KR20210042710A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20210042710A
KR20210042710A KR1020190125604A KR20190125604A KR20210042710A KR 20210042710 A KR20210042710 A KR 20210042710A KR 1020190125604 A KR1020190125604 A KR 1020190125604A KR 20190125604 A KR20190125604 A KR 20190125604A KR 20210042710 A KR20210042710 A KR 20210042710A
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cover plate
conductive member
bus bar
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KR1020190125604A
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전해룡
주승훈
황동하
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 복수개의 배터리 셀을 적층한 셀 조립체; 상기 복수개의 배터리 셀을 상호 전기적으로 연결하기 위해 배터리 셀의 전극 탭에 각각 연결된 버스바를 구비하는 버스바 조립체; 상기 버스바의 적어도 일부와 접촉하도록 설치된 열전도성 부재; 및 상기 버스바 조립체를 보호하도록 상기 버스바 조립체의 외측에 설치되는 커버 플레이트; 를 포함하며, 상기 열전도성 부재는 일측이 상기 버스바에 접촉하고 타측이 상기 커버 플레이트에 접촉하도록 구성될 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 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, 배터리에서 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.
이러한 문제점 해결을 위하여 모듈 하우징에 냉각유로의 형성 등을 통하여 배터리 모듈을 방열시키는 구조가 적용되고 있다.
한편, 배터리 셀의 전극 탭 및 버스바 부분에도 발열이 상당히 발생하지만, 종래의 배터리 모듈의 경우 하우징의 커버 플레이트와 버스바 사이에 공간을 형성하여 방열을 수행하여 왔지만, 충분한 방열이 이루어지지 않고 이로 인해 고장 모드 시 전극 탭 부분이 국부적으로 100℃ 이상으로 온도가 상승되어 배터리 셀의 PET 융착부가 용융되고 이에 따라 배터리 셀 내부의 밀폐 기능을 상실하고 전해액이 누수된다는 문제점이 있다.
또한, 전극 탭 부분 및 버스바의 과열로 인하여 주변 사출물의 변형이 초래되고 전자기 부품의 고장의 원인이 된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 일 측면으로서 배터리 셀의 전극 탭 부분 및/또는 버스바의 냉각 성능을 높일 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 배터리 모듈 전체의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 일 측면으로서 구조적 강성이 우수한 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 복수개의 배터리 셀을 적층한 셀 조립체; 상기 복수개의 배터리 셀을 상호 전기적으로 연결하기 위해 배터리 셀의 전극 탭에 각각 연결된 버스바를 구비하는 버스바 조립체; 상기 버스바의 적어도 일부와 접촉하도록 설치된 열전도성 부재; 및 상기 버스바 조립체를 보호하도록 상기 버스바 조립체의 외측에 설치되는 커버 플레이트; 를 포함하며, 상기 열전도성 부재는 일측이 상기 버스바에 접촉하고 타측이 상기 커버 플레이트에 접촉하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열전도성 부재는 상기 버스바에 부착되며, 상기 커버 플레이트의 적어도 일부분과 밀착하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열전도성 부재는 열전도성의 패드, 접착제, 수지, 테이프 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열전도성 부재는 상기 버스바에 고정된 상기 배터리 셀의 상기 전극 탭을 덮도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열전도성 부재는 상기 전극 탭의 단부가 상기 열전도성 부재의 내부에 위치하도록 하는 두께를 가질 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 커버 플레이트는 플레이트 몸체와, 상기 플레이트 몸체로부터 함몰 형성되어 상기 열전도성 부재와 접촉하는 접촉부를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열전도성 부재는 상기 버스바에 대응하는 형상을 가지며, 상기 접촉부는 상기 열전도성 부재에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 커버 플레이트는 상기 접촉부로부터 외측으로 돌출되도록 연장되는 돌출부를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 돌출부는 상기 열전도성 부재가 위치하지 않는 영역에 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 커버 플레이트는 지그재그형 단면 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 커버 플레이트는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 커버 플레이트의 표면 중 적어도 일부분은 절연층을 갖도록 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 상기 셀 조립체를 수용하도록 내부 공간이 형성되는 모듈 하우징;을 추가로 포함하며, 상기 모듈 하우징은 하우징 몸체와, 상기 하우징 몸체의 개방된 양단을 폐쇄하도록 상기 하우징 몸체에 결합되는 상기 커버 플레이트를 구비하고, 상기 커버 플레이트는 상기 하우징 몸체에 결합 시 상기 하우징 몸체의 테두리에 의해 지지되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀의 전극 탭 부분 및/또는 버스바의 냉각 성능을 높일 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 모듈 전체의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 구조적 강성이 우수하다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 I-I'선에 따른 횡단면도.
