KR20230139442A - 배터리 모듈 조립체, 배터리 모듈 조립체 제조방법 및 배터리 모듈 조립체를 포함하는 차량 - Google Patents

배터리 모듈 조립체, 배터리 모듈 조립체 제조방법 및 배터리 모듈 조립체를 포함하는 차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 조립체로서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체는, 복수의 셀들이 일방향으로 적층되어 형성된 셀 집합체와 상기 셀 집합체의 측면에 인접하여 배치되는 측면가이드브라켓 및 복수의 셀 집합체들 사이에 배치된 내부가이드브라켓을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체에 따르면, 다열 구조의 셀 집합체에 대한 효율적인 구조를 제공하여, 배터리 모듈 조립체의 전반적인 내구성, 강성 및 냉각 효율성을 증대하는 효과가 있다.

Description

배터리 모듈 조립체, 배터리 모듈 조립체 제조방법 및 배터리 모듈 조립체를 포함하는 차량{BATTERY MODULE ASSEMBLY, BATTERY MODULE ASSEMBLY PRODUCTION METHOD AND VEHICLE COMPRISING THE BATTER MODULE ASSEMBLY}
본 실시예들은 배터리 모듈 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈 조립체의 구조를 효과적으로 제안함으로써 배터리의 성능을 개선하는 배터리 모듈 조립체에 관한 기술이다.
일반적으로, 배터리 모듈 조립체는 다수의 배터리 셀들이 집합된 구조로 구성되며, 다수의 배터리 셀들은 일방향으로 배열되어 적층됨으로써 셀 집합체를 구성한다. 배터리 셀들이 일방향으로 적층된 셀 집합체는 이를 감싸는 플레이트 또는 프레임들에 의해 움직임이 제한되어 묶이고 배터리 모듈 조립체를 구성할 수 있다.
특허문헌 1(공개특허 제10-2018-0035174호)은 종래의 배터리 모듈 조립체의 일 예시를 개시한다. 특허문헌 1의 배터리 모듈은 복수개의 셀들로 이루어진 셀 집합체와 셀 집합체를 감싸는 플레이트들로 구성된 배터리 모듈을 개시하며, 특허문헌 1의 배터리 모듈은 플레이트와 셈 어셈블리 사이에 공기 유입공간을 구비하여 셀의 냉각 효과를 증대한다.
하지만, 특허문헌 1을 포함한 종래의 배터리 모듈 조립체에 관한 기술은 배터리 셀의 크기가 다변화됨에 따라 모듈을 구성하는 부품들의 표준화 및 공용화가 어렵고, 그에 따라 생산 설비/라인 투자비용이 과다한 문제가 있다. 또한, 파우치 셀의 경우 셀 고정 구조의 설계 어려우며, 충방전 및 내구도에 따른 셀 두께 변화로 배터리 모듈의 내부 완충 구조 적용 필요가 있다. 또한, 원통형 셀은 사공간 과다하여 공간 효율성이 떨어지고 배터리 모듈 조립체의 단위 부피 에너지가 낮은 문제가 있다.
상기와 같은 문제들 또는 그밖에 다양한 문제에 대하여, 배터리 모듈 조립체의 내구성 및 배터리 효율을 증대하기 위한 기술 개선이 여전히 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예들은 다열 구조의 배터리 모듈 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예들은 냉각 효과, 내구도 및 강성이 증대된 다열 구조의 배터리 모듈 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체는, 복수의 셀들이 일 방향으로 적층되어 구성된 셀 집합체 및 셀 집합체의 일 측면에 연결되어 셀 집합체를 가압하는 측면플레이트를 포함하고, 적어도 두 개의 셀 집합체는 횡방향으로 연결되어 다열 구조를 형성한다.
바람직하게는, 적어도 두 개의 셀 집합체들의 사이에 배치된 내부가이드브라켓을 더 포함하고,
내부가이드브라켓은 상부 플랜지 및 하부 플랜지를 구비한 I-형 단면으로 형성된다.
