KR20220060694A - 고방열 경량화 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 밀착되는 복수의 접합스커트 단방향 파우치 셀을 상부에서 수용하면서 각 접합스커트 단방향 파우치 셀양 단을 각각 삽입지지토록 삽입홈이 형성되는 하부커버와 상기 하부커버를 덮도록 하는 상부커및 상기 상,하부커버의 내측에 수용되는 복수의 접합스커트 단방향 파우치 셀 조립구조로 이루어지고, 상기 하부커버는 하부에 접합스커트 단방향 파우치 셀이 열전달이 가능토록 쿨링플레이트가 일체로 성형되는 플라스틱재로 이루어지는 고방열 경량화 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

고방열 경량화 배터리 모듈{battery module which High heat-dissipating and light-weighting}

본 발명은 서로 밀착되는 복수의 접합스커트 단방향 파우치 셀을 상부에서 수용하면서 각 접합스커트 단방향 파우치셀의 양 단이 각각 삽입지지토록 삽입홈이 형성되는 하부커버와 상기 하부커버를 덮도록 설치되는 상부커버 및 상기 상,하부커버의 내측에 수용되는 복수의 접합스커트 단방향 파우치 셀 조립구조로 이루어지고, 상기 하부커버는 하부에 접합스커트 단방향 파우치 셀이 열전달이 가능토록 쿨링플레이트가 일체로 성형되는 플라스틱재로 이루어지는 고방열 경량화 배터리 모듈에 관한 것이다.

근래에 노트북, 비디오카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다.

이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용하며, 상기 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.

일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.

이와같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제2086127호에 배터리 팩의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 배터리 팩(300)은 배터리 셀(301)이 적층된 배터리 모듈 및 상기 배터리 모듈이 내장되는 냉각 프레임(302)의 케이스를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 배터리 모듈을 내장한 냉각 프레임(302)은 팩 레벨 쿨링 시스템에 해당되는 히트 싱크(401)에 올려져 4각 귀퉁이에서 볼트(501)에 의해 고정되고, 상기 배터리 셀(301)의 열은 하단에 냉각 면을 형성하는 히트 싱크(401) 방향으로 열이 방출되며, 상기 냉각 프레임(302) 하단의 냉각 면에는 냉매 홀(601)이 형성된다.

그러나, 상기와 같은 배터리 셀(301)은 히트싱크(401)에 직접 접촉되지 못하고 별도의 냉각프레임(302)을 통하여 접촉되며, 냉각을 위한 별도의 냉각 프레임(302)을 제작하기 위해 원가가 상승되는 단점이 있다.

또한, 상기 냉각프레임을 본체와 연결하기 위한 별도의 공정을 필요로 하여 조립공정이 증가하는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 배터리모듈의 경량화는 물론 제조 원가를 절감할 수 있도록 하고, 접합스커트 단방향 파우치셀에 적용하여 냉각효과를 극대화 시킬 수 있도록 하며, 쿨링플레이트를 통하여 전열면적을 높혀 냉각효과를 높일 수 있도록 하고, 조립공정을 단순화 시킬 수 있도록 하는 고방열 경량화 배터리 모듈을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 서로 밀착되는 복수의 접합스커트 단방향 파우치 셀을 상부에서 수용하면서 각 접합스커트 단방향 파우치 셀 양 단이 각각 삽입지지토록 삽입홈이 형성되는 하부커버와

상기 하부커버를 덮도록 형성되는 상부커버및

상기 상,하부커버의 내측에 수용되는 복수의 접합스커트 단방향 파우치 셀 조립구조로 이루어지고,

상기 하부커버는 하부에 접합스커트 단방향 파우치 셀의 열전달이 가능토록 쿨링플레이트가 일체로 성형되는 플라스틱재로 이루어지는 고방열 경량화 배터리 모듈을 제공한다.

그리고, 상기 접합스커트 단방향 파우치 셀은, 내측의 배터리 셀을 감싸는 형태로 접혀지는 알루미늄포일의 양단을 절곡하여 단방향 접합스커트를 형성하고, 상기 단방향 접합스커트와 대향하는 위치에 직선 형상을 갖는 접촉면을 형성하도록 하는 고방열 경량화 배터리 모듈을 제공한다.

또한, 상기 쿨링플레이트는, 단면적의 확대와 파우치 셀의 지지가 가능토록 요철이 일체로 형성되는 고방열 경량화 배터리 모듈을 제공한다.

