KR20230170552A - 양면 냉각 구조의 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차 - Google Patents
양면 냉각 구조의 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230170552A KR20230170552A KR1020230043135A KR20230043135A KR20230170552A KR 20230170552 A KR20230170552 A KR 20230170552A KR 1020230043135 A KR1020230043135 A KR 1020230043135A KR 20230043135 A KR20230043135 A KR 20230043135A KR 20230170552 A KR20230170552 A KR 20230170552A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pack
- pouch
- gap
- heat transfer
- cell
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 86
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 title 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 49
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 44
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims description 42
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 42
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6567—Liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
- H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
- H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
- H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
- H01M50/591—Covers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
- H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
- H01M50/593—Spacers; Insulating plates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전극 조립체가 수납된 수납부 및 상기 수납부의 주위에 하부, 상부, 전방 및 후방 에지면을 구비하는 복수의 파우치형 배터리 셀들과, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 구성된 셀 커버를 포함하는 셀 유닛; 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 하부 에지면을 하방으로 두어 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 하부 에지면 측 및 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 상부 에지면 측에 각각 마련되는 냉각 부재를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 셀투팩(Cell To Pack) 방식으로 제조되어 에너지 밀도가 높고 냉각성이 우수할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
각종 모바일 기기와 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 크게 증가함에 따라, 에너지원으로서의 이차 전지에 대한 관심과 수요가 급격히 증가하고 있다. 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 니켈수소 전지 등이 많이 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 전기 자동차나 에너지 저장 시스템과 같은 중대형 장치에 구동용이나 에너지 저장용으로 배터리 팩이 널리 사용되고 있다. 종래 배터리 팩은, 팩 케이스 내부에 하나 이상의 배터리 팩과 배터리 팩의 충방전을 제어하는 제어 유닛, 이를테면 BMS(Battery Management System)를 포함한다. 여기서, 배터리 팩은, 모듈 케이스의 내부에 다수의 배터리 셀을 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 배터리 셀(이차 전지)이 모듈 케이스 내부에 수납되어 각각의 배터리 팩을 구성하고, 이러한 배터리 팩이 하나 이상 팩 케이스 내부에 수납되어 배터리 팩을 구성한다.
특히, 파우치형 전지의 경우, 무게가 가볍고, 적층 시 데드 스페이스(dead space)가 적다는 등의 여러 측면에서 장점을 갖고 있지만, 외부의 충격에 취약하고, 조립성이 다소 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 다수의 셀을 먼저 모듈화시킨 후, 팩 케이스의 내부에 수납되는 형태로 배터리 팩이 제조되는 것이 일반적이다.
그러나, 종래 배터리 팩의 경우, 모듈화 등으로 인해 부피 대비 에너지 밀도 면에서 불리할 수 있고 냉각성 등의 측면에서 불리할 수 있다. 특히, 배터리 팩에 구비된 각 배터리 셀에 대하여, 배터리 팩 일면에 배치된 냉각 구성만으로는 냉각이 충분치 않고 파우치형 배터리 셀에 부분적인 온도 편차가 발생하여 냉각 효율이 저하되는 등 셀의 성능이 저하될 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 팩 부피 대비 전기 용량과 에너지 밀도가 증가될 수 있고 배터리 셀의 국부적인 온도 불균형이나 온도 편차가 최소화되고 냉각 효율이 개선될 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
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.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전극 조립체가 수납된 수납부 및 상기 수납부의 주위에 하부, 상부, 전방 및 후방 에지면을 구비하는 복수의 파우치형 배터리 셀들과, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 구성된 셀 커버를 포함하는 셀 유닛; 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 하부 에지면을 하방으로 두어 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 하부 에지면 측 및 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 상부 에지면 측에 각각 마련되는 냉각 부재를 포함할 수 있다.
상기 셀 유닛은 복수개가 마련되며, 상기 팩 케이스는, 복수개의 상기 셀 유닛을 밀착해서 일 방향을 따라 배열해서 수납할 수 있게 마련되는 팩 트레이; 및 상기 팩 트레이의 상부에 결합되는 팩 커버를 포함할 수 있다.
상기 냉각 부재는, 상기 하부 에지면과 팩 트레이 사이의 제1 간극부와, 상기 상부 에지면과 팩 커버 사이의 제2 간극부와, 상기 셀 커버가 상기 상부 에지면을 감싸는 경우 상기 셀 커버와 상부 에지면 사이 제3 간극부 또는 상기 셀 커버가 상기 하부 에지면을 감싸는 경우 상기 셀 커버와 상기 하부 에지면 사이의 제3 간극부에 각각 개재될 수 있다.
상기 셀 커버는, n자 형태로 구성되어 상기 파우치형 배터리 셀들의 수납부와 상부 에지면을 감싸도록 구성되거나, U자 형태로 구성되어 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 수납부와 하부 에지면을 감싸도록 구성될 수 있다.
상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 전방 및 후방 에지면을 노출시키도록 전방부 및 후방부가 개방되어 있고, 상기 셀 유닛은, 상기 셀 커버의 전방부 및 후방부에 각각 결합되고 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 전방 및 후방 에지면에 구비된 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바 조립체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 팩 트레이 및 팩 커버 모두에 히트 싱크를 포함할 수 있다.
다른 예로, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 팩 트레이 또는 팩 커버 중 어느 하나에 히트 싱크를 포함할 수 있다.
상기 냉각 부재는, 상기 제1 간극부, 제2 간극부 및 제3 간극부에 충진된 열전달 수지재일 수 있다.
상기 열전달 수지재는 써멀 레진일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 냉각 부재는, 상기 제1 간극부 및 제2 간극부에 충진된 열전달 수지재; 및 상기 제3 간극부에 충진된 열전달 유체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 열전달 수지재는 써멀 레진이고, 상기 열전달 유체는 절연유일 수 있다.
또한, 상기 버스바 조립체에는, 상기 제3 간극부와 연통되게 마련되어 상기 열전달 유체를 공급하는 공급 라인 및 배출 라인이 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 냉각 부재는, 상기 제1 간극부에 충진된 열전달 수지재; 상기 제2 간극부에 충진된 열전달 유체; 및 상기 제3 간극부에 충진된 열전달 수지재 또는 열전달 유체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 간극부에는, 상기 열전달 유체가 유동하는 유동 채널부가 마련될 수 있다.