또한, 바람직하게는, 내부가이드브라켓은, 웹(WEB)에서 돌출되어 내부가이드브라켓의 종방향으로 연장된 리브를 포함한다.
또한, 바람직하게는, 내부가이드브라켓은 웹(WEB)에 연결되고 셀 집합체와 접촉하는 셀접촉부를 포함한다.
또한, 바람직하게는, 셀접촉부는, 웹(WEB) 높이(H)의 0.5H 내지 1H 범위에서 웹과 연결된다.
또한, 바람직하게는, 내부가이드브라켓은, 하부플랜지가 셀 집합체를 지지하고, 상부플랜지의 하부면이 셀 집합체에 접촉한다.
또한, 바람직하게는, 적어도 두 개의 셀 집합체들의 최외측 횡방향면에 인접하여 배치된 측면가이드브라켓을 더 포함하고, 측면가이드브라켓은, 셀 집합체의 하부면을 지지하는 하부지지부를 포함한다.
또한, 바람직하게는, 측면가이드브라켓은 셀 집합체의 종방향으로 연장 형성되고, 외측면에 상하 방향으로 소정의 간격(d)을 두고 형성된 복수의 리브를 포함한다.
또한, 바람직하게는, 측면가이드브라켓은, 내측면에 연결되어 상기 셀 집합체와 접촉하는 셀접촉부를 포함하고, 셀접촉부는 반고체 형태이다.
또한, 바람직하게는, 측면가이드브라켓의 외측에서 복수의 리브 간격을 따라 배치되며 적어도 두 개의 셀 집합체들의 외측면을 감싸 조이는 조임 밴드를 더 포함하고, 조임 밴드는 금속 재질이다.
또한, 바람직하게는, 복수의 셀들은 각형 배터리 셀이다.
본 발명의 실시예들 중 어느 하나에 따르면, 다열 구조의 셀 집합체에 관한 배터리 모듈 조립체의 효율적인 구조 및 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 어느 하나는 다열 구조의 셀 집합체에 대하여 냉각 효과가 증대된 배터리 모듈 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 어느 하나는 다열 구조의 셀 집합체에 대하여 내구도가 증대된 배터리 모듈 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 어느 하나는 셀 집합체의 셀 개수 자유도 확보를 통해 부품의 공용화 또는 표준화가 용이한 배터리 모듈 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 어느 하나는 셀 집합체 고정 및 스웰링 방지에 유리하다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체 및 그 분해도이다.
도 2(a) 내지 도 2(c)는 제1 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 구성요소를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체 및 그 분해도이다.
도 4(a) 내지 도 4(b)는 제2 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 구성요소를 설명한다.
도 5(a) 내지 도5(b)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 구성요소 및 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 열 이동 경로를 설명한다.
도 6은 은 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 내부 가이드 브라켓의 단면을 나타낸다.
도 7(a) 내지 도 7(b)는 1열 구조의 배터리 모듈 조립체와 2열 구조의 배터리 모듈 조립체의 열전달 경로를 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체(100, 이하 배터리 모듈 조립체) 및 그 분해도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 모듈 조립체(100)는 최상부에 배치된 커버(110), 커버(110)의 아래에 배치된 버스바하우징조립체(120), 버스바하우징조립체(120)의 하부에 연결된 셀 집합체(130), 셀집합체(130)의 마주보는 양 측면에 각각 인접하여 배치된 한 쌍의 측면플레이트(140), 셀집합체(130)의 나머지 양 측면에 각각 인접하여 배치된 측면가이드브라켓(150), 측면플레이트(140)와 측면가이드브라켓(150), 셀 집합체(130)를 묶어 결합시키는 조임 밴드(160)를 포함할 수 있다.
도 2는 제1 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체(100)의 일부 구성요소들을 보다 자세하게 도시한다. 도 2(a)는 셀 집합체(130)와 측면가이드브라켓(150)이 분해된 모습을 도시한다. 도 2(b)는 셀 집합체(130)와 측면가이드브라켓(150)이 결합된 상태를 정면에서 도시한다. 도 2(c)는 도2(b)에서 사각형에 해당하는 부분을 확대하여 측면가이드브라켓(150)의 단면 모양을 도시한 것이다.
