KR20210154513A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20210154513A
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battery module
flow
battery
heat exchange
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KR1020200071607A
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전해룡
안선모
최영선
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 배터리모듈은 복수의 배터리셀, 복수의 배터리셀을 냉각하는 열교환부를 포함하고, 열교환부는 냉각수가 유출입하는 유동프레임과, 복수의 배터리셀과 접촉하는 프레임커버로서, 유동프레임에 결합되어 유동프레임과 함께 유출입하는 냉각수가 유동하는 유동공간을 형성하는 프레임커버를 포함한다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환부 구조를 개선한 배터리모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.
이러한, 파우치형 리튬 폴리머 전지(이하, "파우치형 셀"이라고 함)는 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있기 때문에 견고한 케이스 장치로 보호해 주어야 장시간 사용할 수 있으나, 종래에는 이러한 직렬 연결을 위해 각 파우치의 전극탭을 회로 패턴이 형성되어 있는 PCB(Printed Circuit Board; 인쇄회로기판)에 의해 연결하고 이를 케이스에 담는 방식을 사용하였다.
그러나, 이러한 종래의 파우치형 셀을 적층하여 고출력 전지 모듈을 구성하는 방법에 따르면, 충전 또는 방전 동작에 의해 많은 열을 발생되며 발생된 열로 인해 배터리 셀이 열화될 수 있다. 이에 따라, 방열 특성을 향상시키는 구조의 배터리 팩이 요구된다.
본 발명의 일 측면은 구조를 개선한 배터리모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면은 내구성을 향상시킨 배터리모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면은 냉각성능을 향상시킨 배터리모듈을 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 배터리모듈은 복수의 배터리셀; 상기 복수의 배터리셀을 냉각하는 열교환부;를 포함하고, 상기 열교환부는, 냉각수가 유출입하는 유동프레임; 상기 복수의 배터리셀과 접촉하는 프레임커버로서, 상기 유동프레임에 결합되어 상기 유동프레임과 함께 상기 유출입하는 냉각수가 유동하는 유동공간을 형성하는 프레임커버;를 포함한다.
상기 프레임커버는 한 쌍이 마련되어 상기 유동프레임의 일측과 타측에 각각 배치되고, 상기 한 쌍의 프레임커버는, 각각 마주하는 상기 복수의 배터리셀의 적층된 일면과 접촉하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 배터리셀과 접촉하는 상기 프레임커버는, 상기 유동프레임보다 열전도율이 큰 재질로 형성될 수 있다.
상기 유동프레임은 플라스틱재질;을 포함하고, 상기 프레임커버는 금속재질;을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 유동프레임은, 상기 유동공간을 형성하도록, 상기 프레임커버에 의해 덮히도록 구성되는 유동부; 상기 유동공간과 연결되는 인렛과 아웃렛을 갖고, 상기 유동부로부터 연장되는 연장부;를 포함할 수 있다.
상기 유동부는, 상기 유동공간의 둘레를 형성하는 프레임바디; 상기 프레임바디 내부에서 상기 유동공간을 구획하는 채널구획부;를 포함할 수 있다.
상기 유동부는, 상기 인렛으로부터 상기 채널구획부가 이격되도록 구성되는 갭공간;을 포함할 수 있다.
상기 채널구획부는, 상기 인렛을 통해 상기 갭공간을 지난 냉각수의 유동을 분할하여 가이드하도록 구성될 수 있다.
그 내부에 상기 복수의 배터리셀과 상기 열교환부가 안착되는 내부공간을 형성하는 모듈하우징;을 포함하고, 상기 열교환부는, 상기 프레임바디의 일측과 타측이 각각 상기 모듈하우징에 결합되어 고정되도록 구성될 수 있다.
상기 프레임바디는 상기 프레임커버의 둘레가 안착되는 안착부; 상기 안착부의 둘레를 따라 배치되어, 상기 프레임커버의 상기 안착부로의 안착을 가이드하는 안착가이드로서, 상기 프레임커버와, 상기 모듈케이스간의 접촉을 방지하도록 구성되는 안착가이드;를 포함할 수 있다.
