KR20160016550A - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구조가 간단하고 부피 및 무게가 작으며 조립성이 우수하고 냉각 성능이 안정적으로 확보될 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 내부 공간에 수납하고 실링부가 마련된 파우치 외장재를 구비하고, 수평 방향으로 눕혀진 형태로 상하 방향으로 배열된 복수의 이차 전지; 및 상하 방향으로 상호 적층 가능하게 구성되고, 상기 이차 전지의 실링부를 둘러싸는 형태로 상기 실링부에 접촉하여 결합되며, 열전도성 재질로 구성된 복수의 카트리지를 포함한다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명은 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구조가 간단하고 부피 및 무게가 낮으며 효율적인 냉각 성능이 확보될 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
하지만, 파우치형 이차 전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않고, 그 자체만으로 적층 상태를 유지하는 것이 쉽지 않다. 따라서, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해, 카트리지를 이용하는 경우가 많다.
카트리지는 보통 중앙 부분이 비어 있는 사각 플레이트 형태로 구성되는 경우가 많으며, 이때 4개의 변 부분이 파우치형 이차 전지의 외주부를 감싸도록 구성된다. 그리고, 이러한 카트리지는 배터리 모듈을 구성하기 위해 다수가 적층된 형태로 이용되며, 이차 전지는 카트리지가 적층되었을 때 생기는 내부의 빈 공간에 위치할 수 있다.
일반적으로 배터리 팩에 대해서는, 직 간접 수냉, 공냉 등 다양한 방식으로 냉각이 이루어지는 경우가 많다. 특히, 기존 배터리 팩의 경우 충 방전 시 발생하는 열을 제거하기 위해, 각 이차 전지 주변에 금속 재질의 다수의 냉각 부재를 배치시키고 냉각 부재 주변으로 공기나 냉각수와 같은 냉매가 공급되도록 하는 경우가 많다. 예를 들어, 종래에는 냉매의 유동 또는 열전도를 위한 셀 커버 또는 냉각 플레이트와 같은 금속 재질의 냉각 부재를 각 이차 전지 사이에 개재시키는 경우가 많다.
하지만, 이차 전지 사이에, 이러한 냉각 부재를 개재시키거나 냉매가 흐르기 위한 유로를 마련하는 경우, 배터리 모듈의 전체적인 부피 및 무게가 증가할 수밖에 없고 구조를 복잡하게 만드는 단점 또한 가지고 있다. 따라서, 배터리 모듈 제조 시, 공정성이 떨어지고, 소형화에 한계가 있으며, 제조 비용 및 시간도 증가시키는 문제점이 있다.
더욱이, 냉각 부재는 일반적으로 전기 전도성 재질의 금속을 사용하는 경우가 많으므로, 배터리 모듈에 냉각 부재를 구비하기 위해서는 전지 셀과의 절연을 신경써야 한다. 따라서, 이러한 절연을 위한 구성 등을 마련하기 위해 배터리 모듈의 구조는 더욱 복잡해질수 밖에 없고, 부피 및 비용 또한 증가하게 되는 문제점이 나타날 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 구조가 간단하고 부피 및 무게가 작으며 조립성이 우수하고 냉각 성능이 안정적으로 확보될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 내부 공간에 수납하고 실링부가 마련된 파우치 외장재를 구비하고, 수평 방향으로 눕혀진 형태로 상하 방향으로 배열된 복수의 이차 전지; 및 상하 방향으로 상호 적층 가능하게 구성되고, 상기 이차 전지의 실링부를 둘러싸는 형태로 상기 실링부에 접촉하여 결합되며, 열전도성 재질로 구성된 복수의 카트리지를 포함한다.
여기서, 상기 카트리지는, 적어도 일부분이 열전도성 고분자를 포함하거나, 또는 열전도성 필러 및 고분자를 포함하는 열전도성 재료를 포함할 수 있다.
또한, 상기 카트리지는, 전체적으로 동일한 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는, 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태가 사각 링 형태로 형성되어, 상기 파우치 외장재에서 전극 조립체의 수납 공간의 측면 외부에 접촉된 상태로 상기 수납 공간의 둘레를 감싸도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는, 인서트 사출 성형되어 상기 이차 전지의 실링부에 접촉 결합될 수 있다.
또한, 인접하여 상하 적층된 카트리지 및 이차 전지 사이가 좌측 단부에서 우측 단부까지 연속하여 접촉되도록 구성된 수직 단면 형태를 적어도 하나 이상 구비할 수 있다.
또한, 상기 카트리지는, 상호 대응되는 형태로, 후크 형태의 체결돌기 및 상기 체결돌기가 삽입되는 체결홈이 외주부에 다수 형성될 수 있다.
