KR20190012979A - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀들 및 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스를 포함하며, 모듈 케이스는, 상호 후킹 결합하며, 상호 대응되는 형상의 두 개의 제1 및 제2 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치{BATTERY MODULE, BATTERY PACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 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 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다. 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, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀들은 일반적으로 용이하게 상호 적층할 수 있는 이점을 갖는 파우치형 이차 전지로 구비된다.
종래 배터리 모듈이나 배터리 팩의 경우, 배터리 셀들의 발열 등에 따른 화재나 폭발 등의 위험으로 인해, 배터리 셀들에서 발생하는 열의 방출이 무엇보다 중요하다.
아울러, 배터리 모듈이나 배터리 팩 내부에 배치되는 배터리 셀들은 외부 충격 등에 따른 화재나 폭발 등이 발생할 위험이 있기에, 모듈 케이스 내에서 보다 안정적으로 고정되는 것이 필요하다.
또한, 배터리 모듈이 배터리 팩의 경우, 에너지 밀도 측면에서 볼 때, 보다 컴팩트한 구조를 갖는 것이 유리하며, 공정 효율 측면에서 볼 때도, 보다 간단하고 컴팩트한 구조를 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은 배터리 셀들에서 발생되는 열을 보다 더 효과적으로 방출할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 모듈 케이스 내에서 배터리 셀들을 보다 더 안정적으로 고정할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 따른 목적은 높은 에너지 밀도 및 공정 효율성을 갖는 보다 더 컴팩트한 구조의 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 복수 개의 배터리 셀들; 및 상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스;를 포함하며, 상기 모듈 케이스는, 상호 후킹 결합하며, 상호 대응되는 형상의 두 개의 제1 및 제2 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 제1 및 제2 케이스는, 각각, 소정 면적을 갖는 수평부; 및 상기 수평부로부터 수직하게 절곡되는 수직부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 케이스의 수평부는, 상기 제2 케이스의 수직부와 상호 후킹 결합하며, 상기 제1 케이스의 수직부는, 상기 제2 케이스의 수평부와 상호 후킹 결합할 수 있다.
상기 제1 및 제2 케이스에는, 적어도 2단으로 포밍되는 적어도 하나의 포밍부;가 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 포밍부는, 각각, 상기 배터리 셀들의 에지 부분에 맞물리며, 상기 제1 및 제2 케이스의 길이 방향을 따라 형성되는 제1 포밍홈; 및 상기 제1 포밍홈의 양단에 상기 제1 포밍홈과 단차지게 형성되며, 상기 배터리 셀들의 유동을 제한하는 제2 포밍홈;을 포함할 수 있다.
상기 제1 포밍홈은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 제1 포밍홈들은, 상기 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 상호 이격 배치될 수 있다.
상기 제2 포밍홈은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 제2 포밍홈들은, 상기 복수 개의 제1 포밍홈들의 양단에 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 복수 개의 배터리 모듈;을 포함하며, 상기 복수 개의 배터리 모듈의 각 모듈 케이스에는, 마주 하는 모듈 케이스와 상호 지그 재그로 배치되는 적어도 하나의 비드;가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀들에서 발생되는 열을 보다 더 효과적으로 방출할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 모듈 케이스 내에서 배터리 셀들을 보다 더 안정적으로 고정할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 높은 에너지 밀도 및 공정 효율성을 갖는 보다 더 컴팩트한 구조의 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 전력 저장 장치를 제공할 수 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 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 A 부분의 확대도이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 평면도이다.
도 5는 도 4의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 6은 도 5의 배터리 모듈의 B 부분의 확대도이다.
도 7 및 도 8은 도 1의 배터리 모듈의 조립을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 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 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 단면도이며, 도 3은 도 2의 배터리 모듈의 A 부분의 확대도이며, 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 평면도이며, 도 5는 도 4의 배터리 모듈의 단면도이며, 도 6은 도 5의 배터리 모듈의 B 부분의 확대도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100) 및 모듈 케이스(200)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이러한 상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용하기 위한 것으로, 제1 케이스(210), 제2 케이스(230), 포밍부(250) 및 비드(270)를 포함할 수 있다.
상기 제1 케이스(210)는 대략 L자 형상의 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 제1 케이스(210)는, 후술하는 제2 케이스(230)와 상호 후킹 결합되어 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다.
상기 제1 케이스(210)는 방열 효율을 높일 수 있게 높은 열전도도를 갖는 재질로 마련될 수 있다. 예로써, 상기 제1 케이스(210)는 알루미늄 재질로 구비될 수 있다.
이러한 상기 제1 케이스(210)는, 수평부(212) 및 수직부(216)를 포함할 수 있다.
