KR20230012931A - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀, 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징, 모듈 하우징 내에서 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 적어도 하나의 냉각 핀, 및 모듈 하우징 내에 수용되고, 적어도 하나의 냉각 핀과 모듈 하우징의 내면 사이에 개재되어, 적어도 하나의 냉각 핀과 모듈 하우징의 직접 접촉을 방지하는 절연 패드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.

제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.

종래 배터리 모듈은, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀들 및 이러한 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 포함한다. 이러한 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀이 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다.

이와 관련하여, 복수 개의 배터리 셀에서 발생한 열을 방출하는 다양한 방법 중 하나로서, 배터리 모듈에서는, 복수 개의 배터리 셀 냉각을 위한 간접 냉각 방식이 주로 적용된다. 간접 냉각 방식이란, 배터리 셀의 포장재와 접하는 냉각 핀을 통해 배터리 셀을 냉각시키는 방법이다. 상기 간접 냉각 방식에서, 상기 냉각 핀은 배터리 셀에서 발생한 열을 냉매 측으로 전달한다. 여기서, 상기 냉각 핀의 상측 또는 하측에는 냉매와 빠른 열 교환을 위해 히트 싱크가 형성되어 있는 것이 일반적이다.

한편, 냉각 핀은, 일반적으로 높은 열 전도도를 갖는 금속으로 이루어진다. 또한, 효율적으로 열을 전달하기 위해서, 냉각 핀은 배터리 셀보다 모듈 하우징을 향해 돌출되어 있다.

일반적으로, 모듈 하우징 또한 금속 재질로 이루어질 수 있는데, 배터리 셀의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 모듈 하우징 외부에서의 충격 등에 의해, 냉각 핀이 모듈 하우징의 내면과 맞닿는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 금속 부재인 냉각 핀이 모듈 하우징의 내면과 접촉되어 단락이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있고, 이에 따라, 배터리 모듈의 불량으로 이어질 수 있는 문제점이 있었다.

그러므로, 절연 성능을 확보할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 셀의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 모듈 하우징 외부에서의 충격 등이 발생하더라도, 냉각 핀이 모듈 하우징의 내면과 맞닿지 않게 함으로써, 절연 성능을 확보할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징; 상기 모듈 하우징 내에서 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 적어도 하나의 냉각 핀; 및 상기 모듈 하우징 내에 수용되고, 상기 적어도 하나의 냉각 핀과 상기 모듈 하우징의 내면 사이에 개재되어, 상기 적어도 하나의 냉각 핀과 상기 모듈 하우징의 직접 접촉을 방지하는 절연 패드; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.

여기서, 상기 적어도 하나의 냉각 핀은, 상기 복수의 배터리 셀 사이에서 상호 인접한 배터리 셀과 면 접촉할 수 있다.

한편, 상기 냉각 핀의 적어도 일 측 단부는, 상기 복수의 배터리 셀보다 상기 모듈 하우징의 내면 측으로 더 돌출될 수 있다.

한편, 상기 절연 패드는, 상기 모듈 하우징의 적어도 하나의 내면 전체를 커버할 수 있다.

한편, 상기 모듈 하우징은 6개의 플레이트를 포함하는 육면체 형상이고, 상기 절연 패드는, 상기 모듈 하우징의 복수의 플레이트 중에서, 상기 냉각 핀과 수직을 이루는 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트의 내면 상에 배치될 수 있다.

한편, 상기 절연 패드는 절연 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 절연 패드는, 서로 교차하는 복수의 절연 스트링을 포함하는, 격자 구조의 패드일 수 있다.

한편, 상기 절연 패드에는 적어도 하나의 구멍이 구비되어 있을 수 있다.

한편, 상기 배터리 모듈은, 상기 모듈 하우징의 내면과 상기 절연 패드 사이에 개재된 방열 레진;을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 절연 패드를 기준으로, 상기 방열 레진과 반대 측에, 추가로 방열 레진이 더 도포되어 있을 수도 있다.

한편, 상기 복수의 배터리 셀보다 상기 모듈 하우징의 내면 측으로 더 돌출된 상기 냉각 핀의 적어도 일 측 단부는, 상기 절연 패드와 접촉할 수 있다.

