KR20190078521A - 배터리 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀이 적층되어 형성된 전지 그룹; 상기 전지 그룹에서 상기 전극 탭이 돌출되지 않은 측면 중 일 측면에 대응되게 위치된 냉각 플레이트 및 상기 측면 중 상기 일 측면에 수직한 양 측에 위치된 측면 플레이트를 포함하여 상기 전지 그룹을 수용하는 냉각 하우징; 상기 전지 그룹의 타 측에 위치된 커버 플레이트; 및 상기 전지 그룹에서 상기 전극 탭이 돌출되는 방향 양측 최외측에 위치된 커버부를 포함하는, 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 및 이의 제조 방법{Battery module and its manufacturing method}
본 발명의 실시예들은 배터리 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 직렬 연결하여 이차 전지 모듈을 형성하고 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
한편, 종래의 배터리 모듈의 경우, 복수개의 전지 셀을 적층 및 고정하기 위한 별도의 고정부재, 전지 셀들을 냉각시키기 위한 냉각 핀, 냉각 판 등의 별도 냉각부재를 더 필요로 하였는 바, 배터리 모듈의 부피가 상승하였고, 나아가, 모듈 케이스의 각 측면이 각각 별개 구성으로 구비된 후 결합되었는 바, 모듈 제조 과정이 복잡하고 시간 및 비용이 상승하는 문제가 존재하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-1560217호 (2015.10.07)
본 발명의 실시예들은, 공간 활용을 극대화 하여 부피를 최소화하고 에너지 밀도를 최대화 할 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 강도 및 강성이 보강되어 조립성이 향상된 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 냉각 하우징의 일측이 개방되어 제조 간 고정용/열전달 수지의 도포 및 전지 그룹의 삽입 등이 용이한 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 고정용/열전달 수지의 도포량을 최소화할 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 전지 그룹 상측의 탄성패드에 의해 전지 그룹과 냉각 하우징의 면착이 극대화된 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 고정용/열전달 수지가 전지 그룹 및 냉각 하우징 사이에서 얇게 퍼져 접촉면적이 증대됨으로써 전지 그룹 및 냉각 하우징의 열전달 효율이 극대화된 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 전지 셀은 실링되지 않는 밀착부를 포함하여 밀착부 및 냉각 플레이트의 밀착을 통해 배터리 모듈의 냉각 효율이 증대된 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 냉각 플레이트는 전지 셀의 밀착부에 대응되는 형상을 가진 돌기부를 포함함으로써 냉각 플레이트 및 전지 셀의 접촉 면적이 증대된 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 전지 셀의 적층 방향 폭에 대한 공차로 인해 전지 셀과 냉각 플레이트 간에 면상 접촉이 이루어지지 않는 등의 문제를 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 버스바 조립체의 안착 및 조립이 용이해 질 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 중간부에 전지 셀에서 외측으로 돌출되는 연장부가 수용됨으로써 복수개의 전지 셀이 상호 적층된 상태를 유지할 수 있고, 공간 활용도가 증가될 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 수용부를 포함함으로써 중간부에 비해 제조 간 가공 용이성이 증대될 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 냉각 하우징과 전후방 커버부 또는 커버 플레이트의 결합 과정에서 레이저가 진지 셀까지 투과되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 냉각 하우징은 압출 공정을 통해 일체로 형성되는 바, 제조 시간 및 비용을 크게 감소시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀이 적층되어 형성된 전지 그룹; 상기 전지 그룹에서 상기 전극 탭이 돌출되지 않은 측면 중 일 측면에 대응되게 위치된 냉각 플레이트 및 상기 측면 중 상기 일 측면에 수직한 양 측에 위치된 측면 플레이트를 포함하여 상기 전지 그룹을 수용하는 냉각 하우징; 상기 전지 그룹의 타 측에 위치된 커버 플레이트; 상기 전지 그룹에서 상기 전극 탭이 돌출되는 방향 양측 최외측에 위치된 전방 커버부; 및 후방 커버부;를 포함하는, 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
상기 배터리 모듈은 열전달부재를 더 포함하고, 상기 열전달부재는 상기 냉각 플레이트 및 상기 전지 그룹 사이에 얇은 막 형태로 위치될 수 있다.
상기 열전달부재는 상기 냉각 플레이트 및 상기 복수 개의 전지 셀 사이의 빈 공간에 충진될 수 있다.
상기 냉각 하우징은 일체로 형성될 수 있다.
상기 전지 셀은 외곽에 외장재에 의해 형성되는 실링부 및 밀착부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전지 셀의 네 측의 둘레 중 세 측에 형성되고, 상기 전지 셀의 나머지 일 측에는 상기 밀착부가 형성되며, 냉각 플레이트는 상기 열전달부재를 통해 적층된 상기 복수개의 전지 셀의 상기 밀착부와 밀착될 수 있다.
상기 냉각 플레이트에는 복수의 돌기부가 형성되고, 각각의 상기 돌기부는 인접하는 전지 셀의 밀착부 간에 걸치도록 배치될 수 있다.
상기 각각의 돌기부는 상기 밀착부의 일부 형상에 대응하는 곡면을 가질 수 있다.
상기 실링부 중 상기 밀착부에 인접하는 부분에는 상기 밀착부에 대하여 수직 방향으로 돌출되는 연장부가 형성될 수 있다.
상기 냉각 플레이트상에는 상기 연장부를 수용 가능한 복수의 중간부가 형성될 수 있다.
상기 복수의 중간부는 상기 냉각 플레이트상에서 상기 연장부에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 냉각 플레이트상에는 각각이 상기 적층된 복수개의 전지 셀 중 상호 인접한 적어도 하나의 전지 셀의 상기 연장부를 수용 가능한 복수의 수용부가 형성될 수 있다.
상기 전극 탭은 상기 전지 그룹의 양측에서 돌출되고, 상기 배터리 모듈은, 상기 복수개의 전지 셀을 상호 전기적으로 연결하기 위해 상기 양측의 전극 탭에 각각 연결된 버스바 조립체 및 상기 전지 그룹의 타 측에 위치된 센싱 모듈 조립체를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 양측의 버스바 조립체 중 어느 하나의 측부에 위치되어 상기 복수개 전지 셀의 전압을 센싱하는 센싱 기판부를 더 포함하고, 상기 센싱 모듈 조립체는 상기 양측의 버스바 조립체 중 나머지 하나 및 상기 센싱 기판부를 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 센싱 모듈 조립체는, 상기 전지 그룹을 상기 냉각 플레이트 측으로 가압하는 탄성패드를 더 포함할 수 있다.
상기 전지 그룹은, 상기 복수개의 전지 셀 중 적어도 두 개의 전지 셀 묶음 마다 개재된 탄성부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀이 적층되고, 적층된 상기 복수개의 전지 셀이 상기 복수개의 전지 셀에서 상기 전극 탭이 돌출되지 않은 측면 중 일 측면에 대응되게 위치된 냉각 플레이트를 포함하는 냉각 하우징에 안착되고, 상기 복수개의 전지 셀에서 전극 탭이 돌출되는 양측 최외측에 상기 전방 커버부 및 상기 후방 커버부가 배치되고, 상기 복수개의 전지 셀의 타 측에 커버 플레이트가 배치될 수 있다.
상기 복수개의 전지 셀은 상기 냉각 플레이트상에 열전달부재가 도포된 후 안착될 수 있다.
상기 열전달부재는 상기 냉각 플레이트에 상기 복수개의 전지 셀이 안착됨에 따라 얇게 펴질 수 있다.