상기 수평부(212)는 소정 면적을 갖는 대략 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 수직부(216)는 상기 수평부(212)로부터 수직하게 절곡될 수 있다. 이러한 상기 수평부(212) 및 상기 수직부(216)를 통해 상기 제1 케이스(210)는 상기 L자 형상의 플레이트 형상을 형성할 수 있다.
상기 제2 케이스(230)는 상기 제1 케이스(210)와 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 상기 제1 케이스(210)와 상호 후킹 결합하여 상기 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다.
이러한 상기 제2 케이스(230), 또한, 수평부(232) 및 수직부(236)를 포함할 수 있다.
상기 수평부(232), 또한, 상기 제1 케이스(210)의 상기 수평부(212)와 같이, 소정 면적을 갖는 대략 플레이트 형상을 가질 수 있다. 아울러, 상기 수직부(236), 또한, 상기 제1 케이스(210)의 상기 수직부(216)와 같이, 상기 수평부(232)로부터 수직하게 절곡될 수 있다. 이러한 상기 수평부(232) 및 상기 수직부(236)를 통해 상기 제2 케이스(230), 또한, 상기 제1 케이스(210)에 대응되는 L자 형상의 플레이트 형상을 형성할 수 있다.
상기 후킹 결합과 관련하여, 더 구체적으로 살펴 보면, 상기 제1 케이스(210)의 수평부(212)는 상기 제2 케이스(230)의 수직부(236)와 상호 후킹 결합하며, 상기 제1 케이스(210)의 수직부(216)는 상기 제2 케이스(230)의 수평부(232)와 상호 후킹 결합할 수 있다.
이러한 후킹 결합을 위해 각 단부들에는 후크가 마련될 수 있다. 예로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상기 제1 케이스(210)의 상기 수평부(212)의 단부(213)에는 후킹 결합을 위한 후크가 형성되며, 상기 제2 케이스(230)의 상기 수직부(236)의 단부(237)에는 상기 수평부(212)의 단부(213)와 후크 걸림되는 후크가 형성될 수 있다.
본 실시예에서는, 이러한 후킹 결합만으로 상기 모듈 케이스(200)를 구성하는 제1 및 제2 케이스(210, 230)를 상호 결합시킬 수 있기에, 상기 모듈 케이스(200)의 조립 공정 효율이 향상될 수 있다.
상기 포밍부(250)는 상기 배터리 셀들(100)을 보다 안정적으로 지지하기 위한 것으로서, 상기 제1 및 제2 케이스(210, 230)에 소정 깊이를 갖는 홈 형태로 구비될 수 있다. 이러한 상기 포밍부(250)는 적어도 2단으로 포밍될 수 있으며, 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 포밍부들(250)은 상기 제1 및 제2 케이스(210, 230)의 수평부들(212, 232)에 각각 형성되며, 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 포밍부들(250)은, 각각, 제1 포밍홈(252) 및 제2 포밍홈(256)을 포함할 수 있다.
상기 제1 포밍홈(252)은, 상기 배터리 셀들(100)의 에지 부분에 맞물리며, 상기 제1 및 제2 케이스(210, 230)의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다. 이러한 상기 제1 포밍홈(252)은 복수 개로 구비되며, 상기 배터리 셀들(100)의 적층 방향을 따라 상호 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 제1 포밍홈들(252)은, 상기 배터리 셀들(100)의 적층 방향에서 상기 배터리 셀들(100)의 에지 부분에 밀착되기에, 상기 배터리 셀들(100)을 보다 안정적으로 고정하면서 상기 배터리 셀들(100)의 유동을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 복수 개의 제1 포밍홈들(252)은 상기 배터리 셀들(100)의 에지 부분에 대응되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 셀들(100)이 상기 모듈 케이스(200)의 상기 제1 및 제2 케이스(210, 230)에 안착될 때, 상기 배터리 셀들(100)의 조립 위치 포지셔닝이 보다 더 용이해질 수 있다.
상기 제2 포밍홈(256)은, 상기 제1 포밍홈(252)의 양단에 상기 제1 포밍홈(252)과 단차지게 형성될 수 있다. 이러한 상기 제2 포밍홈(256)은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 제2 포밍홈들(256)은, 상기 복수 개의 제1 포밍홈들(252)의 양단에 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 제2 포밍홈들(256)은 상기 배터리 셀들(100)의 좌우 방향 양측에서 발생될 수 있는 상기 배터리 셀들(100)의 유동을 제한하는 스토퍼 역할을 할 수 있다.
상기 비드(270)는 상기 모듈 케이스(200)의 열 방출 효율을 보다 향상시키기 위한 것으로서, 상기 제1 및 제2 케이스(210, 230)의 상기 수직부(216, 236)에 형성될 수 있다.
