KR20170021122A - 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들로 이루어지는 배터리 셀 어셈블리 및 배터리 셀 어셈블리의 냉각을 위해 냉매가 유동하는 냉각 유로를 구비하고, 배터리 셀 어셈블리의 양측을 커버하며, 배터리 어셈블리에 직접적으로 접촉되는 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 복수 개의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
멀티 배터리 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 앞서도 살펴본 바와 같이 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.
따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것을 포함하는 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각 장치가 반드시 필요하다.
일반적으로 냉각 장치에는 대표적으로 공냉식과 수냉식, 두 가지를 들 수 있는데, 누전이나 이차전지의 방수 문제 등으로 인해 공냉식이 수냉식보다 널리 이용되고 있다.
하나의 배터리 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 배터리 모듈은 일반적으로 모듈 케이스 내에 복수 개의 배터리 셀들을 필요한 수 만큼 적층시켜 패키징한다. 그리고 각각의 배터리 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 이차전지의 온도를 적정하게 유지하기 위해 배터리 셀들 중간 중간에 방열부재로서 배터리 셀의 면적에 대응되는 복수 개의 냉각 핀들을 삽입한다. 각각의 배터리 셀에서 열을 흡수한 냉각 핀들은 배터리 모듈의 저부에 구비되는 히트 싱크에 냉각 플레이트를 통해 연결되어 그 열을 전달하고 히트 싱크는 냉각수 또는 냉각 공기에 의해 냉각된다.
그러나, 종래의 배터리 모듈에서는, 배터리 셀들 사이에 삽입되어 배치되는 복수 개의 냉각 핀들과 냉각 플레이트로 인해 복수 개의 냉각 핀들과 냉각 플레이트만큼 배터리 셀들의 용적률이 저하되는 문제가 있다.
아울러, 종래의 배터리 모듈에서는, 복수 개의 냉각 핀들과 냉각 플레이트와의 접촉 불량이 발생할 경우, 접촉 불량이 발생한 부분에서 배터리 셀의 냉각이 제대로 이루어지지 않아 냉각 성능이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 배터리 셀들의 용적률을 높이고 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들로 이루어지는 배터리 셀 어셈블리; 및 상기 배터리 셀 어셈블리의 냉각을 위해 냉매가 유동하는 냉각 유로를 구비하고, 상기 배터리 셀 어셈블리의 양측을 커버하며, 상기 배터리 어셈블리에 직접적으로 접촉되는 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 히트 싱크는, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측을 커버하며, 각각의 배터리 셀의 일측면에 접촉되는 제1 냉각부재; 및 상기 배터리 셀의 어셈블리의 타측을 커버하며, 각각의 배터리 셀의 타측면에 접촉되는 제2 냉각부재;를 포함할 수 있다.
상기 제1 냉각부재에는 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀의 일측면에 접촉되는 적어도 하나의 셀 접촉부가 구비되며, 상기 제2 냉각부재에는 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀의 타측면에 접촉되는 적어도 하나의 셀 접촉부가 구비될 수 있다.
각각의 배터리 셀의 일측면에는 실링부가 구비되며, 상기 제1 냉각부재의 상기 적어도 하나의 셀 접촉부는 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀의 일측면에 구비되는 실링부들 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 냉각부재의 셀 접촉부는 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 셀 접촉부들은 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
각각의 배터리 셀의 타측면에는 실링부가 구비되며, 상기 제2 냉각부재의 상기 적어도 하나의 셀 접촉부는 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀의 타측면에 구비되는 실링부 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2 냉각부재의 셀 접촉부는 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 셀 접촉부들은 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 제1 냉각부재 및 상기 제2 냉각부재에는, 각각, 상기 냉각 유로가 형성될 수 있다.
각각의 냉각 유로는, 상기 냉각 유로로 냉매를 공급하는 냉매 공급부 및 상기 냉각 유로로부터 냉매를 배출하는 냉매 배출부에 연결될 수 있다.
상기 냉매 공급부는 상기 제1 냉각부재의 일측 단부와 상기 제2 냉각부재의 일측 단부에서 각각 상기 냉각 유로들과 연결되며, 상기 냉매 배출부는 상기 제1 냉각부재의 타측 단부와 상기 제2 냉각부재의 타측 단부에서 각각 상기 냉각 유로들과 연결될 수 있다.
각각의 냉각 유로는 적어도 1회 분기될 수 있다.
