KR20200136229A

KR20200136229A - 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20200136229A
Application number: KR1020190062049A
Authority: KR
Inventors: 강형관; 이태구; 김관용
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-07
Also published as: EP3748723A1; CN112002841A; US20200381790A1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀을 적층한 셀 조립체 및 냉각 유로를 구비하며 상기 셀 조립체의 하부에 배치되는 하부 플레이트를 포함하며, 상기 하부 플레이트는, 상기 셀 조립체의 하부에 배치되는 내측 플레이트. 상기 내측 플레이트의 외부에 배치되어 상기 내측 플레이트에 접합되는 외측 플레이트. 상기 외측 플레이트의 테두리를 따라 형성되어 상기 외측 플레이트와 상기 내측 플레이트를 접합하는 제1 접합부. 및 상기 외측 플레이트의 내부에 배치되어 상기 외측 플레이트와 상기 내측 플레이트를 접합하는 제2 접합부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 모듈{BETTERY MODULE}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.

이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.

이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)의 배터리 셀로 제조되어 다수개를 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.

그런데 종래의 경우, 배터리 모듈을 냉각하는 냉각 장치가 배터리 모듈과 별도로 구성되어 냉각 손실이 발생되는 문제가 있다.

본 발명은 배터리 셀의 냉각 성능을 높일 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀을 적층한 셀 조립체; 및 냉각 유로를 구비하며 상기 셀 조립체의 하부에 배치되는 하부 플레이트;를 포함하며, 상기 하부 플레이트는, 상기 셀 조립체의 하부에 배치되는 내측 플레이트; 상기 내측 플레이트의 외부에 배치되어 상기 내측 플레이트에 접합되는 외측 플레이트; 상기 외측 플레이트의 테두리를 따라 형성되어 상기 외측 플레이트와 상기 내측 플레이트를 접합하는 제1 접합부; 및 상기 외측 플레이트의 내부에 배치되어 상기 외측 플레이트와 상기 내측 플레이트를 접합하는 제2 접합부;를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 하부 플레이트를 포함하는 제1 케이스와, 상기 셀 조립체의 상부에 배치되어 상기 제1 케이스와 결합되는 제2 케이스를 포함하고, 상기 제1 케이스는 상기 제2 케이스의 하단부가 삽입되는 삽입홈을 구비할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 제2 케이스는, 상기 셀 조립체의 상부에 배치되는 상부 플레이트와, 상기 상부 플레이트에서 연장되며 상기 셀 조립체의 측면에 배치되는 적어도 하나의 제2 측면 플레이트를 포함하며, 상기 삽입홈에는 상기 제2 측면 플레이트의 하단부가 삽입될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 냉각 유로는, 상기 내측 플레이트와 상기 외측 플레이트 사이에 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 내측 플레이트에 체결되어 냉각수가 상기 냉각 유로로 이동하는 통로로 이용되는 유입구 및 유출구를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 제1 접합부는, 상기 외측 플레이트의 테두리를 따라 배치되어 상기 외측 플레이트와 상기 내측 플레이트를 상호 접합하는 접합 부재를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 제1 접합부는, CMT(Cold metal Transfer) 용접을 통해 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 제2 접합부는, 상기 제1 접합부와 이격 배치될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 제2 접합부는, 마찰 교반 용접(FSW, Friction Stir Welding)을 통해 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 내측 플레이트와 상기 외측 플레이트는 동일한 재질로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 조립체의 하부면을 지지하는 제1 케이스가 냉각 유로를 구비한다. 따라서 셀 조립체와 냉각 유로가 최대한 밀접하게 배치되므로 셀 조립체의 냉각 효율을 높일 수 있다.

