KR20200030966A - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내부에 수용되며 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 조립체로서, 상기 배터리 셀들 각각은 일측 또는 양측으로 전극리드가 인출되어 있고, 상기 배터리 셀들 각각은 상기 전극리드가 인출되어 있지 않은 엣지 부분을 아래로 하여 상기 모듈 케이스의 수평 방향을 따라 적층되는 것인 배터리 셀 조립체; 상기 배터리 셀들의 엣지 부분에 대향되는 상기 모듈 케이스의 하측에 장착되는 히트 싱크; 및 상기 모듈 케이스의 상측 내부에 장착되는 히트파이프 부재를 포함하고, 상기 히트파이프 부재는 증발기와 응축기를 포함하며, 상기 증발기는 상기 배터리 셀들의 상기 전극리드 쪽으로 형성되어 있고 상기 응축기는 상기 모듈 케이스의 내면에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 인해 각광을 받고 있다. 최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기적 구동원에 의하여 구동하는 PEV(Plug-in Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등 전기자동차(EV)나 전력저장장치(ESS)와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다.
단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 보통 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 배터리 셀들을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀들을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 특히, 중대형 장치의 배터리 팩에는 적층이 용이하고 무게가 가벼운 장점 때문에 파우치형 배터리 셀이 많이 이용되고 있다.
도 1은 일반적인 파우치형 배터리 셀을 도시한다.
도 1에 도시한 배터리 셀(10)은 전극리드(12)가 접속된 전극 조립체(14)가 파우치 케이스(16)에 전해액과 함께 수납되어 실링부(S)를 통해 밀봉된 구조를 가진다. 전극리드(12)의 일부는 파우치 케이스(16) 외부로 노출되며, 노출된 전극리드(12)는 배터리 셀(10)이 장착되는 장치에 전기적으로 접속되거나, 배터리 셀(10)들 상호간을 전기적으로 접속하는 데 사용된다.
이러한 배터리 셀(10)을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀(10)을 포함하는 배터리 셀 조립체를 만들어 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 배터리 모듈을 하나 이상 모아 여기에 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 배터리 모듈에서는, 요구되는 배터리 용량 증가에 따라 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시켜 줄 수 있는 기술의 중요성이 점차 커지고 있으며, 배터리 모듈의 모듈 케이스 하단에 히트 싱크(heat sink)를 장착시켜 냉각하는 엣지 쿨링(edge cooling) 방식이 선호되는 추세이다.
이러한 엣지 쿨링 방식의 배터리 모듈의 경우, 모듈 케이스 하단의 히트 싱크로 배터리 셀들에서 발생하는 열을 전달하여 냉각시키게 되지만, 모듈 케이스 상단으로는 열 전달 경로가 마련되지 않는다. 이렇다 보니, 종래 배터리 모듈에서는 배터리 셀 조립체의 상단부와 하단부의 온도 편차가 심화되는 문제가 있다.
특히 최근 전기자동차용 배터리 모듈에서는 배터리 셀(10)의 길이(L)가 증가하는 방향으로 개발되고 있다. 엣지 쿨링 방식을 통해 배터리 셀(10) 하단부(LP)만 냉각시키게 되면, 길이(L)가 긴 배터리 셀(10)에서는 전극리드(12) 부근 전류 밀집으로 인해 배터리 셀(10) 좌/우측 상단부(UP)의 온도 증가폭이 상승되며 그로 인해 배터리 셀(10)내 다른 지점과의 온도 증가폭 차이가 심화되는 문제가 생긴다. 따라서, 이를 포함하는 배터리 모듈의 안전성과 내구성 문제가 야기되므로, 이에 대한 해결책이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 셀 조립체의 상단부와 하단부의 온도 편차를 감소시킬 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내부에 수용되며 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 조립체로서, 상기 배터리 셀들 각각은 일측 또는 양측으로 전극리드가 인출되어 있고, 상기 배터리 셀들 각각은 상기 전극리드가 인출되어 있지 않은 엣지 부분을 아래로 하여 상기 모듈 케이스의 수평 방향을 따라 적층되는 것인 배터리 셀 조립체; 상기 배터리 셀들의 엣지 부분에 대향되는 상기 모듈 케이스의 하측에 장착되는 히트 싱크; 및 상기 모듈 케이스의 상측 내부에 장착되는 히트파이프 부재를 포함하고, 상기 히트파이프 부재는 증발기와 응축기를 포함하며, 상기 증발기는 상기 배터리 셀들의 상기 전극리드 쪽으로 형성되어 있고 상기 응축기는 상기 모듈 케이스의 내면에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 모듈 케이스의 저부 내면과 상기 배터리 셀 조립체의 하측 사이에 개재되는 열전도성 접착제를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스는, 상기 배터리 셀 조립체의 상측을 커버하는 탑 플레이트; 상기 탑 플레이트에 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체의 하측을 커버하는 바텀 플레이트; 및 상기 탑 플레이트 및 상기 바텀 플레이트와 결합되며, 상기 배터리 셀 조립체의 양 측면에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하여, 상기 배터리 셀들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구와 제2 개구를 형성하며, 상기 모듈 케이스의 제1 개구에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체의 전방을 커버하는 프론트 커버와, 상기 모듈 케이스의 제2 개구에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체의 후방을 커버하는 리어 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스의 상부와 상기 배터리 셀 조립체의 사이에 탑 커버를 더 포함하고 상기 히트파이프 부재는 상기 탑 커버에 장착되어 있을 수 있다.
이 때, 상기 히트파이프 부재는 상기 탑 커버에 내삽되어 있는 것일 수 있다. 상기 히트파이프 부재는 상기 탑 커버에 억지끼움 구조로 조립되어 있는 것일 수도 있다.
