KR20200008105A - 신축부재가 구비된 배터리모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신축부재가 구비된 배터리모듈에 관한 것으로서, 하우징; 상기 하우징의 내부를 소정 개수의 분리되는 공간으로 구획하는 적어도 하나 이상의 분리벽; 케이스와, 상기 케이스 내부에 구비되는 배터리셀과, 상기 배터리셀에 연결되는 음극와 양극의 전극탭을 포함하여 구성되는 적어도 둘 이상의 단위 배터리셀; 및 상기 단위 배터리셀 사이에 삽입되는 신축부재를 포함하여 구성되며, 상기 단위 배터리셀 및 상기 신축부재는 상기 분리벽에 의해 구획되는 공간에 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

신축부재가 구비된 배터리모듈{The battery module equipped with a flexible member}
본 발명은 신축부재가 구비된 배터리모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좀 더 효율적으로 단위 배터리셀 내부의 가열, 냉각 또는 단위 배터리셀 내부의 온도를 조정 할 수 있도록 신축부재가 구비된 배터리모듈에 관한 것이다.
통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.
한편, 많은 양의 전력을 필요로 하는 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 상기 2차 전지셀을 수십 개 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리모듈을 구성하게 된다.
상기 복수개의 배터리모듈은 충전 또는 방전을 할 때 셀에서 열이 발생되며, 셀의 온도에 따라 배터리셀의 충전 또는 방전의 성능은 다르게 나타난다.
이에 따라, 배터리의 내부온도를 적정한 온도로 유지하는 것은 중요하다.
종래 기술 한국공개특허 2007-0014631의 이차 전지 모듈은 단위전지에서 발생된 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있도록, 적층 배열된 다수개의 단위전지, 및 상기 단위전지 사이에 설치되며, 내부에 냉각 유로가 형성되며 양면에 돌기가 형성된 복수개의 격벽을 포함하여 형성된다.
이에 따라, 종래 기술은 복수개의 격벽 내부로 열전달매체가 순환하면서 다수개의 전지를 냉각하는 방식이다.
그러나 종래 기술은 격벽의 양면에 형성된 돌기와 다수 개의 단위전지가 맞닿은 영역만 냉각하는 구성으로서, 맞닿지 않은 영역은 냉각되지 않는 문제점이 있다.
한국공개특허 2007-0014631(2007.02.01)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배터리셀 사이에 신축부재를 구비하여, 배터리셀을 하우징의 분리벽 측으로 밀착함으로써, 배터리셀과 분리벽이 서로 밀착되어 열전달효율이 향상된 신축부재가 구비된 배터리모듈을 제공하려는 것이다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈은, 파우치형 케이스, 상기 파우치형 케이스 내부에 구비되는 배터리셀, 및 상기 배터리셀에 연결되는 음극과 양극의 전극탭을 포함하여 구성되는 단위 파우치형 배터리셀;과 복수개의 상기 단위 파우치형 배터리셀을 수용하는 하우징;을 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 하우징은 내부를 소정 개수의 분리되는 공간으로 구획하는 분리벽을 포함하고, 상기 분리벽에 의해 형성된 하우징의 각 공간에는 적어도 하나의 단위 파우치형 배터리셀이 수용되되, 상기 각 공간에 수용된 단위 파우치형 배터리셀 사이에는 신축가능하게 형성된 신축부재가 배치되고, 상기 각 공간에 수용된 단위 파우치형 배터리셀의 일면과 분리벽, 또는 상기 각 공간에 수용된 단위 파우치형 배터리셀의 일면과 하우징의 외벽 사이에는 하우징의 외부로 열을 전달하기 위한 열전달부재가 배치되어 형성된다.
또한, 상기 신축부재는 평판으로 형성되고, 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 다황화물계고 무(polysulfide rubber), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 우레탄고무(urethane rubber), 아크릴고무(acrylic rubber)중 선택되는 한가지 재질로 형성된다.
또한, 상기 신축부재는 알루미늄 또는 열전도성 금속재질로 형성되는 한 쌍의 판이 겹쳐 형성되되, 상기 한 쌍의 판은 적어도 하나 이상의 일정영역이 서로 대응되도록 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부가 서로 대향하도록 결합되어 형성된다.
또한, 상기 신축부재는 알루미늄 또는 열전도성 금속재질로 형성되는 한 쌍의 판이 겹쳐 형성되되, 일정영역이 서로 대응되도록 함몰되며 표면이 요철형태로 형성된 함몰부를 포함하여 형성된다.
