KR20220061640A - 배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

복수의 배터리 셀(111)이 적층되어 형성된 셀 적층체(110); 상기 셀 적층체(110)를 내부에 수용하는 모듈 하우징(120); 및 상기 모듈 하우징(120)을 냉각시키는 냉각부(140);를 포함하며, 상기 냉각부(140)는, 냉각수가 유동하는 유로공간(153)이 형성된 냉각 플레이트(150)와, 상기 냉각 플레이트(150)에 형성된 관통공(H)을 폐쇄하며 상기 냉각 플레이트(150)보다 융점이 낮은 재질로 이루어지는 막음부재(141)와, 상기 관통공(H)을 덮는 메쉬부재(145)를 구비하는 배터리 모듈(100)이 제공된다.

Description

배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩{BETTERY MODULE AND BATTERY PACK HAVING THE SAME}

본 발명은 이차전지로 구성되는 복수의 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.

이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차와 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 중이다. 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)의 배터리 셀이나 강성을 가진 각형 또는 원통형 캔형(can type)의 배터리 셀로 제조되어 사용되고 있다.

또한, 이차전지는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 널리 사용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우 배터리 전체의 용량 및 출력을 높이기 위하여 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결되어 사용된다. 즉, 복수의 배터리 셀을 모듈화하여 배터리 모듈을 형성하며, 중대형 장치의 경우에는 배터리 팩의 내부에 모듈화된 배터리 모듈을 복수개 설치하여 사용하고 있다.

한편, 배터리 모듈은 장시간 사용될 경우 배터리 셀에서 열이 발생하게 되고, 특히 충전 시에는 배터리 모듈 내부의 온도가 급격히 상승하게 된다. 이와 같은 배터리 셀의 온도 상승은 배터리 모듈의 수명을 단축시키게 되고, 배터리 모듈의 효율을 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라, 인접한 배터리 셀로 열이 전파되어 최악의 경우 발화 또는 폭발이 발생될 수 있다. 또한, 배터리 셀에 발화가 이루어진 경우 발열로 인하여 배터리 모듈 내부의 온도가 급격하게 상승하게 되며, 배터리 셀에서 발생한 열이 이웃하는 배터리 셀, 그리고 다른 배터리 모듈로 전달되어 배터리 팩 전체로 화재가 급격하게 확산될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 배터리 모듈의 내부에 방열제를 설치하여 열 전파(thermal propagation)를 지연시키는 방법이 제안된 바 있다.

그러나, 내부 방열제는 고용량의 배터리 모듈 내부에 구비되는 다수의 배터리 셀에서 발생한 열을 충분히 흡수할 수 없으므로, 내부 방열제롤 통하여 열 전파를 지연시키는 것에는 한계가 있다.

본 발명은 일 측면으로서, 배터리 셀의 발화 등으로 인하여 배터리 모듈의 내부 온도가 상승한 경우 냉각수가 분사되도록 함으로써 배터리 모듈을 효과적으로 냉각하여 열 전파를 지연시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 일 측면으로서, 배터리 모듈의 내부 온도가 상승한 경우 냉각부로부터 냉각수가 분사가 용이하게 이루어질 수 있는 배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 일 측면으로서, 배터리 모듈의 냉각부에서 분사된 냉각수를 넓은 범위로 분출할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 일 측면으로서, 배터리 모듈에서 발생한 화염의 노출을 제한할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징; 및 상기 모듈 하우징을 냉각시키는 냉각부;를 포함하며, 상기 냉각부는, 냉각수가 유동하는 유로공간이 형성된 냉각 플레이트와, 상기 냉각 플레이트에 형성된 관통공을 폐쇄하며 상기 냉각 플레이트보다 융점이 낮은 재질로 이루어지는 막음부재와, 상기 관통공을 덮는 메쉬부재를 구비하는 배터리 모듈을 제공한다.

상기 냉각 플레이트는 베이스면과, 상기 베이스면으로부터 상기 유로공간 측을 향하여 돌출된 형상을 갖는 돌기부를 구비하며, 상기 막음부재는 상기 돌기부에 형성된 관통공에 구비될 수 있다. 이때, 상기 돌기부는 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하도록 구성될 있다. 그리고, 상기 관통공은 상기 돌기부가 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하는 부분에 형성될 수 있다.

또한, 상기 냉각 플레이트는 베이스면과, 상기 베이스면으로부터 상기 유로공간 측을 향하여 돌출되며 냉각수의 유동을 가이드하도록 냉각수의 유동방향을 따라 연장된 형상을 갖는 격벽부를 구비하며, 상기 막음부재는 상기 격벽부에 형성된 관통공에 구비될 수 있다. 이때, 상기 격벽부는 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉할 수 있다. 그리고, 상기 관통공은 상기 격벽부가 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하는 부분에 형성될 수 있다. 또한, 상기 관통공은 원형 또는 각형 형상을 갖거나, 세장형(細長型) 형상을 가질 수 있다.

그리고, 상기 냉각부는 상기 배터리 모듈의 상부와 하부 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.

또한, 상기 메쉬부재는 상기 막음부재보다 융점이 높은 재질로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 막음부재는 합성수지 또는 금속 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 배터리 셀은, 내부에 전극 조립체를 수용하는 수용부와 상기 수용부를 밀봉하는 실링부를 갖는 파우치를 포함하여 구성되고, 상기 실링부는 상기 수용부의 4면 중에서 3면에 형성되며, 상기 배터리 셀은 상기 실링부가 형성되지 않은 면이 상기 냉각 플레이트를 향하도록 배치되며, 상기 배터리 셀로부터 상기 냉각 플레이트로의 방열을 위하여 상기 실링부가 형성되지 않은 면과 상기 모듈 하우징의 내부면 사이에는 열전달 부재가 위치할 수 있다.

다른 측면으로서, 본 발명은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징과, 상기 모듈 하우징을 냉각시키는 냉각부를 구비하는 배터리 모듈; 및 복수의 상기 배터리 모듈을 내부에 수용하는 팩 하우징;을 포함하며, 상기 냉각부는, 냉각수가 유동하는 유로공간이 형성된 냉각 플레이트와, 상기 냉각 플레이트에 형성된 관통공을 폐쇄하며 상기 냉각 플레이트보다 융점이 낮은 재질로 이루어지는 막음부재와, 상기 관통공을 덮는 메쉬부재를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.