상기 복수개의 전지 셀이 안착되고, 상기 복수개의 전지 셀 상호 간의 전기적 연결을 위한 버스바 조립체가 상기 전극 탭에 연결될 수 있다.
상기 버스바 조립체는 상기 전지 그룹에서 상기 전극 탭이 돌출되는 양측에 연결되고, 상기 버스바 조립체가 연결된 후, 상기 복수개 전지 셀의 전압을 센싱하는 센싱 기판부가 상기 양측의 버스바 조립체 중 어느 하나의 측부에 연결될 수 있다.
상기 센싱 기판부가 연결된 후, 상기 양측의 버스바 조립체 중 나머지 하나 및 상기 센싱 기판부를 전기적으로 연결하는 센싱 모듈 조립체가 상기 복수개의 전지 셀 타 측에 안착될 수 있다.
상기 센싱 모듈 조립체가 안착된 후, 상기 전방 커버부, 후방 커버부 및 상기 커버 플레이트가 배치되고, 상기 커버부 및 상기 커버 플레이트는 상기 냉각 하우징과 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 공간 활용을 극대화 하여 부피를 최소화하고 에너지 밀도를 최대화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 강도 및 강성이 보강되어 조립성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 냉각 하우징의 일측이 개방되어 제조 간 고정용/열전달 수지의 도포 및 전지 그룹의 삽입 등이 용이하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 고정용/열전달 수지의 도포량을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전지 그룹 상측의 탄성패드에 의해 전지 그룹과 냉각 하우징의 면착이 극대화될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 고정용/열전달 수지가 전지 그룹 및 냉각 하우징 사이에서 얇게 퍼져 접촉면적이 증대됨으로써 전지 그룹 및 냉각 하우징의 열전달 효율이 극대화될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전지 셀은 실링되지 않는 밀착부를 포함하는 바, 밀착부 및 냉각 플레이트의 밀착을 통해 배터리 모듈의 냉각 효율이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 냉각 플레이트는 전지 셀의 밀착부에 대응되는 형상을 가진 돌기부를 포함함으로써 냉각 플레이트 및 전지 셀의 접촉 면적이 증대되고, 배터리 모듈의 냉각 효율이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전지 셀의 적층 방향 폭에 대한 공차로 인해 전지 셀과 냉각 플레이트 간에 면상 접촉이 이루어지지 않는 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 버스바 조립체의 안착 및 조립이 용이해 질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 중간부에 전지 셀에서 외측으로 돌출되는 연장부가 수용됨으로써 복수개의 전지 셀이 상호 적층된 상태를 유지할 수 있고, 공간 활용도가 증가될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 수용부를 포함함으로써 중간부에 비해 제조 간 가공 용이성이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 냉각 하우징과 전후방 커버부 또는 커버 플레이트의 결합 과정에서 레이저가 진지 셀까지 투과되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 냉각 하우징은 압출 공정을 통해 일체로 형성되는 바, 제조 시간 및 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀의 개략도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 냉각 하우징에 전지 그룹이 안착된 모습을 전방에서 나타낸 도면
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 단면 및 전지 그룹이 안착된 모습의 부분 확대도를 나타낸 도면
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따라 돌기부가 형성된 냉각 플레이트의 형상을 나타낸 도면이고, 도 6b는 돌기부가 형성되지 않은 냉각 하우징의 형상을 나타낸 도면
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 모듈 조립체의 분해 사시도를 나타낸 도면이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 모듈 조립체를 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 단면 및 상부의 부분 확대도를 나타낸 도면
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 센싱 기판부, 센싱 모듈 조립체 및 버스바 조립체 간 연결 관계, A부분 및 B부분의 확대도를 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 하우징과 커버 플레이트 간의 결합 구조 및 냉각 하우징과 전방 커버부 간의 결합 구조를 C부분 및 D부분의 단면을 통해 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 냉각 하우징에 대한 제2 실시예를 나타낸 도면
도 12는 도 11에 도시된 냉각 하우징의 제1 영역에 전지 그룹이 안착되었을 때의 부분 횡단면을 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 냉각 하우징에 대한 제3 실시예를 나타낸 도면
도 14는 도 13에 도시된 냉각 하우징의 제1 영역에 전지 그룹이 안착되었을 때의 부분 횡단면을 나타낸 도면
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 냉각 하우징에 대한 제4 실시예를 나타낸 도면
도 16은 도 15에 도시된 냉각 하우징의 제1 영역에 전지 그룹이 안착되었을 때의 부분 횡단면을 나타낸 도면
도 17a 내지 17c는 본 발명의 다른 실시예에 따라 냉각 하우징에 전지 그룹이 안착되는 모습을 나타낸 도면
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바 조립체가 연결된 전지 그룹 상측에 센싱 모듈 조립체가 체결되는 모습을 나타낸 도면
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바 조립체 및 냉각 하우징이 체결되는 모습을 나타낸 하측 사시도 및 전방 평면도를 나타낸 도면
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바 조립체에 센싱 기판부가 체결되는 모습을 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 분해 사시도를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)을 나타낸 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 복수개의 전지 셀(11)이 적층되어 형성된 전지 그룹(10), 전지 그룹(10)을 수용함과 동시에 열전도성 높은 재질로 형성되어 전지 그룹(10)을 냉각할 수 있는 냉각 하우징(20), 전지 그룹(10) 상측에 위치되어 전지 그룹(10)의 길이 방향 양측(배터리 모듈(1) 전후방)에 위치한 버스바 조립체(60a, 60b) 및 일측(배터리 모듈(1) 전방 또는 후방)에 위치한 센싱 기판부(70)를 상호 연결하는 센싱 모듈 조립체(50), 센싱 모듈 조립체(50) 상측에 배치된 커버 플레이트(40), 전지 그룹(10)의 전후방(전지 그룹(10)에서 전극 탭(12)이 돌출되는 방향 양측)에 위치되고 복수개의 전극 탭(12)에 연결되어 복수개의 전지 셀(11)을 상호 전기적으로 연결하는 버스바 조립체(60a, 60b), 버스바 조립체(60a, 60b) 중 어느 하나의 버스바 조립체(60a) 외측에 연결되어 복수개 전지 셀(11)의 전압을 센싱할 수 있는 센싱 기판부(70) 및 전지 그룹(10)의 전후방 최외측에 배치되어 냉각 하우징(20) 및 커버 플레이트(40)와 결합됨에 따라 내부의 전지 그룹(10)을 보호 및 고정하는 전후방 커버부(30a, 30b)를 포함할 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 냉각 하우징(20), 전후방 커버부(30a, 30b) 및 커버 플레이트(40)에 의해 전지 그룹(10)의 외측 6면이 모두 밀봉되는 바, 외부 충격 또는 이물질로부터 보호될 수 있고, 강도 및 강성이 보강되어 조립성이 향상될 수 있다.
한편, 냉각 하우징(20)은 전지 그룹(10)에서 전극 탭(12)이 인출되지 않은 면 중 세 면을 감쌀 수 있도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 냉각 하우징(20)은 전지 그룹(10)의 하측(즉, 전지 그룹(10)에서 복수개의 전지 셀(11)이 적층되는 방향과 수직으로 마련되는 양 측 중 일측)을 감싸는 냉각 플레이트(20a) 및 양 측(즉, 복수개의 전지 셀(11)이 적층된 전지 그룹(10)에서 양 끝에 위치하는 각 전지 셀(11)의 외측)을 감싸는 측면 플레이트(20b)를 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 상술한 냉각 플레이트(20a)는 전지 그룹(10)의 전지 셀(11)이 적층되는 방향에 수직한 평면의 둘레면에서 전극 탭(12)이 위치된 측을 제외한 나머지 측부 중 일측(바람직하게는 도면상 하측)에 위치될 수 있고, 상술한 한 쌍의 측면 플레이트(20b)는 전지 그룹(10)의 전지 셀(11)이 적층되는 방향 양 측에 위치될 수 있다.