커버(110)는 배터리 모듈 조립체(100)의 상부면을 보호하는 기능을 가지며, 셀 집합체(130) 또는 버스바하우징조립체(120)의 상부 형상에 적합한 모양, 크기에 따라 통상의 기술자가 적절하게 구현할 수 있는 커버, 덮개 또는 뚜껑일 수 있다.
버스바하우징조립체(120)는 복수의 셀들의 전극 리드(또는 셀 탭)와 접촉하는 복수의 버스바(BUS-bar)들의 조립체 또는 복수의 버스바들을 수용할 수 있는 하우징이다. 버스바하우징조립체(120)는 셀 집합체(130)의 복수의 셀들의 배치에 따라 통상의 기술자가 적절하계 설계할 수 있는 것을 포함한다.
셀 집합체(130)는 도 1 및 도 2(a)에서 도시하듯이 복수의 배터리 셀들이 일 방향으로 적층되어 집합체를 구성한 것일 수 있다. 배터리 셀은 원통형 셀, 파우치 셀 또는 각형 셀을 포함한다. 하나의 셀 집합체(130)를 구성하는 복수의 배터리 셀의 개수는 통상의 기술자가 적절하게 선택 가능한 범주에 있다. 도 1 및 도 2(a)에서 도시된 셀 집합체(130)는 복수의 배터리 셀들이 일렬로 적층되어 그룹된 것이 특징이며, 이는 후술하는 제2 실시예의 셀 집합체(230)와 차이점이 있다.
측면플레이트(140)는 셀 집합체(130)의 일 측면와 타 측면에 인접하여 배치되는 한 쌍의 플레이트 구성이다. 측면플레이트(140)는 셀 집합체(130)를 구성하는 셀들이 적층된 방향을 따라 처음 셀의 측면과 마지막 셀의 측면에 각각 인접하여 배치된다. 측면플레이트(140)는 외측면에 돌출된 가이드를 구비하여 조임 밴드(160)의 위치를 규제할 수 있다.
측면가이드브라켓(150)은 셀 집합체(130)의 나머지 양 측면에 인접하여 배치되는 구성이다. 측면가이드브라켓(150)은 셀 집합체(130)의 하부면을 지지하고, 외측면에 돌출된 리브들을 구비하여 조임 밴드(160)의 위치를 가이드할 수 있다. 구체적으로, 도 2(b) 및 도 2(c)를 참조하면, 측면가이드브라켓(150)은 셀 집합체(130)의 최외측 횡방향면에 인접하여 배치되고, L-형상의 단면을 구비하며, 셀 집합체(130)의 종방향으로 길이가 연장될 수 있다. 하부지지부(156)는 셀 집합체(130)의 하부면을 지지하도록 소정의 폭을 구비하고, 복수의 리브들(예를들면, 제1 리브, 제2 리브)이 측면가이드브라켓(150)의 외측면에서 돌출되어 셀 집합체(130)의 종방향으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 제1 리브(152)와 제2 리브(154)는 상하로 소정의 간격을 두고 형성되어, 해당 간격에 조임 밴드(160)가 위치할 수 있고, 그에 따라 제1 리브(152) 및 제2 리브(154)는 조임 밴드(160)의 위치를 규제하는 가이드 역할을 수행할 수 있다. 복수의 리브들의 개수, 하부지지부(156)의 폭 또는 측면지지부(셀 집합체에 측면에 접촉하는 부분)의 높이 등은 통상의 기술자가 적절하게 선택할 수 있다. 측면가이드브라켓(150)은 알루미늄 압축 공법으로 제작될 수 있다.