상기 히트파이프 부재는 여러 개의 띠 모양 히트파이프를 포함하는 것일 수 있다. 상기 히트파이프 부재에서 상기 증발기는 여러 개의 띠 모양이고 상기 응축기는 통합되어진 히트파이프 모듈을 이용할 수도 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀 조립체 상측에서 모듈 케이스로 효과적으로 열을 전달할 수 있다. 따라서, 열전도성 접착제나 히트 싱크를 통해 배터리 셀 조립체 하측을 냉각하는 구조에서도 배터리 셀 조립체 상측을 통한 냉각이 추가로 가능해진다. 본 발명에 따르면, 배터리 셀 조립체 상측을 통해서도 냉각이 가능해지므로, 배터리 셀의 상단부와 하단부 사이의 온도 편차 발생을 감소시킬 수 있다. 배터리 셀 조립체 하측을 통한 냉각 성능이 충분하지 못한 경우에도 배터리 셀 조립체 상측을 통한 냉각 성능 확보를 통해 배터리 모듈 내의 열 축적을 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 히트파이프 부재를 탑 커버에 장착하므로, 히트파이프 부재를 확실히 고정할 수 있고, 충격에 의한 위치 틀어짐도 방지하여 더욱 견고하게 배터리 모듈을 운용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 종래의 셀 카트리지(cartridge)가 아닌 사각 관체 모노 프레임(monoframe) 타입의 모듈 케이스를 이용한 배터리 모듈이 제공된다. 종래처럼 셀 카트리지가 배터리 셀의 모서리를 끼워 눌러 고정하는 구조가 아니어도 되므로 전체 배터리 모듈의 설계의 여유도가 증가하며, 기존에 배터리 셀의 모서리가 셀 카트리지 내부에 끼워질 때 장착 시 발생할 수 있는 충격이나 진동 등이 배터리 셀의 모서리로 전달되는 문제를 해결할 수 있다. 이러한 배터리 모듈 및 배터리 팩은 외부 진동에 대하여 배터리 셀을 보호하는 효과가 탁월하므로 외부 진동에 수시로 노출되는 자동차 등에 적용하기에 유리하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 모듈의 조립이 용이하게 수행될 수 있어, 공정성이 우수할 수 있다. 또한, 오링과 같은 실링 부품이나 쿨링 핀과 같은 냉각 부품, 카트리지와 같은 보강 내지 고정 부품 등을 포함하지 않을 수 있어, 배터리 모듈의 부품 수가 감소할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 제조 비용 및 시간, 무게 등을 줄일 수 있어 배터리 모듈의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 전체 구조가 복잡해지지 않고 공간을 많이 차지하지 않으면서도 간단하고 콤팩트한 배터리 모듈을 제공할 수 있고, 배터리 셀 조립체의 상단부와 하단부 사이의 온도 편차 발생을 억제할 수 있다. 아울러 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
특히 본 발명에 따르면, 엣지 쿨링 방식을 통해 배터리 셀 하단부를 냉각시키는 배터리 모듈에서 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀의 길이가 길어져도 배터리 셀 좌/우측 상단부와 배터리 셀내 다른 지점과의 온도 증가폭 차이를 줄일 수 있다. 따라서, 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩, 그리고 자동차의 안전성과 내구성을 향상시킬 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 일반적인 파우치형 배터리 셀을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 절개 사시도이다.
도 3은 도 2의 A 부분 확대도이다.
도 4는 도 2에 도시한 부분 절개된 배터리 모듈의 정면도이다.
도 5는 도 2에서 배터리 셀들과 히트파이프 부재만을 도시한 것이다.
도 6은 도 2에서 히트파이프 부재 확대 측면도이다.
도 7a는 도 2에서 탑 커버 부분만을 도시한 것이다.
도 7b는 도 7a의 탑 커버 부분에 히트파이프 부재가 조립된 상태의 상면도이다.
도 8은 히트파이프 부재의 내삽 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 히트파이프 부재를 하나의 블록으로 만든 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 도 9의 실시예를 적용한 배터리 모듈의 정면도이다.
도 11은 도 9에서 히트파이프 부재를 포함하는 탑 커버 부분만을 도시한 사시도이다.
도 12는 도 9에서 히트파이프 부재를 포함하는 탑 커버 부분만을 도시한 상면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
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 안 되며, 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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 절개 사시도이다. 도 3은 도 2의 A 부분 확대도이다. 도 4는 도 2에 도시한 부분 절개된 배터리 모듈의 정면도이다.
먼저 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(100)은 모듈 케이스(110), 배터리 셀 조립체(120), 히트 싱크(130) 및 히트파이프 부재(140)를 포함한다.
모듈 케이스(110)는, 배터리 모듈(100)의 외관을 형성하며, 배터리 셀 조립체(120)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 모듈 케이스(110)에는 배터리 셀 조립체(120)를 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다. 모듈 케이스(110)의 종류 및 형태는 다양하게 할 수 있는데, 본 실시예에서 모듈 케이스(110)는 탑 플레이트(111), 바텀 플레이트(112) 및 한 쌍의 사이드 플레이트(113)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 탑 플레이트(111), 바텀 플레이트(112) 및 사이드 플레이트(113)가 일체형으로 형성된 것을 도시하고 예로 든다.
도 3을 더 참조하면, 본 실시예에서는 배터리 셀 조립체(120) 측면과 모듈 케이스(110) 측부 내면 사이에 완충 패드(124)가 더 개재되며, 배터리 셀 조립체(120) 상면과 모듈 케이스(110) 상부 내면 사이에 탑 커버(125)가 더 개재될 수 있다. 도 2에서는 배터리 모듈(100) 내부의 배터리 셀 조립체(120), 완충 패드(124) 및 탑 커버(125)를 더 잘 보여주기 위해서 모듈 케이스(110) 전방부 일측을 절개하여 도시하였다.
이러한 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 조립체(120)는 둘 이상의 배터리 셀(121)을 포함한다. 각 배터리 셀(121)은 평판형 이차 전지일 수 있다. 각 배터리 셀(121)은 일측 또는 양측으로 전극리드(122)가 인출되어 있는 것일 수 있다. 본 실시예에서는 전극리드(122)가 양측으로, 즉 서로 반대 방향으로 인출되어 있는 양방향 전지의 예를 들지만, 전극리드는 일측으로만 인출되어 있는 단방향 전지일 수도 있다.
배터리 셀(121)들은 상호 전기적으로 연결될 수 있게 모듈 케이스(110) 내부에서 적층될 수 있다. 구체적으로, 배터리 셀(121)들 각각은 전극리드(122)가 인출되어 있지 않은 엣지 부분을 아래로 하여 모듈 케이스(110)의 수평 방향을 따라 적층될 수 있다. 즉, 배터리 셀(121)은 넓은 면이 바닥으로 오지 않도록 수직으로 세워 옆으로 나란히 적층되어 배터리 셀 조립체(120)를 구성할 수 있다. 이 때 전극리드(122)가 배터리 셀 조립체(120)의 좌측과 우측에 놓일 수 있다.
도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 완충 패드(124)는 모듈 케이스(110) 내부에서 배터리 셀 조립체(120)를 보다 안정적으로 지지할 수 있다. 이러한 완충 패드(124)는 한 쌍 이상으로 구비될 수 있다. 완충 패드(124)는 실리콘 패드와 같이 탄성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 일단 한 쌍의 완충 패드(124)는 모듈 케이스(110)의 내벽 양측, 즉 사이드 플레이트(113) 안쪽에 각각 배치되어 배터리 셀 조립체(120)의 최외곽 양측을 지지할 수 있다. 한편, 완충 패드(124)는 일정 개수의 배터리 셀(121) 사이마다 더 구비될 수도 있다. 이러한 완충 패드(124)는 배터리 셀(121)의 스웰링을 수용하면서 외부 충격에 의한 배터리 셀(121)의 파손도 방지해주는 역할을 할 수 있다.
