KR20210077415A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20210077415A
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이석환
전해룡
주승훈
최영선
마명환
손솔산
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 일측이 개방된 단면 형상을 갖는 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 합형되어 내부공간을 형성하는 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트를 연결하도록 상기 내부공간을 가로질러 배치되는 격벽 부재를 구비하는 모듈 하우징; 및 상기 모듈 하우징의 내부공간에 배치되며, 복수 개의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체를 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 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. 그러나, 종래기술에 의한 배터리 모듈은 충분한 냉각성능을 달성할 수 없다는 문제점이 있다.
그리고, 배터리 모듈은 크러쉬(Crush), 크래쉬(Crash), 진동(Vibration), 충격(Shock) 등 기계적인 외부 요인으로 인해 손상을 받을 경우 파손되거나 배터리 폭발 등의 사고가 발생할 수 있다. 그러나, 종래기술에 의한 배터리 모듈은 구조를 유지하기 위한 강성이 부족하여 구조적 안정성이 취약하다는 문제점이 있다.
본 발명은 일 측면으로서 구조적 안정성(강성)이 증대된 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 냉각성능이 향상된 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 일측이 개방된 단면 형상을 갖는 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 합형되어 내부공간을 형성하는 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트를 연결하도록 상기 내부공간을 가로질러 배치되는 격벽 부재를 구비하는 모듈 하우징; 및 상기 모듈 하우징의 내부공간에 배치되며, 복수 개의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 플레이트는 상기 배터리 셀의 하부를 지지하는 하부 플레이트와, 상기 배터리 셀의 측면을 지지하도록 상기 하부 플레이트의 양측에서 연장된 측면 플레이트를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징은 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트에 의해 형성되는 내부공간의 전면과 후면을 덮는 커버 플레이트를 추가로 구비하며, 상기 격벽 부재는 상기 커버 플레이트에 추가로 고정될 수 있다.
또한, 상기 격벽 부재는 상기 제1 플레이트와 일체로 형성되며 상기 제2 플레이트와 고정될 수 있다. 그리고, 상기 격벽 부재는 상기 제2 플레이트와 일체로 형성되며 상기 제1 플레이트와 고정될 수도 있다. 이와는 달리, 상기 격벽 부재는 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트와 별도로 구비되어 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트와 각각 고정될 수도 있다.
상기 모듈 하우징은 상기 격벽 부재를 복수 개 구비하며, 복수 개의 상기 격벽 부재는 이격되어 배치될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은 상기 모듈 하우징을 냉각시키도록 상기 제2 플레이트의 상면에 배치되는 상측 냉각부재;를 추가로 포함하고, 상기 제2 플레이트는 양단에 상측으로 돌출된 상면 돌출부를 구비하며, 상기 상면 돌출부가 상기 제2 플레이트의 상면으로부터 돌출된 높이는 상기 상측 냉각부재가 상기 제2 플레이트의 상면으로부터 돌출된 높이 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은 상기 모듈 하우징을 냉각시키도록 상기 하부 플레이트의 하면에 배치되는 하측 냉각부재;를 추가로 포함하고, 상기 하부 플레이트는 양단에 하측으로 돌출된 하면 돌출부를 구비하며, 상기 하면 돌출부가 상기 하부 플레이트의 하면으로부터 돌출된 높이는 상기 하측 냉각부재가 상기 하부 플레이트의 하면으로부터 돌출된 높이 이상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 측면 플레이트와 제2 플레이트가 용접되는 접합부의 둘레 중 적어도 일부에는 상기 접합부의 높이 방향으로 돌출된 측면 돌출부가 형성될 수 있다.
이때, 상기 측면 돌출부는 상기 제2 플레이트의 측면과 상기 측면 플레이트의 측면에 각각 형성될 수 있다. 또한, 상기 측면 돌출부의 높이는 상기 접합부의 높이 이상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 측면 플레이트는 상기 측면 플레이트와 제2 플레이트가 용접되는 접합부의 하부 측면에 측면 돌출부를 구비하며, 상기 측면 돌출부의 하부에 위치하는 상기 측면 플레이트 부분의 두께는 상기 측면 돌출부의 두께보다 얇게 형성될 수 있다.
또한, 상기 측면 플레이트는 상기 제2 플레이트와 연결되는 부분에 내측 방향으로 단차가 형성된 단턱부를 구비하며, 상기 단턱부는 상기 제2 플레이트의 하면에 함몰 형성된 단턱수용부에 수용될 수 있다.
이때, 상기 단턱부와 단턱수용부 사이에는 밀봉부재가 설치될 수 있다.
그리고, 상기 제2 플레이트는 상기 단턱수용부의 외측에서 돌출되어 상기 단턱부의 측면에 대응하는 연장부를 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 상기 배터리 셀로부터 상기 모듈 하우징으로의 방열을 위하여 상기 배터리 셀과 상기 모듈 하우징을 연결하는 열전달 부재;를 추가로 포함할 수 있다.
상기 열전달부재는, 상기 배터리 셀의 상면과 상기 제2 플레이트의 하면 사이, 그리고 상기 배터리 셀의 하면과 상기 하부 플레이트의 상면 사이에 위치하여, 상기 배터리 셀의 상면과 하면이 상기 모듈 하우징에 연결되도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 배터리 셀은, 내부에 전극 조립체를 수용하는 수용부와 상기 수용부를 밀봉하는 실링부를 갖는 파우치를 포함하여 구성되며, 상기 열전달 부재는 상기 실링부가 위치하지 않은 영역에서 상기 배터리 셀의 상면과 하면이 상기 모듈 하우징에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 모듈 하우징 내부에 구비되는 격벽 부재를 통해 배터리 모듈의 구조적 안정성(강성)을 향상시킬 수 있다는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 모듈 하우징의 상부 및/또는 하부에 부착되는 냉각부재의 손상을 감소시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 모듈 하우징의 접합부에 외부 충격이 직접적으로 가해져 발생하는 손상을 최소화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은, 스웰링(swelling) 보완 구조를 통해 모듈 하우징의 접합부에 응력이 집중되어 접합부가 파단되는 현상을 감소시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀을 모듈 하우징과 일체화하여 고정함으로써 구조적 강성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 방열 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀의 냉각 성능을 향상시키고, 이로 인해 배터리 모듈의 전체적인 냉각 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있게 된다.