한편, 상기 배터리 모듈은, 상기 냉각 핀과 상기 모듈 하우징의 내면 사이에 구비되는 적어도 하나의 압축 패드;를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 냉각 핀은, 복수 개로 구비되며, 상기 적어도 하나의 압축 패드는, 상기 복수 개의 냉각 핀 사이에 구비될 수 있다.

그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.

아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.

본 발명에 의하면, 배터리 모듈의 냉각 성능 및 절연 성능이 확보될 수 있다.

특히, 본 발명에 의하면, 배터리 셀의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 외부 충격 등이 발생하더라도, 냉각 핀과 모듈 하우징의 직접 접촉을 방지할 수 있는 절연 패드를 통해, 단락에 의한 배터리 모듈의 불량 발생을 미연에 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 절연 성능이 향상된 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.

이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 절연 패드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 패드를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈에서 절연 패드를 통한 단락 방지 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.

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 안 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀(100), 모듈 하우징(200), 냉각 핀(300) 및 절연 패드(400)를 포함할 수 있다.

상기 복수의 배터리 셀(100)은, 상기 모듈 하우징(200) 내에 수용될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은 상기 모듈 하우징(200) 내에서 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다.

이하, 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 각각에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.

도 3은 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지일 수 있고, 예를 들어 파우치형 배터리 셀(100)일 수 있다. 다만, 이로써 상기 배터리 셀(100)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 이를테면 원통형 셀이나 각형 셀 등과 같은 다른 형태의 배터리 셀(100)도 본 발명의 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다.

이하, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(100)이 파우치형 셀인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 전극 조립체(110), 전극 조립체(110)를 수용하는 수용부(130), 수용부(130)의 둘레에 형성되는 실링부(150) 및 전극 조립체(110)와 연결되며 실링부(150)의 외부로 인출되는 한 쌍의 전극 리드(170)를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 전극 리드(170)는, 전극 조립체(110)에 구비된 전극 탭(미도시)과 결합되며, 실링부(150)를 통해 실링부(150)의 외측으로 인출될 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드(170)는, 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드(170)는 서로 동일한 방향 또는 서로 반대 방향으로 인출될 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈 하우징(200)은, 내부에 복수의 배터리 셀(100)을 수용하도록 내부 공간을 형성할 수 있다. 이러한 상기 모듈 하우징(200)은, 6개의 플레이트를 포함하는 육면체 형상으로 구비될 수 있다.

예를 들어, 모듈 하우징(200)은, 베이스 플레이트(210), 사이드 플레이트(230) 및 커버 플레이트(250)를 포함할 수 있다. 상기 사이드 플레이트(230)는, 전방 플레이트(231), 후방 플레이트(233), 좌방 플레이트(235) 및 우방 플레이트(237)를 포함하여, 상기 베이스 플레이트(210) 및 상기 커버 플레이트(250)와 함께 육면체 형상의 구조체를 형성할 수 있다. 각 플레이트는 서로 볼트나 용접 등의 체결 방식으로 결합되어 형성될 수 있으나, 일체화된 형태로 제조될 수도 있다. 모듈 하우징(200)은, 강성 확보를 위해, 고강도의 플라스틱 등의 재질 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

모듈 하우징(200) 내에는 복수의 배터리 셀(100)이 수용되어 있다. 복수의 배터리 셀(100)은, 상기 실링부(150) 중, 상기 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y축 방향)과 평행한 부분이, 배터리 모듈(10)의 상단 및 하단에 위치하도록, 상기 베이스 플레이트(210) 상에 기립 배치될 수 있다. 그리고 복수의 배터리 셀(100)은 배터리 셀(100)의 두께 방향(X축 방향)을 따라 복수 개 배치될 수 있다.

상기 냉각 핀(300)은, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 냉각하기 위한 것으로서, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비되어 상기 모듈 하우징(200) 내에서 복수의 배터리 셀(100) 사이에 배치될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 냉각 핀(300)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100)과 냉각 핀(300)이 서로 교호 배치되는 구조일 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 상기 냉각 핀(300)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.

상기 냉각 핀(300)은 배터리 셀(100)을 원활하게 냉각할 수 있게 높은 열 전도도를 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 냉각 핀(300)은 알루미늄 금속을 포함하는 금속으로 이루어질 수 있으며, 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어질 수도 있다.

