KR20220064820A - 절연유를 이용한 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀 및 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 복수의 유로 스페이서를 포함하는 셀 적층체 어셈블리; 상기 유로 스페이서에 상기 배터리 셀의 냉각을 위한 절연유를 공급하는 모듈 인렛을 구비하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 일 측에 결합되어 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 전방 버스바 프레임 어셈블리; 및 상기 모듈 인렛 및 유로 스페이서를 통과한 절연유를 외부로 배출하는 모듈 아웃렛을 구비하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 타 측에 결합되어 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 후방 버스바 프레임 어셈블리; 를 포함한다.
Description
본 발명은, 절연유를 이용한 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 모듈 하우징 내로 유입되어 배터리 셀을 냉각시키는 절연유가 버스바 프레임의 내부 공간을 통해 셀 적층체 어셈블리로 흘러 들어갈 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
냉각수를 이용한 간접 수냉 방식을 취하는 배터리 모듈의 경우 냉각수가 배터리 셀과 직접 접촉하지 않고 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 통해 간접적으로 접촉하기 때문에 그 냉각 성능에 한계가 있다. 또한, 냉각을 위한 유로 형성을 위해 별도의 히트 싱크 등의 냉각 장치가 모듈 하우징의 외측에 구비되어야 하기 때문에 배터리 모듈 전체의 부피가 커질 수 밖에 없어 에너지 밀도의 측면에서 손실이 발생할 수 밖에 없다.
이러한 간접 수냉 방식의 문제점을 해결하기 위해 냉각을 위한 절연유가 모듈 하우징 내로 직접 유입되어 배터리 셀과 직접 접촉할 수 있는 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈의 개발이 요구된다.
이러한 절연유를 이용한 직접 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈의 경우, 효율적인 냉각을 위한 유로 구조를 개발하는 것도 중요하지만, 그 외에도 절연유가 모듈 하우징 및 엔드 플레이트의 외측으로 누유되지 않도록 기밀성을 유지하는 것이 매우 중요하다.
모듈 하우징 내에 주입된 절연유가 배터리 셀과 절연유가 직접 접촉되는 구조를 갖는 배터리 모듈의 경우, 모듈 하우징 내에 채워지는 절연유가 모듈 하우징 외측으로 누유되지 않도록 하기 위해 여러 위치에 기밀 구조가 적용되어야만 한다.
예를 들어, 길이 방향 양 측이 개방된 형태를 갖는 모노 프레임이 적용된 배터리 모듈의 경우, 모노 프레임의 양 측 개구부를 커버하는 엔드 플레이트 및/또는 절연 플레이트와 모노 프레임의 결합 부위에서 누유가 발생되지 않도록 기밀 구조가 적용되어야 한다. 또한, 통상적으로 엔드 플레이트 및/또는 절연 플레이트의 외측으로 고전위 단자가 노출되는데, 이러한 고전위 단자의 외부 노출을 위한 홀 역시 절연유의 누유가 발생되기 쉬운 위치에 해당하므로, 여기에도 기밀 구조가 적용되어야 한다.
이와 같이, 여러 위치에 기밀 구조를 적용하는 것은 배터리 모듈의 제조 공정을 복잡하게 하고, 이는 곧 제조 단가의 상승으로 이어지게 된다. 따라서, 모듈 하우징에 대한 기밀 구조의 적용이 생략 가능하거나, 또는 모듈 하우징에 대한 기밀 구조가 간소화 될 수 있도록, 모듈 하우징 내에 수용되는 부품들 자체에 기밀 구조가 적용된 배터리 모듈의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 냉각을 위한 절연유가 배터리 셀의 바디와 직접적으로 접촉하도록 하여 냉각 효율이 극대화 하고, 또한 이러한 절연유 직접 접촉 구조에서 발생하기 쉬운 절연유 누유를 효과적으로 방지하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀 및 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 복수의 유로 스페이서를 포함하는 셀 적층체 어셈블리; 상기 유로 스페이서에 상기 배터리 셀의 냉각을 위한 절연유를 공급하는 모듈 인렛을 구비하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 일 측에 결합되어 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 전방 버스바 프레임 어셈블리; 및 상기 모듈 인렛 및 유로 스페이서를 통과한 절연유를 외부로 배출하는 모듈 아웃렛을 구비하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 타 측에 결합되어 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 후방 버스바 프레임 어셈블리; 를 포함한다.