도 4는 도 3의 "A" 부분의 확대도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈에 구비되는 버스바의 구조를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 비교예에 의한 배터리 모듈에 대하여 450A의 전류를 가하여 방열 성능을 테스트 한 것으로서, (a)는 비교예에 의한 버스바 부분의 온도분포도 , (b)는 (a)와 동일한 시간에서 본 발명의 일 실시예에 의한 버스바 부분의 온도분포도, (c)는 시간의 경과에 따른 온도변화를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 비교예에 의한 배터리 모듈에 대하여 400A의 전류를 가하여 방열 성능을 테스트 한 것으로서, (a)는 비교예에 의한 버스바 부분의 온도분포도 , (b)는 (a)와 동일한 시간에서 본 발명의 일 실시예에 의한 커버 플레이트 및 버스바 부분의 온도분포도, (c)는 시간의 경과에 따른 온도변화를 도시한 그래프.
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.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈(100)의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 I-I'선에 따른 횡단면도이고, 도 4는 도 3의 "A" 부분의 확대도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)에 구비되는 버스바(131)의 구조를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은 셀 조립체(110), 버스바 조립체(130), 열전도성 부재(140) 및 커버 플레이트(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
셀 조립체(110)는 도 2 내지 도 4에 도시된 배터리 셀(120)을 복수개 적층하여 형성된다. 본 실시예에서 배터리 셀(120)은 상하로 세워져 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층되는 것으로 도시되어 있지만, 필요에 따라 좌우로 눕혀져 상하 방향으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.
각각의 배터리 셀(120)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 전극 탭(121)이 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다.
배터리 셀(120)은 파우치(pouch)(도면부호 미부여) 내에 전극 조립체(미도시)와 전해액이 수용된 형태로 구성될 수 있다. 전극 조립체는 다수의 전극판 및 전극 탭(121)을 구비하며 파우치 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 상하로 세워져 좌우 방향으로 적층될 수 있다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극 탭(121)이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하도록 버스바(131)에 연결될 수 있다.
그리고, 도 4를 참조하면, 전극 탭(121)은 전극조립체에서 전극 탭(121)이 돌출된 측면 외곽을 따라 파우치가 접합되어 형성된 테라스부(122)와, 상기 테라스부(122) 중에서 전극 탭(121)이 인출되는 위치에서 파우치의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보할 수 있는 절연부(123)와, 상기 절연부(123)에서 인출되고 적어도 일부가 후술하는 버스바(131)의 단자 결합홀(133)에 삽입되는 전극 단자(124)를 포함할 수 있다.
또한, 절연부(123) 또는 전극 단자(124)에는 굴곡을 갖는 벤딩부가 형성될 수 있다. 이러한 벤딩부는 용접을 통해 전극 탭(121)이 버스바(131)와 결합한 상태에서 외부 진동 또는 충격이 발생한 경우에 충격을 흡수하여 전극 탭(121)과 버스바(131) 간의 결합 상태의 손상 또는 전극 탭(121) 자체의 손상을 최소화할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 전극 탭(121)은 양극 전극 탭(121a)과 음극 전극 탭(121b)이 두 개씩 번갈아 적층되는 형태를 도시하고 있으나, 양극 전극 탭(121a)과 음극 전극 탭(121b)의 배치구조는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 양극 전극 탭(121a)과 음극 전극 탭(121b)이 한 개씩 번갈아 적층되는 형태를 가질 수도 있고, 배터리 셀(120)의 일측과 타측에 각각 양극 전극 탭(121a)과 음극 전극 탭(121b)을 별도로 설치하는 것도 가능하다.