상기 안착가이드는, 상기 안착부와 상기 모듈케이스 사이에 배치되되, 상기 프레임커버의 둘레를 따라 상기 안착부보다 돌출형성되도록 구성될 수 있다.
상기 프레임바디와 상기 모듈케이스의 결합은 볼팅과 열융착 중 적어도 하나의 결합으로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 배터리셀은, 외장재에 의해 형성되는 실링부와 둘레부로서, 상기 배터리셀의 네측의 둘레 중 세측에 형성되며 상기 외장재가 접합되어 형성되는 실링부와, 상기 배터리셀의 나머지 일측에 형성되는 둘레부; 상기 실링부와 상기 둘레부 사이에 형성되며, 상기 둘레부보다 돌출되도록 형성되는 돌출부;를 포함하고, 상기 프레임커버는 상기 둘레부와 대응되고, 상기 연장부는 상기 돌출부에 대응되도록 구성될 수 있다.
상기 연장부는, 상기 돌출부의 간섭을 회피하도록 상기 프레임커버와 상기 유동부가 형성하는 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 연장부는 마주하는 상기 돌출부에서의 누전을 방지하도록 절연재질을 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 연장부는, 상기 유동부와 동일한 평면방향으로 상기 유동부로부터 연장형성될 수 있다.
상기 연장부는, 상기 인렛과 아웃렛의 강도보완을 위해 구성되는 보강부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 열교환부의 구조를 개선하여, 배터리모듈의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 열교환부의 원가 절감을 구현할 수 있으며, 배터리모듈의 경량화를 도모할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리셀들의 형상이나 배치에 따라 열교환부의 형상이나 크기를 쉽게 변형할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환부의 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환부의 정면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환부의 분해사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환부의 냉각수 흐름을 도시한 도면.
도 8은 도 3의 A의 확대도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 배터리셀의 사시도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 배터리셀과 열교환부의 배치에 관한 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도.
도 12는 도 11의 B의 확대도.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도이다.
배터리모듈(1)은 모듈하우징(10)과, 모듈하우징(10) 내부에 마련되는 복수의 배터리셀(20)과, 열교환부(50)들을 포함할 수 있다.
모듈하우징(10)은 하부하우징(11)과, 하부하우징(11)의 타측에 마련되는 상부하우징(12), 상부하우징(12)과 하부하우징(11)의 전후방에 배치되는 전방하우징(13)과 후방하우징(14)을 포함할 수 있다. 또한 모듈하우징(10)은 좌우측에 배치되는 좌측하우징(15), 우측하우징(16)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 좌측하우징(15)과 우측하우징(16)은 상부하우징(12)에 일체로 형성되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
모듈하우징(10)은 그 내부에 복수의 배터리셀(20) 또는 열교환부(50)가 배치될 수 있는 배치공간(10a)을 형성할 수 있다. 모듈하우징(10)과, 복수의 배터리셀(20), 열교환부(50)가 결합되는 내용에 대해서는 이후 자세하게 설명한다.
배터리셀(20)은 복수개가 마련될 수 있다. 복수의 배터리셀(20)은 하나의 배터리팩(30)을 구성할 수 있다. 배터리팩(30)은 복수의 배터리셀(20)이 적층되어 구성될 수 있다. 복수의 배터리팩(30)은 열교환부(50)에 의해 구획되도록 배치될 수 있다. 열교환부(50)는 복수의 배터리팩(30) 사이에 배치되어, 양측에 배치된 복수의 배터리팩(30)과 접촉하여 열교환 할 수 있다.
