KR20200078220A - 모듈 하우징을 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20200078220A
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Abstract

본 발명은 조립 과정에서 발생되는 내부 구성들의 손상을 줄이고 제조 효율을 높인 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 수평 방향으로 배열되고 상하 방향으로 직립된 복수의 원통형 전지셀; 및 내부 공간을 형성하도록 이루어진 외측벽, 상기 내부 공간에 위치되고 상기 복수의 원통형 전지셀을 내부에 수용하도록 상하 방향으로 연장된 내측벽을 가진 복수의 중공관, 및 상기 복수의 중공관의 내측벽의 상하 방향의 중심 부위의 적어도 일부가 서로 개방되어 내부에 빈공간이 형성된 공동부가 구비된 모듈 하우징을 포함한다.

Description

모듈 하우징을 포함하는 배터리 모듈 {Battery Module Having Module Housing}
본 발명은 모듈 하우징을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립 과정에서 발생되는 내부 구성들의 손상을 줄이고 제조 효율을 높인 배터리 모듈에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 파우치 외장재를 구비한다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 이차전지를 구비한 배터리 모듈을 복수개 집합시킨 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이러한 배터리 모듈은, 복수의 이차전지를 외부 충격으로부터 보호하거나 수납 보관하기 위해서 플라스틱 재질의 모듈 하우징을 구비하는 것이 일반적이었다. 예를 들면, 이러한 모듈 하우징에는 복수의 이차전지를 수납하기 위한 별도의 공간이 형성된 수납부가 형성될 수 있다.
그러나, 종래 기술에서는, 배터리 모듈의 충방전 시, 탑재된 원통형 전지셀의 내부 구성인 전극조립체의 스웰링 현상으로 인해 원통형 전지셀의 전지 캔의 중앙 부위가 부풀어 오르거나, 전지 캔의 온도 상승에 따라 전지 캔의 크기가 늘어날 수 있었다. 이때, 원통형 전지셀을 수용하는 모듈 하우징의 수용부가 상기 원통형 전지셀의 중앙 부위의 외측면을 감쌀 경우, 이러한 수용부가 원통형 전지셀을 가압시킬 수 있어, 원통형 전지셀의 내압을 크게 상승시킬 수 있었다. 이에 따라, 종래 기술의 배터리 모듈은 내부에 탑재된 복수의 원통형 전지셀의 전극조립체의 뒤틀림 현상이 심화되는 문제가 발생되었다.
또한, 종래 기술의 배터리 모듈의 제조 공정에서는, 복수의 원통형 전지셀을 모듈 하우징 내부에 삽입하여 탑재하는 과정 중, 복수의 원통형 전지셀의 삽입 위치의 편차가 발생하거나, 삽입 방향이 틀어질 경우, 삽입 불량이 발생되어 제조 작업이 중단되는 경우가 많았다. 이에 따라, 제조 수작업 또는 제조 자동화 공정으로 작업하기 어렵고, 제조 시간이 증가하는 등의 문제가 발생되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 조립 과정에서 발생되는 내부 구성들의 손상을 줄이고 제조 효율을 높인 배터리 모듈을 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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
수평 방향으로 배열되고 상하 방향으로 직립된 복수의 원통형 전지셀; 및
내부 공간을 형성하도록 이루어진 외측벽, 상기 내부 공간에 위치되고 상기 복수의 원통형 전지셀을 내부에 수용하도록 상하 방향으로 연장된 내측벽을 가진 복수의 중공관, 및 상기 복수의 중공관의 내측벽의 상하 방향의 중심 부위의 적어도 일부가 서로 개방되어 내부에 빈공간이 형성된 공동부가 구비된 모듈 하우징을 포함한다.
또한, 상기 모듈 하우징은,
상기 복수의 원통형 전지셀의 상부를 수용하도록 구성된 복수의 상부 중공관이 구비된 상부 케이스; 및
상기 복수의 원통형 전지셀의 하부를 수용하도록 구성된 복수의 하부 중공관이 구비된 하부 케이스를 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 공동부는, 상기 상부 중공관의 하면의 적어도 일부가 상부로 내입되어 형성된 제1 내입 구조, 및 상기 하부 중공관의 상면의 적어도 일부가 하부로 내입된 제2 내입 구조를 구비할 수 있다.
또한, 상기 모듈 하우징은 상기 공동부에 형성되고 상기 복수의 원통형 전지셀이 상기 복수의 중공관에 삽입되는 것을 가이드 하도록 구성된 가이드부를 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 가이드부는,
상기 상부 케이스에 위치하여 상기 하부 케이스가 위치한 방향으로 돌출 연장된 원기둥 형태를 가진 제1 원기둥; 및
상기 하부 케이스에 위치하여 상기 상부 케이스가 위치한 방향으로 돌출 연장된 원기둥 형태를 가진 제2 원기둥을 구비할 수 있다.
그리고, 상기 원기둥 형태는 돌출 연장된 방향의 말단부로 갈수록 원기둥의 지름이 작아지는 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 원기둥 형태의 돌출 연장된 방향의 말단부의 모서리는 라운드 처리되거나, 또는 챔퍼가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 배터리 모듈은, 상기 공동부의 공간에 배치된 냉각 부재를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징은 상하 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 고정관을 구비할 수 있다.
