KR20130110400A - Battery module - Google Patents

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KR20130110400A
KR20130110400A KR1020120032350A KR20120032350A KR20130110400A KR 20130110400 A KR20130110400 A KR 20130110400A KR 1020120032350 A KR1020120032350 A KR 1020120032350A KR 20120032350 A KR20120032350 A KR 20120032350A KR 20130110400 A KR20130110400 A KR 20130110400A
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battery
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유길재
이원준
이지석
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A battery module has improved cooling performance for controlling temperature, has a simple whole structure even if parts for cooling are added, and is simply manufactured. CONSTITUTION: A battery module comprises a battery cell array (100) in which a plurality of battery cells (50) are electrically connected to each other and a cooling unit which is inserted and fixed to the lower part of the side part of the battery cell array. The battery cell comprises a case (10); an electrode assembly (20) which is mounted in the case; and a first and a second electrode tab (33a,40a) each of which is exposed outside the case. The cooling unit is inserted and fixed to one end or the other end of the battery cell array by having an insert groove on one side thereof and includes a cooling fin on the other side.

Description

배터리 모듈{Battery Module}Battery Module {Battery Module}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각을 용이하게 할 수 있는 수단이 구비된 배터리 모듈에 관한 것이다.
The present invention relates to a battery module, and more particularly to a battery module having a means for facilitating cooling.

통상적으로 이차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이브리드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.In general, secondary batteries are rechargeable and have a large capacity, such as nickel cadmium, nickel hydrogen, and lithium ion batteries. In particular, the lithium ion battery has attracted attention as a next generation power source due to its excellent characteristics such as long service life and high capacity. Among these, lithium secondary batteries are used as power sources for portable electronic devices with an operating voltage of 3.6 V or more, or used in high-power hybrid vehicles by connecting several in series. They operate in comparison with nickel-cadmium batteries or nickel-metal hybrid batteries. The voltage is three times higher and the energy density per unit weight is also excellent, and the use is increasing rapidly.

리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.Lithium secondary batteries can be manufactured in various forms, and typical shapes include cylindrical and prismatic types commonly used in lithium ion batteries. Lithium polymer batteries, which are in the spotlight in recent years, have been manufactured in a flexible pouched type, and their shapes are relatively free. In addition, the lithium polymer battery is excellent in safety and light in weight, which is advantageous for slimmer and lighter portable electronic devices.

한편, 하이브리드 자동차 등 고출력의 리튬 전지가 요구되는 경우에 파우치형 배터리 셀을 수십에서 수백개 배열하고, 이를 직렬 또는 병렬 연결하여 고전압을 얻게 된다.On the other hand, when a high output lithium battery is required, such as a hybrid car, pouch-type battery cells are arranged in dozens to hundreds, and a high voltage is obtained by connecting them in series or in parallel.

상기 파우치형 배터리 셀 배열체는 충전 또는 방전을 할 때 열이 발생하여 온도가 상승함에 따라 각 셀의 충전 또는 방전 성능이 떨어지는 문제점이 있다.The pouch-type battery cell array has a problem in that the charge or discharge performance of each cell is lowered as the temperature is raised when heat is generated when charging or discharging.

이에 따라, 배터리모듈의 온도 조절은 매우 중요한 실정이다.
Accordingly, temperature control of the battery module is very important.

US 2011-0183178 A1(2011.07.28)US 2011-0183178 A1 (2011.07.28)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 온도 조절을 위한 냉각 성능이 개선된 배터리모듈을 제공하려는 것이다.
The present invention has been made to solve the above problems, to provide a battery module with improved cooling performance for temperature control.