조임 밴드(160)는 밴드의 탄성에 의해 측면플레이트(140)와 측면가이드브라켓(150) 및 셀 집합체(130)를 결합시키는 구성이다. 조임 밴드(160)는 측면플레이트(140)와 측면가이드브라켓(150) 및 셀 집합체(130)가 서로 결속되도록 측면플레이트(140)와 측면가이드브라켓(150)의 외면에 형성된 가이드를 따라 셀 집합체(130)의 측면을 한 바퀴 둘러쌀 수 있다. 조임 밴드(160)의 탄성으로 묶인 구성(예를들어, 측면플레이트와 측면가이드브라켓)들은 셀 집합체(130)를 가압하여 복수의 셀들의 결합 또는 구성 간 결합을 강화할 수 있다. 조임 밴드(160)는 구성요소들을 강하게 결합시킬 수 있도록 금속 재질 또는 기타 탄성 소재로 형성될 수 있다. 조임 밴드(160)는 측면플레이트(140) 또는 측면가이드브라켓의 외면에 형성된 가이드(또는 리브들 사이의 간격)에 의해 상하 위치가 규제될 수 있다. 조임 밴드(160)는 셀 집합체(130)를 압축하고 셀 집합체(130)의 압축량은 조임 밴드(160)에 의해 적당한 범위로 관리될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체(200, 이하 배터리 모듈 조립체) 및 그 분해도이다.
도 3을 참조하면, 배터리 모듈 조립체(200)는 최상부에 배치된 커버(210), 커버(210)의 아래에 배치된 버스바하우징조립체(220), 버스바하우징조립체(220)의 하부에 연결된 셀 집합체(230), 셀 집합체(230)의 마주보는 양 측면에 각각 인접하여 배치된 한 쌍의 측면플레이트(240), 셀 집합체(230)의 나머지 양 측면에 각각 인접하여 배치된 측면가이드브라켓(250), 셀 집합체(230)의 내부에 배치된 내부가이드브라켓(270), 측면플레이트(240)와 측면가이드브라켓(250), 내부가이드브라켓(270) 및 셀 집합체(230)를 묶어 결합시키는 조임 밴드(260)를 포함할 수 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체(200)의 일부 구성요소들을 보다 자세하게 도시한다. 도 4(a)는 셀 집합체(230), 측면가이드브라켓(250) 및 내부가이드브라켓(270)이 분해된 모습을 도시한다. 도 4(b)는 셀 집합체(130)와 측면가이드브라켓(250), 내부가이드브라켓(270)이 결합된 상태를 정면에서 도시한다.
제2 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체(200)의 커버(210), 버스바하우징조립체(220), 측면플레이트(240), 측면가이드브라켓(250), 조임 밴드(260)에 대한 설명은 제1 실시예에 대하여 설명한 내용과 공통되므로 생략한다.
제2 실시예에서 셀 집합체(230)는 적어도 두 개의 셀 집합체(230)가 다열 구조를 형성할 수 있다. 도 1 및 도 2(a)에서 도시된 셀 집합체(130)는 복수의 배터리 셀들이 일렬로 적층되어 그룹된 것인 반면, 제2 실시예에서 셀 집합체(230)는 복수로 구비되어 복수의 열을 형성한다. 도 3 및 도 4에서 도시하듯이 두 개의 셀 집합체(230)들이 횡방향으로 연결되어 다열 구조를 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 세 개 이상의 셀 집합체(230)들이 횡방향으로 연결되어 다열 구조를 형성할 수도 있다.
내부가이드브라켓(270)은 횡방향으로 연결된 셀 집합체(230)들의 사이에 배치되며, I-형 단면을 가지고, 셀 집합체(230)의 종방향으로 연장된 구성이다. I-형 단면은 상부 플랜지와 하부 플랜지를 구비하며, 플랜지의 폭이 클 경우 H-형 단면이라고 지칭될 수도 있다. I-형 단면은 상부 플랜지와 하부 플랜지, 그리고 각 플랜지를 수직으로 연결하는 웹(WEB)으로 이루어질 수 있다. 내부가이드브라켓(270)의 하부 플랜지는 셀 집합체(230)의 하부면을 지지하고, 상부 플랜지는 셀 집합체(230)의 상부면에 접촉된다. 즉, 웹(WEB)의 높이가 셀 집합체(230)의 높이와 동일 또는 유사할 수 있다. 따라서, 셀 집합체(230)는 내부가이드브라켓(270)의 상부 플랜지와 하부 플랜지 사이에 끼워지듯이 결합될 수 있다.