나아가, 상기 배터리 모듈은 상기 고정관 내부에 삽입된 부싱을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각 부재는, 상기 부싱과 연결되고, 상기 부싱의 외면으로부터 상기 복수의 원통형 전지셀의 외면과 접촉하도록 수평 방향으로 연장될 수 있다.
더욱이, 상기 냉각 부재에는 상기 원통형 전지셀이 상기 중공관에 삽입되는 것을 가이드 하도록 내부 방향으로 돌출 연장되고 원기둥 형태를 가진 가이드 돌기가 형성될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상기 배터리 팩을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈은, 모듈 하우징의 내부에 빈공간이 형성된 공동부를 구비함으로써, 배터리 모듈의 충방전 시, 내부 온도 상승 및 내부 전극 조립체의 스웰링 현상으로 인한 전지 캔의 크기 변화에도 모듈 하우징의 형성된 중공관에 의해 원통형 전지셀이 가압되는 것을 피할 수 있으므로, 원통형 전지셀의 전극 뒤틀림 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 일측면에 의하면, 본 발명은, 상부 케이스 및 하부 케이스 각각에 스토퍼 및 고정 돌기를 구비 시킴으로써, 모듈 하우징 내부에 수용된 복수의 원통형 전지셀이 모듈 하우징 외부로 분리되는 것을 방지할 수 있다. 더불어, 본 발명은 모듈 하우징에 수용된 복수의 원통형 전지셀이 잦은 외부 충격에도 유동 되지 않도록 안정적으로 고정시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은, 모듈 하우징의 공동부에 형성된 가이드부를 구비함으로써, 복수의 원통형 전지셀이 복수의 중공관에 삽입되는 이동 방향을 가이드 할 수 있어, 원통형 전지셀의 삽입 불량이 발생하는 것을 줄일 수 있다. 이에 따라, 오조립을 줄일 수 있어, 제조 시간을 단축하고 제품의 생산 단가를 크게 줄일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은, 가이드부가 제1 원기둥 및 제2 원기둥을 구비함으로써, 복수의 원통형 전지셀이 복수의 중공관의 내부로 삽입되는 것을 가이드 할 수 있는 적절한 형태를 가질 수 있고, 배터리 모듈의 제조 공정을 단축시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은, 제1 원기둥 또는 제2 원기둥이 원기둥 형태를 돌출 연장된 방향의 말단부로 갈수록 원기둥의 지름이 작아지는 구조를 가짐으로써, 복수의 원통형 전지셀이 삽입되는 방향이 수직이 아닌 경사진 경우에도 복수의 원통형 전지셀이 제1 원기둥 또는 제2 원기둥의 수평 방향의 외측면을 따라 복수의 중공관 내부로 삽입되도록 적절히 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면에 의하면, 제1 원기둥 또는 제2 원기둥은 원기둥 형태가 돌출 연장된 방향의 말단부의 모서리를 라운드 처리하거나, 또는 챔퍼가 형성됨으로써, 복수의 원통형 전지셀의 단부가 제1 원기둥 또는 제2 원기둥의 말단부와 충돌할 경우, 복수의 원통형 전지셀이 부드럽게 제1 원기둥 또는 제2 원기둥의 외측면을 타고 복수의 중공관 내부로 삽입되도록 적절히 유도할 수 있다. 이에 따라, 복수의 원통형 전지셀을 모듈 하우징의 복수의 중공관에 삽입하는 과정에서 발생될 수 있는 복수의 원통형 전지셀의 손상을 효과적으로 방지할 수 있어, 배터리 모듈의 수율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은, 공동부의 공간에 배치된 냉각 부재를 더 포함함으로써, 배터리 모듈의 충방전시 복수의 원통형 전지셀에서 발생된 열을 효과적으로 흡수하여, 모듈 하우징의 외측벽까지 빠르게 전달할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈은 방열 특성을 향상시켜 전지 수명을 효과적으로 늘릴 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은 부싱과 연결되고 부싱의 외면으로부터 복수의 원통형 전지셀의 외면과 접촉하도록 수평 방향으로 연장된 냉각 부재의 본체부를 구비함으로써, 배터리 모듈의 충방전시, 발생된 열을 열전도율이 높고 많은 열용량을 가진 부싱에 효과적으로 전달 시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 냉각 효율을 효과적으로 높일 수 있다. 더욱이, 본 발명은 2개 이상의 부싱과 연결된 냉각 부재에 의해 모듈 하우징의 기계적 강성을 효과적으로 높일 수 있어, 배터리 모듈에 가해진 충격에 따른 내부 구성의 손상을 효과적으로 줄일 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 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들을 분리시킨 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 원통형 전지셀의 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 모듈 하우징의 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 상부 케이스를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 하부 케이스를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들인 복수의 원통형 전지셀이 하부 케이스에 삽입되는 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들인 하부 케이스에 상부 케이스를 결합하는 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 9는, 도 7의 B 영역을 확대한 모습을 개략적으로 나타내는 일부 측단면도이다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
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 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들을 분리시킨 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 원통형 전지셀의 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은, 복수의 원통형 전지셀(100), 집전 플레이트(250), 및 모듈 하우징(210)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 원통형 전지셀(100)은, 원통형 전지 캔(120), 및 상기 전지 캔(120)의 내부에 수용된 전극 조립체(도 3의 140)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전지 캔(120)은, 전기 전도성이 높은 재질을 포함하고 있으며, 예를 들면, 상기 전지 캔(120)은 알루미늄 또는 구리 소재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전지 캔(120)이 상하 방향으로 길게 세워진 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 전지 캔(120)은 도 1의 F 방향으로 바라볼 경우, 상하 방향으로 연장된 원통형일 수 있다. 나아가, 상기 전지 캔(120)의 상부 및 하부 각각에 전극 단자들(111a, 111b)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전지 캔(120)의 상단의 평평한 원형의 상면에는 상부 방향으로 돌출된 제1 전극 단자(111a)가 형성될 수 있고, 상기 전지 캔(120)의 하단의 평평한 원형의 하면에는 제2 전극 단자(111b)가 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 기재된 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어는 관측자의 위치나 대상의 놓여진 형태에 따라 달라질 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 하여, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 방향을 구분하여 나타내도록 한다.