또 다른 측면으로서, 본 발명은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징을 구비하는 배터리 모듈; 복수의 상기 배터리 모듈을 내부에 수용하는 팩 하우징; 및 상기 배터리 모듈을 냉각하도록 상기 팩 하우징에 설치되는 팩 냉각부;를 포함하며, 상기 팩 냉각부는, 냉각수가 유동하는 유로공간이 형성된 냉각유로 형성부재와, 상기 냉각유로 형성부재에 형성된 관통공을 폐쇄하며 상기 냉각유로 형성부재보다 융점이 낮은 재질로 이루어지는 막음부재와, 상기 관통공을 덮는 메쉬부재를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.

이때, 상기 관통공은 상기 냉각유로 형성부재가 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하는 부분에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 셀의 발화 등으로 인하여 배터리 모듈의 내부 온도가 과도하게 상승한 경우 저융점 재질의 막음부재가 용융되고 냉각부의 유로공간을 유동하는 냉각수가 관통공을 통하여 외부로 분사되어 배터리 모듈의 외부면을 냉각시킬 수 있으므로 배터리 모듈 또는 배터리 팩에서 발생하는 열 전파를 지연시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 냉각부의 유로공간을 유동하는 충분한 양의 냉각수를 관통공을 통하여 분사시켜 배터리 모듈의 냉각에 이용하므로 배터리 모듈에서 발생한 다량의 열을 충분히 흡수할 수 있어서 열 전파를 효과적으로 지연시킬 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면 저융점 재질의 막음부재가 모듈 하우징과 열적으로 접촉하도록 구성되므로, 배터리 모듈의 내부 온도가 상승한 경우 막음부재가 쉽게 용융되어 냉각부로부터 냉각수의 분사가 용이하게 이루어질 수 있다는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 관통공에 메쉬부재를 설치함으로써 관통공을 통하여 분사되는 냉각수를 넓은 범위로 퍼뜨려 분사할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배터리 모듈의 발화 등으로 인하여 모듈 하우징이 훼손되어 냉각부로 화염이 유입된 경우라 하더라도 관통공에 메쉬부재가 설치되어 있으므로 화염이 관통공을 통하여 외부로 분출되는 현상을 감소시킬 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 본 발명에 구비되는 배터리 셀의 일 예를 도시한 사시도.
도 4는 도 1의 I-I' 선에 따른 단면도.
도 5는 본 발명에 구비되는 냉각부의 일 예를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명에 구비되는 냉각부의 다른 예를 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 II-II' 선에 따른 냉각부가 설치된 배터리 모듈의 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 9는 도 4에 도시된 배터리 모듈의 내부온도 상승 시 상태를 도시하는 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩의 단면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 팩의 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 사시도이고, 도 3은 본 발명에 구비되는 배터리 셀(111)의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1의 I-I' 선에 따른 단면도이며, 도 5는 본 발명에 구비되는 냉각부(140)의 일 예를 도시한 사시도이다. 또한, 도 6은 본 발명에 구비되는 냉각부(140)의 다른 예를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 II-II' 선에 따른 냉각부가 설치된 배터리 모듈의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈(100)의 사시도이며, 도 9는 도 4에 도시된 배터리 모듈(100)의 내부온도 상승 시 상태를 도시하는 단면도이다.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은 셀 적층체(110), 모듈 하우징(120) 및 냉각부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 적층체(110)는 도 3에 일 예로 도시된 배터리 셀(111)이 다수 개 적층되어 구성된다. 본 실시예에서 배터리 셀(111)은 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층된다. 그러나 필요에 따라 배터리 셀(111)을 상하 방향으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.

각각의 배터리 셀(111)은 일 예로서 파우치형(pouched type) 이차전지로 구성될 수 있으며, 전극 리드(115)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다.

배터리 셀(111)은 파우치(112) 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 형태로 구성될 수 있다. 전극 조립체(미도시)는 다수의 전극판 및 전극탭을 구비하며 파우치(112) 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 전극탭이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 전극 리드(115)에 연결될 수 있다. 도 3에 도시된 배터리 셀(111)의 경우 2개의 전극 리드(115)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 동일한 방향을 향하되 서로 높이를 달리 하여 배치되는 것도 가능하다.

그리고, 파우치(112)는 용기 형태로 형성되어 전극 조립체 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 이때, 전극 조립체의 전극 리드(115)는 일부가 파우치(112)의 외부로 노출될 수 있다.

파우치(112)는 수용부(113)와 실링부(114)로 구분될 수 있다. 수용부(113)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공한다. 수용부(113)의 내부 공간에는 전극 조립체 및 전해액이 수용된다.

실링부(114)는 파우치(112)의 일부가 접합되어 수용부(113)의 둘레를 밀봉하는 부분이다. 따라서 실링부(114)는 용기 형태로 형성되는 수용부(113)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 수용부(113)의 외곽을 따라 배치된다. 실링부(114) 형성을 위한 파우치(112)의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 본 실시예에서 실링부(114)는 전극 리드(115)가 배치되는 제1 실링부(114a)와, 전극 리드(115)가 배치되지 않는 제2 실링부(114b)로 구분될 수 있다.

본 실시예에서 파우치(112)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(113)}을 형성하도록 외장재를 접어 파우치(112)를 완성할 수 있다.

본 실시예에서 수용부(113)는 사각 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 수용부(113)의 외곽에는 외장재가 접합되어 형성되는 실링부(114)가 구비된다. 그러나 상기한 바와 같이, 외장재가 접히는 면에는 실링부(114)를 형성할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에서 실링부(114)는 수용부(113)의 외곽에 형성되되, 수용부(113)의 4면 중 3면에만 구비되며, 수용부(113)의 외곽 중 어느 한 면(도 3에서 하부면)에는 실링부(114)가 배치되지 않을 수 있다.

본 실시예에서 전극 리드(115)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되므로, 2개의 전극 리드(115)는 서로 다른 변에 형성된 실링부(114)에 배치된다. 따라서, 본 실시예의 실링부(114)는 전극 리드(115)가 배치되는 2개의 제1 실링부(114a), 그리고 전극 리드(115)가 배치되지 않는 1개의 제2 실링부(114b)로 구성된다. 도 3에서는 제2 실링부(114b)가 파우치(112)의 상면에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 제2 실링부(114b)는 파우치(112)의 하면에 형성되는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 실시예에 사용되는 파우치(112)는 도 3에 도시된 바와 같이 한 장의 외장재를 접어 3면에 실링부(114)가 형성되는 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 2장의 외장재를 겹쳐 수용부(113)를 형성하고, 수용부(113) 둘레의 4면 모두에 실링부(114)가 형성되는 것도 가능하다.

