KR20170094976A - 셀 커버의 구조가 개선된 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판상 구조를 가진 복수개의 셀; 및 각각의 셀을 수용할 수 있는 플라스틱 재질의 판상 몸체를 구비하고, 서로 연쇄적으로 끼워 맞춤되어 적층되는 복수개의 셀 커버;를 포함하고, 상기 셀 커버의 상하면에는 와류 형성용 돌기가 다수 형성되어 있으며, 서로 대향하는 측부에는 공기의 유동을 위한 관통부가 형성되어 있고, 서로 끼워 맞춤된 셀 커버들 사이의 유로 공간에서 상기 와류 형성용 돌기들이 서로 어긋나게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 개시한다.

Description

셀 커버의 구조가 개선된 배터리 모듈{BATTERY MODULE IMPROVED IN CELL COVER STRUCTURE}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 셀들이 적층되어 있는 구조를 가진 배터리 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리 모듈은 다수의 단위셀들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 코어 팩에 보호회로 등을 접속함으로써 제조된다.

단위셀로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스바 등의 접속부재로 연결하여 제조할 수 있다.

배터리 모듈을 이루는 단위셀들의 적층과 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여, 일반적으로는 하나 또는 둘 이상의 단위셀을 장착할 수 있는 셀 카트리지가 사용되고 있다.

이러한 셀 카트리지는 적층이 용이하게 이루어질 수 있도록 구성되어야 하며, 장착된 단위셀을 안정적으로 감싸서 보호하면서도 효율적으로 냉각시킬 수 있는 구조가 요구된다.

배터리 모듈에 대한 냉각 시스템은 수냉식과 공냉식으로 나눠질 수 있다. 그 중 공냉식 냉각 시스템은 알루미늄 등과 같이 열전도율이 높은 금속재질의 부품을 이용하여 셀 커버를 제작하여 단위셀을 감싸고, 상기 셀 커버를 이용해 셀 사이에 이격공간을 형성하여 공기의 유로를 만들고, 유로를 따라 공기가 유동하여 높은 열전도율의 금속과 셀 간의 열전도 및 대류를 통해 냉각이 이루어지도록 구성된다. 이와 같은 냉각 구조를 가진 셀 카트리지에 관한 기술은 특허문헌 1에 개시되어 있다.

그러나, 종래의 셀 카트리지는 열전도율을 고려하여 알루미늄과 같은 금속 재질만으로 셀 커버가 제작됨으로 인해 가격이 고가인 문제가 있고, 셀과 셀 커버 간의 결합이 긴밀히 이루어지기가 어려워 박형화에 한계가 있다.

특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제2011-0116529호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 금속 재질에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 재질로 제작될 수 있는 구조를 가진 셀 커버를 구비한 배터리 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 대류열전달계수를 높일 수 있는 구조물이 셀 커버에 마련되어 공냉 효율을 개선할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 판상 구조를 가진 복수개의 셀; 및 각각의 셀을 수용할 수 있는 플라스틱 재질의 판상 몸체를 구비하고, 서로 연쇄적으로 끼워 맞춤되어 적층되는 복수개의 셀 커버;를 포함하고, 상기 셀 커버의 상하면에는 와류 형성용 돌기가 다수 형성되어 있으며, 서로 대향하는 측부에는 공기의 유동을 위한 관통부가 형성되어 있고, 서로 끼워 맞춤된 셀 커버들 사이의 유로 공간에서 상기 와류 형성용 돌기들이 서로 어긋나게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.

상기 셀 커버는 플라스틱 진공 사출에 의해 성형되어 상기 셀을 감싸는 것이 바람직하다.

상기 와류 형성용 돌기는 상기 셀 커버와 일체로 성형된 반구형 돌출 구조물인 것이 바람직하다.

상기 와류 형성용 돌기의 높이와 상기 셀 커버들 사이의 유로 공간의 높이는 서로 일치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 플라스틱 사출성형에 의해 제작되는 판상의 셀 커버가 채용되므로 생산비용을 절감하면서도 셀에서 발생하는 열을 효과적으로 공냉시킬 수 있다.

또한, 셀 커버들 사이의 유로공간에서 서로 어긋나게 형성된 돌기 구조물에 의해 와류가 형성되어 대류열전달계수를 높일 수 있는 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 2에서 셀의 배치예를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 도 1에서 셀 커버의 와류 발생 작용을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 정면도이다.

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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 정면도, 도 3은 도 2에서 셀의 배치예를 도시한 부분 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수개의 셀(100)과, 각각의 셀(100)을 직접적으로 감싸서 보호하고 상하면에는 와류 형성용 돌기(112)가 다수 형성되어 있는 플라스틱 재질의 셀 커버(110)를 포함한다.

셀(100)은 적어도 일측에 전극단자(101)가 부착되어 있는 얇은 판상 몸체를 갖는 것으로서, 바람직하게 파우치형 이차전지에 의해 구성된다. 복수개의 셀(100)은 일정 간격으로 배열되어 실질적으로 적층 구조를 이룬다.