또한, 상기 버스바 조립체에는, 상기 유동 채널부와 연통되게 마련되어 상기 열전달 유체를 공급하는 공급 라인 및 배출 라인이 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 냉각 부재는, 상기 제1 간극부에 충진된 열전달 유체; 상기 제2 간극부에 충진된 열전달 수지재; 및 상기 제3 간극부에 충진된 열전달 수지재 또는 열전달 유체를 포함할 수 있다.
상기 셀 커버는, 하나의 금속 플레이트가 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
상기 셀 커버는, 스테인리스(SUS) 또는 알루미늄(Al) 계열의 금속 재질일 수 있다.
상기 셀 커버는, 내측면에 절연 부재를 포함할 수 있다.
상기 셀 커버는, 상기 배터리 셀의 상기 수납부의 외측을 감싸는 한쌍의 측벽판; 및 한쌍의 상기 측벽판을 상호 연결하며 상기 측벽판에 절곡되게 마련된 절곡판을 포함할 수 있다.
상기 절곡판은, 판면에서 상기 측벽판이 절곡된 방향의 반대 방향으로 돌출된 복수의 냉각핀을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상술한 배터리 팩을 하나 이상 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 파우치형 배터리 셀들의 하부 에지면 측 및 상부 에지면 측에 각각 냉각 부재가 마련될 수 있다. 그 결과, 파우치형 배터리 셀들의 하부 에지면 및 상부 에지면은 각 냉각 부재에 접촉될 수 있다. 이에 따라 파우치형 배터리 셀의 양면 냉각(하부 및 상부 냉각)이 가능할 수 있어 배터리 셀의 국부적인 온도 불균형이나 온도 편차가 최소화되고 냉각 효율이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 더욱이, 배터리 셀을 모듈화하지 않고 팩 케이스에 직접 수납하므로, 배터리 모듈의 모듈 케이스 등이 불필요하다. 따라서, 이러한 모듈 케이스가 차지하는 공간을 줄여, 동일 팩 부피 대비 팩 케이스 내부에 더욱 더 많은 배터리 셀이 배치될 수 있는 CTP 타입의 배터리 팩이 가능할 수 있어 배터리 팩의 에너지 밀도가 더욱 향상되는 효과가 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 팩의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 배터리 팩의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 사시도이다.
도 4는 도 3의 셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되어 있는 셀 유닛에 냉각 부재가 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 변형예로서, 냉각 부재의 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 버스바 프레임 조립체의 변형예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 버스바 프레임 조립체 및 셀 커버의 다른 변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 5의 다른 변형예로서, 냉각 부재의 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 5의 또 다른 변형예로서, 냉각 부재의 또 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 커버의 부분 확대도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 배터리 팩의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 사시도이다.
도 4는 도 3의 셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되어 있는 셀 유닛에 냉각 부재가 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 변형예로서, 냉각 부재의 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 버스바 프레임 조립체의 변형예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 버스바 프레임 조립체 및 셀 커버의 다른 변형예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 5의 다른 변형예로서, 냉각 부재의 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 5의 또 다른 변형예로서, 냉각 부재의 또 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 커버의 부분 확대도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 구성을 개략적으로 나타내는 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 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.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 구성들에 대한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 배터리 팩의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 셀 유닛(110)과, 팩 케이스(200)를 포함한다.
상기 셀 유닛(110)은 복수의 파우치형 배터리 셀(120)들과 일부 파우치형 배터리 셀(120)을 적어도 부분적으로 감싸도록 구성된 셀 커버(130)를 포함한다. 상기 팩 케이스(200)는 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀(120)들을 수납한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 사시도이고, 도 4는 도 3의 셀 유닛의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 더 참조하면, 상기 파우치형 배터리 셀(120)은, 파우치형 이차 전지로서, 전극 조립체 및 이를 수납하는 수납부(122)를 포함할 수 있다.
여기서, 전극 조립체는 도면에 도시되지는 않았지만, 양극판, 음극판 및 분리막으로 구성되고, 상기 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 서로 마주하게 반복적으로 배치된 구조를 갖는다. 즉, 상기 전극 조립체는, 양극판/분리막/음극판/분리막과 같은 형태로 전극판과 분리막을 순차로 적층시킨 스택형, 양극판과 음극판 사이에 분리막이 위치하도록 분리막을 권취시킨 폴딩형, 또는 스택형과 폴딩형을 조합한 스택 앤 폴딩형 등 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 반복적으로 배치된 구조라면 어떠한 구조라도 무방할 수 있다.
상기 수납부(122)는 대략 직육면체 형상으로 길이 방향(도면의 X축 방향)으로 길게 형성되며, 상기 수납부(122) 내부에 전극 조립체가 수납될 수 있으며, 전극 조립체 이외에도 전해액 등이 수납될 수 있다. 상기 수납부(122)의 주위에는 전방, 후방, 상부 및 하부 에지면(122a, 122b, 122c, 122d)을 구비할 수 있다.
이러한 복수의 파우치형 배터리 셀(120)은, 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 다시 도 1 및 도 2에 도시된 바를 참조하면, 복수의 파우치형 배터리 셀(120)은 하부 에지면(122d)이 하방을 향하도록 기립되게 배치되고, 수평 방향(도면의 Y축 방향)으로 적층 배치될 수 있다. 또는, 도면과 달리 복수의 파우치형 배터리 셀(120)은, 전후 방향(X축 방향)으로 적층되도록 배치될 수도 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 파우치형 배터리 셀(120) 및 이들의 적층 형태를 채택할 수 있으며, 따라서 이러한 파우치형 배터리 셀(120)의 구성과 적층 방향 등에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
상기 셀 커버(130)는, 파우치형 배터리 셀(120)을 감싸도록 구성될 수 있다. 상기 셀 커버(130)는, 파우치형 배터리 셀(120)들을 적어도 부분적으로 감싸도록 마련될 수 있다. 도 3 및 도 4를 주로 참조하면, 상기 셀 커버(130)는 n자 형태로 구성될 수 있다. 즉, 전방 측에서 바라본 셀 커버(130)의 단면 구성은 대략 n자 형태와 유사하다고 할 수 있다. 이 경우 상기 셀 커버(130)는 n-fin이라고 부를 수 있다. 상기 셀 커버(130)는 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 수납부(122) 즉, 수납부(122)의 양 측면과 상부 에지면(122c)을 감싸도록 구성될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(130)의 하부면(136)은 개구되어 있으며, 따라서 파우치형 배터리 셀(120)들의 하부 에지면(122d)은 셀 커버(130)에 감싸지지 아니하고, 외부로 노출되게 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부에 수납되어 있는 셀 유닛에 냉각 부재가 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 상기 셀 커버(130)가 앞서 언급한 바와 같은 n자 형태로 구성되어 있다.