나아가, 상기 원통형 전지셀(100)은, 수평 방향으로 복수의 열 및 행으로 배치될 수 있다. 여기서, 수평 방향이란, 원통형 전지셀(100)을 지면에 놓았을 때 지면에 평행한 방향을 의미한다고 할 수 있으며, 상하 방향에 수직하는 평면상의 적어도 한 방향이라고도 할 수 있다. 또한, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은, 상하 방향으로 직립된 형태로 상기 모듈 하우징(210) 내부에 수용될 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(200)은, 전후 방향(W)의 4개의 열과 좌우 방향(V)의 7행 또는 6행으로 배치된 복수의 원통형 전지셀(100)을 구비할 수 있다.
또한, 전극 조립체(도 3, 140)는, 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 권취한 구조로 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 양극(도시하지 않음)에는 양극 탭(170)이 부착되어 전지 캔(120)의 상단의 제1 전극 단자(111a)에 접속될 수 있다. 그리고, 상기 음극(도시하지 않음)에는 음극 탭(도시지하지 않음)이 부착되어 전지 캔(120)의 하단의 제2 전극 단자(111b)에 접속될 수 있다.
다시 도 2와 함께 도 3을 참조하면, 상기 원통형 전지셀(100)은, 탑 캡(110)의 일부위가 돌출된 형태로 전극 단자(111)를 형성하고, 상기 탑 캡(110)의 일부위는 내부 가스가 특정 기압 이상에 도달할 경우, 천공되도록 구성되어 있다.
또한, 상기 원통형 전지셀(100)은, 하부에 전지셀 내부의 온도 상승시 전지 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 안전소자(122)(예컨대, PTC 소자(positive temperature coefficient element), TCO 등)를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 원통형 전지셀(100)은, 정상적인 상태에서는 하향 돌출된 형상으로 되어 있으나, 전지 내부의 압력 상승시 돌출되면서 파열되어 기체를 배기하는 안전 벤트 구조(safety vent, 130)를 구비할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에는, 앞서 설명한 원통형 전지셀(100)로만 한정되는 것은 아니고, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 원통형 전지셀(100)이 채용될 수 있다.
그리고, 상기 집전 플레이트(250)는, 일면이 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 중 적어도 둘 이상의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)와 접촉하여 전기적으로 연결된 구조를 포함할 수 있다. 즉, 상기 집전 플레이트(250)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111a) 또는 제2 전극 단자(111b)와 접촉하여 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 사이를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 집전 플레이트(250)는 플레이트부(251) 및 접속부(256)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 플레이트부(251)는 수평 방향(x 방향, y 방향)의 측면 보다 상대적으로 넓은 상면 및 하면을 가진 플레이트 형상을 구비할 수 있다. 또한, 상기 플레이트부(251)는 제1 전극 단자(111a) 또는 제2 전극 단자(111b)가 형성된 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.
나아가, 상기 접속 플레이트(250)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 상부에 위치하여 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 제1 전극 단자(111a)와 전기적으로 접속하는 제1 접속 플레이트(250a)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 접속 플레이트(250)는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 하부에 위치하여 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 제2 전극 단자(111b)와 전기적으로 접속하는 제2 접속 플레이트(250b)를 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 접속 플레이트(250)는 전기 전도성이 우수한 금속을 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속은, 구리 합금, 알루미늄 합금, 또는 니켈 합금일 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 모듈 하우징의 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 1 및 도 2와 함께, 도 4를 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)은 외측벽(210c), 복수의 중공관(211), 및 공동부(213)가 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 모듈 하우징(210)의 외측벽(210c)은, 내부 공간을 형성하도록 이루어지고 전, 후, 좌, 우 방향으로 형성된 제1 외측벽(210c1), 제2 외측벽(210c2), 제3 외측벽(210c3), 및 제4 외측벽(210c4)을 구비할 수 있다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(210)은 상하 방향으로 평평하게 연장된 외측벽(210c)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 제1 외측벽(210c1), 제2 외측벽(210c2), 제3 외측벽(210c3), 및 제4 외측벽(210c4)은 평면상으로 모듈 하우징(210)의 전단부, 후단부, 좌단부, 및 후단부를 서로 연결하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 모듈 하우징(210)은 평면상으로 사각형을 가지도록 외측벽들(210c1, 210c2, 210c3, 210c4)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 중공관(211)은, 상기 외측벽(210c)에 의해 형성된 상기 내부 공간에 위치될 수 있다. 즉, 상기 복수의 중공관(211)은, 수평 방향에서 상기 외측벽(210c)에 의해 둘러 쌓이도록 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 복수의 중공관(211)은 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 내부에 수용되는 크기의 중공을 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 복수의 중공관(211)은 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측면의 적어도 일부위를 둘러싸도록 상하 방향으로 연장된 내측벽이 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(210)은 상기 외측벽(210c)에 의해 형성된 내부 공간에 위치된 26개의 중공관(211)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 26개의 중공관(211) 각각에는 상하 방향으로 연장된 내측벽이 형성될 수 있다. 그리고, 수평 방향의 외각에 위치한 중공관(211)은 상기 외측벽(210c)과 연결된 구조를 가질 수 있다.