또한, 최상부 또는 최하부에 위치하는 이차 전지 및 카트리지의 상부 또는 하부를 커버하며 열전도성 재질로 구성된 외부 커버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 외부 커버는, 외부 표면에 격자 형태의 오목부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상기 이차 전지의 전압을 센싱하고, 상기 배터리 모듈의 전극 단자를 제공하며, 상기 이차 전지의 전극 리드를 외측에서 커버하는 센싱 커버를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상부 및 하부에 각각 외부 커버를 포함하고, 상기 센싱 커버는, 상단 및 하단이 각각 상기 외부 커버의 상부 및 하부의 일부를 외부에서 덮도록 상기 외부 커버 측으로 연장 형성되고, 상기 연장 형성된 부분에서 상기 외부 커버와 결합 고정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상기 카트리지의 외측에서 냉매가 흐르도록 냉매를 공급하는 냉매공급유닛을 더 포함할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면의 경우, 카트리지가 열전도성 재질로 구성되며, 이차 전지가 카트리지에 접촉하여 결합된 형태로 구성된다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지를 고정하는 역할을 하는 카트리지가 이차 전지의 냉각이라는 기능도 수행할 수 있으므로, 카트리지 이외에 이차 전지로부터 열을 흡수하여 외부로 전달하기 위한 냉각 부재를 이차 전지 사이에 별도로 마련할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지의 열이 카트리지를 통해 측면 방향으로 직접 배출될 수 있으므로, 이차 전지 사이에 공기 등을 통과시키기 위한 유로가 별도로 마련될 필요가 없다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 구조가 간단하고 부피 및 무게가 작으면서도 냉각 성능이 안정적으로 확보될 수 있는 배터리 모듈이 제공될 수 있다. 그리고, 이차 전지 사이에 냉각 부재가 구비되지 않을 수 있으므로, 이들을 절연시키기 위한 구성 등을 마련할 필요가 없다.
또한, 본 발명의 일 측면의 경우, 카트리지가 인서트 사출 성형 등의 방식으로 이차 전지에 일체화되는 형태로 결합될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 다수의 이차 전지 및 카트리지를 적층시켜 배터리 모듈을 조립할 때, 이차 전지의 적층이 곧 카트리지의 적층이 되므로, 조립이 용이하게 이루어질 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 모듈의 제조 공정성이 향상되어 제조 비용 및 시간, 조립 불량률 등이 감소될 수 있으므로, 생산성이 향상될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 카트리지와 이차 전지 사이, 이차 전지와 이차 전지 사이 및 카트리지와 카트리지 사이 공간이 줄어들게 되어 배터리 모듈의 크기가 작아질 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 내부 공간에 공기층이 존재하지 않거나 최소화될 수 있으므로, 공기층으로 인해 열전달이 방해받는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대하여 일부 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는, 도 3의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 및 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 도 5의 A3-A3'선에 대한 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 수직 단면도를 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 도 8의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 2는, 도 1의 구성에 대하여 일부 구성을 분리하여 나타낸 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이차 전지(100) 및 카트리지(200)를 포함한다.
여기서, 이차 전지(100)는, 전극 조립체와 파우치 외장재를 구비할 수 있다.
상기 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 이러한 전극 조립체의 구성에 대해서는, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이므로, 상세한 설명을 생략한다.
이차 전지(100)는, 케이스의 재질에 따라, 캔형 이차 전지와 파우치형 이차 전지로 구분될 수 있는데, 본 발명에 따른 배터리 모듈에는, 파우치형 이차 전지가 채용될 수 있다. 이러한 파우치형 이차 전지는, 케이스로서, 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 그리고, 파우치 외장재는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하는 형태로 구성될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 4는 도 3의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 파우치형 이차 전지(100)에 있어서, 파우치 외장재(120)는 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)로 구성될 수 있다. 그리고, 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122) 중 적어도 하나에는, I로 표시된 바와 같이, 오목한 형태의 내부 공간, 즉 수납 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 파우치 외장재(120)의 내부 공간에는 전극 조립체(110) 및 전해질이 수납될 수 있다.
또한, 이차 전지(100)의 파우치 외장재(120)는, S로 표시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 수납 공간을 둘러싸고 있는 테두리부가 실링되어 실링부가 형성될 수 있다. 즉, 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)는, 실링부에서 내부 접착층이 열융착 등의 방식으로 상호 접착됨으로써, 내부 공간이 밀폐되도록 할 수 있다.
