KR20130110724A

KR20130110724A - 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20130110724A
Application number: KR1020120032901A
Authority: KR
Inventors: 김덕수; 차현기; 임동훈
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10
Also published as: KR101971506B1

Abstract

본 발명은 다수개의 배터리셀; 상기 배터리셀이 적어도 하나 이상 삽입되는 삽입홈과 양단에 상호 이격되어 연장되는 다수개의 냉각핀을 포함하여, 각각 적층되는 다수개의 열교환부재; 및 상기 다수개의 열교환부재의 상호간 인접되는 부분을 밀폐하기 위한 밀폐수단;을 포함하며, 상기 다수개의 열교환부재는 장볼트와 너트에 의해 가압 고정된다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수개의 배터리셀로 구성되는 배터리 모듈에 관한 것이다.

통상적으로 2차 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 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.

리튬 2차 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.

리튬 2차 전지를 배터리셀이라고 할 때, 배터리 모듈은 다수개의 배터리셀이 적층되면서 전기적으로 연결되어 구성된다.

적층된 다수개의 배터리셀을 배터리셀 적층체라고 할 때, 종래의 배터리 모듈은 배터리셀 적층체를 고정시키기 위해 한 쌍의 앤드플레이트가 구비된다.

이 때, 배터리셀 적층체는 한 쌍의 앤드플레이트 사이에 배치되며, 한 쌍의 앤드플레이트는 볼트와 너트에 의해 체결되어 한 쌍의 앤드플레이트 사이에 위치한 배터리셀 적층체를 가압 고정한다.

그런데, 종래의 배터리 모듈은 배터리셀 적층체와 앤드플레이트 사이로 배터리셀 적층체에서 발생하는 유해가스가 그대로 방출되는 문제점이 있다.

따라서 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 배터리 모듈의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 적층되는 구성요소들간에 상호 발생되는 빈틈을 완전히 밀폐할 수 있는 구조의 배터리 모듈을 제공하려는 것이다.

상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 배터리셀은 다수개의 배터리셀; 상기 배터리셀이 적어도 하나 이상 삽입되는 삽입홈과 양단에 상호 이격되어 연장되는 다수개의 냉각핀을 각각 포함하여, 적층되는 다수개의 열교환부재; 및 상기 다수개의 열교환부재의 상호간 인접되는 부분을 밀폐하기 위한 밀폐수단;을 포함하며, 상기 다수개의 열교환부재는 장볼트와 너트에 의해 가압 고정된다.

또한, 상기 삽입홈은 상기 열교환부재의 적층방향 양측면에 각각 형성된다.

또한, 상기 열교환부재는 적층방향 양측면에, 상기 삽입홈의 일측 및 타측으로 이격된 위치로 배열 형성되는 다수개의 개재홈을 더 포함한다.

또한, 상기 밀폐수단은 길이방향으로 길게 형성되어 상기 개재홈에 각각 삽입된다.

또한, 상기 신축부재는 상기 개재홈에 수용되는 소정 영역을 수용부라 하고 상기 개재홈에 수용되지 않고 노출되는 영역을 노출부라 할 때, 상기 수용부와 상기 노출부가 연결된 부분의 횡방향 및 종방향 두께가 상기 수용부의 횡방향 및 종방향 두께보다 얇게 형성되는 절단부를 더 포함한다.

또한, 상기 신축부재는 상기 제1개재홈 및 제2개재홈에 삽입된 후, 상기 노출부를 잡아당기면 상기 절단부가 절단된다.

또한, 상기 신축부재는 길이방향의 일단이 상호 연결되고 길이방향의 타단이 상호 연결되어 일체형으로 구성된다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 다수개의 열교환부재간 상호 인접되는 부분을 완전히 밀폐하는 밀폐수단이 구성됨으로서, 다수개의 열교환부재의 상호간 인접되는 부분으로 배터리셀에서 발생하는 유해가스가 유출되거나, 외부의 냉매가 유입되지 않는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 신축부재는 절단부가 구성됨으로서, 신축부재에서 필요하지 않은 부분을 간편하게 절단해서 제거할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리셀의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리셀의 분해사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신축부재의 평면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 신축부재에 구성되는 수용부와 노출부가 서로 분리되는 단계를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리모돌의 사시도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리셀의 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리셀의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000a)은 다수개의 배터리셀(100), 다수개의 열교환부재(200), 밀폐수단을 포함하여 형성된다.