셀 커버(110)는 각각의 셀(100)을 그립(Grip)하여 유동하지 못하게 수용하는 것으로서 상하부를 포함하여 전체적으로 셀(100)의 형상에 실질적으로 대응하는 판상의 몸체를 갖도록 구성된다. 셀 커버(110)는, 셀 지지용 프레임으로 통상적으로 사용되는 알루미늄과 같은 금속에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 플라스틱 재질로 이루어진다. 플라스틱 재질의 열전달 성능 저하를 보상하기 위해 셀 커버(110)는 플라스틱 사출성형 공법에 의해 얇은 두께로 성형된다. 열전도율을 높이기 위해서는 셀 커버(110)가 가능한 한 얇게 형성되어야 하는 점을 고려할 때, 셀 커버(110)는 예컨대, 플라스틱 진공 사출성형과 같이 얇은 제품을 사출성형할 수 있는 공법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

셀 커버(110)는 서로 연쇄적으로 끼워 맞춤되어 적층된다. 이를 위해, 셀 커버(110)의 상부 형상과 하부 형상은 서로 형합 가능하게 대응되는 구조를 갖도록 설계된다.

셀 커버(110)에 있어서, 서로 대향하는 양측부에는 공기의 유동을 위해 공기를 유입 및 유출시킬 수 있도록 개방된 구조를 가진 관통부(111)가 형성되어 있다.

플라스틱 재질로 이루어진 셀 커버(110)의 열전달 성능을 더욱 향상시키기 위해, 셀 커버(110)의 상하면에는 와류 형성용 돌기(112)가 다수 형성되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 와류 형성용 돌기(112)는 셀 커버(110)들 사이의 유로 공간에 와류를 형성하여 대류열전달계수를 높이는 작용을 한다. 대류열전달계수를 효과적으로 높이기 위해, 와류 형성용 돌기(112)는 서로 끼워 맞춤된 셀 커버(110)들 사이의 유로 공간에서 서로 어긋나게 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 서로 끼워 맞춤된 셀 커버(110)들 사이의 유로 공간에서 와류 형성용 돌기(112)들은 서로 접촉하지 않는다. 이를 위해서는, 도 5에 도시된 바와 같이 셀 커버(110)의 상면에 위치한 와류 형성용 돌기(112)의 열(또는 행)과 셀 커버(110)의 하면에 위치한 와류 형성용 돌기(112)의 열(또는 행)은 서로 정대향하지 않고 어긋나게 형성되어 있다.

와류 형성용 돌기(112)는 그 주변으로 효과적으로 와류를 형성하기 위하여 반구형 돌출 구조물로 이루어진다. 이러한 반구형 돌출 구조물은 셀 커버(110)와 일체로 사출성형되는 것이 바람직하다. 와류 형성용 돌기(112)의 높이는 셀 커버(110)들 사이의 유로 공간의 높이와 일치하게 설계되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 도 3에 나타난 바와 같이 와류 형성용 돌기(112)는 셀 커버(110)들 사이에서 지지 작용을 하게 되므로 셀(100)이 수용된 셀 커버(110)의 처짐을 방지하는 등 적층 구조를 안정적으로 유지할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 플라스틱 재질로 이루어진 셀 커버(110)들에 의해 복수의 셀(100)이 안정적으로 그립되고, 셀 커버(110)들이 플라스틱 사출성형에 의해 얇게 성형되므로 셀(100)에서 발생하는 열을 박형의 셀 커버(110)들을 통해 공기중으로 신속히 방출할 수 있다.

또한, 셀 커버(110)의 측면에 형성된 관통부(111)를 통해 유입되어 흐르는 공기는 셀 커버(110)들 사이의 유로 공간에서 서로 어긋나게 배치되어 있는 와류 형성용 돌기(112)에 의해 흐름이 방해되어 와류를 형성하며 유동하게 되므로 대류열전달계수가 높아져서 공냉 효율이 향상될 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.

100: 셀 110: 셀 커버
111: 관통부 112: 와류 형성용 돌기

Claims (4)

1. 판상 구조를 가진 복수개의 셀; 및
   각각의 셀을 수용할 수 있는 플라스틱 재질의 판상 몸체를 구비하고, 서로 연쇄적으로 끼워 맞춤되어 적층되는 복수개의 셀 커버;를 포함하고,
   상기 셀 커버의 상하면에는 와류 형성용 돌기가 다수 형성되어 있으며, 서로 대향하는 측부에는 공기의 유동을 위한 관통부가 형성되어 있고,
   서로 끼워 맞춤된 셀 커버들 사이의 유로 공간에서 상기 와류 형성용 돌기들이 서로 어긋나게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 셀 커버는 플라스틱 진공 사출에 의해 성형되어 상기 셀을 감싸는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 와류 형성용 돌기는 상기 셀 커버와 일체로 성형된 반구형 돌출 구조물인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 와류 형성용 돌기의 높이와 상기 셀 커버들 사이의 유로 공간의 높이가 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.

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