또한 CMT 용접을 통해 외측 플레이트의 테두리를 따라 배치되는 제1 접합부를 내측 플레이트에 접합하고, 마찰 교반 용접(FSW)을 통해 외측 플레이트의 내부에 배치되는 제2 접합부를 내측 플레이트에 접합한다. 이로 인해 제1 접합부와 내측 플레이트 사이에 접합 부재가 형성되어 외측 플레이트의 테두리와 내측 플레이트 사이를 견고하게 밀폐한다. 따라서 외측 플레이트와 내측 플레이트 사이로 냉각수가 유출되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 셀의 사시도.
도 4는 도 1의 I-I'에 따른 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 저면도.
도 6은 도 1에 도시된 제1 케이스의 분해 사시도.
도 7은 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도이다. 또한 도 3은 도 2에 도시된 배터리 셀의 사시도이고, 도 4는 도 1의 I-I'에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 각각 대략 육면체 형상을 가지며, 셀 조립체(20), 그리고 셀 조립체(20)를 외부로부터 보호하는 케이스(50)를 포함할 수 있다.

셀 조립체(20)는 다수의 배터리 셀(10)을 포함한다.

배터리 셀(10)은 다수개가 나란하게 배치되며, 몸체에서 전극 탭이 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 배터리 셀(10)은, 예를 들어, 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있다.

배터리 셀(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 파우치(11) 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 형태로 구성될 수 있다. 전극 조립체는 다수의 전극판 및 전극 탭을 구비하며 파우치(11) 내에 수납된다. 여기서, 전극판은 양극판과 음극판으로 구성되며, 전극 조립체는 이러한 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 넓은 면이 서로 마주보는 형태가 되도록 적층된 형태로 구성될 수 있다.

양극판과 음극판은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.

또한 전극 조립체는 다수의 양극판과 다수의 음극판이 상하 방향으로 적층된다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극 탭이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 전극 리드(도 3)에 연결될 수 있다.

파우치(11)는 용기 형태로 형성되어 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 이때, 전극 조립체의 전극 리드(15)는 일부가 파우치(11)의 외부로 노출된다.

이와 같이 구성되는 배터리 셀(10)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로서 전류를 생성한다. 또한 후술되는 케이스(50) 내에 수직으로 세워져서 좌우 방향으로 적층 배치된다.

또한 셀 조립체(20)는 배터리 셀(10)들의 전극 리드들(15)을 전기적으로 연결하는 버스바, 외부와 배터리 셀(10)들을 전기적으로 연결하는 접속 단자(19), 그리고 배터리 셀(10)들의 전압을 센싱하는 전압 센싱부를 포함할 수 있다. 버스바, 접속 단자(19), 전압 센싱부 등은 공지된 구성들이므로, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

케이스(50)는 배터리 모듈(100)의 외형을 규정하며, 셀 조립체(20)를 내부에 수용하여 외부 환경으로부터 셀 조립체(20)를 보호한다. 또한 본 실시예의 케이스(50)는 배터리 모듈(100)의 냉각 부재로도 기능한다.

본 실시예의 케이스(50)는 셀 조립체(20)의 하부에 결합되는 제1 케이스(30), 셀 조립체(20)의 상부에 결합되는 제2 케이스(40)를 포함할 수 있다.

제1 케이스(30)와 제2 케이스(40) 중 적어도 하나는 배터리 모듈(100)의 냉각 부재로 기능한다. 본 실시예에서는 제1 케이스(30)가 냉각 부재로 기능한다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 셀(10)의 높이가 큰 경우, 제2 케이스(40)도 제1 케이스(30)와 동일한 형태의 냉각 부재로 기능하도록 구성할 수 있다.

제1 케이스(30)는 셀 조립체(20)의 하부에 배치되어 배터리 셀들(10)의 하부면을 지지하는 하부 플레이트(31)와, 셀 조립체(20)의 측면을 지지하는 적어도 하나의 제1 측면 플레이트(35)를 포함할 수 있다. 하부 플레이트(31)와, 제1 측면 플레이트(35)는 금속 판재를 프레스 가공하여 구성할 수 있다. 따라서 하부 플레이트(31)와 제1 측면 플레이트(35)는 일체로 형성된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 제1 측면 플레이트(35)와 하부 플레이트(31)를 독립적인 요소들로 구성하는 것도 가능하다.

하부 플레이트(31)는 배터리 셀들(10)의 하부면을 지지하며, 이와 동시에 배터리 셀(10)을 냉각한다.