더하여, 상기 접합스커트 단방향 파우치 셀은 쿨링플레이트의 상측에 갭필러를 통하여 밀착되는 고방열 경량화 배터리 모듈을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 배터리모듈의 경량화는 물론 제조 원가를 절감하고, 접합스커트 단방향 파우치셀에 적용하여 냉각효과를 극대화 시키며, 쿨링플레이트를 통하여 전열면적을 높혀 냉각효과를 높이고, 조립공정을 단순화 시키는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 배터리팩을 도시한 측면도이다.
도2는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 분해상태도이다.
도3은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립상태도이다.
도4는 본 발명에 따른 접합스커트 단방향 파우치 셀을 도시한 사시도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 조립상태도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은, 하부커버(110)와 상부커버(130) 및 상기 상,하부커버(130)(110)의 내측에 삽입되는 복수의 파우치 셀(150)의 조립구조로 이루어 진다.

이때, 상기 상,하부커버는 서로 조립되는 구성으로 사출에 의해 일체로 성형된다.

또한, 상기 하부커버(110)는, 상부가 개방되면서 파우치 셀(150)의 양측에 형성되는 전극을 수용토록 양측면의 일부 역시 개방토록 설치된다.

그리고, 상기 하부커버(110)는, 측면이 서로 밀착되는 상태로 삽입되는 복수의 파우치 셀(150)을 상부에서 수용하면서 각 파우치 셀의 양 단이 각각 삽입지지토록 복수의 삽입홈(115)이 양측면에 대향 형성된다.

또한, 상기 상부커버(130)는, 상기 하부커버의 상부 및 양측면을 덮도록 단면이 ㄷ자 형상으로 형성된다.

이때, 상기 상부커버(130)는, ㄷ자로 한정되지 않고 하부커버의 상부면을 덮는 ㅡ자, 전체를 덮는 ㅁ자 등 다양한 형상을 구비하여 하부커버(110)에 조립될 수 있다.

즉, 상기 상부커버(130)와 하부커버(110)의 조립시 육면체의 외형을 형성하게 된다.

계속하여, 상기 파우치 셀(150)은, 상기 상,하부커버의 내측에 수용되면서 양측에 전극(151)이 노출되고, 일측에만 스커트를 갖는 단방향 접합스커트(155)를 구비한다.

그리고, 상기 파우치 셀(150)은, 내측의 배터리 셀(156)을 감싸는 형태로 접혀지는 알루미늄포일(158)의 양단을 절곡하여 단방향의 접합스커트(155)를 형성하고, 접합스커트 단방향 파우치 셀의 다른 단면이 면을 이루는 직선형상의 접촉면(156)을 이루도록 설치된다.

또한, 상기 하부커버(110)는, 접합스커트 단방향 파우치 셀에서 발생되는 열의 전달이 가능토록 알루미늄재의 쿨링플레이트(112)가 플라스틱재의 몸체(114) 성형시 일체로 성형된다.

한편, 상기 쿨링플레이트(112)는, 단면적을 확대하면서 각각의 파우치셀 위치결정이 가능토록 요철(112a)이 상부면에 일체로 형성된다.

이때, 상기 요철(112a)은, 서로 접촉되는 각 파우치셀의 하부에 위치토록 된다.

더하여, 상기 파우치 셀(150)은, 쿨링플레이트의 상측에 갭필러(160)를 통하여 밀착된다.

그리고, 상기 배터리모듈(100)은, 쿨링플레이트(112)가 열전달매체(310)를 통하여 방열판(330)에 적층된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도5에서 도시한 바와같이 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 서로 조립되는 하부커버(110)와 상부커버(130) 및 상기 상,하부커버의 내측에 삽입되는 복수의 파우치 셀(150) 조립구조로 이루어져 구조를 단순화 시켜 조립고정의 효율을 높일 수 있도록 한다.

이때, 상기 상,하부커버는 서로 조립되는 구성으로 사출에 의해 일체로 각각 성형되면서 하부커버(110)는 상부가 개방될 때 파우치 셀의 전극이 수용되는 양측면 일부 역시 개방토록 설치되어 파우치셀(150)의 조립시 양측의 전극연결이 용이하게 된다.