그리고, 본 발명은 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀에서 발생하는 열을 배터리 셀의 상하부에 위치하는 제1 플레이트와 제2 플레이트를 거쳐 냉각부재를 통해 방출함으로써 냉각 효율을 증대시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 특히, 격벽부재를 구비하는 실시예의 경우 모듈 내부의 열이 격벽부재를 통해서도 방출될 수 있으므로 열전달 통로가 확장되고 모듈의 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈은 배터리 셀의 상부 및/또는 하부에 도포되는 열전도성 부재의 사용량을 절감할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 3은 배터리 셀의 일 예를 도시한 사시도.
도 4는 도 1의 I-I' 선에 따른 개략적인 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 "A" 부분의 부분 확대도.
도 6은 도 4에 도시된 "B" 부분의 부분 확대도.
도 7은 도 5에 도시된 "C" 부분의 부분 확대도.
도 8 내지 도 10은 모듈 하우징을 구성하는 제1 플레이트, 제2 플레이트, 격벽 부재의 구조에 관한 다양한 변형예를 도시한 개략적인 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.
또한, 본 명세서에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 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)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈(100)의 분해 사시도로서 냉각부재(190)를 추가로 도시하고 있고, 도 3은 배터리 셀(120)의 일 예를 도시한 사시도이며, 도 4는 도 1의 I-I' 선에 따른 개략적인 단면도이다. 또한, 도 5는 도 4에 도시된 "A" 부분의 부분 확대도이고, 도 6은 도 4에 도시된 "B" 부분의 부분 확대도이고, 도 7은 도 5에 도시된 "C" 부분의 부분 확대도이며, 도 8 내지 도 10은 모듈 하우징(150)을 구성하는 제1 플레이트(160), 제2 플레이트(170), 격벽 부재(155)의 구조에 관한 다양한 변형예를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은 배터리 셀 적층체(110), 모듈 하우징(150) 및 냉각부재(190)를 포함하여 구성될 수 있으며, 추가적으로 열전달 부재(TA1, TA2)를 포함할 수 있다.
[배터리 셀 적층체(110)]
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 적층체(110)는 도 3에 일 예로 도시된 배터리 셀(120)이 다수 개 적층되어 구성된다. 본 실시예에서 배터리 셀(120)은 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층된다. 그러나 필요에 따라 배터리 셀(120)을 상하 방향으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.
각각의 배터리 셀(120)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 전극 리드(125)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다.
배터리 셀(120)은 파우치(121) 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 형태로 구성될 수 있다. 전극 조립체(미도시)는 다수의 전극판 및 전극 탭을 구비하며 파우치(121) 내에 수납된다. 여기서, 전극판은 양극판과 음극판으로 구성되며, 전극 조립체는 양극판과 음극판의 넓은 면이 서로 마주보도록 한 상태에서 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 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 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층된다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극 탭이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 전극 리드(125)에 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 배터리 셀(120)의 경우 2개의 전극 리드(125)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 동일한 방향을 향하되 서로 높이를 달리 하여 배치되는 것도 가능하다.
그리고, 파우치(121)는 용기 형태로 형성되어 전극 조립체 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 이때, 전극 조립체의 전극 리드(125)는 일부가 파우치(121)의 외부로 노출될 수 있다.
파우치(121)는 수용부(122)와 실링부(123)로 구분될 수 있다. 수용부(122)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공한다. 수용부(122)의 내부 공간에는 전극 조립체 및 전해액이 수용된다.
실링부(123)는 파우치(121)의 일부가 접합되어 수용부(122)의 둘레를 밀봉하는 부분이다. 따라서 실링부(123)는 용기 형태로 형성되는 수용부(122)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 수용부(122)의 외곽을 따라 배치된다. 실링부(123) 형성을 위한 파우치(121)의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시예에서 실링부(123)는 전극 리드(125)가 배치되는 제1 실링부(123a)와, 전극 리드(125)가 배치되지 않는 제2 실링부(123b)로 구분될 수 있다.
본 실시예에서 파우치(121)는 한 장의 외장재를 포밍(forming)하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 한 장의 외장재에 하나 또는 두 개의 수납부를 포밍하여 형성한 후, 수납부들이 하나의 공간{즉 수용부(122)}을 형성하도록 외장재를 접어 파우치(121)를 완성할 수 있다.
본 실시예에서 수용부(122)는 사각 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 수용부(122)의 외곽에는 외장재가 접합되어 형성되는 실링부(123)가 구비된다. 그러나 상기한 바와 같이, 외장재가 접히는 면에는 실링부(123)를 형성할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에서 실링부(123)는 수용부(122)의 외곽에 형성되되, 수용부(122)의 세 면에만 구비되며, 수용부(122)의 외곽 중 어느 한 면(도 3에서 하부면)에는 실링부(123)가 배치되지 않을 수 있다.
본 실시예에서 전극 리드(125)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되므로, 2개의 전극 리드(125)는 서로 다른 변에 형성된 실링부(123)에 배치된다. 따라서, 본 실시예의 실링부(123)는 전극 리드(125)가 배치되는 2개의 제1 실링부(123a), 그리고 전극 리드(125)가 배치되지 않는 1개의 제2 실링부(123b)로 구성된다. 도 3에서는 제2 실링부(123b)가 파우치(121)의 상면에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 제2 실링부(123b)는 파우치(121)의 하면에 형성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 사용되는 파우치(121)는 도 3에 도시된 바와 같이 한 장의 외장재를 접어 3면에 실링부(123)가 형성되는 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 2장의 외장재를 겹쳐 수용부(122)를 형성하고, 수용부(122) 둘레의 4면 모두에 실링부(123)가 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 실링부(123)는 전극 리드(125)가 배치되는 2개의 제1 실링부(123a), 그리고 전극 리드(125)가 배치되지 않는 2개의 제2 실링부(123b)로 구성될 수 있다. 이때, 제2 실링부(123b)는 배터리 셀(120)의 상면과 하면에 형성될 수 있다.