배터리 셀(120)은 후술되는 모듈 하우징(150)의 내부에 수직으로 세워져서 좌우 방향으로 적층 배치될 수 있다. 그리고, 모듈 하우징(150)의 상측과 하측 중 적어도 일 측에는 배터리 셀(120)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열 구조(냉각유로)가 적용될 수 있다.
또한, 적층 배치되는 배터리 셀(120) 사이에는 적어도 하나의 완충 패드(115)가 배치될 수 있다. 이러한 완충 패드(115)는 특정 배터리 셀(120)이 팽창하는 경우 압축되며 탄성 변형될 수 있으므로, 셀 조립체(110)의 전체의 부피가 팽창하는 것을 억제할 수 있다. 이를 위해 완충 패드(115)는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 버스바 조립체(130)는 복수개의 배터리 셀(120)을 상호 전기적으로 연결하기 위해 배터리 셀(120)의 전극 탭(121)에 각각 연결된 버스바(131)와, 버스바(131)를 지지하기 위한 지지 플레이트(135)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 버스바(131)는 전극 탭(121)의 전극 단자(124)가 삽입되는 단자결합홀(133)이 형성될 수 있으며, 전극 단자(124)는 단자결합홀(133)에 삽입된 상태에서 용접되어 고정된다.
그리고, 버스바(131)는 배터리 셀(120)의 전극 탭(121)과 연결되며, 외부와의 연결을 위한 접속단자(132)를 구비한다. 따라서, 배터리 셀(120)은 버스바(131)를 통해 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
버스바(131)의 접속단자(132)는 후술하는 커버 플레이트(160)에 형성된 관통공(165)을 통해 외부로 노출된다. 따라서, 커버 플레이트(160)의 관통공(165)은 접속단자(132)의 크기와 형상에 대응하도록 형성된다.
또한, 커버 플레이트(160)는 버스바 조립체(130)를 보호하도록 버스바 조립체(130)의 외측에 설치된다.
이러한 커버 플레이트(160)는 모듈 하우징(150)의 일부를 구성하게 된다. 즉, 모듈 하우징(150)은 셀 조립체(110)를 수용하도록 내부 공간이 형성되도록 구성되며, 하우징 몸체(151)와 커버 플레이트(160)를 포함하여 구성된다.
이때, 커버 플레이트(160)는 하우징 몸체(151)의 개방된 양단을 폐쇄하도록 하우징 몸체(151)에 결합될 수 있다.
도 1을 참조하면, 하우징 몸체(151)는 하부면과 좌우측면을 갖는 U자형 몸체에 상면을 덮는 분할 구조를 갖거나 상부면과 좌우측면을 갖는 U자형 몸체에 하면을 덮도록 구성된 분할 구조를 가질 수 있으나, 상하좌우면이 일체로 형성된 일체형 구조를 갖는 것도 가능하다.
그리고, 커버 플레이트(160)는 전후 방향의 강성 확보를 위하여 하우징 몸체(151)에 결합 시 하우징 몸체(151)의 테두리에 의해 지지되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 하우징 몸체(151)의 테두리에 형성된 단턱부(152)가 커버 플레이트(160)의 테두리 부분을 지지하도록 구성될 수 있다.
또한, 열전도성 부재(140)는 버스바(131)의 방열을 위하여 버스바(131)의 적어도 일부분과 접촉하도록 구성될 수 있다. 즉, 열전도성 부재(140)는 버스바(131)에 대응하는 형상을 가져 버스바(131) 전체를 덮거나 상당 부분을 덮도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 열전도성 부재(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 버스바(131) 각각에 대응하도록 분할된 형태를 가질 수 있다.