각각의 배터리 셀은, 전극 조립체; 상기 조립체를 수용하는 전지 케이스; 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며, 상기 전극 조립체에 연결되는 전극 리드;를 포함하며, 각각의 전지 케이스의 일측면에는 상기 제1 냉각부재가 접촉되고, 각각의 전지 케이스의 타측면에는 상기 제2 냉각부재가 접촉되며, 각각의 전극 리드는 상기 제1 냉각부재와 상기 제2 냉각부재 사이에 배치될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀들의 용적률을 높이고 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 A-A' 부분의 단면도이다.
도 4는 도 3의 배터리 모듈의 B 부분의 확대도이다.
도 5는 도 3의 배터리 모듈의 C 부분의 확대도이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 배터리 모듈의 히트 싱크의 다양한 실시예들에 따른 셀 접촉부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 배터리 모듈의 히트 싱크에서의 냉매 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈의 A-A' 부분의 단면도이며, 도 4는 도 3의 배터리 모듈의 B 부분의 확대도이며, 도 5는 도 3의 배터리 모듈의 C 부분의 확대도이며, 도 6 및 도 7은 도 2의 히트 싱크의 다양한 실시예들에 따른 셀 접촉부를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 1의 배터리 모듈의 히트 싱크에서의 냉매 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 어셈블리(100) 및 히트 싱크(200)를 포함한다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100)는 상호 적층되며, 서로 전기적으로 연결되는 복수 개의 배터리 셀들(110)로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 배터리셀들(110)은 상호 수직 방향으로 위아래로 적층될 수 있다.
각각의 배터리 셀(110)은 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있다. 상기 파우치형 이차 전지의 경우, 복수 개의 배터리 셀들(110)의 전기적인 연결 구성을 보다 용이하게 구현할 수 있다.
이러한 각각의 배터리 셀(110)은, 전극 조립체(112), 전지 케이스(114) 및 전극 리드(116)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(112)는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 상기 전극 조립체(112)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
상기 전지 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 상기 전극 조립체(112)를 내장한 상태에서 테두리를 열융착하여 상기 전극 조립체(112)를 밀봉할 수 있다.
이러한 밀봉을 위해, 상기 전지 케이스(114)의 테두리의 네 모서리 중 적어도 세 모서리는 실링부(115)를 이룰 수 있다. 상기 전지 케이스(114)는 삼면 실링 또는 사면 실링으로 구비될 수 있다.
삼면 실링의 경우, 즉, 상기 실링부(115)가 세 모서리에 구비될 경우, 실링부(115)를 이루는 세 모서리는 전극 리드(116)를 구비하는 상기 전지 케이스(114)의 단축 테두리들 및 상기 전지 케이스(114)의 장축 테두리 중 어느 하나일 수 있다. 이때, 나머지 하나의 모서리, 즉, 상기 전지 케이스(114)의 장축 테두리 중 나머지 하나에는 도 5와 같이 실링부(115)가 구비되지 않을 수 있다.
여기서, 상기 실링부들(115) 중 적어도 하나는 상기 배터리 셀(110)의 적어도 일측면에서 적어도 1회 폴딩될 수 있다. 예로써, 도 4에 개시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(110)의 상기 장축 테두리 중 어느 하나에 구비되는 상기 실링부(115)는 2회 폴딩될 수 있다. 한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리 셀(120)의 실링부(125)는 폴딩 없이 구비되는 것도 가능할 수 있다.
사면 실링의 경우에는 상기 실링부(115)가 상기 전지 케이스(114)의 네 모서리에 모두 구비될 수 있다. 여기서, 상기 실링부들(115) 중 상기 배터리 셀(110)의 상기 장축 테두리에 구비되는 실링부들은 삼면 실링의 경우와 같이, 적어도 1회 폴딩되거나 또는 폴딩 없이 구비될 수 있다.
상기 전극 리드(116)는 상기 전극 조립체(112)에 연결되며, 상기 전지 케이스(114) 밖으로 돌출될 수 있다. 상기 전극 리드(116)는 한 쌍으로 구비되며, 각각, 양극 리드 및 음극 리드로 이루어질 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드들(116)은 상기 배터리 셀(110)의 단축 테두리들에 각각 구비되거나 또는 어느 하나의 단축 테두리들에 함께 구비될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 전극 리드들(116)은 버스 바 등을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 히트 싱크(200)는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각을 위한 것으로서, 냉매(R)의 유동을 위한 냉각 유로(205)를 구비할 수 있다. 여기서, 냉매(R)는 기체 또는 액체일 수 있는데, 본 실시예에서는 누전이나 방수 문제 등을 고려하여 수냉식 방식에 사용되는 액체 냉매일 수 있다. 상기 냉각 유로(205)는, 외부 냉각 장치로부터 상기 냉각 유로(205)로 냉매(R)를 공급하는 냉매 공급부(207) 및 상기 냉각 유로(205)로부터 냉매(R)를 상기 외부 냉각 장치로 배출하는 냉매 배출부(208)와 연결될 수 있다.