상기 유로 스페이서는, 상기 유로 스페이서의 내부에 흐르는 절연유가 상기 배터리 셀과 접촉할 수 있도록 중심부가 개방된 형태를 갖는 스페이서 바디; 상기 스페이서 바디의 길이 방향 일 측에 형성되어 상기 전방 버스바 프레임 어셈블리와 체결되는 스페이서 인렛; 및 상기 스페이서 바디의 길이 방향 타 측에 형성되어 상기 후방 버스바 프레임 어셈블리와 체결되는 스페이서 아웃렛; 을 포함할 수 있다.
상기 스페이서 바디와 상기 배터리 셀의 접촉 계면에는 제1 가스켓이 개재될 수 있다.
상기 유로 스페이서는, 상기 스페이서 바디의 상단과 하단 사이를 연결하며, 상기 스페이서 바디의 길이 방향을 따라 상호 이격되어 위치하는 복수의 절연유 가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 전방 버스바 프레임 어셈블리는, 상기 모듈 인렛과 반대쪽 면에 형성되며 상기 스페이서 인렛과 체결되는 전방 프레임 체결부를 구비하는 전방 버스바 프레임; 및 상기 전방 버스바 프레임 상에 설치되며, 복수의 상기 배터리 셀의 전극 리드와 결합되는 전방 버스바; 를 포함할 수 있다.
상기 후방 버스바 프레임 어셈블리는, 상기 모듈 아웃렛과 반대쪽 면에 형성되며 상기 스페이서 아웃렛과 체결되는 후방 프레임 체결부를 구비하는 후방 버스바 프레임; 및 상기 후방 버스바 프레임 상에 설치되며, 복수의 상기 배터리 셀의 전극 리드와 결합되는 후방 버스바; 를 포함할 수 있다.
상기 전방 프레임 체결부와 상기 스페이서 인렛의 결합 면 사이 및 상기 후방 프레임 체결부와 상기 스페이서 아웃렛의 결합 면 사이에는 각각 제2 가스켓이 개재될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 셀 적층체 어셈블리의 적층 방향 양 측 최 외각에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀 각각을 커버하는 한 쌍의 사이드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 사이드 플레이트는, 내부에 절연유가 흐를 수 있는 공간을 구비하며, 길이 방향 양 측 단부 각각이 상기 전방 프레임 체결부 및 후방 프레임 체결부와 결합될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 및 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈의 냉각을 위한 절연유가 배터리 셀의 바디와 직접적으로 접촉하며, 이에 따라 냉각 효율이 극대화 될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 이러한 절연유 직접 접촉 구조를 채용하면서도 모듈 하우징 내부에 흐르는 절연유가 누유되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 완성 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4는 냉각을 위한 절연유의 흐름을 나타내는 도면으로서, 도 1의 Y-Y' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 셀 적층체 어셈블리를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은 도 1의 X-X'을 따라 절단한 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 전방 버스바 프레임 어셈블리(후방 버스바 프레임 어셈블리)를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 전방 버스바 프레임 어셈블리의 내부 유로가 나타나도록 도시한 단면도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 완성 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4는 냉각을 위한 절연유의 흐름을 나타내는 도면으로서, 도 1의 Y-Y' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 셀 적층체 어셈블리를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은 도 1의 X-X'을 따라 절단한 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 전방 버스바 프레임 어셈블리(후방 버스바 프레임 어셈블리)를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 전방 버스바 프레임 어셈블리의 내부 유로가 나타나도록 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 적층체 어셈블리(100), 전방 버스바 프레임 어셈블리(200) 및 후방 버스바 프레임 어셈블리(300)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상술한 구성요소들 이 외에 추가적으로 한 쌍의 사이드 플레이트(400)를 더 포함할 수도 있다.
상기 셀 적층체 어셈블리(100)는, 복수의 배터리 셀(110) 및 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 복수의 유로 스페이서(120)를 포함한다.
상기 배터리 셀(110)로는, 셀 바디(111) 및 셀 바디(111)의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 인출되는 한 쌍의 전극 리드(112)를 구비하는 파우치 타입 배터리 셀이 이용될 수 있다.
