KR20200030967A - 절연 구조가 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

절연 구조가 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 상부와 하부에 각각 위치하는 탑 플레이트와 바틈 플레이트, 상기 셀 적층체의 좌측과 우측을 가압하며 상기 탑 플레이트와 바틈 플레이트에 접합되는 한 쌍의 사이드 플레이트로 구성된 모듈 하우징; 상기 셀 적층체의 최외곽에 배치되는 배터리 셀에 대면하는 완충 패드; 및 상기 완충 패드 보다 넓은 면적을 가지며 상기 완충 패드와 상기 사이드 플레이트 사이에 개재되는 절연 필름을 포함할 수 있다.

Description

절연 구조가 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module with improved insulation structure and Battery Pack comprising the battry module}
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 셀들을 수납하는 모듈 케이스와 배터리 셀들 간의 절연성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V~4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 이차전지 셀을 직렬로 연결하거나 충방전 용량에 따라 다수의 이차전지 셀을 직렬 및 병렬 연결하여 배터리 모듈을 구성하기도 한다.
다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 중/대형 배터리 모듈을 구성할 경우, 에너지 밀도가 높으면서 적층이 용이한 리튬-폴리머 파우치형 이차전지 셀을 많이 사용하여, 이들을 적층 시켜 셀 조립체를 먼저 구성한다. 그 다음 셀 조립체를 모듈 하우징으로 패키징하여 보호하고, 이차전지 셀들의 전기적 연결 및 전압 측정을 위해 전장 부품들을 추가하여 배터리 모듈을 구성하는 방법이 일반적이다.
그런데 리튬-폴리머 파우치형 이차전지는 일반적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 전극 조립체를 내장한 형태로 마련되기 때문에 작은 크기와 중량에 비해 에너지 밀도가 높은 장점이 있지만, 기계적 강성이 약한 단점이 있다. 특히, 리튬-폴리머 파우치형 이차전지의 경우, 반복적인 충방전 과정에서 전극이 두꺼워지거나, 부반응으로 내부 전해질이 분해되어 가스가 발생할 수 있다. 이때 전극 팽창 및/또는 발생한 가스에 의해 파우치형 이차전지 셀이 부풀어 오르는 현상을 '스웰링 현상'이라고 한다. 참고로, 스웰링 현상은 충방전시 전극 팽창에 따른 요인에 더 크게 기인한다.
이러한 파우치형 이차전지 셀에 스웰링 현상이 심화될 경우, 이차전지 셀의 성능이 저하될 뿐만 아니라, 모듈 하우징의 외형을 변화시켜 배터리 모듈의 구조적 안정성에 악영향을 미칠 수 있다. 이에 스웰링 현상 방지 기술들 중 하나로 이차전지 셀들 사이 또는 최외곽에 완충 패드를 덧대어 팽창력을 분산시키고 이차전지 셀의 두께 증가를 보상하는 기술이 적용되고 있다. 상기 완충 패드는 모듈 하우징의 내측면과 최외곽 배터리 셀의 일면 사이에 개재됨으로써 스웰링 완화와 배터리 셀과 금속 소재로 마련되는 모듈 하우징 간을 전기적으로 절연시키는 역할도 겸한다.
예컨대, 상기 완충 패드는 소정의 두께를 갖는 폼(foam) 소재로서 배터리 셀의 일면 중심 영역에 대면하게 접촉 배치되고 배터리 셀에서 중심부의 팽창력을 흡수하며 압축될 수 있다.
그런데 종래 기술의 경우 완충 패드가 압축되면서 최외곽 이차전지 셀이 모듈 하우징의 내면에 가까워져 이차전지 셀이 모듈 하우징의 내면에 직접 접촉하는 경우가 발생하고 있다.