또한 본 실시예의 배터리 셀(111)은 실링부(114)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(114)의 면적을 최소화하기 위해, 실링부(114)는 적어도 한 번 접힌 형태로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 실링부(114) 중 전극 리드(115)가 배치되지 않는 제2 실링부(114b)는 2회 접힌 후 접착 부재(B)에 의해 고정될 수 있다. 예를 들어, 제2 실링부(114b)는 제1 절곡선(C1)을 따라 180° 접힌 후, 제2 절곡선(C2)을 따라 접힐 수 있다. 이때, 제2 실링부(114b)의 내부에는 접착 부재(B)가 충진될 수 있으며, 제2 실링부(114b)는 접착 부재(B)에 의해 2회 접힌 형상이 유지될 수 있다. 접착 부재(B)는 열전도도가 높은 접착제로 형성될 수 있다. 예컨대 접착 부재(B)는 에폭시나 실리콘으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 구성되는 배터리 셀(111)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지일 수 있다

다만, 본 발명의 실시예에서 배터리 셀(111)은 도 3에 도시된 3면 실링 구조를 갖는 파우치형(pouched type) 이차전지에 한정되는 것은 아니며, 4면 실링 구조를 갖는 파우치형(pouched type) 이차전지나, 각형이나 원형의 형상을 갖는 캔형(can type) 이차전지로 구성되는 것도 가능하다.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 모듈 하우징(120)은 배터리 모듈(100)의 외관을 형성하며, 복수 개의 배터리 셀(111)이 적층되어 형성된 셀 적층체(110)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀(111)을 보호한다.

모듈 하우징(120)은 일 예로서 일측이 개방된 단면 형상을 갖는 하우징 몸체(121)와, 하우징 몸체(121)와 합형되어 내부공간을 형성하는 하우징 커버(125)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 모듈 하우징(120)에는 하우징 몸체(121)와 하우징 커버(125)에 의해 형성된 내부공간을 덮도록 모듈 하우징(120)의 길이방향 전면과 후면에 배치되는 엔드 플레이트(126)가 결합될 수 있다.

이러한 모듈 하우징(120)의 내부공간에는 셀 적층체(110)가 배치될 수 있다. 모듈 하우징(120)을 구성하는 적어도 일면은 배터리 셀(111)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열 플레이트로서 기능할 수 있다.

하우징 몸체(121)는 일측이 개방된 U형 단면을 형성하기 위하여, 배터리 셀(111)의 하부를 지지하는 하부 플레이트(122)와, 하부 플레이트(122)의 폭방향 양단에서 상하방향(도 2에서 상측)으로 연장되며 배터리 셀(111)의 측면을 지지하는 측면 플레이트(123)를 포함할 수 있다.

이때, 하우징 몸체(121)는 하부 플레이트(122)와 측면 플레이트(123)가 일체형으로 이루어지는 구조를 가질 수 있다. 또한, 하우징 몸체(121)는 폭방향 단면이 길이방향을 따라 일정한 형상을 가질 수 있으며, 이 경우 하우징 몸체(121)는 압출공정에 의해 제조될 수 있다. 다만, 필요에 따라 측면 플레이트(123)와 하부 플레이트(122)를 독립적인 구성 요소들로 구성한 후 결합/접합하여 하우징 몸체(121)를 구성하는 것도 가능하다.

측면 플레이트(123)는 좌우방향으로 적층 배치된 셀 적층체(110)의 측면(넓은 면)에 대응하여 배터리 셀(111)의 측면을 지지한다. 이때, 배터리 셀(111)의 측면은 측면 플레이트(123)와 직접 접촉할 수도 있으나, 측면 플레이트(123)와 배터리 셀(111)의 측면 사이에 방열 패드나 완충 패드(도면부호 미부여)가 개재되는 것도 가능하다.

또한, 하우징 커버(125)는 하부 플레이트(122)와 대향하여 배치되며 측면 플레이트(123)의 상측 단부와 연결될 수 있다. 따라서 하우징 커버(125)가 측면 플레이트(123)를 덮는 형태로 하우징 몸체(121)에 결합되면, 하우징 커버(125)와 하우징 몸체(121)는 내부가 빈 관형 부재의 형상을 갖는다.

하우징 몸체(121)는 금속과 같이 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하우징 몸체(121)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 하우징 몸체(121)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 금속과 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다. 또한, 하우징 커버(125)는 하우징 몸체(121)와 마찬가지로 금속과 같이 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 일 예로서, 하우징 커버(125)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 하우징 커버(125)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 금속과 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.

그리고, 하우징 몸체(121)와 하우징 커버(125)의 결합은 측면 플레이트(123)와 하우징 커버(125)의 접촉면을 용접(예를 들어, 레이저 용접 등)함으로써 수행될 수 있다. 다만, 하우징 몸체(121)와 하우징 커버(125)의 결합은 전술한 용접 결합에 한정되는 것은 아니며, 슬라이딩 방식이나 본딩으로 결합하거나, 볼트나 나사 등의 고정 부재를 이용하여 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.

한편, 엔드 플레이트(126)는 배터리 셀(111)의 전극 리드(115)가 배치되는 양 측면, 즉 모듈 하우징(120)의 길이방향 전면과 후면에 각각 결합되어 모듈 하우징(120)의 개방된 전면과 후면을 덮도록 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(126)는 하우징 몸체(121)와 하우징 커버(125)에 결합되어 하우징 몸체(121), 하우징 커버(125)와 함께 배터리 모듈(100)의 외관을 형성한다.