본 발명의 배터리셀은 케이스와, 상기 케이스내부에 구비되는 전극조립체, 상기 전극조립체와 연결되어 상기 케이스의 외부로 각각 노출되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀이 다수개 배열되어 서로 전기적으로 연결되는 배터리셀 배열체; 및 상기 배터리셀 배열체의 측면부 또는 하면부에 끼움 결합되는 열전달 기구물인 냉각수단;을 포함한다.The battery cell of the present invention includes a plurality of battery cells including a case, an electrode assembly provided in the case, and a first electrode tab and a second electrode tab connected to the electrode assembly and exposed to the outside of the case, respectively. Battery cell arrangements electrically connected to each other; And a cooling means, which is a heat transfer mechanism fitted to a side portion or a bottom surface of the battery cell assembly.

또한, 상기 냉각 수단은 일측면에 끼움홈이 형성되어 상기 배터리셀 배열체의 일단 또는 타단에 끼움 결합되고, 타측면에서 다수개의 핀으로 연장 형성되는 냉각핀을 포함하는 냉각부재이다.In addition, the cooling means is a cooling member including a cooling fin is formed on one side is fitted to one end or the other end of the battery cell arrangement, the cooling fins extending to a plurality of fins on the other side.

또한, 상기 배터리모듈은 상기 냉각부재와 배터리셀 배열체 사이에 충진재가 개재된다.In addition, the battery module is filled with a filler between the cooling member and the battery cell arrangement.

또한, 상기 충진재는 열전도성 그리스이다.In addition, the filler is thermally conductive grease.

또한, 상기 냉각핀은 다수개의 핀이 각각 높이방향을 따라 상호 이격되어 형성된다.
In addition, the cooling fins are formed with a plurality of fins spaced apart from each other along the height direction.

이에 따라, 본 발명의 배터리모듈은 냉각을 위한 구성이 추가되어도 전체적인 구조가 단순하여 제작이 간편한 장점이 있다.
Accordingly, the battery module of the present invention has the advantage that the overall structure is simple and easy to manufacture even if the configuration for cooling is added.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리셀 배열체의 분해사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도1 is an exploded perspective view of a battery cell arrangement according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention;
3 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention;
4 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention;

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리셀 배열체의 분해사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 사시도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도이다.
1 is an exploded perspective view of a battery cell arrangement according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exploded view of a battery module according to an embodiment of the present invention. Perspective view.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈(1000a)은 크게 배터리셀 배열체(100), 배터리셀 배열체(100)의 측면에 끼움 결합되는 냉각수단을 포함하여 형성된다.
As shown in Figures 1 to 3, the battery module 1000a according to an embodiment of the present invention includes a battery cell arrangement 100, the cooling means that is fitted to the side of the battery cell arrangement 100 largely Is formed.

배터리셀 배열체(100)는 전력이 저장되는 배터리셀(50)이 다수개 배열되면서 서로 전기적으로 연결되어 구성되며, 배터리셀 배열체(100)에 구성되는 배터리셀(50)에 대해 좀 더 상세히 설명하자면 다음과 같다.The battery cell array 100 is configured to be electrically connected to each other while a plurality of battery cells 50 storing power are arranged, and the battery cell 50 configured in the battery cell array 100 in more detail. To explain:

배터리셀(50)은 케이스(10), 전극조립체(20), 제1전극탭(30a), 제2전극탭(40a)을 포함하여 형성된다.The battery cell 50 includes a case 10, an electrode assembly 20, a first electrode tab 30a, and a second electrode tab 40a.

전극조립체(20)는 케이스(10) 내부에 수용되는 구성으로서, 제1전극판(도시안됨) 및 제2전극판(도시안됨)을 포함하여 형성된다.The electrode assembly 20 is accommodated in the case 10 and is formed to include a first electrode plate (not shown) and a second electrode plate (not shown).

제1전극판 및 제2전극판 사이에는 분리막(도시안됨)이 구비되며, 제1전극판, 분리막, 제2전극판은 케이스(10) 내부에 전해질 용액과 함께 구비된다.A separator (not shown) is provided between the first electrode plate and the second electrode plate, and the first electrode plate, the separator, and the second electrode plate are provided together with the electrolyte solution in the case 10.