도 2와 도 4를 함께 참조하면, 히트 싱크(130)는 배터리 셀(121)들의 냉각을 위한 것으로서, 모듈 케이스(110)의 일측에 장착될 수 있다. 이러한 히트 싱크(130)는, 엣지 쿨링 방식으로서, 배터리 셀(121)들의 엣지 부분에 대향되는 모듈 케이스(110)의 하측에 장착될 수 있다. 이러한 히트 싱크(130)는 기상 또는 액상의 냉매가 흐를 수 있는 공간을 구비하며, 상기 공간을 정의하는 금속 소재의 외벽을 가질 수 있다.
히트 싱크(130)는 각 배터리 셀(121)에서 전극리드(122)가 인출되어 있지 않은 엣지, 본 실시예에서는 각 배터리 셀(121)의 바닥쪽 엣지를 냉각하기 위한 것이고, 각 배터리 셀(121)의 넓은 면이 아닌 측면을 냉각한다는 의미에서 측면 냉각 방식 구조라고도 부를 수도 있다. 이러한 히트 싱크(130)는 배터리 셀 조립체(120)의 일측, 본 실시예에서는 배터리 셀 조립체(120) 바닥면 쪽에 장착되어 배터리 셀 조립체(120)의 일면, 즉 바닥면을 냉각한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 모듈 케이스(110)의 저부 내면과 배터리 셀 조립체(120) 하측 사이에 열전도성 접착제(123)를 더 포함할 수 있다. 열전도성 접착제(123)는 배터리 셀(121)들의 엣지 부분을 모듈 케이스(110)의 저부 내면에 보다 안정적으로 고정할 수 있도록 한다.
열전도성 접착제(123)는 모듈 케이스(110)의 하부 내면, 즉 바텀 플레이트(112) 상면과 배터리 셀 조립체(120) 하측 사이에 개재된다. 열전도성 접착제(123)는 열전도가 가능한 냉각용 접착제로서, 써멀 레진(thermal resin)으로 구비될 수 있다. 써멀 레진의 종류에는 제한이 없으며, 예를 들어, 방열 실리콘계 접착제(thermally conductive silicone-based bond), 방열 아크릴 접착제(thermally conductive acrylic bond) 또는 방열 폴리우레탄 접착제(thermally conductive polyurethane bond) 중 어느 하나일 수 있다.
이처럼 열전도성 접착제(123)는 모듈 케이스(110)의 저부 내면 상측에 도포시켜 배터리 셀 조립체(120)를 모듈 케이스(110)의 저부 내면 상측에 안정적으로 고정시킴과 아울러 열전도성을 향상시킬 수 있다. 열전도성 접착제(123)와 히트 싱크(130)는 배터리 셀 조립체(120)와 닿아있는 면에서 충분한 접촉 면적을 갖는 면상 냉각 구조를 구성하게 된다. 히트 싱크(130)에 의해 배터리 셀 조립체(120)의 바닥면 쪽이 우선적으로 냉각이 된다. 이처럼 배터리 모듈(100)은 기본적으로 배터리 셀 조립체(120) 하단부를 냉각시킬 수 있도록 배터리 모듈(100) 하단부에 히트 싱크(130)를 가진 것일 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 히트파이프 부재(140)는 모듈 케이스(110)의 상측 내부에 장착된다. 즉, 히트파이프 부재(140)는 모듈 케이스(110)의 하측에 장착되는 히트 싱크(130)와 대향되도록 배터리 셀 조립체(120)의 상측, 본 실시예에서는 배터리 셀 조립체(120)의 상단면에 장착된다. 히트파이프 부재(140)는 모듈 케이스(110)의 상측 내부, 즉 탑 플레이트(111)에 열적 접촉되어 있으면 바람직하다.
도 5는 도 2에서 배터리 셀들과 히트파이프 부재만을 도시한 것이다. 도 6은 도 2에서 히트파이프 부재 확대 측면도이다.
도 1 내지 도 6에서, 히트파이프 부재(140)는 "thin fluid - filled heat pipe loop"를 이용하는 구성으로서, 냉매의 상변화를 일으켜 냉매를 자발적으로 순환시키는 구조를 갖는다. 히트파이프 부재(140)는 여러 개의 띠 모양 히트파이프(141)를 포함할 수 있다.
히트파이프(141)는 밀봉된 구조를 갖는 케이스 안에 냉매가 포함되어 있다. 이러한 냉매는 펌프 등에 의해 강제 순환되지 아니하며, 배터리 셀(121)에서 발생한 열에 의해 냉매가 자발적으로 기화된 후 그 안에서 응축되며 순환되는 것이다. 냉매는 냉각장치 제조에 사용되는 냉매를 제한없이 사용할 수 있다. 이러한 냉매의 예로 암모니아, 아세톤, 메탄올, 에탄올 등을 예로 들 수 있으며, 물이 사용될 수도 있다. 또한, 히트파이프(141) 안에는 냉매의 이동 통로를 제공하는 윅(wick)과 같은 구조물을 더 포함할 수도 있다.
도 5에 자세히 도시한 바와 같이, 각 히트파이프(141)에서 히트파이프(141)의 일측, 바람직하게 증발기(evaporator, 141a) 부분은 배터리 셀(121)의 전극리드(122) 쪽에 형성이 되고, 히트파이프(141)의 타측, 바람직하게 응축기(condenser, 141b) 부분은 배터리 셀(121)의 상단면 쪽으로 적용한다. 특히 모듈 케이스(110)에서도 배터리 모듈(100)의 상단면 쪽의 모듈 케이스(110) 내면, 즉 탑 플레이트(111)에 접촉되도록 형성하면 모듈 케이스(110) 상부로의 열 전달 경로를 확실히 형성할 수 있다. 이러한 구성을 위하여 예컨대 각 히트파이프(141)는 ㄱ자 모양으로 꺾인 형태를 가질 수 있다.
본 실시예에서 히트파이프(141)는 폐쇄된 구조를 가진 "liquid-cooling system"을 적용한 것이므로, 배터리 모듈(100)에 별도의 냉매 펌프 등의 추가가 불필요하다. 따라서, 이 냉각 방식은 강제 순화 방식과는 달리 기계적인 작동부분이 필요 없는 냉각 방법이다. 냉매는 증발기(141a)와 응축기(141b) 사이를 순환하면서 모세관력(capillary force)에 의해 응축기(141b)에서 증발기(141a)로 계속 공급되며, 증발기(141a)의 열원(배터리 셀(121)의 전극리드(122))에 의해 발생된 증기는 응축기(141b)로 이동하여 다시 액상으로 변환된다.