상기 냉각 핀(300)은 복수의 배터리 셀(100) 사이에서 상호 인접한 배터리 셀(100)과 면 접촉할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)의 가장 넓은 면과 냉각 핀(300)이 면 접촉할 수 있고, 따라서, 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 극대화할 수 있다.

상기 냉각 핀(300)의 적어도 일 측 단부(312)는, 상기 복수의 배터리 셀(100)보다 상기 모듈 하우징(200)의 내면 측으로 더 돌출될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 냉각 핀(300)의 적어도 일 측 단부(312)는, 상기 복수의 배터리 셀(100)보다, 상기 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215) 측으로 더 돌출될 수 있다.

돌출된 상기 냉각 핀(300)의 일 측 단부(312)는, 히트 싱크(미도시)에 접촉할 수 있고, 배터리 셀(100)로부터 전달받은 열을, 냉각 핀(300)의 일 측 단부(312)를 통해 상기 히트 싱크로 전달할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 히트 싱크는, 냉각 핀(300)으로부터 전달받은 열을, 별도의 냉각수 또는 공기 중으로 전달할 수 있다.

이러한 냉각 핀(300)을 구비하는 배터리 모듈(10)의 구조로 인해, 냉각 핀(300)의 열을 배터리 모듈(10)의 외부로 용이하게 전달함으로써, 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 절연 패드(400)는, 상기 모듈 하우징(200) 내에 수용된다. 상기 절연 패드(400)는, 상기 적어도 하나의 냉각 핀(300)과 상기 모듈 하우징(200)의 내면 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 절연 패드(400)는, 냉각 핀(300)과, 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(21)의 내면(215) 사이에 개재될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 배터리 셀(100)보다 상기 모듈 하우징(200)의 내면 측으로 더 돌출된 상기 냉각 핀(300)의 적어도 일 측 단부(312)는, 상기 절연 패드(400)와 접촉할 수도 있다.

이러한 배치 구조를 통해, 절연 패드(400)는, 냉각 핀(300)이 모듈 하우징(200)과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절연 패드(400)는, 배터리 셀(100)이 모듈 하우징(200)과 직접 접촉하는 것을 방지할 수도 있다.

상기 절연 패드(400)는, 절연 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 절연 패드(400)는 고무 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 절연 패드(400)는 실리콘 또는 플라스틱 등의 재질, 또는 기타 다른 절연 재질로도 이루어질 수 있다.

이에 따라, 상기 절연 패드(400)를 통해, 냉각 핀(300)과 모듈 하우징(200) 사이의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 상기 절연 패드(400)를 통해, 배터리 셀(100)과 모듈 하우징(200) 사이의 단락도 방지할 수 있다.

다만, 본 발명이 도 1 및 도 2의 구조에 의해 한정되는 것은 아니며, 냉각 핀(300)과 모듈 하우징(200) 간의 직접 접촉을 방지할 수 있도록, 절연 패드(400)가 위치되어 있는 구조라면, 어느 것이라도 가능하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 절연 패드(400)는, 상기 모듈 하우징(200)의 적어도 하나의 내면 전체를 커버할 수 있다. 이에 따라, 모듈 하우징(200)의 내면 전체에서 냉각 핀(300)과의 직접 접촉이 방지될 수 있다. 따라서, 냉각 핀(300)과 모듈 하우징(200) 사이의 절연이 확실히 달성될 수 있다.

한편, 상기 모듈 하우징(200)은 6개의 플레이트를 포함하는 육면체 형상이고, 상기 절연 패드(400)는, 상기 모듈 하우징(200)의 복수의 플레이트 중에서, 상기 냉각 핀(300)과 수직을 이루는 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트의 내면 상에 배치될 수 있다.

예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 배터리 셀(100)과 복수의 냉각 핀(300)은, 상기 베이스 플레이트(210) 상에 기립된 상태로 교호 배치되어 있다. 이 때, 베이스 플레이트(210); 커버 플레이트(250); 전방 플레이트(231)(X-Z 평면과 평행한 플레이트); 및 후방 플레이트(233)(X-Z 평면과 평행한 플레이트)는, 상기 냉각 핀(300)과 대략 수직을 이룰 수 있다.