제1전극판은 양극판으로서, 도전성이 우수한 금속 박판, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체의 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.The first electrode plate is a positive electrode plate, and includes a positive electrode active material layer coated on both surfaces of a positive electrode current collector made of a thin metal plate having excellent conductivity and an aluminum (Al) foil. As the active material, a chalcogenide compound is used. For example, complex metal oxides such as LiCoO 2, LiMn 2 O 4, LiNiO 2, LiNi 1-x Cox O 2 (0 <x <1), and LiMnO 2 are used. It is not limited.

제2전극판은 음극판으로서, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체의 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등 이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.The second electrode plate is a negative electrode plate, and includes a positive electrode active material layer coated on both surfaces of a negative electrode current collector made of a conductive metal plate, for example, copper (Cu) or nickel (Ni) foil. As the negative electrode active material, a carbon (C) -based material, Si, Sn, tin oxide, tin alloy composites, transition metal oxides, lithium metal nitrides, or lithium metal oxides are used. It is not limited.

분리막은 제1전극판와 제2전극판을 분리하는 구성으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.The separator is configured to separate the first electrode plate and the second electrode plate, and is made of any one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and a copolymer of polyethylene and polypropylene. It is not intended to limit the material.

제1전극탭(30a)과 제2전극탭(40a)은 전원 연결을 위해 케이스(10)의 외측으로 돌출되는 구성으로서, 제1전극판 및 제2전극판에 각각 용접된다.The first electrode tab 30a and the second electrode tab 40a are protruded to the outside of the case 10 to connect the power, and are welded to the first electrode plate and the second electrode plate, respectively.

케이스(10)는 내부에 전극조립체(20)를 수용하고 서로 접합되는 둘레면에 실링부재를 도포하여 제1전극탭(30a) 및 제2전극탭(40a)이 외측으로 노출되도록 밀봉된다.The case 10 is sealed to accommodate the electrode assembly 20 therein and to apply a sealing member to the circumferential surfaces joined to each other so that the first electrode tab 30a and the second electrode tab 40a are exposed to the outside.

도 1 내지 도 3에는 배터리셀(50)에 구성된 제1전극탭(30a) 및 제2전극탭(40a)이 케이스(10)에서 같은 방향으로 노출된 구성을 도시하였으나, 제1전극탭(30a) 및 제2전극탭(40a)이 케이스(10)에서 노출되는 방향은 좀 더 다양한 방향으로도 구성될 수 있으며, 본 실시예에서 제1전극탭(30a) 및 제2전극탭(40a)이 노출되는 방향은 한정되지 않는다.1 to 3 illustrate a configuration in which the first electrode tab 30a and the second electrode tab 40a of the battery cell 50 are exposed in the same direction in the case 10, but the first electrode tab 30a is illustrated. ) And the direction in which the second electrode tab 40a is exposed from the case 10 may be configured in more various directions. In this embodiment, the first electrode tab 30a and the second electrode tab 40a The direction to be exposed is not limited.

또한, 케이스(10)는 실링부재의 도포에 의해 접착될 뿐만 아니라, 실링부재의 도포 영역이 열융착에 의해 접합되어 밀봉상태를 유지할 수 있다.In addition, the case 10 may not only be bonded by application of the sealing member, but also the application area of the sealing member may be bonded by heat fusion to maintain a sealed state.

또한, 케이스(10)는, 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸 등과 같은 도전성 금속재로 이루어진다.
In addition, the case 10 is made of a conductive metal material such as aluminum, aluminum alloy or nickel plated steel.

냉각수단은 배터리셀 배열체(100)의 일단, 타단, 하단을 포함하는 적어도 하나 이상의 단면에 결합되는 냉각부재(200, 300)로 구성된다.The cooling means is composed of cooling members 200 and 300 coupled to at least one or more end surfaces including one end, the other end, and the bottom of the battery cell array 100.

냉각부재(200, 300)는 판형태로 구성되며, 일측면에 끼움홈(210, 310)이 형성되고 타측면에 냉각핀(220, 320)이 형성된다.The cooling members 200 and 300 have a plate shape, and fitting grooves 210 and 310 are formed at one side thereof, and cooling fins 220 and 320 are formed at the other side thereof.