또한 본 실시예의 배터리 셀(120)은 실링부(123)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(123)의 면적을 최소화하기 위해, 실링부(123)는 적어도 한 번 접힌 형태로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 실링부(123) 중 전극 리드(125)가 배치되지 않는 제2 실링부(123b)는 2회 접힌 후 접착 부재(124)에 의해 고정될 수 있다. 예를 들어, 제2 실링부(123b)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(123b)의 내부에는 접착 부재(124)가 충진될 수 있으며, 이에 제2 실링부(123b)는 접착 부재(124)에 의해 2회 접힌 형상이 유지될 수 있다. 접착 부재(124)는 열전도도가 높은 접착제로 형성될 수 있다. 예컨대 접착 부재(124)는 에폭시나 실리콘으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(120)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지일 수 있다.
이러한 배터리 셀(120)은 후술하는 모듈 하우징(150)의 내부공간에 배치되며, 복수 개의 배터리 셀(120)이 모듈 하우징(150)의 내부공간에 수직으로 세워져서 좌우 방향으로 적층 배치되어 배터리 셀 적층체(110)를 이루게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 적층 배치되는 배터리 셀(120) 사이에는 적어도 하나의 완충 패드(127)가 배치될 수 있다. 완충 패드(127)는 하나 또는 다수 개가 인접하는 배터리 셀(120)의 수용부(122) 사이에 배치된다. 또한, 완충 패드(127)는 배터리 셀(120)과 모듈 하우징(150)의 측면 사이에 배치될 수도 있다. 이러한 완충 패드(127)는 특정 배터리 셀(120)이 팽창하는 경우 압축되며 탄성 변형될 수 있으므로, 배터리 셀 적층체(110)의 전체의 부피가 팽창하는 것을 억제할 수 있다. 이를 위해 완충 패드(127)는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[모듈 하우징(150)]
모듈 하우징(150)은 배터리 모듈(100)의 외형을 규정하며, 배터리 셀 적층제(110)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀(120)을 보호한다. 동시에 본 실시예의 모듈 하우징(150)은 배터리 모듈(100)의 냉각을 위한 기능도 수행하게 된다.
모듈 하우징(150)은 일측이 개방된 단면 형상, 예를 들어 U형 단면(본 명세서에서, U형 단면은 모서리에 각이 진 형상을 포함하는 것으로 한다)을 갖는 제1 플레이트(160)와, 상기 제1 플레이트(160)와 합형되어 내부공간을 형성하는 제2 플레이트(170)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 모듈 하우징(150)은 제1 플레이트(160)와 제2 플레이트(170)에 의해 형성된 내부공간을 덮도록 모듈 하우징(150)의 전면과 후면에 배치되는 커버 플레이트(180)를 포함할 수 있다.
이러한 모듈 하우징(150)의 내부 공간에는 전술한 배터리 셀 적층체(110)가 배치될 수 있으며, 모듈 하우징(150)을 구성하는 적어도 일면은 배터리 셀(120)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열 플레이트로서 기능할 수 있다.
도 1, 도 2, 도 4 내지 도 10에서는 U형 단면을 갖는 제1 플레이트(160)가 모듈 하우징(150)의 하부에 위치하고 일자형 단면을 갖는 제2 플레이트(170)가 모듈 하우징(150)의 상부에서 제1 플레이트(160)와 결합하도록 위치하는 것으로 도시되어 있지만, U형 단면을 갖는 제1 플레이트(160)가 모듈 하우징(150)의 상부에 위치하고 제2 플레이트(170)가 모듈 하우징(150)의 하부에서 제1 플레이트(160)와 결합하도록 위치하는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 도 1, 도 2, 도 4 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(160)가 모듈 하우징(150)의 하부에 설치되는 구조를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2 및 도 4 등에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(160)는 일측이 개방된 U형 단면을 형성하기 위하여, 배터리 셀(120)의 하부를 지지하는 하부 플레이트(161)와, 배터리 셀(120)의 수용부(122)가 배치된 측면을 지지하는 측면 플레이트(165)를 포함할 수 있다. 그러나, 필요에 따라 측면 플레이트(165)와 하부 플레이트(161)를 독립적인 구성 요소들로 구성한 후 결합/접합하는 것도 가능하다.
측면 플레이트(165)는 하부 플레이트(161)의 양 측에서 연장되어 형성되며, 좌우 방향으로 적층 배치된 배터리 셀 적층체(110)의 측면에 배치되어 배터리 셀(120)의 수용부(122)를 지지한다.
배터리 셀(120)을 견고하게 지지하기 위해, 측면 플레이트(165)는 배터리 셀(120)의 수용부(122)에 직접 접촉하도록 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 측면 플레이트(165)와 배터리 셀(120)의 수용부(122) 사이에 방열 패드나 완충 패드(127) 등을 개재하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
이와 같이 구성되는 제1 플레이트(160)는 금속과 같이 열 전도성이 높은 재질로 구성된다. 예를 들어, 제1 플레이트(160)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 제1 플레이트(160)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
제2 플레이트(170, 또는 상부 플레이트)는 배터리 셀(120)의 상면에 대응하여 배터리 셀(120)의 상부에 배치된다. 또한 제2 플레이트(170)는 제1 플레이트(160)의 측면 플레이트(165) 상단에 결합된다. 따라서 제2 플레이트(170)가 제1 플레이트(160)에 결합되면, 제2 플레이트(170)와 제1 플레이트(160)는 내부가 빈 관형 부재의 형상을 갖는다.
제2 플레이트(170)는 제1 플레이트(160)와 마찬가지로 금속과 같이 열 전도성이 높은 재질로 구성된다. 일 예로서, 제2 플레이트(170)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 제2 플레이트(170)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
그리고, 모듈 하우징(150)은 제1 플레이트(160)와 제2 플레이트(170)를 연결하도록 모듈 하우징(150)에 형성된 내부공간을 가로질러 배치되는 격벽 부재(155)를 구비할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 격벽 부재(155)와 측면 플레이트(165) 사이에는 복수 개의 배터리 셀(120)이 적층될 수 있다.