히트파이프(141)는 매우 얇은 두께로 제작 가능하고 구조를 적용 대상에 맞게 디자인할 수 있어 배터리 모듈(100) 내 장착이 용이하다. 예컨대 도 6에서, 증발기(141a) 부분의 두께(d1)는 최소 0.6 mm, 응축기(141b) 부분의 두께(d2)는 최소 1 .0 mm 두께로 얇게 할 수 있으며, 가볍고, 설계 자유도가 높은 구조로 만들 수 있다. 증발기(141a) 부분의 길이(l1)는 예컨대 30mm, 응축기(141b) 부분의 길이(l2)도 예컨대 30mm 정도로 할 수 있다. 이러한 히트파이프(141)는 소형이면서도 냉각 효과가 우수하다. 히트파이프(141)는 그 내부의 폐쇄 회로 안에서 냉매가 이동하며 증발 및 응축 과정을 거쳐 배터리 셀(121) 좌/우측 상단부에 집중 발생된 열을 모듈 케이스(110)를 통해 효과적으로 분산시킬 수 있다. 배터리 셀(121) 좌/우측 상단부에서 모듈 케이스(110) 상부로 열이 빠져 나갈 수 있는 경로(bridge), 즉 도 4에 나타낸 바와 같은 추가의 열 전달 경로(SF)를 만들어 줌으로써, 배터리 셀(121)내 온도 편차 증가로 야기되는 안전성 및 내구성 리스크를 완화할 수 있다.
배터리 모듈(100)에 대한 히트파이프 부재(140) 적용을 용이하게 하기 위하여 다양한 실시예가 가능하다. 특히 본 실시예에서는 탑 커버(125)에 히트파이프 부재(140)를 조립하여 배터리 모듈(100)내에 장착함으로써, 히트파이프 부재(140)에서 모듈 케이스(110)로 이어지는 열 전달 경로를 완성한다. 도 7a는 도 2에서 탑 커버 부분만을 도시한 것이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 탑 커버(125)에는 히트파이프(141)를 삽입할 수 있는 삽입공(126)과 히트파이프(141)의 응축기 부분(141b)이 안착될 수 있는 안착홈(127)을 마련해 둔다. 조립시, 화살표 방향으로 히트파이프(141)를 삽입공(126)으로 끼워 그 응축기(141b) 부분을 안착홈(127)에 위치시키면 탑 커버(125)에 히트파이프(141)가 조립된다. 도 7b는 도 7a의 탑 커버 부분에 히트파이프 부재(140)의 히트파이프(141), 특히 응축기(141b) 부분이 조립된 상태의 상면도이다.
이 때 억지끼움 구조에 의할 수 있다. 또한 히트파이프(141)가 ㄱ자로 꺾어지는 부분에서는 삽입공(126) 양측에 돌출부(128)를 형성해두어 히트파이프(141)의 고정이 확실해지도록 하는 구조도 가능하다. 도 7a에서 보는 바와 같이 돌출부(128)와 안착홈(127) 사이는 이격되게 형성하여 히트파이프 부재(140)가 조립될 공간을 확보한다. 그 위에 히트파이프 부재(140)가 조립이 되면 도 7b에서와 같이 히트파이프 부재(140) 중 히트파이프(141), 특히 응축기(141b) 부분이 돌출부(128)에 닿을 수 있고, 증발기(141a) 부분은 배터리 셀(121)의 전극리드(122) 쪽에 형성이 될 수 있다.
이처럼, 히트파이프(141)를 포함하는 히트파이프 부재(140)를 탑 커버(125)에 조립해 장착하게 되면, 히트파이프 부재(140)를 확실히 고정할 수 있고, 충격에 의한 위치 틀어짐도 방지하여 더욱 견고하게 배터리 모듈(100)을 운용할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 히트파이프 부재(140)를 탑 커버(125) 쪽에 조립하며, 이 때 탑 커버(125)와 모듈 케이스(110) 사이에 응축기 부분(141b)이 안착되도록 하여 상부로의 열 전달 경로를 형성할 수 있다.
탑 커버(125)는 일반 플라스틱 소재 혹은 그것보다는 열전도성이 개선된 엔지니어링 플라스틱 소재일 수 있는데, 금속 소재의 모듈 케이스(110)에 비해서는 열전도성이 나쁠 수 있다. 그리고, 도 4 및 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 배터리 셀 조립체(120) 상면과 탑 커버(125) 사이에는 간격(G)을 둘 수 있다. 배터리 셀 조립체(120) 상측으로는 전압 센싱 라인과 같은 별도 구성부품(미도시)이 위치하기 때문에 그 구성부품이 차지할 공간도 필요하며, 배터리 모듈(100) 사용에 따라 배터리 셀(121)이 부풀어오르는 스웰링에도 대처할 수 있도록 이러한 간격(G)을 갖게 함이 바람직하다. 그런데, 이 간격(G)에 존재하는 공기층이 단열 효과를 일으킬 수 있다.
배터리 셀(121)에서는 전극리드(122) 부근에 전류가 밀집하여 발열이 심하다. 이렇게 배터리 셀(121)에서 발생되는 열이 사방으로 발산되려 하여도, 간격(G)에 존재하는 공기층 및 탑 커버(125)에 의해 차단되기 때문에 배터리 셀 조립체(120)의 상단부로는 발산되기 어려울 수 있다. 따라서, 히트 싱크(130)에 의해, 배터리 셀 조립체(120)의 하단부를 향해 도 4에서 화살표 흐름과 같은 열 전달 경로(MF)가 형성되어 열전도성 접착제(123)를 통해 모듈 케이스(110)의 저부를 통해 외부로 발산되는 경향이 우세하다. 그러나 본 발명에서는 히트파이프 부재(140)를 더 포함한다. 이러한 히트파이프 부재(140)가 없는 경우에는, 배터리 셀 조립체(120)의 열 전달 경로(MF)가 배터리 모듈(100) 하단부 방향으로만 형성되겠지만, 본 발명에서는 배터리 셀 조립체(120) 상단에 히트파이프 부재(140)를 포함시키므로 도 4에 나타낸 바와 같이 배터리 셀 조립체(120)의 열 전달 경로(SF)가 배터리 모듈(100) 상단부 방향으로도 형성된다. 본 발명에서는 배터리 셀 조립체(120) 상단에 히트파이프 부재(140)를 도입하여 모듈 케이스(110)에 연결함으로써, 단열 효과를 가진 공기층을 가로질러 배터리 셀 조립체(120)로부터 모듈 케이스(110)로 열 전달하는 효과가 탁월하다. 이처럼 본 발명의 배터리 모듈(100)에서, 히트파이프 부재(140)는 모듈 케이스에 연결되어 있어, 열 전달 가교 역할을 할 수 있다.
