KR20150022113A - 배터리의 셀 모듈 조립체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리의 셀 모듈 조립체에 관한 것으로, 복수개의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀들을 사전에 정해진 단위개수로 조립하여 하우징하고, 상기 하우징된 배터리 셀들로부터 발생되는 열을 방출하기 위해 5~100W/mK의 열전도율을 가진 열전도성 플라스틱으로 형성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 기존의 배터리 셀을 하우징하기 위한 셀커버인 알루미늄을 열전도성 플라스틱(Thermally conductive polymer)으로 대체함으로써, 종래의 셀 배터리 조립체의 구조적 성능 및 냉각성능을 유지하면서 제품의 무게를 감소시키며 제조공정을 단순화할 수 있다.

Description

배터리의 셀 모듈 조립체 및 그 제조방법{Cell module assembly for battery, and manufacturing method thereof}
본 발명의 목적은 배터리의 셀 모듈 조립체에 관한 것으로, 구체적으로는 냉각성능을 고려한 셀 모듈 조립체의 하우징에 의해 냉각성능을 유지할 수 있는 배터리의 셀 모듈 조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래 배터리의 셀 모듈 조립체는 배터리 셀 하우징을 이용하여 배터리 셀을 수용한다. 도 1은 종래 배터리의 셀 모듈 조립체의 하우징을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 배터리의 셀 모듈 조립체의 배터리 셀 하우징은 개략적으로 S12, S14, S16단계를 거쳐 수행될 수 있다. S12단계와 같이 준비된 복수개의 배터리 셀(110)을 S14단계와 같이 알루미늄을 이용하여 1차 하우징을 수행한다.
이것은 알루미늄의 높은 열전도성(대략 200W/mK)을 이용하여 배터리 셀에서 발생된 열을 효과적으로 방출하기 위함이다. 또한, 알루미늄 하우징(120)의 일측에 아노다이징 처리를 함으로써 전기적 절연을 구현할 수 있다.
종래 배터리의 셀 모듈 조립체의 경우, 알루미늄 하우징된 배터리 셀은 플라스틱 사출물에 의해 조립된다. 예를 들면, S16단계와 같이 알루미늄 하우징된 배터리 셀은 상측 플라스틱 사출물(130)과 하측 플라스틱 사출물(140)에 의해 하우징된다.
그러나 종래 배터리의 셀 모듈 조립체는 알루미늄에 의한 1차적 하우징으로 인해 무게가 증가하는 어려움이 있다. 또한 종래 배터리의 셀 모듈 조립체는 절연을 위한 아노다이징 처리에 의한 추가적 공정이 필요하고 1차 알루미늄 하우징 후 2차로 플라스틱 사출물에 의한 하우징이 추가적으로 필요함에 따라 조립공정이 복잡해지는 단점을 가진다.
KR 10-2013-0080144 A,
본 발명의 목적은 종래 알루미늄 하우징을 배제하면서도 종래와 동일한 구조적 성능 및 냉각 성능을 가지도록 셀 하우징 구조를 변경함으로써 제품의 무게를 감소시키며 제조공정을 단순화할 수 있는 배터리의 셀 모듈 조립체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리의 셀 모듈 조립체는 복수개의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀들을 사전에 정해진 단위개수로 조립하여 하우징하고, 상기 하우징된 배터리 셀들로부터 발생되는 열을 방출하기 위해 5~100W/mK의 열전도율을 가진 열전도성 플라스틱으로 형성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징의 열전도성 플라스틱의 열전도율은 플라스틱 수지 및 필러(filler)의 구성성분 또는 함량을 변경시킴으로써 조절될 수 있다. 상기 하우징의 열전도성 플라스틱의 밀도는 1.30~2.0 g/㎤일 수 있다.
상기 하우징은 상기 배터리 셀들 각각이 별도로 구분되어 수용되도록 하기 위한 격벽들을 구비할 수 있다. 상기 격벽은 상기 배터리 셀의 양 측면 전체를 커버하도록 형성될 수 있다.
상기 하우징은 서로 상측방향 및 하측방향 각각으로부터 결합되어 상기 배터리셀들을 조립하여 하우징하기 위한 상측 하우징 및 하측 하우징을 구비할 수 있다.
여기서 상기 격벽은 상기 상측 하우징에 형성되고 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 위쪽에 배치되어 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 위쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 상측 격벽과, 상기 하측 하우징에 형성되고 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 아래쪽에 배치되어 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 아래쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 하측 격벽을 구비할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법은 복수개의 배터리 셀을 사전에 정해진 단위개수로 준비하는 단계; 5~100W/mK의 열전도율을 가진 열전도성 플라스틱으로 형성된 하우징을 준비하는 단계; 및 상기 배터리 셀들로부터 발생되는 열을 방출하기 위해 상기 하우징을 이용하여 상기 배터리 셀들을 상기 사전에 정해진 단위 개수로 조립하여 하우징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 하우징의 열전도성 플라스틱의 열전도율은 플라스틱 수지 및 필러(filler)의 구성성분 또는 함량을 변경시킴으로써 조절될 수 있다. 상기 하우징의 열전도성 플라스틱의 밀도는 1.30~2.0 g/㎤일 수 있다.