엔드 플레이트(126)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있으며 다이캐스팅이나 압출/프레스 등의 공정으로 제작 가능하다. 또한, 엔드 플레이트(126)는 후술하는 절연 커버(130)의 접속 단자(132)를 외부로 노출시키기 위한 관통 구멍(126a)을 구비할 수 있다. 엔드 플레이트(126)는 나사나 볼트와 같은 고정 부재를 통해 하우징 몸체(121) 및 하우징 커버(125)에 결합될 수 있다. 그러나, 엔드 플레이트(126)의 결합방식은 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 엔드 플레이트(126)와 셀 적층체(110) 사이에는 절연 커버(130)가 개재될 수 있다. 절연 커버(130)는 배터리 셀(111)의 전극 리드(115)가 배치된 일면 또는 양면에 결합된다. 전극 리드(115)는 절연 커버(130)의 몸체를 관통하여 절연 커버(130)의 외측에서 버스바(미도시)에 의해 동일한 극성끼리 상호 연결된다. 이를 위해 절연 커버(130)에는 전극 리드(115)가 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(도면부호 미부여)이 구비될 수 있다.

또한, 절연 커버(130)에는 외부와의 연결을 위한 접속 단자(132)가 구비될 수 있다. 따라서 배터리 셀(111)은 접속 단자(132)를 통해 외부와 전기적으로 연결되며, 이를 위해 전극 리드(115)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 2에 도시된 바와 같이 엔드 플레이트(126)에 형성된 관통 구멍(126a)을 통해 외부로 노출된다. 따라서 엔드 플레이트(126)의 관통 구멍(126a)은 접속 단자(132)의 크기와 형상에 대응하는 크기로 형성될 수 있다.

한편, 배터리 셀(111)에서 발생된 열을 모듈 하우징(120)에 효과적으로 전달할 수 있도록 배터리 셀(111)과 하우징 몸체(121)의 하부 플레이트(122) 사이에는 열전달 부재(TA)가 설치될 수 있다. 열전달 부재(TA)는 일측(상측)이 배터리 셀(111)에 접촉하고 타측(하측)이 모듈 하우징(120)에 접촉하여 배터리 셀(111)에서 발생한 열을 모듈 하우징(120)으로 전달하게 된다.

실링부(114)가 수용부(113)의 3면에 형성되는 배터리 셀(111)의 경우, 배터리 셀(111)은 실링부(114)가 형성되지 않은 면이 냉각 플레이트(150)를 향하도록 배치되며, 열전달 부재(TA)는 배터리 셀(111)로부터 냉각 플레이트(150)로의 방열을 위하여 실링부(114)가 형성되지 않은 면과 모듈 하우징(120)의 내부면 사이에 위치할 수 있다. 이와 같이, 실링부(114)가 형성되지 않은 면이 넓은 면적에 걸쳐 열전달 부재(TA)를 통해 모듈 하우징(120)에 연결되는 경우, 배터리 셀(111)에서 발생한 열이 모듈 하우징(120)을 통하여 쉽게 방출될 수 있다.

열전달 부재(TA)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. 또한, 열전달 부재(TA)는 배터리 셀(111)의 하면과 하부 플레이트(122)의 상면 사이에 패드 형태로 배치되거나, 액상 또는 겔(gel) 상태로 도포될 수 있다. 이와 같이, 배터리 셀(111)에서 발생한 열은 열전달 부재(TA)의 높은 열전도성으로 인해 하부 플레이트(122)에 효과적으로 전달될 수 있고, 이후 냉각부(140)를 통해 충분한 방열이 이루어질 수 있다. 또한, 본 실시예의 열전달 부재(TA)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(111)에서 부분적으로 절연이 파괴되더라도 배터리 셀(111) 주변에 배치된 열전달 부재(TA)에 의해 배터리 셀(111)과 모듈 하우징(120) 간의 절연이 유지될 수 있다.

다음으로, 도 2, 도 4 내지 도 9를 참조하여 냉각부(140)에 대해 설명한다.

냉각부(140)는 모듈 하우징(120)에 부착되며, 냉각수를 이용하여 모듈 하우징(120)을 냉각하게 된다. 냉각부(140)는 냉각 플레이트(150)와, 냉각 플레이트(150)에 형성된 관통공(H)을 폐쇄하는 막음부재(141)와, 관통공(H)을 덮는 메쉬부재(145)를 구비할 수 있다.

냉각 플레이트(150)는 냉각수가 유동하는 유로공간(153)을 형성하게 된다. 이를 위하여 냉각 플레이트(150)는 베이스면(152)이 함몰된 형태의 몸체부(151)를 가질 수 있다. 또한, 냉각 플레이트(150)는 냉각수가 유입되는 유입구(IN)와 냉각수와 유출되는 유출구(OUT)를 구비하며, 펌프 등을 포함하는 냉각 시스템(미도시)과 연결될 수 있다. 냉각 시스템은 다량의 냉각수가 순환할 수 있는 구조를 가질 수 있다.

냉각 플레이트(150)는 베이스면(152)과, 베이스면(152)으로부터 유로공간(153) 측으로 돌출된 복수의 돌기부(155)를 구비할 수 있다. 돌기부(155)는 유입구(IN)를 통해 유입된 냉각수가 유로공간(153)을 통해 유동하는 과정에서 냉각수에 불규칙한 흐름을 형성하여 모듈 하우징(120)으로부터 냉각부(140)에 전달된 열이 냉각수에 고르게 흡수되도록 할 수 있다. 또한, 돌기부(155)는 유로공간(153)의 형상을 유지하기 위하여 모듈 하우징(120)을 지지하도록 구성될 수 있다.

또한, 냉각 플레이트(150)는 냉각수가 유입구(IN)로부터 유출구(OUT)로 유동할 수 있도록 냉각수의 유동을 가이드하는 격벽부(154)를 포함할 수 있다. 격벽부(154)는 베이스면으로부터 유로공간(153) 측을 향하여 돌출되는 형상을 갖는다. 또한, 격벽부(154)는 유로공간(153)의 형상을 유지하기 위하여 모듈 하우징(120)을 지지하도록 구성될 수 있다.

이러한 격벽부(154)는 유로공간(153)을 구획하여 냉각수의 유동방향을 따라 연장된 형상을 가지며 유로공간(153)을 복수개로 구획하게 된다.

예를 들어, 격벽부(154)는 도 5에 도시된 바와 같이 유입구(IN)로부터 냉각수가 유입되는 영역과 냉각수가 유출구(OUT)로 유출되는 영역을 구획하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 4 및 도 5의 실시예에서 냉각 플레이트(150)는 몸체부(151)의 일측에 유입구(IN)와 유출구(OUT)가 모두 형성되는 구조를 가지며, 격벽부(154)는 U자 형상의 유로를 형성할 수 있다.