한편, 이러한 상기 비드들(270)은 다수 개의 배터리 모듈(10) 조립 시 마주 하는 모듈 케이스(200)의 비드(270)와 상호 지그 재그로 배치되게 형성될 수 있다. 이러한 배치를 통해, 상기 배터리 모듈(10)을 복수 개로 연결할 때, 상기 비드들(270) 사이의 간섭 발생을 막을 수 있음과 아울러 상기 모듈 케이스(200) 내부의 상기 배터리 셀들(100)로 불균일한 압축력을 제공하는 것을 방지할 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 1의 배터리 모듈의 조립을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 배터리 셀들(100)과 상기 모듈 케이스(200)의 조립 시, 예로써, 상기 배터리 셀들(100)은 상기 제2 케이스(230)의 상기 포밍부들(250)에 각각 밀착되게 끼워져 고정될 수 있다. 상기 제2 케이스(230)에 상기 배터리 셀들(100)의 장착이 완료되면, 상기 제1 케이스(210)는 상기 제2 케이스(230)와 후킹 결합될 수 있으며, 이때, 상기 제1 케이스(210)의 상기 포밍부들(250)에 상기 배터리 셀들(100)의 에지 부분이 밀착되게 끼워질 수 있다.
여기서, 상기 후킹 결합이 완료되면, 상기 제1 케이스(210) 및 상기 제2 케이스(230) 내에서 상기 배터리 셀들(100)을 안정적으로 고정될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은 보다 간단한 구조로 상기 배터리 셀들(100)을 고정 및 수용할 수 있으며, 슬림화 및 에너지 밀도 측면에서 유리한 보다 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다.
아울러, 상기 제1 및 제2 케이스(210, 230)의 포밍부들(250)이 상기 배터리 셀들(100)의 에지 부분에 밀착되게 배치되기에, 상기 배터리 셀들(100)의 발열 시 상기 모듈 케이스(200) 측으로 보다 빨리 전달될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은 상기 배터리 셀들(100)에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 자동차, 가정용 또는 산업용으로 이용되는 전력 저장 장치에 구비될 수 있다. 이러한 상기 배터리 팩(10)은, 복수 개의 배터리 모듈들(10)의 조립체로 마련될 수 있다. 여기서, 마주 하는 배터리 모듈들(10)의 상기 모듈 케이스(200)들의 상기 비드들(270)은 상호 지그 재그로 배치되기에, 양자 적층 시 상호 간의 간섭을 일으키지 않을 수 있다.
여기서, 마주 하는 배터리 모듈들(10)의 상호 지그 재그로 배치된 상기 비드들(270), 본 실시예의 경우, 상호 위아래로 나란히 배치된 비드들(270)은 상호 간섭 없이 상기 배터리 셀들 측으로의 불균일한 압축을 일으키지 않는다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀들(100)에서 발생되는 열을 보다 더 효과적으로 방출할 수 있는 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 모듈 케이스(200) 내에서 배터리 셀들(100)을 보다 더 안정적으로 고정할 수 있는 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 높은 에너지 밀도 및 공정 효율성을 갖는 보다 더 컴팩트한 구조의 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 전력 저장 장치를 제공할 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.
1: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
100: 배터리 셀
200: 모듈 케이스
210: 제1 케이스
212: 수평부
216: 수직부
230: 제2 케이스
232: 수평부
236: 수직부
250: 포밍부
252: 제1 포밍홈
256: 제2 포밍홈
270: 비드

Claims (9)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀들; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스;를 포함하며,
    상기 모듈 케이스는,
    상호 후킹 결합하며, 상호 대응되는 형상의 두 개의 제1 및 제2 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 케이스는, 각각,
    소정 면적을 갖는 수평부; 및
    상기 수평부로부터 수직하게 절곡되는 수직부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 케이스의 수평부는,
    상기 제2 케이스의 수직부와 상호 후킹 결합하며,
    상기 제1 케이스의 수직부는,
    상기 제2 케이스의 수평부와 상호 후킹 결합하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 케이스에는,
    적어도 2단으로 포밍되는 적어도 하나의 포밍부;가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 포밍부는, 각각,
    상기 배터리 셀들의 에지 부분에 맞물리며, 상기 제1 및 제2 케이스의 길이 방향을 따라 형성되는 제1 포밍홈; 및
    상기 제1 포밍홈의 양단에 상기 제1 포밍홈과 단차지게 형성되며, 상기 배터리 셀들의 유동을 제한하는 제2 포밍홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 포밍홈은,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 제1 포밍홈들은,
    상기 배터리 셀들의 적층 방향을 따라 상호 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 포밍홈은,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 제2 포밍홈들은,
    상기 복수 개의 제1 포밍홈들의 양단에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 배터리 팩에 있어서,
    제1항에 따른 복수 개의 배터리 모듈;을 포함하며,
    상기 복수 개의 배터리 모듈의 각 모듈 케이스에는,
    마주 하는 모듈 케이스와 상호 지그 재그로 배치되는 적어도 하나의 비드;가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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