KR20230087940A - 배터리셀 조립체 및 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 조립체는, 적어도 하나의 원통형 배터리셀; 원통형 배터리셀의 하단부를 수용 및 지지하기 위한 적어도 하나의 홈부를 가지며, 원통형 배터리셀의 열을 외부로 방열하는 방열 유닛; 원통형 배터리셀의 바닥면을 홈부의 바닥면에 접착하는 접착층; 및 원통형 배터리셀의 하단부의 둘레면과 접촉가능하게, 홈부의 내측면에 마련된 내열 그리스층을 포함하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 본 발명은 원통형 배터리셀의 하단부에서 바닥면 및 측면부에 접착층 및 내열 그리스(thermal grease)층을 형성하여, 원통형 배터리셀과 방열 유닛 간의 접촉 면적을 증대시켜, 배터리셀의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

배터리셀 조립체 및 배터리 모듈{Batterycell assembly and battery module}

본 발명은 배터리셀 조립체 및 배터리 모듈에 관한 것이며, 상세하게는 원통형 배터리셀의 하단부에서 바닥면 및 측면부에 접착층 및 내열 그리스(thermal grease)층을 형성하여, 원통형 배터리셀에 대한 방열 면적을 증대시켜, 원통형 배터리셀에 대한 방열 성능을 향상시킬 수 있는 배터리셀 조립체 및 배터리 모듈에 관한 것이다.

이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 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 중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)의 배터리 셀로 제조되어 다수 개를 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.

한편, 배터리 모듈은 장시간 사용될 경우, 배터리셀에서 열이 발생하게 되고, 특히 충전 시에는 내부의 온도가 급격히 상승하게 되며, 이와 같은 배터리셀의 온도 상승은 배터리의 수명을 단축시키게 되고, 배터리셀의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 최악의 경우 발화 또는 폭발이 발생될 수 있다.

이러한 문제점 해결을 위하여, 배터리셀(11)의 바닥면에 냉각 플레이트(12)를 배치한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 배터리셀(11)은 냉각 플레이트(12)의 일면에 접착제(13)에 의해 부착된다.

이런 경우에, 배터리셀에서 발생된 열은 배터리셀(11)의 하단을 통해 냉각 플레이트(12)로 전달된다. 이에 따라, 종래기술에 의한 배터리 모듈은 충분한 냉각성능을 달성할 수 없다는 문제점이 있다.

그리고, 배터리 모듈은 크러쉬(Crush), 크래쉬(Crash), 진동(Vibration), 충격(Shock) 등 기계적인 외부 요인으로 인해 손상을 받을 경우 파손되거나 배터리 폭발 등의 사고가 발생할 수 있다. 그러나, 종래기술에 의한 배터리 모듈은 구조를 유지하기 위한 강성이 부족하여 구조적 안정성이 취약하다는 문제점이 있다.

한국공개특허 제10-2016-0071109호에는 냉각 효율이 향상된 전지모듈이 개시되어 있다.

본 발명은 원통형 배터리셀의 하단부에서 바닥면 및 측면부에 접착층 및 내열 그리스(thermal grease)층을 형성하여, 원통형 배터리셀에 대한 방열 면적을 증대시켜, 원통형 배터리셀에 대한 방열 성능을 향상시킬 수 있는 배터리셀 조립체을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 적어도 하나의 배터리셀 조립체가 모듈케이싱에 조립되어, 배터리셀의 설계 배치를 다양하게 가변할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 조립체는, 적어도 하나의 원통형 배터리셀; 원통형 배터리셀의 하단부를 수용 및 지지하기 위한 적어도 하나의 홈부를 가지며, 원통형 배터리셀의 열을 외부로 방열하는 방열 유닛; 원통형 배터리셀의 바닥면을 홈부의 바닥면에 접착하는 접착층; 및 원통형 배터리셀의 하단부의 둘레면과 접촉가능하게, 홈부의 내측면에 마련된 내열 그리스층을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 방열 유닛은, 방열 플레이트; 및 방열 플레이트의 일면으로 돌출되게 마련되어, 홈부를 형성하는 방열 돌기가 일체로 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 홈부는 원통형 배터리셀의 하단부에 대응되는 원통 형상을 가진 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 홈부의 직경은 원통형 배터리셀의 하단부의 직경보다 크게 형성되며, 방열 돌기는 적어도 하나의 배터리셀의 하단부의 측면을 지지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내열 그리스층은 홈부의 내측 둘레를 따라 홈부의 내측면에 마련되어, 원통형 배터리셀의 하단부와 접촉되어, 원통형 배터리셀에서 발생된 열을 방열 돌기로 전달하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 접착층을 통해 원통형 배터리셀의 하단부의 열이 방열 플레이트로 전달되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내열 그리스층은 방열 유닛과 열전도율이 상이한 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내열 그리스층은 방열 유닛의 열전도율보다 큰 열전도율을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내열 그리스층은 0.6W/mK 내지 8.5W/mK 범위 내의 열전도율을 가지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리셀 조립체; 및 적어도 하나의 배터리셀 조립체가 조립 설치되는 모듈케이싱을 포함하는 것이 바람직하다.