나아가, 상기 공동부(213)는 상기 모듈 하우징(210)의 내부에 빈공간이 형성된 부위일 수 있다. 구체적으로, 상기 공동부(213)는 상기 복수의 중공관(211)의 내측벽의 상하 방향의 중심 부위의 적어도 일부가 서로 개방되어 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 공동부(213)는, 상기 복수의 중공관(211)의 내측벽의 상하 방향의 중심 부위의 적어도 일부가 개구 되거나 제거되어 상기 중공관(211)의 내부가 서로 개방된 형태일 수 있다. 즉, 상기 공동부(213)는, 상기 모듈 하우징(210)의 상기 외측벽(210c)의 내부 공간에서 상기 복수의 중공관(211)의 내측벽의 일부위가 제거되어 공유된 빈공간을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 공동부(213)는 상기 모듈 하우징(210) 내부에 형성된 대략적으로 직육면체 크기의 빈공간을 가질 수 있다.
한편, 종래 기술에서는, 배터리 모듈(도시하지 않음)의 충방전 시, 원통형 전지셀 내부에 수용된 전극조립체의 스웰링 현상으로 인해 복수의 원통형 전지셀(100)의 전지 캔(120) 중앙 부위가 부풀어 오르거나, 온도 상승에 따라 전지 캔(120)의 크기가 증가할 수 있어, 원통형 전지셀(100)을 수용하는 모듈 하우징의 수용부가 원통형 전지셀(100)의 외측면을 감쌀 경우, 상기 수용부가 상기 원통형 전지셀(100)을 가압시킬 수 있어, 원통형 전지셀(100)의 내압을 크게 상승시킬 수 있었다. 이에 따라, 종래 기술의 배터리 모듈은 내부에 탑재된 복수의 원통형 전지셀(100)의 내부 전극 조립체의 뒤틀림 현상이 심화되는 문제가 발생되었다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 배터리 모듈(200)은, 상기 모듈 하우징(210)의 내부에 빈공간이 형성된 공동부(213)를 구비함으로써, 충방전 시, 내부 온도 상승 및 내부 전극 조립체의 스웰링 현상으로 인한 전지 캔(120)의 크기 변화에도 상기 모듈 하우징(210)의 형성된 중공관(211)에 의해 원통형 전지셀(100)의 상하 방향의 중앙 부위가 가압되는 것을 피할 수 있으므로, 원통형 전지셀(100)의 전극 뒤틀림 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 상부 케이스를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다. 그리고, 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 하부 케이스를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2와 함께 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)은 상부 케이스(210a) 및 하부 케이스(210b)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 상부 케이스(210a)에는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 상부를 수용하도록 구성된 복수의 상부 중공관(211a)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 상부 중공관(211a)은 상기 모듈 하우징(210)의 외측벽(210c)과 연결될 수 있다. 더욱이, 상기 상부 중공관(211a)의 내측벽은 상기 상부 케이스(210a)의 상단면으로부터 하부 방향으로 연장된 형태일 수 있다.
그리고, 상기 상부 중공관(211a)의 상단부에는 상기 원통형 전지셀(100)이 상부 방향으로 더 이상 이동하지 못하도록 저지하는 스토퍼(217)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 중공관(211a)의 상단부에는 삽입된 원통형 전지셀(100)의 외측면을 가압 고정하도록 상기 원통형 전지셀(100)이 위치한 방향으로 돌출된 고정 돌기(218)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 26개의 원통형 전지셀(100)의 상부를 수용하는 26개의 상부 중공관(211a)이 형성될 수 있다. 나아가, 상기 26개의 상부 중공관(211a) 각각에는 상기 스토퍼(217) 및 상기 고정 돌기(218)가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 하부 케이스(210b)에는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 하부를 수용하도록 구성된 복수의 하부 중공관(211b)이 구비될 수 있다. 또한, 상기 하부 중공관(211b)은 상기 모듈 하우징(210)의 외측벽(210c)과 연결될 수 있다. 더욱이, 상기 하부 중공관(211b)의 내측벽은 상기 하부 케이스(210b)의 하단면으로부터 상부 방향으로 연장된 형태일 수 있다. 그리고, 상기 하부 중공관(211b)의 하단부에는 상기 원통형 전지셀(100)이 하부 방향으로 더 이상 이동하지 못하도록 저지하는 스토퍼(217)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 하부 중공관(211b)의 하단부에는 삽입된 원통형 전지셀(100)의 외측면을 가압 고정하도록 상기 원통형 전지셀(100)이 위치한 방향으로 돌출된 고정 돌기(218)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 26개의 원통형 전지셀(100)의 하부를 수용하는 26개의 하부 중공관(211b)이 형성될 수 있다. 