KR20170095052A - 배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈 - Google Patents

배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각용 버스바는, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에서 배터리 셀을 냉각시키는 버스바로서, 스트랩(strap) 형태로 형성되며 상기 배터리 셀의 전극 리드와 접촉하는 몸체부; 및 상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부의 일단에서 연장되어 상기 몸체부의 두께 방향으로 만곡되는 만곡부를 포함하고, 상기 만곡부는, 상기 배터리 모듈의 쿨링 플레이트에 마련된 결합돌기 또는 상기 버스바를 지지하는 상기 배터리 모듈의 소정 프레임에 마련된 결합돌기와 결합하는 결합홈 및 상기 쿨링 플레이트와 열적으로 접촉하는 열접촉면을 포함하여, 발열량이 많은 배터리 셀의 전극 리드 부분을 효율적으로 냉각시킴은 물론, 배터리 모듈 구조를 간소화 및 소형화하고 제조 비용을 절감한다.

Description

배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈{Busbar for cooling battery cell and battery module using thereof}
본 발명은 배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 발열량이 많은 배터리 셀의 전극 리드 부분을 효율적으로 냉각시키고 배터리 모듈 구조를 간소화 및 소형화하는 배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 배터리(secondary battery)는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등과 같이 충·방전이 가능한 배터리를 말한다.
최근, 이러한 이차 배터리가 전기 차량(electric vehicle)이나 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle) 등과 같이 높은 출력 전압과 대량의 충전 용량을 요구하는 장치들에 적용되면서, 약 2.5V에서 4.2V 범위의 출력 전압을 나타내는 단위 배터리 셀을 직렬 내지 병렬 연결하여 적층한 적층 구조의 배터리 모듈이 널리 사용되고 있다. 이에 따라, 배터리 모듈을 효율적으로 냉각시키고, 배터리 모듈 구조를 간소화 및 소형화할 수 있는 기술에 대한 관심과 요청이 급증하고 있는 추세이다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2013-0021794호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 적층된 배터리 셀들 사이에 개재되어 배터리 셀의 외부 몸체, 즉 배터리 셀의 파우치 케이스와 접촉하는 냉각 핀을 통해서만 배터리 셀들을 냉각시키기 때문에, 상대적으로 발열량이 많은 배터리 셀의 전극 리드 부분을 효율적으로 냉각시킬 수 없는 문제가 있다.
또한, 한국 등록특허공보 제10-1415050호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 배터리 모듈의 냉각 성능을 향상시키기 위해 복잡한 구조의 냉각 핀을 다수 사용하기 때문에, 배터리 모듈 구조의 간소화나 소형화를 어렵게 하고 배터리 모듈의 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 발열량이 많은 배터리 셀의 전극 리드 부분을 효율적으로 냉각시킴은 물론, 배터리 모듈 구조를 간소화 및 소형화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각용 버스바는, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에서 배터리 셀을 냉각시키는 버스바로서, 스트랩(strap) 형태로 형성되며 상기 배터리 셀의 전극 리드와 접촉하는 몸체부; 및 상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부의 일단에서 연장되어 상기 몸체부의 두께 방향으로 만곡되는 만곡부를 포함하고, 상기 만곡부는, 상기 배터리 모듈의 쿨링 플레이트에 마련된 결합돌기 또는 상기 버스바를 지지하는 상기 배터리 모듈의 소정 프레임에 마련된 결합돌기와 결합하는 결합홈 및 상기 쿨링 플레이트와 열적으로 접촉하는 열접촉면을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 버스바는, 적어도 상기 만곡부의 열접촉면에서 상기 버스바와 상기 쿨링 플레이트 간의 통전을 방지하는 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버스바는, 적어도 상기 만곡부의 열접촉면에서 상기 만곡부와 상기 쿨링 플레이트 간의 이격을 방지하되 열을 전달하는 갭 필러를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버스바는, 상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부에서 돌출되며 상기 배터리 모듈을 제어하는 제어 회로의 단자와 전기적으로 연결되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀의 전극 리드를 다른 배터리 셀의 전극 리드와 상호 연결하는 버스바; 