냉각 핀(300)과 대략 수직인 플레이트는, 배터리 셀(100)의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 모듈 하우징(200) 외부에서의 충격 등이 발생할 경우, 냉각 핀(300)과 맞닿아, 단락을 발생시킬 가능성이 있다. 따라서, 이러한 가능성을 미리 차단하기 위해, 냉각 핀(300)과 대략 수직인 플레이트 상에, 상기 절연 패드(400)를 배치할 수 있다.

이러한 구조에 의하면, 배터리 셀(100)의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 모듈 하우징(200) 외부에서의 충격 등이 발생하더라도, 냉각 핀(300)과 모듈 하우징(200)의 내면의 직접 접촉이 방지되어 단락 위험을 피할 수 있다.

도 4는 도 1의 배터리 모듈의 절연 패드를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절연 패드를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 절연 패드(400)는, 서로 교차하는 복수의 절연 스트링(410)을 포함할 수 있다. 상기 절연 스트링(410)은 절연 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 절연 스트링(410)은 고무 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 절연 스트링(410)은 실리콘 또는 플라스틱 등의 재질, 또는 기타 다른 절연 재질로도 이루어질 수 있다

도 4를 참조하면, 상기 절연 스트링(410)은, 복수 개가 서로 대략 평행하게 일렬로 나란히 배열될 수 있고, 상기 배열된 절연 스트링(410)과 교차하는 복수 개의 또 다른 절연 스트링(410)이 서로 대략 평행하게 일렬로 나란히 배열되는 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 절연 패드(400)는 복수 개의 절연 스트링(410)이 서로 교차된 격자 구조의 패드일 수 있다. 또는, 상기 절연 패드(400)는, 그물망 구조의 패드일 수 있다. 이렇게, 교차된 복수의 절연 스트링(410)에 의해, 절연 스트링(410) 사이에 대략 사각 형상의 홀(H)이 형성될 수 있다. 절연 스트링(410) 사이에 형성된 공간인 홀(H)을 통해, 냉각 핀(300)의 열이 원활하게 외부로 배출될 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 절연 패드(405)는, 모듈 하우징(200)의 일 면을 전부 덮는 판 형상일 수 있다. 이 때, 상기 절연 패드(405)에는, 적어도 하나의 구멍이 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 절연 패드(405)에는 복수의 홀(H)이 구비될 수 있다. 도 5에서는 대략 원형의 홀(H)이 도시되어 있으나, 홀(H)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니고, 다각형의 홀(H) 형상도 가능함은 물론이다. 예를 들면, 상기 홀(H)은 육각 벌집 형상일 수 있다. 이 경우 절연 패드(405) 제조에 필요한 절연 재질은 최소화될 수 있다.

한편, 상기 홀(H)은 비워져 있을 수 있다. 또는, 상기 홀(H)에는, 열 전달을 용이하게 하기 위한 물질이 채워질 수도 있다. 예를 들면, 상기 홀(H)에는, 열계면 재료(TIM, Thermal interface material)가 채워질 수 있다. 상기 열계면 재료는, 방열 패드, 방열 시트, 방열 그리스, 열 전도성 접착제 및 상변화물질 중 적어도 하나일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 절연 성능을 확보하면서도 동시에 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 배터리 모듈(10)은, 방열 레진(500)을 더 포함할 수도 있다. 방열 레진(500)은, 예를 들면, 높은 열 전도도를 갖는 열 전도성 접착제일 수 있다.

상기 방열 레진(500)은, 모듈 하우징(200) 내에 구비되며, 상기 모듈 하우징(200)의 내면과 상기 절연 패드(400) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 방열 레진(500)은, 상기 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215) 상에 소정 높이로 도포될 수 있다. 그리고 도포된 상기 방열 레진(500) 상에, 상기 절연 패드(400)가 구비될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)에는, 상기 절연 패드(400)를 기준으로, 상기 방열 레진(500)과 반대 측에, 추가로, 방열 레진(500)이 더 도포되어 있을 수도 있다.

이와 같은 구조는, 모듈 하우징(200)의 내면에 방열 레진(500)을 소정 높이로 도포한 뒤, 그 위에 절연 패드(400)를 배치하고, 그 위에 방열 레진(500)을 추가로 더 도포함으로써 달성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구조에 의하면, 절연 패드(400)를 확실히 고정시킬 수 있어서, 절연 성능이 보다 향상될 수 있다.