상기 격벽 부재(155)는 모듈 하우징(150)의 내부에 상하 방향으로 배치되어 상하 방향의 외부적 요인에 저항하게 된다. 이를 통하여 격벽 부재(155)는 모듈 하우징(150)의 전체적인 강성을 증대시키고, 이에 따라 본 실시예에 의하면 크러쉬(Crush), 크래쉬(Crash), 진동(Vibration), 충격(Shock) 등 기계적인 외부 요인으로 인한 배터리 모듈(100)의 손상을 감소시킬 수 있다.
이러한 격벽 부재(155)는 도 2, 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이 일자형 단면을 갖는 제2 플레이트(170)와 일체로 형성되며, U형 단면을 갖는 제1 플레이트(160)의 하부 플레이트(161)와 고정되는 구조를 가질 수 있다. 즉, 제2 플레이트(170)와 격벽 부재(155)는 일체로 구성되어 'T'자형 단면을 가질 수 있다. 격벽 부재(155)와 제1 플레이트(160)의 결합은 볼트(나사) 체결, 용접, 본딩 등 공지의 다양한 방법이 이용될 수 있다.
또한, 격벽 부재(155)는 도 9에 도시된 바와 같이, U형 단면을 갖는 제1 플레이트(160)의 하부 플레이트(161)와 일체로 형성되고, 일자형 단면을 갖는 제2 플레이트(170)와 고정되는 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 플레이트(160)와 격벽 부재(155)는 일체로 구성되어 옆으로 누운 'E'자형 단면을 가질 수 있다. 격벽 부재(155)와 제2 플레이트(170)의 결합은 볼트(나사) 체결, 용접, 본딩 등 공지의 다양한 방법이 이용될 수 있다.
이와는 달리, 격벽 부재(155)는 도 10에 도시된 바와 같이 제1 플레이트(160) 및 제2 플레이트(170)와 별도로 구비되어 제1 플레이트(160) 및 제2 플레이트(170)와 각각 고정되는 구조를 가질 수도 있다. 격벽 부재(155)는 제1 플레이트(160) 및 제2 플레이트(170)와 볼트(나사) 체결, 용접, 본딩 등 공지의 다양한 방법을 통해 결합될 수 있다.
또한, 격벽 부재(155)는 제1 플레이트(160)나 제2 플레이트(170)와 마찬가지로 금속과 같이 열 전도성이 높은 재질로 구성된다. 일 예로서, 격벽 부재(155)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 격벽 부재(155)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
그리고, 격벽 부재(155)는 모듈 하우징(150)의 강성 증가를 위하여 모듈 하우징(150)의 전면과 후면에도 결합될 수 있다. 즉, 격벽 부재(155)는 모듈 하우징(150)의 전면과 후면을 덮는 커버 플레이트(180)에 고정될 수 있다. 격벽 부재(155)와 커버 플레이트(180)의 고정은 볼트(나사) 체결, 용접, 본딩 등 공지의 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 격벽 부재(155)와 커버 플레이트(180)는 나사결합 방식에 의해 결합될 수 있으며, 이 경우 격벽 부재(155)에는 도 4에 도시된 바와 같이 나사 체결을 위한 체결홈(155a)이 형성될 수 있다.
한편, 도 2, 도 4, 도 8 내지 도 10에는 모듈 하우징(150)에 하나의 격벽 부재(155)가 설치되는 것으로 도시되어 있지만, 모듈 하우징(150)에 구비되는 격벽 부재(155)의 개수는 복수 개로 이루어질 수 있다. 즉, 복수 개의 격벽 부재(155)가 서로 이격되어 배치되고 격벽 부재(155)의 사이, 또는 격벽 부재(155)와 측면 플레이트(165) 사이에 다수의 배터리 셀(120)이 적층될 수 있다.
그리고, 제1 플레이트(160)와 제2 플레이트(170)의 결합은 측면 플레이트(165)와 제2 플레이트(170)의 접촉면을 용접(예를 들어 레이저 용접 등)함으로써 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 플레이트(160)의 측면 플레이트(165)와 제2 플레이트(170)는 측면 플레이트(165)와 제2 플레이트(170)의 접촉면을 따라 길게 형성된 접합부(W)에서 용접결합될 수 있다. 이때, 접합부(W)는 용접 결합에 의한 용접 비드에 의해 측면 외측 방향으로 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 이러한 접합부(W)는 외부 충격에 취약하므로, 접합부(W)의 손상을 방지할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 접합부(W)의 손상을 방지하고 접합부(W)를 보호하기 위하여 접합부(W)의 둘레 중 적어도 일부에는 접합부(W)의 높이 방향(도 7의 좌우 방향)으로 돌출된 측면 돌출부(A1, A2)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 측면 플레이트(165)와 제2 플레이트(170)의 접촉면은 측면 돌출부(A1, A2)보다 함몰된 부분, 즉 측면 돌출부(A1, A2) 사이의 함몰부(A3)에 위치할 수 있다.
이때, 측면 돌출부(A1, A2)는 접합부(W)의 상측과 하측에서 접합부(W)를 보호할 수 있도록 제2 플레이트(170)의 측면과 측면 플레이트(165)의 측면에 각각 형성될 수 있다. 측면 돌출부(A1, A2)는 측면 플레이트(165)와 제2 플레이트(170)의 접촉면을 따라 길게 연장될 수 있다. 다만, 측면 돌출부(A1, A2)는 반드시 연속적으로 형성되어야함 하는 것은 아니고, 접합부(W)의 보호가 가능하다면 접합부(W)의 상측과 하측에 단속적으로 형성될 수도 있다.
또한, 접합부(W)가 측면 돌출부(A1, A2)의 외측으로 돌출되지 않도록, 측면 돌출부(A1, A2)의 높이(H3)는 접합부(W)에 의해 형성된 용접비드의 높이(즉, 측면방향으로 돌출된 높이) 이상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 접합부(W)의 높이보다 크게 형성될 수 있다.
그리고, 도 7을 참조하면, 측면 플레이트(165)는 제2 플레이트(170)와 연결되는 상측 부분에 내측 방향으로 단차가 형성된 단턱부(166)를 구비하며, 상기 단턱부(166)는 제2 플레이트(170)의 하면(171)에 함몰 형성된 단턱수용부(173)에 수용될 수 있다.
또한, 제2 플레이트(170)는 단턱수용부(173)의 외측에서 돌출되어 단턱부(166)의 측면에 대응하는 연장부(174)를 할 수 있다.