이하에서는, 상술한 냉각 하우징(20)이 전지 그룹(10)의 하측 및 양측을 감싸는 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않으며, 냉각 하우징(20)은 전지 그룹(10)의 상측 및 양 측을 감쌀 수도 있다. 위와 같이, 냉각 하우징(20)은 전지 그룹(10)의 세 측면을 감싸는 구조로 형성되어, 전지 그룹(10)을 지지 및 보호할 수 있다.
또한, 냉각 하우징(20)은 열전도성이 높은 재질로 형성됨으로써 종래의 냉각부재와 같은 역할을 수행할 수 있다. 위와 같이, 전지 그룹(10)의 세 면을 감싸는 냉각 하우징(20)을 통해 전지 그룹(10)의 냉각이 이루어질 수 있고, 나아가, 냉각부재 또는 냉각 핀 등의 추가 부재를 필요로 하지 않는 바, 배터리 모듈(1)의 부피를 최소화하여 배터리 모듈(1)의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 측면 플레이트(20b)는 냉각 플레이트(20a)의 양단에서 전지 그룹(10) 측으로 연장 형성될 수 있고, 측면 플레이트(20b) 및 냉각 플레이트(20a)는 압출 공정 등을 통해 일체로 형성될 수 있다. 즉, 냉각 하우징(20)은 일체의 'ㄷ'자 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 측면 플레이트(20b) 및 냉각 플레이트(20a)는 동일한 재질로 형성될 수 있고, 바람직하게는 알루미늄(AL) 재질로 형성될 수 있다. 다만, 동일한 재질로 형성됨에 한정되는 것은 아니고, 상호 상이한 재질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 냉각 플레이트(20a)는 열전도성이 높은 재질로 형성되어 전지 그룹(10)에서 발생되는 열을 방열하는 반면, 측면 플레이트(20b)는 단열 소재를 포함하여 복수개의 전지 셀(11) 간 온도편차를 최소화 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀(11)의 개략도이다
도 3을 참조하면, 전지 셀(11)은 전극 탭(12a, 12b)이 인출된 전극 조립체(미도시 됨)를 수용하는 외장재(15)를 포함하고, 외장재(15)는 전극 조립체의 측면 중 적어도 일측면에는 전극 조립체에 밀착되는 밀착부(153) 및 밀착부(153) 이외의 부분에 외장재(15)가 접합되어 형성하는 실링부(151)를 포함하고, 실링부(151)는 그 중 밀착부(153)에 인접하는 부분에 밀착부(153)에 대하여 수직방향으로 기 결정된 길이(L1)로 돌출되는 연장부(152)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 실링부(151)는 전극 조립체의 외곽을 따라 외장재(15)가 접합되어 형성될 수 있다. 실링부(151)는 외장재(15)가 접합되어 형성되는 것으로, 전극 조립체의 두께 방향 측면 둘레의 4면을 따라 형성될 수 있다. 이 때, 전극 조립체의 양단에는 전극 탭(12a, 12b)이 실링부(151)의 외측으로 인출될 수 있다.
여기서, 실링부(151)가 형성되는 길이만큼, 배터리 모듈(1)의 부피가 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 셀(11)에서는 전극 조립체의 두께 방향 측면 둘레의 4면을 따라 실링부(151)가 형성되지 않고, 적어도 하나의 면에서는 외장재(15)가 전극 조립체에 밀착되도록 형성되어, 배터리 모듈(1)의 부피가 감소될 수 있다.
외장재(15)는 전극 조립체의 측면 중 적어도 일측면에 밀착될 수 있다. 여기서, 외장재(15)가 전극 조립체에 밀착되는 부분을 밀착부(153)라고 설명하도록 한다. 밀착부(153)는 전극 조립체에 밀착하여 형성될 수 있다.
한편, 상술한 밀착부(153)는 전극 조립체에 외장재(15)가 완벽히 밀착되는 것에 한정되는 것은 아니고, 전지 셀(11)에서 전극 탭(12a, 12b)이 돌출되지 않은 면 중 외장재(15)가 접합되어 형성된 실링부(151)를 제외한 측면을 의미할 수 있다. 이 때, 밀착부(153) 및 전극 조립체 사이에는 외장재(15) 내부에 수용된 전해액 등이 존재할 수 있다.
그리고, 실링부(151)는 전극 탭(12a, 12b)에 인접하게 돌출되는 적어도 하나의 연장부(152)를 포함할 수 있다. 여기서, 연장부(152)는 밀착부(153)에 인접하는 부분에 밀착부(153)에 대하여 수직방향으로 기 결정된 길이(L1)로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 연장부(152)의 돌출되는 길이만큼 연장부(152)와 밀착부(153)의 사이에는 공간이 형성될 수 있다. 여기서, 연장부(152)의 길이(L)는 수 mm 일 수 있다. 2개의 연장부(152)는 같은 방향으로 돌출될 수 있으며, 전극 탭(12)이 돌출된 방향의 수직인 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 또한, 연장부(152)는 전극 조립체(11)의 전극 탭(12a, 12b)이 형성되지 않는 일 측면(밀착부(153))에서 돌출될 수 있다.
나아가, 전지 셀(11)의 한면에 밀착부(153)가 형성됨으로써, 전지 셀(11)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 밀착부(153)는 전지 셀(11)을 냉각시킬 수 있는 냉각 하우징(20)의 냉각 플레이트(20a)와 접촉될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전지 셀(11)은 밀착부(153)가 아래로 위치하도록 나란하게 적층되고, 복수의 전지 셀(11)의 밀착부(153)와 접하도록 전지 그룹(10)의 하측에 전지 그룹(10)을 냉각시킬 수 있는 냉각 플레이트(20a)가 배치될 수 있다.
또한, 냉각 하우징(20)의 냉각 플레이트(20a)가 밀착부(153)에 밀착되는데, 밀착부(153)의 양단에 연장부(152)가 밀착부(153)에서 수직 방향으로 연장되어 있기 때문에, 연장부(152)는 냉각 하우징(20)에 대해서 전지 그룹(10)의 배치를 유지하는 역할을 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 냉각 하우징(20)에 전지 그룹(10)이 안착된 모습을 전방에서 나타낸 도면이고. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 내부 단면 및 전지 그룹(10)이 안착된 모습의 부분 확대도를 나타낸 도면이고, 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따라 돌기부(22)가 형성된 냉각 플레이트(20a)의 형상을 나타낸 도면이며, 도 6b는 돌기부(22)가 형성되지 않은 냉각 하우징(20') 하부의 형상을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 6을 참조하면, 복수개의 전지 셀(11)이 나란하게 적층되고, 적층된 복수개의 전지 셀(11)은 냉각 플레이트(20a) 상에 위치되어 복수개의 전지 셀(11)이 냉각 하우징(20)에 의해 냉각될 수 있다.
한편, 냉각 플레이트(20a)에는 복수개의 전지 셀(11)의 밀착부(153)의 형상에 따라 굴곡이 형성될 수 있다.
