KR20200140476A - 배터리 모듈 - Google Patents

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이석환
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체, 및 상기 배터리 셀 적층체의 일측과 타측에 각각 배치되어 상기 배터리 셀들에서 발생된 열을 외부로 방출하는 제1 플레이트와 제2 플레이트를 포함하고, 상기 배터리 셀은 사각 형상의 수용부와 상기 수용부의 외곽에 부분적으로 배치되는 실링부를 포함하며, 상기 배터리 셀 적층체는, 상기 실링부가 배치되지 않은 면이 상기 제1 플레이트를 향하도록 배치되는 적어도 하나의 제1 배터리 셀과, 상기 실링부가 배치되지 않은 면이 상기 제2 플레이트를 향하도록 배치되는 적어도 하나의 제2 배터리 셀이 교대로 적층 배치된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY 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 진행 중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)의 배터리 셀로 제조되어 다수 개를 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.
한편, 배터리 모듈은 장시간 사용될 경우, 배터리로부터 열이 발생하게 되고, 특히 충전 시에는 내부의 온도가 급격히 상승하게 되며, 이와 같은 배터리의 온도 상승은 배터리의 수명을 단축시키게 되고, 배터리의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 최악의 경우 발화 또는 폭발이 발생될 수 있다.
따라서 배터리 모듈에는 내부에 수용되는 배터리 셀을 냉각시키는 냉각 시스템이 요구되고 있다. 그런데 종래의 경우, 배터리 셀들에서 발생되는 열을 효과적으로 배출하지 못하여 냉각 효율이 매우 낮다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 배터리 셀에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체, 및 상기 배터리 셀 적층체의 일측과 타측에 각각 배치되어 상기 배터리 셀들에서 발생된 열을 외부로 방출하는 제1 플레이트와 제2 플레이트를 포함하고, 상기 배터리 셀은 사각 형상의 수용부와 상기 수용부의 외곽에 부분적으로 배치되는 실링부를 포함하며, 상기 배터리 셀 적층체는, 상기 실링부가 배치되지 않은 면이 상기 제1 플레이트를 향하도록 배치되는 적어도 하나의 제1 배터리 셀과, 상기 실링부가 배치되지 않은 면이 상기 제2 플레이트를 향하도록 배치되는 적어도 하나의 제2 배터리 셀이 교대로 적층 배치된다.
본 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀은 좌우 방향으로 적층되며 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트와 직교하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 배터리 셀 적층체와 마주보는 일면에서 돌출 형성되는 다수의 돌출부를 포함하고, 상기 다수의 돌출부는 끝단이 상기 배터리 셀에서 상기 실링부가 배치되지 않은 어느 한 면과 접촉하도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀의 실링부는 상기 다수의 돌출부 사이에 형성되는 수용 홈에 삽입 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 실링부는 일부가 적어도 1회 접힌 후 접착 부재에 의해 고정될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는, 알루미늄(Al) 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 배터리 셀 적층체와 상기 제1 플레이트 사이, 상기 배터리 셀 적층체와 상기 제2 플레이트 사이 중 적어도 한 곳에 충진되는 열전달 부재를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 열전달 부재는, 써멀 그리스, 열전도성 접착제, 에폭시 수지, 및 방열 패드 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 실링부는, 적어도 일부가 상기 열전달 부재 내에 매립될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 외부면 중 적어도 한 곳에 결합되는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 배터리 셀의 수용부는 상기 제2 배터리 셀의 수용부 전체와 대면하도록 적층 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀의 내부를 전체적으로 균일하게 냉각시킬 수 있어 방열 효과를 높일 수 있다. 또한 실링부 간의 거리가 확장되므로, 실링부 간의 절연 거리를 확보할 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 2의 배터리 셀을 확대하여 도시한 사시도.
도 4는 도 1의 I-I' 에 따른 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도.
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.
예컨대, 본 명세서에서 상측 상부, 하측, 하부, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
또한 도 3은 도 2의 배터리 셀을 확대하여 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1의 I-I' 에 따른 단면도이다. 여기서, 설명의 편의를 위해 냉각 장치(20)는 도 4에만 도시하고 도 1, 도 2에서는 생략하였다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 배터리 셀 적층체(1), 절연 커버(70), 열전달 부재(90), 및 케이스(30)를 포함할 수 있다.