특히 완충 패드는 팽창성이 강한 이차전지 셀의 중심 영역에 대응하게 이차전지 셀의 넓은 면적 부분보다는 다소 작게 제작되거나, 모듈 하우징과 완충 패드 또는 이차전지 셀과 완충 패드의 조립시 공차 때문에 이차전지 셀의 가장자리 부분과 모듈 하우징의 내면 사이에 빈 공간이 형성되는 경우가 많다. 이 경우, 셀 스웰링에 의한 완충 패드의 압축시 상기 이차전지 셀의 가장자리 부분과 모듈 하우징의 내면이 닿게 되면서 절연이 깨어질 가능성이 높다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0083834호 (2017.07.19) 주식회사 엘지화학.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차전지 셀과 모듈 하우징 간의 절연성을 확보하기 위한 것으로, 특히 이차전지 셀의 스웰링 시 가장자리 부분과 모듈 하우징 간의 절연성이 강화된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체의 상부와 하부에 각각 위치하는 탑 플레이트와 바틈 플레이트, 상기 셀 적층체의 좌측과 우측을 가압하며 상기 탑 플레이트와 바틈 플레이트에 접합되는 한 쌍의 사이드 플레이트로 구성된 모듈 하우징; 상기 셀 적층체의 최외곽에 배치되는 배터리 셀에 대면하는 완충 패드; 및 상기 완충 패드 보다 넓은 면적을 가지며 상기 완충 패드와 상기 사이드 플레이트 사이에 개재되는 절연 필름을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
상기 절연 필름은 적어도 상기 배터리 셀의 일면과 면적이 같거나 그보다 크게 마련될 수 있다.
상기 절연 필름의 일면은 상기 완충 패드에 부착되고, 상기 절연 필름의 타면은 상기 사이드 플레이트에 부착될 수 있다.
상기 셀 적층체의 하부와 상기 바틈 플레이트의 상면 사이에 배치되는 열전달 물질층을 더 포함할 수 있다.
상기 열전달 물질층은 상기 바틈 플레이트의 상면 전체에 분포하며, 상기 사이드 플레이트는 하단에 상기 바틈 플레이트와 접합되는 접합부를 구비하고, 상기 접합부는 상기 바틈 플레이트의 일측 끝단 수직면에 맞닿을 수 있다.
상기 절연 필름은 테두리 일측이 상기 열전달 물질층 위에 접촉하게 마련될 수 있다.
상기 절연 필름은 테두리 일측이 상기 열전달 물질층의 두께 방향에 따른 측부에 접촉하게 마련될 수 있다.
상기 열전달 물질층의 측부는, 상기 사이드 플레이트와 상기 바틈 플레이트의 접합시, 상기 절연 필름에 의해 밀려 올라가 상기 절연 필름과 상기 열전달 물질층의 접촉 계면이 증대될 수 있다.
상기 탑 플레이트는 상기 셀 적층체의 상부를 덮는 수평부와, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트를 바깥쪽에서 안쪽방향으로 탄성 가압하며 상기 한 쌍의 사이드 플레이트의 외면에 밀착되는 수직부를 구비할 수 있다.
상기 탑 플레이트의 수직부에는 홀이 구비되고, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트에는 상기 홀에 압입되는 돌출부가 구비될 수 있다.
상기 돌출부는 경사면을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 이차전지 셀과 모듈 하우징 간의 절연성을 확보할 수 있으며, 특히 이차전지 셀의 스웰링 시 가장자리 부분과 모듈 하우징의 코너 부분의 절연성이 강화될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 모듈 하우징에 이차전지 셀들이 강하게 압박된 상태로 수납될 수 있어 이차전지 셀들의 스웰링 현상이 완화될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 완충 패드와 절연 필름을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 조립 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 도 5의 A영역 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 절연 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 B영역 확대도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈의 탑 플레이트 조립 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도, 도 2는 도 1의 I-I'에 따른 단면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 완충 패드와 절연 필름을 도시한 도면이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 셀 적층체(10), 모듈 하우징(20), 모듈 커버(30), 완충 패드(40) 및 절연 필름(50)을 포함할 수 있다.