이와는 달리, 격벽부(154)는 몸체부에 복수 개가 형성되어 유입구(IN)로부터 유입된 냉각수가 복수개의 영역으로 분리되어 유동하도록 유로공간(153)을 구획할 수 있다. 냉각수는 격벽부(154) 사이의 유로공간(153)을 흐른 후 유출구(OUT)를 통하여 배출될 수 있다. 즉, 도 6 및 도 7의 실시예에서 냉각 플레이트(150)는 몸체부(151)의 일측에 유입구(IN)가 형성되고 몸체부(151)의 타측에 유출구(OUT)가 형성되는 구조를 가질 수 있으며, 격벽부(154)는 유입구(IN)로부터 유출구(OUT) 방향으로 냉각수의 유동을 안내하게 된다.

또한, 냉각 플레이트(150)는 도 5에 도시된 바와 같이 돌기부(155)와 격벽부(154)를 모두 구비하는 것도 가능하고 도 6에 도시된 바와 같이 격벽부(154)만을 구비하는 것도 가능하다. 도 6에서는 냉각 플레이트(150)에 격벽부(154)만 설치되는 구성을 도시하고 있지만 격벽부(154) 사이의 공간에 돌기부(155)가 구비될 수도 있다.

한편, 냉각 플레이트(150)에 형성되는 유입구(IN)와 유출구(OUT)의 설치 위치 및 개수, 격벽부(154)나 돌기부(155)의 설치위치, 형상 및 개수는 다양한 변경이 가능하다.

냉각 플레이트(150)는 모듈 하우징(120)으로부터 열이 유로공간(153)을 유동하는 냉각수에 전달될 수 있도록 모듈 하우징(120)에 브레이징 등을 통하여 부착되는 구조를 가질 수 있다. 냉각 플레이트(150)는 배터리 모듈(100)의 상부와 하부 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.

예를 들어, 냉각 플레이트(150)는 도 2, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 모듈 하우징(120)의 하부에 부착될 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 모듈 하우징(120)의 상부에 부착될 수도 있으며, 모듈 하우징(120)의 상부와 하부에 모두 부착되는 것도 가능하다. 즉, 냉각부(140)는 모듈 하우징(120)의 하측에 설치되는 하부 냉각을 수행할 수도 있고, 모듈 하우징(120)의 상측에 설치되어 상부 냉각을 수행할 수도 있고, 모듈 하우징(120)의 상측과 하측에 모두 설치되어 상부 및 하부 냉각을 동시에 수행하는 것도 가능하다.

또한, 도 2, 도 4 내지 도 8에서는 냉각 플레이트(150)의 몸체부(151)가 한 장의 플레이트로 구성되어 모듈 하우징(120)에 결합되며, 냉각 플레이트(150)의 몸체부(151)와 모듈 하우징(120) 사이에 유로공간(153)이 형성되는 경우를 도시하고 있으나, 냉각 플레이트(150)의 구조는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 냉각 플레이트(150)는 상하 2장의 플레이트가 접합되며, 그 사이에 유로공간(153)이 형성되는 구조(예를 들어, 도 11에서 유로공간을 형성하는 것과 유사한 구조)를 갖는 것도 가능하다.

그리고, 냉각 플레이트(150)는 열전도성의 금속 재질로 구성되어 유로공간(153)을 흐르는 냉각수의 열을 외부로 방출할 수 있다.

또한, 냉각 플레이트(150)에는 배터리 모듈(100)의 내부 온도가 상승한 경우 유로공간(153)을 유동하는 냉각수가 외부로 분사될 수 있도록 관통공(H)이 형성될 수 있다. 관통공(H)은 돌기부(155)와 격벽부(154) 중 적어도 일부에 형성될 수 있으나 관통공(H)의 설치위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 관통공(H)은 냉각 플레이트(150)의 몸체부에 펀칭, 절삭 등의 기계가공을 통해 형성될 수 있으나, 관통공(H)의 형성방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 4 등에서는 관통공(H)이 유로공간(153)과 분리된 구조를 갖는 것으로 도시되어 있으나 관통공(H) 형성 부분에 유로공간(153)이 연결될 수 있도록 관통공(H) 및 막음부재(141) 설치영역에 틈새 형성을 위한 홈이나 곡면 등이 형성될 수 있다. 따라서, 냉각 시스템의 펌프에 의하여 가압된 상태로 유로공간(153)을 흐르는 냉각수는 후술하는 바와 같이 막음부재(141)가 용융되는 경우 관통공(H)과 유로공간(153) 사이의 틈새를 통하여 관통공(H)으로 이동한 후 관통공(H)을 통해 배출될 수 있다.

막음부재(141)는 냉각 플레이트(150)에 형성된 관통공(H)을 폐쇄하도록 구성되며, 냉각 플레이트(150)보다 융점이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.