상기 하우징은 상기 배터리 셀들 각각이 별도로 구분되어 수용되도록 하기 위한 격벽들을 구비할 수 있고, 상기 격벽은 상기 배터리 셀의 양 측면 전체를 커버하도록 형성될 수 있다.
또한 상기 하우징은 서로 상측방향 및 하측방향 각각으로부터 결합되어 상기 배터리셀들을 조립하여 하우징하기 위한 상측 하우징 및 하측 하우징을 구비할 수 있다.
여기서 상기 격벽은 상기 상측 하우징에 형성되고 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 위쪽에 배치되어 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 위쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 상측 격벽과, 상기 하측 하우징에 형성되고 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 아래쪽에 배치되어 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 아래쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 하측 격벽을 구비할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기존의 배터리 셀을 하우징하기 위한 셀커버인 알루미늄을 열전도성 플라스틱(Thermally conductive polymer)으로 대체함으로써, 종래의 셀 배터리 조립체(Cell Module Assembly)의 구조적 성능 및 냉각성능을 유지하면서 제품의 무게를 감소시키며 제조공정을 단순화할 수 있다.
구체적으로 본 발명은 종래 하우징에 이용되는 알루미늄의 밀도가 2.70g/㎤인 것을 감안하면, 동일한 구조를 가진다는 가정 아래 종래에 비해 무게를 25~50%까지 경량화할 수 있다.
또한 본 발명은 상측 격벽 및 하측 격벽이 배터리 셀의 양 측면 전체를 커버할 수 있기 때문에 배터리 셀로부터 발생되는 열을 보다 효과적으로 흡수할 수 있어, 하우징의 열전도에 따른 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 종래와 같은 알루미늄 하우징 및 절연을 위한 아노다이징 공정의 필요 없이, 곧바로 하우징 공정을 수행할 수 있어 종래에 비해 제조공정을 간소화 할 수 있다.
도 1은 종래 배터리의 셀 모듈 조립체의 하우징을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 셀 모듈 조립체의 분해사시도이다.
도 3은 열전도율에 따른 냉각성능을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈조립체(Cell Module Assembly) 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 조립체의 분해사시도이고, 도 3은 열전도율에 따른 냉각성능을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 조립체(1)는 차량의 배터리에 적용될 수 있고, 복수개의 배터리 셀(210)과 이를 하우징하는 하우징(230, 240)을 포함할 수 있다.
하우징(230, 240)은 배터리 셀(210)들을 사전에 정해진 단위개수로 조립하여 하우징하고, 하우징된 배터리 셀(210)들로부터 발생되는 열을 방출하기 위해 5~100W/mK의 열전도율을 가진 열전도성 플라스틱(Thermally conductive polymer)으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 셀 모듈 조립체(1)의 냉각은 1차적으로 셀의 발열에서 하우징(230, 240)으로의 열전도 그리고 냉매를 이용한 강제 열대류를 통해 진행될 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이 열전도율이 5W/mK이상이 되면 셀 모듈 조립체의 냉각성능은 열전도에 의해 좌우되지 않고, 오히려 냉매의 강제대류에 의해 결정되는 것을 확인 할 수 있다.
이와 같이 배터리의 셀 모듈 조립체(1)의 냉각에 있어, 열전도율이 높은 재질의 하우징을 이용하더라도 전체적인 냉각에 기여하는 비율은 제한적일 수 밖에 없으며, 이러한 점을 고려하여 하우징의 재질 및 구조를 고려할 수 있다.
열전도성 플라스틱(Thermally conductive polymer)의 열전도율은 플라스틱 수지 및 필러(filler)의 구성성분 또는 함량을 변경시킴으로써 조절될 수 있고, 열전도율이 더욱 증진될 수 있다.
따라서 종래 알루미늄 하우징을 열전도성 플라스틱으로 대체하여도 동일한 냉각성능이 구현될 수 있다.
필러(filler)는 증량, 물성 개선, 및 성형 가공성을 향상할 목적으로 고분자 재료 중에 분산시켜 첨가되는 입자상, 섬유상, 플레이트상의 물질로서, 플라스틱에는 보통 실리카, 티타니아 등이 사용될 수 있다.
또한 하우징(230, 240)의 열전도성 플라스틱의 밀도는 1.30~2.0 g/㎤인 것으로 마련될 수 있다.
따라서 종래 하우징에 이용되는 알루미늄의 밀도가 2.70g/㎤인 것을 감안하면, 동일한 구조를 가진다는 가정아래 본 실시예에 따른 배터리의 셀 모듈 조립체(1)는 종래에 비해 무게를 25~50%까지 경량화할 수 있다.
한편, 하우징(230, 240)은 서로 상측방향 및 하측방향 각각으로부터 결합되어 배터리 셀(210)들을 조립하여 하우징하기 위한 상측 하우징(230) 및 하측 하우징(240)으로 이루어질 수 있다.