이러한 열전도성 부재(140)는 열전도율이 높은 열전도성 소재로 이루어질 수 있으며, 패드, 접착제, 수지, 테이프 중 적어도 하나를 포함하여 구성되어 버스바(131)에 부착되거나 도포될 수 있다. 또한, 열전도성 부재(140)는 0.1mm 내지 2.0mm의 두께로 형성될 수 있다.
이때, 열전도성 부재(140)는 버스바(131)의 열을 커버 플레이트(160)에 전달하여 전도에 의한 열전달이 일어날 수 있도록 일측이 버스바(131)에 접촉하고 타측이 커버 플레이트(160)에 접촉하도록 구성될 수 있다. 열전도성 부재(140)는 버스바(131)와 접촉하도록 버스바(131)에 부착될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
즉, 열전도성 부재(140)는 버스바(131)와 커버 플레이트(160) 사이의 공간을 채우도록 구성되어 버스바(131)와 커버 플레이트(160) 사이에 전도에 의한 열전달이 이루어지도록 한다. 따라서, 자체 저항값에 의해 발열이 이루어지는 버스바(131)에서 발생한 열은 열전도성 부재(140)를 통해 커버 플레이트(160)로 전달되어 방출될 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 열전도성 부재(140)는 버스바(131)에 고정된 배터리 셀(120)의 전극 탭(121)을 덮도록 구성될 수 있다. 이를 통하여 전극 탭(121)에서 발생한 열은 열전도성 부재(140)를 통해 커버 플레이트(160)에 전달됨으로써, 전극 탭(121)의 방열이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 전극 탭(121)의 단부가 열전도성 부재(140)의 외부로 노출되지 않도록 열전도성 부재(140)는 전극 탭(121)의 단부가 열전도성 부재(140)의 내부에 위치하도록 하는 두께를 가질 수 있다.
그리고, 커버 플레이트(160)는 플레이트 몸체(161)와, 상기 플레이트 몸체(161)로부터 함몰 형성되어 열전도성 부재(140)와 접촉하는 접촉부(162)를 구비할 수 있다. 따라서, 커버 플레이트(160)가 하우징 몸체(151)에 결합되는 경우 열전도성 부재(140)는 커버 플레이트(160)의 적어도 일부분, 예를 들어 접촉부(162)와 밀착할 수 있다. 또한, 커버 플레이트(160)는 접촉부(162)로부터 외측으로 돌출되도록 연장되는 돌출부(163)를 구비할 수 있다. 이러한 접촉부(162)와 돌출부(163)는 지그재그형 단면 구조를 형성할 수 있다.
즉, 커버 플레이트(160)는 열전도성 부재(140)와 대응하는 부분에는 접촉부(162)가 형성되고 열전도성 부재(140)가 위치하지 않는 영역에는 돌출부(163)가 구비될 수 있다. 그리고, 이웃하는 돌출부(163) 사이에는 공기가 유동하는 공간부(164)가 형성될 수 있다.
따라서, 커버 플레이트(160)로 전달된 열은 접촉부(162)와 돌출부(163)에 의해 넓은 면적을 통해 방열이 이루어질 수 있으므로 방열 효율(냉각 성능)이 향상될 수 있다.
또한, 커버 플레이트(160)에 형성된 돌출부(163)는 접촉부(162)에서 돌출되는 형상을 가지므로 커버 플레이트(160)의 강성을 보완할 수 있게 된다.
그리고, 커버 플레이트(160)의 추가 강성 확보를 위하여 커버 플레이트(160)에는 추가적인 강성 보강 구조(비드)가 설치될 수도 있다. 커버 플레이트(160)의 형상은 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예에 한정되지 않고 열전도성 부재(140)와 커버 플레이트(160)가 적어도 부분적으로 접촉하여 전도에 의한 열전달이 이루어질 수 있다면 다양한 변경이 가능하다.
그리고, 커버 플레이트(160)는 방열 성능 향상을 위해 열전도율이 높은 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 알루미늄이 사용될 수 있다.