내부가이드브라켓(270)의 상부 플랜지 폭은 셀 집합체(230)를 적절하게 규제하면서 배터리 셀의 전극에 간섭되지 않도록 통상의 기술자에 의해 적절하게 설계될 수 있다. 내부가이드브라켓(270)의 하부 플랜지 폭은 셀 집합체(230)를 규제하면서 셀 집합체(230)의 하부면을 적절하게 지지하도록 통상의 기술자에 의해 설계될 수 있다. 하부 플랜지의 폭은 상부 플랜지의 폭보다 크게 형성되어, 셀 집합체(230)를 지지하고 셀 집합체(230)의 움직임을 규제하면서 부품 크기를 최소화할 수 있다.
내부가이드브라켓(270)은 I-형 단면을 구비함으로써 배터리 모듈 조립체(200)의 휨 강성을 보강하고, 각 셀 집합체(230)에서 발생하는 열을 하방으로 배출하는 통로가 되며, 셀 집합체(230)의 위치를 규제하여 조립체 전체의 일체성을 증대함으로써 내구성을 높일 수 있다.
제2 실시예에 따른 측면가이드브라켓(250)은 제1 실시예와 달리 측면지지부의 높이가 더 크다. 측면가이드브라켓(250)을 구성하는 각 파트의 치수 등은 통상의 기술자에 의해 적절히 변형될 수 있다. 측면가이드브라켓(250)은 복수의 셀 집합체(230)들의 최외측 횡방향면에 인접하여 배치될 수 있다.
제2 실시예에 따른 조임 밴드(260)는 측면플레이트(240) 또는 측면가이드브라켓(250)의 외측에서 돌출된 복수의 리브들(또는 가이드로 지칭될 수 있다) 사이의 간격을 따라 배치되며, 적어도 두 개의 셀 집합체(230)들의 최외측면을 감싸면서 구성요소들을 결합시킬 수 있다.
도 5는 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 일부 구성요소들을 보다 자세하게 도시한다. 도 5(a)는 셀 집합체(330), 측면가이드브라켓(350) 및 내부가이드브라켓(370), 조임 밴드(360)가 분리된 모습을 도시한다. 또한, 도 5(b)는 셀 집합체(330)와 측면가이드브라켓(350), 내부가이드브라켓(370), 조임 밴드(360)가 결합된 상태를 정면에서 도시한다.
도 6은 제3 실시예에 따른 내부가이드브라켓(370)의 단면을 자세하게 도시한다.
이하, 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 구성요소들을 다른 실시예들과의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 제3 실시예에 따른 내부가이드브라켓(370)은 하부 플랜지(372) 및 상부 플랜지(374)를 구비하고, 웹(WEB)에서 돌출된 복수의 리브(376)들을 포함한다. 또한, 내부가이드브라켓(370)은 웹(WEB)에 연결된 셀접촉부(378)를 더 포함할 수 있다.
복수의 리브(376)들은 웹(WEB)의 양 측면에서 돌출되어 종방향으로 연장될 수 있다. 또한, 리브(376)들은 웹(WEB)의 측면에서 상하로 소정의 간격을 두고 복수개가 형성될 수 있다. 웹(WEB)에서 돌출된 리브(376)들은 내부가이드브라켓(370)의 휨 강성을 보강하여 배터리 모듈 조립체의 내구성을 증대할 수 있다. 또한, 리브(376)들은 후술하는 셀접촉부(378)의 압축량을 관리하는 스토퍼 역할을 수행할 수 있다.