배터리 셀 적층체(1)는 도 4에 도시된 배터리 셀(10)을 다수 개 적층하여 형성한다. 본 실시예에서 배터리 셀들(10)은 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층된다. 그러나 필요에 따라 상하 방향으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.
각각의 배터리 셀들(10)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 전극 리드(15)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다.
배터리 셀(10)은 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(15)에 연결될 수 있다.
본 실시예에서 전극 리드(15)는 2개가 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다.
파우치(11)는 용기 형태로 형성되어 전극 조립체 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 이때, 전극 조립체의 전극 리드(15)는 일부가 파우치(11)의 외부로 노출된다.
파우치(11)는 실링부(202)와 수용부(204)로 구분될 수 있다.
수용부(204)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공한다. 수용부(204)의 내부 공간에는 전극 조립체 및 전해액이 수용된다.
실링부(202)는 용기 형태로 형성되는 수용부(204)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성된다. 따라서 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽을 따라 테두리 형태로 배치된다.
실링부(202) 간의 접합은 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한 본 실시예에서 실링부(202)는 전극 리드(15)가 배치되는 제1 실링부(2021)와, 전극 리드(15)가 배치되지 않는 제2 실링부(2022)로 구분될 수 있다.
본 실시예에서 파우치(11)는 한 장의 외장재를 포밍(forming)하여 형성한다. 보다 구체적으로, 하나의 외장재에 하나 또는 두 개의 수납부를 포밍하여 형성한 후, 수납부들이 하나의 공간(즉 수용부)을 형성하도록 외장재를 접어 파우치(11)를 완성한다.
본 실시예에서 수용부(204)는 사각 형상으로 형성된다. 그리고 수용부(204)의 외곽에는 외장재가 접합되어 형성되는 실링부(202)가 구비된다. 그러나 상기한 바와 같이, 외장재가 접히는 면에는 실링부(202)를 형성할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에서 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽에 형성되되, 수용부(204)의 세 면에만 구비되며, 수용부의 외곽 중 어느 한 면(도 3에서 하부면)에는 실링부가 배치되지 않는다.
본 실시예에서 전극 리드(15)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되므로, 2개의 전극 리드(15)는 서로 다른 변에 형성된 실링부(202)에 배치된다. 이에 따라서, 수용부(204)의 세 변에 구비되는 2개의 실링부는 전극 리드(15)가 배치되는 2개의 제1 실링부(2021), 그리고 전극 리드(15)가 배치되지 않는 1개의 제2 실링부(2022)로 구성된다.
또한 본 실시예의 배터리 셀(10)은 실링부(202)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(202)의 면적을 최소화하기 위해, 적어도 한 번 접힌 형태로 실링부(202)를 구성한다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 실링부(202) 중 전극 리드(15)가 배치되지 않는 제2 실링부(2022)는 2회 접힌 후 접착 부재(17)에 의해 고정된다.
예를 들어, 제2 실링부(2022)는 도 3에 도시된 제1 절곡선(C1)을 따라 180° 접힌 후, 다시 도 3에 도시된 제2 절곡선(C2)을 따라 접힐 수 있다.
이때, 제2 실링부(2022)의 내부에는 접착 부재(17)가 충진될 수 있으며, 이에 제2 실링부(2022)는 접착 부재(17)에 의해 2회 접힌 형상이 유지될 수 있다. 접착 부재(17)는 열전도도가 높은 접착제로 형성될 수 있다. 예컨대 접착 부재(17)는 에폭시나 실리콘으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 접착 부재(17)는 열전달 부재(90)와 다른 재질로 형성되나, 필요에 따라 동일한 재질로 구성하는 것도 가능하다.
이처럼 열전도도가 높은 접착 부재(17)가 제2 실링부(2022)의 내부 충진되는 경우, 제2 실링부(2022)는 배터리 셀에서 열전달 부재(90)로 열을 빠르게 전달할 수 있다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(10)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로서 전류를 생성한다.
