KR20170040629A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

배터리 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀을 수납하는 다수의 카트리지들을 포함하는 카트리지 조립체; 상기 카트리지 조립체를 둘러싸는 케이싱; 및 상기 배터리 셀과 상기 케이싱을 관통하며, 상기 배터리 셀의 스웰링 발생시 스웰링을 억제할 수 있도록 상기 케이싱을 가압하는 가압유닛을 구비한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀의 스웰링 발생시 가압유닛이 배터리 셀을 가압하여 팽창 내지 변형이 방지될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 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.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
한편, 리튬 이차 전지는, 이차 전지의 충전과 방전시 발생되는 가스로 인해 이차 전지가 팽창 및 수축되는 스웰링(swelling) 현상이 반복하여 발생될 수 있으며, 종래 기술의 경우, 배터리 셀의 중앙 부위에 과도한 변형이 발생되어 주요 구조물이 손상되는 문제점이 있다.
그리고, 배터리 모듈의 냉각과 관련하여, 종래 기술의 경우, 배터리 셀에서 발생되는 열을 냉각시키는 쿨링플레이트가 바닥면에 위치하여 하측에서는 냉각이 원활하게 이루어지지만 상측에서는 냉각정도가 미미하여 배터리 셀의 상측과 하측에서 온도차가 발생되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 공개번호:제10-2011-0107448호(공개일자:2011년10월04일)
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배터리 셀의 스웰링 발생시 가압유닛이 배터리 셀을 가압하여 팽창 내지 변형이 방지될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한, 가압유닛 내부에 결합되는 냉각 유로를 통해 냉각 유체가 흐르게 되어 배터리 셀의 중심부가 냉각될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀을 수납하는 다수의 카트리지들을 포함하는 카트리지 조립체; 상기 카트리지 조립체를 둘러싸는 케이싱; 및 상기 배터리 셀과 상기 케이싱을 관통하며, 상기 배터리 셀의 스웰링 발생시 스웰링을 억제할 수 있도록 상기 케이싱을 가압하는 가압유닛을 구비하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
또한, 상기 케이싱에 결합될 수 있는 커버를 더 구비할 수 있다.
그리고, 상기 가압유닛은, 길이방향으로 형성되어 복수의 배터리 셀을 관통하는 관통부재; 및 상기 관통부재에 결합되어 상기 케이싱을 가압하는 가압부재를 구비할 수 있다.
또한, 상기 관통부재의 단부에는 나사산이 형성되어 있으며, 상기 가압부재는 상기 나사산에 결합되어 상기 케이싱을 가압하도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 배터리 셀은 복수로 마련되고, 복수의 상기 배터리 셀들에는 관통공이 형성될 수 있다.
또한, 상기 관통공은 상기 배터리 셀의 중심부에 적어도 하나가 형성되며, 상기 가압유닛이 상기 관통공에 결합될 수 있다.
그리고, 상기 관통공에는 밀봉을 위한 실링부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 가압유닛에는 내부가 비어 있는 중공부가 형성되며, 상기 중공부에는 냉각 유체가 흐를 수 있는 냉각 유로가 결합될 수 있다.
그리고, 상기 냉각 유로를 통해 흐르는 냉각 유체가 상기 배터리 셀의 중심부를 냉각시키기 위해, 상기 가압유닛은 상기 배터리 셀의 중심부를 관통할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 카트리지 조립체와 케이싱을 관통하는 가압유닛이 배터리 셀의 스웰링 발생시 배터리 셀을 가압하므로, 배터리 모듈의 팽창 내지 변형이 방지될 수 있는 효과가 있다.
또한, 가압유닛 내부에 결합되는 냉각 유로를 통해 냉각 유체가 흐르게 되어 배터리 셀의 중심부가 냉각될 수 있으며, 이에 의해, 배터리 셀의 전체가 균등하게 냉각될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이다.