제1 측면 플레이트(35)는 하부 플레이트(31)의 양 측에서 연장되어 형성되며, 내부에 배치되는 셀 조립체(20)의 측면 배치된다.

셀 조립체(20)를 견고하게 지지하기 위해, 제1 측면 플레이트(35)는 내측면이 셀 조립체(20)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 제1 측면 플레이트(35)와 셀 조립체(20) 사이에 방열 패드나 완충 부재 등을 개재하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.

도 7은 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면으로, 이를 함께 참조하면, 하부 플레이트(31)는 삽입홈(39)을 구비할 수 있다. 삽입홈(39)은 셀 조립체(20)가 배치되는 영역의 외측에 배치되는 홈으로, 제2 케이스(40)와 제1 케이스(30)가 결합될 때, 제2 케이스(40)의 제2 측면 플레이트(45)가 삽입된다. 따라서 삽입홈(39)은 제2 측면 플레이트(45)의 하단과 대응하는 위치에 배치되며, 선형의 홈으로 형성된다.

본 실시예에서 삽입홈(39)은 하부 플레이트(31)의 상면에서 돌출되는 두 개의 선형 가이드(33) 사이에 형성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 선형 가이드를 생략하고 하부 플레이트(31)의 하부로 오목한 형태의 홈으로 삽입홈을 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

또한 본 실시예에 따른 하부 플레이트(31)는 내측 플레이트(37)와 외측 플레이트(38)를 포함한다.

도 5는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 저면도이고, 도 6은 도 1에 도시된 제1 케이스의 분해 사시도이다.

이를 함께 참조하면, 내측 플레이트(37)는 셀 조립체(20) 측에 배치되는 플레이트이며, 외측 플레이트(38)는 내측 플레이트(37)의 외측에 배치되어 내측 플레이트(37)의 외부면에 결합되는 플레이트이다.

내측 플레이트(37)는 전술한 제1 측면 플레이트(35)와 일체로 형성된다. 따라서 내측 플레이트(37)와 제1 측면 플레이트(35)는 하나의 금속 판재를 프레스 가공하여 구성할 수 있다.

외측 플레이트(38)는 내측 플레이트(37)의 외부면인 하부면에 접합된다. 이때, 외측 플레이트(38)는 전체가 접합되지 않고 일부분만 접합되며, 접합되지 않은 부분은 적어도 일부가 내측 플레이트(37)와 이격 배치될 수 있다. 이로 인해 형성되는 내측 플레이트(37)와 외측 플레이트(38) 사이의 공간은 냉각 유로(36)로 이용된다.

이를 위해, 본 실시예의 하부 플레이트(31)는 외측 플레이트(38)의 테두리를 따라 형성되는 제1 접합부(S1)와, 외측 플레이트(38)의 내부에 배치되는 제2 접합부(S2)를 포함한다.

제1 접합부(S1)는 외측 플레이트(38)의 테두리 전체에 형성된다. 따라서 외측 플레이트(38)는 테두리 전체가 내측 플레이트(37)에 접합된다. 제1 접합부(S1)는 용접을 통해 내측 플레이트(37)에 접합될 수 있다.

제1 접합부(S1)의 접합에는 CMT(Cold metal Transfer) 용접이 이용될 수 있다. 이에 따라 제1 접합부(S1)와 내측 플레이트(37) 사이에는 외측 플레이트(38)의 테두리를 따라 배치되어 외측 플레이트(38)와 상기 내측 플레이트(37)를 상호 접합하는 접합 부재(80)가 배치될 수 있다. 접합 부재(80)는 용접 살에 의해 형성될 수 있다.

제2 접합부(S2)는 외측 플레이트(38)의 내부에서 내측 플레이트(37)와 접합되는 부분으로, 필요에 따라 하나 또는 다수개가 구비될 수 있다. 제2 접합부(S2)는 제1 접합부(S1)와 이격 배치되며 외측 플레이트(38)의 내부 영역 중 하나 또는 다수 곳에 배치될 수 있다.