열교환부(50)는 배터리셀(20)에서 발생하는 열을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 열교환부(50)는 적층된 복수의 배터리셀(20)에 접촉가능하게 배치될 수 있다. 배터리모듈(1)은 열접촉부재(미도시)를 더 포함하고, 열접촉부재는 복수의 배터리셀(20)과 열교환부(50)사이에 배치되어, 양구성의 열접촉면적을 넓히도록 구성될 수 있다. 열교환부(50)는 한 쌍의 배터리팩(30)사이에 배치될 수 있다. 열교환부(50)는 한 쌍의 배터리팩(30) 사이에 배치되어, 한 쌍의 배터리팩(30)의 적층면(32, 도 3 참고)과 마주하도록 배치될 수 있다. 즉, 열교환부(50)는 배터리팩(30)의 적층면(32)에 접촉하도록 구성될 수 있다. 이를 통해 열교환부(50)는 배터리팩(30)들 사이를 구획하여, 격벽의 기능을 할 수도 있으며, 배터리팩(30)의 적층면(32)으로 방열되는 열을 효과적으로 흡수하도록 구성될 수 있다. 열교환부(50)에 대해서는 이후 자세하게 설명한다. 열교환부(50)라고 명칭하였으나, 열교환기, 히트싱크라고 명칭될 수도 있으며, 배터리셀(20)을 냉각하는 구성이면 이를 만족한다. 열교환부(50)라는 명칭자체로 구성이 한정되지 않는다. 또한 본 실시예에서는 열교환부(50)는 냉매가 유동하는 구성에 대해서 설명하였으나, 그 내부에 냉매가 저장되어 있는 구성일 수도 있으며, 냉매를 사용하지 않는 구성일 수도 있다.
배터리모듈(1)은 버스바(40)를 포함할 수 있다. 버스바(40)는 배터리팩(30)의 적어도 일측에 배치되어, 배터리팩(30)을 형성하는 복수의 배터리셀(20)들간의 전기적 연결이 이루어지도록 할 수 있다. 버스바(40)는 배터리셀(20)들이 적층되는 면 중 전극탭(21, 도 9 참고)들이 배치되는 면을 덮도록 구성될 수 있다. 버스바(40)의 외측에는 버스바(40)를 보호하도록 버스바커버(미도시)가 덮힐 수 있다. 버스바커버는 버스바(40)와 전후방하우징(13, 14)사이에 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환부의 사시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환부의 정면도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환부의 분해사시도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환부의 냉각수 흐름을 도시한 도면이다. 앞서 설명한 도면들과 함께 설명한다.
열교환부(50)는 복수의 배터리셀(20)이 적층된 배터리팩(30)을 냉각하도록 구성될 수 있다.
열교환부(50)는 유동프레임(60)과, 프레임커버(90)를 포함할 수 있다. 유동프레임(60)과 프레임커버(90)는 결합을 통해 그 내부에 냉각수가 유동하는 유동공간(72, 도 6 참고)을 형성할 수 있다.
프레임커버(90)는 열교환부(50)의 외면을 형성하며, 복수의 배터리셀(20)과 접촉하도록 구성될 수 있다. 프레임커버(90)는 유동프레임(60)보다 열전도율이 높은 재질로 구성될 수 있다. 즉, 유동프레임(60)과 프레임커버(90)는 이종재질로 구성될 수 있다. 배터리셀(20), 배터리팩(30)와 직접적으로 열교환하는 프레임커버(90)를 유동프레임(60)에 비해 상대적으로 열전도율이 높은 재질로 구성하여, 열교환효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상대적으로 높은 열전도율이 요구되지 않는 유동프레임(60)은 형상의 변화가 용이하여, 배터리팩의 용량 또는 배치등에 따라 형상을 달리 할 수 있다. 이를 통해 유동프레임(60)은 유동공간, 유동채널을 요구되는 냉각량에 맞게 변형할 수 있다.
유동프레임(60)과 프레임커버(90)의 재질은 한정되지 않으나, 일례로 유동프레임(60)은 플라스틱재질을 포함하고, 프레임커버(90)는 금속재질을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 외면을 이루는 프레임커버(90)가 유동프레임(60)보다 열전도율이 높은 재질로 구성되면 이를 만족한다.
유동프레임(60)은 유동부(70)와 연장부(80)를 포함할 수 있다.
유동부(70)는 프레임커버(90)에 의해 덮히도록 마련되며, 프레임커버(90)와 함께 유동공간(72)을 형성할 수 있다. 즉, 프레임커버(90)는 유동프레임(60)의 유동부(70)만을 덮도록 구성될 수 있다. 유동부(70)는 유동공간(72)과 연통하며, 프레임커버(90)에 의해 밀폐되도록 구성되는 개구(72a, 도 6 참고)를 포함할 수 있다.