도 3은 도 2의 결합 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가압유닛과 냉각 유로의 분리도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이며, 도 3은 도 2의 결합 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 카트리지 조립체(100)와, 케이싱(200)과, 가압유닛(600)을 구비하며, 커버(300)를 더 구비할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 카트리지 조립체(100)는 배터리 셀(110)을 수납하는 다수의 카트리지들이 구비된다. 카트리지 조립체(100)는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀(110)을 수납할 수 있는 수납부가 형성된 다수의 카트리지들이 적층될 수 있다. 카트리지 조립체(100)는 케이싱(200)과 커버(300)의 결합에 의해 형성되는 공간 내부에 수용되며, 카트리지에 수납된 배터리 셀(110)은 상기 공간 내부에 수용되어 보호될 수 있다. 카트리지 조립체(100)는 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 구비될 수 있다. 커넥터 요소(120)는, 예를 들어, 배터리 셀(110)의 전압 또는 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재가 포함될 수 있다. 그리고, 단자 요소(130)는 배터리 셀(110)에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소(130)는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 케이싱(200)은 카트리지 조립체(100)의 둘러싸며 이에 의해 외부의 진동이나 충격으로부터 카트리지 조립체(100)를 보호한다. 케이싱(200)은 카트리지 조립체(100)의 전체를 둘러싸도록 구성될 수 있고, 또는, 카트리지 조립체(100)의 일부만 둘러싸도록 구성될 수도 있다. 케이싱(200)은 카트리지 조립체(100)에 기판보호체(500)가 결합된 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 카트리지 조립체(100)에 기판보호체(500)가 결합된 형상이 육면체 형상으로 마련되는 경우, 케이싱(200)도 이에 대응되도록 육면체 형상으로 마련될 수 있다. 케이싱(200)은 예를 들어, 금속 재질의 플레이트로 제조될 수 있다. 그리고, 케이싱(200)은 일체형 내지 분리형으로 제조될 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 케이싱(200)이 일체형인 경우를 중심으로 설명하기로 하며, 다만, 본 발명의 권리범위가 일체형에 한정되는 것은 아님을 밝혀 둔다. 케이싱(200)은 예를 들어, 금속 재질의 플레이트를 절곡하여 제조될 수 있으며, 이에 의해, 케이싱(200)은 일체형으로 제조될 수 있다. 케이싱(200)이 금속 재질의 플레이트로 제조되는 경우 케이싱(200)은 전면 플레이트(210)와, 후면 플레이트(220)와, 측면 플레이트(230)와, 상면 플레이트(240)를 구비할 수 있다. 그리고, 케이싱(200)이 일체형으로 제조되는 경우, 즉, 전면 플레이트(210)와, 후면 플레이트(220)와, 측면 플레이트(230)와, 상면 플레이트(240)가 일체형으로 제조되는 경우 결합 공정이 간단해지고 단순화되는 효과가 있다. 즉, 종래의 경우 배터리 셀(110)은 분리되어 있는 복수의 보호 플레이트가 각각 결합되며, 복수의 보호 플레이트가 예를 들어, 용접으로 결합되는 경우 복수의 보호 플레이트 각각을 모두 용접해야 하므로 결합 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. 그리고, 복수의 보호 플레이트가 각각 구비되어야 하므로 부품수가 증가하는 문제점도 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 경우 케이싱(200)이 일체형으로 마련될 수 있으므로 종래 기술에 비해 부품수가 감소하고 또한, 용접 횟수가 감소되어 결합공정이 간단해지고 단순화되는 효과가 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서 케이싱(200), 즉, 전면 플레이트(210)와, 후면 플레이트(220)와, 측면 플레이트(230)와, 상면 플레이트(240)는 분리된 형태로 마련되어 각각 용접 등의 다양한 접합 방식에 의해 결합될 수도 있다.
케이싱(200)은 카트리지 조립체(100)를 수납하기 위해 개구부(250)가 형성될 수 있다. 도 2에서는 케이싱(200)의 하측에 개구부(250)가 형성되며, 케이싱(200)이 카트리지 조립체(100)의 상측으로부터 카트리지 조립체(100)를 수납하여 둘러싸도록 마련되지만, 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 케이싱(200)의 상측에 개구부(250)가 형성되고 케이싱(200)이 카트리지 조립체(100)의 하측으로부터 카트리지 조립체(100)를 수납하여 둘러싸도록 마련될 수도 있다.