히트 파이프 부재(140)가 없다면, 배터리 셀 조립체(120) 하단부만 히트 싱크(130)에 의한 냉각이 되므로, 배터리 셀 조립체(120) 하단부와 상단부 사이의 온도차가 커질 것이다. 본 발명에서는 이와 같이 히트파이프 부재(140)를 더 포함하여, 배터리 셀 조립체(120)의 일면과 타면 사이의 온도차, 즉 바닥면과 상단면 사이의 온도차, 또 하단부와 상단부 사이의 온도차를 줄이도록 한다.
히트파이프 부재(140)는 히트 싱크(130)에 의해 냉각되기 어려운 부분, 즉 배터리 셀 조립체(120) 상단면, 그 중에서도 특히 발열이 심할 것인 가운데 부분(C)에 적용할 수 있다. 한편 히트파이프 부재(140)는 도시한 바와 같은 여러 개의 띠 모양 히트파이프(141)를 포함하지 않고 하나의 통합된 면상 히트파이프일 수도 있다. 다양한 히트파이프 부재(140) 실시예에 관해서는 후술한다. 또한, 배터리 모듈(100)에 대한 히트파이프 부재(140) 적용을 용이하게 하기 위하여 본 실시예에서 이용하는 조립 이외에도 다양한 실시예도 가능하며 이에 대해서도 후술한다.
배터리 셀 조립체(120)에 포함되는 배터리 셀(121)의 구체적인 종류, 개수, 연결 방식, 그리고 모듈 케이스(110)의 구체적인 종류, 조립 방법 등에 본 발명이 한정되는 것은 아니지만, 배터리 셀(121)은 특히 도 1에 도시한 것과 같은 파우치형 배터리 셀일 수 있고, 모듈 케이스(110)는 사각 관체의 모노프레임을 포함하는 것일 수 있다. 이하에서는 모듈 케이스(110) 및 배터리 모듈(100) 조립 방법에 대해 설명함으로써 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
다시 도 2를 참조하여, 모듈 케이스(110)는 적어도 일면이 개방된 형태로 제공되어, 개방된 부분을 통해 배터리 셀 조립체(120)를 삽입할 수 있도록 한다. 모듈 케이스(110)는 전체적으로 직육면체 형상으로 제공될 수 있다. 일 예로 모듈 케이스(110)는 마주보는 양측이 개방된 형태의 사각 관체로 제공될 수 있다. 모듈 케이스(110)는 열전도성 소재로 이루어져 배터리 셀 조립체(120)의 열을 흡수해 외부로 발산하는 역할을 할 수 있도록 한다. 모듈 케이스(110)는 금속 소재로 이루어진 것일 수 있다. 금속 소재는 열전도성이 우수하므로 그 전체로서 방열 기능을 수행할 수 있게 된다. 모듈 케이스(110)의 소재는 모든 금속 소재가 가능하지만, 열전도성, 가공성, 비용 등을 고려하였을 때 SUS 계열 또는 알루미늄 계열이 사용되는 것이 바람직하다. 경량화 측면에서는 알루미늄 계열이 더 유리하다.
모듈 케이스(110)는 배터리 셀 조립체(120)의 상측을 커버하는 탑 플레이트(111)를 포함할 수 있다. 이를 위해, 탑 플레이트(111)는 배터리 셀 조립체(120)의 상측을 모두 커버할 수 있는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 모듈 케이스(110)는 탑 플레이트(111)에 대향 배치되며, 배터리 셀 조립체(120)의 하측을 커버하는 바텀 플레이트(112)를 포함할 수 있다. 이러한 바텀 플레이트(112)는 탑 플레이트(111)와 대체로 동일한 형상으로 제공되며, 배터리 셀 조립체(120)를 안정적으로 지지할 수 있다. 모듈 케이스(110)는 탑 플레이트(111) 및 바텀 플레이트(112)와 결합되며, 배터리 셀 조립체(120)의 양 측면에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트(113)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 사이드 플레이트(113)는 서로 마주보며 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다.
이와 같이, 모듈 케이스(110)는 탑 플레이트(111), 바텀 플레이트(112) 및 사이드 플레이트(113)를 포함해, 배터리 셀(121)의 길이(도 1의 L) 방향 양측으로 개방되는 제1 개구(OA)와 제2 개구(OB)를 형성한다. 탑 플레이트(111), 바텀 플레이트(112) 및 사이드 플레이트(113)는 서로 용접으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 탑 플레이트(111), 바텀 플레이트(112) 및 사이드 플레이트(113) 사이는 서로의 단부가 겹쳐지지 않고 모서리가 서로 맞대어진 상태에서 마찰교반용접에 의해 단면이 서로 용접될 수 있다. 다른 예로, 탑 플레이트(111), 바텀 플레이트(112) 및 사이드 플레이트(113)는 서로 본딩되거나, 일체형으로 형성되거나, 경첩 구조로 결합되어 있을 수 있다. 이처럼, 모듈 케이스(110)는 모노프레임이라고 할 수 있다.
바텀 플레이트(112) 상면에는 배터리 셀 조립체(120)를 끼워 고정할 수 있도록 가이드 구조가 더 형성되어 있을 수 있다. 가이드 구조와 배터리 셀 조립체(120)는 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다. 즉, 가이드 구조에 배터리 셀 조립체(120)의 일부가 삽입되어 결합될 수 있다. 일 예로 가이드 구조에는 배터리 셀(121)의 엣지가 삽입될 수 있다. 가이드 구조는 홈 형태로 복수개 제공될 수 있다. 가이드 구조는 배터리 셀(121)과 대응되는 개수로 제공될 수 있다. 가이드 구조에 배터리 셀(121)이 삽입되면, 배터리 셀(121)을 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.
조립 공정에서, 이러한 모듈 케이스(110)의 제1 개구(OA)를 통하여, 배터리 셀 조립체(120)가 모듈 케이스(110) 내부로 수납된다. 이 때, 배터리 셀 조립체(120) 하측에 도 4를 참조하여 설명한 열전도성 접착제(123)를 도포한 채로 모듈 케이스(110)에 수납하여도 되고, 조립 공정 완료 후 모듈 케이스(110) 내부로 열전도성 접착제를 주입하여 열전도성 접착제(123)를 형성할 수도 있다.