상기 셀 적층체(10)는 넓은 면이 서로 대면하게 적층된 파우치형 배터리 셀(11)들로 구성된 이차전지들의 집합체일 수 있다. 더 정확히 말하면, 셀 적층체(10)는 파우치형 배터리 셀(11)들이 수직하게 세워져 수평 방향으로 적층된 형태로 모듈 하우징(20)에 수납되는 이차전지들의 집합체일 수 있다.
여기서 파우치형 배터리 셀(11)들은 파우치 외장재, 상기 파우치 외장재에 수납 가능하게 마련된 전극 조립체와 전해질로 구성된 이차전지를 의미한다. 예컨대, 파우치형 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고 이러한 파우치의 내부 공간에 전극 조립체가 수납될 수 있다. 2개의 파우치 둘레는 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다.
상기 전극 조립체에 전극 리드가 부착될 수 있고, 이러한 전극 리드가 파우치 외장재의 융착부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써 배터리 셀(11)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
모듈 하우징(20)은 대략 사각 관 형상으로 상기 셀 적층체(10)의 상부와 하부에 각각 위치하는 탑 플레이트(21)와 바틈 플레이트(22), 상기 셀 적층체(10)의 좌측과 우측에 각각 위치하는 한 쌍의 사이드 플레이트(23,24)를 포함한다.
이러한 모듈 하우징(20)은 배터리 셀(11)들을 내부에 수납할 수 있는 내부 공간을 가지며, 수납된 배터리 셀(11)들에 대한 기계적 지지력을 제공하고 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 한다.
배터리 셀(11)들의 전극 리드들은 상기 모듈 하우징(20)에서 오픈되어 있는 모듈 하우징(20)의 전방과 후방에 위치할 수 있다. 그리고 상기 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 버스바 등을 포함한 ICB(Inter connection Borad)와 상기 ICB를 보호하기 위한 모듈 커버(30)가 모듈 하우징(20)의 전방과 후방에 장착될 수 있다.
자세히 후술하겠지만, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(23,24)들은 셀 적층체(10)의 좌측과 우측을 가압하며 상기 탑 플레이트(21)와 바틈 플레이트(22)에 접합된다. 참고로, 현재까지 연구된 바에 의하면 적층되어 있는 배터리 셀(11)들을 조립 초기부터 강하게 압박할 경우 추후 스웰링으로 인한 두께 팽창이 작아지는 것으로 알려져 있다.
한편, 완충 패드(40)는, 도 2와 같이, 셀 적층체(10)의 최외곽에 배치되는 배터리 셀(11)에 대면하게 모듈 하우징(20) 내부에 배치된다. 상기 완충 패드(40)는 배터리 셀(11)들의 스웰링 시 압축되어 배터리 셀(11)들의 팽창에 따른 모듈 케이스의 파손 등을 방지한다. 또한, 완충 패드(40)는 배터리 셀(11)들을 사이드 플레이트(23,24)들로부터 그 두께만큼 이격시켜 놓음으로써 배터리 셀(11)과 사이드 플레이트(23,24)의 접촉에 따른 누설 전류 또는 배터리 셀(11) 손상을 방지하는 역할을 할 수 있다.
이러한 완충 패드(40)는 예컨대, 폴리우레탄 폼 (polyurethane foam) 또는 EDPM(Ethlene Propylene Diene Monomer) 등과 같은 충격 흡수 및 반발력을 갖는 소재로 제작될 수 있다.
절연 필름(50)은 상기 완충 패드(40)를 흡착하여 사이드 플레이트(23,24)에 고정시키고 배터리 셀(11)들과 모듈 하우징(20) 간의 절연성을 유지하기 위한 구성요소로서 절연성과 접착성을 갖는 박형의 테이프 형태로 구현될 수 있다. 예컨대 절연 필름(50)은 피부착물의 두께에 영향이 거의 없도록 그 두께가 2mm 미만인 것이 바람직할 수 있다.