상기 히트 싱크(200)는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 양측, 구체적으로, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 각각의 배터리 셀(110)의 장축 방향에 따른 양측 테두리를 커버하며, 상기 배터리 어셈블리(100), 구체적으로, 각각의 배터리 셀(110)의 장축 방향에 따른 양측 테두리에 직접적으로 접촉될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는 상기 히트 싱크(200)가 각각의 배터리 셀(110)의 장축 방향에서 양측 테두리에 각각 접촉될 수 있다. 각각의 배터리 셀(110)에서의 열 전도도는 각각의 배터리 셀(110)의 단축 방향에서 높다. 본 실시예에 따른 상기 히트 싱크(200)는 각각의 배터리 셀(110)의 단축 방향 양단에서 각각 각각의 배터리 셀(110)의 장축 방향에서 양측 테두리에 직접 접촉되는 바, 보다 더 빨리 각각의 배터리 셀(110)의 열을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 히트 싱크(200)는 각각의 배터리 셀(110)에 접촉 배치되는 별도의 냉각 핀들 및 냉각 플레이트 대신에 각각의 배터리 셀(110)에 직접 접촉되는 바, 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 구성 시 냉각 핀들 및 냉각 플레이트를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 구성 시 상기 배터리 셀들(110)의 용적률을 높이며 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)에서는 상기 냉각 핀들 및 냉각 플레이트가 구비되지 않으므로, 종래 복수 개의 냉각 핀들과 냉각 플레이트와의 접촉 불량 문제 또한 발생되지 않을 수 있다.
이러한 상기 히트 싱크(200)는, 높은 열전도도를 갖는 알루미늄 등과 같은 금속 재질로 이루어지는 제1 냉각부재(210) 및 제2 냉각부재(220)를 포함할 수 있다.
상기 제1 냉각부재(210)는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 일측, 구체적으로, 각각의 배터리 셀(110)의 장축 방향에서의 일측 테두리를 커버하며, 각각의 배터리 셀(110)의 장축 방향에서의 일측면에 접촉될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 냉각부재(210)는 상기 각각의 배터리 셀(110)의 각각의 전지 케이스(114)의 일측면에 직접 접촉되고, 상기 각각의 배터리 셀(110)의 상기 전극 리드(116)를 사이에 두고 상기 제2 냉각부재(220)와 대향 배치될 수 있다.
상기 제1 냉각부재(210)에는 상기 냉각 유로(205)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 냉매 공급부(207)은 상기 제1 냉각부재(210)의 일측 단부에서 상기 냉각 유로(205)와 연결될 수 있고, 상기 냉매 배출부(208)는 상기 제1 냉각부재(210)의 타측 단부에서 상기 냉각 유로(205)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 냉매 공급부(207)를 통해 들어온 상기 냉매(R)는 상기 제1 냉각부재(210)의 상기 냉각 유로(205)를 따라 유동하여 상기 냉매 배출부(208)로 빠져 나가면서 상기 배터리 어셈블리(100)로부터 열을 전달 받은 상기 제1 냉각부재(210)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 제1 냉각부재(210)의 상기 냉각 유로(205)는 상기 냉각 유로(205)를 유동하는 냉매(R)의 유속을 증가시킬 수 있게 상기 제1 냉각부재(210)에서 적어도 1회 분기될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 냉각부재(210)의 상기 냉각 유로(205)는 상기 제1 냉각부재(210)에서 3회 분기될 수 있게 형성될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 냉각 유로(205)는 상기 냉매(R)의 유속을 증가시킬 수 있다면 기타 다양한 분기 회수를 갖도록 형성될 수 있고, 분기되는 형상 또한 다양하게 형성될 수 있다.
이러한 상기 제1 냉각부재(210)는 적어도 하나의 셀 접촉부(215)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 셀 접촉부(215)는 상기 제1 냉각부재(210)의 일면으로부터 상기 제1 냉각부재(210)의 길이 방향을 따라 길다란 바 형상으로 돌출되게 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 장축 방향에 따른 일측 방향에서, 마주 보는 두 개의 배터리 셀(110)의 일측면에 각각 접촉될 수 있다.