셀접촉부(378)는 웹(WEB)의 양 측면에 연결되며, 셀접촉부(378)는 셀 집합체(330)와 접촉하여 셀 집합체(330)에서 발생하는 열을 효과적으로 배출하는 통로로 기능할 수 있다. 셀접촉부(378)의 위치는 웹(WEB)의 전체 높이를 H라고 할 때, 0.5H ~ 1H 범위의 높이에 위치할 수 있다. 셀접촉부(378)는 열전도 계면제로서, 열 전도가 원활한 소재(예를들면, 실리콘)로서 반고체 타입 또는 젤(GEL) 타입의 형태일 수 있다. 셀 집합체(330)에서 발생하는 열은 주로 전극(셀 탭) 부분에 집중되므로 전극의 위치와 상대적으로 가까운 웹(WEB)의 최상단에 셀접촉부(378)가 연결될 수 있다. 따라서, 전극에서 발생된 열은 셀접촉부(378)를 통해 웹(WEB)으로 전달되고 하방으로 배출되어 배터리 모듈 조립체의 냉각효과를 증대할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 제3 실시예에 따른 측면가이드브라켓(350)은 측면지지부의 높이가 셀 집합체(330)의 높이만큼 길고, 측면가이드브라켓(350)은 내측면 상단부에 셀접촉부를 포함할 수 있다. 측면가이드브라켓(350)의 셀접촉부는 열 전도가 원활한 소재(예를들면, 실리콘)로서 반고체 타입 또는 젤(GEL) 타입의 형태일 수 있다. 셀 집합체(330)의 전극에서 발생된 열은 측면가이드브라켓(350)의 셀접촉부를 통해 측면지지부로 전달되고 하방으로 배출됨으로써 배터리 모듈 조립체의 냉각효과가 발생한다. 측면가이드브라켓(350)의 외측면에 돌출된 리브들은 돌출 정도는 조임 밴드(360)의 두께 이하 수준으로 관리될 수 있다.
도 7(a)는 제1 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 열 전달 경로를 나타낸 것이고, 도 7(b)는 제2 또는 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체의 열 전달 경로를 나타낸 것이다.
도 7(a)를 참조하면, 배터리 모듈 조립체는 일렬로 구성된 셀 집합체를 포함하는 것이 특징이다. 셀 집합체에서 발생하는 열은 셀 집합체의 중앙 부분에서 집중되며, 열이 셀 집합체의 종방향을 따라 배출되는 한편 측면가이드브라켓을 통해 추가로 열이 배출되어 배터리 모듈 조립체의 냉각 효과를 증대한다.
도 7(b)를 참조하면, 배터리 모듈 조립체는 다열로 구성된 셀 집합체를 포함하는 것이 특징이다. 즉, 도 7(b)의 배터리 모듈 조립체는 복수의 셀 집합체들이 횡방향으로 연결되어 다열 구조가 형성된다. 이때, 셀 집합체에서 발생하는 열은 셀 집합체들의 중앙 부분에서 집중되며, 발생된 열은 셀 집합체를 통해 전달되거나 측면가이드브라켓을 통해 전달되어 배출된다. 또한, 다열 구조에서 셀 집합체들 간 열 전달이 이루어지므로 보다 추가적인 열 배출이 가능하고, 내부가이드브라켓을 통해 셀 집합체들의 열을 하부로 배출하므로 효율적으로 적체된 열을 해소할 수 있다. 셀 집합체들의 상부와 하부의 온도 평준화로 전체적인 내구성이 증진된다.
한편, 실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체의 제조방법을 이하 설명한다. 이하에서 설명하는 구성요소의 명칭 및 내용은 실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체에 대하여 전술한 내용과 동일하다.
실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체 제조방법은 복수의 배터리 셀들을 일 방향으로 적층하여 적어도 두 개의 셀 집합체들을 구성하는 단계와, 적어도 두 개의 셀 집합체들을 횡방향으로 연결하여 다열 구조를 형성하는 단계 및 다열 구조로 배치된 상기 셀 집합체들의 일 측면 및 타 측면을 측면플레이트로 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 다열 구조를 형성하는 단계는, 상부플랜지 및 하부플랜지를 구비한 I-형 단면의 내부가이드브라켓을 셀 집합체들의 사이에 배치할 수 있다. 이때, 내부가이드브라켓은, 웹(WEB)에서 돌출되어 내부가이드브라켓의 종방향으로 연장된 리브를 포함한다. 또한, 내부가이드브라켓은, 웹(WEB)에 연결되고 셀 집합체와 접촉하는 셀접촉부를 포함할 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체 제조방법은 다열 구조를 형성하는 단계 이후, 셀 집합체의 측면에 측면가이드브라켓을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체는 자동차에 이용될 수 있다. 즉, 차량이 실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체를 포함하는 배터리 팩을 구비하고, 배터리 모듈 조립체에 저장된 전기에너지를 이용하여 차량 운행 또는 기타 운전 보조 기능을 수행할 수 있다. 실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체를 포함하는 기기는 차량으로 제한되지 않는다.