막음부재(141)는 배터리 모듈(100)의 내부에서 발생하여 모듈 하우징(120)으로 전달된 열에 쉽게 용융될 수 있도록 하기 위하여 베이스면(152)보다 모듈 하우징(120)에 인접한 위치에 위치하는 돌기부(155)와 격벽부(154) 중 적어도 일부에 구비될 수 있다. 이때, 모듈 하우징(120)의 열이 관통공(H)을 폐쇄하는 막음부재(141)에 쉽게 전달될 수 있도록 돌기부(155)와 격벽부(154) 중 적어도 일부는 모듈 하우징(120)과 열적으로 접촉하도록 구성될 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에서 "열적으로 접촉(thermal contact)"이라는 용어는 모듈 하우징(120)의 열이 돌기부(155)나 격벽부(154)에 열전도(heat conduction)에 의해 전달된다는 것을 의미하는 것으로서, 돌기부(155)나 격벽부(154)가 모듈 하우징(120)과 직접적으로 접촉하여 열이 전달되는 경우뿐만 아니라, 열전달 부재나 다른 구성요소를 통하여 모듈 하우징(120)과 간접적으로 접촉하여 열이 전달되는 경우도 포함하는 것으로 한다. 또한, 돌기부(155)와 격벽부(154)는 대향하는 영역 전체에서 모듈 하우징(120)과 열적으로 접촉하지 않고 대향하는 영역 중 일부 영역에서 모듈 하우징(120)과 열적으로 접촉할 수도 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 돌기부(155)는 베이스면(152)으로부터 유로공간(153)을 향하여 돌출된 측면부(157)와, 상기 측면부와 연결되며 적어도 일부분이 모듈 하우징(120)과 열적으로 접촉하는 접촉부(156)를 포함할 수 있다. 이때, 관통공(H)은 접촉부(156)에 대응하는 영역에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 관통공(H)은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 접촉부(156)의 일부 영역에 형성될 수도 있고, (b)에 도시된 바와 같이 접촉부(156)와 측면부(157)에 걸쳐 형성될 수도 있으며, 이와는 달리 측면부(157)에 형성되는 것도 가능하다. 또한, 막음부재(141)는 관통공(H)을 폐쇄하도록 구성되므로 관통공(H)의 영역에 대응하는 영역에 위치하게 된다. 이러한 관통공(H)과 막음부재(141)의 형상 및 위치는 막음부재(141)가 용융되었을 때 유로공간(153)을 유동하는 냉각수가 외부로 배출될 수 있도록 설정될 수 있다. 또한, 도 4 및 도 5에서 돌기부(155)는 접촉부가 평평한 원뿔대의 형상을 갖는 것으로 도시되어 있으나 돌기부(155)의 전체적인 형상은 반구형, 원기둥, 각기둥, 각뿔대 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 접촉부(156)와 측면부(157) 사이는 완만한 곡면으로 연결될 수도 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 격벽부(154)는 베이스면(152)으로부터 유로공간(153)을 향하여 돌출된 형상을 가지며, 적어도 일부분이 모듈 하우징(120)과 열적으로 접촉하도록 구성될 수 있다. 이때, 관통공(H)은 격벽부(154)의 상면에 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 상면과 측면, 또는 측면에 설치될 수도 있다. 또한, 막음부재(141)는 관통공(H)을 폐쇄하도록 구성되므로 관통공(H)의 영역에 대응하는 영역에 위치하게 된다. 이러한 관통공(H)과 막음부재(141)의 형상 및 위치는 막음부재(141)가 용융되었을 때 유로공간(153)을 유동하는 냉각수가 외부로 배출될 수 있도록 설정될 수 있다.

그리고, 격벽부(154)는 길이가 긴 형상을 가지므로 다양한 형태의 관통공(H)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통공(H)은 도 6에 도시된 바와 같이 폭보다 길이가 긴 세장형(細長型, slender type) 구조를 가질 수 있으나, 원형이나 각형의 형상을 갖는 다수의 관통공(H)이 이격되어 설치될 수 있다. 이때, 막음부재(141)는 관통공(H)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있으나, 복수의 관통공(H)을 동시에 덮는 구조를 가질 수도 있다.

한편, 도 4에서는 돌기부(155)마다 관통공(H)이 형성되고 관통공(H)에 막음부재(141)가 설치되는 구조를 도시하고 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이 관통공(H) 형성 및 막음부재(141) 설치 등 작업 용이성과 비용 절감을 위하여 일부의 돌기부(155)에 대해서만 막음부재(141)를 설치하는 것도 가능하다.

또한, 막음부재(141)는 배터리 모듈(100) 내부에서 배터리 셀(111)의 발화 시 용융될 수 있도록 저융점의 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 막음부재(141)는 융점 70 내지 150℃의 고분자 물질(플라스틱 또는 수지)이나 금속이 사용될 수 있다. 막음부재(141)의 융점은 전술한 온도범위로 한정되는 것은 아니며 배터리 모듈(100)의 설계사양 등에 따라 적절한 값 또는 범위로 선택될 수 있다.

막음부재(141)로 고분자 물질이 사용되는 경우 합성수지를 주원료로 하여 적절한 첨가물을 이용하여 융점이나 강도를 조절할 수 있다. 막음부재(141)로 사용되는 합성수지로는 PC(Polycarbonate), PP(Polypropylene), PS(Polystyrene), PSF(Polysulfone), ADC(아크릴 디글리콜 카보네이트, acryl di-gliycol carbonate) 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 막음부재(141)로 금속이 사용되는 경우 막음부재(141)는 비스무트, 납, 주석, 인듐 및 카드뮴으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 합금으로 구성될 수 있다.

막음부재(141)는 격벽부(154)에 형성된 관통공(H)을 메꾸는 방식으로 관통공(H)을 폐쇄하거나 관통공(H)의 상측과 하측 중 적어도 하나를 덮는 방식으로 관통공(H)을 페쇄할 수도 있다. 또한, 막음부재(141)는 용융상태에서 관통공(H)에 채워져 경화되는 방식으로 관통공(H)에 설치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 막음부재(141)는 접착부재나 테이프 등을 통해 관통공(H)의 상측이나 하측에 부착되는 구조를 가질 수도 있다.

그리고, 메쉬부재(145)는 관통공(H)을 덮도록 구성되며, 다수의 구멍을 갖는 격자 구조 또는 그물 구조를 가질 수 있다.

이러한 메쉬부재(145)는 막음부재(141)보다 융점이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 메쉬부재(145)는 막음부재(141)보다 융점이 높은 합성수지 재질 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(100) 내부의 온도 상승으로 인하여 막음부재(141)가 용융되는 경우에도 메쉬부재(145)는 용융되지 않은 상태를 가질 수 있다.

또한, 메쉬부재(145)는 각각의 관통공(H)을 덮을 수 있도록 각각의 관통공(H)에 대응하는 형상을 가질 수 있지만, 복수의 관통공(H)을 동시에 덮는 형상을 갖는 것도 가능하다.

메쉬부재(145)는 관통공(H)보다 작은 구멍을 다수개 갖는 구조이므로 막음부재(141)가 용융되어 관통공(H)을 통하여 냉각수가 분사(분출)될 때, 냉각수가 여러 줄기로 분리된 상태로 분사되도록 할 수 있다. 따라서, 관통공(H)을 통하여 분사되는 냉각수는 메쉬부재(145)를 통하여 넓은 범위에 걸쳐 분사될 수 있다. 또한, 메쉬부재(145)는 관통공(H)의 일부를 가리는 구조를 가지므로 냉각부(140)로 화염이 유입된 경우라 하더라도 화염이 관통공(H)을 통하여 외부로 분출되는 현상을 감소시킬 수 있게 된다.