이와 같이, 단턱부(166)가 단턱수용부(173)에 끼워지는 끼움 결합구조, 그리고/또는 단턱부(166)와 연장부(174)의 중첩 결합구조를 통하여 측면 플레이트(165)와 제2 플레이트(170) 사이의 접촉면적이 증가하여 접합되는 부분의 강성이 증가할 수 있다.
또한, 단턱부(166)와 단턱수용부(173)를 통해 복수의 단차가 형성되므로 외부의 수분이 모듈 하우징(150)의 내부로 침투하기 어렵게 된다. 특히 단턱부(166)와 단턱수용부(173) 사이에 밀봉부재(OR)를 설치하는 경우, 외부의 수분이 모듈 하우징(150)의 내부로 침투하는 현상을 확실히 방지할 수 있게 된다. 이러한 밀봉부재(OR)는 EDPM과 같은 고무, 실리콘, 부틸계열 재질 등 공지의 밀봉재료가 사용될 수 있다.
다만, 제1 플레이트(160)와 제2 플레이트(170)의 결합은 전술한 용접 결합에 한정되는 것은 아니며, 슬라이딩 방식이나 본딩으로 결합하거나, 볼트나 나사 등의 고정 부재를 이용하여 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 배터리 모듈(100)은 충방전을 반복하는 과정에서 배터리 셀(120)이 모듈 하우징(150)의 측면 플레이트(165) 방향으로 팽창하여 측면 플레이트(165) 부분이 외측 방향으로 볼록하게 변형되는 스웰링(swelling) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 스웰링 현상으로 인하여 상대적으로 취약한 부분인 접합부(W)에 응력이 집중되어 접합부(W)를 손상시킬 수 있다.
이러한 접합부(W) 손상을 방지하고 스웰링 현상에 충분히 저항할 수 있도록 하기 위하여, 도 7에 도시된 바와 같이 접합부(W)의 하부에 위치하는 측면 플레이트(165) 부분에 측면 돌출부(A2)를 형성하고, 측면 돌출부(A2) 하부에 위치하는 측면 플레이트(165)의 두께(t1)를 측면 돌출부(A2)의 두께(t2)보다 얇게 형성할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 스웰링 현상이 발생하면 측면 플레이트(165)의 높이 방향 중앙 부분이 가장 볼록해지고 측면 플레이트(165)의 상측과 하측으로 변형력이 작용하게 되는데, 상대적으로 취약한 부분에 응력이 집중된다. 본 실시예에 의하면 측면 돌출부(A2)의 하부에 위치하는 측면 플레이트(165)의 두께(t1)가 측면 돌출부(A2)의 두께(t2)보다 얇으므로, 볼록하게 변형이 시작되는 지점, 즉 스웰링 포인트(도 7의 SP)가 측면 돌출부(A2)의 하측 단차 부분에 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예에 의하면 스웰링에 의한 변형력이 접합부(W)까지 전달되지 않고 측면 돌출부(A2)의 하측 단차 부분에 집중되므로 접합부(W)에 응력이 집중되어 접합부(W)가 손상되거나 파괴되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 모듈 하우징(150) 및 배터리 모듈(100)의 구조적 안정성(강성)이 크게 개선될 수 있다.
한편, 커버 플레이트(180)는 배터리 셀(120)의 전극 리드(125)가 배치되는 양 측면, 즉 도 1의 도시를 기준으로 하여 모듈 하우징(150)의 전면과 후면에 각각 결합된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 커버 플레이트(180)는 제1 플레이트(160)와 제2 플레이트(170)에 결합되어 제1 플레이트(160), 제2 플레이트(170)와 함께 모듈 하우징(150)의 외관을 형성한다.
커버 플레이트(180)는 Al과 같은 금속으로 형성될 수 있으며 다이캐스팅이나 압출/프레스 등의 공정으로 제작 가능하다. 또한, 커버 플레이트(180)는 후술하는 절연 커버(130)의 접속 단자(132)를 외부로 노출시키기 위한 관통 구멍(182)을 구비할 수 있다.
커버 플레이트(180)는 나사나 볼트와 같은 고정 부재를 통해 제1 플레이트(160) 및 제2 플레이트(170)에 결합될 수 있다. 그러나, 커버 플레이트(180)의 결합방식은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 커버 플레이트(180)와 배터리 셀 적층체(110) 사이에는 절연 커버(130)가 개재될 수 있다.
절연 커버(130)는 배터리 셀(120)의 전극 리드(125)가 배치된 일면 또는 양면에 결합된다. 전극 리드(125)는 절연 커버(130)를 관통하여 절연 커버(130)의 외측에서 상호 연결된다. 이를 위해 절연 커버(130)에는 전극 리드(125)가 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(133)이 구비될 수 있다.
또한, 절연 커버(130)에는 외부와의 연결을 위한 접속 단자(132)가 구비될 수 있다. 따라서 배터리 셀(120)은 접속 단자(132)를 통해 외부와 전기적으로 연결되며, 이를 위해 전극 리드(125)는 절연 커버(130)에 구비되는 회로 배선(미도시)을 통해 접속 단자(132)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 회로 배선은 동 재질로 구성된 버스바를 통해 모듈의 직렬/병렬 연결에 따른 전기적 연결을 수행할 수 있다.
접속 단자(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 커버 플레이트(180)에 형성된 관통 구멍(182)을 통해 외부로 노출된다. 따라서 커버 플레이트(180)의 관통 구멍(182)은 접속 단자(132)의 크기와 형상에 대응하는 크기로 형성될 수 있다.
또한, 절연 커버(130)는 회로 기판(예컨대 PCB)과, 회로 기판에 실장되는 센서 등 다수의 전자 소자를 포함할 수 있으며, 이를 통해 배터리 셀(120)의 전압을 센싱하는 기능을 수행할 수도 있다.