또한, 커버 플레이트(160)는 금속재질로 형성되므로 절연성 확보를 위해 커버 플레이트(160)의 표면 중 적어도 일부분이 절연층을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 절연층은 예를 들어 커버 플레이트(160)의 내측면을 포함하는 표면에 형성될 수 있다. 또한, 절연층은 아노다이징 또는 절연성 도료에 의해 도포되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 1 및 도 2에서는 열전도성 부재(140)가 각각 버스바(131)와 커버 플레이트(160)에 접촉하도록 한 구성이 일측의 커버 플레이트(160a)에만 적용한 것으로 도시되어 있지만, 일측의 커버 플레이트(160a)와 타측의 커버 플레이트(160b) 모두에 열전도성 부재(140)가 적용되는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은 버스바(131) 및/또는 전극 탭(121)에서 발생한 열을 열전도성 부재(140)를 거쳐 전도에 의해 커버 플레이트(160)로 전달하여 방열(냉각)이 이루어지므로 버스바(131) 및/또는 전극 탭(121)의 방열 효율이 극히 우수하게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은, 전극 탭(121) 및/또는 버스바(131)의 온도 상승을 효과적으로 제어할 수 있으므로, 배터리 셀(120)의 PET 융착부가 용융되고 이에 따라 배터리 셀(120) 내부의 밀폐 기능을 상실하고 전해액이 누수된다는 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은, 전극 탭(121) 및/또는 버스바(131)의 방열 성능 향상을 통해 배터리 모듈(100)의 전체적인 방열 성능 향상에도 기여할 수 있으므로 배터리 모듈(100)의 전체적인 냉각 성능 향상에도 기여할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 비교예에 의한 배터리 모듈에 대하여 450A의 전류를 가하여 방열 성능을 테스트 한 것으로서, (a)는 비교예에 의한 버스바(131) 부분의 온도분포도 , (b)는 (a)와 동일한 시간에서 본 발명의 일 실시예에 의한 버스바(131) 부분의 온도분포도, (c)는 시간의 경과에 따른 온도변화를 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예와 비교예에 의한 배터리 모듈에 대하여 400A의 전류를 가하여 방열 성능을 테스트 한 것으로서, (a)는 비교예에 의한 버스바(131) 부분의 온도분포도 , (b)는 (a)와 동일한 시간에서 본 발명의 일 실시예에 의한 커버 플레이트(160) 및 버스바(131) 부분의 온도분포도, (c)는 시간의 경과에 따른 온도변화를 도시한 그래프이다.
도 6과 도 7의 방열 성능 테스트는 도 5의 형상을 갖는 버스바(131)를 구비하는 배터리 모듈에 대해 수행한 것으로서, 비교예는 버스바와 커버 플레이트 사이에 공간을 형성하여 공랭하는 종래기술에 의한 것이고, 실시예는 열전도성 부재(140)가 도 1 내지 도 4에 도시된 형태를 갖는 커버 플레이트(160)와 도 5의 형상을 갖는 버스바(131)와 각각 접촉하도록 구성된 상태에서 수행한 것이다.
또한, 도 6은 450A의 과전류가 인가된 상태에서, 도 7은 400A의 전류가 인가된 상태에서 비교예와 실시예에 대해 기준 위험온도 100℃에 도달하는 시간을 측정하여TEk.
450A의 과전류가 인가된 경우, 도 6의 (a)와 (c)를 참조하면, 비교예는 대략 35초 경과한 시점에서 버스바 내측(internal)(도 5의 131b)의 온도가 대략 100℃에 도달하였고 이때 버스바 터미널부(terminal)(도 5의 131a)의 온도는 98.1℃였다. 도 6의 (b)와 (c)를 참조하면, 같은 시각(35초 경과)에 실시예의 경우 버스바 터미널부(terminal)(도 5의 131a)의 온도는 84.5℃로서 비교예보다 안정적이었으며, 비교예보다 훨씬 긴 71초 경과 후에 위험온도 100℃에 도달하여 충분한 방열 효과를 확인할 수 있었다.