절연 필름(50)은 완충 패드(40)와 사이드 플레이트(23,24) 사이에 개재되는데, 양면이 접착성을 가져 그 일면에 완충 패드(40)가 부착되고 그 타면에 사이드 플레이트(23,24)가 부착될 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 절연 필름(50)은, 도 2 및 3에 도시한 바와 같이, 완충 패드(40) 보다는 넓고 배터리 셀(11)의 대면적 면과 같거나 그보다 넓은 면적을 갖게 마련되어 절연 필름(50)이 완충 패드(40)보다 사이드 플레이트(23,24)의 더 넓은 영역을 오버랩한다.
이러한 절연 필름(50) 배치에 따르면, 완충 패드(40)로는 절연성이 확보되지 않는 배터리 셀(11)들의 가장자리 부분에 대한 절연성을 확보하는데 효과적이다. 즉, 사이즈가 완충 패드(40)보다 크고 배터리 셀(11)의 대면적 면과 같거나 그보다 큰 절연 필름을 사이드 플레이트(23,24)에 부착함으로써 완충 패드(40)와 배터리 셀(11)의 대면적 면의 규격 차이 또는 완충 패드(40) 조립시 바틈 플레이트(22)와의 공차로 인해 절연성 확보가 취약한 최외곽 배터리 셀(11)의 가장자리 부분과 모듈 하우징(20)의 코너 부분 간의 절연성을 효과적이고 간단하게 보완할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 열전달 물질층(60)을 더 포함할 수 있다.
상기 열전달 물질층(60)은 열전달 물질을 바틈 플레이트(22)의 상면 전체에 도포하여 형성한 것으로 배터리 셀(11)들의 열을 흡수하여 바틈 플레이트(22)에 전달하는 구성요소이다. 도시하지 않았으나, 배터리 모듈(1)은 바틈 플레이트(22)가 히트싱크에 접촉되게 히트싱크 위에 배치될 수 있다. 충방전 과정에서 수반되는 배터리 셀(11)들의 열은 상기 열전달 물질층(60), 바틈 플레이트(22), 히트싱크(미도시)를 통해 신속하게 방열될 수 있다.
열전달 물질층(60)을 형성하는 열전달 물질로는 예컨대 열전도성이 우수하고 접착성을 갖는 우레탄 수지, 에폭시 수지 또는 실리콘 등이 채용될 수 있다. 이러한 열전달 물질은 각 배터리 셀(11)들 사이 사이에 스며들어 공기층을 없애 열저항을 감소시키고 또한 접착력이 있어 배터리 셀(11)들의 유동을 저지하며 셀 적층체(10)의 하부를 안정적으로 지지한다.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 셀 적층체(10) 가압 구조 및 절연 구조를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 조립 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
본 실시예에 따른 바틈 플레이트(22)는 소정의 두께를 갖는 판상체 형태로 마련되며 양쪽 끝단에 수직면을 갖는다. 상기 수직면은 바틈 플레이트(22)의 두께를 형성하는 부분이라 할 수 있다.
바틈 플레이트(22)는 상면에 열전달 물질층(60)이 미리 형성된 상태로 제공되며, 이러한 바틈 플레이트(22)의 상면에 셀 적층체(10)가 배치된다.
사이드 플레이트(23,24)는 하단에 상기 바틈 플레이트(22)와 접합되는 접합부(23a 24a)를 구비한다. 상기 접합부(23a 24a)는 바틈 플레이트(22)의 일측 끝단 수직면(22a)에 교차하게 맞닿게 마련된다. 즉, 상기 사이드 플레이트(23,24)의 하단 접합부(23a 24a)와 바틈 플레이트(22)의 수직면(22a)이 서로 맞닿은 상태로 해당 부위에 용접, 접착, 볼트 체결 중 어느 하나를 수행하여 사이드 플레이트(23,24)와 바틈 플레이트(22)를 접합시킬 수 있다. 이때, 사이드 플레이트(23,24)는 셀 적층체(10)에 가압력을 제공한다.