케이싱(200)은 전술한 바와 같이 일체형으로 마련되는 경우 가공의 용이성을 위해 제1 전면 플레이트(211)와 제2 전면 플레이트(212)가 상호 접합될 수 있게 절개된 접합부(260)가 구비될 수 있으며, 접합부(260)의 용접에 의해 제1 전면 플레이트(211)와 제2 전면 플레이트(212)가 결합될 수 있다. 다만, 제1 전면 플레이트(211)와 제2 전면 플레이트(212)의 결합 방식이 용접에 한정되는 것은 아니며, 접합부(260)는 리벳, 볼트, 핀, 브라켓 또는 모멘트 접합 방식 등의 다양한 방식을 사용하여 제1 전면 플레이트(211)와 제2 전면 플레이트(212)가 결합될 수 있다. 그리고, 후면 플레이트(220) 역시 전술한 전면 플레이트(210)와 마찬가지로 접합부(260)에 접합되며 용접을 포함하는 다양한 접합 방식에 의해 상호 결합될 수 있다. 후면 플레이트(220)에 대한 상세한 설명은 전면 플레이트(210)에 대한 설명으로 대체한다.
케이싱(200)에는 전술한 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 외부로 노출될 수 있는 관통부(270)가 형성될 수 있다. 즉, 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)는 외부의 소정 부품 내지 부재와 전기적으로 연결될 수 있으며, 이러한 전기적 연결이 케이싱(200)에 의해 방해되지 않도록 케이싱(200)에 관통부(270)가 형성된다. 그리고, 도 2 및 도 3을 참조하면, 케이싱(200)에 형성된 관통부(270)를 통해 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 케이싱(200)의 외부로 노출되어 외부 구성과 연결될 수 있다. 관통부(270)는 케이싱(200)의 적어도 일면을 절개하도록 형성될 수 있으며, 이 경우, 관통부(270)는 접합부(260)에 인접한 케이싱(200)의 면의 영역에 형성될 수 있다. 여기서, 관통부(270)가 반드시 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 외부로 노출되도록 절개되어 형성될 필요는 없으며, 커넥터 요소(120) 또는 단자 요소(130)가 외부 구성과 전기적으로 연결될 수만 있다면 전선 등이 들어갈 수 있는 작은 구멍으로 형성될 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 가압유닛(600)은 케이싱(200)이 카트리지 조립체(100)를 둘러싸고 있는 상태에서 배터리 셀(110)과 케이싱(200)을 관통하여 케이싱(200)을 가압하며 배터리 셀(110)의 스웰링 발생시 스웰링을 억제한다.
가압유닛(600)은 관통부재(610)와, 가압부재(620)를 구비할 수 있다. 관통부재(610)는 길이방향으로 형성되며 케이싱(200)과 복수의 배터리 셀(110)을 관통한다. 관통부재(610)는 하나 이상이 구비될 수 있으며(도 2 및 도 3 참조), 배터리 셀(110) 또는 케이싱(200)의 가상의 수직선(L1)을 기준으로 그 중심부에 위치할 수 있다(도 1 참조). 즉, 배터리 셀(110)에 스웰링이 발생되면, 특히, 배터리 셀(110)의 중앙 부위에 과도한 변형이 발생될 수 있으므로, 본 발명의 실시예의 경우 관통부재(610)가 배터리 셀(110) 또는 케이싱(200)의 중심부에 위치하여 배터리 셀(110)의 중앙 부위의 과도한 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다. 여기서, 배터리 셀(110) 또는 케이싱(200)의 중심부는 배터리 셀(110) 또는 케이싱(200)의 정확한 중심뿐만 아니라 배터리 셀(110) 또는 케이싱(200)의 정확한 중심으로부터 소정 간격 이격되어 있지만 배터리 셀(110)의 스웰링시 그 변형을 방지할 수 있는 위치 역시 포함되는 개념으로 이해되어져야 한다. 관통부재(610)는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 단면이 원형으로 형성될 수 있다. 그리고, 관통부재(610)는 단부에 나사산(611)이 형성될 수 있다. 