외측 플레이트(38)에서 제1 접합부(S1)와 제2 접합부(S2) 이외의 영역은 냉각 유로(36)로 이용될 수 있다. 이를 위해, 상기 영역에서 외측 플레이트(38)는 적어도 일부가 내측 플레이트(37)와 일정 간격 이격 배치될 수 있으며, 이에 따라 형성되는 이격 공간은 냉각 유로(36)로 이용된다.

제2 접합부(S2)는 냉각 유로(36)의 형상과 경로를 구성하는 데에 이용된다. 예컨대, 제2 접합부(S2)는 냉각 유로(36)를 다수 개로 분기하거나 냉각 유로(36)의 방향을 전환시키기 위해 배치될 수 있다. 제2 접합부(S2)는 선형이나 점형으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

냉각 유로(36)는 외측 플레이트(38)의 내부에 전체적으로 배치된다. 본 실시예에서 냉각 유로(36)는 제2 접합부(S2)에 의해 3개로 분기되는 형태로 구성된다. 그러나 냉각 유로(36)의 형상은 필요에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.

제2 접합부(S2)는 용접을 통해 내측 플레이트(37)에 접합될 수 있다. 제2 접합부(S2)의 경우, 외측 플레이트(38)의 외부면을 통해서 용접이 진행되어야 하므로, 제2 접합부(S2)의 접합에는 마찰 교반 용접(FSW, Friction Stir Welding)이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 구성되는 외측 플레이트(38)는 금속 판재를 프레스 가공하여 제조할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 내측 플레이트(37)의 일측에는 냉각 유로(36)의 유입구(62) 및 유출구(64)가 구비된다. 따라서 냉각수는 유입구(62)를 통해 상기한 냉각 유로(36)로 유입되어 냉각 유로(36)를 통과한 후, 유출구(64)를 통해 냉각 유로(36)의 외부로 배출된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 유출구(64)와 유입구(62)를 외측 플레이트(38)에 배치하거나 외측 플레이트(38)와 내측 플레이트(37)에 각각 분산 배치하는 등 다양한 변형이 가능하다.

이와 같이 구성되는 제1 케이스(30)는 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성된다. 예를 들어, 제1 케이스(30)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.

본 실시예에서 내측 플레이트(37)와 외측 플레이트(38)는 동일한 재질(예컨대 알루미늄)로 구성된다. 그러나 이에 한정되지 않으며 서로 다른 재질로 구성하는 것도 가능하다.

제2 케이스(40)는 배터리 셀(10)의 상부에 배치되는 상부 플레이트(42)와 적어도 하나의 제2 측면 플레이트(45)를 포함한다.

상부 플레이트(42)는 셀 조립체(20)의 상면에 결합되며, 제2 측면 플레이트(45)는 셀 조립체(20)의 측면 중 제1 측면 플레이트(35)가 배치되지 않은 측면에 배치된다.

본 실시예에서는 셀 조립체(20)의 네 측면 중 마주보는 두 면에 제1 측면 플레이트(35)가 배치되고, 다른 마주보는 두 면에 제2 측면 플레이트(45)가 배치된다. 그러나 제1 측면 플레이트(35)가 셀 조립체(20)의 네 측면에 모두 배치되는 경우, 제2 측면 플레이트(45)는 생략될 수 있으며, 마찬가지로 제2 측면 플레이트(45)가 셀 조립체(20)의 네 측면에 모두 배치되는 경우, 제1 측면 플레이트(35)는 생략될 수 있다.

상부 플레이트(42)는 제2 측면 플레이트(45)와 일체로 형성된다. 따라서 상부 플레이트(42)와 제2 측면 플레이트(45)는 하나의 금속 판재를 프레스 가공하여 구성할 수 있다.

상부 플레이트(42)는 편평한 판 형태로 형성되며, 셀 조립체(20)에 구비되는 접속 단자(19)를 케이스(50)의 외부로 노출시키기 위해, 접속 단자(19)와 배치되는 관통 구멍(47)을 포함할 수 있다.