끼움홈(210, 310)은 냉각부재(200, 300)의 일측면이 배터리셀 배열체(100)의 일단 또는 타단에 대응되는 형태로 함몰되어 형성되며, 함몰 형성된 부분에 배터리셀 배열체(100)의 일단 또는 타단이 끼움 결합된다.The fitting grooves 210 and 310 are formed by recessing one side of the cooling members 200 and 300 in a form corresponding to one end or the other end of the battery cell assembly 100, and the battery cell array 100 at the recessed portion. One end or the other end of the) is fitted.

냉각핀(220, 320)은 배터리셀 배열체(100)의 일단 또는 타단에서 발생되는 열을 냉각부재(200, 300)의 일측면으로부터 전달받아 방열하기 위한 구성으로서, 냉각부재(200, 300)의 타측면에서 높이방향으로 일정간격 이격되어 나란히 연장되는 다수개의 핀으로 형성된다.The cooling fins 220 and 320 are configured to radiate heat generated from one side of the cooling members 200 and 300 by heat generated at one end or the other end of the battery cell array 100, and the heat dissipation member 200 and 300. It is formed of a plurality of pins extending side by side at a predetermined interval in the height direction from the other side of the.

또한, 냉각부재(200, 300)와 배터리셀 배열체(100) 사이에는 충진재(A)가 개재된다.In addition, a filler A is interposed between the cooling members 200 and 300 and the battery cell assembly 100.

즉, 냉각부재(200, 300)의 일측면과 배터리셀 배열체(100)의 일단 사이에 충진재(A)가 개재된다.That is, the filler A is interposed between one side surface of the cooling members 200 and 300 and one end of the battery cell assembly 100.

이 때, 충진재(A)는 열전도성 그리스 재질로 이루어진다.At this time, the filler (A) is made of a thermally conductive grease material.

여기에서 열전도성 그리스는 그리스와 유사 특성을 가진 점성 유체 물질로서, 높은 열전도율을 가지고 있다. 또한 이 그리스 외에도 비슷한 열전도율을 가지는 열전도성 패드, 스폰지 등의 충진효과를 갖는 재료를 사용할 수 있다.Here, thermally conductive grease is a viscous fluid material having properties similar to those of grease, and has a high thermal conductivity. In addition to this grease, a material having a filling effect such as a thermally conductive pad or a sponge having similar thermal conductivity can be used.

도면에는 냉각부재(200, 300)가 배터리셀 배열체(100)의 양단에 각각 끼움 결합된 것을 도시하였으나, 냉각부재(200, 300)는 배터리셀 배열체(100)의 양단 외에도 다른 단면에 결합될 수 있으며, 본 실시예에서 한정되지 않는다.
Although the drawings show that the cooling members 200 and 300 are fitted to both ends of the battery cell array 100, respectively, the cooling members 200 and 300 are coupled to other cross sections in addition to both ends of the battery cell array 100. It may be, but is not limited in this embodiment.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(1000a)은 배터리셀 배열체(100)에 간편하게 끼움 결합하여 냉각하는 냉각 수단인 냉각부재(200, 300)를 구성함으로서, 냉각을 위한 구성이 추가되어도 전체적인 구조가 단순하여 제작이 간편한 장점이 있다.Accordingly, the battery module 1000a according to an embodiment of the present invention constitutes cooling members 200 and 300 which are cooling means for simply fitting and cooling the battery cell array 100, thereby providing a configuration for cooling. Even if it is added, the overall structure is simple and easy to manufacture.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(1000a)은 배터리셀 배열체(100)와 냉각부재(200, 300) 사이에 열전도성이 높은 충진재(A)가 개재됨으로서, 배터리셀 배열체(100)에서 발생하는 열이 냉각부재(200, 300)에 좀 더 효율적으로 전달될 수 있는 장점이 있다.In addition, the battery module 1000a according to an embodiment of the present invention has a high thermal conductivity filler A interposed between the battery cell array 100 and the cooling members 200 and 300, thereby providing a battery cell array ( Heat generated in the 100 has an advantage that can be more efficiently transmitted to the cooling members (200, 300).