이 경우, 가압부재(620)는 관통부재(610)에 형성된 나사산(611)에 결합되어 케이싱(200)을 가압할 수 있다. 여기서, 가압부재(620)는 너트일 수 있다. 즉, 관통부재(610)의 단부에 나사산(611)이 형성되는 경우 너트가 나사산(611)에 결합되어 조여지면서 케이싱(200)을 가압하며, 스웰링시 배터리 셀(110)을 가압하여 배터리 모듈(10)의 팽창 내지 변형을 방지한다. 가압부재(620)는 용접, 리벳 또는 핀 등의 접합방식 등의 다양한 방식에 의해 관통부재(610)에 결합될 수 있으며, 이 경우, 관통부재(610)의 단부에는 나사산(611)이 형성되지 않을 수 있다. 도 3의 A부분의 경우, 설명의 편의를 위해 관통부재(610)가 케이싱(200)으로부터 소정 부분 돌출되어 있지만, 도 3의 A부분에서 관통부재(610)는 가압부재(620)가 나사산(611)에 결합되어 케이싱(200)을 가압할 수 있도록 보다 더 삽입되어져야 할 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 셀(110)은 복수로 마련될 수 있으며, 복수의 배터리 셀(110)들은 카트리지에 수납되어 나란하게 근접 배치될 수 있다. 그리고, 복수의 배터리 셀(110)들에는 관통공(111)이 각각 형성될 수 있으며, 케이싱(200)에는 관통공(111)에 대응되는 위치에 구멍(280)이 형성될 수 있다. 즉, 케이싱(200)이 카트리지 조립체(100)를 둘러싸면 관통부재(610)가 케이싱(200)의 구멍(280)에 삽입되어 구멍(280)을 통해 관통공(111)을 관통한다. 여기서, 관통공(111)은 배터리 셀(110)의 가상의 수직선(L1)을 기준으로 배터리 셀(110)의 중심부에 형성될 수 있다. 그리고, 관통공(111)이 복수로 형성되는 경우 복수의 관통공(111)들은 배터리 셀(110)의 중심부를 지나는 가상의 수평선(L2)상에 위치할 수 있다. 배터리 셀(110)에는 관통공(111)이 형성될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 한국공개특허 공개번호 제10-2013-0105272호(공개일자 : 2013년 09월 25일)를 참조할 수 있다. 즉, 배터리 셀(110)의 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 배터리 케이스에 관통공(111)이 형성되며, 베터리 케이스 내부에 수납되는 전극조립체도 배터리 케이스의 관통공(111)에 대응되도록 관통구가 형성될 수 있다. 한편, 관통공(111)에는 배터리 셀(110) 내부의 구성을 밀봉하기 위해 실링부(116)가 구비될 수 있으며, 실링부(116)는 열 융착에 의해 실링될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 커버(300)는 케이싱(200), 특히, 케이싱(200)의 개구부(250)에 결합될 수 있다. 즉, 케이싱(200)과 커버(300)의 결합에 의해 형성되는 공간에 카트리지 조립체(100)가 수용되며, 외부의 진동이나 충격으로부터 카트리지 조립체(100)가 보호될 수 있다.
커버(300)는 용접, 볼트, 핀 등의 다양한 방식에 의해 케이싱(200)에 결합될 수 있으며, 바람직하게는 후술하는 바와 같이 후크 부재(400)에 의해 결합될 수 있다.
커버(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(200)의 하측에 개구부(250)가 형성되는 경우 케이싱(200)의 하측에서 케이싱(200)의 개구부(250)에 결합될 수 있다. 이 경우, 커버(300)는 카트리지 조립체(100)의 하측을 보호한다. 다만, 커버(300)의 결합위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 도면에 도시되지는 않았지만, 케이싱(200)의 상측에 개구부(250)가 형성되는 경우 커버(300)는 케이싱(200)의 상측에서 케이싱(200)의 개구부(250)에 결합될 수 있다. 이 경우, 커버(300)는 카트리지 조립체(100)의 상측을 보호한다.