상기 유로 스페이서(120)는, 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)와 체결되며, 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)의 내부에 형성되는 유로와 연통되는 유로를 구비한다. 상기 유로 스페이서(120)는, 스페이서 바디(121), 스페이서 인렛(122a) 및 스페이서 아웃렛(122b)을 포함한다. 또한, 상기 유로 스페이서(120)는, 상술할 구성요소들 이 외에 추가적으로 복수의 절연유 가이드(123)를 더 포함할 수도 있다.
상기 스페이서 바디(121)는, 유로 스페이서(120)의 내부에 흐르는 절연유가 배터리 셀(110)의 셀 바디(111)와 접촉할 수 있도록 중심부가 개방된 형태를 갖는다. 상기 스페이서 인렛(122a)은 스페이서 바디(121)의 길이 방향 일 측에 형성되어 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)와 체결된다. 상기 스페이서 아웃렛(122b)은 스페이서 바디(121)의 길이 방향 타 측에 형성되어 후방 버스바 프레임 어셈블리(300)와 체결된다. 이러한 구조로 인해, 상기 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)의 내부에 형성된 유로를 통과한 절연유는 스페이서 인렛(122a)을 통해 스페이서 바디(121)의 내부로 유입된다. 상기 스페이서 바디(121)의 내부로 유입된 절연유는 셀 바디(111)와 접촉하여 냉각 기능을 수행한 후 스페이서 아웃렛(122b)을 통해 후방 버스바 프레임 어셈블리(300)의 내부에 형성된 유로로 이동한다.
한편, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 절연유 가이드(123)는, 스페이서 바디(121)의 상단과 하단 사이를 연결하며, 복수의 절연유 가이드(123) 각각은 스페이서 바디(121)의 길이 방향(X축과 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 위치한다.
상기 절연유 가이드(123)는, 스페이서 바디(121)의 중심부에 형성된 개방 공간 내에 위치한다. 상기 절연유 가이드(123)는, 유로 스페이서(120)의 폭 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 복수회 절곡되며, 이러한 절곡된 형태로 인해 유로 스페이서(120)의 일 측에 위치하는 제1 배터리 셀(110A)과 접하는 제1 접촉 영역(123a) 및 유로 스페이서(120)의 타 측에 위치하는 제2 배터리 셀(110B)과 접하는 제2 접촉 영역(123b)을 포함한다. 상기 제1 접촉 영역(123a)과 제2 접촉 영역(123b)은 유로 스페이서(120)의 폭 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 서로 교번하여 위치한다.
상기 제1 접촉 영역(123a)과 제2 배터리 셀(110B) 사이에는 절연유가 흐를 수 있는 제1 가이드 유로(120a)가 형성되고, 제2 접촉 영역(123b)과 제1 배터리 셀(110A0 사이에는 절연유가 흐를 수 있는 제2 가이드 유로(120b)가 형성된다. 상기 제1 가이드 유로(120a) 및 제2 가이드 유로(120b)는 유로 스페이서(120)의 폭 방향(Z축과 나란한 방향)을 따라 서로 교번하여 형성된다.
상기 절연유 가이드(123)는, 스페이서 바디(121)의 중심부에 형성되는 개방 공간 중 일부를 구획하여 이러한 제1 가이드 유로(120a) 및 제2 가이드 유로(120b)를 형성한다. 이로써, 상기 유로 스페이서(120)의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 전체에 걸쳐서 절연유가 균일한 양으로 흐를 수 있으며, 절연유의 유속이 일정 수준 이상으로 유지되도록 절연유의 흐름이 가이드될 수 있다.
한편, 상기 스페이서 바디(121)의 중심부에 형성되는 개방 공간을 지나며 배터리 셀(110)과 접촉하는 절연유가 배터리 셀(110)과 스페이서 바디(121) 사이의 틈새로 누유되는 것을 방지하기 위해, 스페이서 바디(121)와 배터리 셀(110)의 셀 바디(111) 간의 접촉 계면에는 제1 가스켓(G1)이 개재될 수 있다.
도 1 내지 도 4, 그리고 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)는, 셀 적층체 어셈블리(100)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측에 결합되어 복수의 배터리 셀(110)을 전기적으로 연결한다.
상기 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)는, 전방 버스바 프레임(210) 및 복수의 전방 버스바(220)를 포함한다. 또한, 상기 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)는, 추가적으로 한 쌍의 모듈 단자(230)를 더 포함할 수도 있다.