배터리 모듈(100)은 그 밖에 센싱 어셈블리 등, 배터리 모듈을 구성하는 다른 추가부품도 포함할 수 있다. 배터리 셀(121)들의 전극리드(122)는 센싱 어셈블리와 전기적으로 연결될 수 있다. 센싱 어셈블리는 배터리 셀 조립체(120)의 전후방을 커버할 수 있다. 센싱 어셈블리는 배터리 셀 조립체(120)와 전기적으로 연결되며, 배터리 셀 조립체(120)의 전압이나 온도를 센싱할 수 있다. 아울러, 센싱 어셈블리는 외부 전원 등과 연결될 수 있다. 센싱 어셈블리는 배터리 셀 조립체(120)의 전압과 같은 전기적 특성에 대한 센싱 정보를 배터리 모듈(100) 외부의 다른 디바이스(미도시)에 전송하는 역할을 한다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)에는 BMS(Battery Management System)와 같은 장치가 연결되어, 충전이나 방전 등 배터리 모듈(100)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 이 때, 센싱 어셈블리는, 이러한 BMS와 연결되어, 상기 배터리 셀 조립체(120)의 센싱된 전압 정보 등을 BMS에 제공할 수 있으며, BMS는 이러한 정보를 바탕으로 배터리 모듈(100)을 제어할 수 있다.
모듈 케이스(110)에 배터리 셀 조립체(120)가 수납된 후, 프론트 커버(미도시)는 모듈 케이스(110)의 제1 개구(OA)에 결합되며 배터리 셀 조립체(120)의 전방을 커버한다. 이러한 상기 프론트 커버는 배터리 모듈(100)의 전면부를 형성할 수 있다. 그리고, 리어 커버(미도시)는 모듈 케이스(110)에 배터리 셀 조립체(120)가 수납된 후, 모듈 케이스(110)의 제2 개구(OB)에 결합되며 배터리 셀 조립체(120)의 후방을 커버한다. 이러한 상기 리어 커버는 상기 배터리 모듈(100)의 후면부를 형성할 수 있다.
이와 같이, 프론트 커버와 리어 커버는 탑 플레이트(111)와 바텀 플레이트(112)의 전후방에 배치되며, 배터리 셀 조립체(120)의 전후방을 커버할 수 있다. 프론트 커버와 리어 커버는 모듈 케이스(110)에 용접 내지 본딩될 수 있다. 또는 착탈식으로 결합될 수 있다.
이와 같이, 배터리 모듈(100)은, 종래의 셀 카트리지가 아닌 사각 관체 모노 프레임 타입의 모듈 케이스(110)를 이용한 것일 수 있다. 종래처럼 셀 카트리지가 배터리 셀의 모서리를 끼워 눌러 고정하는 구조가 아니어도 되므로 전체 배터리 모듈(100)의 설계의 여유도가 증가하며, 기존에 배터리 셀의 모서리가 셀 카트리지 내부에 끼워질 때 장착 시 발생할 수 있는 충격이나 진동 등이 배터리 셀의 모서리로 전달되는 문제를 해결할 수 있다. 이러한 배터리 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 팩은 외부 진동에 대하여 배터리 셀을 보호하는 효과가 탁월하므로 외부 진동에 수시로 노출되는 자동차 등에 적용하기에 유리하다.
또한, 모듈 케이스(110)의 개구를 통해 배터리 셀 조립체(120)를 수납한 후, 양측 개구를 막는 간단한 조작으로 배터리 모듈(100)이 완성된다. 이처럼, 배터리 모듈(100)의 조립이 용이하게 수행될 수 있어, 공정성이 우수할 수 있다. 또한, 오링과 같은 실링 부품이나 쿨링 핀과 같은 냉각 부품, 카트리지와 같은 보강 내지 고정 부품 등을 포함하지 않을 수 있어, 배터리 모듈(100)의 부품 수가 감소할 수 있다. 따라서, 제조 비용 및 시간, 무게 등을 줄일 수 있어 배터리 모듈(100)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
히트파이프(141)를 배터리 모듈(100) 내에 도입하는 방법의 두번째 실시예로, 여러 개의 히트파이프(141)를 탑 커버(125)에 내삽한 구조도 제안한다. 도 8은 히트파이프 부재의 내삽 실시예를 설명하기 위한 사시도이다. 탑 커버(125) 제조시 인서트 몰딩과 같은 방법을 통해 히트파이프(141)가 탑 커버(125)에 내삽되어 일체화된 구조를 제조하고, 이를 배터리 모듈(100) 조립시에 그대로 이용할 수도 있다. 본 실시예에서도 히트파이프(141)는 ㄱ자형으로 꺾여, 꺾어진 부분의 일부는 탑 커버(125)에 놓여 모듈 케이스(110)에 접하게 되고, 다른 일부는 배터리 셀 조립체(120) 안의 배터리 셀들의 전극리드 쪽에 놓이게 된다.
세번째 실시예로 히트파이프를 모듈화(블록화)하여 탑 커버(125)에 조립하는 구조도 제안한다. 도 9는 히트파이프 부재를 하나의 블록으로 만든 실시예를 설명하기 위한 사시도이다. 도 10은 도 9의 실시예를 적용한 배터리 모듈의 정면도이다. 도 11은 도 9에서 히트파이프 부재를 포함하는 탑 커버 부분만을 도시한 사시도이다. 도 12는 도 9에서 히트파이프 부재를 포함하는 탑 커버 부분만을 도시한 상면도이다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 히트파이프 부재(140)는 증발기(141a) 부분은 여러 개의 띠 모양이고 응축기(141b') 부분은 통합되어진 히트파이프 모듈이다. 증발기(141a) 부분의 폭(w)은 예컨대 4mm일 수 있다. 증발기(141a) 부분들 사이의 간격(p)은 예를 들어 1.5mm일 수 있다. 응축기(141b') 부분의 두께(d2)는 최소 1 .0 mm일 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 탑 커버(125)에는 히트파이프 응축기(141b') 부분을 삽입할 수 있는 삽입공(126)과 히트파이프 응축기(141b') 부분이 안착될 수 있는 안착홈(도 7a의 127과 마찬가지임)을 마련해 둔다. 조립시, 화살표 방향으로 히트파이프 응축기(141b') 부분을 삽입공(126)으로 끼워 그 응축기(141b') 부분을 안착홈에 위치시키면 탑 커버(125)에 히트파이프 부재(140)가 조립된다. 이 때 억지끼움 구조에 의할 수 있다. 또한 히트파이프 부재(140)가 ㄱ자로 꺾어지는 부분에서는 삽입공(126) 양측에 돌출부(128)를 형성해두어 히트파이프 부재(140)의 고정이 확실해지도록 하는 구조도 가능하다.
이처럼 히트파이프 부재(140)는 도 2 내지 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 실시예에서처럼 탑 커버(125)에 조립하여 구현된 예를 도시하였으나, 도 8을 참조하여 설명한 실시예에서처럼 탑 커버(125)에 내삽되어 구현될 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 실시예들에서, 열전도성 접착제(123)나 히트 싱크(130)를 통해 배터리 셀 조립체(120) 하측을 냉각하는 기본 구조에서 히트파이프 부재(140)를 통한 상측 냉각 구조도 가능해진다. 본 발명에 따르면, 배터리 셀 조립체(120) 상측을 통해서도 냉각이 되므로, 배터리 모듈(100)이 사용되는 장치의 디자인이나 설계 변경에 대응하기 용이하며, 배터리 셀 조립체(120) 하측을 통한 냉각 성능이 충분하지 못한 경우 이를 향상시킬 수 있다.