또한, 전극 조립체(110)의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드(111)와 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드(111)는 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)의 테두리부 사이, 즉 실링부 사이에 개재되어 파우치의 외부로 노출됨으로써, 이차 전지(100)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
파우치형 이차 전지(100)는, 배터리 모듈에 복수 개 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 파우치형 이차 전지(100)는, 각각 수평 방향으로 눕혀진 형태로 상하 방향으로 배열될 수 있다. 즉, 파우치형 이차 전지(100)는, 대략 2개의 넓은 면을 갖는 판상형으로 형성될 수 있는데, 2개의 넓은 면이 상하 측을 향하고, 실링된 테두리부는 수납 공간에 대하여 수평 방향 둘레 부분에 위치하는 형태로 구성될 수 있다. 다시 말해, 이차 전지(100)의 상부 파우치(121)와 하부 파우치(122)가 각각 상하 측에 위치하도록, 이차 전지(100)는 수평 방향으로 눕혀질 수 있다. 이 경우, 이차 전지(100)는, 인접하는 이차 전지(100)와 대면되는 형태로 상하 방향으로 복수 개 적층될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 전, 후, 좌, 우 등의 방향은, 설명의 편의를 위해, 전극 리드(111)가 돌출된 부분을 전방 내지 후방으로 구분하고, 이러한 전극 리드(111)를 기준으로 좌측과 우측을 각각 구분하도록 한다. 즉, 도 1의 배터리 모듈 구성에 대하여, 전극 리드(111)가 도시된 부분 측에서 배터리 모듈을 바라본다는 점을 기준으로, 다시 말해 화살표 A2 방향으로 배터리 모듈을 바라보는 것을 기준으로, 바로 앞에 전극 리드(111)가 위치하는 부분을 배터리 모듈의 전방이라 하고, 좌측과 우측에 위치하는 측면을 각각, 배터리 모듈의 좌측과 우측이라 한다. 또한, 화살표 A2 부분의 반대 측면에도 전극 리드(111)가 구비될 수 있는데, 해당 부분에 대해서는 전방 측의 반대편으로서 후방으로 나타내도록 한다. 이하에서도, 특별한 설명이 없는 한, 이와 같은 방향을 기준으로 설명하도록 한다.
상기 카트리지(200)는, 파우치형 이차 전지(100)의 실링부에 위치하여 실링부를 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다. 이러한, 카트리지(200)의 구성에 대해서는, 도 5 및 도 6을 참조하여, 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100) 및 카트리지(200)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5의 A3-A3'선에 대한 단면도이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 상기 카트리지(200)는, 파우치 외장재(120)에서 전극 조립체(110)가 수납되는 수납 공간(I)의 둘레를 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 이차 전지(100)의 실링부는, 평면도 상에서, 전극 조립체(110)의 수납 공간(I)의 둘레를 따라 위치할 수 있는데, 카트리지(200) 역시 이러한 실링부와 유사하게 전극 조립체(110)의 수납 공간(I)의 둘레 부분에 위치할 수 있다. 이 경우, 카트리지(200)는, 눕혀진 형태의 이차 전지(100)를 상부에서 하부 방향으로 바라볼 때, 중앙부 수납 공간(I)을 제외한 부분에 위치함으로써, 대략 링 형태로 구성될 수 있다.
특히, 파우치형 이차 전지(100)는, 도면에 도시된 바와 같이, 눕혀진 상태에서 상부에서 하부 방향으로 바라본 모습이 대략 사각 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 카트리지(200)는, 이러한 이차 전지(100)의 실링부를 따라 위치하여 사각 링 형태로 형성될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 상기 카트리지(200)는, 이차 전지(100)의 실링부를 외측에서 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 카트리지(200)는, 실링부의 상부, 하부 및 측면부를 감싸는 형태로 이러한 부분에 접촉하여 이들과 결합 고정될 수 있다.
특히, 카트리지(200)는, 파우치 외장재(120)에서 전극 조립체(110)의 수납 공간의 측면 외부에 접촉되게 구성될 수 있다. 여기서, 수납 공간의 측면은, 파우치 외장재(120)에서 전극 조립체(110)가 수납되기 위해 볼록한 형태로 돌출된 부분의 수평 방향 측면 부분을 의미한다고 할 수 있다. 즉, 파우치형 이차 전지(100)는, 파우치 외장재(120)에서 전극 조립체(110)를 수납하는 수납 공간(I)과 실링부(S) 사이에 단차가 존재하여, 도 6에서 B로 표시된 바와 같이, 수납 공간(I)과 실링부(S) 사이에 경사면이 존재할 수 있다. 이때, 카트리지(200)는, 수납 공간(I)의 이러한 외측 경사면에 대해서도 접촉된 상태로 파우치 외장재(120)에 결합되도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 카트리지(200)는, 파우치 외장재(120)의 실링부와 경사면이 모두 코팅되는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 카트리지(200)와 이차 전지(100)의 접촉 면적이 넓어져, 이차 전지(100)와 카트리지(200) 사이의 열전달 효율이 증대될 수 있다. 즉, 이차 전지(100)에서 발생한 열은, 파우치 외장재(120)의 실링부뿐 아니라 경사면을 통해서도 카트리지(200)로 직접 전도될 수 있고, 이러한 열의 전달 경로에 공기층이 개재되지 않아 공기층으로 인해 열저항이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이 경우, 이차 전지(100)와 카트리지(200) 사이의 열전달 속도 및 열전달량이 증대될 수 있으므로, 카트리지(200)를 통한 냉각 성능이 보다 개선될 수 있다.