다음으로, 도 9를 참조하여, 배터리 모듈(100)의 내부온도 상승 시의 작용에 대해 설명한다.

먼저, 배터리 모듈(100)의 배터리 셀(111)에서 발생한 열은 열전달 부재(TA)를 거쳐 모듈 하우징(120)의 하우징 몸체(121)로 전달될 수 있다. 모듈 하우징(120)에 전달된 열은 모듈 하우징(120)과 열적으로 접촉하는 돌기부(155)로 전달될 수 있다. 이때, 배터리 셀(111)의 발화 등으로 인하여 배터리 모듈(100)의 내부 온도가 과도하게 상승한 경우 돌기부(155), 그리고 이에 구비되는 막음부재(141)의 온도가 설정값 이상으로 상승하게 되고, 관통공(H)을 폐쇄하는 저융점 재질의 막음부재(141)가 용융되어 관통공(H)이 개방된다. 이에 따라 냉각부(140)의 유로공간(153)을 유동하는 냉각수가 관통공(H)을 통하여 외부로 분사되어 배터리 모듈(100)의 외부면을 냉각시키게 된다. 돌기부(155)와 모듈 하우징(120)이 열적으로 접촉하는 경우, 모듈 하우징(120)의 온도 상승에 따라 막음부재(141)의 용융이 신속하게 이루어져 냉각수 분사를 통한 열 전파 지연을 효과적으로 수행할 수 있다.

또한, 냉각부(140)는 펌프 등을 포함하여 냉각수를 순환시키는 냉각 시스템에 연결되고 냉각 시스템은 다량의 냉각수가 순환하는 구조를 가지므로, 관통공(H)이 개방되는 경우 다량의 냉각수가 관통공(H)을 통하여 배출될 수 있다. 이에 따라 외부로 배출된 상당한 양의 냉각수가 배터리 모듈(100)에서 발생한 다량의 열을 충분히 흡수할 수 있으며, 배터리 모듈(100) 또는 배터리 팩(200)에서 발생하는 열 전파를 지연시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 배터리 모듈(100)의 발화 등으로 인하여 모듈 하우징(120)이 훼손되어 냉각부(140)로 화염이 유입된 경우라 하더라도 관통공(H)에 메쉬부재(145)가 설치되어 있으므로 화염이 관통공(H)을 통하여 외부로 분출되는 현상을 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 도 8에 도시된 실시예와 같이, 냉각부(140)가 모듈 하우징(120)의 상부에 배치되는 경우, 모듈 하우징(120)의 상부에 관통공(H)과 막음부재(141)가 배치되므로 배터리 모듈(100)의 온도 상승으로 인하여 막음부재(141)가 용융되는 경우 냉각수가 상측방향으로 분사될 수 있다. 따라서, 상측방향으로 분사된 냉각수는 배터리 모듈(100)의 상면을 냉각한 후 배터리 모듈(100)의 측면을 타고 흘러 내릴 수 있으므로 배터리 모듈(100)의 냉각에 보다 효과적이며 열 전파도 충분히 지연시킬 수 있게 된다.

다음으로, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩(200)에 대해 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 팩(200)의 단면도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 팩(200)의 단면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 배터리 팩(200)은 배터리 모듈(100) 및 복수의 배터리 모듈(100)을 내부에 수용하는 팩 하우징(210)을 포함하여 구성된다.

팩 하우징(210)은 하부 하우징(211)과 상부 하우징(215)이 합형되어 복수의 배터리 모듈(100)을 내부에 수용하는 공간을 형성한다. 하부 하우징(211)은 하부 플레이트(212)와 하부 플레이트(212)의 모서리를 따라 상측으로 연장된 측면 플레이(213)를 포함하여 상측이 개방된 상자 구조를 가질 수 있다.

도 10에 도시된 배터리 팩(200)의 실시예는 도 1 내지 도 8을 통하여 설명한 배터리 모듈(100)이 설치될 수 있으며, 도 10에서는 일 예로서 도 4의 단면구조를 갖는 배터리 모듈(100)이 설치된 상태를 도시하고 있다.

한편, 도 11에 도시된 배터리 팩(200)의 실시예는 팩 하우징(210)의 내부에 배터리 모듈(100)이 구비된다는 점은 도 10의 실시예와 동일하지만, 배터리 모듈(100)의 냉각을 위하여 팩 하우징(210)의 내부에 설치된 팩 냉각부(220)를 추가로 포함한다는 점에서 차이가 있다. 즉, 도 11에 도시된 배터리 팩(200)의 실시예는 팩 하우징(210)의 내부에 설치되는 배터리 모듈(100)에 냉각부(140)가 구비되지 않고 팩 하우징(210)에 설치된 팩 냉각부(220)를 통하여 배터리 모듈(100)의 냉각을 수행하게 된다.

이때, 팩 냉각부(220)는, 냉각수가 유동하는 유로공간(232)이 형성된 냉각유로 형성부재(230)와, 냉각유로 형성부재(230)에 형성된 관통공(H)을 폐쇄하며 냉각유로 형성부재(230)보다 융점이 낮은 재질로 이루어지는 막음부재(221)와, 관통공(H)을 덮는 메쉬부재(225)를 구비할 수 있다. 도 11에서는 관통공(H)이 유로공간(232)과 분리된 구조를 갖는 것으로 도시되어 있으나 관통공(H) 형성 부분에 유로공간(232)이 연결될 수 있도록 관통공(H) 및 막음부재(221) 설치영역에 틈새 형성을 위한 홈이나 곡면 등이 형성될 수 있다. 팩 냉각부(220)에 구비되는 막음부재(221)와 메쉬부재(225)는 도 1 내지 도 9를 통하여 설명한 배터리 모듈(100)의 냉각부(140)에 구비되는 막음부재(141) 및 메쉬부재(145)가 사용될 수 있으며, 불필요한 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.