도 1 내지 도 2를 참조하면 배터리셀(100)은 각각 전지부(120), 제1전극탭(130) 및 제2전극탭(140), 케이스(110)를 포함하여 형성된다.

전지부(120)는 케이스(110) 내부에 구비되는 구성으로서, 제1전극부(121) 및 제2전극부(122)를 포함하여 형성된다.

제1전극부(121) 및 제2전극부(122) 사이에 분리막(123)이 구비되며, 제1전극부(121), 분리막(123), 제2전극부(122)는 케이스(110) 내부에 전해질 용액과 함께 구비된다.

제1전극부(121)는 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.

제2전극부(122)는 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.

분리막(123)는 제1전극부(121)부와 제2전극부(122) 사이를 권취하여 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.

제1전극탭(130) 및 제2전극탭(140)은 전원 연결을 위해 케이스(110)의 외측으로 돌출되는 구성으로서, 각각 제1전극부(121) 및 제2전극부(122)에 연장형성된다.

일반적으로, 제1전극탭(130) 및 제2전극탭(140)은 제1전극부(121) 및 제2전극부(122)에 용접된다.

케이스(110)는 배터리셀(100)을 형성하는 기본 몸체로서, 파우치 형태로 밀봉된다.

또한, 케이스(110)는 실링부재(A)가 도포되어 접착됨으로써 파우치 형태로 밀봉되는 밀봉부(111)가 형성된다.

밀봉부(111)는 제1전극탭(130) 및 제2전극탭(140)이 케이스(110) 외측으로 돌출되며, 제1전극부(121), 제2전극부(122) 및 분리막(123)을 포함하는 전지부(120)가 외부와 접촉되지 않도록 밀봉된 상태를 유지한다.

이 때, 케이스(110)는 실링부재(A)의 도포에 의해 접착될 뿐만 아니라, 실링부재(A)의 도포 영역이 열융착에 의해 접합되어 밀봉상태를 유지할 수 있다.

또한, 케이스(110)는, 알루미늄이나 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸 등과 같은 도전성 금속재로 이루어진다.

도 3 내지 도 4를 참조하면 다수개의 열교환부재(200)는 각각 삽입홈(210), 다수개의 냉각핀(220)을 포함하여, 나란히 적층되면서 적층체를 소정 영역을 관통하는 장볼트(LB)(LB)와, 장볼트(LB)에 나사결합되는 너트(N)(N)에 의해 체결되어 가압 고정된다.

열교환부재(200)는 열전도성이 높은 금속 재질로 형성되며, 판형태로 형성되는 것이 바람직하나, 본 실시예에서 그 형태와 재질을 한정하는 것은 아니다.

삽입홈(210)은 열교환부재(200)의 적층방향 양측면의 중심부가 높이방향을 따라 함몰 형성되는 구성으로서, 적어도 하나 이상의 배터리셀(100)이 삽입된다.

다수개의 냉각핀(220)은 열교환부재(200)의 양단에서 각각 상호 이격되어 나란히 연장되는 구성으로서, 열교환부재(200)의 양단을 공랭식으로 냉각한다.

또한, 열교환부재(200)는 다수개의 개재홈(230)을 더 포함하여 형성된다.

개재홈(230)은 열교환부재(200)의 적층방향 양측면의 소정 영역이 높이방향을 따라 함몰 형성되는 구성으로서, 삽입홈(210)의 일측 및 타측으로 이격된 위치에 배열 형성된다.

밀폐수단은 다수개의 열교환부재(200)의 상호간 인접되는 부분을 밀폐하기 위한 수단으로서, 길이방향으로 길게 형성되어 열교환부재(200)의 개재홈(230)에 각각 개재되는 신축부재(300)이다.

신축부재(300)는 고무재질로 이루어진다.

이에 따라, 신축부재(300)는 길이방향으로 길게 형성됨에 따라, 길이방향의 양단을 잡아서 열교환부재(200)의 개재홈(230)에 편리하게 개재할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신축부재의 평면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 신축부재(300)는 개재홈(230)에 수용되는 소정 영역을 수용부(310)라 하고 개재홈(230)에 수용되지 않고 노출되는 영역을 노출부(320)라 할 때, 수용부(310)와 노출부(320)가 연결된 부분의 횡방향 또는 종방향 두께가 수용부(310)의 횡방향 및 종방향 두께보다 얇게 형성되는 절단부(330)를 더 포함하여 형성된다.