배터리 셀(10)은 후술되는 케이스(30) 내에 수직으로 세워져서 좌우 방향으로 적층 배치된다. 따라서 배터리 셀(10)은 배터리 셀 적층체(1)의 상측과 하측에 각각 배치되는 제1 플레이트(50), 제2 플레이트(40)와 직교하도록 배치된다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 좌우 방향으로 적층 배치되는 배터리 셀들(10) 중 적어도 하나는 다른 방향으로 적층된다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 실시예에서 배터리 셀(10)은 제2 실링부(2022)가 배치되는 방향을 따라 제1 배터리 셀(10a)과 제2 배터리 셀(10b)로 구분될 수 있다. 제1 배터리 셀(10a)은 제2 실링부(2022)가 상부를 향하도록 배치되는 배터리 셀(10) 또는 실링부(202)가 배치되지 않은 면이 하부를 향하도록 배치되는 배터리 셀(10)로 정의되며, 제2 배터리 셀(10b)은 제2 실링부(2022)가 하부를 향하도록 배치되는 배터리 셀(10) 또는 실링부(202)가 배치되지 않은 면이 상부를 향하도록 배치되는 배터리 셀(10)로 정의된다.
본 실시예에서 제1 배터리 셀(10a)과 제2 배터리 셀(10b)은 동일한 구성을 갖는 배터리 셀(10)이며, 제2 실링부(202)가 배치 방향에 의해서만 구분된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제1 배터리 셀(10a)과 제2 배터리 셀(10b)은 좌우 방향을 따라 번갈아 배치된다. 따라서 배터리 셀(10)을 좌우 방향으로 적층하게 되면, 양 단부를 제외하고, 제1 배터리 셀(10a)의 양측에는 제2 배터리 셀(10b)들이 배치되며, 제2 배터리 셀(10b)의 양측에도 제1 배터리 셀(10a)들이 배치된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 배터리 셀(10)은 수용부(204)의 중심을 지나는 셀 중심선(P1)을 따라 전극 리드(15)가 배치된다. 도 4에 도시된 대로 배터리 셀들(10)을 배치하더라도 제1 배터리 셀(10a)과 제2 배터리 셀(10b)의 전극 리드(15)는 동일한 위치에 배치된다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 각 배터리 셀(10)의 수용부(204)는 인접하게 배치되는 다른 배터리 셀(10)의 수용부(204)와 대면하고 실링부(202)와는 대면하지 않도록 적층된다. 예컨대, 제1 배터리 셀(10a)의 수용부(204) 전체는 제2 배터리 셀(10b)의 수용부(204) 전체와 대면하도록 적층된다.
이와 같은 구성을 통해 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(10)의 방열 효과를 높일 수 있다.
본 실시예의 배터리 셀(10)은 수용부(204)의 외곽 중 3개의 면에만 실링부(202)가 배치되므로, 실링부(202)가 없는 수용부(204)의 일면은 다른 면들에 비해 방열 경로가 축소될 수 있다. 이 경우 상기한 일면을 통해 열 전달이 보다 원활하게 이루어질 수 있으므로 상기한 일면측은 다른 3개의 면에 비해 열 방출 효과가 크다.
따라서, 배터리 셀 적층체(1) 전체를 제1 배터리 셀(10a) 만으로 구성하거나, 제2 배터리 셀(10b) 만으로 구성하는 경우, 제2 실링부(202)가 배치되는 부분과 실링부(202)가 없는 일면 부분에서의 열 전달량이 달라지게 된다. 이로 인해 배터리 셀 적층체(1)의 상부와 하부에 온도 편차가 발생하게 되므로, 배터리 셀(10)의 내부를 균일하게 냉각하기 어렵다.
따라서 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 적어도 하나의 제1 배터리 셀(10a)과 적어도 하나의 제2 배터리 셀(10b)을 교대로 적층하여 배터리 셀 적층체(1)를 구성한다. 이 경우, 배터리 셀 적층체(1)의 상부와 하부로 균일하게 열이 방출될 수 있으므로, 배터리 셀(10)의 내부를 전체적으로 균일하게 냉각시킬 수 있다. 또한 실링부(202) 간의 거리가 확장되므로, 실링부(202) 간의 접촉에 의해 배터리 셀(10) 간의 절연이 파괴되는 것도 방지할 수 있다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 적층 배치되는 배터리 셀들(10) 사이에는 적어도 하나의 완충 패드나 냉각 판(cooling plate)이 배치될 수 있다.