상기 셀 접촉부(215)는 복수 개로 구비될 수 있다. 복수 개로 구비될 경우, 상기 복수 개의 셀 접촉부들(215)은 상기 제1 냉각부재(210)의 수직 방향, 즉, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 적층 방향을 따라 서로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 셀 접촉부들(215)은 각각, 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀(110)의 일측면에 구비되는 실링부들(115) 사이에 배치될 수 있다. 도 4에 개시된 바와 같이, 실링부(115)들이 폴딩될 경우, 각각의 셀 접촉부들(215)은 배터리 셀들(110)과의 원활한 접촉을 위해 실링부들(115)의 폴딩으로 차지한 공간에서 간섭을 방지할 수 있게 이격될 수 있다. 만약, 도 6에 개시된 바와 같이 실링부들(125)이 폴딩되지 않을 경우에는, 상기 복수 개의 셀 접촉부들(235)은 복수 개의 배터리 셀들(120)의 상기 실링부들(125) 사이마다 배치될 수 있다. 또한, 도 7에 개시된 바와 같이, 일측 테두리에 실링부가 형성되지 않는 삼면 실링과 같은 경우에는, 상기 복수 개의 셀 접촉부들(215)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(130)의 일측면 모두에 접촉될 수 있게 구비될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 셀 접촉부들(215)을 통해 상기 배터리 셀들(110)에서 발생한 열은 상기 제1 냉각부재(210)로 효과적으로 전달될 수 있다.
상기 제2 냉각부재(220)는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 타측, 구체적으로, 각각의 배터리 셀(110)의 장축 방향에서의 타측 테두리를 커버하며, 각각의 배터리 셀(110)의 장축 방향에서의 타측면에 직접 접촉될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 냉각부재(220)는 상기 각각의 배터리 셀(110)의 각각의 전지 케이스(114)의 타측면에 직접 접촉되고, 상기 각각의 배터리 셀(110)의 상기 전극 리드(116)를 사이에 두고 상기 제1 냉각부재(210)와 대향 배치될 수 있다.
상기 제2 냉각부재(220)는 상기 제1 냉각부재(210)와 같이 상기 냉각 유로(205)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 냉매 공급부(207)은 상기 제2 냉각부재(220)의 일측 단부에서 상기 냉각 유로(205)와 연결될 수 있고, 상기 냉매 배출부(208)는 상기 제2 냉각부재(220)의 타측 단부에서 상기 냉각 유로(205)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 냉매 공급부(207)를 통해 들어온 상기 냉매(R)는 상기 제2 냉각부재(220)의 상기 냉각 유로(205)를 따라 유동하여 상기 냉매 배출부(208)로 빠져 나가면서 상기 배터리 어셈블리(100)로부터 열을 전달 받은 상기 제2 냉각부재(220)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상기 제2 냉각부재(220)의 상기 냉각 유로(205) 또한, 적어도 1회 분기될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 제1 냉각부재(210)의 상기 냉각 유로(205)와 같이 3회 분기되게 형성될 수 있다. 아울러, 상기 제2 냉각부재(220)의 상기 냉각 유로(205) 또한, 상기 냉매(R)의 유속을 증가시킬 수 있다면 기타 다양한 분기 회수를 갖도록 형성될 수 있고, 분기되는 형상 또한 다양하게 형성될 수 있다.
이러한 상기 제2 냉각부재(220), 또한, 상기 제1 냉각부재(210)와 같이, 적어도 하나의 셀 접촉부(225)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 셀 접촉부(225)는 제2 냉각부재(220)의 일면으로부터 상기 제2 냉각부재(220)의 길이 방향을 따라 길다란 바 형상으로 돌출되게 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 장축 방향에 따른 타측 방향에서, 마주 보는 두 개의 배터리 셀(110)의 타측면에 각각 접촉될 수 있다.
상기 셀 접촉부(225), 또한, 상기 제1 냉각부재(210)의 상기 셀 접촉부(215)와 같이 복수 개로 구비될 수 있다. 복수 개로 구비될 경우, 상기 복수 개의 셀 접촉부들(225)은 상기 제2 냉각부재(220)의 수직 방향, 즉, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)의 적층 방향을 따라 서로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 셀 접촉부들(225)은, 도 5에 개시된 바와 같이 서로 소정 거리 이격 배치되거나 또는 도 7에 개시된 바와 같은 구조로써 상기 복수 개의 배터리 셀들의 타측면 모두에 접촉될 수 있게 구비될 수 있다.