특히, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(1000a)은 충전제(A)를 통해 배터리셀 배열체(100)에서 발생하는 열이 냉각부재(200, 300)에 좀 더 효율적으로 전달됨으로서, 냉각부재(200, 300)의 방열효율 및 냉각효과가 극대화되는 장점이 있다.
In particular, in the battery module 1000a according to the embodiment of the present invention, the heat generated from the battery cell assembly 100 is more efficiently transferred to the cooling members 200 and 300 through the filler A, thereby cooling. The heat dissipation efficiency and cooling effect of the members 200 and 300 are maximized.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도이다.4 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈(1000b)은 본 발명의 일시예에 따른 배터리모듈(1000)과 동일한 형태로 형성되나, 배터리셀(50)에 구성되는 제1전극탭(30b) 및 제2전극탭(40b)이 각각 케이스(10)의 반대방향으로 노출되는 형태로도 구성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the battery module 1000b according to another embodiment of the present invention is formed in the same form as the battery module 1000 according to an embodiment of the present invention, but is configured in the battery cell 50. The first electrode tab 30b and the second electrode tab 40b may be configured to be exposed in opposite directions to the case 10, respectively.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1000a,b: 본 발명의 배터리모듈
100 : 배터리셀 배열체
10 : 케이스 20 : 전극조립체
30a, 30b: 제1전극탭 40a, 40b : 제2전극탭
50 : 배터리셀
200,300 : 냉각부재
210,310 : 끼움홈 220,320 : 냉각핀
A : 충진재
1000a, b: battery module of the present invention
100: battery cell array
10: case 20: electrode assembly
30a, 30b: first electrode tab 40a, 40b: second electrode tab
50: battery cell
200,300: Cooling member
210,310: fitting groove 220,320: cooling fin
A: Filling material

Claims (5)

케이스와, 상기 케이스내부에 구비되는 전극조립체, 상기 전극조립체와 연결되어 상기 케이스의 외부로 각각 노출되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀이 다수개 배열되어 서로 전기적으로 연결되는 배터리셀 배열체; 및
상기 배터리셀 배열체의 측면부 또는 하면부에 끼움 결합되는 열전달 기구물인 냉각수단;을 포함하는 배터리모듈.
A plurality of battery cells including a case, an electrode assembly provided inside the case and a first electrode tab and a second electrode tab connected to the electrode assembly and exposed to the outside of the case are arranged and electrically connected to each other. Battery cell arrangement; And
And a cooling means, which is a heat transfer mechanism fitted to a side portion or a bottom surface of the battery cell arrangement.
제1항에 있어서, 상기 냉각 수단은
일측면에 끼움홈이 형성되어 상기 배터리셀 배열체의 일단 또는 타단에 끼움 결합되고, 타측면에서 다수개의 핀으로 연장 형성되는 냉각핀을 포함하는 냉각부재인 배터리모듈.
The method of claim 1 wherein said cooling means
The battery module is a cooling member is formed on one side is a cooling member including a cooling fin that is coupled to one end or the other end of the battery cell arrangement, and formed by extending a plurality of pins on the other side.
제2항에 있어서, 상기 배터리모듈은
상기 냉각부재와 배터리셀 배열체 사이에 충진재가 개재되는 배터리모듈.
The method of claim 2, wherein the battery module
A battery module having a filler interposed between the cooling member and the battery cell arrangement.
제3항에 있어서, 상기 충진재는
열전도성 그리스인 배터리모듈.
The method of claim 3, wherein the filler
Thermally conductive grease battery module.
제2항 내지 제4항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각핀은
다수개의 핀이 각각 높이방향을 따라 배열되어 형성되는 배터리모듈.The method of claim 2, wherein the cooling fins
The battery module is formed by a plurality of pins are arranged along the height direction, respectively.
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