상기 셀 커버(130)는 U자 형태로 구성될 수도 있는데, 이는 도 5의 (b)에 나타내었다. 이 경우에는, 상기 셀 커버(130)가 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 수납부(122)의 양 측면과 하부 에지면(122d)을 감싸도록 구성되며, 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상부 에지면(122c)은 셀 커버(130)에 감싸지지 않고 외부로 노출되게 마련될 수 있다. 그리고 전방 측에서 바라본 셀 커버(130)의 단면 구성은 대략 U자 형태와 유사하다고 할 수 있다. 이 경우 상기 셀 커버(130)는 U-fin이라고 부를 수 있다.
그리고, 상기 셀 커버(130)는 n-fin이든 U-fin이든 관계없이, 주로 도 4를 참조하면, 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 전방 및 후방 에지면(122a, 122b)을 노출시키도록 전방부 및 후방부(133, 134)가 개방될 수 있다.
상기 셀 커버(130)는 상기 복수의 파우치형 배터리 셀(120)들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀(120)을 적어도 부분적으로 감싸도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 셀 커버(130)는, 2개 또는 그 이상의 파우치형 배터리 셀(120)을 함께 감싸도록 구성될 수 있다. 일례로 도 4에 도시된 것처럼 1개의 셀 커버(130) 내에 3개의 파우치형 배터리 셀(120)들이 포함되는 구성일 수 있으며, 3개의 파우치형 배터리 셀(120)들은 서로 병렬 연결되며, 다른 셀 유닛(110)과는 직렬 연결되는 구성일 수 있다(3P1S). 반면, 1개의 셀 커버(130)의 수용 공간을 크게 하여 6개의 파우치형 배터리 셀(120)들(3개씩 병렬 연결)이 수용되게 구성하는 이른바, 3P2S의 구성을 채용할 수도 있으며, 이밖에 1개의 셀 유닛(110) 안에 수용되는 파우치형 배터리 셀(120) 개수나 이들의 전기적 연결 관계는 다양하게 선택될 수 있다.
구체적으로 상기 셀 커버(130)는, 상기 배터리 셀(120)의 상기 수납부(122)의 외측을 감싸는 한쌍의 측벽판(131); 및 한쌍의 상기 측벽판(131)을 상호 연결하며 상기 측벽판(131)에 절곡되게 마련된 절곡판(132)을 포함할 수 있다.
이러한 구성을 통해, 상기 셀 커버(130)는, 복수의 파우치형 배터리 셀(120)들을 기립된 상태로 지지하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 것처럼 파우치형 배터리 셀(120)들이 셀 커버(130)에 수용된 상태일 경우, 파우치형 배터리 셀(120)들의 최외곽 외면을 한쌍의 측벽판(131)이 지지하며, 절곡판(132)이 한쌍의 측벽판(131)을 서로 소정 간격으로 이격된 상태를 유지하게 잡아주고 있어 파우치형 배터리 셀(120)들의 기립 상태를 지지하도록 마련될 수 있다.
이러한 상기 셀 커버(130)는, 하나의 금속 플레이트가 절곡된 형태로 구성될 수 있으며, 상기 셀 커버(130)는 스테인리스(SUS) 또는 알루미늄(Al) 계열의 금속 재질로 제작됨이 바람직할 수 있다.
구체적으로, 상기 셀 커버(130)는 상기 파우치형 배터리 셀(120)의 상부 에지면(122c)의 상부를 감싸도록 구성된 절곡판(132) 및 상기 절곡판(132)의 양단에서 하방으로 연장되고 상기 파우치형 배터리 셀(120)의 수납부(122)의 외측을 감싸는 한쌍의 측벽판(131)을 포함한다. 상기 절곡판(132)과 한쌍의 측벽판(131)은 하나의 플레이트로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 셀 커버(130)는 여러 구성요소가 일체형으로 제작되어 있다고 할 수 있다. 여기서, 각각의 구성요소는 절곡부를 통해 구분될 수 있다. 특히, 하나의 플레이트에서 절곡부는 2개 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 절곡부를 기준으로, 상기 측벽판(131)과 절곡판(132)이 구분될 수 있다. 이와 같이, 셀 커버(130)를 형성하기 위해 하나의 플레이트에 절곡부를 형성하는 구성은 프레스(press) 또는 롤 포밍(roll forming)과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 셀 커버(130)의 제조가 보다 간단해질 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 제조 비용이나 시간이 감소될 수 있다. 또한, 이러한 실시 구성에 의하며, 셀 커버(130)의 기계적 강도나 강성이 보다 높게 확보될 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우, 셀 커버(130)를 통한 열전도 성능이 보다 향상되어, 냉각 성능이 더욱 개선될 수 있다.