부연하면, 사이드 플레이트(23,24)에 완충 패드(40)와 절연 필름(50)이 일체로 부착되는데, 상기 완충 패드(40)의 초기 두께는 사이드 플레이트(23,24)와 바틈 플레이트(22)가 접합된 때보다 두꺼운 두께를 갖는다.
사이드 플레이트(23,24)들을 셀 적층체(10)의 좌,우측 최외곽 배터리 셀(11)들의 대면적 면에 완충 패드(40)가 대면하게 가까이 갖다 대고 충분히 가압하면 완충 패드(40)가 배터리 셀(11)들에 밀려 압축되면서 사이드 플레이트(23,24)의 접합부와 바틈 플레이트(22)의 수직면이 서로 맞닿게 된다.
이 상태에서 사이드 플레이트(23,24)들을 바틈 플레이트(22)에 접합시킴으로써 사이드 플레이트(23,24)들의 배터리 셀(11)들에 대한 가압력이 그대로 유지될 수 있도록 한다.
그 다음, 탑 플레이트(21)를 2개의 사이드 플레이트(23,24) 위에 올려놓고 상기 탑 플레이트(21)의 양쪽 모서리와 상기 2개의 사이드 플레이트(23,24)의 상단을 용접, 접착, 볼트 체결 중 어느 하나의 방식으로 접합하면 셀 적층체(10)를 가압하며 수납할 수 있는 모듈 하우징(20)이 완성될 수 있다.
이와 같은 셀 적층체(10) 초기 가압식 모듈 하우징(20)에 의하면, 일반적인 모듈 하우징(20) 대비 충방전 과정에서 셀 스웰링으로 배터리 셀(11)들의 팽창 정도가 완화될 수 있다.
한편, 절연 필름(50)은 테두리 일측이 상기 열전달 물질층(60) 위에 접촉하게 사이드 플레이트(23,24)에 부착될 수 있다.
다시 말하면, 절연 필름(50)은 완충 패드(40)보다 넓은 면적을 가져 사이드 플레이트(23,24)와 바틈 플레이트(22)를 접합시 열전달 물질층(60) 위에 접촉되게, 도 5에 "D"로 표시한 영역만큼 사이드 플레이트(23,24)의 내면에 부착될 수 있다. 여기서 상기 "D 영역"은 배터리 셀(11)의 대면적에 대응하는 영역이라 할 수 있다. 이 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 사이드 플레이트(23,24)와 바틈 플레이트(22)가 교차하는 모듈 하우징(20)의 코너 부분이 열전달 물질층(60)과 절연 필름(50)으로 마감될 수 있다.
또한, 탑 플레이트(21)의 하면에도 절연 패드(P)가 추가로 부착될 수 있다. 전술한 바와 마찬가지로 탑 플레이트(21)와 사이드 플레이트(23,24)가 교차하는 모듈 하우징(20)의 코너 부분은 절연 패드(P)와 절연 필름(50)들로 마감될 수 있다.
따라서 초기 가압 또는 셀 스웰링으로 완충 패드(40)가 압축되어 최외곽 배터리 셀(11)과 사이드 플레이트(23,24) 사이 공간(S)이 극단적으로 좁아지더라도 상기 모듈 하우징(20)의 코너 부분에서 절연성이 유지될 수 있다.
참고로, 본 실시예의 배터리 모듈(1)은 배터리 셀(11)들의 열을 바틈 플레이트(22)를 통해 외부로 방열하는 구조로 열전달 물질층(60)을 바틈 플레이트(22)에만 형성하였으나, 변형예로서, 탑 플레이트(21)의 하면에도 열전달 물질층(60)을 추가하여 배터리 셀(11)들의 열을 바틈 플레이트(22)와 탑 플레이트(21) 두 곳을 통해 외부로 방열시킬 수도 있다.