완충 패드는 특정 배터리 셀이 팽창하는 경우, 배터리 셀들 전체의 부피가 팽창하는 것을 억제하기 위해 구비될 수 있다. 완충 패드는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
완충 패드가 접착성 재질로 구성되는 경우 배터리 셀들(10)은 완충 패드에 의해 상호 접합되어 배터리 셀 적층체(1)를 구성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 적층된 배터리 셀들(10)을 고정하기 위해 별도의 고정 부재를 부가하는 것도 가능하다.
냉각 판은 배터리 셀들(10)에서 발생되는 열을 빠르게 냉각 장치(20) 측으로 전달하기 위해 구비될 수 있다. 따라서 냉각 판은 열전달 부재(90)나 케이스(30)에 접촉하도록 배치될 수 있다.
냉각 판은 열 전도도가 높은 금속 재질로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
케이스(30)는 배터리 모듈(100)의 외형을 규정하며, 복수의 배터리 셀들(10)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀들(10)을 보호한다. 동시에 본 실시예의 케이스(30)는 배터리 모듈의 냉각 부재로도 기능한다.
본 실시예의 케이스(30)는 배터리 셀 적층체(1)의 일측에 배치되는 제1 플레이트(50), 배터리 셀들(10)의 타측에 배치되는 제2 플레이트(40), 그리고, 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 측면에 배치되는 측면 커버(60)를 포함할 수 있다.
제1 플레이트(50)는 배터리 셀(10)의 하부에 배치되어 배터리 셀들(10)의 하부면을 지지하는 하부 플레이트(52)와, 배터리 셀들(10)의 수용부(204)가 배치된 측면을 지지하는 측면 플레이트(58)를 포함할 수 있다. 그러나 필요에 따라 측면 플레이트(58)와 하부 플레이트(52)를 독립적인 구성 요소들로 구성하는 것도 가능하다.
측면 플레이트(58)는 하부 플레이트(52)의 양 측에서 연장되어 형성되며, 좌우 방향으로 적층 배치된 배터리 셀 적층체(1)의 측면 배치되어 배터리 셀들(10)의 수용부(204)를 지지한다.
배터리 셀(10)을 견고하게 지지하기 위해, 측면 플레이트(58)는 배터리 셀(10)의 수용부(204)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 측면 플레이트(58)와 수용부(204) 사이에 방열 패드나 완충 부재 등을 개재하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
이와 같이 구성되는 제1 플레이트(50)는 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성된다. 예를 들어, 제1 플레이트(50)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
제2 플레이트(40)는 배터리 셀(10)의 상부에 배치되어 배터리 셀들(10)의 상면에 결합된다. 또한 제2 플레이트(40)는 제1 플레이트(50)의 측면 플레이트(58) 상단에 체결된다. 따라서 제2 플레이트(40)가 제1 플레이트(50)에 체결되면, 제2 플레이트(40)와 제1 플레이트(50)는 내부가 빈 관형 부재의 형상을 갖는다.
제2 플레이트(40)는 제1 플레이트(50)와 마찬가지로 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성된다. 제2 플레이트(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 플레이트(50)와 제2 플레이트(40)는 용접 등의 방식으로 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 슬라이딩 방식으로 결합하거나, 볼트나 나사 등의 고정 부재를 이용하여 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.
배터리 셀들(10)과 제1 플레이트(50) 사이, 배터리 셀들(10)과 제2 플레이트(40) 사이에는 열전달 부재(90)가 충진될 수 있다.
열전달 부재(90)는 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 케이스(30)로 전달한다. 이를 위해 열전달 부재(90)는 높은 열전도도를 갖는 물질로 구성된다. 예를 들어 열전달 부재(90)는 써멀 그리스(Thermal grease), 열전도성 접착제(Thermal adhesive), 에폭시 수지, 및 방열 패드 중 어느 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
열전달 부재(90)는 패드 형태로 케이스(30) 내부면에 배치거나, 액상 또는 겔(gel) 상태로 케이스(30)의 내부면에 도포하여 형성할 수 있다.
제2 실링부(2022)는 열전달 부재(90) 내에 매립되는 형태로 배치될 수 있으며, 이에 제2 실링부(2022)를 통해 방출되는 열은 열전달 부재(90)를 통해 제1, 제2 플레이트(50, 40)로 빠르게 전달될 수 있다.
