KR20210019891A - Bettery module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module.
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.Unlike primary batteries, secondary batteries can be charged and discharged, and thus can be applied to various fields such as digital cameras, mobile phones, notebook computers, and hybrid vehicles. Examples of secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries.
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.Among these secondary batteries, a number of studies on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage are in progress, and recently, lithium secondary batteries are manufactured as pouch-type battery cells with flexibility and are connected to a number of modules in the form of a module. It is composed of and used.
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.On the other hand, when the battery module is used for a long time, heat is generated from the battery, and the internal temperature rises sharply, especially when charging, and such an increase in the temperature of the battery shortens the life of the battery and lowers the efficiency of the battery. In addition, in the worst case, ignition or explosion can occur.
특히, 급속충전 및 고출력 요구에 따라 배터리 셀의 전극 리드나 이들을 전기적으로 연결하는 버스바(bus-bar)에도 열이 집중되고 있어 이에 대한 냉각 방안이 요구되고 있다. In particular, heat is concentrated in the electrode leads of the battery cells or the bus-bars electrically connecting them in accordance with the demand for rapid charging and high power, and thus, a cooling method is required.
본 발명의 목적은 배터리 셀의 전극 리드와 버스바에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a battery module capable of effectively dissipating heat generated from electrode leads and bus bars of a battery cell.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체, 상기 배터리 셀 적층체의 외측에 배치되어 상기 배터리 셀들에서 발생된 열을 외부로 방출하는 냉각 플레이트, 상기 배터리 셀들에 구비되는 전극 리드들이 접합되는 버스바를 포함하며, 상기 버스바는 상기 전극 리드들과 나란하게 배치되는 적어도 하나의 중공을 구비할 수 있다.A battery module according to an embodiment of the present invention includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a cooling plate disposed outside the battery cell stack to discharge heat generated from the battery cells to the outside, and the battery A bus bar to which electrode leads provided in cells are bonded may be included, and the bus bar may include at least one hollow disposed in parallel with the electrode leads.
본 실시예에 있어서, 상기 중공 내에 충진되어 열에 의해 상변화를 일으키는 유체를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, a fluid that is filled in the hollow and causes a phase change by heat may be further included.
본 실시예에 있어서 상기 유체는, 물, 암모니아, 아세톤, 메탄올, 및 에탄올 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In this embodiment, the fluid may include any one of water, ammonia, acetone, methanol, and ethanol.
본 실시예에 있어서 상기 버스바는, 상기 전극 리드들이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀을 구비하며, 상기 중공은 상기 관통 홀들 사이에 배치될 수 있다.In the present embodiment, the bus bar may include a plurality of through holes into which the electrode leads are inserted, and the hollows may be disposed between the through holes.
본 실시예에 있어서 상기 버스바는, 상기 다수의 관통 홀이 배치되는 제1 영역의 두께보다 상기 중공이 배치되는 제2 영역의 두께가 더 두껍게 형성될 수 있다.In the present exemplary embodiment, the busbar may have a thickness greater in a second area in which the hollow is disposed than in a first area in which the plurality of through holes are disposed.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 영역의 두께는 상기 제1 영역의 두께와 상기 중공의 두께를 합한 두께와 동일하게 형성될 수 있다.In this embodiment, the thickness of the second region may be equal to the sum of the thickness of the first region and the thickness of the hollow.
본 실시예에 있어서 상기 버스바는, 상기 전극 리드들이 결합되는 흡열부 및 상기 흡열부에서 절곡되어 연장되며 상기 냉각 플레이트에 인접하게 배치되는 방열부를 포함할 수 있다.In the present embodiment, the bus bar may include a heat absorbing part to which the electrode leads are coupled, and a heat dissipating part bent and extended from the heat absorbing part and disposed adjacent to the cooling plate.
본 실시예에 있어서, 상기 방열부와 상기 냉각 플레이트 사이에 개재되는 열전달물질을 더 포함할 수 있다.In the present embodiment, a heat transfer material interposed between the heat dissipation part and the cooling plate may be further included.