상기 셀 커버(130)가 금속 재질로 제작되면, 절곡부를 형성하는 구성이 용이하게 달성될 수 있을 뿐 아니라, 파우치형 배터리 셀(100)의 적층 상태를 보다 안정적으로 유지하며, 외부 충격으로부터 파우치형 배터리 셀(100)을 보다 안전하게 보호할 수 있다. 상기 셀 커버(130)가 Al 계열로 제작되면 경량화를 달성할 수 있다. 나아가, 상기 셀 커버(130)가 SUS와 같이 강성이 우수한 금속 재질로 제작되는 경우, 자립 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 이 경우, 파우치형 배터리 셀(120)의 기립 상태가 보다 확실하게 지지될 수 있다. 뿐만 아니라, SUS의 높은 용융점으로 인해, 파우치형 배터리 셀(120)로부터 화염 발생 시, 전체적인 구조가 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 파우치형 배터리 셀(120)간 화염 전파 방지 내지 지연 효과, 벤팅 제어 효과 등이 우수하게 확보될 수 있고, 열적 이벤트 발생 시에도, 내부 단락이나 구조적 붕괴를 방지할 수 있어 구조적 안전성이 증대될 수 있다.
셀 커버(130)는 절연 부재(170)를 더 포함할 수 있다. 절연 부재(170)는 전기적 절연성 재질로 구성되어 파우치형 배터리 셀(120)이 수용되는 셀 커버(130)의 내측 표면에 구비될 수 있다. 특히, 절연 부재(170)는 적어도 일측면에 접착층을 구비하여, 셀 커버(130)의 내측 표면에 접착될 수 있다. 또한, 절연 부재(170)는 양측면에 접착층을 구비하여, 셀 커버(130)의 내측 표면에 접착될 뿐 아니라 파우치형 배터리 셀(120)과 접착될 수도 있다. 뿐만 아니라, 절연 부재(170)는 내열성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(170)는 내열성을 갖는 세라믹 시트의 표면에 접착제가 도포된 내열성 테이프 형태로 구성될 수 있다. 절연 부재(170)는 상기 절연 부재는 실리콘 수지, 폴리 아미드(Polyamide) 재질의 필름 및 고무 중 어느 하나의 절연성 소재를 코팅, 도포 또는 부착한 것일 수 있다. 또한 절연 부재(170)는 셀 커버(130)의 내측 표면 및 외측 표면, 즉 양쪽으로 위치할 수도 있다
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 이러한 셀 유닛(110)이 복수개가 마련될 수 있다. 상기 복수의 셀 유닛(110)은 주로 도 1 및 도 2를 참조하면, 일방향(Y축 방향)으로 적층될 수 있다. 상기 셀 유닛(110)은, 3개의 파우치형 배터리 셀(120)이 1개의 n자 형태의 셀 커버(130)에 의해 감싸지도록 마련되며, 파우치형 배터리 셀(120)들의 하부 에지면(122d)이 하방으로 향하도록 마련된 복수개의 셀 유닛(110)이 도면의 Y축 방향으로 적층 배치될 수 있다.
상기 팩 케이스(200)는 주로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 하부 에지면(122d)을 하방으로 두어 상기 파우치형 배터리 셀(120)들을 수납할 수 있다. 상기 셀 유닛(110)은, 팩 케이스(200)의 상면에 지지되도록 구성될 수 있다, 상기 셀 유닛(110)에 의해 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 하부 에지면(122d)이 팩 케이스(200)의 상면에 안착될 수 있다.
상기 팩 케이스(200)는, 복수개의 상기 셀 유닛(110)을 밀착해서 일 방향을 따라 배열해서 수납할 수 있게 마련되는 팩 트레이(210) 및 상기 팩 트레이(210)의 상부에 결합되는 팩 커버(220)를 포함할 수도 있다.
그러한 경우, 셀 커버(130)의 측벽판(131)의 일측 선단부가 팩 트레이(210)의 상면에 안착될 수 있다. 한편, 팩 트레이(210) 또는 팩 케이스(200)와, 셀 커버(130) 간의 결합 구성은 여러 가지가 있을 수 있으며, 예컨대 결합 슬롯과의 기계적 체결 등이 있을 수 있다.
상기 팩 트레이(210)는 상단이 개방된 박스 형태로 구성되어 내부 공간에 다수의 파우치형 배터리 셀(120)을 수납할 수 있다. 도 1에서는 일부의 파우치형 배터리 셀(120)들의 집합인 셀 유닛(110)과, 복수의 셀 유닛(110)의 집단(100)이 도시되어 있다. 이러한 셀 유닛(110)의 집단(100)이 2×2 구성으로 수납될 수 있다. 그리고, 팩 커버(220)는 팩 트레이(210)의 상면을 커버하는 덮개 형태로 구성될 수 있다. 이러한 팩 케이스(200)의 내부 공간에는, 복수의 파우치형 배터리 셀(120)과 함께 셀 커버(130)도 수납될 수 있다.
상기 셀 유닛(110)은, 상기 셀 커버(130)의 전방부 및 후방부(133, 134)에 각각 결합되고 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 전방 및 후방 에지면(122a, 122b)에 구비된 전극 리드(123)들을 전기적으로 연결하는 버스바 조립체(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 버스바 조립체(140)는, 상기 셀 커버(130)의 전방부 및 후방부(133, 134)에 각각 결합되고 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 전방 및 후방 에지면(122a, 122b)에 구비된 전극 리드(123)들을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 버스바 조립체(140)는, 도 4를 주로 참조하면, 상기 셀 커버(130)의 전방부 및 후방부(133, 134)에 결합될 수 있다. 본 실시예의 배터리 팩(10)에 포함되는 셀 유닛(110)의 버스바 조립체(140)는 버스바와 버스바 프레임(141), 하우징 커버(143), 절연 커버(144) 등을 포함한다. 여기서 상기 버스바는 전기 전도성을 갖는 금속 막대이고, 버스바 프레임(141)은 절연성 소재로 성형한 사출물이다. 예컨대 전극 리드(123)들은 버스바 프레임(141)에 구비되는 슬릿들을 통해 +Y방향을 인출되고 이렇게 인출된 일단부들이 버스바의 표면에 레이저 용접될 수 있다. 상기 하우징 커버(143)는 레이저 용접을 용이하게 수용할 수 있게 부분 개방형으로 제공될 수 있다.