유동부(70)는 프레임바디(74)와, 채널구획부(78)를 포함할 수 있다.
프레임바디(74)는 유동부(70)의 틀을 형성하도록 구성될 수 있다. 프레임바디(74)는 유동공간(72)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 즉, 프레임바디(74)는 유동공간(72)의 둘레를 형성할 수 있다. 프레임커버(90)는 프레임바디(74)에 결합됨으로서 유동부(70)에 장착될 수 있다.
채널구획부(78)는 프레임바디(74)의 내측에 배치될 수 있다. 채널구획부(78)는 유동공간(72)을 구획하도록 구성될 수 있다. 채널구획부(78)는 유동공간(72)을 복수의 유동채널로 구획함으로써, 유입되는 냉각수를 유동공간(72)내에 균일하게 유동시킬 수 있다.
채널구획부(78)는 제 1, 2 구획부(78a, 78b)를 포함할 수 있다.
제 1 구획부(78a)는 유동공간(72)에 상하방향으로 배치될 수 있다. 즉, 제 1 구획부(78a)는 유동공간(72)을 좌우로 구획할 수 있다. 제 1 구획부(78a)는 냉각수가 유동하는 유동채널의 너비를 형성할 수 있다.
제 2 구획부(78b)는 유동공간(72)에 좌우방향으로 배치될 수 있다. 즉, 제 2 구획부(78b)는 유동공간(72)을 상하로 구획할 수 있다. 제 2 구획부(78b)는 냉각수가 유동하는 유동채널의 깊이를 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 구획부(78a)는 하나로, 제 2 구획부(78b)는 2개가 마련되어 유동공간(72)을 6개의 채널로 분할하는 것을 예로들었으나, 이에 한정되지 않는다.
연장부(80)는 유동부(70)로부터 연장되도록 구성될 수 있다. 연장부(80)는 유동부(70)와 동일평면방향으로 연장되도록 구성될 수 있다. 연장부(80)는 유동부(70)로부터 연장되되, 플레이트의 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 프레임커버(90)가 유동프레임(60)에 장착되는 경우에도 연장부(80)는 프레임커버(90)에 의해 덮히지 않도록 구성될 수 있다. 연장부(80)는 유동부(70)의 일측에 배치되는 제 1 연장부(81)와, 유동부(70)의 타측에 배치되는 제 2 연장부(82)를 포함할 수 있다.
연장부(80)는 유동공간(72)과 연결되는 인렛(83)과 아웃렛(84)을 포함할 수 있다. 인렛(83)과 아웃렛(84)은 각각 제 1, 2 연장부(81, 82)에 배치될 수 있다. 인렛(83)으로 유입되는 냉각수는 유동부(70)의 유동공간(72)을 지나 아웃렛(84)으로 배출될 수 있다.
연장부(80)는 인렛(83)과 아웃렛(84)에 대한 강도를 보강할 수 있도록 보강부(86)를 포함할 수 있다. 보강부(86)는 격자형상으로 돌출형성되어, 인렛(83)과 아웃렛(84)에 대한 강도보강기능을 할 수 있다.
유동부(70)는 갭공간(73, 도 6, 7 참고)을 포함할 수 있다. 갭공간(73)은 유동공간(72)상에 배치되어, 채널구획부(78)에 의한 유동저항으로 인해 냉각수의 유동성이 저하되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
갭공간(73)은 채널구획부(78)와 연장부(80)사이에 형성될 수 있다. 자세하게는 갭공간(73)은 채널구획부(78)와 인렛(83)사이, 채널구획부(78)와 아웃렛(84)사이에 형성될 수 있다. 갭공간(73)은 채널구획부(78)와 인렛(83)사이와, 채널구획부(78)와 아웃렛(84)사이가 이격되게 형성됨으로서 형성될 수 있다.