본 실시예에 있어서 상기 냉각 플레이트는, 상기 배터리 셀 적층체의 일측에 배치되는 제1 플레이트와, 상기 배터리 셀 적층체의 타측에 배치되는 제2 플레이트를 포함하고, 상기 버스바는, 상기 제1 플레이트와 인접하게 배치되는 제1 방열부와, 상기 제2 플레이트에 인접하게 배치되는 제2 방열부를 포함할 수 있다.In the present embodiment, the cooling plate includes a first plate disposed on one side of the battery cell stack and a second plate disposed on the other side of the battery cell stack, and the bus bar includes the first A first radiating part disposed adjacent to the plate, and a second radiating part disposed adjacent to the second plate may be included.
본 실시예에 있어서, 상기 냉각 플레이트의 외부면에 결합되는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, it may further include a cooling device coupled to the outer surface of the cooling plate.
본 실시예에 있어서 상기 중공은, 밀폐된 공간으로 형성될 수 있다.In this embodiment, the hollow may be formed as a closed space.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 히트 파이프를 이용하여 버스바에 집중되는 열을 냉각 플레이트로 방출한다. 따라서 배터리 셀(10)의 전극 리드에 집중되는 열을 신속하게 방출할 수 있으므로 배터리 모듈 전체의 방열 효과를 높일 수 있다.The battery module according to an embodiment of the present invention uses a heat pipe to dissipate heat concentrated on a bus bar to a cooling plate. Accordingly, since heat concentrated on the electrode leads of the
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 2의 도 1의 I-I' 에 따른 부분 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 버스바를 확대하여 도시한 사시도.
도 6은 도 5의 II-II'에 따른 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도.
도 8은 도 7에 도시된 버스바의 사시도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바의 사시도.
도 10은 도 9의 III-III'에 따른 단면도.
도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바의 사시도. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of the battery module shown in Figure 1;
3 is an enlarged perspective view of the battery cell of FIG. 2.
4 is a partial cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1 in FIG. 2;
5 is an enlarged perspective view of the bus bar shown in FIG. 2.
6 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 5;
7 is a cross-sectional view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is a perspective view of the bus bar shown in Figure 7;
9 is a perspective view of a bus bar according to another embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view taken along line III-III' of FIG. 9;
11 is a perspective view of a bus bar according to another embodiment of the present invention.
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.Prior to the detailed description of the present invention, terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors shall use their own invention in the best way. For explanation, based on the principle that it can be appropriately defined as a concept of terms, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, and various equivalents that can replace them at the time of application It should be understood that there may be water and variations.
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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that the same components in the accompanying drawings are indicated by the same reference numerals as possible. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the accompanying drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not entirely reflect the actual size.
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.For example, in the present specification, expressions such as upper, lower, lower, and side are described based on the drawings in the drawings, and it should be noted in advance that if the direction of the object is changed, it may be expressed differently.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도이다. 여기서, 설명의 편의를 위해 냉각 장치(20)는 도 4에만 도시하고 도 1, 도 2에서는 생략하였다. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module shown in FIG. 1. Here, for convenience of explanation, the
또한 도 3은 도 2의 배터리 셀을 확대하여 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1의 I-I' 에 따른 단면도이다.In addition, FIG. 3 is a perspective view illustrating an enlarged battery cell of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1.
도 1 내지 도 4을 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 배터리 셀 적층체(1), 열전달 부재(90), 케이스(30), 및 버스바(70), 를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 to 4, the
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. The battery cell stack 1 is formed by stacking a plurality of
각각의 배터리 셀들(10)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 전극 리드(15)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다. Each of the
배터리 셀(10)은 파우치(11) 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 형태로 구성될 수 있다. The
전극 조립체는 다수의 전극판 및 전극 탭을 구비하며 파우치(11) 내에 수납된다. 전극판은 다수의 양극판과 다수의 음극판이 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극 탭이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 전극 리드(15)에 연결될 수 있다.The electrode assembly includes a plurality of electrode plates and electrode tabs, and is accommodated in the
본 실시예에서 전극 리드(15)는 2개가 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다.In this embodiment, two electrode leads 15 are arranged to face in opposite directions to each other.