한편, 제2 케이스(40)와 제1 케이스(30)가 결합되면, 제2 측면 플레이트(45)의 하단은 제1 케이스(30) 형성된 삽입홈(39)에 삽입된다. 따라서 제2 측면 플레이트(45)의 하단은 삽입홈(39)과 대응하는 위치에 배치되도록 구성된다.

제2 케이스(40)는 제1 케이스(30)와 마찬가지로 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성된다. 제2 케이스(40)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.

제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)는 용접 등의 방식으로 결합될 수 있다.

예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이 삽입홈(39)에 액상의 접착제(90)를 도포한 후, 제1 케이스(30)에 제2 케이스(40)를 결합하여 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)를 일차적으로 접합하고, 이후에 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)의 접촉 부위(예컨대, 선형 가이드 상단)를 용접하여 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)를 최종적으로 접합할 수 있다.

그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 슬라이딩 방식으로 결합하거나, 볼트나 나사 등의 고정 부재를 이용하거나 이들을 조합하여 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.

셀 조립체(20)와 제1 케이스(30) 사이에는 열전달 부재(60)가 배치될 수 있다. 열전달 부재(60)는 열전도도가 높은 물질로 구성될 수 있으며, 예를 들어 에폭시, 우레탄, 실리콘, 아크릴계열 수지 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

열전달 부재(60)는 액상 또는 겔(gel) 상태의 물질을 하부 플레이트(31)에 도포한 후, 이를 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 이에 열전달 부재(60)는 셀 조립체(20)와 제1 케이스(30) 사이의 공간에 충진되는 형태로 배치된다.

열전달 부재(60)에 의해, 셀 조립체(20)는 케이스(50) 내부 공간에서 견고하게 케이스(50)에 고정될 수 있으며, 셀 조립체(20)로부터 방출되는 열은 열전달 부재(60)를 통해 제2 케이스(40)로 빠르게 전달될 수 있다. 또한 열전달 부재(60)가 셀 조립체(20)와 케이스(50) 사이에 배치됨에 따라 배터리 모듈(100)의 전체적인 강성도 보강된다.

본 실시예의 열전달 부재(60)는 높은 절연성을 가지며, 예를 들어, 절연 내력(Dielectric strength)이 10 ~ 30 KV/mm 의 범위인 물질이 이용될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)(100)은 배터리 셀(10)에서 부분적으로 절연이 파괴되더라도 케이스(50)와 셀 조립체(20) 사이에 배치된 열전달 부재(60)에 의해 셀 조립체(20)와 케이스(50) 간의 절연이 유지될 수 있다.

한편 본 실시예에서 셀 조립체(20)는 두께가 두껍지 않아 제1 케이스(30)에 구비되는 냉각 유로(36)를 통해 방열이 가능하며, 이에 셀 조립체(20)와 제1 케이스(30)의 하부 플레이트(31) 사이에만 열전달 부재(60)를 배치하는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 셀 조립체(20)의 두께가 증가하는 경우 제2 케이스(40)에도 냉각 유로가 구비될 수 있으며, 이 경우 셀 조립체(20)와 제2 케이스(40) 사이에도 열전달 부재(60)가 배치될 수 있다.

절연 커버(70)는 셀 조립체(20)와 제2 케이스(40) 사이에 배치된다. 절연 커버(70)는 절연성 재질로 구성되어 셀 조립체(20)와 제2 케이스(40) 간의 절연을 유지한다. 따라서 절연 커버(70)는 셀 조립체(20)의 상부면 전체를 덮도록 구성되며, 필요에 따라 셀 조립체(20)의 측면도 부분적으로 덮도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 셀 조립체(20)와 제2 케이스(40) 사이에도 열전달 부재가 배치되는 경우, 절연 커버(70)는 생략될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 셀 조립체(20)의 하부면을 지지하는 제1 케이스(30)가 냉각 유로(36)를 구비한다. 따라서 셀 조립체(20)와 냉각 유로(36)가 최대한 밀접하게 배치되므로 셀 조립체(20)의 냉각 효율을 높일 수 있다.

또한 냉각 유로(36)가 배터리 모듈(100)의 케이스(50)에 구비되므로, 배터리 모듈(100)이 장착되는 설비에 별도의 냉각 장치가 구비될 필요가 없다.