도 2를 참조하면, 기판보호체(500)는 카트리지 조립체(100)에 결합되어 배터리 모듈(10) 내부의 다양한 기판을 보호한다. 그리고, 기판보호체(500)는 플라스틱재로 마련되어 사출 성형으로 제조될 수 있다. 기판은 각종 전기 회로가 구비되는 판으로, 기판에는 전기에너지를 전달하도록 마련되는 버스바(Bus Bar)가 포함될 수 있다. 즉, 기판보호체(500)는 기판과, 기판에 구비된 버스바를 보호할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 케이싱(200)과 커버(300)는 후크 부재(400)가 구비되어 선택적으로 결합 및 결합해제될 수 있다. 케이싱(200)과 커버(300)는 볼팅 내지 용접으로 결합될 수도 있지만, 케이싱(200)과 커버(300)가 볼팅으로 결합되는 경우 볼트의 삽입을 위한 작업 공간이 확보되어야 하므로 필요 이상의 공간이 낭비되는 문제점이 있으며, 케이싱(200)과 커버(300)가 용접으로 결합되는 경우 배터리 모듈(10) 내부에 셀 스웰링 등의 이상 현상 발생시 분리가 극히 어려운 문제점이 있다. 하지만, 케이싱(200)과 커버(300)가 후크 부재(400)를 사용하여 결합되는 경우 결합이 용이하고 볼팅시와 같은 작업 공간이 필요 없어 낭비되는 공간이 없으며, 배터리 모듈(10) 내부에 이상 현상 발생시 쉽게 분리하여 이를 처리할 수 있는 효과가 있다. 다만, 본 발명의 실시예에서 케이싱(200)과 커버(300)가 볼팅 내지 용접에 의해 결합되는 것을 배제하는 것은 아니며, 필요에 따라 케이싱(200)과 커버(300)는 볼팅 및 용접을 포함하는 보다 다양한 방식에 의해 결합될 수 있음을 밝혀 둔다.
후크 부재(400)는 후크 돌기(410)와, 상기 후크 돌기(410)가 체결되는 체결공(420)으로 마련될 수 있다. 도 1을 참조하면, 후크 돌기(410)는 하나 이상 구비되어 케이싱(200)에 마련될 수 있고, 체결공(420)은 후크 돌기(410)의 개수와 위치에 대응되도록 커버(300)에 마련될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 후크 돌기(410)는 하나 이상 구비되어 커버(300)에 마련될 수 있고, 체결공(420)은 후크 돌기(410)의 개수와 위치에 대응되도록 케이싱(200)에 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 가압유닛과 냉각 유로의 분리도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 가압유닛(600)에는 내부가 비어 있는 중공부(612)가 형성될 수 있으며, 중공부(612)에는 냉각 유체가 흐를 수 있는 냉각 유로(700)가 삽입되어 결합될 수 있다. 특히, 가압유닛(600)은 배터리 셀(110)의 가상의 수직선(L1)을 기준으로 중심부를 관통하도록 마련될 수 있으며, 이 경우, 가입유닛에 삽입되는 냉각 유로(700)를 통해 흐르는 냉각 유체가 배터리 셀(110)의 중심부를 냉각할 수 있다. 종래의 경우 배터리 셀(110)을 냉각시키기 위해 쿨링 플레이트(미도시)가 배터리 셀(110)의 상측 또는 하측에 결합되었으며, 이 경우, 배터리 셀(110)의 일측은 충분히 냉각될 수 있지만, 다른 측은 냉각정도가 미미하여 발열로 인한 문제점이 있었다. 하지만, 본 발명의 실시예의 경우 전술한 바와 같이, 냉각 유로(700)가 배터리 셀(110)의 중심부에 배치되어 냉각 유체가 배터리 셀(110)의 중심부를 냉각하므로, 배터리 셀(110)의 전체를 고르게 냉각시킬 수 있게 된다. 여기서, 배터리 셀(110)의 중심부로부터 멀어지는 배터리 셀(110)의 가장자리에는 쿨링 플레이트(미도시)가 결합될 수 있다. 그리고, 가압유닛(600)이 반드시 배터리 셀(110)의 중심부에 배치될 필요는 없다. 즉, 복수개의 가압유닛(600)이 배터리 셀(110)의 중심부를 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 각각의 가압유닛(600)에는 냉각 유로(700)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 4개의 가압유닛(600)이 배터리 셀(110)의 중심부로부터 소정 간격 이격되어 배터리 셀(110)의 중심부를 사각형으로 둘러싸도록 구성될 수도 있고, 또는, 4개 이상의 가압유닛(600)이 배터리 셀(110)의 중심부로부터 소정 간격 이격되어 배터리 셀(110)의 중심부를 원형을 포함하는 다각형으로 둘러싸도록 구성될 수도 있다. 