한편, 상기 복수 개의 셀 접촉부들(225)은 사면 실링일 경우, 제1 냉각부재(210)의 상기 복수 개의 셀 접촉부들(215)과 같이, 각각, 마주 보는 두 개의 배터리 셀(110)의 타측면에 구비되는 실링부들 사이에 배치될 수 있다. 아울러, 이러한 실링부들이 폴딩될 경우, 각각의 셀 접촉부들(225)은 제1 냉각부재(210)의 상기 복수 개의 셀 접촉부들(215)과 같이, 배터리 셀들(110)과의 원활한 접촉을 위해 실링부들의 폴딩으로 차지한 공간에서 간섭을 방지할 수 있게 이격될 수 있다. 만약, 실링부들이 폴딩되지 않을 경우에는, 상기 복수 개의 셀 접촉부들(225)은 제1 냉각부재(210)의 상기 복수 개의 셀 접촉부들(215)과 같이, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 실링부들 사이마다 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 셀 접촉부들(225)을 통해 상기 배터리 셀들(110)에서 발생한 열은 상기 제2 냉각부재(220)로 효과적으로 전달될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 배터리 팩(P)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(P)은 자동차의 연료원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(P)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(P)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(P)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(P)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(P)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(P) 및 자동차를 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
10: 배터리 모듈 100: 배터리 셀 어셈블리
110: 배터리 셀 112: 전극 조립체
114: 전지 케이스 115: 실링부
116: 전극 리드 200: 히트 싱크
205: 냉각 유로 207: 냉매 공급부
208: 냉매 배출부 210: 제1 냉각부재
215: 셀 접촉부 220: 제2 냉각부재
225: 셀 접촉부

Claims (14)

  1. 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들로 이루어지는 배터리 셀 어셈블리; 및
    상기 배터리 셀 어셈블리의 냉각을 위해 냉매가 유동하는 냉각 유로를 구비하고, 상기 배터리 셀 어셈블리의 양측을 커버하며, 상기 배터리 어셈블리에 직접적으로 접촉되는 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히트 싱크는,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 일측을 커버하며, 각각의 배터리 셀의 일측면에 접촉되는 제1 냉각부재; 및
    상기 배터리 셀의 어셈블리의 타측을 커버하며, 각각의 배터리 셀의 타측면에 접촉되는 제2 냉각부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉각부재에는 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀의 일측면에 접촉되는 적어도 하나의 셀 접촉부가 구비되며,
    상기 제2 냉각부재에는 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀의 타측면에 접촉되는 적어도 하나의 셀 접촉부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 배터리 셀의 일측면에는 실링부가 구비되며,
    상기 제1 냉각부재의 상기 적어도 하나의 셀 접촉부는 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀의 일측면에 구비되는 실링부들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 냉각부재의 셀 접촉부는 복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 셀 접촉부들은 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    각각의 배터리 셀의 타측면에는 실링부가 구비되며,
    상기 제2 냉각부재의 상기 적어도 하나의 셀 접촉부는 상기 마주 보는 두 개의 배터리 셀의 타측면에 구비되는 실링부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 냉각부재의 셀 접촉부는 복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 셀 접촉부들은 상기 복수 개의 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉각부재 및 상기 제2 냉각부재에는, 각각, 상기 냉각 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 냉각 유로는,
    상기 냉각 유로로 냉매를 공급하는 냉매 공급부 및 상기 냉각 유로로부터 냉매를 배출하는 냉매 배출부에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉매 공급부는 상기 제1 냉각부재의 일측 단부와 상기 제2 냉각부재의 일측 단부에서 각각 상기 냉각 유로들과 연결되며,
    상기 냉매 배출부는 상기 제1 냉각부재의 타측 단부와 상기 제2 냉각부재의 타측 단부에서 각각 상기 냉각 유로들과 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    각각의 냉각 유로는 적어도 1회 분기되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제2항에 있어서,
    각각의 배터리 셀은,
    전극 조립체;
    상기 조립체를 수용하는 전지 케이스; 및
    상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며, 상기 전극 조립체에 연결되는 전극 리드;를 포함하며,
    각각의 전지 케이스의 일측면에는 상기 제1 냉각부재가 접촉되고, 각각의 전지 케이스의 타측면에는 상기 제2 냉각부재가 접촉되며,
    각각의 전극 리드는 상기 제1 냉각부재와 상기 제2 냉각부재 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 따른 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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