또한 열전달 부재(60)가 셀 조립체(20)와 케이스(50) 사이의 공간을 채우므로 셀 조립체(20)가 케이스(50)에 견고하게 고정되어 외부로부터 진동이나 충격이 가해짐에 따라 배터리 셀(10)이 흔들리는 것을 방지할 수 있다.

또한 접합 부재(80)를 형성하는 CMT 용접을 통해 외측 플레이트(38)의 테두리를 따라 배치되는 제1 접합부(S1)를 내측 플레이트(37)에 접합하고, 마찰 교반 용접(FSW)을 통해 외측 플레이트(38)의 내부에 배치되는 제2 접합부(S2)를 내측 플레이트(37)에 접합한다. 이로 인해 제1 접합부(S1)와 내측 플레이트(37) 사이에 접합 부재(80)가 형성되어 외측 플레이트(38)의 테두리와 내측 플레이트(37) 사이를 견고하게 밀폐한다. 따라서 외측 플레이트(38)와 내측 플레이트(37) 사이로 냉각수가 유출되는 것을 방지할 수 있다.

또한 제2 케이스(40)가 제1 케이스(30)에 형성된 삽입홈(39)에 삽입되며 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)가 상호 결합된다. 따라서 제1 케이스(30)와 제2 케이스(40)의 결합이 용이하며 이에 제조가 용이하다.

더하여 액상의 접착제(90)와 용접을 함께 이용하여 제1, 제2 케이스(40)를 결합하므로 보다 견고한 케이스(50)를 제공할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100: 배터리 모듈
10: 배터리 셀
20: 체결부
22: 전극 플레이트
27: 커버 플레이트
28: 버스바
29: 접속 패드
30: 케이스
50: 고정 부재

Claims

다수의 배터리 셀을 적층한 셀 조립체; 및
냉각 유로를 구비하며 상기 셀 조립체의 하부에 배치되는 하부 플레이트;
를 포함하며,
상기 하부 플레이트는,
상기 셀 조립체의 하부에 배치되는 내측 플레이트;
상기 내측 플레이트의 외부에 배치되어 상기 내측 플레이트에 접합되는 외측 플레이트;
상기 외측 플레이트의 테두리를 따라 형성되어 상기 외측 플레이트와 상기 내측 플레이트를 접합하는 제1 접합부; 및
상기 외측 플레이트의 내부에 배치되어 상기 외측 플레이트와 상기 내측 플레이트를 접합하는 제2 접합부;
를 포함하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 하부 플레이트를 포함하는 제1 케이스와, 상기 셀 조립체의 상부에 배치되어 상기 제1 케이스와 결합되는 제2 케이스를 포함하고,
상기 제1 케이스는 상기 제2 케이스의 하단부가 삽입되는 삽입홈을 구비하는 배터리 모듈.
제2항에 있어서, 상기 제2 케이스는,
상기 셀 조립체의 상부에 배치되는 상부 플레이트와, 상기 상부 플레이트에서 연장되며 상기 셀 조립체의 측면에 배치되는 적어도 하나의 제2 측면 플레이트를 포함하며,
상기 삽입홈에는 상기 제2 측면 플레이트의 하단부가 삽입되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 냉각 유로는,
상기 내측 플레이트와 상기 외측 플레이트 사이에 형성되는 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 내측 플레이트에 체결되어 냉각수가 상기 냉각 유로로 이동하는 통로로 이용되는 유입구 및 유출구를 더 포함하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 제1 접합부는,
상기 외측 플레이트의 테두리를 따라 배치되어 상기 외측 플레이트와 상기 내측 플레이트를 상호 접합하는 접합 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 제1 접합부는,
CMT(Cold metal Transfer) 용접을 통해 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 제2 접합부는,
상기 제1 접합부와 이격 배치되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 제2 접합부는,
마찰 교반 용접(FSW, Friction Stir Welding)을 통해 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 내측 플레이트와 상기 외측 플레이트는 동일한 재질로 형성되는 배터리 모듈.