바람직하게는, 상기 카트리지(200)는, 인서트 사출 방식으로, 이차 전지(100)의 실링부에 결합될 수 있다. 즉, 상기 카트리지(200)는, 금형 내에 파우치형 이차 전지(100)가 삽입된 상태에서 이차 전지(100)의 실링부에 수지를 공급하여 코팅되도록 함으로써 실링부와 일체화되는 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 카트리지(200)가 이차 전지(100)에 결합 고정된 상태로 존재하므로, 배터리 모듈의 조립 공정성이 향상될 수 있다. 즉, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 다수의 이차 전지(100) 및 카트리지(200)를 적층시켜 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지(100)의 적층 및 카트리지(200)의 적층을 각각 별도로 수행할 필요가 없으며, 한 번의 적층 공정으로 카트리지(200)의 적층과 이차 전지(100)의 적층이 동시에 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지(100)의 유동이 방지될 수 있으며, 카트리지(200)와 이차 전지(100) 사이의 공간이 감소되어, 배터리 모듈의 전체적인 부피가 감소될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 카트리지(200)와 이차 전지(100) 사이의 거리가 가까워져, 이차 전지(100)로부터 카트리지(200)로 열전달 효율이 향상될 수 있다. 더욱이, 이와 같은 열전달 효율 향상은, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 경우, 하기 설명하는 바와 같이, 카트리지(200)가 열전도성 재질로 구성되기 때문에 보다 효과적으로 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 카트리지(200)는, 적어도 일부분이 열전도성 재질로 구성될 수 있다. 종래 카트리지의 경우, 대체로 열전도성이 없는 폴리머 재질로 구성되어, 카트리지를 통해서는 열전도가 거의 이루어지지 않으므로, 별도의 냉각 부재를 두는 경우가 많다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 포함되는 카트리지(200)의 경우, 적어도 일부분이 내측에서 외측까지 열전도성 재질로 구성됨으로써, 이러한 카트리지(200)의 열전도성 재질 부분을 통해, 이차 전지(100)의 열이 카트리지(200) 외부로 전달될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지(100) 사이와 같이 카트리지(200) 내부에 별도의 냉각 부재를 구비하지 않더라도, 효과적인 냉각 성능이 확보될 수 있다.
특히, 상기 카트리지(200)는, 적어도 일부분이 열전도성 고분자를 포함하거나, 또는 열전도성 필러 및 고분자를 포함하는 열전도성 재료로 구성될 수 있다. 즉, 카트리지(200)는 일반적인 금속이나 금속 합금 재료가 아닌 고분자를 주재료로 구성될 수 있다. 이와 같이 고분자에 기반한 열전도성 재료의 경우, 금속보다 무게가 작아 배터리 모듈의 경량화 달성에 용이하고, 성형이 용이하며, 열팽창계수가 낮고, 전기 전도성이 낮아 전기적 절연성을 확보하기가 쉽다. 본 발명은, 카트리지(200)의 재료로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 고분자 기반 열전도성 재료가 채용될 수 있다.
예를 들어, 상기 카트리지(200)는, 일반적인 고분자 재료에 열전도성을 갖는 필러가 혼합된 복합 재료 형태의 재질로 구성될 수 있다. 여기서, 필러에는, 규소 화합물, 알루미늄 화합물, 마그네슘 화합물, 붕소 화합물 등이 포함될 수 있다. 이를테면, 열전도성 재료에 포함되는 필러로서, 산화규소, 산화알루미늄, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 무수탄산마그네슘, 수산화마그네슘 등이 이용될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이밖에도 다양한 필러가 카트리지(200)의 재료로서 이용될 수 있다.
상기 카트리지(200)에 사용되는 고분자 재료로는, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스틸렌, 폴리카보네이트, 나일론, 액정 폴리머, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르에테르케톤 등 다양한 재료가 포함될 수 있다. 또한, 이 밖에 다양한 고분자 재료가 본 발명의 카트리지(200) 재료로 이용될 수 있다.
특히, 상기 카트리지(200)를 구성하는 열전도성 재료는, 열전도율이 1W/mK 이상인 물질로 이루어질 수 있다. 이를테면, 이러한 열전도성 재료는, 2W/mK ~ 20W/mK 인 고분자 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다. 더욱이, 열전도성 재료는, 5W/mK 이상인 고분자 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다.