상기 배터리 셀의 몸체 또는 상기 배터리 셀의 열을 전달하는 냉각 핀과 열적으로 접촉하는 제1 열접촉부 및 상기 버스바의 일단부와 열적으로 접촉하는 제2 열접촉부를 가지고, 상기 배터리 셀에서 발생하는 열을 히트 싱크(heat sink)로 전달하는 쿨링 플레이트; 상기 버스바의 일단부와 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부 사이에 개재되어 상기 버스바와 상기 쿨링 플레이트 간의 통전을 방지하는 절연 부재; 및 상기 버스바의 일단부와 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부 사이에 개재되어 상기 버스바와 상기 쿨링 플레이트 간의 이격을 방지하되 열을 전달하는 갭 필러를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 버스바는, 스트랩(strap) 형태로 형성되며 상기 배터리 셀의 전극 리드와 접촉하는 몸체부; 및 상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부의 일단에서 연장되어 상기 몸체부의 두께 방향으로 만곡되는 만곡부를 포함하고, 상기 만곡부는, 상기 쿨링 플레이트에 마련된 결합돌기 또는 상기 버스바를 지지하는 상기 배터리 모듈의 소정 프레임에 마련된 결합돌기와 결합하는 결합홈 및 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부와 열적으로 접촉하는 열접촉면을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버스바는, 상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부에서 돌출되며 상기 배터리 모듈을 제어하는 제어 회로의 단자와 전기적으로 연결되는 돌출부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 절연 부재는, 적어도 상기 만곡부의 열접촉면과 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부 사이에 개재될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 갭 필러는, 적어도 상기 만곡부의 열접촉면과 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부 사이에 개재될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부는, 상기 만곡부의 결합홈과 결합하는 결합돌기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 모듈은, 상기 버스바를 지지하여 상기 버스바의 몸체부가 상기 배터리 셀의 전극 리드와 접촉하도록 하고 상기 버스바의 만곡부가 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부와 열적으로 접촉하도록 하는 버스바 프레임을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 버스바 프레임은, 상기 만곡부의 결합홈과 결합하는 결합돌기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀들의 전극 리드 간을 전기적으로 연결하는 버스바를 쿨링 플레이트에 열 접촉시켜 배터리 셀들을 냉각시킴으로써, 상대적으로 발열량이 많은 배터리 셀의 전극 리드 부분을 효율적으로 냉각시킬 수 있음은 물론, 배터리 모듈에서 배터리 셀 냉각을 위해 사용되던 냉각 핀들을 생략할 수 있게 되어 배터리 모듈 구조를 간소화 및 소형화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 버스바에 만곡부를 마련하여 해당 만곡부를 쿨링 플레이트 등에 마련된 돌출부에 결합시켜 쿨링 플레이트에 열 접촉시키고, 만곡부와 쿨링 플레이트 사이에 갭 필러를 배치함으로써, 차량 환경에서 발생하는 진동이나 외부 충격 또는 조립 오차 등에 의한 버스바와 쿨링 플레이트 간의 이격 발생 가능성을 구조적으로 원천 방지하고, 배터리 모듈의 냉각 성능과 내구성을 개선할 수 있다.
또한, 쿨링 플레이트로 하여금 배터리 셀의 전극 리드 부분은 물론 배터리 셀의 몸체 부분과 열 접촉하여 배터리 셀 전체의 열을 히트 싱크로 전달하도록 함으로써, 배터리 모듈의 냉각 성능 내지 냉각 효율을 더욱 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 여러 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈을 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 모듈의 쿨링 플레이트를 분해한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 A 부분을 나타낸 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각용 버스바를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 버스바를 나타낸 측면도이다.
도 7은 도 5의 B 부분을 나타낸 수직 단면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 배터리 모듈의 버스바 프레임을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 배터리 모듈의 쿨링 플레이트를 분해한 상태를 나타낸 사시도이다.