상기 전방 버스바 프레임(210)은, 그 외측 면 상에 연결되어 절연유의 주입구로서 기능하는 모듈 인렛(P1) 및 모듈 인렛(P1)과 반대쪽 면에 형성되며 유로 스페이서(120)의 스페이서 인렛(122a)과 체결되는 복수의 전방 프레임 체결부(211)을 구비한다.
상기 전방 버스바 프레임(210)의 내부에는 절연유가 흐를 수 있는 유로가 형성되어 있으며, 이러한 유로는 모듈 인렛(P1)과 연통된다. 또한, 상기 전방 버스바 프레임(210)의 내부에 형성된 유로는 전방 프레임 체결부(211)에 형성된 홀과 연통된다. 따라서, 상기 모듈 인렛(P1)을 통해 전방 버스바 프레임(210)의 내부로 유입된 절연유는 전방 버스바 프레임(210)의 내부에 형성된 유로를 거쳐 유로 스페이서(120)로 흘러 들어간다. 즉, 상기 전방 프레임 체결부(211)는 전방 버스바 프레임(210)으로부터 유로 스페이서(120)로 절연유를 공급하기 위한 공급 포트로서 기능한다.
상기 전방 프레임 체결부(211)는, 전방 버스바 프레임(210)으로부터 셀 적층체 어셈블리(100)를 향하는 방향으로 돌출 형성되며, 배터리 모듈의 폭 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 복수개가 구비된다. 각각의 전방 프레임 체결부(211)는, 복수의 유로 스페이서(120)들과 1대1로 결합된다.
상기 전방 프레임 체결부(211)와 스페이서 인렛(122a)의 결합 면 사이에는 절연유의 누유 방지를 위한 제2 가스켓(G2)이 개재될 수 있다. 또한, 상기 전방 프레임 체결부(211)와 스페이서 인렛(122a)의 체결력 강화 및 기밀성 향상을 위해 전방 프레임 체결부(211) 상에는 셀 적층체 어셈블리(100)를 향해 돌출 형성되어 스페이서 인렛(122a)에 삽입되는 전방 삽입부(211a)가 구비될 수 있다. 이러한 전방 삽입부(211a)과 제2 가스켓(G2)이 함께 적용되는 경우 누유 방지 효과가 극대화 될 수 있다.
상기 전방 버스바(220)는 전방 버스바 프레임(210) 상에 설치되며, 복수의 배터리 셀(110)의 전극 리드(112)와 결합되어 배터리 셀(110)들이 서로 전기적으로 연결되도록 한다. 상기 전극 리드(112)는, 전방 버스바 프레임(210) 상에 형성되는 슬릿 및/또는 홀 사이로 통과되어 전방 버스바(220)와 결합된다.
상기 한 쌍의 모듈 단자(230)는, 전방 버스바 프레임(210) 상에 설치되며, 전방 버스바 프레임(210)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 양 측에 각각 위치한다. 상기 한 쌍의 모듈 단자(230)는, 셀 적층체 어셈블리(100)를 구성하는 배터리 셀(110)들 중 최 외각에 배치되는 배터리 셀(110)의 전극 리드(112)와 연결되어 고전위 단자로서 기능한다.
상기 후방 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 외관상으로는 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)와 매우 유사한 구조를 갖는다. 다만, 상기 후방 버스바 프레임 어셈블리(300)는 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)와 비교하여 그 설치 위치가 배터리 모듈의 후방이라는 점, 모듈 인렛(P1) 대신 모듈 아웃렛(P2)을 구비한다는 점 및 모듈 단자(230)를 구비하지 않는다는 점에서 차이가 있을 뿐 그 밖의 다른 사항들은 실질적으로 동일/유사하다.
따라서, 상기 후방 버스바 프레임 어셈블리(300)를 설명함에 있어서는, 앞서 설명한 전방 버스바 프레임 어셈블리(200)와 중복되는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고, 차이점이 있는 부분에 대해서만 중점적으로 설명하기로 한다.
상기 후방 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 후방 버스바 프레임(310) 및 복수의 후방 버스바(미도시)를 포함한다. 상기 후방 버스바는 설치 위치에서 차이가 있을 뿐, 형상 및 기능적인 측면에서 전방 버스바(220)와 실질적으로 동일하다.