나아가, 상기 26개의 하부 중공관(211b) 각각에는 상기 스토퍼(217) 및 고정 돌기(218)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 상부 케이스(210a) 및 상기 하부 케이스(210b) 각각에 스토퍼(217) 및 고정 돌기(218)를 형성시킴으로써, 상기 모듈 하우징(210) 내부에 수용된 복수의 원통형 전지셀(100)이 상기 모듈 하우징(210) 외부로 분리되는 것을 방지할 수 있다. 더불어, 본 발명은 상기 모듈 하우징(210)에 수용된 복수의 원통형 전지셀(100)이 잦은 외부 충격에도 유동 되지 않도록 안정적으로 고정시킬 수 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 공동부(213)는 상기 상부 중공관(211a)의 하면의 적어도 일부가 상부로 내입되어 형성된 제1 내입 구조(211a1)를 구비할 수 있다. 더욱이, 상기 제1 내입 구조(211a1)는, 전체 상부 중공관(211a) 중, 내측에 위치한 일부 상부 중공관(211a)의 하면 전체가 상기 상부 케이스(210a)의 최하면 보다 상부(내부)로 내입되어 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 26개의 상부 중공관(211a) 중, 수평 방향의 외각에 위치한 17개의 상부 중공관(211a)은 내측벽의 내측 방향의 일부가 내부 방향(상부 방향)으로 내입된 제1 내입 구조(211a1)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 17개의 상부 중공관(211a)에 형성된 제1 내입 구조(211a1)는 내부 방향(상부 방향)으로 단차진 구조일 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상대적으로 내측에 위치한 나머지 9개의 상부 중공관(211a)은, 상기 상부 중공관(211a)의 하단부가 전체적으로 상기 상부 케이스(210a)의 하단면 보다 내부 방향(상부 방향)으로 내입된 제1 내입 구조(211a1)가 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 9개의 상부 중공관(211a)은 외각에 위치한 17개의 상부 중공관(211a)에 비해 전체 상하 길이가 더 짧게 구성될 수 있다.
다시 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 공동부(213)는 상기 하부 중공관(211b)의 상면의 적어도 일부가 하부로 내입되어 형성된 제2 내입 구조(211b1)를 구비할 수 있다. 더욱이, 상기 제2 내입 구조(211b1)는 전체 하부 중공관(211b) 중, 일부 하부 중공관(211b)의 하면 전체가 상기 하부 케이스(210b)의 최상면 보다 하부(내부)로 내입되어 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 26개의 하부 중공관(211b) 중, 수평 방향의 외각에 위치한 17개의 하부 중공관(211b)은 내측벽의 내측 방향(수평 방향의 중심을 향한 방향)의 일부가 내부 방향(하부 방향)으로 내입된 제2 내입 구조(211b1)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 17개의 하부 중공관(211b)에 형성된 제2 내입 구조(211b1)는 내부 방향(하부 방향)으로 단차진 구조일 수 있다.
또한, 상대적으로 내측에 위치한 나머지 9개의 하부 중공관(211b)은 상기 하부 중공관(211b)의 상단부가 전체적으로 상기 상부 케이스(210a)의 하단면 보다 내부 방향(하부 방향)으로 내입된 제2 내입 구조(211b1)가 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 내측에 위치한 9개의 하부 중공관(211b)은 외각에 위치한 17개의 하부 중공관(211b)에 비해 전체 상하 길이가 더 짧게 구성될 수 있다.
다시 도 2와 함께 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)은 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 상기 복수의 중공관(211)에 삽입되는 것을 가이드 하도록 구성된 가이드부(215)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드부(215)는 상기 공동부(213)에 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 가이드부(215)는, 상기 공동부(213)의 내측면에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 가이드부(215)는 상기 중공관(211)의 상단면 또는 하단면에 형성된 입구와 접하도록 형성될 수 있다. 나아가, 상기 가이드부(215)는 상기 중공관(211)으로 부터 내측 방향으로 연장된 돌기 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 가이드부(215)는 상기 복수의 중공관(211) 각각에 삽입되는 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측면과 접촉하도록 구성된 돌기 형태일 수 있다.