상기 버스바는 상단이 수평하게 배치되도록 절곡된 형태로 제공될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 버스바에서 절곡된 부분은 셀 커버(130)의 길이 방향 양쪽 끝단에 노출되어 셀 유닛(110)의 양극 터미널(145) 또는 음극 터미널로 기능할 수 있다. 예컨대, 셀 유닛(110)들을 팩 트레이(210)에 배열한 때 어느 하나의 셀 유닛(110)의 양극 터미널과 다른 셀 유닛(110) 의 음극 터미널을 전도성 부재로 연결하면 상기 셀 유닛(110)들이 서로 직렬 연결될 수 있다.
이러한 구성의 셀 유닛(110)을 포함하는 배터리 팩(10)을 통해, 별도의 모듈 관련 부품 예컨대, 모듈 케이스나 모듈용 패키징 등이 삭제되고, 복수의 파우치형 배터리 셀(120)들이 팩 케이스(200) 내부에 직접 안착되어 수납될 수 있다.
이에 따라, 파우치형 배터리 셀(120)을 이용한 CTP(Cell To Pack) 타입의 배터리 팩(10)이 보다 효율적으로 구현될 수 있다. 즉, 본 발명의 경우, 별도의 모듈 케이스 내부에 파우치형 배터리 셀(120)을 수납하고 이러한 모듈 케이스를 팩 케이스(200) 내부에 수납시키는 것이 아니라, 파우치형 배터리 셀(120)을 직접 팩 케이스(200) 내부에 수납시키는 형태로 배터리 팩(10)이 마련될 수 있다.
본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩(10)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 더욱이, 파우치형 배터리 셀(120)을 모듈화하지 않고 팩 케이스(200)에 직접 수납하므로, 배터리 모듈의 모듈 케이스 등의 모듈 관련 부품이 불필요하다. 또한, 배터리 팩(10)에 적층용 프레임, 셀의 적층 상태를 유지하기 위한 볼트 등의 체결 부재 등이 추가로 구비될 필요가 없다.
따라서, 이러한 모듈 케이스 등의 부품이 차지하는 공간을 줄여, 동일 팩 부피 대비 상대적으로 많은 배터리 셀이 배치될 수 있는 CTP 타입의 배터리 팩(10)이 가능할 수 있어 배터리 팩(10)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩(10)의 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 구성의 경우, 각 파우치형 배터리 셀(120)의 일부, 하부 에지면(122d) 또는 상부 에지면(122c)이 팩 케이스(200)에 직접 노출되므로, 각 파우치형 배터리 셀(120)의 열이 팩 케이스(200)를 통해 외부로 효과적으로 배출될 수 있다.
이러한 팩 케이스(200)는 파우치형 배터리 셀(120)들의 냉각을 위한 추가적인 냉각 구조가 마련될 수 있다. 이러한 냉각 구조는 히트 싱크(211, 221, 도 5 참조)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 히트 싱크의 도시가 생략되어 있으나, 상기 팩 트레이(210) 또는 팩 커버(220) 모두에 도 5에서와 같이 히트 싱크(211, 221)가 마련될 수 있다.
여기서, 히트 싱크(211, 221)는 직간접적인 열 접촉을 통해 다른 물체로부터 열을 흡수하고 발산하는 물체를 의미한다. 상기 히트 싱크(211, 221)는 냉매가 유동되는 구조일 수 있다. 히트 싱크(211)는 팩 트레이(210)에 배치될 수 있다. 히트 싱크(221)은 팩 커버(220)에 배치될 수 있다. 특히, 배터리 팩(10)은 경량 및 구성요소의 간소화를 위해 팩 케이스(200) 벽체 내부에 냉각수가 흐를 수 있는 유로 관로 등이 내장되게 마련되어, 팩 트레이(210)와 팩 커버(220)가 히트 싱크 형태로 마련될 수도 있다. 즉, 팩 트레이(210)가 히트 싱크(211)를 겸하고, 팩 커버(220)가 히트 싱크(221)를 겸할 수 있다. 상기 팩 트레이(210) 또는 팩 커버(220) 중 어느 하나에 히트 싱크(211, 221)를 포함할 수도 있다. 팩 트레이(210)나 팩 커버(220) 중 어느 하나에만 히트 싱크(211, 221)가 마련되는 경우, 배터리 팩(10)의 부피나 크기 감소, 경량화 내지는 컴팩트화가 가능할 수 있다.
이러한 상기 팩 케이스(200)는, 플라스틱 또는 금속 재질을 구비할 수 있다. 이밖에, 팩 케이스(200)는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩(10)의 외장재 재질을 채용할 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따라 냉각 부재를 포함하는 다양한 배터리 팩의 실시예들을 설명하고자 한다.
도 6은 도 5의 변형예로서, 냉각 부재의 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 버스바 프레임 조립체의 변형예를 도시한 도면이다.
기존 배터리 팩에서 냉각 구조는 배터리 셀의 일측에만 접촉되어 냉각되는 구조로서, 예를 들자면 팩 트레이(210)에만 쿨링 구성이 배치되는 등 일면 냉각 방식이어서, 파우치형 배터리 셀(120)의 상부와 하부 지점에 따라 국부적인 온도 불균형이나 온도 편차가 발생될 수 있고 이로 인한 냉각 효율의 저하가 초래될 수 있다.
이에 본 실시예에서는 n자 형태 또는 U자 형태로 구성되는 셀 커버(130) 및 셀 유닛(110), 이를 포함하는 배터리 팩(10)에서, 파우치형 배터리 셀(120)과 셀 커버(130) 사이의 간극, 파우치형 배터리 셀(120)(또는 셀 커버(130))과 팩 케이스(200) 사이 간극에 냉각 부재를 구성할 수 있다.
이를 위해 냉각 부재는 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 하부 에지면(122d) 측 및 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 상부 에지면(122c) 측에 각각 마련될 수 있다.
먼저, 제1, 제2 및 제3 간극부(S1, S2, S3)를 정의할 수 있다. 도 5의 (a)를 기준으로 설명하면, 파우치형 배터리 셀(120)들의 하부 에지면(122d)과 팩 트레이(210) 사이의 공간이 제1 간극부(S1)가 될 수 있다. 이 경우, 셀 커버(130)가 n-fin인 경우에 해당될 수 있다. 도 5의 (b)에서와 같이 셀 커버(130)의 개구가 상방으로 향하는 U-fin 형태의 경우에 제1 간극부(S1)는 셀 커버(130)의 절곡판(132)과 팩 트레이(210) 상면 사이 공간을 가리킨다.