구체적으로, 냉각 하우징(20)의 냉각 플레이트(20a)에는 전지 셀(11)의 밀착부(153)와 가장 넓은 면에서 접촉할 수 있도록 밀착부(153)의 일부 형상에 대응하는 곡면을 가지는 복수개의 돌기부(22)가 형성될 수 있다. 이 때, 상술한 복수개의 돌기부(22) 각각은 상호 인접 배치된 두 개의 전지 셀(11)에 형성된 밀착부(153) 사이에 배치될 수 있고, 두 개의 밀착부(153)의 일부 굴곡진 형상에 대응되도록 형성되어 밀착부(153)의 냉각 플레이트(20a) 접촉 면적을 극대화 할 수 있다.
또한, 냉각 플레이트(20a)에는 전지 셀(11)의 연장부(152)를 수용할 수 있도록 만입되어 형성된 복수의 중간부(25)가 형성될 수 있다. 중간부(25)는 냉각 플레이트(20a)에 기 결정된 간격마다 형성되는 빈 공간일 수 있다. 중간부(25)는 전지 셀(11)의 배열 방향과 나란한 방향으로 냉각 플레이트(20a)에 형성될 수 있다. 중간부(25)는 전지 셀(11)에서 외측으로 돌출되는 연장부(152)를 수용하여 전지 셀(11)이 나란하게 적층된 상태를 유지할 수 있다(냉각 하우징(20)에 대한 제1 실시예).
또한, 전지 그룹(10)은 복수개의 전지 셀(11)이 적층되어 형성될 수 있고, 복수개의 전지 셀(11) 중 기 결정된 개수의 전지 셀(11) 묶음 마다 배치된 탄성부재(13)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 탄성부재(13)는 스웰링(swelling)에 의해 전지 셀(11)이 부푸는 것을 완충할 수 있고, 외부 충격 및 진동이 전지 셀(11)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 탄성부재(13)는 도 5에 도시된 바와 같이, 전지 셀(11) 2개 묶음 및 전지 셀(11) 4개 묶음 사이에 배치되는 등 특정 개수의 전지 셀(11) 묶음 마다 배치되는 것에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 전지 그룹(10)과 냉각 플레이트(20a) 사이에는 전지 그룹(10)과 냉각 플레이트(20a) 간의 접촉 정도를 높이기 위해서 갭 필러(gap filler) 또는 열전도성 접착제 등의 열전달부재(21)가 도포될 수 있다. 구체적으로, 전지 그룹(10)과 냉각 플레이트(20a) 사이에는 열전도성을 가진 열전도성 접착제 등의 열전달부재(21)가 얇게 펴진 상태로 도포될 수 있고, 전지 그룹(10)과 냉각 플레이트(20a)의 접촉면을 극대화하여 전지 그룹(10) 및 냉각 플레이트(20a) 사이의 공백을 최소화 하는 바, 냉각 하우징(20)의 전지 그룹(10) 냉각에 있어 열전달 효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 열전달부재(21)는 'ㄷ'자 형상의 냉각 하우징(20) 구조에 따라 냉각 플레이트(20a)에 열전달부재(21)가 도포된 후 전지 그룹(10)이 안착되는 바, 최소량의 열전달부재(21) 도포 후 열전달부재(21)가 얇게 펴질 수 있다, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
한편, 하기의 표 1은 도 6a 및 6b 각각에 도시된 바와 같이, 냉각 하우징(20)의 냉각 플레이트(20a)에 돌기부(22)가 형성된 경우(좌측)와 냉각 하우징(20')에 돌기부(22)가 형성되지 않은 경우(우측)의 배터리 모듈에서 전지 셀 내 최고 온도(℃), 전지 셀 내 최저 온도(℃), 최고 온도(℃)와 최저 온도(℃) 간의 차이 및 최고 열저항(K/W) 등 온도 관련 실험(Simulation) 결과에 관한 것이다.
이 때, 상술한 실험(Simulation)은, 배터리 모듈(1) 외부의 히트 싱크(heat sink) 등에 유입되는 냉각수의 1LPM 초기 유량, 15℃의 초기 온도 조건 및 80A의 전지 셀(11) 전류 조건 하에서 수행될 수 있다.
돌기부(22)가 형성된 냉각 하우징(20) 돌기부가 형성되지 않은 냉각 하우징(20')
전지 셀 내 최고 온도 35.7℃ 38.5℃
전지 셀 내 최저 온도 27.2℃ 29.1℃
최고 온도와 최저 온도 간의 차이 8.5℃ 9.4℃
최고 열저항 1.8 K/W 2.2 K/W
이와 같이, 냉각 하우징(20)에 돌기부(22)가 형성된 배터리 모듈(1)의 경우에는 냉각 효율이 높기 때문에 배터리 모듈(1)에서의 온도가 돌기부(22)가 없는 경우에 비하여 낮으며, 열저항이 낮을 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 모듈 조립체(50)의 분해 사시도를 나타낸 도면이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 모듈 조립체(50)를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 내부 단면 및 상부의 부분 확대도를 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 센싱 기판부(70), 센싱 모듈 조립체(50) 및 버스바 조립체(60a, 60b) 간 연결 관계, A부분 및 B부분의 확대도를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 9를 참조하면, 상술한 센싱 모듈 조립체(50)는 플레이트 형상의 센싱 모듈부재(51) 및 센싱 모듈부재(51)에 대응되는 크기로 형성된 탄성패드(52)를 포함할 수 있다. 이 때, 탄성패드(52)는 압축 반력을 가지는 바, 전지 그룹(10) 상측에서 전지 그룹(10)을 가압하여 전지 그룹(10)을 하부로 더 밀착시킬 수 있고, 전지 그룹(10) 및 냉각 플레이트(20a)의 면착이 극대화되는 바, 냉각 하우징(20)의 전지 그룹(10) 냉각에 있어 열전달 효율이 증대될 수 있다.
또한, 센싱 모듈부재(51)는 일측에서 센싱 기판부(70)가 배치되지 않은 측(도면상 배터리 모듈(1)의 후방)의 버스바 조립체(60b)와 연결되고, 타측에서 센싱 기판부(70)와 연결되는 적어도 하나의 전압 센싱 연결부재(511)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 전압 센싱 연결부재(511)는 도면상 후방 버스바 조립체(60b)와 연결되는 제1 연결부재(511a), 전지 그룹(10) 전방의 센싱 기판부(70)와 연결되는 제2 연결부재(511b) 및 제1 연결부재(511a) 및 제2 연결부재(511b)를 매개하는 연결 와이어(511c)로 형성될 수 있다.
또한, 센싱 기판부(70)의 적어도 일부는 전방 버스바 조립체(60a)의 적어도 일부와 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 연결부재(511a)를 통해 후방 버스바 조립체(60b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 통해, 후방 버스바 조립체(60b)의 전압 신호는 전압 센싱 연결부재(511)를 통해 센싱 기판부(70)에 송신될 수 있고(section B), 전방 버스바 조립체(60a)와 연결된 센싱 기판부(70)는 전지 그룹(10)의 전압 상태를 측정 및 확인할 수 있다(section A).
한편, 도 9에 도시된 센싱 기판부(70)는 예를 들어 PCB회로 등으로 형성 될 수 있고, 센싱 기판부(70)의 형상 및 버스바 조립체(60a)와의 연결 위치는 예시적인 것으로, 이에 한정되지 않고, 회로 설계 및 버스바 조립체(60a)의 형상 등에 따라 변경될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
한편, 전압 센싱 연결부재(511)는 센싱 모듈부재(51) 및 탄성패드(52) 사이에 위치됨으로써 고정될 수 있고, 센싱 모듈부재(51) 및 탄성패드(52)는 절연재질로 형성됨으로써 연결 와이어(511c) 및 전지 그룹(10) 간 통전 가능성을 차단할 수 있다.