예를 들면, 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210a)의 공동부(213)에는 상기 상부 중공관(211a)의 하단면으로부터 내부 방향(하부 방향)으로 돌출 연장된 17개의 가이드부(215)가 형성될 수 있다. 또한, 도 6에서 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210b)의 공동부(213)에는 상기 하부 중공관(211b)의 상단면으로부터 내부 방향(하부 방향)으로 돌출 연장된 17개의 가이드부(215)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 모듈 하우징(210)의 공동부(213)에 형성된 가이드부(215)를 구비함으로써, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 상기 복수의 중공관(211)에 삽입되는 이동 방향을 가이드 할 수 있어, 상기 원통형 전지셀(100)의 삽입 불량이 발생하는 것을 줄일 수 있다. 이에 따라, 제조 시간을 단축하여 제품의 생산 단가를 크게 줄일 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들인 복수의 원통형 전지셀이 하부 케이스에 삽입되는 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 그리고, 도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들인 하부 케이스에 상부 케이스를 결합하는 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
다시 도 5 및 도 6과 함께, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 가이드부(215)는 제1 원기둥(215a) 및 제2 원기둥(215b)을 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 원기둥(215a)은, 상기 상부 케이스(210a)에 위치하여 상기 하부 케이스(210b)가 위치한 방향으로 돌출 연장된 원기둥 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210a)의 제1 내입 구조(211a1)에는 하부 방향으로 돌출 연장된 원기둥 형태의 제1 원기둥(215a)이 17개 형성될 수 있다. 그리고, 상기 17개의 제1 원기둥(215a)은 상기 26개의 상부 중공관(211a) 사이에 위치될 수 있다. 나아가, 상기 제1 원기둥(215a)의 외면은 상기 상부 중공관(211a)의 내면과 연결되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 원기둥(215b)은, 상기 하부 케이스(210b)에 위치하여 상기 상부 케이스(210a)가 위치한 방향으로 돌출 연장된 원기둥 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210b)의 제2 내입 구조(211b1)에는 상부 방향으로 돌출 연장된 원기둥 형태의 제2 원기둥(215b)이 17개 형성될 수 있다. 그리고, 상기 17개의 제2 원기둥(215b)은 상기 26개의 하부 중공관(211b) 사이에 위치될 수 있다. 나아가, 상기 제2 원기둥(215b)의 외면은 상기 하부 중공관(211b)의 내면과 연결되도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 가이드부(215)가 제1 원기둥(215a) 및 제2 원기둥(215b)을 구비함으로써, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 상기 복수의 중공관(211)의 내부로 삽입되는 것을 가이드 할 수 있는 적절한 형태를 가질 수 있어, 배터리 모듈(200)의 제조 공정을 원활하게 진행하는데 도움을 줄 수 있다.
더욱이, 상기 제2 원기둥(215b)은, 상기 하부 케이스(210b)에 탑재된 복수의 원통형 전지셀(100)이 지면을 기준으로 상하 방향으로 수직하게 직립된 형태를 유지할 수 있도록 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 일측면을 지지하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 3개의 제2 원기둥(215b) 사이에 위치되고 상기 하부 중공관(211b)에 삽입된 하나의 원통형 전지셀(100)은, 상기 3개의 제2 원기둥(215b)이 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측면 3곳(삼각 포인트)을 상기 원통형 전지셀(100)이 위치한 방향으로 지지할 수 있다.
반대로, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 상기 하부 케이스(210b) 보다 상기 상부 케이스(210a)에 먼저 탑재 수용될 경우, 상기 제1 원기둥(215a)은 상기 상부 케이스(210a)에 탑재된 복수의 원통형 전지셀(100)이 지면을 기준으로 상하 방향으로 수직하게 직립된 형태를 유지할 수 있도록 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 일측면을 지지하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 제1 원기둥(215a) 또는 제2 원기둥(215b)이 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 직립한 상태로 유지할 수 있도록 구비됨으로써, 상기 상부 케이스(210a)와 상기 하부 케이스(210b) 간의 결합 과정에서, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 상기 복수의 중공관(211)에 오 삽입되는 경우를 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 제조 시간을 단축하고, 제조 중, 복수의 원통형 전지셀(100)이 외부 충격으로 인한 손상 내지 폭발이 발생되는 방지할 수 있다.
도 9는, 도 7의 B 영역을 확대한 모습을 개략적으로 나타내는 일부 측단면도이다.
도 5 및 도 6과 함께, 도 9를 참조하면, 상기 제1 원기둥(215a) 또는 제2 원기둥(215b)의 원기둥 형태는 돌출 연장된 방향의 말단부로 갈수록 원기둥의 지름이 작아지는 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210b)의 제2 내입 구조(211b1)에 형성된 제2 원기둥(215b)의 형태는, 상단부로 갈수록 원기둥의 지름이 작아지는 구조를 가질 수 있다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210a)의 제1 내입 구조(211a1)에 형성된 제1 원기둥(215a)의 형태는, 상단부로 갈수록 원기둥의 지름이 작아지는 구조를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 제1 원기둥(215a) 또는 제2 원기둥(215b)이 원기둥 형태를 돌출 연장된 방향의 말단부로 갈수록 원기둥의 지름(D1)이 작아지는 구조를 가짐으로써, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 삽입되는 방향이 수직이 아닌 경사진 경우에도 상기 제1 원기둥(215a) 또는 상기 제2 원기둥(215b)의 수평 방향의 외측면을 따라 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 복수의 중공관(211) 내부로 삽입되도록 적절히 유도할 수 있다.
또한, 상기 제1 원기둥(215a) 및 상기 제2 원기둥(215b)의 상기 원기둥 형태의 돌출 연장된 방향의 말단부의 모서리(R1)는 라운드 처리될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(210b)의 제2 내입 구조(211b1)에 형성된 제2 원기둥(215b)의 형태는, 상단부의 모서리가 각져 있지 않고 라운드 처리(곡면 처리)될 수 있다.