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. The
파우치(11)는 실링부(202)와 수용부(204)로 구분될 수 있다.The
수용부(204)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공한다. 수용부(204)의 내부 공간에는 전극 조립체 및 전해액이 수용된다. The
실링부(202)는 파우치(11)의 일부가 접합되어 수용부(204)의 둘레를 밀봉하는 부분이다. 따라서 실링부(202)는 용기 형태로 형성되는 수용부(204)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 이에 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽을 따라 배치된다. The
파우치(11)의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.A heat fusion method may be used for bonding the
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. In addition, in the present embodiment, the sealing
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. In this embodiment, the
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.In this embodiment, the receiving
본 실시예에서 전극 리드(15)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되므로, 2개의 전극 리드(15)는 서로 다른 변에 형성된 실링부(202)에 배치된다. 따라서, 본 실시예의 실링부(202)는 전극 리드(15)가 배치되는 2개의 제1 실링부(2021), 그리고 전극 리드(15)가 배치되지 않는 1개의 제2 실링부(2022)로 구성된다. In this embodiment, since the electrode leads 15 are arranged to face opposite directions, the two electrode leads 15 are disposed on the sealing
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.In addition, the
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. More specifically, the
예를 들어, 제2 실링부(2022)는 도 3에 도시된 제1 절곡선(C1)을 따라 180° 접힌 후, 다시 도 제2 절곡선(C2)을 따라 접힐 수 있다.For example, the
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.In this case, the
본 실시예에서 접착 부재(17)는 후술되는 열전달 부재와 다른 재질로 형성되나, 필요에 따라 동일한 재질로 구성하는 것도 가능하다. In this embodiment, the
이와 같이 구성되는 배터리 셀(10)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지일 수 있다.The
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.The
한편, 도시되어 있지 않지만, 적층 배치되는 배터리 셀들(10) 사이에는 적어도 하나의 완충 패드가 배치될 수 있다. Meanwhile, although not shown, at least one buffer pad may be disposed between the
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. The buffer pad may be provided to suppress the expansion of the entire volume of the battery cells when a specific battery cell expands. The buffer pad may be formed of a polyurethane foam, but is not limited thereto.
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.When the buffer pad is made of an adhesive material, the
케이스(30)는 배터리 모듈(100)의 외형을 규정하며, 복수의 배터리 셀들(10)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀들(10)을 보호한다. 또한 본 실시예의 케이스(30)는 적어도 일부가 배터리 셀에서 발생되는 열을 외부로 방출하며 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 플레이트로 기능한다. 따라서 이하의 설명에서 '냉각 플레이트'는 케이스(30)를 구성하는 제1 플레이트(50)와 제2 플레이트(40) 중 적어도 하나를 지칭한다. The
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. The
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. The
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.The
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.In order to firmly support the
이와 같이 구성되는 제1 플레이트(50)는 냉각 플레이트로 이용되므로, 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. Since the
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.The
제2 플레이트(40)는 제1 플레이트(50)와 마찬가지로 냉각 플레이트로 이용되므로, 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.Since the
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. The
배터리 셀들(10)과 제1 플레이트(50) 사이, 배터리 셀들(10)과 제2 플레이트(40) 사이에는 열전달 부재(90)가 충진될 수 있다.The
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.The
열전달 부재(90)는 패드 형태로 케이스(30) 내부면에 배치거나, 액상 또는 겔(gel) 상태로 케이스(30)의 내부면에 도포하여 형성할 수 있다. The