이어서 도 7 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하기로 한다. 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 절연 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 7의 B영역 확대도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예는 전술한 실시예와 비교할 때, 절연 필름(50)과 열전달 물질층(60)에 의한 모듈 하우징(20)의 코너 부분 마감구조에 차이가 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 절연 필름(50)은 테두리 일측이 열전달 물질층(60)의 두께 방향에 따른 측부에 접촉할 수 있는 사이즈로 사이드 플레이트(23,24)에 부착된다.
상기 열전달 물질층(60)의 측부는 셀 적층체(10)를 사이드 플레이트(23,24)로 가압하고 사이드 플레이트(23,24)와 바틈 플레이트(22)의 접합하는 과정에서 절연 필름(50)에 의해 밀려 올라갈 수 있다. 즉, 열전달 물질층(60)을 형성하는 열전달 물질은 경화되기 전 유동성을 갖기 때문에 절연 필름(50)에 맞닿는 부분이 안쪽으로 밀려올라 가고 일정 시간이 경과하면 경화된다. 이렇게 열전달 물질이 안쪽으로 밀려 올라감에 따라 열전달 물질층(60)과 절연 필름(50) 간의 접촉 계면이 증대될 수 있다.
이러한 제2 실시예에 따르면, 배터리 셀(11) 가장자리와 사이드 플레이트(23,24) 사이 빈공간이, 도 8에 표시한 "E" 와 같이 열전달 물질로 채워질 수 있어 절연 효과가 증대될 수 있으며 또한 절연 필름(50)의 끝 부분, 즉 테두리 일측이 열전달 물질층(60)의 측부와 사이드 플레이트(23,24) 사이에 개재될 수 있어 절연 필름(50)의 박리를 방지할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 탑 플레이트(21) 조립 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예는 전술한 실시예와 비교할 때, 탑 플레이트(21)와 2개의 사이드 플레이트(23,24)들 간의 조립 구조에 차이가 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 탑 플레이트(21)는 셀 적층체(10)의 상부를 덮는 수평부(21a)와, 한 쌍의 사이드 플레이트(23,24)를 바깥쪽에서 안쪽 방향으로 탄성 가압하며 한 쌍의 사이드 플레이트(23,24)의 외면에 밀착되는 수직부(21b)들을 구비한다.
수직부(21b)들은 수평부(21a) 양쪽 모서리에서 각각 수평부(21a)와 교차하는 방향으로 연장 형성된다. 이러한 제3 실시예의 탑 플레이트(21)는, 전술한 실시예와 달리, 단면이 대략 "ㄷ" 타입으로 제작될 수 있다.
이러한 탑 플레이트(21)를 형성하는 수평부(21a)와 수직부(21b)들은 개념적으로 구분되는 요소이고, 이들은 일체로 성형될 수 있으며 탄성 소재로 제작될 수 있다.
전술한 실시예의 경우, 탑 플레이트(21)와 2개의 사이드 플레이트(23,24)를 접합할 때 용접, 접착, 볼팅 방식을 채용하였으나, 제3 실시예의 경우, 탑 플레이트(21)로 셀 적층체(10)의 상부를 덮어씌우고 2개의 사이드 플레이트(23,24)의 외측면을 바깥쪽에서 안쪽 방향으로 탄성 가압하는 방식이 채용된다.
따라서 기존의 2개의 사이드 플레이트(23,24)의 압박에 탑 플레이트(21)의 수직부(21b)들이 눌러주는 힘이 더해져 셀 적층체(10)에 가해지는 압박력이 배가될 수 있어 전술한 실시예에 비해 배터리 셀(11)들의 팽창 억제력이 더 강화될 수 있다.