종래, 카트리지의 소재로서 이용되는 플라스틱의 경우, 대체로 열전도성이 0.1~0.4 W/mK에 불과하다. 하지만, 본 발명에 따른 카트리지(200)의 경우, 열전도성이 이보다 높은 폴리머 소재를 사용함으로써, 카트리지에 의해 열전달 및 배출이 이루어지도록 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이와 같은 실시예에 의하면, 카트리지 내부에 금속 재질의 냉각 플레이트와 같은 별도의 냉각 부재를 두지 않고도, 이차 전지(100)의 열이 카트리지(200)를 통해 외측으로 효과적으로 전달되도록 할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 측면에 의하면, 카트리지(200)가 이차 전지(100)에 대하여 인서트 사출 성형물로서 결합되어 있으므로, 이차 전지(100)의 열은 공기층을 통하지 않고 직접적으로 카트리지(200)로 전달될 수 있다. 그리고, 카트리지(200)는 열전도성 재질로 구성되므로, 카트리지(200)로 전달된 열은 카트리지(200)를 통해 배터리 모듈 외부로 배출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 카트리지(200)는, 전체적으로 동일한 재질로 형성될 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 구성에서, 하나의 카트리지(200)는 전체적으로 동종의 열전도성 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 카트리지(200)는, 전체적으로 동종의 열전도성 고분자로 구성되거나, 전체적으로 동종의 열전도성 필러 및 고분자로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 카트리지(200)를 인서트 사출 성형 등의 방식으로 이차 전지(100)의 실링부에 마련하는 구성이 보다 용이하게 달성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 용융물을 금형에 주입함으로써 하나의 카트리지(200)가 전체적으로 성형될 수 있으므로, 카트리지(200)는 쉽게 제조되고, 제조 시간이 단축될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 수직 단면도를 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 7은 도 1의 A1-A1'선에 대한 단면도라 할 수 있다.
도 7에는 배터리 모듈을 적층 방향으로 절단한 형태의 수직 단면도가 도시되어 있으며, 다수의 카트리지(200) 및 다수의 이차 전지(100)는 동일한 종류끼리 상하 방향으로 적층된 형태로 구성되어 있다.
여기서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 수직 단면 형태에 대하여, 인접하여 적층된 카트리지(200) 및 이차 전지(100) 사이가 좌측 단부에서 우측 단부까지 연속하여 접촉되도록 구성될 수 있다.
즉, 각각의 카트리지(200)는 인접하여 적층된 카트리지(200)와 상부 및 하부가 전체적으로 접촉되어 있고, 각각의 이차 전지(100) 역시 인접하여 적층된 이차 전지(100)와 상부 및 하부가 전체적으로 접촉될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 구성에서 A4선을 기준으로 살펴보면, 위에서부터 3번째에 위치하는 카트리지(200) 및 이차 전지(100)의 하부는 위에서부터 4번째에 위치하는 카트리지(200) 및 이차 전지(100)의 상부와 좌측 단부에서부터 우측 단부까지 계속적으로 접촉되어 있다.
특히, 카트리지(200)와 이차 전지(100)는, 하나의 직선을 기준으로 상하 접촉되게 구성될 수 있다. 이를 위해, 카트리지(200)는, 대략 상부 및 하부가 평평한 형태로 구성될 수 있으며, 상하 방향 높이는 이차 전지(100)의 높이와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 또한, 이차 전지(100)는, 전극 조립체(110)의 수납 공간의 상부 및 하부가 평평하게 구성될 수 있다.
그리고, 이러한 카트리지(200) 및 이차 전지(100)의 연속적인 접촉 구성은 다른 모든 카트리지(200) 및 이차 전지(100)에 대해서도 적용될 수 있다.
본 발명의 이와 같은 구성에 의하면, 이차 전지(100)에서 카트리지(200) 방향으로의 열전달이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지(100)에서 발생한 열은 카트리지(200) 측으로 지면에 수평한 방향으로 이동할 수 있는데, 상하 적층된 이차 전지(100) 사이 및 상하 적층된 카트리지(200) 사이가 모두 접촉된 상태로 구성되면, 열이 이동되는 경로에 공기층이 존재하지 않을 수 있다. 따라서, 이 경우, 공기층으로 인해 열의 이동이 방해받는 것을 줄일 수 있어 냉각 성능이 안정적으로 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지(100) 상호 간, 그리고 카트리지(200) 상호 간 접촉 면적이 증대되므로, 이들 사이에서도 열전달 효율이 향상될 수 있다. 예를 들어, 특정 이차 전지(100)에서 열이 발생한 경우, 이러한 열은 해당 이차 전지(100)에 결합 고정된 카트리지(200) 뿐 아니라, 다른 이차 전지(100) 및 다른 카트리지(200)에도 용이하게 전달될 수 있다. 따라서, 다른 이차 전지(100) 및 카트리지(200)를 통해서도 열을 배출시킬 수 있으므로, 열배출 경로가 많아져 전체적인 냉각 성능이 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지(100)와 카트리지(200) 사이의 공간이 없어지거나 좁아지므로, 배터리 모듈의 크기가 보다 작아질 수 있다.