제2 간극부(S2)는 셀 유닛(110)의 상부와 팩 커버(220) 사이의 공간을 가리키는데, 도 5의 (a)의 n-fin에서는 절곡판(132) 외면과 팩 커버(220) 사이 공간을 가리키며, (b)에서는 파우치형 배터리 셀(120)들의 상부 에지면(122c)과 팩 커버(220) 사이 공간을 가리킬 수 있다.
그리고, 제3 간극부(S3)는 상기 셀 커버(130)가 상기 상부 에지면(122c)을 감싸는 경우, 즉 절곡판(132)이 상부 에지면(122c)을 감싸는 n-fin의 경우에는 셀 커버(130) 내부와 상부 에지면(122c) 사이 공간을 가리키며, 상기 셀 커버(130)가 상기 하부 에지면(122d)을 감싸는 경우인 U-fin의 경우에는 셀 커버(130) 내부와 하부 에지면(122d) 사이 공간을 가리킨다.
상기 냉각 부재는, 상기 제1 간극부(S1)와, 제2 간극부(S2) 및 제3 간극부(S3)에 각각 개재될 수 있다.
일례로, 상기 냉각 부재는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 간극부(S1), 제2 간극부(S2) 및 제3 간극부(S3)에 충진된 열전달 수지재(310)일 수 있다. 즉, 상기 열전달 수지재(310)는 파우치형 배터리 셀(120)들의 하부 에지면(122d)과 팩 트레이(210) 사이의 공간인 제1 간극부(S1)에 충진될 수 있다. 이에 따라 셀 커버(130)의 측벽판(131)을 포함하여 파우치형 배터리 셀(120)들의 하부 에지면(122d)을 팩 트레이(210) 상면에 고정할 수 있다.
또한, 상기 열전달 수지재(310)는 절곡판(132) 외면과 팩 커버(220) 사이 공간인 제2 간극부(S2)에 충진될 수 있다. 이때에는 상기 열전달 수지재(310)가 셀 커버(130)의 절곡판(132)과 팩 커버(220)를 상호 고정할 수 있다. 그리고, 상기 열전달 수지재(310)는 셀 커버(130) 내부와 상부 에지면(122c) 사이 공간인 제3 간극부(S3)에 충진될 수 있다.
U-fin의 경우, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 제3 간극부(S3)의 위치가 팩 트레이(210) 측으로 이동된 것을 제외하고는, 상기 열전달 수지재(310)가 제1, 제2 및 제3 간극부(S1, S2, S3)에 충진될 수 있음이 n-fin의 경우와 동일하다.
여기서, 상기 열전달 수지재(310)는 써멀 레진(thermal resin)일 수 있다. 상기 써멀 레진은 파우치형 배터리 셀(120)들로부터 발생하는 열을 용이하게 방출할 수 있도록 열 전도성 물질로 이루어지며, 예를 들면 실리콘, 우레탄, 에폭시 등이 대상이 될 수 있다. 상기 써멀 레진의 구성은 점착성 및 고정력이 있으며 열전도성이 있는 물질이라면 다른 소재도 적용될 수 있을 것이다.
이러한 구성의 냉각 부재를 통해, 각 파우치형 배터리 셀(120)의 열이 각 파우치형 배터리 셀(100)의 하부 에지면(122d)→ 제1 간극부(S1)에 충진된 써멀 레진(310)→ 하부 에지면(122d) 측에 마련되는 히트 싱크(211)로 방열될 수 있고, 상부 에지면(122c)→ 제2 간극부(S2)에 충진된 써멀 레진(310)→ 상부 에지면(122c) 측에 마련되는 히트 싱크(221)로 방열될 수 있다. 이처럼, 파우치형 배터리 셀(120)의 상부와 하부를 각각 동시에 냉각시키는 양면 냉각이 가능할 수 있어 파우치형 배터리 셀(120)의 국부적인 온도 불균형이나 온도 편차가 최소화되고 냉각 효율이 개선될 수 있다.
다른 변형예로서, 도 6의 냉각 부재의 구성이 있을 수 있다. 상기 냉각 부재는, 상기 제1 간극부(S1) 및 제2 간극부(S2)에 충진된 열전달 수지재(310) 및 상기 제3 간극부(S3)에 충진된 열전달 유체(320)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 간극부(S1, S2)에 열전달 수지재(310)로서 써멀 레진이 충진되는 구성은 앞선 구성과 동일하며, 제3 간극부(S3)의 구성에 있어서만 차이가 있다. 즉, n-fin의 경우 도 6의 (a)에서와 같이, 제3 간극부(S3)(셀 커버(130) 내부와 상부 에지면(122c) 사이의 공간)에 열전달 유체(320)가 충진될 수 있다. 그리고 도 (6)의 (b)에서와 같이 U-fin의 경우에는 제3 간극부(S3)(셀 커버(130) 내부와 하부 에지면(122d) 사이 공간)에 열전달 유체(320)가 충진될 수 있다.
여기서, 열전달 유체(320)는 졀연유일 수 있으며, 이밖에 전기적 절연성이 있으면서 열전달이 용이하게 가능할 수 있는 유체라면 다양한 소재가 채택될 수 있다.