한편, 이 경우, 절연 패드(400) 상에 도포된 방열 레진(500)은, 상기 적어도 하나의 냉각 핀(300)과 접촉할 수도 있다. 구체적으로, 상기 냉각 핀(300)의 적어도 일부는, 절연 패드(400) 상에 도포된 방열 레진(500)의 내부에 삽입될 수 있다.

이와 같이, 냉각 핀(300)의 적어도 일부가 방열 레진(500)의 내부로 삽입되는 구조에 의해, 상기 냉각 핀(300)은 방열 레진(500) 상에 보다 안정적으로 삽입 고정될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 방열 레진(500)을 통해 별도의 추가적인 고정 부재 없이도 상기 냉각 핀(300)의 고정력을 향상시킬 수 있다. 또한, 방열 레진(500) 내부로 삽입된 냉각 핀(300)의 적어도 일부분에 의해, 배터리 셀(100)로부터 전달된 열이 방열 레진(500)으로 용이하게 전달될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀(100)의 적어도 일부는, 절연 패드(400) 상에 도포된 방열 레진(500)의 내부에 삽입될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)은 방열 레진(500)과 직접 접촉하게 될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)에서 발생한 열이 냉각 핀(300)을 거치지 않고 방열 레진(500)으로 바로 전달될 수 있어, 배터리 셀(100)의 냉각 효율이 더욱 높아질 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)이 방열 레진(500) 상에 삽입 고정될 수 있어서, 별도의 추가 고정 부재 없이도 상기 배터리 셀(100)의 고정력을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 방열 레진(500)은, 히트 싱크(미도시)에 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 방열 레진(500)은, 냉각 핀(300)으로부터 전달받은 열을, 상기 히트 싱크로 전달할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 히트 싱크는, 상기 방열 레진(500)으로부터 전달받은 열을, 별도의 냉각수 또는 공기로 전달할 수 있다.

한편, 상기 배터리 모듈은, 압축 패드(600)를 더 포함할 수도 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 압축 패드(600)는, 상기 냉각 핀(300)과 상기 모듈 하우징(200)의 내면 사이에 적어도 하나 구비될 수 있다. 상기 압축 패드(600)는, 배터리 셀(100)과 모듈 하우징(200) 사이에서 충격을 흡수할 수 있다. 또한, 상기 압축 패드(600)는 인접한 배터리 셀(100) 사이에서 충격을 흡수할 수 있다. 따라서, 상기 압축 패드(600)는 충격을 잘 흡수할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 상기 압축 패드(600)는, 인접한 냉각 핀(300) 사이에 구비될 수도 있다. 이 때 상기 압축 패드(600)는 인접한 냉각 핀(300) 사이의 충격을 흡수할 수 있다.

또한, 압축 패드(600)는 복수의 배터리 셀(100)과 복수의 냉각 핀(300)들의 교호 배치된 집합체인 배터리 셀(100) 어셈블리를 정의하는 구획벽으로서 기능할 수도 있다.

도 6은, 도 1의 배터리 모듈에서, 절연 패드를 통한 단락 방지 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215) 상에 방열 레진(500)이 소정 높이로 도포되어 있고, 상기 방열 레진(500) 상에 절연 패드(400)가 배치되어 있다. 상기 절연 패드(400) 상에는 복수의 배터리 셀(100)과 복수의 냉각 핀(300)이 기립된 상태로 교호 배치되어 있다. 냉각 핀(300)의 일 측 단부(312)는, 복수의 배터리 셀(100)보다 상기 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215)에 더 가까이 위치하도록 돌출되어 있다.

이 때, 예를 들면, 모듈 하우징(200)의 커버 플레이트(250)에 수직한 방향(-Z축 방향)에서 외부 충격이 상기 커버 플레이트(250)에 가해질 수 있다. 이 때, 내부에 수용되어 있는 복수의 배터리 셀(100)들 및 복수의 냉각 핀(300)에는, 배터리 셀(100)의 폭 방향(-Z축 방향)으로 압력이 가해질 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에 의하면, 냉각 핀(300)에, 배터리 셀(100)의 폭 방향(-Z축 방향)으로 압력이 가해지더라도, 절연 패드(400) 때문에, 상기 냉각 핀(300)은 모듈 하우징(200)과 직접 접촉할 수 없다.