실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체는 셀 집합체의 크기 또는 배열 방식 등에 따라 적합한 크기의 부품을 생산하기 용이하여 배터리 모듈 조립체의 표준화, 공용화에 유리하다. 예를들면, 셀 집합체의 셀 적층 개수에 따라 조임 밴드의 길이를 쉽게 조정할 수 있고, 측면가이드브라켓 또는 내부가이드브라켓 등 구성요소의 길이를 쉽게 조정하여 모듈에 적용할 수 있다. 측면플레이트의 경우 셀 적층 개수에 관계없이 공용으로 적용될 수 있다. 또한, 실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체는 셀 집합체의 다열 구조 적용을 통해 패키지 레이 아웃의 확장성을 확보한다.
실시예들에 따른 배터리 모듈 조립체는 냉각을 위해 셀 하단을 직접 냉각하는 방식이 가능하므로, 냉각 레이아웃 배치 자유도가 향상되고 설계 표준화에 반영할 수 있다. 이때, 셀 하단을 직접 냉각하는 방식은 열교환 추가 부재 적용을 지양하여 중량, 원가를 절감하고, 부피/중량 대비 에너지 밀도가 향상된다.
또한, 조임 밴드 구성으로 구성요소들의 결합도 향상 뿐만 아니라 셀들의 스웰링을 방지하는 면압 구조가 형성되며, 경량화 및 원가 절감에 유리하다. 각 구성요소들은 알루미늄 압출 또는 프레스로 제작되거나, 플라스틱 소재로 제작되어 경량화 및 절연 성능 확보가 가능하다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시예들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
100: 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체
110: 커버
120: 버스바하우징조립체
130: 셀 집합체
140: 측면플레이트
150: 측면가이드브라켓
152: 제1 리브
154: 제2 리브
156: 하부지지부
160: 조임 밴드
200: 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈 조립체
210: 커버
220: 버스바하우징조립체
230: 셀 집합체
240: 측면플레이트
250: 측면가이드브라켓
260: 조임 밴드
270: 내부가이드브라켓
330: 셀 집합체
350: 측면가이드브라켓
360: 조임 밴드
370: 내부가이드브라켓
372: 하부플랜지
374: 상부플랜지
376: 리브
378: 셀접촉부

Claims (18)

  1. 배터리 모듈 조립체로서,
    복수의 셀들이 일 방향으로 적층되어 구성된 셀 집합체; 및
    상기 셀 집합체의 일 측면에 연결되어 상기 셀 집합체를 가압하는 측면플레이트;를 포함하고,
    적어도 두 개의 셀 집합체는 횡방향으로 연결되어 다열 구조를 형성하는,
    배터리 모듈 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 셀 집합체들의 사이에 배치된 내부가이드브라켓;을 더 포함하고,
    상기 내부가이드브라켓은 상부 플랜지 및 하부 플랜지를 구비한 I-형 단면으로 형성된,
    배터리 모듈 조립체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 내부가이드브라켓은,
    웹(WEB)에서 돌출되어 상기 내부가이드브라켓의 종방향으로 연장된 리브를 포함하는,
    배터리 모듈 조립체.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 내부가이드브라켓은,
    웹(WEB)에 연결되고 상기 셀 집합체와 접촉하는 셀접촉부를 포함하는,
    배터리 모듈 조립체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 셀접촉부는,
    상기 웹(WEB) 높이(H)의 0.5H 내지 1H 범위에서 상기 웹과 연결되는,
    배터리 모듈 조립체.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 내부가이드브라켓은,
    상기 하부플랜지가 상기 셀 집합체를 지지하고, 상기 상부플랜지의 하부면이 상기 셀 집합체에 접촉하는,