본 실시예의 열전달 부재(90)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)은 배터리 셀(10)에서 부분적으로 절연이 파괴되더라도 배터리 셀(10) 주변에 배치된 열전달 부재(90)에 의해 배터리 셀(10)과 케이스(30) 간의 절연이 유지될 수 있다.
또한 열전달 부재(90)는 배터리 셀들(10)과 케이스(30) 사이 공간을 충진하는 형태로 배치되므로, 배터리 모듈(100)의 전체적인 강성도 보강된다.
한편, 본 실시예에서는 배터리 셀(10)의 상부와 하부에 모두 열전달 부재(90)를 배치하는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 셀(10)의 상부와 하부 중 어느 한 곳에만 열전달 부재(90)를 배치하는 것도 가능하다. 또한 필요에 따라 배터리 셀(10)의 측면과 측면 플레이트 사이에도 열전달 부재(90)를 배치할 수 있다.
측면 커버(60)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 양 측면에 각각 결합된다.
측면 커버(60)는 제1 플레이트(50)와 제2 플레이트(40)에 결합되어 제1 플레이트(50), 제2 플레이트(40)와 함께 배터리 모듈(100)의 외형을 완성한다.
측면 커버(60)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 후술되는 절연 커버(70)의 접속 단자(72)를 외부로 노출시키기 위한 관통 구멍(62)을 구비할 수 있다.
측면 커버(60)는 나사나 볼트와 같은 고정 부재를 통해 제1 플레이트(50) 및 제2 플레이트(40)에 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
측면 커버(60)와 배터리 셀 적층체(1) 사이에는 절연 커버(70)가 개재될 수 있다.
절연 커버(70)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치된 일면에 결합된다.
전극 리드들(15)은 절연 커버(70)를 관통하여 절연 커버(70)의 외측에서 상호 연결된다. 이를 위해 절연 커버(70)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(73)이 구비될 수 있다.
또한 절연 커버(70)에는 외부와의 연결을 위한 접속 단자(72)가 구비될 수 있다. 따라서 배터리 셀들(10)은 접속 단자(72)를 통해 외부와 전기적으로 연결되며, 이를 위해 전극 리드(15)는 절연 커버(70)에 구비되는 회로 배선(미도시)을 통해 접속 단자(72)와 전기적으로 연결될 수 있다.
접속 단자(72)는 측면 커버(60)에 형성된 관통 구멍(62)을 통해 외부로 노출된다. 따라서 측면 커버(60)의 관통 구멍(62)은 접속 단자(72)의 크기와 형상에 대응하는 크기로 형성된다.
또한 절연 커버(70)는 회로 기판(예컨대 PCB)과, 회로 기판에 실장되는 다수의 전자 소자를 포함할 수 있으며, 이를 통해 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(50)의 하부면과 제2 플레이트(40)의 상부면에는 냉각 장치(20)가 결합될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 냉각 장치(20)는 도 4에만 도시하였다.
본 실시예의 냉각 장치(20)는 내부에 냉각 유로(22)를 구비하는 수냉식 냉각 장치가 이용된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 공랭식 냉각 장치를 적용하는 것도 가능하다.
냉각 장치(20)는 케이스(30)에 일체로 결합되어 배터리 모듈(100)에 포함될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 배터리 모듈과 별도로 배터리 모듈이 장착되는 장치에 구비될 수도 있다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 효과적인 열 전달을 위해, 제1 플레이트(50)나 제2 플레이트(40)와 냉각 장치(20) 사이에는 방열 패드(thermal pad)가 배치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 제1 배터리 셀(10a)과 제2 배터리 셀(10b)을 교대로 적층하여 배터리 셀 적층체(1)를 구성하므로, 배터리 셀 적층체(1)의 상부와 하부로 균일하게 열이 방출될 수 있다. 따라서 배터리 셀(10)의 내부를 전체적으로 균일하게 냉각시킬 수 있어 방열 효과를 높일 수 있다. 또한 실링부(202) 간의 이격 거리가 확장되므로, 실링부(202) 간의 절연 거리를 확보할 수 있다.
한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도로 도 1의 I-I' 에 따른 단면을 도시하였다.