인렛(83)을 통해 유입된 냉각수는 먼저 인렛(83)과 채널구획부(78)사이의 갭공간(73)으로 유입(도 7의 a)되고, 갭공간(73)에서 채널구획부(78)에 의해 구획된 유동채널로 분할되어 유동(도 7의 b)하게 된다. 유동채널을 지난 냉각수는 아웃렛(84)과 채널구획부(78)사이의 갭공간(73)으로 유입(도 7의 c)되고, 갭공간(73)에서 아웃렛(84)으로 배출된다. 이러한 과정을 통해 인렛(83), 아웃렛(84)과, 유동공간(72)에서의 유동단면적의 차이 또는 유동마찰에 의한 냉각수의 유동성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
프레임커버(90)는 한 쌍이 마련되어, 각각 유동부(70)의 양측에 배치될 수 있다. 즉, 유동부(70)의 양측에 형성된 개구(72a)에 한 쌍의 프레임커버(90)가 덮힘으로서, 그 내부에 유동공간(72)을 형성할 수 있다. 프레임커버(90)는 유동부(70)와 함께 유동공간(72)을 형성하는 커버몸체(92)와, 커버몸체(92)에 둘레에 배치되어, 유동부(70)에 결합되는 커버결합부(94)를 포함할 수 있다.
커버결합부(94)는 이후 설명하는 프레임바디(74)의 안착부(75)에 결합되도록 구성될 수 있다. 커버결합부(94)가 프레임바디(74)의 안착부(75)에 결합되는 방법은 한정되지 않는다. 일례로 커버결합부(94)는 안착부(75)에 열융착으로 결합될 수도 있으며, 볼팅결합될 수도 있다. 커버결합부(94)는 프레임커버(90)가 유동공간(72)이 밀폐되도록 안착부(75)에 결합되는 구성이면 이를 만족한다.
도 8은 도 3의 A의 확대도이다. 앞서 설명한 도면들을 참고하여 설명한다.
프레임바디(74)는 모듈하우징(10)에 결합됨으로서, 열교환부(50)가 모듈하우징(10)에 고정될 수 있다. 프레임바디(74)는 모듈하우징(10)에 결합되도록 구성될 수 있다. 자세하게는 프레임바디(74)의 일측과 타측이 각각 상부하우징(12)과 하부하우징(11)에 결합되는 것을 도시하였다. 일례로 도 8에서와 같이, 프레임바디(74)와 상부하우징(12)은 프레임바디(74)의 홀과, 상부하우징(12)의 결합홈(12a)을 관통하도록 볼팅결합(18)되어 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 열교환부(50)의 프레임바디(74)가 모듈하우징(10)에 직접 결합되거나 일체로 형성될 수 있다.
프레임바디(74)는 안착부(75)와, 안착가이드(76)를 포함할 수 있다.
안착부(75)는 프레임커버(90)가 안착되도록 구성될 수 있다. 자세하게는 프레임커버(90)의 커버결합부(94)는 안착부(75)의 안착면(75a)에 안착되도록 구성될 수 있다.
안착가이드(76)는 안착부(75)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 안착가이드(76)는 프레임커버(90)의 커버결합부(94)가 안착부(75)로 안착되는 것을 가이드하도록 구성될 수 있다. 안착가이드(76)는 프레임커버(90)가 안착부(75)에 안착되었을 때, 커버결합부(94)의 둘레를 따라 배치되도록 구성될 수 있다. 안착가이드(76)는 커버결합부(94)가 안착부(75)에 위치할 때, 커버결합부(94)의 둘레를 지지함으로서, 커버결합부(94)의 위치를 결정할 수 있다.
안착가이드(76)는 프레임커버(90)의 커버결합부(94)와, 모듈하우징(10)이 직접적으로 접촉하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 안착가이드(76)는 안착부(75)의 안착면(75a)으로부터 돌출되도록 구성될 수 있다. 즉, 프레임커버(90)가 안착부(75)에 안착되었을 때, 안착가이드(76)는 프레임커버(90)의 커버결합부(94)의 둘레와, 모듈하우징(10)사이에 배치되어, 커버결합부(94)와 모듈하우징(10)의 직접적인 접촉을 방지할 수 있다. 이를 통해 프레임커버(90)에 전달된 열이 모듈하우징(10)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 배터리셀의 사시도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 배터리셀과 열교환부의 배치에 관한 도면이다.