그리고, 상기 하부커버(110)는, 측면이 서로 밀착되는 상태로 삽입되는 복수의 파우치 셀(150)을 상부에서 수용하면서 각 파우치 셀양 단이 각각 삽입지지토록 삽입홈(115)이 양측에 대향 형성되어 복수의 파우치 셀(150)이 일정간격으로 용이하게 수용토록 된다.

또한, 상기 상부커버(130)는, 상기 하부커버의 상부 및 양측면을 덮도록 형성되어 조립시 수용되는 파우치 셀(150)에 밀폐되는 공간을 형성하면서 발생되는 열을 하부의 쿨링플레이트(112)를 통하여 외부에 방출토록 한다.

계속하여, 상기 파우치 셀(150)은, 상기 상,하부커버(130)(110)의 내측에 수용되면서 양측에 전극(151)이 노출되는 단 방향에만 접합스커트(155)를 구비하여 파우치 셀(150)과 쿨링플레이트(112)를 최대한 밀착시켜 방열효과를 높이도록 한다.

그리고, 상기 파우치 셀(150)은, 내측의 배터리 셀(156)을 감싸는 형태로 접혀지는 알루미늄포일(158)의 양단을 절곡하여 단방향의 접합스커트(155)를 형성한다.

이때, 상기 파우치 셀(150)의 다른 면 즉 접합스커트의 대향하는 위치에는 단면이 직선으로 면을 형성하는 접촉면(156)이 형성되어 쿨링플레이트와의 접촉면적을 넓히게 된다.

또한, 상기 하부커버(110)는 하부에 접합스커트 단방향 파우치 셀의 열전달이 가능토록 알루미늄재의 쿨링플레이트(112)가 플라스틱재의 몸체(114) 성형시 일체로 성형되어 제작이 용이하면서 수용되는 파우치 셀(150)의 열전달이 용이하게 된다.

한편, 상기 쿨링플레이트(112)는, 접촉면(156)에 대응되는 요철(112a)이 상부면에 일체로 형성되어 단면적을 확대하면서 파우치 셀(150)의 위치를 결정토록 한다.

더하여, 상기 파우치 셀(150)은, 쿨링플레이트의 상측에 열전달 레진등으로 이루어진 갭필러(160)를 통하여 밀착되면 견고한 지지와 동시에 열전달이 용이하게 된다.

그리고, 상기 배터리모듈(100)은, 쿨링플레이트(112)가 열전달매체(310)를 통하여 방열판(330)에 적층되는 구성으로 복수의 배터리모듈에서 발생되는 열을 용이하게 발산토록 한다.

이때, 상기 열전달매체(310)는, 일반적으로 TIM(Thermal Interface Material)라 칭하며, 그 재질은 열 레진(Thermal resin)등으로 이루어져 배터리모듈과 방열판 사이의 갭을 채우면서 열을 용이하게 전달하는 역활을 수행하여 열 전도율을 향상시킨다.

100...배터리 모둘 110...하부커버
130...상부커버 150...파우치 셀
155...단방향 접합스커트 156...접촉면
160...갭필러 310...열전달매체
330...방열판

Claims (4)

1. 서로 밀착되는 복수의 파우치 셀을 상부에서 수용하면서 각 파우치 셀 양 단이 각각 삽입지지토록 삽입홈이 형성되는 하부커버와,
   상기 하부커버를 덮도록 하는 상부커버 및,
   상기 상,하부커버의 내측에 수용되는 복수의 파우치 셀 조립구조로 이루어지고,
   상기 하부커버는 하부에 파우치 셀이 열전달이 가능토록 쿨링플레이트가 일체로 성형되는 플라스틱재로 이루어지는 고방열 경량화 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 파우치 셀은, 내측의 배터리 셀을 감싸는 형태로 접혀지는 알루미늄포일의 단부를 절곡하여 단방향 접합스커트를 형성하는 구성으로 이루어지고, 단방향 접합스커트와 대향하는 위치에 직선 형상을 갖는 접촉면이 형성되는 것을 특징으로 하는 고방열 경량화 배터리 모듈.
3. 제1항에 있어서, 상기 쿨링플레이트는, 단면적을 확대하면서 셀의 위치결정이 가능토록 요철이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 고방열 경량화 배터리 모듈.
4. 제1항에 있어서, 상기 파우치 셀은, 쿨링플레이트의 상측에 갭필러를 통하여 밀착되는 것을 특징으로 하는 고방열 경량화 배터리 모듈.

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