집합체는 상기 하우징의 길이 방향을 따라 배치되고, 상기 하우징은 상기 냉각매체가 상기 전지 집합체의 상측에서 상기 하우징의 길이 방향을 따라 진행하면서 이 전지 집합체의 각 단위 전지 사이를 통과하여 상기 하우징의 내벽 쪽으로 배출되는 구조로 이루어짐으로써, 냉각매체의 유동 구조를 개선하고 단위 전지의 효율적인 배치를 통해 단위 전지의 온도 제어 효과가 우수하면서도 전지 모듈의 크기를 최소화할 수 있는 이차 전지 모듈에 관한 것이다.
선행기술 1은 공기를 이용한 냉각방식으로 냉각 효율이 낮고, 소음 및 안전성이 낮다는 단점이 있다. 따라서 냉각수와 같은 액체 생태의 냉각매체를 이용한 냉각방식을 이용하는 배터리 모듈이 필요한 실정이다.
한국공개특허 제2007-0013455호 (공개일자 2007.1.31)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 서브모듈 및 액체 상태의 냉각매체가 유동될 수 있는 냉각케이스를 포함함으로써, 냉각효율이 높으며, 제작 또한 용이한 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명은 복수 개의 배터리 셀(110)과, 상기 배터리 셀(110)을 수용하는 배터리 케이스(130)를 포함하는 적어도 하나 이상의 서브모듈(100); 및 판 형상의 냉각판(210)과 핀 형상으로 상기 냉각판(210)과 수직으로 형성되는 적어도 하나 이상의 열교환부(220)를 포함하며, 상기 서브모듈(100)을 수용하는 냉각케이스(200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각케이스(200)는 상기 냉각판(210)의 내부에 구비되며 냉각매체가 흐르는 적어도 하나 이상의 냉각유로(230)와, 상기 냉각판(210)의 일측에 형성되며 상기 냉각유로(230)의 일측과 연결되어 외부에서 상기 냉각매체를 주입하는 유입부(240) 및 상기 냉각판(210)의 타측에 형성되며 상기 냉각유로(230)의 타측과 연결되어 상기 냉각매체가 유출되는 유출부(250)를 포함하며 열전도성 금속으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각매체는 액체 상태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서브모듈(100)은 상기 배터리 셀(110) 사이에 구비되는 완충재(120)를 더 포함하며, 상기 배터리 케이스(130)는 열전도성 금속으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 모듈(1000)은 상기 냉각유로(230)는 하나의 상기 서브모듈(100)이 하나의 상기 냉각유로(230)와 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배터리 모듈은 냉각케이스에 서브모듈을 삽입하는 방식으로 제작되므로, 각각의 배터리 셀의 삽입이 용이하여 제작이 용이하며, 냉각매체의 누설 가능성이 낮아 안정성이 높고 제품의 신뢰도가 높아질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 배터리 모듈은 상기 냉각케이스의 열교환부가 상기 서브모듈을 고정할 뿐만 아니라 열교환 면적을 확대하여 냉각 효율이 증가할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 배터리 모듈은 상기 배터리케이스가 각각의 배터리 셀을 보호함으로써, 상기 냉각케이스로의 삽입 과정에서 상기 배터리 셀이 외력에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈을 A-A'방향으로 자른 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 서브모듈 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 서브모듈 분해사시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 냉각케이스 사시도.
도 7는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 냉각케이스에서 냉각판을 나타낸 투시도.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일실시예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 서브모듈(100) 및 액체 상태의 냉각매체가 유동될 수 있는 냉각케이스(200)를 포함함으로써, 냉각효율이 높으며, 제작 또한 용이한 배터리 모듈(1000)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)을 A-A'방향으로 자른 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)의 분해사시도이다. 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 본 발명의 일실시예인 배터리 모듈(1000)에 관하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예인 배터리 모듈(1000)은 복수 개의 배터리 셀(110)과, 배터리 셀(110)을 수용하는 배터리 케이스(130)를 포함하는 적어도 하나 이상의 서브모듈(100) 및 판 형상의 냉각판(210)과 핀 형상으로 상기 냉각판(210)과 수직으로 형성되는 적어도 하나 이상의 열교환부(220)를 포함하며, 상기 서브모듈(100)을 수용하는 냉각케이스(200)를 포함한다.
즉, 적어도 하나 이상의 서브모듈(100)이 냉각케이스(200)의 열교환부(220) 사이에 삽입되어 열교환된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 냉각케이스(200)에 서브모듈(100)을 삽입하는 방식으로 제작되므로, 각각의 배터리 셀(110)의 삽입이 용이하여 제작이 용이한 효과가 있으며, 냉각매체의 누설 가능성이 낮아 안정성이 높고 제품의 신뢰도가 높아질 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)의 서브모듈(100)을 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)의 서브모듈(100)을 나타낸 분해사시도이다. 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)의 서브모듈(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
서브모듈(100)은 배터리 셀(110), 완충재(120) 및 배터리 케이스(130)를 포함하여 형성된다.