상측 하우징(230)은 배터리 셀(210)들 각각의 양 측면 중 위쪽에 배치되어 배터리 셀(210)들 각각의 양 측면 중 위쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 상측 격벽(232)을 구비할 수 있다.
하측 하우징(240)은 배터리 셀(210)들 각각의 양 측면 중 아래쪽에 배치되어 배터리 셀(210)들 각각의 양 측면 중 아래쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 하측 격벽(242)을 구비할 수 있다.
여기서 상측 격벽(232) 및 하측 격벽(242)은 배터리 셀(210)의 양 측면 전체를 커버할 수 있다. 이에 의해 배터리 셀(210)로부터 발생되는 열을 보다 효과적으로 흡수할 수 있어, 하우징(230, 240)의 열전도에 따른 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 하우징(230, 240)은 배터리 셀(210)들 각각이 별도로 구분되어 수용되도록 하기 위한 격벽(232, 242)들을 구비할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법에 대해 설명한다.
먼저, S22단계에 도시된 바와 같이 복수개의 배터리 셀(210)을 사전에 정해진 단위개수로 준비한다.
그리고 S24단계에 도시된 바와 같이, 5~100W/mK의 열전도율을 가진 열전도성 플라스틱으로 형성된 상측 하우징(230) 및 하측 하우징(240)을 준비하여 배터리 셀(210)들을 사전에 정해진 단위 개수로 조립하여 하우징한다.
여기서 열전도성 플라스틱은 전술한 바와 같이 플라스틱 수지 및 필러(filler)의 구성성분 또는 함량을 변경하는 것에 의해 열전도율이 조절될 수 있고, 밀도가 1.30~2.0 g/㎤인 것으로 마련될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법은 배터리 셀(210)들을, 종래와 같은 알루미늄 하우징 및 절연을 위한 아노다이징 공정의 필요 없이, 곧바로 하우징할 수 있어 종래에 비해 제조공정을 간소화 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 셀 모듈 조립체(1)는 위에서 설명한 실시예들의 구성과 방법에 한정되지 않으며, 사용자의 필요에 따라 실시예의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1: 셀 모듈 조립체
110: 배터리 셀
120: 알루미늄 하우징
130: 상측 플라스틱 사출물
140: 하측 플라스틱 사출물
210: 배터리 셀
230: 상측 하우징
232: 상측 격벽
240: 하측 하우징
242: 하측 격벽

Claims (14)

  1. 복수개의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀들을 사전에 정해진 단위개수로 조립하여 하우징하고, 상기 하우징된 배터리 셀들로부터 발생되는 열을 방출하기 위해 5~100W/mK의 열전도율을 가진 열전도성 플라스틱으로 형성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 열전도성 플라스틱의 열전도율은 플라스틱 수지 및 필러(filler)의 구성성분 또는 함량을 변경시킴으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 배터리 셀들 각각이 별도로 구분되어 수용되도록 하기 위한 격벽들을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 배터리 셀의 양 측면 전체를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하우징은 서로 상측방향 및 하측방향 각각으로부터 결합되어 상기 배터리셀들을 조립하여 하우징하기 위한 상측 하우징 및 하측 하우징을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 상측 하우징에 형성되고 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 위쪽에 배치되어 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 위쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 상측 격벽과, 상기 하측 하우징에 형성되고 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 아래쪽에 배치되어 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 아래쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 하측 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 열전도성 플라스틱의 밀도는 1.30~2.0 g/㎤인 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체.
  8. 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법에 있어서,
    복수개의 배터리 셀을 사전에 정해진 단위개수로 준비하는 단계;
    5~100W/mK의 열전도율을 가진 열전도성 플라스틱으로 형성된 하우징을 준비하는 단계; 및
    상기 배터리 셀들로부터 발생되는 열을 방출하기 위해 상기 하우징을 이용하여 상기 배터리 셀들을 상기 사전에 정해진 단위 개수로 조립하여 하우징하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 열전도성 플라스틱의 열전도율은 플라스틱 수지 및 필러(filler)의 구성성분 또는 함량을 변경시킴으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 배터리 셀들 각각이 별도로 구분되어 수용되도록 하기 위한 격벽들을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 배터리 셀의 양 측면 전체를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하우징은 서로 상측방향 및 하측방향 각각으로부터 결합되어 상기 배터리셀들을 조립하여 하우징하기 위한 상측 하우징 및 하측 하우징을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 상측 하우징에 형성되고 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 위쪽에 배치되어 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 위쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 상측 격벽과, 상기 하측 하우징에 형성되고 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 아래쪽에 배치되어 상기 배터리 셀들 각각의 양 측면 중 아래쪽을 별도로 구분하여 수용하기 위한 하측 격벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 열전도성 플라스틱의 밀도는 1.30~2.0 g/㎤인 것을 특징으로 하는 배터리의 셀 모듈 조립체의 제조방법.
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