[냉각부재(190)]
그리고, 도 2, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 냉각부재(190)는 제1 플레이트(160)의 외측면과 제2 플레이트(170)의 외측면 중 적어도 하나에 부착되어 제1 플레이트(160) 및/또는 제2 플레이트(170)를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 즉, 냉각부재(190)는 배터리 셀(120)의 하면을 통해 제1 플레이트(160)로 전달된 열 및/또는 배터리 셀(120)의 상면을 통해 제2 플레이트(170)로 전달된 열을 냉각하게 된다. 또한, 격벽부재(155)는 제1 플레이트(160) 및/또는 제2 플레이트(170)와 연결되므로, 냉각부재(190)는 격벽부재(155)로부터 제1 플레이트(160) 및/또는 제2 플레이트(170)로 전달된 열을 방출할 수 있다. 이와 같이, 모듈 내부의 열은 격벽부재(155)를 통해서도 방출될 수 있기 때문에, 격벽부재(155)의 설치를 통하여 열전달 통로가 확장되고 이에 따라 모듈의 냉각 성능이 향상될 수 있다.
배터리 셀(120)의 상부와 하부에서 전달되는 열을 효과적으로 방출하여 냉각성능을 향상시키기 위하여, 냉각부재(190)는 제1 플레이트(160)의 외측면과 제2 플레이트(170)의 외측면에 각각 부착되어 제1 플레이트(160)와 제2 플레이트(170)를 각각 냉각시키도록 구성될 수 있다.
이를 위하여, 냉각부재(190)는 제2 플레이트(170)의 상면에 배치되는 상측 냉각부재(191)와, 하부 플레이트(161)의 하면에 배치되는 하측 냉각부재(195) 중 적어도 하나를 구비할 수 있다.
상측 냉각부재(191)는 제2 플레이트(170)의 상면과 접촉하는 접촉부(191a)와, 제2 플레이트(170)의 상면과 이격되어 냉매가 흐르는 냉각유로(192)를 형성하는 유로부(191b)를 구비할 수 있다.
하측 냉각부재(195)는 하부 플레이트(161)의 하면과 접촉하는 접촉부(195a)와, 하부 플레이트(161)의 하면과 이격되어 냉각유로(196)를 형성하는 유로부(195b)를 구비할 수 있다.
이때, 상측 냉각부재(191)와 제2 플레이트(170)의 결합, 그리고 하측 냉각부재(195)와 하부 플레이트(161)의 결합에는 브레이징(brazing)과 같은 공지의 접합 방법이 사용될 수 있다.
한편, 냉각부재(190)는 냉각유로(192, 196)에 냉각액체가 유동하는 수냉식 냉각기구가 이용될 수 있다. 다만, 본 발명에 구비되는 냉각부재(190)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며 냉각유로(192, 196)에 공기와 같은 기체가 유동하는 공랭식 냉각기구가 적용되는 것도 가능하다.
한편, 냉각부재(190)는 전술한 바와 같이 브레이징에 의한 제2 플레이트(170) 및/또는 하부 플레이트(161)와 결합될 수 있다.
이러한 브레이징에 의한 접합의 경우, 냉각부재(190)가 가열되어 냉각부재(190)의 재질이 연화되어 강성이 저하될 수 있다. 이로 인하여 냉각부재(190)는 외부의 충격 등에 취약할 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상측 냉각부재(191)의 보호를 위하여 제2 플레이트(170)의 양단에 상측으로 돌출된 상면 돌출부(172)를 형성할 수 있다. 도 5를 참조하면, 제2 플레이트(170)에 형성된 상면 돌출부(172)가 제2 플레이트(170)의 상면으로부터 돌출된 높이(H1)는 상측 냉각부재(191)가 제2 플레이트(170)의 상면으로부터 돌출된 높이(h1) 이상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 제2 플레이트(170)에 형성된 상면 돌출부(172)의 높이(H1)를 상측 냉각부재(191)의 높이(h1) 이상으로 함으로써, 보다 바람직하게는 제2 플레이트(170)에 형성된 상면 돌출부(172)의 높이(H1)를 상측 냉각부재(191)의 높이(h1)보다 크게 함으로써, 모듈 하우징(150)의 상측으로부터 가해지는 외부 충격으로부터 상측 냉각부재(191)를 보호할 수 있게 된다.
마찬가지로, 하부 플레이트(161)의 양단에도 하측으로 돌출된 하면 돌출부(162)를 형성할 수 있다. 도 6을 참조하면, 하부 플레이트(161)에 형성된 하면 돌출부(162)가 하부 플레이트(161)의 하면으로부터 돌출된 높이(H2)는 하측 냉각부재(195)가 하부 플레이트(161)의 하면으로부터 돌출된 높이(h2) 이상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 하부 플레이트(161)에 형성된 하면 돌출부(162)의 높이(H2)를 하측 냉각부재(195)의 높이(h2) 이상으로 함으로써, 보다 바람직하게는 제2 플레이트(170)에 형성된 하면 돌출부(162)의 높이(H2)를 하측 냉각부재(195)의 높이(h2)보다 크게 함으로써, 모듈 하우징(150)의 하측으로부터 가해지는 외부 충격으로부터 하측 냉각부재(195)를 보호할 수 있게 된다.
[열전달 부재(TA1, TA2)]
그리고, 열전달 부재(TA1, TA2)는 배터리 셀(120)로부터 모듈 하우징(150)으로의 방열을 위하여 배터리 셀(120)과 모듈 하우징(150)을 연결하게 된다. 즉, 열전달 부재(TA1, TA2)는 일측은 배터리 셀(120)에 접촉하고 타측은 모듈 하우징(150)에 접촉하여 배터리 셀(120)에서 발생한 열을 모듈 하우징(150)으로 전달하게 된다.
예를 들어, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(120)의 상면과 제2 플레이트(170)의 하면(171) 사이와, 배터리 셀(120)의 하면과 제1 플레이트(160)의 상면 사이 중에서 적어도 하나에는 열전달 부재(TA1, TA2)가 위치할 수 있다. 도 4 내지 도 6에서는 배터리 셀(120)의 상부와 하부에 모두 열전달 부재(TA1, TA2)를 배치하는 경우를 예로 들고 있다. 그러나 본 발명의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 열전달 부재(TA1, TA2)를 생략하거나, 배터리 셀(120)의 상부와 하부 중 어느 한 곳에만 열전달 부재(TA1, TA2)를 배치하는 것도 가능하다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 배터리 셀(120)의 상면과 제2 플레이트(170)의 하면(171) 사이에는, 배터리 셀(120)로부터 제2 플레이트(170)로의 방열을 위하여 열전달 부재(TA1)가 위치할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면 한 장의 외장재를 접어 3면에 실링부(123)가 형성되는 경우, 전극 리드(125)가 배치되지 않는 제2 실링부(123b)는 배터리 셀(120)의 상부 또는 하부에 하나만 형성되지만, 2장의 외장재를 겹쳐 4면에 실링부(123)가 형성되는 경우에는 전극 리드(125)가 배치되지 않는 제2 실링부(123b)는 배터리 셀(120)의 상부와 하부에 모두 형성될 수 있다.