만약, 베이스 플레이트(210)를 포함한 모듈 하우징(200)의 각 플레이트들이 금속 재질로 이루어진 경우라고 하더라도, 절연 패드(400)가, 금속 재질의 냉각 핀(300)과 금속 재질의 베이스 플레이트(210)의 직접 접촉을 방지하기 때문에, 단락에 의한 배터리 모듈(10)의 손상을 방지할 수 있다.

또 다른 예시로, 베이스 플레이트(210)에 수직한 방향(+Z축 방향)의 외부 충격이, 상기 베이스 플레이트(210)에 가해지는 경우도 마찬가지이다.

본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)의 구조에 의하면, 배터리 모듈(10)의 제조 편의성이 증대될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 절연을 위한 특수한 구조 없이, 절연 패드(400)를 모듈 하우징(200)과 냉각 핀(300) 사이에 배치시키는 간단한 구조만으로, 배터리 모듈(10)의 절연 성능의 확보가 가능해진다.

아울러, 본 명세서에서는 냉각 핀(300)이 포함된 배터리 모듈(10)을 기준으로 설명하였지만, 냉각 핀(300)이 적용되지 않은 배터리 모듈(10)에도 상기 절연 패드(400)가 적용될 수 있음은 물론이다.

도 7은 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 수용할 수 있는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다. 아울러, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩(1)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)을 적어도 하나 포함할 수 있다.

이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀(100)의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 외부 충격 등이 발생하더라도, 냉각 핀(300)과 모듈 하우징(200)의 직접 접촉을 방지할 수 있는 절연 패드(400)를 통해, 단락에 의한 배터리 모듈(10)의 불량 발생을 미연에 방지할 수 있다.

따라서, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 절연 성능이 향상된 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.

한편, 본 명세서에서는 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 통상의 기술자에게 자명하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

V 자동차
1 배터리 팩
10 배터리 모듈
50 팩 케이스
100 배터리 셀
110 전극 조립체
130 수용부
150 실링부
170 전극 리드
200 모듈 하우징
210 베이스 플레이트
215 내면
230 사이드 플레이트
231 전방 플레이트
233 후방 플레이트
235 좌방 플레이트
237 우방 플레이트
250 커버 플레이트
300 냉각 핀
400 절연 패드
405 절연 패드
410 절연 스트링
500 방열 레진
H 홀

Claims (15)

1. 복수의 배터리 셀;
   상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징;
   상기 모듈 하우징 내에서 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되는 적어도 하나의 냉각 핀; 및
   상기 모듈 하우징 내에 수용되고, 상기 적어도 하나의 냉각 핀과 상기 모듈 하우징의 내면 사이에 개재되어, 상기 적어도 하나의 냉각 핀과 상기 모듈 하우징의 직접 접촉을 방지하는 절연 패드;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 냉각 핀은, 상기 복수의 배터리 셀 사이에서 상호 인접한 배터리 셀과 면 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 핀의 적어도 일 측 단부는, 상기 복수의 배터리 셀보다 상기 모듈 하우징의 내면 측으로 더 돌출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연 패드는, 상기 모듈 하우징의 적어도 하나의 내면 전체를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 모듈 하우징은 6개의 플레이트를 포함하는 육면체 형상이고,
   상기 절연 패드는, 상기 모듈 하우징의 복수의 플레이트 중에서, 상기 냉각 핀과 수직을 이루는 플레이트 중 적어도 하나의 플레이트의 내면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연 패드는 절연 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연 패드는, 서로 교차하는 복수의 절연 스트링을 포함하는, 격자 구조의 패드인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연 패드에는 적어도 하나의 구멍이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 모듈 하우징의 내면과 상기 절연 패드 사이에 개재된 방열 레진;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 절연 패드를 기준으로, 상기 방열 레진과 반대 측에, 추가로 방열 레진이 더 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀보다 상기 모듈 하우징의 내면 측으로 더 돌출된 상기 냉각 핀의 적어도 일 측 단부는, 상기 절연 패드와 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 핀과 상기 모듈 하우징의 내면 사이에 구비되는 적어도 하나의 압축 패드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각 핀은, 복수 개로 구비되며,
    상기 적어도 하나의 압축 패드는, 상기 복수 개의 냉각 핀 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 모듈;을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
15. 제 14 항에 기재된 배터리 팩;을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.

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