냉각 유로(700)는 냉각 유체가 흐를 수 있는 다양한 형상 내지 재질로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 냉각 튜브로 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 관통부재(610)와 가압부재(620)를 포함하는 가압유닛(600)은 복수로 마련되어 배터리 셀(110)의 가상의 수직선(L1)을 기준으로 중심부에 위치할 수 있다. 그리고, 관통부재(610)가 케이싱(200)의 구멍(280)과, 배터리 셀(110)의 관통공(111)을 통해 복수의 배터리 셀(110)을 관통하면, 가압부재(620)가 관통부재(610)의 단부에 형성된 나사산(611)에 결합되어 케이싱(200)을 가압한다. 이에 의해 배터리 셀(110)의 스웰링 발생시 배터리 셀(110)을 가압하여 배터리 모듈(10)의 팽창 내지 변형을 방지한다.
또한, 도 1 및 도 4를 참조하면, 가압유닛(600)은 배터리 셀(110)의 가상의 수직선(L1)을 기준으로 중심부에 위치할 수 있고, 냉각 유로(700)는 가압유닛(600)의 내부에 형성된 중공부(612)에 삽입되어 결합될 수 있으며, 냉각 유로(700)를 통해 흐르는 냉각 유체가 배터리 셀(110)을 냉각한다. 이에 의해, 배터리 셀(110)의 중심부가 냉각될 수 있고, 배터리 셀(110)의 전체가 균등하게 냉각될 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(미도시)에는 상기 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 수 있다.
이상에서 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.
10 : 배터리 모듈 100 : 카트리지 조립체
110 : 배터리 셀 111 : 관통공
116 : 실링부 120 : 커넥터 요소
130 : 단자 요소 200 : 케이싱
210 : 전면 플레이트 220 : 후면 플레이트
230 : 측면 플레이트 240 : 상면 플레이트
250 : 개구부 260 : 접합부
270 : 관통부 300 : 커버
400 : 후크 부재 410 : 후크 돌기
420 : 체결공 500 : 기판보호체
600 : 가압유닛 610 : 관통부재
611 : 나사산 612 : 중공부
620 : 가압부재 700 : 냉각 유로

Claims (11)

  1. 배터리 셀을 수납하는 다수의 카트리지들을 포함하는 카트리지 조립체;
    상기 카트리지 조립체를 둘러싸는 케이싱; 및
    상기 배터리 셀과 상기 케이싱을 관통하며, 상기 배터리 셀의 스웰링 발생시 스웰링을 억제할 수 있도록 상기 케이싱을 가압하는 가압유닛을 구비하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱에 결합될 수 있는 커버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압유닛은,
    길이방향으로 형성되어 복수의 배터리 셀을 관통하는 관통부재; 및
    상기 관통부재에 결합되어 상기 케이싱을 가압하는 가압부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 관통부재의 단부에는 나사산이 형성되어 있으며, 상기 가압부재는 상기 나사산에 결합되어 상기 케이싱을 가압하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 복수로 마련되고, 복수의 상기 배터리 셀들에는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 배터리 셀의 중심부에 적어도 하나가 형성되며, 상기 가압유닛이 상기 관통공에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 관통공에는 밀봉을 위한 실링부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가압유닛에는 내부가 비어 있는 중공부가 형성되며, 상기 중공부에는 냉각 유체가 흐를 수 있는 냉각 유로가 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각 유로를 통해 흐르는 냉각 유체가 상기 배터리 셀의 중심부를 냉각시키기 위해, 상기 가압유닛은 상기 배터리 셀의 중심부를 관통하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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