상기 카트리지(200)는, 상하 방향으로 상호 적층 가능하게 구성될 수 있다. 이를 위해 상기 카트리지(200)는, 상부 및 하부에 다른 카트리지(200)가 적층될 수 있도록 표면이 평평하거나 상호 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
특히, 상기 카트리지(200)는, 상호 대응되는 형태로 체결돌기(201) 및 체결홈(202)이 외주부에 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바를 참조하면, 카트리지(200)는 사각 링 형태로 형성되어 2개의 장변 및 2개의 단변을 가질 수 있는데, 장변에는 각각 6개의 체결돌기(201) 및 6개의 체결홈(202)이 형성되어 있고 단변에는 2개의 체결돌기(201) 및 2개의 체결홈(202)이 형성되어 있다. 여기서, 체결돌기(201)는 후크 형태로 구성되고, 체결홈(202)은 이러한 후크 형태에 대응되는 형태로 홀 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 체결돌기(201)는 카트리지(200)의 상면에서 상부 방향으로 돌출된 형태로 구성되되 외측 방향, 즉 수평 방향으로 후크 걸림부가 돌출되게 구성될 수 있다. 또한, 체결홈(202)은 카트리지(200)의 측면을 수평 방향으로 관통되는 형태로 형성될 수 있다.
특히, 이러한 체결돌기(201) 및 체결홈(202)은 카트리지(200)의 외주부, 즉 측면부에 위치할 수 있다. 이 경우, 체결돌기(201) 및 체결홈(202)과 같은 체결 구성을 형성하기 위해 카트리지(200)의 전체적인 크기가 커지는 것을 방지할 수 있다.
이러한 체결돌기(201) 및 체결홈(202)은, 카트리지(200)가 상하 방향으로 적층될 때 상부 및 하부에 위치하는 다른 카트리지(200)의 체결돌기(201) 및 체결홈(202)과 결합됨으로써, 카트리지(200) 및 이차 전지(100)를 상호 고정시킬 수 있다. 그리고, 이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 카트리지(200) 상호 간을 고정시키기 위해 볼트 결합 구성 등을 별도로 구비하지 않아도 된다. 따라서, 이로 인해 배터리 모듈에 대한 제조 비용이 절감되고 공정이 간소화되며 무게를 낮출 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 여러 도면에 도시된 바와 같이, 외부 커버(300)를 더 포함할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 외부 커버(300)는, 배터리 모듈의 상부 및/또는 하부에 위치하여, 배터리 모듈의 상부 및/또는 하부를 커버할 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 커버(300)는, 최상부에 위치하는 이차 전지(100) 및 카트리지(200)의 상부에 위치하여 이들을 커버할 수 있다. 또한, 상기 외부 커버(300)는, 최하부에 위치하는 이차 전지(100) 및 카트리지(200)의 하부에 위치하여 이들을 커버할 수 있다. 따라서, 상기 외부 커버(300)는, 최상부 및 최하부에 위치하는 이차 전지(100)의 외부 노출을 차단하여, 배터리 모듈 외부의 물리적 또는 화학적인 요소에 대하여 이차 전지(100) 및 카트리지(200)를 보호할 수 있다.
특히, 이러한 외부 커버(300)는, 카트리지(200)와 마찬가지로 열전도성 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 외부 커버(300)는, 카트리지(200)와 동일 재질이거나 또는 그와 다른 열전도성 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 외부 커버(300)는, 열전도성 고분자, 또는 열전도성 필러 및 고분자로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지(100)에서 발생한 열은, 측면부에 위치한 카트리지(200)뿐 아니라, 최상부 및/또는 최하부에 위치한 외부 커버(300)를 통해서도 배출될 수 있으므로, 배터리 모듈의 전체적인 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
이러한 외부 커버(300)는, 외부 표면에 격자 형태의 오목부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부에 위치한 외부 커버(300)의 경우, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상면에 오목부가 형성될 수 있으며, 이러한 오목부는 격자 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 폴리머 재질로 구성될 수 있는 외부 커버(300)에 대하여 기계적 강도를 높이는 한편, 외기와의 접촉면적을 증대시켜 외부 커버(300)를 통한 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 8의 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 센싱 커버(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 센싱 커버(400)는, 배터리 모듈에서 전극 리드(111)가 구비되어 돌출된 측에 위치하여 이차 전지(100)의 전극 리드(111)를 외측에서 커버할 수 있다. 예를 들어, 전극 리드(111)가 이차 전지(100)의 전방 측 및 후방 측으로 돌출되게 형성된 양방향 이차 전지(100)가 배터리 모듈에 포함된 경우, 센싱 커버(400)는 배터리 모듈의 전방 측 및 후방 측에 위치할 수 있다. 이러한 센싱 커버(400)는 외부의 물리적, 화학적 요소로부터 이차 전지(100)의 전극 리드(111)를 보호할 수 있다. 특히, 이러한 센싱 커버(400)는 하기의 버스바나 커넥터의 접속단자와 같은 특정 구성을 제외하고는 전체적으로 플라스틱과 같은 전기적 비전도성 재질로 구성되어, 전극 리드(111)와 전기적으로 절연되며, 전극 단자(420)를 제외하고는, 이차 전지(100)의 전극 리드(111)가 전기적으로 외부에 노출되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 상기 센싱 커버(400)는, 이차 전지(100)의 전압을 센싱할 수 있다. 이를 위해, 상기 센싱 커버(400)는, 금속 재질의 센싱용 버스바(411)를 구비하여 이차 전지(100)의 전극 리드(111)와 접촉되도록 할 수 있다. 특히, 센싱 커버(400)는, 다수의 센싱용 버스바(411)를 구비하여 이차 전지(100)의 전극 리드(111)의 연결 부분마다 서로 다른 센싱용 버스바(411)가 접촉되도록 할 수 있다. 이 경우, 센싱 커버(400)는, 모든 이차 전지(100)에 대하여 각각 전압을 센싱할 수 있다.