도 11은 도 9의 C 부분을 나타낸 확대도이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 각각 사시도 및 정면도로 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 쿨링 플레이트를 분해한 상태가 사시도로 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 배터리 셀 적층 구조체(110), 쿨링 플레이트(120) 및 제어 회로 패널(130)을 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 셀 적층 구조체(110)는, 복수의 배터리 셀(140) 및 그에 대응하는 복수의 버스바(150)를 포함하며, 버스바 프레임(160) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 배터리 셀 적층 구조체(110)는, 복수의 배터리 셀(140)이 차례로 적층되어 있는 적층 구조를 가진다. 이 경우, 각각의 배터리 셀(140)은 적층이 용이하도록 파우치형으로 구성될 수 있다. 즉, 배터리 셀(140)은, 금속층과 수지층을 포함하는 파우치 케이스(라미네이트 시트)에 전극 조립체를 수용하고 상기 케이스의 테두리 부분을 열융착하여 밀봉한 파우치형 배터리 셀일 수 있다. 또한, 이러한 배터리 셀들 사이에는 배터리 셀의 외부 몸체, 즉 배터리 셀의 파우치 케이스와 접촉하는 냉각 핀(미도시)이 개재될 수 있다. 이러한 냉각 핀은 판상으로 형성되어 배터리 셀의 몸체와 접촉하고 그 하단부가 쿨링 플레이트(120)와 접촉함으로써 배터리 셀에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트(120)로 전달할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 배터리 셀 적층 구조체(110)는 냉각 핀 없이 구성될 수도 있다. 본 발명의 여러 실시예에 따른 배터리 모듈들은 기본적으로 버스바(150)를 통해 배터리 셀을 냉각시킬 수 있기 때문이다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 배터리 셀 적층 구조체(110)의 버스바(150)는, 배터리 셀(140)의 전극 리드(142)와 접촉하여 배터리 셀의 전극 리드를 다른 배터리 셀의 전극 리드와 전기적으로 상호 연결함과 동시에, 그 일단부를 통해 쿨링 플레이트(120)와 열적으로 접촉하여 배터리 셀들의 전극 리드 부분에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트(120)로 전달한다.
쿨링 플레이트(120)는, 냉매를 이용하여 열을 흡수하는 히트 싱크(미도시)와 열적으로 접촉하여 배터리 셀들에서 발생하는 열을 히트 싱크로 전달한다. 일반적으로 히트 싱크(heat sink)의 내부에는 유로가 형성되어 있으며, 상기 유로를 통해 이동하는 냉각수, 냉각 가스, 공기 등의 냉매가 쿨링 플레이트(120)를 통해 전달되는 열을 흡수하여 외부로 방출시키게 된다. 이를 위해, 쿨링 플레이트(120)는 배터리 셀 적층 구조체(110)의 하부에 배치되며, 제1 열접촉부(122) 및 제2 열접촉부(124)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 열접촉부(122)는, 전체적으로 판상 형태로 구성되어 배터리 셀 적층 구조체(110)의 적층 방향과 평행하게 배치되며, 그 상부면을 통해 배터리 셀(140)의 몸체 또는 배터리 셀(140)의 열을 전달하는 냉각 핀과 열적으로 접촉하고, 그 하부면을 통해 히트 싱크와 열적으로 접촉하게 된다. 제2 열접촉부(124)는, 제1 열접촉부(122)의 상부면에서 수직 방향으로 돌출되어 버스바(150)의 일단부와 열적으로 접촉하게 된다. 이 경우, 제2 열접촉부(124)는 도 1 내지 도 3과 같이 배터리 셀 적층 구조체(110)의 버스바들과 각각 열 접촉하는 복수의 돌출부로 구성될 수 있음은 물론, 버스바들 모두와 열 접촉하는 벽체 형태의 단일 돌출부로 구성될 수도 있다.
한편, 제어 회로 패널(130)은, 배터리 모듈(100)의 동작을 제어하는 제어 회로를 포함한다. 이러한 제어 회로는 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 배터리 셀(140)의 충·방전 동작을 제어하거나, 배터리 셀들 간의 전압 불균형 상태를 방지하고 각 셀들 간 전압 균형이 유지되도록 에너지 밸런싱(energy balancing) 등을 수행할 수 있다. 제어 회로의 단자들(132)은 각각 대응하는 버스바(150)와 전기적으로 연결된다.
도 4에는 도 1의 A 부분이 확대도로 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 적층 구조체(110)의 버스바(150)는, 기본적으로 배터리 모듈(100)에 포함된 복수의 배터리 셀(140)을 직렬 또는 병렬로 연결하는 부재이다. 즉, 버스바(150)는 각 배터리 셀(140)의 전극 리드(142)와 접촉하여 배터리 셀의 전극 리드를 다른 배터리 셀의 전극 리드와 전기적으로 상호 연결한다. 나아가, 본 발명에 있어서 버스바(150)는, 그 일단부를 통해 쿨링 플레이트(120)의 제2 열접촉부(124)와 열적으로 접촉하여 배터리 셀들의 전극 리드 부분에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트(120)로 전달한다. 이를 위해, 배터리 모듈(100)은 절연 부재(170) 및 갭 필러(gap filler)(180)를 포함할 수 있다.