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. The
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.The
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. Accordingly, in the
또한 열전달 부재(90)는 배터리 셀들(10)과 케이스(30) 사이 공간을 충진하는 형태로 배치되므로, 배터리 모듈(100)의 전체적인 강성도 보강된다.In addition, since the
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. Meanwhile, in the present embodiment, the
측면 커버(60)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 양 측면에 각각 결합된다. The side cover 60 is coupled to both sides of the
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. The side cover 60 is coupled to the
측면 커버(60)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 접속 단자(72)를 외부로 노출시키기 위한 관통 구멍(62)을 구비할 수 있다. The side cover 60 may be formed of an insulating material such as resin, and may have a through
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. The side cover 60 may be coupled to the
버스바(80)는 금속판의 형태로 형성되어 배터리 셀(10)의 전극 리드(15)에 결합된다. 따라서 배터리 셀들(10)은 버스바(80)를 통해 상호 간에 전기적으로 연결되며, 버스바(80)와 연결되는 접속 단자(79)를 통해 외부와 전기적으로 연결된다. The
도 5는 도 2에 도시된 버스바를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 II-II'에 따른 단면도이다.5 is a perspective view illustrating an enlarged bus bar shown in FIG. 2, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 5.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 버스바(80)는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 슬릿 형상의 관통 홀(87)을 다수 개 구비하며, 전극 리드들(15)은 버스바(80)의 관통 홀(87)에 삽입된 후 용접 등의 방식을 통해 버스바(80)에 접합된다. 이에 전극 리드(15)의 끝단은 적어도 일부가 버스바(80)를 완전히 관통하여 버스바(80)의 외부로 노출될 수 있다. 5 and 6 together, the
버스바(80)는 접속 단자(79)와 연결될 수 있다. The
접속 단자(79)는 도전성 부재로 구성되며 적어도 하나의 버스바(80)와 연결되거나 버스바(80)에 접합되어 배터리 셀들(10)을 외부와 전기적으로 연결한다. The connection terminal 79 is composed of a conductive member and is connected to at least one
본 실시예의 버스바(80)는 절곡된 판 형상으로 형성된다. 구체적으로 버스바(80)는 배터리 셀(10)의 전극 리드들(15)이 접합되는 흡열부(81)와, 흡열부(81)의 하단에서 흡열부(81)와 직각을 이루며 연장되는 방열부(82)로 구분될 수 있다. The
흡열부(81)와 방열부(82)는 절곡된 부분을 기준으로 구분될 수 있다. The
흡열부(81)는 편평한 판 형태로 형성되며 내부에는 다수의 관통 홀(87)이 일정 간격으로 이격 배치된다. The
방열부(82)는 흡열부(81)에서 절곡되어 배터리 셀 적층체(1)의 하부에 위치하는 하부 플레이트(52)와 평행하게 배치되며 하부 플레이트(52)와 인접하게 배치된다. The radiating
방열부(82)의 열을 효과적으로 하부 플레이트(52)에 전달하기 위해, 방열부(82)와 하부 플레이트(52) 사이에 써멀 페이스트(Thermal Paste)와 같은 열전달물질(95, TIM: Thermal Interface Material)이 개재된다. In order to effectively transfer the heat of the
열전달물질(95)은 열전달 부재(90)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 열전달 부재(90)의 일부로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. The
버스바(80)와 하부 플레이트(52)는 전기적으로 절연이 유지되어야 하므로, 방열부(82)와 하부 플레이트(52)는 일정 간격 이격 배치되며, 이격된 공간에 열전달물질(95)이 배치된다. Since the
버스바(80)와 하부 플레이트(52) 간의 절연을 위해, 열전달물질(95)은 전기 절연성 재질로 형성된다. 또한 열전달물질(95)은 방열부(82)가 하부 플레이트(52)와 대면하는 면적보다 넓은 면적으로 형성될 수 있다. For insulation between the
본 실시예의 버스바(80)는 내부에 적어도 하나의 중공(88)을 구비한다. The
중공(88)은 다수의 관통 홀(87) 사이에 각각 배치될 수 있으며, 적어도 일부가 관통 홀(87)에 결합되는 전극 리드들(15)과 나란하게 배치될 수 있다. 중공(88)이 다수개 구비되는 경우, 각각의 중공(88)이 독립적인 공간으로 형성되거나 서로 연결된 하나의 공간으로 형성될 수 있다.The hollow 88 may be disposed between each of the plurality of through
본 실시예에서 중공(88)은 밀폐된 공간으로 형성되며, 흡열부(81)와 방열부(82) 전체에 걸쳐 형성된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 후술되는 도 11의 실시예와 같이 밀폐된 공간이 아닌 외부와 연결되는 공간으로 중공을 구성하는 것도 가능하다. In this embodiment, the hollow 88 is formed as a closed space, and is formed throughout the
중공(88) 내에는 열에 의해 상변화를 일으키는 유체(미도시)가 충진될 수 있다.A fluid (not shown) causing a phase change due to heat may be filled in the hollow 88.