그리고, 센싱 커버(400)는, 외부의 다른 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System)로 전압 센싱 정보를 전달하기 위한 접속 커넥터(450)를 구비하여, 센싱용 버스바(411)와 접속 커넥터(450)가 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 센싱용 버스바(411)를 통해 센싱된 이차 전지(100)의 전압 센싱 정보는, 커넥터(450)에 접속된 케이블을 통해 BMS 등으로 공급되어, BMS 등의 장치가 이차 전지(100)의 충방전을 제어하는데 이용될 수 있다.
또한, 상기 센싱 커버(400)는, 배터리 모듈의 전극 단자(420)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 센싱 커버(400)는, 전방측으로 돌출되게 형성된 2개의 전극 단자, 즉 양극 단자 및 음극 단자를 구비할 수 있다. 이러한 전극 단자(420)는, 외부의 다른 기기, 이를테면 충전 장치나 방전 장치(부하), 또는 다른 배터리 모듈과 연결되는데 이용될 수 있다. 그리고, 이와 같은 전극 단자(420)는, 배터리 모듈에 포함된 이차 전지(100)의 전극 리드(111)와 연결용 버스바(412) 등을 통해 서로 연결될 수 있다.
한편, 배터리 모듈에 포함된 다수의 이차 전지(100)는, 상호 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되기 위해 적어도 2개의 전극 리드(111)가 서로 접속될 수 있다. 이때, 상기 센싱 커버(400)는, 직접 접속된 전극 리드(111)가 안착될 수 있도록 하고, 서로 접속되지 않은 전극 리드(111) 사이는 서로 물리적으로 분리될 수 있도록 안착부(430)를 구비할 수 있다.
상기 안착부(430)는, 센싱 커버(400)의 본체와 마찬가지로 전기적 비전도성 재질로 구성되어, 접속되지 않아야 할 전극 리드(111)가 비의도적으로 서로 접속되는 것을 방지하여 배터리 모듈에서 내부 단락 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 안착부(430)는, 상호 접속된 전극 리드(111)의 하부가 안착되어 전극 리드(111)를 상부 방향으로 지지할 수 있으므로, 전극 리드(111)와 센싱용 버스바(411)가 상호 안정적으로 접촉되도록 할 수 있다.
특히, 배터리 모듈의 상부 및 하부에 각각 외부 커버(300)가 포함되는 구성에 있어서, 상기 센싱 커버(400)는, 상단 및 하단이 외부 커버(300)의 상부 및 하부의 일부를 외부에서 덮도록 외부 커버(300) 측으로 연장 형성될 수 있다. 그리고, 센싱 커버(400)는, 이와 같이 연장 형성된 부분에서 외부 커버(300)와 결합 고정되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 센싱 커버(400)는, 상단 및 하단이 절곡되어 배터리 모듈의 중심측을 향해 수평 방향으로 연장 형성되는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 센싱 커버(400)가 외부 커버(300)에 결합된 상태에서는, 이러한 센싱 커버(400)의 연장 부분이, 상부 측 외부 커버(300)의 상부 및 하부 측 외부 커버(300)의 하부를 덮도록 구성될 수 있다.