또한, 상기 열전달 부재는, 상기 단위 파우치형 배터리셀의 일부를 수용할 수 있도록 함몰 형성되고, 상기 단위 파우치형 배터리셀과 함께 상기 각 공간에 수용될 때 열전달 부재의 테두리가 상기 분리벽의 상부까지 연장되도록 형성된다.
또한, 상기 신축부재를 형성하는 한 쌍의 판은 외측 테두리가 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈은 단위 배터리셀 사이에 신축부재를 구성함으로써, 신축부재에 의해 단위 배터리셀과 분리벽이 서로 밀착되어 밀착력이 증가함에 따라 열전달효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈은 열의 전달에 의해 단위 배터리셀을 냉각하는 구성으로서, 하우징의 내부에 별도로 냉각 유로를 구성할 필요가 없는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈은 열전달부재를 구성함으로써, 열의 전달에 의한 냉각 효과가 더욱 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하우징의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단위 배터리셀의 사시도 및 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신축부재가 구비된 배터리모듈의 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신축부재가 구비된 배터리모듈의 평면도
도 5는 도 3에 도시된 적층 구조의 분해사시도
도 6는 도 3에 도시된 적층 구조의 단면도
도 7은 도 3에 도시된 적층 구조가 하우징에 구비된 단면도
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 신축부재의 여러 실시예
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하우징의 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단위 배터리셀의 사시도 및 단면도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신축부재가 구비된 배터리모듈의 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신축부재가 구비된 배터리모듈의 평면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 크게 하우징(100), 단위 배터리셀(200), 신축부재(300)를 포함하여 형성된다.
도 1을 참조하면, 하우징(100)은 본 발명의 단위 배터리셀(200) 및 신축부재(300)가 구비되는 배터리모듈(1000)의 기본 몸체로서, 내부에 단위 배터리셀(200)이 구비된다.
또한, 분리벽(110)은 알루미늄 또는 열전도성 금속 재질로 형성된다.
도면에서 하우징(100)은 분리벽(110)에 의해 소정 개수의 분리되는 공간으로 구획된 실시예를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 더욱 다양하게 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 단위 배터리셀(200)은 파우치형 케이스(210)와, 케이스(210) 내부에 구비되는 배터리셀(220), 상기 배터리셀(220)과 연결되어 외부로 각각 노출되는 양극의 전극탭(230)과 음극의 전극탭(240)을 포함하여 형성되는 파우치형 배터리셀이며, 각각 하우징(100)의 공간부(120)에 적어도 하나가 구비되며, 바람직하게는 적어도 2개 이상 구비된다.
이 때, 분리벽(110)은 단위 배터리셀(200)과 맞닿은 면에서 발생한 열을 전달 받아서 상하방향으로 방출한다.
그러나 단위 배터리셀(200)과 분리벽(110)이 맞닿는 접촉력은 한계가 있는데, 이를 해결하기 위해 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈(1000)은 단위 배터리셀(200) 사이에 신축부재(300)를 구성하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면 신축부재(300)는 신축 및 축소가 가능한 재질로 형성되며, 단위 배터리셀(200) 사이에 삽입된다.
또한, 신축부재(300)는 판형태로 형성될 수 있다.
이 때, 신축부재(300)의 재질은 스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 다황화물계고 무(polysulfide rubber), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 우레탄고무(urethane rubber), 아크릴고무(acrylic rubber)중 선택되는 한가지 재질로 형성된다.
또한, 신축부재(300)는 단위 배터리셀(200)을 분리벽(110) 측으로 밀착한다.
즉, 신축부재(400)는 단위 배터리셀(300)을 분리벽(200) 측으로 밀착함으로써, 단위 배터리셀(300)에서 발생하는 열의 좀 더 많은 양을 분리벽(200)으로 전달할 수 있도록 돕는다.