상기 후방 버스바 프레임(310)은, 그 외측 면 상에 연결되어 절연유의 배출구로서 기능하는 모듈 아웃렛(P2) 및 모듈 아웃렛(P2)과 반대쪽 면에 형성되면 유로 스페이서(120)의 스페이서 아웃렛(122b)과 체결되는 복수의 후방 프레임 체결부(311)를 구비한다.
상기 후방 버스바 프레임(310)의 내부에는 절연유가 흐를 수 있는 유로가 형성되어 있으며, 이러한 유로는 모듈 아웃렛(P2)과 연통된다. 또한, 상기 후방 버스바 프레임(310)의 내부에 형성된 유로는 후방 프레임 체결부(311)에 형성된 홀과 연통된다. 따라서, 상기 절연유 스페이서(120)의 스페이서 아웃렛(122b)을 통해 후방 버스바 프레임(310)의 내부로 유입된 절연유는 후방 버스바 프레임(310)의 내부에 형성된 유로를 거쳐 모듈 아웃렛(P2)을 통해 배터리 모듈의 외부로 배출된다. 즉, 상기 후방 프레임 체결부(311)는 유로 스페이서(120)를 통과한 절연유를 후방 버스바 프레임(310)의 내부로 받아들이기 위한 수용 포트로서 기능한다.
상기 후방 프레임 체결부(311)는, 후방 버스바 프레임(310)으로부터 셀 적층체 어셈블리(300)를 향하는 방향으로 돌출 형성되며, 배터리 모듈의 폭 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 복수개가 구비된다. 각각의 후방 프레임 체결부(311)는, 복수의 유로 스페이서(120)들과 1대1로 결합된다.
상기 후방 프레임 체결부(311)와 스페이서 아웃렛(122b)의 결합 면 사이에는 절연유의 누유 방지를 위한 제2 가스켓(G2)이 개재될 수 있다. 또한, 상기 후방 프레임 체결부(311)와 스페이서 아웃렛(122b)의 체결력 강화 및 기밀성 향상을 위해 후방 프레임 체결부(311) 상에는 셀 적층체 어셈블리(100)를 향해 돌출 형성되어 스페이서 아웃렛(122b)에 삽입되는 후방 삽입부(311a)가 구비될 수 있다. 이러한 후방 삽입부(311a)와 제2 가스켓(G2)이 함께 적용되는 경우 누유 방지 효과가 극대활 될 수 있다.
상기 한 쌍의 사이드 플레이트(400)는, 셀 적층체 어셈블리(100)의 적층 방향(Y축에 나란한 방향) 양 측 최 외각에 각각 위치하는 한 쌍의 배터리 셀(110) 각각을 커버한다. 상기 사이드 플레이트(400)는, 그 길이 방향(X축에 나란한 방향) 양 측 단부 각각이 전방 버스바 프레임 어셈블리(200) 및 후방 버스바 프레임 어셈블리(300)와 체결될 수 있다.
한편, 상기 사이드 플레이트(400)는, 내부에 절연유가 흐를 수 있는 공간을 구비할 수 있으며, 모듈 인렛(P1) 및 모듈 아웃렛(P2)과 연통되기 위해 그 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측은 유로 스페이서(120)의 스페이서 인렛(122b)과 체결되고, 그 길이 방향(X축에 나란한 방향) 타 측은 유로 스페이서(120)의 스페이서 아웃렛(122b)와 체결될 수 있다. 이 경우, 상기 사이드 플레이트(400)는, 셀 적층체 어셈블리(100)를 적층 방향(Y축에 나란한 방향) 양 측에서 지지하는 지지 플레이트로서 기능할 수 있을 뿐만 아니라, 셀 적층체 어셈블리(100)의 적층 방향 최 외각에 배치된 배터리 셀(110)에 대한 냉각 기능까지도 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 모듈의 냉각을 위한 절연유가 셀 바디와 직접적으로 접촉하도록 하여 냉각 효율을 극대화 함과 동시에, 이러한 절연유 직접 접촉 구조에서 발생하기 쉬운 절연유 누유 또한 효과적으로 방지할 수 있는 구조를 갖는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 포함한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 셀 적층체 어셈블리
110, 110A, 110B: 배터리 셀
111: 셀 바디
112: 전극 리드
120: 유로 스페이서
120a: 제1 유로
120b: 제2 유로
121: 스페이서 바디
122a: 스페이서 인렛
122b: 스페이서 아웃렛
123: 절연유 가이드
G1: 제1 가스켓
200: 전방 버스바 프레임 어셈블리
P1: 모듈 인렛(inlet)
210: 전방 버스바 프레임
211: 전방 프레임 체결부
211a: 전방 삽입부
220: 버스바
230: 모듈 단자
G2: 제2 가스켓
300: 후방 버스바 프레임 어셈블리
P2: 모듈 아웃렛(outlet)
310: 후방 버스바 프레임
311: 후방 프레임 체결부
311a: 후방 삽입부