이때, 배터리 모듈의 상부 측에 위치하는 외부 커버(300)는, 전방 측 모서리 부분에 상부 방향으로 돌출되게 형성된 커버돌기(320)가 하나 이상 형성될 수 있다. 그리고, 센싱 커버(400)의 상단 연장 부분에는 이러한 커버돌기(320)에 대응되는 위치 및 형태로 커버홀(440)이 하나 이상 형성될 수 있다. 따라서, 외부 커버(300)의 커버돌기(320)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 센싱 커버(400)의 커버홀(440)에 삽입됨으로써, 센싱 커버(400)와 외부 커버(300)는 상호 체결 고정될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 센싱 커버(400)를 외부 커버(300)에 결합시키는 공정이 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 센싱 커버(400)와 외부 커버(300)의 체결 구성이 안정적으로 유지될 수 있으며, 이들 사이의 공간을 통해 이물질이 쉽게 유입되지 않도록 할 수 있다.
한편, 외부 커버(300)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 센싱 커버(400)의 상단 및 하단 연장 부분이 안착되는 부분에 대하여 다른 부분보다 두께가 얇게 구성되도록 할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 센싱 커버(400)가 외부 커버(300)에 결합된 상태에서, 센싱 커버(400)와 외부 커버(300)의 결합 부분으로 인해 배터리 모듈의 전체 높이가 커지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 냉매공급유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 냉매공급유닛은, 배터리 모듈로 냉매, 이를테면 공기와 같은 냉각용 기체, 또는 물과 같은 냉각용 액체를 공급할 수 있다. 특히, 상기 냉매공급유닛은, 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈의 좌측 및 우측에 냉매가 흐르도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 냉매공급유닛은, 덕트나 파이프, 팬이나 펌프 등을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이차 전지(100)에서 카트리지(200) 측으로 열이 수평 방향으로 주로 이동할 수 있기 때문에, 냉매는 배터리 모듈의 수평 방향 측 단부라 할 수 있는 카트리지(200)의 외측으로 공급되어 흐르는 것이 좋다. 이 경우, 모든 카트리지(200)가 냉매에 직접 접촉될 수 있으므로, 이차 전지(100) 전체에 대하여 균일한 냉각 성능이 안정적으로 확보될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 특히, 전기 자동차와 같이 배터리로부터 구동력을 얻는 자동차의 경우, 배터리 모듈의 소형화 및 경량화와 함께 냉각 성능은 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 자동차에 본 발명에 따른 배터리 모듈이 적용되는 경우, 배터리 모듈의 탑재 공간 및 무게를 줄이면서도 효과적인 냉각 성능으로 안정적이고 안전한 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 상대적인 위치를 나타내는 것으로서 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 이차 전지
110: 전극 조립체, 111: 전극 리드
120: 파우치 외장재, 121: 상부 파우치, 122: 하부 파우치
200: 카트리지
201: 체결돌기, 202: 체결홈
300: 외부 커버
400: 센싱 커버

Claims (14)

  1. 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 내부 공간에 수납하고 실링부가 마련된 파우치 외장재를 구비하고, 수평 방향으로 눕혀진 형태로 상하 방향으로 배열된 복수의 이차 전지; 및
    상하 방향으로 상호 적층 가능하게 구성되고, 상기 이차 전지의 실링부를 둘러싸는 형태로 상기 실링부에 접촉하여 결합되며, 열전도성 재질로 구성된 복수의 카트리지
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는, 적어도 일부분이 열전도성 고분자를 포함하거나, 또는 열전도성 필러 및 고분자를 포함하는 열전도성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는, 전체적으로 동일한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는, 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태가 사각 링 형태로 형성되어, 상기 파우치 외장재에서 전극 조립체의 수납 공간의 측면 외부에 접촉된 상태로 상기 수납 공간의 둘레를 감싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는, 인서트 사출 성형되어 상기 이차 전지의 실링부에 접촉 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    인접하여 상하 적층된 카트리지 및 이차 전지 사이가 좌측 단부에서 우측 단부까지 연속하여 접촉되도록 구성된 수직 단면 형태를 적어도 하나 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는, 상호 대응되는 형태로, 후크 형태의 체결돌기 및 상기 체결돌기가 삽입되는 체결홈이 외주부에 다수 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    최상부 또는 최하부에 위치하는 이차 전지 및 카트리지의 상부 또는 하부를 커버하며 열전도성 재질로 구성된 외부 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외부 커버는, 외부 표면에 격자 형태의 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지의 전압을 센싱하고, 상기 배터리 모듈의 전극 단자를 제공하며, 상기 이차 전지의 전극 리드를 외측에서 커버하는 센싱 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상부 및 하부에 각각 외부 커버를 더 포함하고,
    상기 센싱 커버는, 상단 및 하단이 각각 상기 외부 커버의 상부 및 하부의 일부를 외부에서 덮도록 상기 외부 커버 측으로 연장 형성되고, 상기 연장 형성된 부분에서 상기 외부 커버와 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지의 외측에서 냉매가 흐르도록 냉매를 공급하는 냉매공급유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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