한편, 센싱 모듈부재(51)의 제1 연결부재(511a), 제2 연결부재(511b) 및 연결 와이어(511c)는 후방 버스바 조립체(60b)의 전압 센싱 신호를 센싱 기판부(70)에 전달하기 위한 예시적인 것일 뿐 이에 한정되지 않고, 연성 인쇄 회로(flexible print circuit)를 통해 후방의 버스바 조립체(60b)의 전압 신호를 전방의 센싱 기판부(70)에 전송하는 등 전지 그룹(10) 일측의 전압 신호를 타측의 센싱 기판부(70)에 전송할 수 있는 방식이면 충분하다.
나아가, 본 명세서에서는 센싱 모듈 조립체(50) 및 커버 플레이트(40)가 별개의 구성으로 서술되었으나, 이에 한정되지 않고, 센싱 모듈 조립체(50) 및 커버 플레이트(40)는 하나의 구성으로 구비되어 상술한 센싱 기판부(70)와 버스바 조립체(60b)의 연결 기능 및 배터리 모듈(1) 보호 기능을 모두 수행할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 하우징(20)과 커버 플레이트(40) 간의 결합 구조 및 냉각 하우징(20)과 전방 커버부(30a) 간의 결합 구조를 C부분 및 D부분의 단면을 통해 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 냉각 하우징(20)에서 전후방 커버부(30a, 30b) 및 커버 플레이트(40)와 결합되는 측면 플레이트(20b)에는 단턱부(23)가 형성될 수 있고, 전후방 커버부(30a, 30b) 각각 및 커버 플레이트(40)의 끝단에는 직각으로 연장된 수직부(31, 41)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 냉각 하우징(20)의 측면 플레이트(20b)는 전후방 커버부(30a, 30b)와 결합되는 모서리 및 커버 플레이트(40)와 결합되는 모서리가 단차지게 형성된 단턱부(23)를 포함할 수 있고, 전후방 커버부(30a, 30b) 각각 및 커버 플레이트(40)는 냉각 하우징(20)과 결합되는 끝단에서 단턱부(23)에 대응될 수 있도록 직각으로 연장 형성된 수직부(31, 41)를 포함할 수 있다.
이 때, 수직부(31, 41)는 단턱부(23)의 외측에 접촉되어 위치될 수 있고, 냉각 하우징(20)(특히, 측면 플레이트(20b))과 전후방 커버부(30a, 30b) 각각 및 냉각 하우징(20)(특히, 측면 플레이트(20b))과 커버 플레이트(40)는 용접 등에 의해 상호 접합됨으로써 결합될 수 있다. 위와 같이, 수직부(31, 41)는 단턱부(23) 외측에 위치될 수 있는 바, 배터리 모듈(1) 사용에 따라 전지 셀(11)이 팽창하는 경우에도, 복수개의 전지 셀(11)이 적층되는 방향의 인장력에 의한 배터리 모듈(1)이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 단턱부(23)는 수직부(31, 41) 내측에 위치되고 수직부(31, 41)와 상술한 인장력이 작용하는 방향의 수직한 방향으로 밀착되는 바, 전지 셀(11) 팽창의 경우에도 단턱부(23)는 수직부(31, 41)에 의해 지지될 수 있고, 배터리 모듈(1)의 파손 가능성을 감소시킬 수 있다.
나아가, 접합은 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있는데, 이 때, 접합부위에 조사되는 레이저(L)는 단턱부(23)에 의해 냉각 하우징(20) 내측의 전지 그룹(10)까지 조사되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 냉각 하우징(20)과 전후방 커버부(30a, 30b) 각각 및 냉각 하우징(20)과 커버 플레이트(40)의 접합은 수직부(31, 41)의 끝단에서 이루어질 수 있고, 상술한 바와 같이 단턱부(23)는 수직부(31, 41)의 내측에 위치되는 바, 단턱부(23)는 레이저(L)가 냉각 하우징(20)을 투과하여 냉각 하우징(20) 내측의 전지 그룹(10)까지 도달하는 것을 방지할 수 있고, 배터리 모듈(1) 제조 간 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 냉각 하우징(20x)에 대한 제2 실시예를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 냉각 하우징(20x)의 제1 영역에 전지 그룹(10)이 안착되었을 때의 부분 횡단면을 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 냉각 플레이트(20ax)의 전지 그룹(10)이 안착되는 측면은, 복수개의 전지 셀(11)의 밀착부(153)가 안착되는 제1 영역(20ax1) 및 전극 탭(12)이 돌출된 측 실링부(151)에 형성된 연장부(152)가 안착되는 제2 영역(20ax2)을 포함할 수 있다. 즉, 냉각 플레이트(20ax)상에는 전극 탭(12)이 인출되는 방향을 기준으로 제2 영역(20ax2), 제1 영역(20ax1) 및 제2 영역(20ax2)이 순차적으로 위치될 수 있다. 또한, 제2 영역(20ax2) 상에는 전후방 버스바 조립체(60a, 60b)가 안착될 수 있다.
구체적으로, 냉각 하우징(20x)에 대한 제2 실시예의 경우, 냉각 하우징(20x)은 냉각 플레이트(20ax) 및 냉각 플레이트(20ax)의 전지 셀(11) 적층 방향 양단에 형성된 측면 플레이트(20bx)를 포함할 수 있다. 이 때, 냉각 플레이트(20ax)상에 상술한 냉각 하우징(20)에 대한 제1 실시예의 돌기부(22)와 동일한 돌기부(22x)가 복수개 형성될 수 있다. 즉, 복수개의 돌기부(22x)가 제1 영역(20ax1) 및 제2 영역(20ax2)에 걸쳐 냉각 플레이트(20ax) 상에 형성될 수 있다.
한편, 전지 그룹(10)의 복수개의 연장부(152)가 안착되는 제2 영역(20ax2)에는 각각이 복수개의 연장부(152) 각각을 수용할 수 있도록 홈 형상으로 형성된 복수개의 중간부(25x)가 형성될 수 있다. 즉, 중간부(25x)에는 전지 셀(11)에서 외측으로 돌출되는 연장부(152)가 수용되어 복수개의 전지 셀(11)이 상호 적층된 상태를 유지할 수 있다
위와 같이, 제1 영역(20ax1)상의 중간부(25)가 제거됨에 따라 냉각 플레이트(20ax)와 밀착부(153) 간의 접촉 면적이 증가될 수 있고, 전지 그룹(10) 하측면과 냉각 플레이트(20ax) 간의 전체적인 접촉면이 증대되는 바, 배터리 모듈(1)의 냉각 효율이 보다 증대될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 냉각 하우징(20y)에 대한 제3 실시예를 나타낸 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 냉각 하우징(20y)의 제1 영역에 전지 그룹(10)이 안착되었을 때의 부분 횡단면을 나타낸 도면이다.
도 13 및 14를 참조하면, 냉각 하우징(20y)에 대한 제3 실시예의 경우, 냉각 하우징(20y)은 냉각 플레이트(20ay) 및 측면 플레이트(20by)를 포함할 수 있다. 이 때, 상술한 냉각 플레이트(20ay)상의 전지 그룹(10)의 밀착부(153)가 안착되는 제1 영역(20ay1)은 일부가 돌출되거나 함입된 부분 없이 편평하게 형성될 수 있다.