이 경우, 절연 부재(170)는 버스바(150)의 일단부와 쿨링 플레이트(120)의 제2 열접촉부(124) 사이에 개재되어 버스바(150)와 쿨링 플레이트(120) 간의 통전을 방지한다. 이러한 절연 부재(170)는 실리콘, 부틸고무, 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate), 또는 폴리이미드(Polyimide) 등과 같이 절연성을 가진 다양한 소재로 구성될 수 있다. 또한, 절연 부재(170)는 절연 테이프 형태로 구현될 수 있다.
또한, 갭 필러(180)는 버스바(150)의 일단부와 쿨링 플레이트(120)의 제2 열접촉부(124) 사이에 개재되어 버스바(150)와 쿨링 플레이트(120) 간의 이격을 방지하되 열을 전달한다. 이러한 갭 필러(180)는 탄성중합체(elastomer) 등과 같이 탄성과 열 전도성을 가지는 소재로 구성될 수 있다. 또한, 갭 필러(180)는 탄성고무 또는 점착성 물질 등으로 구현될 수 있다.
도 5 및 도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각용 버스바가 각각 사시도 및 측면도로 도시되어 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각용 버스바(150)는, 몸체부(152)와 만곡부(154)를 포함하며, 돌출부(158)를 더 포함할 수 있다. 몸체부(152)는 스트랩(strap) 형태로 형성되며 배터리 셀(140)의 전극 리드(142)와 접촉하게 된다. 이 경우, 몸체부(152)는 용접 등을 통해 전극 리드(142)와 접촉 및 결합될 수 있다. 만곡부(154)는 몸체부(152)와 일체로 형성되되 몸체부(152)의 일단에서 연장되어 몸체부(152)의 두께 방향으로 만곡된다. 이와 같이 버스바(150)는, 그 일단부에 몸체부(152)의 두께 방향 만곡된 만곡부(154)를 포함함으로써, 쿨링 플레이트(120)에 마련된 결합돌기 또는 상기 버스바(150)를 지지하는 배터리 모듈(100)의 소정 프레임(160)에 마련된 결합돌기와 결합하는 결합홈(156)을 가지게 됨과 동시에, 쿨링 플레이트(120)와 열적으로 접촉하는 열접촉면의 면적을 확장시킬 수 있다. 돌출부(158)는 몸체부(152)와 일체로 형성되되 몸체부(152)에서 돌출되며 상기 배터리 모듈(100)을 제어하는 제어 회로의 단자(132)와 전기적으로 연결된다.
한편, 배터리 모듈(100)의 절연 부재(170) 또는 갭 필러(180)는 상술한 버스바(150)의 만곡부(154)에 배치될 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100)의 절연 부재(170)또는 갭 필러(180)는, 도 4와 같이 버스바(150)에 형성된 만곡부(154)의 열접촉면(하부면)과 쿨링 플레이트(120)의 제2 열접촉부(124) 사이에 개재되는 별도의 부재로 구현될 수 있음은 물론, 버스바(150)의 만곡부(154) 표면에 코팅되거나 부착되는 코팅재 또는 피복재 형태로 구현될 수도 있다.
도 7에는 도 5의 B 부분이 수직 단면도로 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 냉각용 버스바(150)는, 절연 부재(172) 및 갭 필러(182)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 절연 부재(172)는 적어도 만곡부(154)의 열접촉면에서 버스바(150)와 쿨링 플레이트(120) 간의 통전을 방지한다. 예컨대, 절연 부재(172)는 만곡부(154) 표면에 코팅되는 절연 피복재 형태로 구현될 수 있다. 또한, 갭 필러(180)는 적어도 만곡부(154)의 열접촉면에서 만곡부(154)와 쿨링 플레이트(120) 간의 이격을 방지하되 열을 전달한다. 예컨대, 갭 필러(182)는 만곡부(154)의 열접촉면 상에 부착되는 탄성중합체 부재 형태로 구현될 수 있다.
한편, 상술한 버스바(150)는 그 만곡부(154)의 결합홈(156)을 통해 상기 버스바(150)를 지지하는 버스바 프레임(160)에 마련된 결합돌기 또는 쿨링 플레이트(120)에 마련된 결합돌기와 결합할 수 있다.