400A의 전류가 인가된 경우, 도 7의 (a)와 (c)를 참조하면, 비교예는 대략 48초 경과한 시점에서 버스바 내측(internal)(도 5의 131b)의 온도가 대략 100℃에 도달하였고 이때 버스바 터미널부(terminal)(도 5의 131a)의 온도는 95.8℃였다. 도 6의 (b)와 (c)를 참조하면, 같은 시각(48초 경과)에 실시예의 경우 버스바 터미널부(terminal)(도 5의 131a)의 온도는 81.4℃로서 비교예보다 안정적이었으며, 비교예보다 훨씬 긴 133초 경과 후에 위험온도 100℃에 도달하여 충분한 방열 효과를 확인할 수 있었다.
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. 또한, 각 실시예는 서로 조합되어 실시될 수 있다.
100... 배터리 모듈 110... 셀 조립체
115... 탄성부재 120... 배터리 셀
121... 전극 탭 122... 테라스부
123... 벤딩부 124... 전극 단자
130... 버스바 조립체 131... 버스바
132... 접속단자 133... 단자 결합홀
131a... 터미널부(terminal) 131b... 중심부(internal)
135... 지지 플레이트 140... 열전도부
150... 모듈 하우징 151... 하우징 몸체
152... 단턱부 160... 커버 플레이트
161... 플레이트 몸체 162... 접촉부
163... 돌출부 164... 개구부
165... 관통공

Claims (13)

  1. 복수개의 배터리 셀을 적층한 셀 조립체;
    상기 복수개의 배터리 셀을 상호 전기적으로 연결하기 위해 배터리 셀의 전극 탭에 각각 연결된 버스바를 구비하는 버스바 조립체;
    상기 버스바의 적어도 일부와 접촉하도록 설치된 열전도성 부재; 및
    상기 버스바 조립체를 보호하도록 상기 버스바 조립체의 외측에 설치되는 커버 플레이트;
    를 포함하며,
    상기 열전도성 부재는 일측이 상기 버스바에 접촉하고 타측이 상기 커버 플레이트에 접촉하도록 구성된 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 부재는 상기 버스바에 부착되며, 상기 커버 플레이트의 적어도 일부분과 밀착하도록 구성된 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 부재는 열전도성의 패드, 접착제, 수지, 테이프 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 부재는 상기 버스바에 고정된 상기 배터리 셀의 상기 전극 탭을 덮도록 구성되는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열전도성 부재는 상기 전극 탭의 단부가 상기 열전도성 부재의 내부에 위치하도록 하는 두께를 갖는 배터리 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 플레이트 몸체와, 상기 플레이트 몸체로부터 함몰 형성되어 상기 열전도성 부재와 접촉하는 접촉부를 구비하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전도성 부재는 상기 버스바에 대응하는 형상을 가지며,
    상기 접촉부는 상기 열전도성 부재에 대응하는 형상을 갖는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 상기 접촉부로부터 외측으로 돌출되도록 연장되는 돌출부를 구비하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 열전도성 부재가 위치하지 않는 영역에 형성되는 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 지그재그형 단면 구조를 갖는 배터리 모듈.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 금속 재질로 이루어지는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 커버 플레이트의 표면 중 적어도 일부분은 절연층을 갖도록 구성된 배터리 모듈.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 셀 조립체를 수용하도록 내부 공간이 형성되는 모듈 하우징;
    을 추가로 포함하며,
    상기 모듈 하우징은 하우징 몸체와, 상기 하우징 몸체의 개방된 양단을 폐쇄하도록 상기 하우징 몸체에 결합되는 상기 커버 플레이트를 구비하고,
    상기 커버 플레이트는 상기 하우징 몸체에 결합 시 상기 하우징 몸체의 테두리에 의해 지지되도록 구성되는 배터리 모듈.
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WO2023033504A1 (ko) * 2021-09-02 2023-03-09 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20230106219A (ko) 2022-01-06 2023-07-13 주식회사 엘지에너지솔루션 차량용 배터리모듈 및 이의 제조 방법

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