특히 본 발명은 도 1에서도 언급한 바와 같이 배터리 셀의 길이가 증가함에 따라 배터리 셀 좌/우측 상단부의 온도 증가폭 상승 및 그로 인한 배터리 셀내 다른 지점과의 온도 증가폭 차이가 심화되고 있는 문제점을 해소할 수 있다. 온도 편차 증가를 완화하기 때문에 이를 포함하는 배터리 모듈(100)의 안전성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 전체 구조가 복잡해지지 않고 공간을 많이 차지하지 않으면서도 간단하고 콤팩트한 배터리 모듈(100)을 제공할 수 있고, 배터리 셀 조립체(120)의 상단부와 하단부 사이의 온도 편차 발생을 억제할 수 있다. 아울러 이러한 배터리 모듈(100)을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 배터리 팩(200)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(100) 및 그것을 패키징하는 팩 케이스(210)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(200)은, 이러한 배터리 모듈(100)과 팩 케이스(210) 이외에 배터리 모듈(100)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(200)은 자동차(300)의 연료원으로써, 자동차(300)에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(200)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(200)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(300)에 구비될 수 있다.
바람직하게, 자동차(300)는 전기 자동차일 수 있다. 배터리 팩(200)은 전기 자동차의 모터에 구동력을 제공하여 자동차(300)를 구동시키는 전기 에너지원으로 사용될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩(200)은 100V 이상의 높은 공칭 전압을 가진다.
배터리 팩(200)은 모터 및/또는 내연 기관의 구동에 따라 인버터에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 배터리 팩(200)은 브레이크(break)와 결합된 회생충전 장치에 의해 충전될 수 있다. 배터리 팩(200)은 인버터를 통해 자동차(300)의 모터에 전기적으로 연결될 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이 배터리 팩(200)에는 BMS도 포함되어 있다. BMS는 배터리 팩(200) 내의 배터리 셀들의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(200)을 관리한다. 예컨대, 배터리 팩(200)의 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리 팩(200) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(200)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리 팩(200)의 교체 시기 추정도 가능하다.
ECU는 자동차(300)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 가속기(accelerator), 브레이크, 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정보를 결정하고, 모터의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한, ECU는 BMS에 의해 전달받은 배터리 팩(200)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리 팩(200)이 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터에 제어 신호를 보낸다. 인버터는 ECU의 제어 신호에 기초하여 배터리 팩(200)이 충전 또는 방전되도록 한다. 모터는 배터리 팩(200)의 전기 에너지를 이용하여 ECU로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 자동차(300)를 구동한다.
이러한 자동차(300)는 본 발명에 따른 배터리 팩(200)을 포함하는데, 배터리 팩(200)은 앞서 설명한 바와 같이 길이가 긴 배터리 셀을 포함하더라도 배터리 셀 좌/우측 상단부의 온도 증가폭이나 그로 인해 배터리 셀내 다른 지점과의 온도 증가폭 차이가 완화될 수 있다. 따라서, 이를 포함하는 배터리 팩(200)과 자동차(300)는 안전성과 내구성이 향상된다. 또한, 히트파이프 부재의 고정을 위해 탑 커버를 이용하므로, 외력에 의해 고정 위치가 틀어지는 염려가 없다. 따라서, 자동차(300) 주행시 배터리 팩(200)에 가해지는 진동, 혹은 자동차(300) 충돌로 인해 배터리 팩(200)에 가해지는 충격 등, 배터리 팩(200)을 포함하는 자동차(300) 사용시 외부에서 가해지는 힘에 의해서도 배터리 팩(200)의 구조적 안정성이 유지된다. 또한, 이러한 배터리 팩(200)은 안정성이 뛰어나고 장시간 사용할 수 있으므로, 이를 포함하는 자동차(300)는 안전하고 운용이 쉽다.
또한, 배터리 팩(200)은 자동차(300) 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 배터리 팩(200)과 자동차(300)와 같은, 배터리 팩(200)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 배터리 모듈(100)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(100)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(200) 및 이러한 배터리 팩(200)을 구비하는 자동차(300) 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀들의 용적률을 보다 더 확보하면서 보다 더 컴팩트한 사이즈를 구현할 수 있고 배터리 셀 조립체의 상단부와 하단부 사이의 온도 편차 발생을 억제할 수 있는 배터리 모듈(100), 이러한 배터리 모듈(100)을 포함하는 배터리 팩(200) 및 이러한 배터리 팩(200)을 포함하는 자동차(300)를 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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 : 배터리 모듈 110 : 모듈 케이스
111 : 탑 플레이트 112 : 바텀 플레이트
113 : 사이드 플레이트 120 : 배터리 셀 조립체
121 : 배터리 셀 122 : 전극리드
123 : 열전도성 접착제 124 : 완충 패드
125 : 탑 커버 126 : 삽입공
127 : 안착홈 128 : 돌출부
130 : 히트 싱크 140 : 히트파이프 부재
141 : 히트파이프 141a : 증발기
141b, 141b' : 응축기 200 : 배터리 팩
210 : 팩 케이스 300 : 자동차

Claims (10)

  1. 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스 내부에 수용되며 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 조립체로서, 상기 배터리 셀들 각각은 일측 또는 양측으로 전극리드가 인출되어 있고, 상기 배터리 셀들 각각은 상기 전극리드가 인출되어 있지 않은 엣지 부분을 아래로 하여 상기 모듈 케이스의 수평 방향을 따라 적층되는 것인 배터리 셀 조립체;
    상기 배터리 셀들의 엣지 부분에 대향되는 상기 모듈 케이스의 하측에 장착되는 히트 싱크; 및
    상기 모듈 케이스의 상측 내부에 장착되는 히트파이프 부재를 포함하고,
    상기 히트파이프 부재는 증발기와 응축기를 포함하며,
    상기 증발기는 상기 배터리 셀들의 상기 전극리드 쪽으로 형성되어 있고 상기 응축기는 상기 모듈 케이스의 내면에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모듈 케이스의 저부 내면과 상기 배터리 셀 조립체의 하측 사이에 개재되는 열전도성 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모듈 케이스는,
    상기 배터리 셀 조립체의 상측을 커버하는 탑 플레이트;
    상기 탑 플레이트에 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체의 하측을 커버하는 바텀 플레이트; 및
    상기 탑 플레이트 및 상기 바텀 플레이트와 결합되며, 상기 배터리 셀 조립체의 양 측면에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하여,
    상기 배터리 셀들의 길이 방향 양측으로 개방되는 제1 개구와 제2 개구를 형성하며,
    상기 모듈 케이스의 제1 개구에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체의 전방을 커버하는 프론트 커버와, 상기 모듈 케이스의 제2 개구에 결합되며 상기 배터리 셀 조립체의 후방을 커버하는 리어 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모듈 케이스의 상부와 상기 배터리 셀 조립체의 사이에 탑 커버를 더 포함하고 상기 히트파이프 부재는 상기 탑 커버에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히트파이프 부재는 상기 탑 커버에 내삽되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서, 상기 히트파이프 부재는 상기 탑 커버에 억지끼움 구조로 조립되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 히트파이프 부재는 여러 개의 띠 모양 히트파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 히트파이프 부재는 상기 증발기는 여러 개의 띠 모양이고 상기 응축기는 통합되어진 히트파이프 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