이에 따라, 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈(1000)은 단위 배터리셀(200) 사이에 신축부재(300)를 구성함으로써, 신축부재(300)에 의해 단위 배터리셀(200)과 분리벽(110)이 서로 밀착되어 밀착력이 증가함에 따라 열전달효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈(1000)은 열의 전달에 의해 단위 배터리셀(200)을 냉각하는 구성으로서, 하우징(100)의 내부에 별도로 냉각 유로를 구성할 필요가 없는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 신축부재가 구비된 배터리 모듈(1000)은 상기 단위 배터리셀(200), 분리벽(110) 및 신축부재(300)의 사이에는 상기 하우징의 내면의 방향으로 적어도 하나 이상의 열전달부재가 더 배치되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 열전달부재(400)는 단위 배터리셀(200), 분리벽(110) 또는 신축부재(300)와 맞닿은 면에서 발생하는 열을 전달받아서 상하방향으로 방출한다.
또한, 열전달부재(400)는 분리벽(110)과 같은 재질인 알루미늄 또는 열전도성 금속 재질로 형성된다.
또한, 열전달부재(400)의 내부에 상기 단위 배터리셀(200)의 일부를 수용할 수 있도록 함몰 형성되고, 테두리가 분리벽(110)의 내측으로 굽혀지는 만곡된 형태로 형성되며, 단위 배터리셀(200)과 함께 분리벽(110)에 의한 각 공간에 수용될 때 테두리가 상기 분리벽(110)의 상부까지 연장되도록 형성된다
이에 따라, 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈(1000)은 열전달부재(400)를 구성함으로써, 열의 전달에 의한 냉각 효과가 더욱 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈(100)은 단위 배터리셀(200), 신축부재(300), 및 열전달부재(400)가 적층된 구조를 이루며 하우징(100)의 분리벽(110)에 의해 구획되는 공간에 구비되는 데, 도 3은 적층 구조의 바람직한 실시예를 도시하였으며, 이에 대해 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 도 3에 도시된 적층 구조의 분해사시도이이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 신축부재가 구비된 배터리모듈(1000)은 하나의 열전달부재(400), 하나의 단위 배터리셀(200), 신축부재(300), 또 다른 하나의 단위 배터리셀(200), 또 다른 하나의 열전달부재(400)가 순차적으로 적층된 구조로 형성되는 것이 냉각효과를 극대화하기 위해 바람직하다.
물론, 본 발명의 실시예에 따른 신축부재가 구비된 배터리모듈(1000)은 하나의 열전달부재(400), 하나의 단위 배터리셀(200), 신축부재(300), 또 다른 하나의 단위 배터리셀(200), 또 다른 하나의 열전달부재(400)가 순차적으로 적층된 구조로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않고, 좀 더 다양한 적층 구조로도 적용이 가능하다.
도 6은 도 3에 도시된 적층 구조의 단면도이며, 도 7은 도 3에 도시된 적층 구조가 하우징에 구비된 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 적층 구조에서 신축부재(300)는 일반적인 상태의 길이(L1)를 갖는다.
도 7에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 적층 구조가 하우징(100)에 구비되면, 신축부재(300)는 압축되면서 일반적인 상태의 길이(L1)보다 짧아진 길이(L2)를 갖게 되며, 다시 반발력에 의해 신축부재(300)에 양측에 맞닿은 단위 배터리셀(200)을 분리벽(110) 측으로 밀착한다.
밀착력을 받은 단위 배터리셀(200)은 열전달부재(400)를 분리벽(110) 측으로 밀착하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리 모듈(1000)은 신축부재(300)에 의해 단위 배터리셀(200), 분리벽(110), 열전달부재(400)이 서로 밀착됨으로서 밀착력이 증가함에 따라 열전달효율이 더욱 향상되는 장점이 있다.
도 8은 신축부재의 실시예의 사시도이며, 도 9는 신축부재의 실시예의 사시도이다.
도 8 내지 도 9를 참조하면, 신축부재(300)는 적어도 하나 이상의 일측면의 일정영역이 서로 대응되도록 돌출된 돌출부(310)를 포함하되, 타측면의 테두리가 서로 대응되도록 절곡되며, 돌출부(310)가 서로 대향되도록 결합되는 한 쌍의 판형태로 형성될 수 있다.
이 때, 도 8 내지 도 9에 도시된 실시예로 형성된 신축부재(300)가 배터리셀 사이에 삽입되면, 신축부재(300)의 돌출부(310)가 압축력을 받아서, 다시 분리벽(110) 측으로 반발력을 주게 된다.
도 10은 신축부재의 또다른 실시예의 사시도이며, 도 11은 신축부재의 또다른 실시예의 사시도이다.
도 10 내지 도 11을 참조하면, 신축부재(300)는 일측면의 일정영역이 서로 대응되도록 함몰되며 표면이 요철형태로 형성되는 함몰부(320)를 포함하여 한 쌍의 판형태로 형성될 수 있다.