이를 통해, 전지 셀(11) 제조 과정에서 발생할 수 있는 전지 셀(11)의 적층 방향 폭에 대한 공차로 인해 전지 셀(11)이 냉각 플레이트(20a)의 돌기부(22)상에 올라타게 되고, 전지 셀(11)과 냉각 플레이트(20a) 간에 면상 접촉이 이루어지지 않는 등의 문제를 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 연장부(152) 및 전후방 버스바 조립체(60a, 60b)가 안착되는 제2 영역(20ay2)에도 상술한 돌기부(22)와 같은 구성이 형성되지 않을 수 있다. 이를 통해, 상술한 버스바 조립체(60a, 60b)의 안착면이 증가되는 바, 버스바 조립체(60a, 60b)의 안착 및 조립이 용이해 질 수 있다.
한편, 전지 그룹(10)의 복수개의 연장부(152)가 안착되는 제2 영역(20ay2)에는 각각이 복수개의 연장부(152) 각각을 수용할 수 있도록 홈 형상으로 형성된 복수개의 중간부(25y)가 형성될 수 있다. 즉, 중간부(25y)에는 전지 셀(11)에서 외측으로 돌출되는 연장부(152)가 수용됨으로써 복수개의 전지 셀(11)이 상호 적층된 상태를 유지할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 냉각 하우징(20z)에 대한 제4 실시예를 나타낸 도면이고, 도 16은 도 15에 도시된 냉각 하우징(20z)의 제1 영역에 전지 그룹(10)이 안착되었을 때의 부분 횡단면을 나타낸 도면이다.
도 15 및 16을 참조하면, 냉각 하우징(20z)에 대한 제3 실시예의 경우, 냉각 하우징(20z)은 냉각 플레이트(20az) 및 측면 플레이트(20bz)를 포함할 수 있다. 이 때, 상술한 냉각 플레이트(20az)상의 전지 그룹(10)이 안착되는 제1 영역(20az1)은 일부가 돌출되거나 함입된 부분 없이 편평하게 형성될 수 있다.
나아가, 냉각 플레이트(20az)는 전지 그룹(10)의 복수개의 연장부(152)가 안착되는 제2 영역(20az2)을 포함할 수 있고, 제2 영역(20az2)상에는 각각이 적어도 하나의 연장부(152)를 수용할 수 있도록 함입된 복수개의 수용부(25z)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상술한 중간부(25, 25x, 25y)의 경우, 전지 셀(11)의 연장부(152) 각각을 수용하는 반면, 냉각 하우징(20z)의 냉각 플레이트(20az)상에 형성된 수용부(25z)의 경우, 상호 인접한 적어도 하나의 전지 셀(11)에 형성된 적어도 하나의 연장부(152)를 동시에 수용할 수 있다.
더 구체적으로, 상술한 수용부(25z)는 전지 셀(11)의 적층 방향에 대응되는 폭이 적층된 복수개의 전지 셀(11) 중 인접한 적어도 하나의 전지 셀(11)에 형성된 적어도 하나의 연장부(152)를 수용 가능한 크기로 형성될 수 있다. 또한, 상술한 수용부(25z)는 냉각 플레이트(20az)상에서 전지 그룹(10)의 탄성부재(13)가 배치되는 위치 사이마다 형성될 수 있고, 상호 인접한 2개의 탄성부재(13) 사이에 배치된 적어도 하나의 전지 셀(11)의 연장부(152)는 하나의 수용부(25z) 내에 수용될 수 있다. 이를 통해, 복수개의 전지 셀(11) 각각에 대응하여 형성해야 하는 중간부(25, 25x, 25y)에 비해 수용부(25z) 제조 간 가공 용이성이 증대될 수 있다.
한편, 도 15에 도시된 수용부(25z)는 인접한 전지 셀(11) 2개 또는 4개의 연장부(152)를 수용 가능한 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않는다.
한편, 상술한 측면 플레이트(20bx, 20by, 20bz)에 대한 구체적인 내용은 냉각 하우징(20)의 측면 플레이트(20b)와 동일하며, 상술한 돌기부(22x) 및 중간부(25x, 25y)는 상술한 냉각 하우징(20)의 돌기부(22) 및 중간부(25)와 동일한 바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
뿐만 아니라, 상술한 제1 영역(20ay1) 및 제2 영역(20ay2) 그리고 제1 영역(20az1) 및 제2 영역(20az2)에 대한 정의는 상술한 냉각 하우징(20x)의 제2 실시예에 대한 제1 영역(20ax1) 및 제2 영역(20ax2)과 동일한 바, 구체적인 설명은 생략한다.
나아가, 상술한 냉각 플레이트(20ax, 20ay, 20az)의 제1 영역(20ax1, 20ay1, 20az1) 상에는 열전달부재(21)가 균일하게 도포될 수 있다. 또한, 전지 그룹(10)이 냉각 플레이트(20ax, 20ay, 20az)에 안착됨에 따라 복수 개의 전지 셀(11)과 냉각 플레이트(20ax, 20ay, 20az) 사이의 빈 공간은 열전달부재(21)로 충진될 수 있다.
도 17a 내지 17c는 본 발명의 다른 실시예에 따라 냉각 하우징(20)에 전지 그룹(10)이 안착되는 모습을 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 17a는 냉각 플레이트(20a) 상에 열전달부재(21)가 도포되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 17b는 열전달부재(21)가 도포된 냉각 하우징(20)에 복수개의 전지 셀(11)이 적층된 전지 그룹(10)이 안착되는 모습을 나타낸 도면이며, 도 17c는 열전달부재(21)가 도포된 냉각 플레이트(20a)에 전지 그룹(10)이 안착되는 모습을 전지 그룹(10)의 전극 탭(12)이 돌출된 측에서 나타낸 도면이다.
도 17 및 상술한 도 5를 참조하면, 전지 그룹(10)은 복수개의 전지 셀(11)이 적층되어 형성될 수 있고, 복수개의 전지 셀(11) 중 기 결정된 개수의 전지 셀(11) 묶음 마다 탄성부재(13)가 배치되어 형성될 수 있다. 이 때, 복수개의 전지 셀(11) 간은 양면테이프 등의 접착부재(미도시 됨)를 통해 상호 접착될 수 있고, 탄성부재(13) 역시 자체적인 접착력을 구비하여 탄성부재(13) 양측의 전지 셀(11)과 접착될 수 있으나, 이는 복수개 전지 셀(11) 간의 접착상태 고정을 위한 예시적인 것일 뿐 이에 한정되지 않고, 복수개의 전지 셀(11) 간을 접착하고 적층된 전지 그룹(10) 형태를 유지할 수 있는 방식이면 충분하다.
또한, 갭 필러(gap filler) 또는 열전도성 접착제 등의 열전달부재(21)가 일면이 개방된 냉각 하우징(20)의 적어도 일부에 도포될 수 있다. 특히, 열전달부재(21)는 냉각 하우징(20)의 냉각 플레이트(20a)상에 도포될 수 있고, 특정 구간 도포 및 도포량 조절을 위해 노즐부재(21') 등을 통해 도포될 수 있다. 냉각 하우징(20)의 상측이 개방됨에 따라 도포 과정에서 육안 확인이 가능하여 열전달부재(21)의 도포량 및 열전달부재(21)가 도포되는 도포 구간의 관리가 용이해질 수 있다. 이를 통해, 필요 구간에만 열전달부재(21)를 도포할 수 있는 바, 열전달부재(21) 사용량을 최소화 할 수 있다.