이때, 열전달 부재(TA1)는 배터리 셀(120)의 상면 중에서 실링부(123){제2 실링부(123b)}가 위치하지 않은 영역에서 배터리 셀(120)의 상면과 제2 플레이트(170)의 하면(171)을 연결하도록 구성될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이 배터리 셀(120)의 제2 실링부(123b)는 접혀진 후 좌측과 우측 중 어느 일측으로 젖혀지는 구조를 갖는다. 이와 같이, 제2 실링부(123b)는 접합(실링)된 후 접히는 구조를 가지므로, 접히는 면이 중첩되는 부분 및/또는 접힌 부분과 수용부(122) 사이 등에 공기 공간이 형성된다. 따라서, 열전달 부재(TA1)가 제2 실링부(123b)를 덮도록 설치한다 하여도 상기한 공기 공간으로 인해 열전달 효율이 감소하게 된다. 반면에, 배터리 셀(120)의 상면 중에서 제2 실링부(123b)가 위치하는 않는 영역의 경우에는 배터리 셀(120)의 상면과 열전달 부재(TA1)의 직접적인 접촉이 이루어지므로 배터리 셀(120)과 열전달 부재(TA1) 사이의 열전달 효율이 높게 된다. 따라서, 실링부(123){제2 실링부(123b)}가 위치하지 않은 영역에 열전달 부재(TA1)를 위치시키는 경우, 열전달 효율을 충분히 달성하면서도 열전달 부재(TA1)의 사용량을 절감할 수 있게 된다. 다만, 본 발명에서 열전달 부재(TA1)의 위치는 전술한 바와 같이 제2 실링부(123b)가 위치하지 않은 영역으로 한정되는 것은 아니며, 제2 실링부(123b)를 포함하여 배터리 셀(120)의 상면 전체에 위치하는 것도 가능하다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 플레이트(170)의 하면(171)은 열전달 부재(TA1)가 위치하는 부분이 하측으로 V자형으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이와 같이, 제2 플레이트(170)의 하면(171)이 돌출된 형상을 갖도록 함으로써, 제2 플레이트(170)의 하면(171)이 평면 구조를 갖는 경우에 비해 열전달 부재(TA1)의 사용량을 줄이면서도 열전달 부재(TA1)와의 접촉면적을 증가시킬 수 있고, 배터리 셀(120)의 적층 위치를 안내 및 유지하는 기능도 수행할 수 있다.
또한, 도 4 및 도 6을 참조하면, 배터리 셀(120)의 하면과 하부 플레이트(161)의 상면 사이에는, 배터리 셀(120)로부터 하부 플레이트(161)로의 방열을 위하여 열전달 부재(TA2)가 위치할 수 있다. 도 4 및 도 6에 도시된 배터리 셀(120)의 경우 배터리 셀(120)의 하면에 제2 실링부(123b)가 배치되지 않으므로 배터리 셀(120)의 하면과 하부 플레이트(161)의 상면 사이에는 전체적으로 열전달 부재(TA2)가 위치할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 전극 리드(125)가 배치되지 않는 제2 실링부(123b)는 배터리 셀(120)의 하부에도 위치할 수 있다. 이와 같이, 배터리 셀(120)의 하부에 제2 실링부(123b)가 위치하는 경우 열전달 효율을 충분히 달성하면서도 열전달 부재(TA1)의 사용량을 절감하기 위하여, 열전달 부재(TA2)는 제2 실링부(123b)가 위치하지 않은 영역에서 배터리 셀(120)의 하면과 하부 플레이트(161)를 연결하도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명에서 열전달 부재(TA2)의 위치는 전술한 바와 같이 제2 실링부(123b)가 위치하지 않은 영역으로 한정되는 것은 아니며, 제2 실링부(123b)를 포함하여 배터리 셀(120)의 하면 전체에 위치하는 것도 가능하다.
이러한 열전달 부재(TA1, TA2)의 구성을 통하여 배터리 셀(120)에서 발생한 열은 열전달 부재(TA1, TA2)의 높은 열전도성으로 인해 제2 플레이트(170) 및/또는 하부 플레이트(161)에 효과적으로 전달될 수 있고, 이후 냉각부재(190){상측 냉각부재(191) 및/또는 하측 냉각부재(195)}를 통해 충분한 방열이 이루어질 수 있다.
이러한 열전달 부재(TA1, TA2)는 열전달이 잘 이루어지도록 하기 위하여 열전도성 그리스(thermal grease), 열전도성 접착제(thermal adhesive), 열전도성 에폭시, 방열 패드 중 적어도 일부를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
열전달 부재(TA1, TA2)는 배터리 셀(120)의 상면과 제2 플레이트(170)의 하면(171) 사이, 및/또는 배터리 셀(120)의 하면과 제1 플레이트(160)의 상면 사이에 패드 형태로 배치되거나, 액상 또는 겔(gel) 상태로 도포하여 형성할 수 있다.
그리고, 열전달 부재(TA1, TA2)가 배터리 셀(120)의 상면과 제2 플레이트(170)의 하면(171) 사이, 그리고 배터리 셀(120)의 하면과 제1 플레이트(160)의 상면 사이를 연결하도록 구성되는 경우, 배터리 셀(120)의 상면과 하면이 모두 모듈 하우징(150)과 서로 연결될 수 있다. 즉, 열전달 부재(TA1, TA2)의 접착 성능으로 인해 배터리 셀(120)이 열전달 부재(TA1, TA2)를 매개로 하여 모듈 하우징(150)과 일체화될 수 있다. 이를 통하여, 배터리 모듈(100)의 전체적인 강성이 증대되는 이점이 있게 된다.