배터리셀(20)은 전극탭(21)이 인출된 전극조립체(미도시)와, 전극조립체를 수용하는 외장재(22)를 포함할 수 있다. 외장재(22)는 외장재(22)간에 접합이 이루어지는 실링부(23)와, 접합이 이루어지지 않는 둘레부(24)를 포함할 수 있다. 둘레부(24)는 외장재(22)의 둘레 중 실링부(23)를 제외한 부분을 의미할 수 있다. 실링부(23)는 외장재(22)가 형성하는 둘레의 네 측 중 세측에 형성될 수 있으며, 둘레부(24)는 나머지 일측에 형성될 수 있다.
외장재(22)는 돌출부(25)를 포함할 수 있다. 돌출부(25)는 실링부(23)와 둘레부(24) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 돌출부(25)는 실링부(23)와 둘레부(24)를 형성하는 과정에서 둘레부(24)보다 돌출되도록 구성될 수 있다.
열교환부(50)는 열교환부(52)와, 연장부(80)를 포함할 수 있다. 열교환부(52)는 앞서 설명한 냉각수가 유동하도록 유동부(70)와, 유동부(70)에 결합되는 프레임커버(90)를 포함할 수 있다.
열교환부(52)의 프레임커버(90)는 배터리셀(20)의 둘레부(24)와 대응되고, 연장부(80)는 배터리셀(20)의 돌출부(25)와 대응되도록 배치될 수 있다. 돌출부(25)는 둘레부(24)보다 돌출형성되므로, 외부환경에 의해 마모되어 이차전지의 내구성이 떨어지게 되는 문제점이 있을 수 있다.
연장부(80)는 배터리셀(20)의 돌출부(25)가 간섭되지 않도록 구성될 수 있다. 연장부(80)는 열교환부(52)가 형성하는 제 1 폭(w1)보다 작은 제 2 폭(w2)을 형성하도록 구성될 수 있다. 즉, 열교환부(52)의 프레임커버(90)는 배터리셀(20)의 둘레부(24)와 접촉할 수 있으며, 연장부(80)는 둘레부(24)보다 돌출되는 돌출부(25)와의 간섭의 회피하도록 더 좁은 폭으로 형성될 수 있다. 연장부(80)의 이와 같은 구성을 통해, 배터리셀(20)이 열교환부(50)와 접촉함에 따라, 돌출부(25)가 열교환부(50)에 접촉되어 마모되는 것을 방지할 수 있다.
연장부(80)는 절연재질로 구성될 수 있다. 연장부(80)는 절연재질로 구성됨에 따라, 돌출부(25)로부터 누전되는 것을 방지할 수 있다.
이하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈에 관하여 설명한다. 설명에 있어서, 앞서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도, 도 12는 도 11의 B의 확대도이다.
앞선 실시예에서, 열교환부(50)와 모듈하우징(10)은 볼팅결합(18)되는 것을 일례로 들었다. 본 실시예에서는 열교환부(50)와 모듈하우징(10)은 열융착(19)으로 결합될 수 있다.