KR1020180109836A 2018-09-13 2018-09-13 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 KR102312415B1 (ko)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021221307A1 (ko) * 2020-04-29 2021-11-04 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021246605A1 (ko) * 2020-06-02 2021-12-09 주식회사 엘지에너지솔루션 다단 냉각 방식의 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차
WO2023038396A1 (ko) * 2021-09-09 2023-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 파우치형 배터리 셀의 길이 방향 확장 구조를 적용한 셀 어셈블리, 이를 포함하는 배터리 팩

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210133566A (ko) 2020-04-29 2021-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
CN115298885B (zh) * 2020-09-22 2024-01-26 株式会社Lg新能源 电池模块、包括该电池模块的电池组以及车辆
KR20220114400A (ko) * 2021-02-08 2022-08-17 에스케이온 주식회사 배터리 팩
DE102021105833B4 (de) * 2021-03-10 2022-09-29 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriemodul
JP7380628B2 (ja) * 2021-03-31 2023-11-15 トヨタ自動車株式会社 電池モジュール
WO2022228567A1 (zh) * 2021-04-29 2022-11-03 东莞新能安科技有限公司 一种电池组以及用电设备
CN114094244A (zh) * 2021-11-22 2022-02-25 东莞新能安科技有限公司 电池组及用电设备
CN116031561B (zh) * 2023-03-24 2023-07-04 合肥召洋电子科技有限公司 一种储能电池包
KR102633200B1 (ko) * 2023-07-27 2024-02-02 주식회사 엔에스머티리얼즈 배터리 모듈

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140144330A (ko) * 2013-06-10 2014-12-19 현대자동차주식회사 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치
JP2015528189A (ja) * 2012-07-18 2015-09-24 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ エネルギー貯蔵装置およびエネルギー貯蔵方法
KR20160122444A (ko) * 2015-04-14 2016-10-24 현대자동차주식회사 배터리 모듈
KR20170019229A (ko) * 2015-08-11 2017-02-21 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20170021122A (ko) * 2015-08-17 2017-02-27 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20170095052A (ko) * 2016-02-12 2017-08-22 주식회사 엘지화학 배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09326263A (ja) * 1996-06-06 1997-12-16 Furukawa Electric Co Ltd:The 電力貯蔵用電池の放熱装置
US9113577B2 (en) * 2001-11-27 2015-08-18 Thermotek, Inc. Method and system for automotive battery cooling
KR100804702B1 (ko) 2006-11-15 2008-02-18 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 스택
JP2009037934A (ja) * 2007-08-02 2009-02-19 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置
JP5330810B2 (ja) 2008-11-18 2013-10-30 株式会社日立製作所 電池モジュールを収容する電池箱及びそれを備える鉄道車両
US20100275619A1 (en) * 2009-04-30 2010-11-04 Lg Chem, Ltd. Cooling system for a battery system and a method for cooling the battery system
EP2650960B1 (en) * 2011-01-26 2020-01-01 LG Chem, Ltd. Cooling element having improved assembly productivity and battery modules including same
CN103380534B (zh) * 2011-02-22 2016-01-20 株式会社Lg化学 具有提高的冷却效率的冷却构件和采用该冷却构件的电池模块
CN102231448A (zh) * 2011-05-24 2011-11-02 华南理工大学 一种具有散热装置的电动汽车动力电池组
US8652678B2 (en) * 2012-04-17 2014-02-18 Vecture Inc. Battery pack system
TWI524573B (zh) 2013-09-25 2016-03-01 原瑞電池科技股份有限公司 電池模組
KR101715698B1 (ko) * 2014-09-22 2017-03-13 주식회사 엘지화학 냉각부재로서 윅을 사용하는 판형 열전달장치를 갖는 전지모듈
DE102015219536B4 (de) 2015-10-08 2023-04-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezellenmodul
US10892528B2 (en) 2015-12-14 2021-01-12 Lg Chem, Ltd. Battery module, battery pack comprising battery module, and vehicle comprising battery pack
KR102139425B1 (ko) 2016-02-25 2020-07-29 시놉시스, 인크. 회로 스텐실들을 이용한 회로 설계를 위한 추출된 레이아웃-의존 효과들의 재사용
JP6627594B2 (ja) * 2016-03-16 2020-01-08 株式会社オートネットワーク技術研究所 冷却部材、及び蓄電モジュール
US20180034122A1 (en) * 2016-08-01 2018-02-01 NextEv USA, Inc. Battery thermal management assembly
CN107086278A (zh) * 2017-05-17 2017-08-22 广东工业大学 一种车辆及其电池组散热装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015528189A (ja) * 2012-07-18 2015-09-24 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ エネルギー貯蔵装置およびエネルギー貯蔵方法
KR20140144330A (ko) * 2013-06-10 2014-12-19 현대자동차주식회사 친환경 차량의 배터리모듈 간접 냉각 및 가열 장치
KR20160122444A (ko) * 2015-04-14 2016-10-24 현대자동차주식회사 배터리 모듈
KR20170019229A (ko) * 2015-08-11 2017-02-21 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20170021122A (ko) * 2015-08-17 2017-02-27 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20170095052A (ko) * 2016-02-12 2017-08-22 주식회사 엘지화학 배터리 셀 냉각용 버스바 및 이를 이용한 배터리 모듈

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021221307A1 (ko) * 2020-04-29 2021-11-04 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
WO2021246605A1 (ko) * 2020-06-02 2021-12-09 주식회사 엘지에너지솔루션 다단 냉각 방식의 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차
WO2023038396A1 (ko) * 2021-09-09 2023-03-16 주식회사 엘지에너지솔루션 파우치형 배터리 셀의 길이 방향 확장 구조를 적용한 셀 어셈블리, 이를 포함하는 배터리 팩

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US11482751B2 (en) 2022-10-25
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CN111742440A (zh) 2020-10-02
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