또한, 신축부재(300)는 길이방향의 일단이 상호 연결되고, 타단이 상호 연결되어 일체형으로 구성된다.

한편, 신축부재(300)는 삽입홈(210)의 일측으로 이격된 위치에 배열 형성된 것들이 상호 연결되어 일체형으로 구성되고 삽입홈(210)의 타측으로 이격된 위치에 배열 형성된 것들이 상호 연결되어 각각 일체형으로 구성되는 것이 바람직하나, 본 실시예에서 그 형태를 한정하는 것은 아니다.

한편, 신축부재(300)는 노출부(320)를 분리시켜 제거할 수 있는데, 이에 대해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 신축부재에 구성되는 수용부와 노출부가 서로 분리되는 단계를 나타낸 평면도이다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 신축부재(300)의 노출부(320)를 잡아당기면, 도6(b)에 도시된 바와 같이, 절단부(330)는 절단되며 수용부(310)와 노출부(320)를 분리시킨다. 이 때, 수용부(310)에서 분리된 노출부(320)는 용이하게 제거될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 신축부재(300)는 절단부(330)가 구성됨으로서, 필요하지 않은 부분을 편리하게 제거할 수 있는 장점이 있다.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리모돌의 사시도이다.

본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1000b)은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000a)과 동일하게 구성되되, 쿨링패드에 삽입되는 배터리셀(100)이 완전히 밀폐될 수 있도록, 쿨링패드의 냉각핀(220) 부분을 제외한 나머지 부분을 돌출싸는 커버(400)를 더 포함하여 형성된다.

이에 따라, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1000b)은 다수개의 배터리셀(100)을 완전히 밀폐하는 구조로 구성됨으로서, 다수개의 배터리셀(100)에서 발생하는 유해가스가 유출되거나, 외부의 냉매가 유입되지 않는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1000b)은 커버(400)에 배출파이프(500)가 연통되어 배터리셀(100)에서 형성된 유해가스를 안전한 곳으로 배출할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000a,b : 본 발명의 배터리 모듈
100 : 배터리셀
110 : 케이스 111 : 밀봉부
120 : 전지부 121 : 제1전극부
122 : 제2전극부 123 : 분리막
130 : 제1전극탭 140 : 제2전극탭
200 : 열교환부재
210 : 삽입홈 220 : 냉각핀
230 : 개재홈
300 : 신축부재
310 : 수용부 320 : 노출부
330 : 절단부
LB : 장볼트 N : 너트

Claims

다수개의 배터리셀;
상기 배터리셀이 적어도 하나 이상 삽입되는 삽입홈과 양단에 상호 이격되어 연장되는 다수개의 냉각핀을 각각 포함하여, 적층되는 다수개의 열교환부재; 및
상기 다수개의 열교환부재의 상호간 인접되는 부분을 밀폐하기 위한 밀폐수단;을 포함하며,
상기 다수개의 열교환부재는 장볼트와 너트에 의해 가압 고정되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 삽입홈은
상기 열교환부재의 적층방향 양측면에 각각 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 열교환부재는
적층방향 양측면에, 상기 삽입홈의 일측 및 타측으로 이격된 위치로 배열 형성되는 다수개의 개재홈을 더 포함하는 배터리 모듈.
제3항에 있어서, 상기 밀폐수단은
길이방향으로 길게 형성되어 상기 개재홈에 각각 삽입되는 신축부재인 배터리 모듈.
제4항에 있어서, 상기 신축부재는
상기 개재홈에 수용되는 소정 영역을 수용부라 하고 상기 개재홈에 수용되지 않고 노출되는 영역을 노출부라 할 때,
상기 수용부와 상기 노출부가 연결된 부분의 횡방향 및 종방향 두께가 상기 수용부의 횡방향 및 종방향 두께보다 얇게 형성되는 절단부를 더 포함하는 배터리 모듈.
제5항에 있어서, 상기 신축부재는
상기 제1개재홈 및 제2개재홈에 삽입된 후, 상기 노출부를 잡아당기면 상기 절단부가 절단되는 배터리 모듈.
제5항에 있어서, 상기 신축부재는
길이방향의 일단이 상호 연결되고 길이방향의 타단이 상호 연결되어 일체형으로 구성되는 배터리 모듈.