한편, 열전달부재(21) 도포 시, 전지 그룹(10) 및 냉각 하우징(20)의 접착력을 향상시킬 수 있도록 본드 등의 접착부재를 더 도포시킬 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않는다.
위와 같이, 전지 그룹(10)은 냉각 하우징(20)의 냉각 플레이트(20a) 상에 열전달부재(21)가 모두 도포된 후 안착되고, 전지 그룹(10) 및 냉각 플레이트(20a)가 상호 밀착되는 바, 열전달부재(21)는 전지 그룹(10) 및 냉각 플레이트(20a) 사이에 얇게 펴진 상태로 위치될 수 있고, 최소량의 열전달부재(21)를 통해 충분한 접착력 및 열전도성을 가진 열전달부재(21)의 도포가 가능하다.
한편, 열전달부재(21)는 상술한 바와 같이, 얇게 펴져 박막화된 상태로 위치될 수 있고, 바람직하게는, 열전달부재(21)의 두께가 0초과 내지 1mm이하로 형성될 수 있다. 구체적으로, 열전달부재(21)는 전지 셀(11) 제조 공정 간 전지 셀(11) 크기의 공차에 따라 그 두께가 달리 형성될 수 있는 것으로, 밀착되는 전지 셀(11)의 위치마다 상이한 두께로 형성될 수 있다. 나아가 경우에 따라, 열전달부재(21)는 0에 매우 근접한 두께로 형성될 수 있고, 냉각 플레이트(20a)의 적어도 일부는 전지 셀(11)에 직접 접촉될 수도 있다.
한편, 전지 그룹(10)이 냉각 플레이트(20a) 상에 안착된 후, 버스바 조립체(60a, 60b)는 전지 그룹(10)의 복수개의 전극 탭(12)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 전지 그룹(10)의 복수개 전극 탭(12) 각각은 버스바 조립체(60a, 60b)상의 복수개의 슬릿(61) 각각에 삽입 및 고정될 수 있고, 전극 탭(12) 및 버스바 조립체(60a, 60b)는 레이저 용접 등을 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상술한 도 1에 도시된 전지 그룹(10)의 전방 측 전극 탭(12)은 전방 버스바 조립체(60a)의 슬릿(61)에 삽입되어 연결될 수 있고, 전지 그룹(10)의 후방 측 전극 탭(12)은 후방 버스바 조립체(60b)의 슬릿(61)에 삽입되어 연결될 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바 조립체(60a, 60b)가 연결된 전지 그룹(10) 상측에 센싱 모듈 조립체(50)가 체결되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스바 조립체(60a, 60b) 및 냉각 하우징(20)이 체결되는 모습을 나타낸 하측 사시도 및 전방 평면도를 나타낸 도면이며, 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전방 버스바 조립체(60a)에 센싱 기판부(70)가 체결되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 18 내지 20을 참조하면, 센싱 모듈 조립체(50)는 전지 그룹(10) 상측에 안착되어 버스바 조립체(60a, 60b) 또는 냉각 하우징(20)의 적어도 일부와 체결될 수 있다. 구체적으로, 센싱 모듈 조립체(50)의 전후방 끝단 적어도 일부에는 적어도 하나의 체결홈(512)이 형성될 수 있고, 전지 그룹(10) 양측의 버스바 조립체(60a, 60b) 상단의 적어도 일부에는 체결홈(512)에 대응되는 적어도 하나의 체결부(611)가 형성될 수 있다. 이를 통해, 센싱 모듈 조립체(50)가 전지 그룹(10) 상측에 안착됨에 따라 센싱 모듈 조립체(50)의 체결홈(512)이 버스바 조립체(60a, 60b)의 체결부(611)와 상호 끼움(hook) 결합될 수 있다. 이 때, 상술한 바와 같이, 센싱 모듈 조립체(50)는 탄성패드(52)를 포함함으로써 전지 그룹(10)이 하측의 냉각 하우징(20)에 밀착되는 것을 보조할 수 있다. 한편, 상술한 체결홈(512)과 체결부(611)의 형성 위치는 상호 반대로 바뀔 수도 있다.
한편, 상술한 체결홈(512) 및 체결부(611)의 끼움 결합 방식은 예시적인 것으로 이에 한정되지 않고, 센싱 모듈 조립체(50)가 버스바 조립체(60a, 60b) 또는 냉각 하우징(20)의 적어도 일부에 체결되어 전지 그룹(10) 상측에 위치될 수 있는 방식이면 충분하다.
나아가, 전후방 버스바 조립체(60a, 60b)는 냉각 하우징(20)의 냉각 플레이트(20a)에서 제1 체결부재(242)에 의해 고정 및 결속될 수 있다. 구체적으로, 냉각 플레이트(20a)의 전후방 버스바 조립체(60a, 60b)와 접촉되는 측의 적어도 일부에는 제1 체결홀(241)이 형성될 수 있고, 전후방 버스바 조립체(60a, 60b)의 냉각 플레이트(20a)와 접촉되는 측의 적어도 일부에는 제1 체결홀(241)에 대응되는 제2 체결홀(미도시 됨)이 형성될 수 있다. 따라서, 냉각 플레이트(20a)와 전후방 버스바 조립체(60a, 60b)는 제1 체결홀(241)과 제2 체결홀에 삽입되는 볼트 등의 제1 체결부재(242)에 의해 상호 고정 및 결속될 수 있다.
한편, 전방 버스바 조립체(60a) 외측에는 센싱 기판부(70)가 연결될 수 있다. 이 때, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 센싱 기판부(70)가 전방 버스바 조립체(60a)에 연결되는 것으로 서술하나, 이에 한정되지 않고, 상술한 바와 같이, 후방 버스바 조립체(60b)에 연결될 수도 있고, 센싱 모듈 조립체(50)에 의해 전지 그룹(10)의 전압 상태를 측정 및 확인할 수 있다.
구체적으로, 센싱 기판부(70)에는 적어도 하나의 제3 체결홀(711)이 형성될 수 있고, 전방 버스바 조립체(60a)의 외면에는 제3 체결홀(711)에 대응되는 적어도 하나의 제4 체결홀(621)이 형성될 수 있다. 이 때, 제3 체결홀(711) 및 제4 체결홀(621)이 대응되게 위치되고, 센싱 기판부(70) 및 전방 버스바 조립체(60a)는 제3 체결홀(711)과 제4 체결홀(621)에 삽입되는 볼트 등의 제2 체결부재(712)에 의해 상호 고정 및 결속될 수 있다. 이 때, 센싱 기판부(70)에 형성된 적어도 하나의 센싱 접촉부(720)는 전방 버스바 조립체(60a) 외면의 적어도 일부와 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다.
다만, 상술한 체결부재(242, 712) 및 체결홀(241, 621, 711)에 의한 결합 방식은 예시적인 것으로, 이에 한정되지 않고, 전후방 버스바 조립체(60a, 60b) 각각 및 냉각 하우징(20) 상호 간 그리고 전지 그룹(10) 일측의 버스바 조립체(60a 또는 60b) 및 센싱 기판부(70) 상호 간이 결속 및 결합되어 고정될 수 있는 방식이면 충분하다.