도 8에는 도 1에 도시된 배터리 모듈(100)의 버스바 프레임(160)이 사시도로 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 버스바 프레임(160)은, 복수의 슬롯(162)과 지지부(164), 그리고 결합돌기(166)를 포함할 수 있다. 이러한 버스바 프레임(160)은, 버스바(150)를 지지하여 버스바(150)의 몸체부(152)가 배터리 셀(140)의 전극 리드(142)와 접촉하도록 하고, 버스바(150)의 만곡부(154)가 쿨링 플레이트(120)의 제2 열접촉부(124)와 열적으로 접촉하도록 한다. 즉, 배터리 셀(140)의 전극 리드(142)는 버스바 프레임(160)의 슬롯(162)에 삽입되어 배치된다. 또한, 버스바(150)는 버스바 프레임(160)의 지지부(164)에 배치되어 지지되며, 해당 슬롯(162)을 통해 삽입된 배터리 셀(140)의 전극 리드(142)와 접촉 및 결합된다. 이때, 버스바(150)의 만곡부(154)는, 그 결합홈(156)을 통해 버스바 프레임(160)의 결합돌기(166)에 결합될 수 있다. 버스바 프레임(160)의 결합돌기(166)에 결합된 만곡부(154)의 열접촉면(하부면)은 쿨링 플레이트(120)의 제2 열접촉부(124)와 열적으로 접촉하게 된다.
도 9에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)이 사시도로 도시되어 있다. 도 10에는 도 9에 도시된 배터리 모듈(200)의 쿨링 플레이트(220)를 분해한 상태가 사시도로 도시되어 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은 배터리 셀 적층 구조체(210), 쿨링 플레이트(220) 및 제어 회로 패널(230)을 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 셀 적층 구조체(210)는, 복수의 배터리 셀(240) 및 그에 대응하는 복수의 버스바(250)를 포함하며, 버스바 프레임(260) 등을 더 포함할 수 있다. 배터리 셀 적층 구조체(210), 쿨링 플레이트(220), 제어 회로 패널(230)의 구성 및 동작은, 도 1 내지 도 3에 도시된 배터리 셀 적층 구조체(110), 쿨링 플레이트(120), 제어 회로 패널(130)의 구성 및 동작과 기본적으로 동일하게 설명될 수 있다.
유의할 점은, 배터리 셀 적층 구조체(210)의 버스바(250)와 결합하는 결합돌기가 버스바 프레임(260)이 아닌 쿨링 플레이트(220)의 제2 열접촉부(224)에 형성된다는 것이다. 즉, 쿨링 플레이트(220)의 제2 열접촉부(24)는, 버스바(250)의 만곡부와 형합하는 대응 결합홈(226) 및 결합돌기(228)를 포함한다.
도 11에는 도 9의 C 부분이 확대도로 도시되어 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 적층 구조체(210)의 버스바(250)는, 각 배터리 셀(240)의 전극 리드(242)와 접촉하여 배터리 셀의 전극 리드를 다른 배터리 셀의 전극 리드와 전기적으로 상호 연결한다. 또한, 버스바(250)는 그 만곡부를 통해 쿨링 플레이트(220)의 제2 열접촉부(224)와 열적으로 접촉하여 배터리 셀들의 전극 리드 부분에서 발생하는 열을 쿨링 플레이트(220)로 전달한다. 이 경우, 버스바(250)의 만곡부는, 쿨링 플레이트(220)의 제2 열접촉부(224)에 형성된 대응 결합홈(226)에 삽입되어 제2 열접촉부(224)의 결합돌기(228)와 결합한다. 이 경우, 배터리 모듈(200)의 절연 부재와 갭 필러는, 버스바(250)의 만곡부 내부면과 쿨링 플레이트(120)의 대응 결합홈(226) 내부면에 배치될 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(200)의 버스바(150)는, 도 7과 같이 버스바(250)에 형성된 만곡부의 열접촉면에 절연체 층과 탄성중합체 층을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 여러 실시예에 따른 배터리 모듈들은, 전기 차량(electric vehicle)이나 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle) 등 전원을 사용하는 다양한 자동차에 포함되어 해당 자동차 환경에서 전원을 공급하는 전원 공급 장치로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 셀들의 전극 리드 간을 전기적으로 연결하는 버스바를 쿨링 플레이트에 열 접촉시켜 배터리 셀들을 냉각시킴으로써, 상대적으로 발열량이 많은 배터리 셀의 전극 리드 부분을 효율적으로 냉각시킬 수 있음은 물론, 배터리 모듈에서 배터리 셀 냉각을 위해 사용되던 냉각 핀들을 생략할 수 있게 되어 배터리 모듈 구조를 간소화 및 소형화하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 버스바에 만곡부를 마련하여 해당 만곡부를 쿨링 플레이트 등에 마련된 돌출부에 결합시켜 쿨링 플레이트에 열 접촉시키고, 만곡부와 쿨링 플레이트 사이에 갭 필러를 배치함으로써, 차량 환경에서 발생하는 진동이나 외부 충격 또는 조립 오차 등에 의한 버스바와 쿨링 플레이트 간의 이격 발생 가능성을 구조적으로 원천 방지하고, 배터리 모듈의 냉각 성능과 내구성을 개선할 수 있다. 또한, 쿨링 플레이트로 하여금 배터리 셀의 전극 리드 부분은 물론 배터리 셀의 몸체 부분과 열 접촉하여 배터리 셀 전체의 열을 히트 싱크로 전달하도록 함으로써, 배터리 모듈의 냉각 성능 내지 냉각 효율을 더욱 개선할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 배터리 모듈 110 : 배터리 셀 적층 구조체