다른 한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 원통형 배터리셀; 방열 플레이트 및 방열 플레이트의 일면으로 돌출되게 마련되어, 적어도 N개(N>2)의 원통형 배터리셀의 하단부를 각각 수용 및 지지하기 위한 적어도 N개의 홈부를 형성하는 방열 돌기가 일체로 형성된 복수 개의 방열 유닛; 원통형 배터리셀의 바닥면을 홈부의 바닥면에 접착하는 접착층; 원통형 배터리셀의 하단부의 둘레면과 접촉가능하게, 홈부의 내측면에 마련된 내열 그리스층; 및 복수 개의 방열유닛이 배열되는 모듈 케이싱을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 2개의 방열 유닛은 각각의 방열 유닛에 마련된 홈부의 개수가 상이하게 마련된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 모듈 케이싱의 중앙부에 배열된 방열유닛의 홈부의 개수는 모듈 케이싱의 가장자리에 배열된 방열 유닛의 홈부의 개수보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 방열 유닛 중 서로 인접하는 2개의 방열 유닛은 조립 가능하게 마련된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 홈부의 직경은 원통형 배터리셀의 하단부의 직경보다 크게 형성되며, 방열 돌기는 원통형 배터리셀의 하단부의 측면을 지지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내열 그리스층은 홈부의 내측 둘레를 따라 홈부의 내측면에 마련되어, 원통형 배터리셀의 하단부와 접촉되며, 원통형 배터리셀에서 발생된 열을 방열 돌기로 전달하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 접착층을 통해 원통형 배터리셀의 하단부의 열이 방열 플레이트를 통해 모듈 케이싱으로 전달되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내열 그리스층은 방열 유닛과 열전도율이 상이한 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내열 그리스층은 방열 유닛의 열전도율보다 큰 열전도율을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 내열 그리스층은 0.6W/mK 내지 8.5W/mK 범위 내의 열전도율을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명은 원통형 배터리셀의 하단부에서 바닥면 및 측면부에 접착층 및 내열 그리스(thermal grease)층을 형성하여, 원통형 배터리셀과 방열 유닛 간의 접촉 면적을 증대시켜, 배터리셀의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 적어도 하나의 방열 유닛이 모듈케이싱에 조립되어, 배터리셀의 설계 배치를 다양하게 가변할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따라. 배터리셀과 냉각 플레이트의 결합 상태도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서, 원통형 배터리셀이 방열유닛에 조립된 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
방열 유닛이 조립된 배터리셀 조립체의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서, 배터리셀 조립체가 모듈케이싱에 조립되는 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 출원을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 않는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 출원의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 출원의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.

또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리셀 조립체(100) 및 배터리 모듈(200)을 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 조립체(100)는, 적어도 하나의 원통형 배터리셀(110), 방열 유닛(120), 접착층(130)과, 내열 그리스층(140)을 포함한다.

원통형 배터리셀(110)은 공지된 기술이 적용가능한 바, 본 실시예에서는 원통형 배터리셀(110)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

방열 유닛(120)은 적어도 하나의 원통형 배터리셀(110)을 지지하는 동시에, 원통형 배터리셀(110)에서 발생된 열을 방열하는 구성요소이다. 방열 유닛(120)은 원통형 배터리셀(110)의 하단부를 지지하기 위한 적어도 하나의 홈부(도면번호 미표기)를 가진다.