이 후, 커버 플레이트(40) 및 전후방 커버부(30a, 30b)는 상술한 도 8에 도시된 바와 같이 냉각 하우징(20)에 접촉되어 용접을 통해 상호 결합될 수 있고, 배터리 모듈(1)이 제조될 수 있다. 이 때, 냉각 하우징(20)과 커버 플레이트(40) 및 냉각 하우징(20)과 전후방 커버부(30a, 30b) 각각의 결합 구조에 관한 구체적인 내용은 상술한 바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 배터리 모듈(1)의 전지 그룹(10) 및 버스바 조립체(60a, 60b) 등은 외측의 냉각 하우징(20), 전후방 커버부(30a, 30b) 및 커버 플레이트(40) 등에 의해 외부로 노출되지 않는 바, 외부 이물질로부터 보호될 수 있고, 상술한 고정 구조를 통해 외부에 충격이 발생한 경우에도 고정 및 지지 구조가 유지될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 배터리 모듈
10 : 전지 그룹
11 : 전지 셀
12, 12a, 12b : 전극 탭
13 : 탄성부재
15 : 외장재
151 : 실링부
152 : 연장부
153 : 밀착부
20, 20x, 20y, 20z : 냉각 하우징
20a, 20ax, 20ay, 20az : 냉각 플레이트
20ax1, 20ay1, 20az1 : 제1 영역
20ax2, 20ay2, 20az2 : 제2 영역
20b, 20bx, 20by, 20bz : 측면 플레이트
21 : 열전달부재
21' : 노즐부재
22, 22x : 돌기부
23 : 단턱부
241 : 제1 체결홀
242 : 제1 체결부재
25, 25x, 25y : 중간부
25z : 수용부
30a, 30b : 커버부
40 : 커버 플레이트
31, 41 : 수직부
50 : 센싱 모듈 조립체
51 : 센싱 모듈부재
511 : 센싱 연결부재
511a : 제1 연결부재
511b : 제2 연결부재
511c : 연결 와이어
512 : 체결홈
52 : 탄성패드
60a, 60b : 버스바 조립체
61 : 슬릿
611 : 체결부
621 : 제4 체결홀
70 : 센싱 기판부
711 : 제3 체결홀
712 : 제2 체결부재
720 : 센싱 접촉부
L : 레이저
L1 : 연장부의 돌출 길이

Claims (22)

  1. 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀이 적층되어 형성된 전지 그룹;
    상기 전지 그룹에서 상기 전극 탭이 돌출되지 않은 측면 중 일 측면에 대응되게 위치된 냉각 플레이트 및 상기 측면 중 상기 일 측면에 수직한 양 측에 위치된 측면 플레이트를 포함하여 상기 전지 그룹을 수용하는 냉각 하우징;
    상기 전지 그룹의 타 측에 위치된 커버 플레이트;
    상기 전지 그룹에서 상기 전극 탭이 돌출되는 방향 양측 최외측에 위치된 전방 커버부; 및 후방 커버부;를 포함하는, 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 열전달부재를 더 포함하고,
    상기 열전달부재는 상기 냉각 플레이트 및 상기 전지 그룹 사이에 얇은 막 형태로 위치된, 배터리 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열전달부재는 상기 냉각 플레이트 및 상기 복수 개의 전지 셀 사이의 빈 공간에 충진된, 배터리 모듈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수개의 전지 셀 각각은 외곽에 외장재에 의해 형성되는 실링부 및 밀착부를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 전지 셀의 네 측의 둘레 중 세 측에 형성되고, 상기 전지 셀의 나머지 일 측에는 상기 밀착부가 형성되며,
    상기 냉각 플레이트는 상기 열전달부재를 통해 적층된 상기 복수개의 전지 셀의 상기 밀착부와 밀착된, 배터리 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉각 플레이트에는 복수의 돌기부가 형성되고,
    각각의 상기 돌기부는 인접하는 전지 셀의 밀착부 간에 걸치도록 배치되는, 배터리 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 각각의 돌기부는 상기 밀착부의 일부 형상에 대응하는 곡면을 가지는, 배터리 모듈.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 실링부 중 상기 밀착부에 인접하는 부분에는 상기 밀착부에 대하여 수직 방향으로 돌출되는 연장부가 형성된, 배터리 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉각 플레이트상에는 상기 연장부를 수용 가능한 복수의 중간부가 형성된, 배터리 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 중간부는 상기 냉각 플레이트상에서 상기 연장부에 대응되는 위치에 형성된, 배터리 모듈.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉각 플레이트상에는 각각이 상기 적층된 복수개의 전지 셀 중 상호 인접한 적어도 하나의 전지 셀의 상기 연장부를 수용 가능한 복수의 수용부가 형성된, 배터리 모듈.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각 하우징은 일체로 형성된, 배터리 모듈.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 전지 그룹의 양측에서 돌출되고,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 복수개의 전지 셀을 상호 전기적으로 연결하기 위해 상기 양측의 전극 탭에 각각 연결된 버스바 조립체 및 상기 전지 그룹의 타 측에 위치된 센싱 모듈 조립체를 포함하는, 배터리 모듈.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 양측의 버스바 조립체 중 어느 하나의 측부에 위치되어 상기 복수개 전지 셀의 전압을 센싱하는 센싱 기판부를 더 포함하고,
    상기 센싱 모듈 조립체는 상기 양측의 버스바 조립체 중 나머지 하나 및 상기 센싱 기판부를 전기적으로 연결하는, 배터리 모듈.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 센싱 모듈 조립체는,
    상기 전지 그룹을 상기 냉각 플레이트 측으로 가압하는 탄성패드를 더 포함하는, 배터리 모듈.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 전지 그룹은,
    상기 복수개의 전지 셀 중 적어도 두 개의 전지 셀 묶음 마다 개재된 탄성부재를 포함하는, 배터리 모듈.
  16. 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀이 적층되고,
    적층된 상기 복수개의 전지 셀이 상기 복수개의 전지 셀에서 상기 전극 탭이 돌출되지 않은 측면 중 일 측면에 대응되게 위치된 냉각 플레이트를 포함하는 냉각 하우징에 안착되고,
    상기 복수개의 전지 셀에서 전극 탭이 돌출되는 양측 최외측에 상기 전방 커버부 및 상기 후방 커버부가 배치되고,
    상기 복수개의 전지 셀의 타 측에 커버 플레이트가 배치되는, 배터리 모듈 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수개의 전지 셀은 상기 냉각 플레이트상에 열전달부재가 도포된 후 안착되는, 배터리 모듈 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 열전달부재는 상기 냉각 플레이트에 상기 복수개의 전지 셀이 안착됨에 따라 얇게 펴지는, 배터리 모듈 제조 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수개의 전지 셀이 안착되고, 상기 복수개의 전지 셀 상호 간의 전기적 연결을 위한 버스바 조립체가 상기 전극 탭에 연결되는, 배터리 모듈 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 버스바 조립체는 상기 전지 그룹에서 상기 전극 탭이 돌출되는 양측에 연결되고,
    상기 버스바 조립체가 연결된 후,
    상기 복수개 전지 셀의 전압을 센싱하는 센싱 기판부가 상기 양측의 버스바 조립체 중 어느 하나의 측부에 연결되는, 배터리 모듈 제조 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 센싱 기판부가 연결된 후,
    상기 양측의 버스바 조립체 중 나머지 하나 및 상기 센싱 기판부를 전기적으로 연결하는 센싱 모듈 조립체가 상기 복수개의 전지 셀 타 측에 안착되는, 배터리 모듈 제조 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 센싱 모듈 조립체가 안착된 후,
    상기 전방 커버부, 후방 커버부 및 상기 커버 플레이트가 배치되고,
    상기 커버부 및 상기 커버 플레이트는 상기 냉각 하우징과 결합되는, 배터리 모듈 제조 방법.
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