프레임바디(74)는 모듈하우징(10)에 결합되도록 구성될 수 있다. 자세하게는 프레임바디(74)의 일측과 타측이 각각 상부하우징(12)과 하부하우징(11)에 결합되는 것을 도시하였다. 도 11, 12에서와 같이, 프레임바디(74)와 상부하우징(12)은 열융착(19)을 통해 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 열교환부(50)의 프레임바디(74)가 모듈하우징(10)에 직접 결합되거나 일체로 형성될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1 : 배터리모듈 10 : 하우징
20 : 배터리셀 22 : 외장재
23 : 실링부 24 : 둘레부
25 : 돌출부 30 : 배터리팩
32 : 적층면 50 : 열교환부
60 : 유동프레임 70 : 유동부
72 : 유동공간 73 : 갭공간
74 : 프레임바디 75 : 안착부
76 : 안착가이드 78 : 채널구획부
80 : 연장부 83 : 인렛
84 : 아웃렛 90 : 프레임커버
92 : 커버몸체 94 : 커버결합부

Claims (17)

  1. 복수의 배터리셀;
    상기 복수의 배터리셀을 냉각하는 열교환부;를 포함하고,
    상기 열교환부는,
    냉각수가 유출입하는 유동프레임;
    상기 복수의 배터리셀과 접촉하는 프레임커버로서, 상기 유동프레임에 결합되어 상기 유동프레임과 함께 상기 유출입하는 냉각수가 유동하는 유동공간을 형성하는 프레임커버;를 포함하는 배터리모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임커버는 한 쌍이 마련되어 상기 유동프레임의 일측과 타측에 각각 배치되고,
    상기 한 쌍의 프레임커버는,
    각각 마주하는 상기 복수의 배터리셀의 적층된 일면과 접촉하도록 구성되는 배터리모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리셀과 접촉하는 상기 프레임커버는,
    상기 유동프레임보다 열전도율이 큰 재질로 형성되는 배터리모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유동프레임은 플라스틱재질;을 포함하고,
    상기 프레임커버는 금속재질;을 포함하도록 구성되는 배터리모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동프레임은,
    상기 유동공간을 형성하도록, 상기 프레임커버에 의해 덮이도록 구성되는 유동부;
    상기 유동공간과 연결되는 인렛과 아웃렛을 갖고, 상기 유동부로부터 연장되는 연장부;를 포함하는 배터리모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유동부는,
    상기 유동공간의 둘레를 형성하는 프레임바디;
    상기 프레임바디 내부에서 상기 유동공간을 구획하는 채널구획부;를 포함하는 배터리모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유동부는,
    상기 인렛으로부터 상기 채널구획부가 이격되도록 구성되는 갭공간;을 포함하는 배터리모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 채널구획부는,
    상기 인렛을 통해 상기 갭공간을 지난 냉각수의 유동을 분할하여 가이드하도록 구성되는 배터리모듈.
  9. 제 6 항에 있어서,
    그 내부에 상기 복수의 배터리셀과 상기 열교환부가 안착되는 내부공간을 형성하는 모듈하우징;을 포함하고,
    상기 열교환부는,
    상기 프레임바디의 일측과 타측이 각각 상기 모듈하우징에 결합되어 고정되도록 구성되는 배터리모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프레임바디는
    상기 프레임커버의 둘레가 안착되는 안착부;
    상기 안착부의 둘레를 따라 배치되어, 상기 프레임커버의 상기 안착부로의 안착을 가이드하는 안착가이드로서, 상기 프레임커버와, 상기 모듈케이스간의 접촉을 방지하도록 구성되는 안착가이드;를 포함하는 배터리모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 안착가이드는,
    상기 안착부와 상기 모듈케이스 사이에 배치되되, 상기 프레임커버의 둘레를 따라 상기 안착부보다 돌출형성되도록 구성되는 배터리모듈.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 프레임바디와 상기 모듈케이스의 결합은 볼팅과 열융착 중 적어도 하나의 결합으로 이루어지는 배터리모듈.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리셀은,
    외장재에 의해 형성되는 실링부와 둘레부로서, 상기 배터리셀의 네측의 둘레 중 세측에 형성되며 상기 외장재가 접합되어 형성되는 실링부와, 상기 배터리셀의 나머지 일측에 형성되는 둘레부;
    상기 실링부와 상기 둘레부 사이에 형성되며, 상기 둘레부보다 돌출되도록 형성되는 돌출부;를 포함하고,
    상기 프레임커버는 상기 둘레부와 대응되고, 상기 연장부는 상기 돌출부에 대응되도록 구성되는 배터리모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연장부는,
    상기 돌출부의 간섭을 회피하도록 상기 프레임커버와 상기 유동부가 형성하는 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖도록 구성되는 배터리모듈.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 연장부는 마주하는 상기 돌출부에서의 누전을 방지하도록 절연재질을 포함하도록 구성되는 배터리모듈.
  16. 제 5 항에 있어서,
    상기 연장부는,
    상기 유동부와 동일한 평면방향으로 상기 유동부로부터 연장형성되는 배터리모듈.
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 연장부는,
    상기 인렛과 아웃렛의 강도보완을 위해 구성되는 보강부;를 포함하는 배터리모듈.
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