도 5를 참조하면 본 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은 복수의 제1 배터리 셀(10a)과 복수의 제2 배터리 셀(10b)이 교대로 적층 배치된다.
본 실시예에서는 제1 배터리 셀(10a)과 제2 배터리 셀(10b)이 2개씩 번갈아 배치되는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 3개 이상씩 번갈아 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.
또한 본 실시예에서는 제1 배터리 셀(10a)과 제2 배터리 셀(10b)이 동일한 수로 번갈아 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 2개의 제1 배터리 셀(10a)과 1개의 제2 배터리 셀(10b)을 번갈아 배치하는 등 필요에 따라 제1 배터리 셀(10a)의 개수와 제2 배터리 셀(10b)의 개수를 다르게 구성하는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도로 도 1의 I-I' 에 따른 단면을 도시하였다.
도 6을 참조하면 본 실시예에 따른 배터리 모듈(300)은 케이스(30)에 다수의 돌출부(45, 55)가 구비된다.
돌출부(45, 55)는 재2 플레이트(40)와 하부 플레이트(52)의 내부면에서 배터리 셀(10)을 향하여 다수개가 돌출 형성되며, 돌출부(45, 55)의 끝단은 배터리 셀(10)의 수용부(204)와 접촉하도록 배치된다.
돌출부들(45, 55) 사이에는 수용 홈(46, 56)이 형성되며, 이러한 수용 홈(46, 56)에는 배터리 셀(10)의 제2 실링부(202)가 배치된다.
이와 같이 구성되는 경우, 배터리 셀(10)의 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있으므로 배터리 모듈의 방열 성능을 높일 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.
예를 들어 전술한 실시예에서는 냉각 장치가 제1 플레이트와 제2 플레이트의 외부에 배치되는 경우를 예로 들었으나, 냉각 장치를 제1 플레이트와 제2 플레이트의 내부에 배치하거나, 제1 플레이트와 제2 플레이트가 냉각 유로를 포함하도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.
100: 배터리 모듈
1: 배터리 셀 적층체
10: 배터리 셀
20: 냉각 장치
30: 케이스
40: 제2 플레이트
50: 제1 플레이트
60: 측면 커버
70: 절연 커버

Claims (11)

  1. 다수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체; 및
    상기 배터리 셀 적층체의 일측과 타측에 가각 배치되어 상기 배터리 셀들에서 발생된 열을 외부로 방출하는 제1 플레이트와 제2 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 배터리 셀은 사각 형상의 수용부와 상기 수용부의 외곽에 부분적으로 배치되는 실링부를 포함하며,
    상기 배터리 셀 적층체는,
    상기 실링부가 배치되지 않은 면이 상기 제1 플레이트를 향하도록 배치되는 적어도 하나의 제1 배터리 셀과, 상기 실링부가 배치되지 않은 면이 상기 제2 플레이트를 향하도록 배치되는 적어도 하나의 제2 배터리 셀이 교대로 적층 배치되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 좌우 방향으로 적층되며 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트와 직교하도록 배치되는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나는,
    상기 배터리 셀 적층체와 마주보는 일면에서 돌출 형성되는 다수의 돌출부를 포함하고,
    상기 다수의 돌출부는 끝단이 상기 배터리 셀에서 상기 실링부가 배치되지 않은 어느 한 면과 접촉하도록 형성되는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 실링부는 상기 다수의 돌출부 사이에 형성되는 수용 홈에 삽입 배치되는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 일부가 적어도 1회 접힌 후 접착 부재에 의해 고정되는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는,
    알루미늄(Al) 재질로 형성되는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀 적층체와 상기 제1 플레이트 사이, 상기 배터리 셀 적층체와 상기 제2 플레이트 사이 중 적어도 한 곳에 충진되는 열전달 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 열전달 부재는,
    써멀 그리스, 열전도성 접착제, 에폭시 수지, 및 방열 패드 중 어느 하나로 형성되는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 있어서, 상기 실링부는,
    적어도 일부가 상기 열전달 부재 내에 매립되는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 외부면 중 적어도 한 곳에 결합되는 냉각 장치를 더 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀의 수용부는 상기 제2 배터리 셀의 수용부 전체와 대면하도록 적층 배치되는 배터리 모듈.
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