버스바(80)의 몸체는 누설이 없고 내압 강도가 있는 구리, 알루미늄 등의 재질로 형성될 수 있다. 그리고 중공(88)에 충진되는 유체는 물, 암모니아, 아세톤, 메탄올, 에탄올 중 어느 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The body of the
이러한 버스바(80)는 배터리 셀(10)의 전극 리드(15)로부터 전달되는 열을 흡열부(81)에서 흡수한다. 이에 버스바(80) 내부의 유체는 열에 의해 기화되어 방열부(82)로 이동하게 되고, 기화된 유체는 방열부(82)에서 응축되며 응축잠열을 외부로 방출한다. The
이 과정에서 버스바(80)에 집중되는 열은 냉각 플레이트로 신속하게 전달된다. 따라서 버스바(80)에 열이 집중되는 것을 억제할 수 있다.In this process, the heat concentrated on the
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 플레이트를 효과적으로 냉각시키기 위해, 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.Meanwhile, as shown in FIG. 4, in order to effectively cool the cooling plate, a
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. The
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.The
또한 효과적인 열 전달을 위해, 제1 플레이트(50)나 제2 플레이트(40)와 냉각 장치(20) 사이에는 방열 패드(thermal pad)가 배치될 수 있다.In addition, for effective heat transfer, a thermal pad may be disposed between the
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 버스바(80)에 방열부(82)가 구비되며, 이를 통해 버스바(80)에 집중되는 열을 냉각 플레이트로 신속하게 방출할 수 있다. 또한 버스바(80) 내부에 유체를 충진하여 열전달 효율을 극대화한다. The
이에 배터리 모듈 동작 시 버스바(80)의 온도를 낮출 수 있으므로, 열에 의해 배터리 모듈의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, since the temperature of the
한편, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다. Meanwhile, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
도 7는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 버스바의 사시도이다. 7 is a cross-sectional view of a battery module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a perspective view of a bus bar shown in FIG. 7.
도 7 및 도 8을 참조하면 본 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바(80)는 흡열부(81)의 하단에 배치되는 제1 방열부(82a)와, 흡열부(81)의 상단에 배치되는 제2 방열부(82b)를 포함한다. Referring to FIGS. 7 and 8, the
제1 방열부(82a)는 전술한 실시예의 방열부(82)와 동일하게 구성되며, 제2 방열부(82b)는 제1 방열부(82a)와 유사하게 구성되고 흡열부(81)의 상단에 배치된다는 점에서만 차이를 갖는다. The first
제1 방열부(82a)는 하부 플레이트(52)에 인접하게 배치되고, 제2 방열부(82b)는 배터리 셀 적층체(1)의 상부에 위치하는 제2 플레이트(40)와 인접하게 배치된다.The first
전술한 실시예와 마찬가지로, 제2 방열부(82b)와 제2 플레이트(40) 사이에는 절연성 재료로 형성되는 열전달물질(95)이 배치된다. As in the above-described embodiment, a
이와 같이 구성되는 경우, 버스바(80)에 집중되는 열을 하부 플레이트(52)와 제2 플레이트(40)로 동시에 방출할 수 있으므로, 방열 성능을 높일 수 있다. In this case, since heat concentrated on the
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바의 사시도이고, 도 10은 도 9의 III-III'에 따른 단면도이다. 9 is a perspective view of a bus bar according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line III-III' of FIG. 9.