또한, 상기 탑 플레이트(21)의 수직부(21b)들에는 미리 지정된 직경으로 천공된 홀(21c)들이 마련될 수 있으며, 2개의 사이드 플레이트(23,24)에는 상기 홀(21c)들에 압입될 수 있게 돌출 형성된 돌출부(23b,24b)들이 마련될 수 있다. 탑 플레이트(21)는, 사이드 플레이트(23,24)들의 돌출부(23b,24b)들에 탑 플레이트(21)의 홀(21c)들에 압입됨으로써, 2개의 사이드 플레이트(23,24)에 결합된다. 이러한 제3 실시예에 따르면, 2개의 사이드 플레이트(23,24)들에서 탑 플레이트(21)를 떼어 내는 것도, 용접, 접착, 볼팅 방식에 비해, 비교적 수월해 필요시 모듈 하우징(20) 또는 배터리 셀(11)들의 리유즈(re-use), 리웍(re-work)이 가능하다.
또한, 상기 돌출부(23a,24a)들은, 도 10 및 도 11을 참조하면, 탑 플레이트(21)가 씌워질 때 상기 수직부(21b)들의 끝단이 돌출부(23b,24b)들을 타고 내려오면서 수직부(21b)들의 폭이 벌어질 수 있게 유도하는 경사면을 갖는다. 수평부(21a)가 2개의 사이드 플레이트(23,24)의 상단에 닿는 위치에 놓이게 되면 홀(21c)들이 돌출부(23b,24b)들에 끼워 맞추어 지면서 수직부(21b)들이 사이드 플레이트(23,24)들의 외측면에 탄성 바이어스될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(1)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(1) 이외에, 이러한 배터리 모듈(1)을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈(1)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차 또는 전력 저장장치(ESS)의 에너지원으로 사용될 수도 있다.
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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 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.
10: 셀 적층체 11: 배터리 셀
20: 모듈 하우징 21: 탑 플레이트
21a: 수평부 21b: 수직부
21c: 홀 22: 바틈 플레이트
23,24: 사이드 플레이트 23a,24a: 돌출부
30: 모듈 커버 40: 완충 패드
50: 절연 필름 60: 열전달 물질층

Claims (12)

  1. 일 방향으로 적층된 복수 개의 배터리 셀들로 구성된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체의 상부와 하부에 각각 위치하는 탑 플레이트와 바틈 플레이트, 상기 셀 적층체의 좌측과 우측을 가압하며 상기 탑 플레이트와 바틈 플레이트에 접합되는 한 쌍의 사이드 플레이트로 구성된 모듈 하우징;
    상기 셀 적층체의 최외곽에 배치되는 배터리 셀에 대면하는 완충 패드; 및
    상기 완충 패드 보다 넓은 면적을 가지며 상기 완충 패드와 상기 사이드 플레이트 사이에 개재되는 절연 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 필름은 적어도 상기 배터리 셀의 일면과 면적이 같거나 그보다 크게 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연 필름의 일면은 상기 완충 패드에 부착되고, 상기 절연 필름의 타면은 상기 사이드 플레이트에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체의 하부와 상기 바틈 플레이트의 상면 사이에 배치되는 열전달 물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열전달 물질층은 상기 바틈 플레이트의 상면 전체에 분포하며,
    상기 사이드 플레이트는 하단에 상기 바틈 플레이트와 접합되는 접합부를 구비하고, 상기 접합부는 상기 바틈 플레이트의 일측 끝단 수직면에 맞닿는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연 필름은 테두리 일측이 상기 열전달 물질층 위에 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 절연 필름은 테두리 일측이 상기 열전달 물질층의 두께 방향에 따른 측부에 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 열전달 물질층의 측부는, 상기 사이드 플레이트와 상기 바틈 플레이트의 접합시, 상기 절연 필름에 의해 밀려 올라가 상기 절연 필름과 상기 열전달 물질층의 접촉 계면이 증대되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탑 플레이트는 상기 셀 적층체의 상부를 덮는 수평부와, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트를 바깥쪽에서 안쪽 방향으로 탄성 가압하며 상기 한 쌍의 사이드 플레이트의 외면에 밀착되는 수직부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탑 플레이트의 수직부에는 홀이 구비되고,
    상기 한 쌍의 사이드 플레이트에는 상기 홀에 압입되는 돌출부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 상기 돌출부는 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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