구체적으로, 방열유닛은 방열 플레이트(121)와, 적어도 두 개의 방열 돌기(122)로 구성된다. 여기서, 방열 플레이트(121)는 배터리셀보다 열전도율이 높은 재질을 가진 판형 플레이트이다.

그리고, 적어도 두 개의 방열 돌기(122)는 방열 플레이트(121)의 일면으로 돌출되게 마련되어, 홈부를 형성한다. 적어도 하나의 홈부는 원통형 배터리셀(110)에 대응되는 형상을 가진다.

적어도 두 개의 방열 돌기(122)는 원통형 배터리셀(110)의 폭 간격보다 큰 간격으로 이격 배치되어, 적어도 하나의 배터리셀을 측면 지지한다. 적어도 두 개의 방열 돌기(122)는 적어도 하나의 배터리셀이 이격 배치되게 마련된다. 방열 돌기(122)는 원통형 배터리셀(110)의 높이보다 낮은 높이를 가진다.

적어도 하나의 홈부(도면번호 미표기)는 원통형 배터리셀(110)의 하단부에 대응되는 원통 형상을 가진다. 홈부의 직경은 원통형 배터리셀(110)의 하단부의 직경보다 크게 형성되며, 방열 돌기(122)는 적어도 하나의 배터리셀의 하단부의 측면을 지지한다.

접착층(130)은 접착 물질이 홈부의 바닥면에 도포되어, 원통형 배터리셀(110)의 바닥면을 홈부의 바닥면에 접착한다. 배터리셀에서 발생된 열은 접착층(130)을 통해 원통형 배터리셀(110)의 하단부에서 방열 플레이트(121)로 전달된다.

접착 물질로는 접착 테이프, 접착 본드 등 당업자의 입장에서 자명한 범위 내의 다양한 물질이 사용가능함은 물론이다.

내열 그리스층(140)은 홈부(도면번호 미표기)의 내측 둘레를 따라 홈부(도면번호 미표기)의 내측면에 마련된다. 내열 그리스층(140)은 원통형 배터리셀(110)의 하단부와 접촉되어, 원통형 배터리셀(110)에서 발생된 열을 방열 돌기(122)로 전달한다.

내열 그리스층(140)은 열전도율이 높은 내열 그리스에 의해 형성된다. 내열 그리스층(140)은 방열 유닛(120)과 열전도율이 상이하다. 내열 그리스층(140)은 방열 유닛(120)의 열전도율보다 큰 열전도율을 가진다. 예를 들어, 내열 그리스층(140)은 0.6W/mK 내지 8.5W/mK 범위 내의 열전도율을 가진다.

이에 따라, 본 발명은 원통형 배터리셀(110)의 하단부에서 바닥면 및 측면부에 접착층(130) 및 내열 그리스(thermal grease)층을 형성하여, 원통형 배터리셀(110)과 방열 유닛(120) 간의 접촉 면적을 증대시켜, 배터리셀의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은 적어도 하나의 배터리셀 조립체(100)와 모듈케이싱(210)을 포함한다. 여기서, 배터리셀 조립체(100)는 복수의 원통형 배터리셀(110), 방열 유닛(120), 접착층(130)과 내열 그리스층(140)로 구성된다.

본 실시예에서, 적어도 하나의 배터리셀 조립체(100)는 배터리셀의 배치 패턴에 따라, 필요한 수량만큼 모듈케이싱(210)에 조립 설치가능하다.

이를 구현하기 위해, 방열 유닛(120)은 적어도 N개(N>2)의 원통형 배터리셀(110)의 하단부를 각각 수용 및 지지하기 위한 적어도 N개의 홈부(도면번호 미표기)를 형성하는 방열 돌기(122)가 일체로 형성된다.

적어도 2개의 방열 유닛(120)은 각각의 방열 유닛(120)에 마련된 홈부(도면번호 미표기)의 개수가 상이하게 마련된다. 복수의 방열 유닛(120) 중 서로 인접하는 2개의 방열 유닛(120)은 조립 가능하게 마련된다.

모듈 케이싱의 중앙부에 배열된 방열유닛의 홈부(도면번호 미표기)의 개수는 모듈 케이싱의 가장자리에 배열된 방열 유닛(120)의 홈부(도면번호 미표기)의 개수보다 큰 것이 바람직하다.