상기 버스바 조립체(140)에는, 상기 제3 간극부(S3)와 연통되게 마련되어 상기 열전달 유체(320)를 공급하는 공급 라인(330) 및 배출 라인(미도시)이 형성될 수 있다. 도 7은 도 6의 (a)에 대응되는 것으로서, n-fin 의 경우에 상기 버스바 조립체(140)의 상부 구역에 제3 간극부(S3)에 연통되는 공급 라인(330)을 도시하고 있으며, 버스바 프레임(141)의 돌출부(146) 상에 마련되되 전면을 향하여 연통되게 마련될 수 있다. 도 7을 참조하면, 상기 열전달 유체(320)는 공급 라인(330)을 통해 공급될 수 있으며, 배출 라인을 통해 배출되게 마련되어 상기 제3 간극부(S3) 안에서의 열전달 유체(320)의 일련의 냉각 흐름을 구성할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 열전달 유체(320)가 제3 간극부(S3)에 충진되고, 별도의 공급 라인과 배출 라인을 통해 열전달 유체(320)가 유동되는 냉각 구조를 개시하고 있으나, 이와 같은 공급 라인(330)과 배출 라인없이, 열전달 유체(320)가 제3 간극부(S3)에 1회성으로 주입되고 갇혀 있는 냉각 구조가 고려될 수도 있다. 이 경우, 별도의 열전달 유체(320)의 주입을 위한 공급 라인(330)과 배출을 위한 배출 라인의 구성이 생략될 수 있어 설비 구조가 간단해질 수 있고, 버스바 조립체(140)의 제작 수가가 낮아지고 조립 편의성이 확보되는 이점이 있을 수 있다.
이상 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 구성의 냉각 부재를 통해서, 파우치형 배터리 셀(120)의 상부와 하부를 각각 동시에 냉각시키는 양면 냉각이 가능할 수 있어 파우치형 배터리 셀(120)의 국부적인 온도 불균형이나 온도 편차가 최소화되고 냉각 효율이 개선될 수 있다.
또한, 냉각 부재로서 열전달 유체(320)를 사용하게 되면, 기존 열전달 수지재(310) 대비하여 열 배출이 용이할 수 있어 냉각 효율이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 유닛의 버스바 프레임 조립체 및 셀 커버의 다른 변형예를 도시한 도면이고, 도 9는 도 5의 다른 변형예로서, 냉각 부재의 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 10은 도 5의 또 다른 변형예로서, 냉각 부재의 또 다른 구성이 개재된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
또 다른 변형예로서, 상기 냉각 부재 중 열전달 유체(320)가 상기 셀 커버(130)(정확하게는 절곡판(132)) 외면과 팩 케이스(200) 사이 공간)에서 유동하는 구성이 있을 수 있다. 여기서는, 셀 커버(130)가 n-fin일 경우와, U-fin일 경우를 나누어 설명한다.
도 9의 (a) 및 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 셀 커버(130)가 n-fin일 경우에, 상기 냉각 부재는 상기 제1 간극부(S1)에 충진된 열전달 수지재(310), 상기 제2 간극부(S2)에 충진된 열전달 유체(320) 및 상기 제3 간극부(S3)에 충진된 열전달 수지재(310) 또는 열전달 유체(320)를 포함할 수 있다.
앞선 실시예와 차이점을 위주로 설명하면, 셀 유닛(110)의 상부와 팩 커버(220) 사이의 공간에 해당되는 제2 간극부(S2)에 열전달 유체(320)가 개재될 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 간극부(S2)에는, 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼 상기 열전달 유체(320)가 유동하는 유동 채널부(150)가 마련될 수 있다. 상기 유동 채널부(150)는 절곡판(132)의 외면에 부착될 수 있다.
그리고 상기 버스바 조립체(140)에는 도 8을 주로 참조하면, 상기 유동 채널부(150)와 연통되게 마련되어 상기 열전달 유체(320)를 공급하는 공급 라인(340) 및 배출 라인(미도시)이 형성될 수 있다. 도 8에서는 상기 버스바 조립체(140)의 상부 구역에 유동 채널부(150)로 연통되는 공급 라인(340)이 도시되어 있으며, 여기서의 공급 라인(340)은 도 7의 공급 라인(330)보다 상대적으로 상방으로 더 높게 배치되어 있으며, 유동 채널부(150)의 높이를 감안하여 버스바 프레임(141)의 돌출부(146a)의 높이도 상대적으로 더 높게 마련될 수 있다. 그리고 배출 라인은 셀 커버(130)의 반대편(후방 측)에 배치될 수 있으며 도면에서는 생략되어 있다.
또한, 상기 열전달 유체(320)가 인접한 상기 팩 케이스(200)에는 도 9에서처럼 히트 싱크가 생략될 수 있다. 즉, 상기 팩 트레이(210)에는 히트 싱크(211)가 마련되고, 제2 간극부(S2)에 인접한 팩 커버(220)에는 히트 싱크가 삭제될 수 있다. 절연유와 같은 열전달 유체(320) 사용으로 인해 팩 커버(220)에 인접한 파우치형 배터리 셀(120)의 상부 에지면(122c) 측에는 히트 싱크와 열전달 수지재 등의 구성이 필요치 않게 됨으로써, 각 구성들의 열저항이 감소하고, 이로써, 배터리 팩(10)의 부피나 크기 감소, 경량화 내지는 컴팩트화가 가능할 수 있다.
그리고 제3 간극부(S3)에 개재되는 냉각 부재는 도 9에서처럼 열전달 수지재(310)일 수도 있고, 도 10의 (a)에 도시된 것처럼 열전달 유체(320)일 수도 있다. 이 경우, 도 7에서와 같은 공급 라인이 추가로 마련될 필요가 있다.
한편, 셀 커버(130)가 U-fin 구조일 경우에는, 도 9의 (b) 및 도 10의 (b)에 도시된 것처럼 상기 냉각 부재는, 상기 제1 간극부(S1)에 충진된 열전달 유체(320), 상기 제2 간극부(S2)에 충진된 열전달 수지재(310); 및 상기 제3 간극부(S3)에 충진된 열전달 수지재(310) 또는 열전달 유체(320)를 포함할 수 있다.
이 경우, 제2 간극부(S2)에 인접한 팩 커버(220)에는 히트 싱크(221)가 배치되나, 열전달 유체(320)가 충진된 제1 간극부(S1)에 인접한, 팩 트레이(210) 상에는 히트 싱크가 삭제될 수 있으며, 제3 간극부(S3)에 냉각 부재로 열전달 수지재(310, 도 9의 (b))나 열전달 유체(320, 도 10의 (b))가 충진될 수 있다.
이러한 U-fin 형태일 경우, 도 9 및 도 10에서처럼 유동 채널부(150)는 절곡판(132)의 외면에 결합되나, 위치상 셀 커버(130)의 하부에 배치될 수 있다. 이때, 별도의 도면으로 설명하지는 않지만, 도 8에서의 공급 라인 및 배출 라인도 버스바 조립체(140)의 하부 영역으로 이동될 수 있을 것이다.