400: 사이드 플레이트
110, 110A, 110B: 배터리 셀
111: 셀 바디
112: 전극 리드
120: 유로 스페이서
120a: 제1 유로
120b: 제2 유로
121: 스페이서 바디
122a: 스페이서 인렛
122b: 스페이서 아웃렛
123: 절연유 가이드
G1: 제1 가스켓
200: 전방 버스바 프레임 어셈블리
P1: 모듈 인렛(inlet)
210: 전방 버스바 프레임
211: 전방 프레임 체결부
211a: 전방 삽입부
220: 버스바
230: 모듈 단자
G2: 제2 가스켓
300: 후방 버스바 프레임 어셈블리
P2: 모듈 아웃렛(outlet)
310: 후방 버스바 프레임
311: 후방 프레임 체결부
311a: 후방 삽입부
400: 사이드 플레이트
Claims (11)
- 복수의 배터리 셀 및 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 복수의 유로 스페이서를 포함하는 셀 적층체 어셈블리;
상기 유로 스페이서에 상기 배터리 셀의 냉각을 위한 절연유를 공급하는 모듈 인렛을 구비하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 일 측에 결합되어 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 전방 버스바 프레임 어셈블리; 및
상기 모듈 인렛 및 유로 스페이서를 통과한 절연유를 외부로 배출하는 모듈 아웃렛을 구비하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 타 측에 결합되어 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 후방 버스바 프레임 어셈블리;
를 포함하는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 유로 스페이서는,
상기 유로 스페이서의 내부에 흐르는 절연유가 상기 배터리 셀과 접촉할 수 있도록 중심부가 개방된 형태를 갖는 스페이서 바디;
상기 스페이서 바디의 길이 방향 일 측에 형성되어 상기 전방 버스바 프레임 어셈블리와 체결되는 스페이서 인렛; 및
상기 스페이서 바디의 길이 방향 타 측에 형성되어 상기 후방 버스바 프레임 어셈블리와 체결되는 스페이서 아웃렛;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 스페이서 바디와 상기 배터리 셀의 접촉 계면에는 제1 가스켓이 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 유로 스페이서는,
상기 스페이서 바디의 상단과 하단 사이를 연결하며, 상기 스페이서 바디의 길이 방향을 따라 상호 이격되어 위치하는 복수의 절연유 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 전방 버스바 프레임 어셈블리는,
상기 모듈 인렛과 반대쪽 면에 형성되며 상기 스페이서 인렛과 체결되는 전방 프레임 체결부를 구비하는 전방 버스바 프레임; 및
상기 전방 버스바 프레임 상에 설치되며, 복수의 상기 배터리 셀의 전극 리드와 결합되는 전방 버스바;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 후방 버스바 프레임 어셈블리는,
상기 모듈 아웃렛과 반대쪽 면에 형성되며 상기 스페이서 아웃렛과 체결되는 후방 프레임 체결부를 구비하는 후방 버스바 프레임; 및
상기 후방 버스바 프레임 상에 설치되며, 복수의 상기 배터리 셀의 전극 리드와 결합되는 후방 버스바;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 전방 프레임 체결부와 상기 스페이서 인렛의 결합 면 사이 및 상기 후방 프레임 체결부와 상기 스페이서 아웃렛의 결합 면 사이에는 각각 제2 가스켓이 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제6항에 있어서,
상기 배터리 모듈은,
상기 셀 적층체 어셈블리의 적층 방향 양 측 최 외각에 위치하는 한 쌍의 배터리 셀 각각을 커버하는 한 쌍의 사이드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제8항에 있어서,
상기 사이드 플레이트는,
내부에 절연유가 흐를 수 있는 공간을 구비하며, 길이 방향 양 측 단부 각각이 상기 전방 프레임 체결부 및 후방 프레임 체결부와 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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