    배터리 모듈 조립체.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 셀 집합체들의 최외측 횡방향면에 인접하여 배치된 측면가이드브라켓을 더 포함하고,
    상기 측면가이드브라켓은,
    상기 셀 집합체의 하부면을 지지하는 하부지지부를 포함하는,
    배터리 모듈 조립체.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 측면가이드브라켓은 상기 셀 집합체의 종방향으로 연장 형성되고,
    외측면에 상하 방향으로 소정의 간격(d)을 두고 형성된 복수의 리브를 포함하는,
    배터리 모듈 조립체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 측면가이드브라켓은,
    내측면에 연결되어 상기 셀 집합체와 접촉하는 셀접촉부를 포함하고,
    상기 셀접촉부는 반고체 형태인,
    배터리 모듈 조립체.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 측면가이드브라켓의 외측에서 상기 복수의 리브 간격을 따라 배치되며 상기 적어도 두 개의 셀 집합체들의 외측면을 감싸 조이는 조임 밴드를 더 포함하고,
    상기 조임 밴드는 금속 재질인,
    배터리 모듈 조립체.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 셀들은 각형 배터리 셀인,
    배터리 모듈 조립체.
  12. 청구항 2의 배터리 모듈 조립체 제조방법에 있어서,
    복수의 배터리 셀들을 일 방향으로 적층하여 적어도 두 개의 셀 집합체들을 구성하는 단계;
    상기 적어도 두 개의 셀 집합체들을 횡방향으로 연결하여 다열 구조를 형성하는 단계; 및
    다열 구조로 배치된 상기 셀 집합체들의 일 측면 및 타 측면을 측면플레이트로 가압하는 단계를 포함하는,
    배터리 모듈 조립체 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 다열 구조를 형성하는 단계는,
    상부플랜지 및 하부플랜지를 구비한 I-형 단면의 내부가이드브라켓을 상기 셀 집합체들의 사이에 배치하는,
    배터리 모듈 조립체 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 내부가이드브라켓은,
    웹(WEB)에서 돌출되어 상기 내부가이드브라켓의 종방향으로 연장된 리브를 포함하는,
    배터리 모듈 조립체 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 내부가이드브라켓은,
    웹(WEB)에 연결되고 상기 셀 집합체와 접촉하는 셀접촉부를 포함하는,
    배터리 모듈 조립체 제조방법.
  16. 배터리 모듈 조립체로서,
    복수의 셀들이 일 방향으로 적층된 셀 집합체;
    상기 셀 집합체의 측면에 인접하여 배치되는 측면가이드브라켓; 및
    복수의 상기 셀 집합체들 사이에 배치되는 내부가이드브라켓;을 포함하고,
    상기 셀 집합체는,
    복수의 셀 집합체들이 횡방향으로 배열되고,
    상기 내부가이드브라켓은,
    상부 플랜지 및 하부 플랜지를 구비한 I-형 단면을 구비하고, 상기 셀 집합체들의 종방향으로 연장되며,
    상기 상부 플랜지는 상기 셀 집합체의 상부면에 접촉하고,
    상기 하부 플랜지는 상기 셀 집합체의 하부면에 접촉하는,
    배터리 모듈 조립체.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 측면가이드브라켓은 외측면에 조임 밴드의 위치를 안내하는 가이드를 포함하고,
    상기 조임 밴드는 상기 측면가이드브라켓의 외측면에 구비된 가이드를 따라 상기 셀 집합체들의 측면을 가압하는,
    배터리 모듈 조립체.
  18. 청구항 16에 따른 배터리 모듈 조립체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
KR1020220037756A 2022-03-28 2022-03-28 배터리 모듈 조립체, 배터리 모듈 조립체 제조방법 및 배터리 모듈 조립체를 포함하는 차량 KR20230139442A (ko)

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