배터리 셀(110)은 제1전극판 및 제2전극판과, 제 1전극판 및 제2전극판에서 연장 형성되는 제1전극탭 및 제2전극탭과, 제1전극판과 제2전극판 사이게 구비되는 분리막을 포함하는 전극조립체와, 전극조립체를 수용하는 파우치 케이스를 포함하되, 전극조립체는 제1전극탭 및 제2전극탭이 파우치 케이스 외부로 노출되도록 수용되는 판상형 배터리 셀(110)이다.
또한, 배터리 셀(110)은 복수 개로 구비되며, 배터리 셀(110) 사이마다 완충재(120)가 구비되며, 서브모듈(100)은 배터리 케이스(130) 내부에 배터리 셀(110)과 완충재(120)가 적층되어 수용된 형태이다.
따라서, 도 2의 단면도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 모듈(1000)은 배터리 케이스(130), 배터리 셀(110), 완충재(120), 배터리 셀(110), 배터리 케이스(130) 순서로 적층된 서브모듈(100)이 핀 형상의 열교환부(220) 사이에 삽입되어 열교환 면적이 넓게 형성된 상태에서 열교환 됨으로써, 배터리 셀(110)이 효율적으로 냉각될 수 있는 효과가 있다.
또한, 서브모듈(100)은 완충재(120) 및 배터리 케이스(130)가 배터리 셀(110)을 보호함으로써, 서브모듈(100)이 냉각케이스(200)에 삽입되는 과정에서 외력에 의해 배터리 셀(110)이 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 배터리 케이스(130)는 열전도성 금속으로 형성되며, 열전도성 금속은 알루미늄, 구리 등일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)의 냉각케이스(200)를 나타낸 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)의 냉각케이스(200)에서 냉각판(210)을 나타낸 투시도이며, 냉각매체의 흐름을 도시하였다. 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시예인 배터리 모듈(1000)의 냉각케이스(200)를 상세하게 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)의 냉각케이스(200)는 냉각판(210)과 냉각판(210)에 수직한 방향으로 형성된 플레이트 핀 형상의 열교환부(220)를 포함하여 형성된다.
냉각판(210)은 내부에 냉각매체가 흐를 수 있도록 적어도 하나 이상의 냉각유로(230)가 구비된다. 이 때, 냉각매체는 액체 상태이며 냉각수 등을 사용할 수 있다. 냉각판(210)은 일측에 냉각유로(230)의 일측과 연결되어 냉각유로(230)에 냉각매체를 유입하는 유입부(240)가 형성되며, 타측에 냉각유로(230)의 타측과 연결되어 냉각유로(230)를 지난 냉각매체를 유출시키는 유출부(250)가 형성된다.
열교환부(220)는 플레이트 핀 형상이며, 냉각판(210)과 수직으로 형성된다. 열교환부(220)는 서브모듈(100)을 고정할 뿐만 아니라 서브모듈(100) 내부의 배터리 셀(110)과의 열교환 면적을 확대하므로 냉각효율이 극대화 될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 하나의 냉각유로(230)가 하나의 서브모듈(100)에 대응되도록 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 7은 서브모듈(100)이 복수 개로 구비되며 냉각유로(230) 또한 서브모듈(100)에 대응되도록 도시하였다. 냉각유로(230)가 서브모듈(100)에 대응되도록 형성될 경우 서브모듈(100)의 냉각이 효율적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각케이스(200)는 냉각판(210)과 열교환부(220)가 압출공정을 통하여 일체형으로 형성된다. 따라서, 냉각판(210)과 열교환부(220) 사이에 접촉 열저항이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 배터리 모듈
100 : 서브모듈 110 : 배터리 셀
120 : 완충재 130 : 배터리 케이스
200 : 냉각케이스 210 : 냉각판
220 : 열교환부 230 : 냉각유로
240 : 유입부 250 : 유출부

Claims (7)

  1. 복수 개의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀을 수용하는 배터리 케이스를 포함하는 적어도 하나 이상의 서브모듈; 및
    판 형상의 냉각판과 핀 형상으로 상기 냉각판과 수직으로 형성되는 적어도 하나 이상의 열교환부를 포함하며, 상기 서브모듈을 수용하는 냉각케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각케이스는
    상기 냉각판의 내부에 구비되며 냉각매체가 흐르는 적어도 하나 이상의 냉각유로와, 상기 냉각판의 일측에 형성되며 상기 냉각유로의 일측과 연결되어 외부에서 상기 냉각매체를 주입하는 유입부 및 상기 냉각판의 타측에 형성되며 상기 냉각유로의 타측과 연결되어 상기 냉각매체가 유출되는 유출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각매체는 액체인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서브모듈은
    상기 배터리 셀 사이에 구비되는 완충재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 케이스는
    열전도성 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은
    상기 냉각유로는 하나의 상기 서브모듈이 하나의 상기 냉각유로와 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각케이스는
    열전도성 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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