냉각유로 형성부재(230)는 냉각수가 유동하는 유로공간(232)이 형성된 구조를 가지며, 이를 위하여 도 11에 도시된 바와 같이 상하 2장의 플레이트로 이루어지는 냉각유로몸체(231)가 상호 접합되고 상하 2장의 플레이트 사이에 유로공간(232)이 형성된 구조를 가질 수 있다. 이때, 막음부재(221)는 상측 플레이트에 형성된 관통공(H)을 폐쇄하도록 상측 플레이트에 설치될 수 있으며, 막음부재(221)가 설치된 상측 플레이트가 하측 플레이트와 접합되어 유로공간(232)을 형성할 수 있다. 이와는 달리, 냉각유로 형성부재(230)의 냉각유로몸체(231)는 1장의 플레이트로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 냉각유로몸체(231)를 팩 하우징(210)의 내부면에 부착함으로써 냉각유로몸체(231)와 팩 하우징(210) 사이에 유로공간(232)이 형성되도록 하는 것도 가능하다.

또한, 냉각유로 형성부재(230)에 형성된 관통공(H)은 냉각유로 형성부재(230)가 모듈 하우징(120)과 열적으로 접촉하는 부분에 형성될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈(100)의 온도가 설정값 이상으로 상승한 경우 막음부재(221)가 용융되어 관통공(H)을 통하여 배터리 팩(200)의 내부공간으로 다량의 냉각수가 유출될 수 있다.

따라서, 배터리 팩(200)의 내부 공간으로 배출된 냉각수에 의하여 배터리 팩(200) 내부의 배터리 모듈(100)이 냉각되어 열 전파를 지연시킬 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
111... 배터리 셀 112... 파우치
113... 수용부 114... 실링부
114a... 제1 실링부 114b... 제2 실링부
115... 전극 리드 120... 모듈 하우징
121... 하우징 몸체 122... 하부 플레이트
123... 측면 플레이트 125... 하우징 커버
126... 엔드 플레이트 130... 절연 커버
132... 접속단자 140... 냉각부
141... 막음부재 145... 메쉬부재
150... 냉각 플레이트 151... 몸체부
152... 베이스면 153... 유로공간
154... 격벽부 155... 돌기부
156... 접촉부 157... 측면부
200... 배터리 팩 210... 팩 하우징
211... 하부 하우징 212... 하부 플레이트
213... 측면 플레이트 215... 상부 하우징
220... 팩 냉각부 221... 막음부재
225... 메쉬부재 230... 냉각유로 형성부재
231... 냉각유로몸체 232... 유로공간
B... 접착 부재 H... 관통공
IN... 유입구 OUT... 유출구
TA... 열전달 부재

Claims (15)

1. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체;
   상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징; 및
   상기 모듈 하우징을 냉각시키는 냉각부;
   를 포함하며,
   상기 냉각부는, 냉각수가 유동하는 유로공간이 형성된 냉각 플레이트와, 상기 냉각 플레이트에 형성된 관통공을 폐쇄하며 상기 냉각 플레이트보다 융점이 낮은 재질로 이루어지는 막음부재와, 상기 관통공을 덮는 메쉬부재를 구비하는 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 플레이트는 베이스면과, 상기 베이스면으로부터 상기 유로공간 측을 향하여 돌출된 형상을 갖는 돌기부를 구비하며,
   상기 막음부재는 상기 돌기부에 형성된 관통공에 구비되는 배터리 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 돌기부는 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하는 배터리 모듈.
4. 제2항에 있어서,
   상기 관통공은 상기 돌기부가 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하는 부분에 형성되는 배터리 모듈.
5. 제2항에 있어서,
   상기 냉각 플레이트는 베이스면과, 상기 베이스면으로부터 상기 유로공간 측을 향하여 돌출되며 냉각수의 유동을 가이드하도록 냉각수의 유동방향을 따라 연장된 형상을 갖는 격벽부를 구비하며,
   상기 막음부재는 상기 격벽부에 형성된 관통공에 구비되는 배터리 모듈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 격벽부는 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하는 배터리 모듈.
7. 제5항에 있어서,
   상기 관통공은 상기 격벽부가 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하는 부분에 형성되는 배터리 모듈.
8. 제5항에 있어서,
   상기 관통공은 원형 또는 각형 형상을 갖거나, 세장형(細長型) 형상을 갖는 배터리 모듈.
9. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부는 상기 배터리 모듈의 상부와 하부 중 적어도 하나에 배치되는 배터리 모듈.
10. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬부재는 상기 막음부재보다 융점이 높은 재질로 이루어지는 배터리 모듈
11. 제1항에 있어서,
    상기 막음부재는 합성수지 또는 금속 재질로 형성되는 배터리 모듈.
12. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 내부에 전극 조립체를 수용하는 수용부와 상기 수용부를 밀봉하는 실링부를 갖는 파우치를 포함하여 구성되고,
    상기 실링부는 상기 수용부의 4면 중에서 3면에 형성되며,
    상기 배터리 셀은 상기 실링부가 형성되지 않은 면이 상기 냉각 플레이트를 향하도록 배치되며,
    상기 배터리 셀로부터 상기 냉각 플레이트로의 방열을 위하여 상기 실링부가 형성되지 않은 면과 상기 모듈 하우징의 내부면 사이에는 열전달 부재가 위치하는 배터리 모듈.
    
13. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징과, 상기 모듈 하우징을 냉각시키는 냉각부를 구비하는 배터리 모듈; 및
    복수의 상기 배터리 모듈을 내부에 수용하는 팩 하우징;
    을 포함하며,
    상기 냉각부는, 냉각수가 유동하는 유로공간이 형성된 냉각 플레이트와, 상기 냉각 플레이트에 형성된 관통공을 폐쇄하며 상기 냉각 플레이트보다 융점이 낮은 재질로 이루어지는 막음부재와, 상기 관통공을 덮는 메쉬부재를 구비하는 배터리 팩.
    
14. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징을 구비하는 배터리 모듈;
    복수의 상기 배터리 모듈을 내부에 수용하는 팩 하우징; 및
    상기 배터리 모듈을 냉각하도록 상기 팩 하우징에 설치되는 팩 냉각부;
    를 포함하며,
    상기 팩 냉각부는, 냉각수가 유동하는 유로공간이 형성된 냉각유로 형성부재와, 상기 냉각유로 형성부재에 형성된 관통공을 폐쇄하며 상기 냉각유로 형성부재보다 융점이 낮은 재질로 이루어지는 막음부재와, 상기 관통공을 덮는 메쉬부재를 구비하는 배터리 팩.
15. 제14항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 냉각유로 형성부재가 상기 모듈 하우징과 열적으로 접촉하는 부분에 형성되는 배터리 팩.

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