더욱이, 상기 원기둥 형태의 돌출 연장된 방향의 말단부의 모서리(R1)는 사선 방향으로 모깍기된 챔퍼(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 케이스(210b)의 제2 내입 구조(211b1)에 형성된 제2 원기둥(215b)의 형태는 상단부의 모서리(R1)가 각져 있지 않고 챔퍼가 형성될 수 있다. 즉, 상기 챔퍼는 제2 원기둥(215b)의 상단부에 형성된 모서리를 모깍기하여 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 제1 원기둥(215a) 또는 상기 제2 원기둥(215b)은, 상기 원기둥 형태가 돌출 연장된 방향의 말단부의 모서리(R1)를 라운드 처리하거나, 또는 챔퍼가 형성됨으로써, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 단부가 상기 제1 원기둥(215a) 또는 상기 제2 원기둥(215b)의 말단부와 충돌할 경우, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 부드럽게 상기 제1 원기둥(215a) 또는 상기 제2 원기둥(215b)의 외측면을 타고 복수의 중공관(211) 내부로 삽입되도록 적절히 유도할 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)을 상기 모듈 하우징(210)의 복수의 중공관(211)에 삽입하는 과정에서 발생될 수 있는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있어, 배터리 모듈(200)의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 10을 참조하면, 상기 배터리 모듈(200B)은 상기 공동부(213)의 공간에 배치된 냉각 부재(270)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각 부재(270)는 전기 절연성 소재 및/또는 열전도성의 소재를 적어도 일부 포함하는 열전도성 접착제(271)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 열전도성 접착제(271)는, 열전도성이 높은 고분자 수지 및 필러를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 고분자 수지는, 폴리 실록산 수지, 폴리아미드 수지, 우레탄 수지, 또는 에폭시계 수지일 수 있다. 그리고, 상기 열전도성 접착제(271)는, 접착 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 접착 물질은, 아크릴계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 고무계 등의 물질일 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(200)은, 상기 공동부(213)의 공간에 배치되고 열전도성 접착제(271)를 구비한 냉각 부재(270)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 열전도성 접착제(271)는 상기 공동부(213)의 공간을 체움으로써, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측면과 접촉하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 공동부(213)의 공간에 배치된 냉각 부재(270)를 더 포함함으로써, 배터리 모듈(200)의 충방전시 상기 복수의 원통형 전지셀(100)에서 발생된 열을 효과적으로 흡수하여, 상기 모듈 하우징(210)의 외측벽(210c)까지 빠르게 전달할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(200)은 방열 특성을 향상시켜 전지 수명을 효과적으로 늘릴 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)은 상하 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 고정관(219)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 상부 케이스(210a)에는 상하 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 고정관(219)이 구비될 수 있다. 또한, 상기 하부 케이스(210b)에는, 상하 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 고정관(219)이 구비될 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210a)의 좌우 방향의 양 단부 각각에는 2개 고정관(219)이 구비될 수 있다. 더욱이, 상기 하부 케이스(210b)의 좌우 방향의 양 단부 각각에는 2개 고정관(219)이 구비될 수 있다.
더욱이, 상기 배터리 모듈(200)은 상기 고정관(219) 내부에 삽입된 부싱(280) 및 상기 부싱(280)에 상하 방향으로 삽입되는 장볼트(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 부싱(280)은 장볼트 등이 내부 삽입되기 위하여 끼우는 관일 수 있다. 또한, 상기 부싱(280)은 열전도성과 기계적 강성이 우수한 금속일 수 있다. 예를 들면, 상기 부싱(280)은 스테인리스이거나 강철일 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(210a)의 2개의 고정관(219) 각각의 내부에는 2개의 부싱(280)이 삽입되어 구비될 수 있다. 그리고, 상기 하부 케이스(210b)의 2개 고정관(219) 각각의 내부에는 2개의 부싱(280)이 삽입되어 구비될 수 있다.
나아가, 상기 상부 케이스(210a)의 구비된 2개의 부싱(280) 각각은 하부 케이스(210b)에 구비된 2개의 부싱(280) 각각과 연결되도록 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 모듈 하우징(210)에 구비된 고정관(219)을 구비 시키고, 상기 고정관(219) 내부에 삽입된 부싱(280)을 더 포함함으로써, 장볼트를 사용해 복수의 배터리 모듈(200)을 상하 방향으로 적층 고정하거나, 배터리 모듈(200)을 바닥에 고정하기 위해 삽입이 용이할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2와 함께 도 11을 참조하면, 상기 냉각 부재(270)는, 상기 부싱(280)과 연결되도록 구성된 금속 부재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속은, 열전도성이 우수한 니켈 합금, 구리 합금, 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 나아가, 상기 냉각 부재(270)는 상대적으로 상하면은 좁고 수평 방향의 측면이 넓은 플레이트 형상을 가진 본체부(272)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)는 상기 부싱(280)의 수평 방향의 외측면과 연결되고 수평 방향으로 연장된 구성일 수 있다.
즉, 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)는 상기 부싱(280)의 외면으로부터 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 외면과 접촉하도록 수평 방향으로 연장된 형태일 수 있다. 또한, 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)는 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측면과 접속할 수 있도록 상기 본체부(272)의 플레이트 형상이 복수의 원통형 전지셀(100)의 외측면을 따라 절곡된 구조를 가질 수 있다.
예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)의 양 단부는 상기 하부 케이스(210b)의 고정관(219)에 삽입된 2개의 부싱(280) 각각에 연결된 형태일 수 있다. 또한, 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)는 일단이 좌측에 위치한 부싱(280)과 연결되고 타단이 우측에 위치한 부싱(280)과 연결된 플레이트 형상일 수 있다. 이때, 상기 모듈 하우징(210)의 내부에는 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)가 수평 방향으로 삽입되도록 구성된 개구(H2)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)는, 상기 부싱(280)과 연결될 수 있도록 모듈 하우징(210)의 내부(공동부, 213)에 형성된 개구(H2)를 통해 삽입된 형태를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은 상기 부싱(280)과 연결되고 상기 부싱(280)의 외면으로부터 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 외면과 접촉하도록 수평 방향으로 연장된 냉각 부재(270)의 본체부(272)를 구비함으로써, 배터리 모듈(200)의 충방전시, 발생된 열을 열전도율이 높고 많은 열용량을 가진 부싱(280)에 효과적으로 전달 시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 냉각 효율을 효과적으로 높일 수 있다. 더욱이, 본 발명은 상기 2개 이상의 부싱(280)과 연결된 냉각 부재(270)에 의해 상기 모듈 하우징(210)의 기계적 강성을 효과적으로 높일 수 있어, 상기 배터리 모듈(200)에 가해진 충격에 따른 내부 구성의 손상을 효과적으로 줄일 수 있다.