도 9 및 도 10을 참조하면 본 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바(80)는 관통 홀(87)이 배치된 제1 영역(A1)과 중공(88)이 배치된 제2 영역(A2)의 두께가 다르게 형성된다. 9 and 10, the
보다 구체적으로, 중공(88)이 형성된 제2 영역(A2)의 전체 두께(T2)는 제1 영역(A1)의 두께(T1)와 중공(88)의 두께(T3)를 합한 두께로 형성된다. 따라서 제2 영역(A2)은 전체 두께(T2)에서 중공(88)의 두께(T3) 제외한 두께가 제1 영역(A1)의 두께(T1)와 동일하게 구성된다.More specifically, the hollow 88, the total thickness of the second area (A2) is formed (T 2) is the first region the thickness of the (A1), (T 1) to the thickness of the hollow 88 (T 3), the combined thickness Is formed by Accordingly, the second region A2 is configured to have the same thickness as the thickness T 1 of the first region A1 except for the thickness T 3 of the hollow 88 from the total thickness T 2.
이와 같은 구성을 통해 중공(88)이 형성된 제2 영역(A2)에서 전기 저항은 제1 영역(A1)에서의 전기 저항과 동일하게 유지된다. 이에 중공(88)을 구비하더라도 버스바(80) 내부의 전기 저항은 균일하게 유지될 있다.Through this configuration, the electrical resistance in the second region A2 in which the hollow 88 is formed is maintained equal to the electrical resistance in the first region A1. Accordingly, even if the hollow 88 is provided, the electric resistance inside the
또한 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)이 연결되는 부분에 굴곡이 형성되므로 버스바(80)의 전체적인 강성을 높일 수 있다. In addition, since a bend is formed in a portion where the first region A1 and the second region A2 are connected, the overall rigidity of the
도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바의 사시도이다. 11 is a perspective view of a bus bar according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면 본 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바(80)는 전술한 도 9에 도시된 버스바와 유사하게 형성되며, 중공(88)이 밀폐된 공간으로 형성되지 않고 외부와 연결되는 공간으로 형성된다. Referring to FIG. 11, the
구체적으로 본 실시예에서 중공(88)의 양 단은 개구의 형태로 개방되며, 이에 버스바(80)의 외부로부터 공기와 같은 유체가 중공(88)의 내부로 유입되거나, 중공(88) 내부의 유체가 버스바(80)의 외부로 배출될 수 있다. Specifically, in this embodiment, both ends of the hollow 88 are opened in the form of openings, so that a fluid such as air from the outside of the
이와 같이 버스바(80)가 구성되는 경우, 중공(88)의 내부면이 공기와 접촉할 수 있으므로, 공기의 대류를 통해 방열 효율을 높일 수 있다.When the
한편, 본 실시예의 중공 구조는 도 5나 도 8에 도시된 버스바에도 동일하게 적용될 수 있다. On the other hand, the hollow structure of this embodiment can be applied equally to the busbar shown in FIG. 5 or 8.
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. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be obvious to those of ordinary skill in the field.
예를 들어 전술한 실시예들에서는 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. For example, in the above-described embodiments, the cooling device is disposed outside the first plate and the second plate, but the cooling device is disposed inside the first plate and the second plate, or Various modifications are possible, such as configuring the second plate to include a cooling passage. In addition, each of the embodiments may be implemented in combination with each other.