120 : 쿨링 플레이트 122 : 제1 열접촉부
124 : 제2 열접촉부 130 : 제어 회로 패널
132 : 제어 회로 단자 140 : 배터리 셀
142 : 전극 리드 150 : 버스바
160 : 버스바 프레임 170 : 절연 부재
180 : 갭 필러

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에서 배터리 셀을 냉각시키는 버스바로서,
    스트랩(strap) 형태로 형성되며 상기 배터리 셀의 전극 리드와 접촉하는 몸체부; 및
    상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부의 일단에서 연장되어 상기 몸체부의 두께 방향으로 만곡되는 만곡부를 포함하고,
    상기 만곡부는, 상기 배터리 모듈의 쿨링 플레이트에 마련된 결합돌기 또는 상기 버스바를 지지하는 상기 배터리 모듈의 소정 프레임에 마련된 결합돌기와 결합하는 결합홈 및 상기 쿨링 플레이트와 열적으로 접촉하는 열접촉면을 포함하는 배터리 셀 냉각용 버스바.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는, 적어도 상기 만곡부의 열접촉면에서 상기 버스바와 상기 쿨링 플레이트 간의 통전을 방지하는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각용 버스바.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스바는, 적어도 상기 만곡부의 열접촉면에서 상기 만곡부와 상기 쿨링 플레이트 간의 이격을 방지하되 열을 전달하는 갭 필러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각용 버스바.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는, 상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부에서 돌출되며 상기 배터리 모듈을 제어하는 제어 회로의 단자와 전기적으로 연결되는 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 냉각용 버스바.
  5. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈로서,
    배터리 셀의 전극 리드를 다른 배터리 셀의 전극 리드와 상호 연결하는 버스바;
    상기 배터리 셀의 몸체 또는 상기 배터리 셀의 열을 전달하는 냉각 핀과 열적으로 접촉하는 제1 열접촉부 및 상기 버스바의 일단부와 열적으로 접촉하는 제2 열접촉부를 가지고, 상기 배터리 셀에서 발생하는 열을 히트 싱크(heat sink)로 전달하는 쿨링 플레이트;
    상기 버스바의 일단부와 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부 사이에 개재되어 상기 버스바와 상기 쿨링 플레이트 간의 통전을 방지하는 절연 부재; 및
    상기 버스바의 일단부와 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부 사이에 개재되어 상기 버스바와 상기 쿨링 플레이트 간의 이격을 방지하되 열을 전달하는 갭 필러를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버스바는,
    스트랩(strap) 형태로 형성되며 상기 배터리 셀의 전극 리드와 접촉하는 몸체부; 및
    상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부의 일단에서 연장되어 상기 몸체부의 두께 방향으로 만곡되는 만곡부를 포함하고,
    상기 만곡부는, 상기 쿨링 플레이트에 마련된 결합돌기 또는 상기 버스바를 지지하는 상기 배터리 모듈의 소정 프레임에 마련된 결합돌기와 결합하는 결합홈 및 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부와 열적으로 접촉하는 열접촉면을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버스바는, 상기 몸체부와 일체로 형성되되 상기 몸체부에서 돌출되며 상기 배터리 모듈을 제어하는 제어 회로의 단자와 전기적으로 연결되는 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절연 부재는, 적어도 상기 만곡부의 열접촉면과 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 갭 필러는, 적어도 상기 만곡부의 열접촉면과 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부는, 상기 만곡부의 결합홈과 결합하는 결합돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 버스바를 지지하여 상기 버스바의 몸체부가 상기 배터리 셀의 전극 리드와 접촉하도록 하고 상기 버스바의 만곡부가 상기 쿨링 플레이트의 제2 열접촉부와 열적으로 접촉하도록 하는 버스바 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 버스바 프레임은, 상기 만곡부의 결합홈과 결합하는 결합돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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