이 때, 도 10 내지 도 11에 도시된 실시예로 형성된 신축부재(300)가 배터리셀 사이에 삽입되면, 신축부재(300)의 함몰부(320)가 압축력을 받아서 다시 분리벽(110) 측으로 반발력을 주게 된다.
또한, 도 8 내지 도 11에 도시된 실시예로 신축부재(300)가 형성될 경우, 신축부재(300)는 알루미늄 또는 열전도성 금속 재질로 형성되며, 신축부재(300)를 형성하는 한 쌍의 판은 외측 테두리가 절곡되어 형성될 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 본 발명의 신축부재가 구비된 배터리모듈
100 : 하우징
110 : 분리벽
200 : 단위 배터리셀
210 : 케이스 220 : 배터리셀
230 : 양극 전극탭 240 : 음극 전극탭
300 : 신축부재
310 : 돌출부 320 : 함몰부
400 : 열전달부재

Claims (7)

  1. 파우치형 케이스, 상기 파우치형 케이스 내부에 구비되는 배터리셀, 및 상기 배터리셀에 연결되는 음극과 양극의 전극탭을 포함하여 구성되는 단위 파우치형 배터리셀;과
    복수개의 상기 단위 파우치형 배터리셀을 수용하는 하우징;을 포함하는 배터리 모듈에 있어서,
    상기 하우징은 내부를 소정 개수의 분리되는 공간으로 구획하는 분리벽을 포함하고,
    상기 분리벽에 의해 형성된 하우징의 각 공간에는 적어도 하나의 단위 파우치형 배터리셀이 수용되되,
    상기 각 공간에 수용된 단위 파우치형 배터리셀 사이에는 신축가능하게 형성된 신축부재가 배치되고,
    상기 각 공간에 수용된 단위 파우치형 배터리셀의 일면과 분리벽, 또는 상기 각 공간에 수용된 단위 파우치형 배터리셀의 일면과 하우징의 외벽 사이에는 하우징의 외부로 열을 전달하기 위한 열전달부재가 배치되는, 배터리모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신축부재는 평판으로 형성되고,
    스티렌부타디엔고무(styrene butadien rubber:SBR), 폴리클로로프렌고무(polychloroprene rubber:CR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber:NBR), 부틸고무(isoprene-isobutylene rubber:IIR), 부타디엔고무(butadiene rubber:BR), 이소프렌고무(isoprene rubber:IR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber:EPR), 다황화물계고 무(polysulfide rubber), 실리콘고무(silicone rubber), 플루오로고무(fluororubber), 우레탄고무(urethane rubber), 아크릴고무(acrylic rubber)중 선택되는 한가지 재질로 형성되는, 배터리모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신축부재는 알루미늄 또는 열전도성 금속재질로 형성되는 한 쌍의 판이 겹쳐 형성되되,
    상기 한 쌍의 판은 적어도 하나 이상의 일정영역이 서로 대응되도록 돌출된 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부가 서로 대향하도록 결합되어 형성되는, 배터리모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신축부재는 알루미늄 또는 열전도성 금속재질로 형성되는 한 쌍의 판이 겹쳐 형성되되,
    일정영역이 서로 대응되도록 함몰되며 표면이 요철형태로 형성된 함몰부를 포함하는, 배터리모듈.
  5. 제2항 내지 제4항 중 한 항에 있어서,
    상기 열전달 부재는,
    상기 단위 파우치형 배터리셀의 일부를 수용할 수 있도록 함몰 형성되고,
    상기 단위 파우치형 배터리셀과 함께 상기 각 공간에 수용될 때 열전달 부재의 테두리가 상기 분리벽의 상부까지 연장되도록 형성되는, 배터리모듈.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 신축부재를 형성하는 한 쌍의 판은 외측 테두리가 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리모듈.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 신축부재를 형성하는 한 쌍의 판은 외측 테두리가 절곡되어 형성되고,
    상기 열전달 부재는,
    상기 단위 파우치형 배터리셀의 일부를 수용할 수 있도록 함몰 형성되고,
    상기 단위 파우치형 배터리셀과 함께 상기 각 공간에 수용될 때 열전달 부재의 테두리가 상기 분리벽의 상부까지 연장되도록 형성되는, 배터리모듈.
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