이에, 본 발명은 배터리 모듈(200)에 따라 적어도 하나의 원통형 배터리셀(110)의 배치를 다양하게 변경할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 배터리셀 조립체 110: 원통형 배터리셀
120: 방열 유닛 121: 방열 플레이트
122: 방열 돌기 130: 접착층
140: 내열 그리스층 200: 배터리 모듈
210: 모듈케이싱

Claims (20)

1. 적어도 하나의 원통형 배터리셀;
   상기 원통형 배터리셀의 하단부를 수용 및 지지하기 위한 적어도 하나의 홈부를 가지며, 상기 원통형 배터리셀의 열을 외부로 방열하는 방열 유닛;
   상기 원통형 배터리셀의 바닥면을 상기 홈부의 바닥면에 접착하는 접착층; 및
   상기 원통형 배터리셀의 하단부의 둘레면과 접촉가능하게, 상기 홈부의 내측면에 마련된 내열 그리스층을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방열 유닛은,
   방열 플레이트; 및
   상기 방열 플레이트의 일면으로 돌출되게 마련되어, 상기 홈부를 형성하는 방열 돌기가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 홈부는 상기 원통형 배터리셀의 하단부에 대응되는 원통 형상을 가진 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 홈부의 직경은 상기 원통형 배터리셀의 하단부의 직경보다 크게 형성되며, 상기 방열 돌기는 상기 적어도 하나의 배터리셀의 하단부의 측면을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 내열 그리스층은 상기 홈부의 내측 둘레를 따라 상기 홈부의 내측면에 마련되어, 상기 원통형 배터리셀의 하단부와 접촉되어, 상기 원통형 배터리셀에서 발생된 열을 상기 방열 돌기로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 접착층을 통해 원통형 배터리셀의 하단부의 열이 방열 플레이트로 전달되는 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 내열 그리스층은 상기 방열 유닛과 열전도율이 상이한 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 내열 그리스층은 상기 방열 유닛의 열전도율보다 큰 열전도율을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 내열 그리스층은 0.6W/mK 내지 8.5W/mK 범위 내의 열전도율을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리셀 조립체.
10. 제 1 항의 적어도 하나의 배터리셀 조립체; 및
    상기 적어도 하나의 배터리셀 조립체가 조립 설치되는 모듈케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 복수 개의 원통형 배터리셀;
    방열 플레이트 및 방열 플레이트의 일면으로 돌출되게 마련되어, 적어도 N개(N>2)의 원통형 배터리셀의 하단부를 각각 수용 및 지지하기 위한 적어도 N개의 홈부를 형성하는 방열 돌기가 일체로 형성된 복수 개의 방열 유닛;
    상기 원통형 배터리셀의 바닥면을 상기 홈부의 바닥면에 접착하는 접착층;
    상기 원통형 배터리셀의 하단부의 둘레면과 접촉가능하게, 상기 홈부의 내측면에 마련된 내열 그리스층; 및
    상기 복수 개의 방열유닛이 배열되는 모듈 케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 방열 유닛은 상기 각각의 방열 유닛에 마련된 상기 홈부의 개수가 상이하게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 모듈 케이싱의 중앙부에 배열된 방열유닛의 홈부의 개수는 모듈 케이싱의 가장자리에 배열된 방열 유닛의 홈부의 개수보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 방열 유닛 중 서로 인접하는 2개의 방열 유닛은 조립 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 홈부의 직경은 상기 원통형 배터리셀의 하단부의 직경보다 크게 형성되며, 상기 방열 돌기는 상기 원통형 배터리셀의 하단부의 측면을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
16. 제 11 항에 있어서,
    상기 내열 그리스층은 상기 홈부의 내측 둘레를 따라 상기 홈부의 내측면에 마련되어, 상기 원통형 배터리셀의 하단부와 접촉되며, 상기 원통형 배터리셀에서 발생된 열을 상기 방열 돌기로 전달하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
17. 제 11 항에 있어서,
    상기 접착층을 통해 원통형 배터리셀의 하단부의 열이 방열 플레이트를 통해 모듈 케이싱으로 전달되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
18. 제 11 항에 있어서,
    상기 내열 그리스층은 상기 방열 유닛과 열전도율이 상이한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
19. 제 11 항에 있어서,
    상기 내열 그리스층은 상기 방열 유닛의 열전도율보다 큰 열전도율을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 내열 그리스층은 0.6W/mK 내지 8.5W/mK 범위 내의 열전도율을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
    

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