100: 배터리 모듈
1: 배터리 셀 적층체
10: 배터리 셀
20: 냉각 장치
30: 케이스
40: 제2 플레이트
50: 제1 플레이트
60: 측면 커버
80: 버스바
88: 중공100: battery module
1: battery cell stack
10: battery cell
20: cooling system
30: case
40: second plate
50: first plate
60: side cover
80: bus bar
88: hollow
Claims (11)
상기 배터리 셀 적층체의 외측에 배치되어 상기 배터리 셀들에서 발생된 열을 외부로 방출하는 냉각 플레이트;
상기 배터리 셀들에 구비되는 전극 리드들이 접합되는 버스바;
를 포함하며,
상기 버스바는 상기 전극 리드들과 나란하게 배치되는 적어도 하나의 중공을 구비하는 배터리 모듈.
A battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked;
A cooling plate disposed outside the battery cell stack to dissipate heat generated from the battery cells to the outside;
A bus bar to which electrode leads provided in the battery cells are bonded;
Including,
The busbar is a battery module having at least one hollow disposed parallel to the electrode leads.
상기 중공 내에 충진되어 열에 의해 상변화를 일으키는 유체를 더 포함하는 배터리 모듈.
The method of claim 1,
A battery module further comprising a fluid filled in the hollow to cause a phase change due to heat.
물, 암모니아, 아세톤, 메탄올, 및 에탄올 중 어느 하나를 포함하는 배터리 모듈.
The method of claim 2, wherein the fluid,
A battery module containing any one of water, ammonia, acetone, methanol, and ethanol.
상기 전극 리드들이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀을 구비하며,
상기 중공은 상기 관통 홀들 사이에 배치되는 배터리 모듈.
The method of claim 1, wherein the bus bar,
It has a plurality of through holes into which the electrode leads are inserted and disposed,
The hollow is a battery module disposed between the through holes.
상기 다수의 관통 홀이 배치되는 제1 영역의 두께보다 상기 중공이 배치되는 제2 영역의 두께가 더 두껍게 형성되는 배터리 모듈.
The method of claim 4, wherein the bus bar,
The battery module in which the thickness of the second area in which the hollow is disposed is thicker than the thickness of the first area in which the plurality of through holes are disposed.
상기 제2 영역의 두께는 상기 제1 영역의 두께와 상기 중공의 두께를 합한 두께와 동일하게 형성되는 배터리 모듈.
The method of claim 5,
The thickness of the second area is formed equal to the sum of the thickness of the first area and the thickness of the hollow.
상기 전극 리드들이 결합되는 흡열부; 및
상기 흡열부에서 절곡되어 연장되며 상기 냉각 플레이트에 인접하게 배치되는 방열부;
를 포함하는 배터리 모듈.
The method of claim 1, wherein the bus bar,
A heat absorbing part to which the electrode leads are coupled; And
A radiating part bent and extended from the heat absorbing part and disposed adjacent to the cooling plate;
Battery module comprising a.
상기 방열부와 상기 냉각 플레이트 사이에 개재되는 열전달물질을 더 포함하는 배터리 모듈.
The method of claim 7,
Battery module further comprising a heat transfer material interposed between the heat dissipation part and the cooling plate.
상기 냉각 플레이트는
상기 배터리 셀 적층체의 일측에 배치되는 제1 플레이트와, 상기 배터리 셀 적층체의 타측에 배치되는 제2 플레이트를 포함하고,
상기 버스바는, 상기 제1 플레이트와 인접하게 배치되는 제1 방열부와, 상기 제2 플레이트에 인접하게 배치되는 제2 방열부를 포함하는 배터리 모듈.
The method of claim 7,
The cooling plate is
A first plate disposed on one side of the battery cell stack, and a second plate disposed on the other side of the battery cell stack,
The bus bar includes a first heat radiating part disposed adjacent to the first plate, and a second radiating part disposed adjacent to the second plate.
상기 냉각 플레이트의 외부면에 결합되는 냉각 장치를 더 포함하는 배터리 모듈.
The method of claim 1,
Battery module further comprising a cooling device coupled to the outer surface of the cooling plate.
밀폐된 공간으로 형성되는 배터리 모듈.The method of claim 1, wherein the hollow,
Battery module formed into an enclosed space.
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