한편, 본 실시예의 열전달 부재(TA1, TA2)는 높은 절연성을 갖도록 구성되는 것도 가능하며, 예를 들어, 절연 내력(Dielectric strength)이 10 ~ 30 KV/mm 의 범위인 물질이 이용될 수도 있다. 이와 같이 절연성이 높은 물질이 사용되는 경우, 배터리 셀(120)에서 부분적으로 절연이 파괴되더라도 배터리 셀(120) 주변에 배치된 열전달 부재(TA1, TA2)에 의해 배터리 셀(120)과 모듈 하우징(150) 간의 절연이 유지될 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 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
100... 배터리 모듈 110... 셀 적층체
120... 배터리 셀 121... 파우치
122... 수용부 123... 실링부
123a... 제1 실링부 123b... 제2 실링부
124... 접착 부재 125... 전극 리드
127... 완충 패드 130... 절연 커버
132... 접속 단자 133... 관통 홀
150... 모듈 하우징 155... 격벽 부재
155a... 체결홈 160... 제1 플레이트
161... 하부 플레이트 162... 하면 돌출부
165... 측면 플레이트 166... 단턱부
170... 제2 플레이트 171... 하면
172... 상면 돌출부 173... 단턱 수용부
174... 연장부 180... 커버 플레이트
182... 관통 구멍 190... 냉각 부재
191... 상측 냉각부재 191a... 접촉부
191b... 유로부 192... 냉각유로
195... 하측 냉각부재 195a... 접촉부
195b... 유로부 196... 냉각유로
A1, A2... 측면 돌출부 A3... 함몰부
OR... 밀봉부재 TA1, TA2... 열전달 부재
W... 접합부

Claims (19)

  1. 일측이 개방된 단면 형상을 갖는 제1 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 합형되어 내부공간을 형성하는 제2 플레이트와, 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트를 연결하도록 상기 내부공간을 가로질러 배치되는 격벽 부재를 구비하는 모듈 하우징; 및
    상기 모듈 하우징의 내부공간에 배치되며, 복수 개의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는 상기 배터리 셀의 하부를 지지하는 하부 플레이트와, 상기 배터리 셀의 측면을 지지하도록 상기 하부 플레이트의 양측에서 연장된 측면 플레이트를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트에 의해 형성되는 내부공간의 전면과 후면을 덮는 커버 플레이트를 추가로 구비하며,
    상기 격벽 부재는 상기 커버 플레이트에 추가로 고정되는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 격벽 부재는 상기 제1 플레이트와 일체로 형성되며 상기 제2 플레이트와 고정되는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 격벽 부재는 상기 제2 플레이트와 일체로 형성되며 상기 제1 플레이트와 고정되는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 격벽 부재는 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트와 별도로 구비되어 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트와 각각 고정되는 배터리 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은 상기 격벽 부재를 복수 개 구비하며, 복수 개의 상기 격벽 부재는 이격되어 배치되는 배터리 모듈.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징을 냉각시키도록 상기 제2 플레이트의 상면에 배치되는 상측 냉각부재;
    를 추가로 포함하고,
    상기 제2 플레이트는 양단에 상측으로 돌출된 상면 돌출부를 구비하며,
    상기 상면 돌출부가 상기 제2 플레이트의 상면으로부터 돌출된 높이는 상기 상측 냉각부재가 상기 제2 플레이트의 상면으로부터 돌출된 높이 이상으로 형성되는 배터리 모듈.
  9. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징을 냉각시키도록 상기 하부 플레이트의 하면에 배치되는 하측 냉각부재;
    를 추가로 포함하고,
    상기 하부 플레이트는 양단에 하측으로 돌출된 하면 돌출부를 구비하며,
    상기 하면 돌출부가 상기 하부 플레이트의 하면으로부터 돌출된 높이는 상기 하측 냉각부재가 상기 하부 플레이트의 하면으로부터 돌출된 높이 이상으로 형성되는 배터리 모듈.
  10. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 플레이트와 제2 플레이트가 용접되는 접합부의 둘레 중 적어도 일부에는 상기 접합부의 높이 방향으로 돌출된 측면 돌출부가 형성되는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측면 돌출부는 상기 제2 플레이트의 측면과 상기 측면 플레이트의 측면에 각각 형성되는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측면 돌출부의 높이는 상기 접합부의 높이 이상으로 형성되는 배터리 모듈.
  13. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 플레이트는 상기 측면 플레이트와 제2 플레이트가 용접되는 접합부의 하부 측면에 측면 돌출부를 구비하며,
    상기 측면 돌출부의 하부에 위치하는 상기 측면 플레이트 부분의 두께는 상기 측면 돌출부의 두께보다 얇게 형성되는 배터리 모듈.
  14. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측면 플레이트는 상기 제2 플레이트와 연결되는 부분에 내측 방향으로 단차가 형성된 단턱부를 구비하며,
    상기 단턱부는 상기 제2 플레이트의 하면에 함몰 형성된 단턱수용부에 수용되는 배터리 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단턱부와 단턱수용부 사이에는 밀봉부재가 설치되는 배터리 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 플레이트는 상기 단턱수용부의 외측에서 돌출되어 상기 단턱부의 측면에 대응하는 연장부를 구비하는 배터리 모듈.
  17. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀로부터 상기 모듈 하우징으로의 방열을 위하여 상기 배터리 셀과 상기 모듈 하우징을 연결하는 열전달 부재;
    를 추가로 포함하는 배터리 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 열전달부재는, 상기 배터리 셀의 상면과 상기 제2 플레이트의 하면 사이, 그리고 상기 배터리 셀의 하면과 상기 하부 플레이트의 상면 사이에 위치하여, 상기 배터리 셀의 상면과 하면이 상기 모듈 하우징에 연결되도록 구성되는 배터리 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 내부에 전극 조립체를 수용하는 수용부와 상기 수용부를 밀봉하는 실링부를 갖는 파우치를 포함하여 구성되며,
    상기 열전달 부재는 상기 실링부가 위치하지 않은 영역에서 상기 배터리 셀의 상면과 하면이 상기 모듈 하우징에 연결되도록 구성되는 배터리 모듈.
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