그리고, 상기 냉각 부재(270)에는 가이드 돌기(272p)가 적어도 하나 이상이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드 돌기(272p)는 상기 원통형 전지셀(100)이 상기 중공관(211)에 삽입되는 것을 가이드 하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 가이드 돌기(272p)는 내부 방향으로 돌출 연장되고 원기둥 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 9에서 나타낸 상기 제2 원기둥(215b)의 형태와 동일 내지 유사한 원기둥 형태를 가질 수 있다.
즉, 상기 가이드 돌기(272p)는, 돌출 연장된 방향의 말단부로 갈수록 원기둥의 지름이 작아지는 구조를 가질 수 있다. 나아가, 상기 가이드 돌기(272p)는 상기 원기둥 형태의 돌출 연장된 방향의 말단부(272p1)의 모서리는 라운드 처리되어 곡면이 형성될 수 있다. 또는 상기 원기둥 형태의 말단부에는 챔퍼가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 하부 케이스(210b)의 제2 내입 구조(211b1)에는 냉각 부재(270)의 본체부(272)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)는 양 단부가 상기 2개의 부싱(280)과 연결될 수 있다. 그리고, 상기 본체부(272)의 플레이트 형상은, 복수의 원통형 전지셀(100)의 외면을 따라 절곡될 수 있다. 나아가, 상기 냉각 부재(270)의 본체부(272)에는 상부 방향으로 돌출 연장되고 원기둥 형태를 가진 가이드 돌기(272p)가 5개 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은 상술한 배터리 모듈(200)을 하나 이상 포함한다. 상기 배터리 팩에는 배터리 모듈(200) 이외에, 배터리 모듈(200)을 수납하기 위한 팩 케이스(미도시), 상기 배터리 모듈(200)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치(미도시), 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 포함될 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 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.
200: 배터리 모듈 100: 원통형 전지셀
111, 112: 전극 단자
210: 모듈 하우징 210a, 210b: 상부 케이스, 하부 케이스
211, 211a, 211b: 중공관, 상부 중공관, 하부 중공관
215, 215a, 215b: 가이드부, 제1 원기둥, 제2 원기둥
213: 공동부
270: 냉각 부재 272: 본체부
272p: 가이드 돌기 280: 부싱

Claims (11)

  1. 수평 방향으로 배열되고 상하 방향으로 직립된 복수의 원통형 전지셀; 및
    내부 공간을 형성하도록 이루어진 외측벽, 상기 내부 공간에 위치되고 상기 복수의 원통형 전지셀을 내부에 수용하도록 상하 방향으로 연장된 내측벽을 가진 복수의 중공관, 및 상기 복수의 중공관의 내측벽의 상하 방향의 중심 부위의 적어도 일부가 서로 개방되어 내부에 빈공간이 형성된 공동부가 구비된 모듈 하우징
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은,
    상기 복수의 원통형 전지셀의 상부를 수용하도록 구성된 복수의 상부 중공관이 구비된 상부 케이스; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀의 하부를 수용하도록 구성된 복수의 하부 중공관이 구비된 하부 케이스를 구비하고,
    상기 공동부는, 상기 상부 중공관의 하면의 적어도 일부가 상부로 내입되어 형성된 제1 내입 구조, 및 상기 하부 중공관의 상면의 적어도 일부가 하부로 내입된 제2 내입 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은 상기 공동부에 형성되고 상기 복수의 원통형 전지셀이 상기 복수의 중공관에 삽입되는 것을 가이드 하도록 구성된 가이드부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    상기 상부 케이스에 위치하여 상기 하부 케이스가 위치한 방향으로 돌출 연장된 원기둥 형태를 가진 제1 원기둥; 및
    상기 하부 케이스에 위치하여 상기 상부 케이스가 위치한 방향으로 돌출 연장된 원기둥 형태를 가진 제2 원기둥을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원기둥 형태는 돌출 연장된 방향의 말단부로 갈수록 원기둥의 지름이 작아지는 구조를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 원기둥 형태의 돌출 연장된 방향의 말단부의 모서리는 라운드 처리되거나, 또는 챔퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 공동부의 공간에 배치된 냉각 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은 상하 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 고정관을 구비하고,
    상기 배터리 모듈은 상기 고정관 내부에 삽입된 부싱을 더 포함하며,
    상기 냉각 부재는, 상기 부싱과 연결되고, 상기 부싱의 외면으로부터 상기 복수의 원통형 전지셀의 외면과 접촉하도록 수평 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각 부재에는 상기 원통형 전지셀이 상기 중공관에 삽입되는 것을 가이드 하도록 내부 방향으로 돌출 연장되고 원기둥 형태를 가진 가이드 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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