이러한 실시 구성에 따라, 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 하부 에지면(122d) 측 및 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 상부 에지면(122c) 측에 각각 냉각 부재가 접촉될 수 있다. 이에 따라 파우치형 배터리 셀(120)의 상부와 하부를 각각 동시에 냉각시키는 양면 냉각이 가능할 수 있어 배터리 셀의 국부적인 온도 불균형이나 온도 편차가 최소화되고 냉각 효율이 개선될 수 있다.
이어서 도 11을 참조하여 본 발명의 배터리 팩(10)의 다른 실시예들에 대해 간략히 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에서 셀 커버의 부분 확대도이다.
이전 도면들과 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
상기 셀 커버(130)가, 상기 배터리 셀의 상기 수납부(122)의 외측을 감싸는 한쌍의 측벽판(131); 및 한쌍의 상기 측벽판(131)을 상호 연결하며 상기 측벽판(131)에 절곡되게 마련된 절곡판(132)을 포함하는 점은 전술한 실시예와 동일하다. 여기서, 도 11처럼 상기 절곡판(132)은 판면에서 상기 측벽판(131)이 절곡된 방향의 반대 방향으로 돌출된 복수의 냉각핀(160)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 하부 에지면(122d) 측 및 상기 파우치형 배터리 셀(120)들의 상기 상부 에지면(122c) 측에 각각 냉각 부재가 접촉될 때, 냉각핀(160)에 의한 냉각 효과를 더욱 가질 수 있으므로, 파우치형 배터리 셀(120)의 상부와 하부를 각각 동시에 냉각시키는 양면 냉각이 상대적으로 우수히질 수 있다.
일례로, 도 5의 (a) 의 냉각 부재의 구성과 비교할 때, 본 실시예에 따른 냉각핀(160)이 마련되게 되면, 도 5의 (a)에서 제2 간극부(S2)에 개재된 열전달 수지재(310) 내에 냉각핀(160)이 배치되는 구성이 가능해지고, 복수의 냉각핀(160)으로 인해 열전달 수지재(310)와 냉각핀(160)의 접촉 면적이 증대하며, 그 결과 셀 커버(130)와 열전달 수지재(310)의 접촉 면적이 상대적으로 증가될 수 있게 된다. 즉, 제3 간극부(S3)에 충진된 열전달 수지재(310)를 통해 전달된 파우치형 배터리 셀(120)의 열이 절곡판(132)을 거쳐 냉각핀(16)을 통해 외부로 열방출이 용이해진다. 이에 따라 배터리 셀(120)의 국부적인 온도 불균형이나 온도 편차가 최소화되고 냉각 효율이 보다 개선될 수 있다.
또는 도 9의 (a)의 냉각 부재의 구성과 비교할 때, 본 실시예에 따른 냉각핀(160)이 마련되게 되면, 도 9의 (a)에서의 제2 간극부(S2) 상의 열전달 유체(320) 내에 냉각핀(160)이 배치되는 구성이 가능해지며, 마찬가지로 증가된 접촉 면적으로 인해 발열이 더 우수하게 되어 파우치형 배터리 셀(120)의 온도 불균형이나 온도 편차를 줄일 수 있게 된다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 관리 시스템(400, BMS, Battery Management System)을 더 포함할 수 있다. 배터리 관리 시스템(400)은, 팩 케이스(200)의 내부 공간에 장착되며, 파우치형 배터리 셀(120)의 충방전 동작이나 데이터 송수신 동작 등을 전반적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 배터리관리 시스템(400)은 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공될 수 있다. 보다 구체적으로는, 배터리 관리 시스템(400)은, 팩 전압 및 팩 전류를 통해 파우치형 배터리 셀(120)의 충방전 상태, 전력 상태 및 성능 상태 등을 제어하도록 마련될 수 있다. 이러한 배터리 관리 시스템에 대해서는, 본 발명의 출원 시점에 널리 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 차단 유닛500, BDU, Battery Disconnect Unit)을 더 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(500)은, 배터리 팩(10)의 전력 용량과 기능을 관리하기 위해 배터리 셀들의 전기적 연결을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 배터리 차단 유닛(500)은, 파워 릴레이와 전류 센서, 퓨즈 등을 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(500) 역시 모듈 단위가 아닌 팩 단위에 제공되는 구성으로서, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 차단 유닛이 채용될 수 있다.
이 밖에도, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 팩(10)의 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 경우, 작업자가 수작업으로 서비스 플러그를 분리하여 전원을 차단할 수 있는 MSD(Manual Service Disconnector)를 더 포함할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 자동차(V)는, 전술한 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 자동차(V)는, 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 구동원으로 사용하는 소정의 자동차(V)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩(10) 이외에, 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소, 이를테면 차체나 모터 등을 더 포함할 수 있다
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 팩
100: 셀 유닛 집단 110 : 셀 유닛
120 : 파우치형 배터리 셀 122 : 수납부
122a, 122b 122c, 122d : 전방, 후방, 상부 및 하부 에지면
130 : 셀 커버 131 : 측벽판
132 : 절곡판 133 : 전방부
134 : 후방부
140 : 버스바 조립체 141 : 버스바 프레임
143 : 하우징 커버 144 : 절연 커버
145 : 양극 터미널 146 : 돌출부
150 : 유동 채널부 160 : 냉각핀
200 : 팩 케이스 210 : 팩 트레이
211 : 히트 싱크 220 : 팩 커버
221 : 히트 싱크
100: 셀 유닛 집단 110 : 셀 유닛
120 : 파우치형 배터리 셀 122 : 수납부
122a, 122b 122c, 122d : 전방, 후방, 상부 및 하부 에지면
130 : 셀 커버 131 : 측벽판
132 : 절곡판 133 : 전방부
134 : 후방부
140 : 버스바 조립체 141 : 버스바 프레임
143 : 하우징 커버 144 : 절연 커버
145 : 양극 터미널 146 : 돌출부
150 : 유동 채널부 160 : 냉각핀
200 : 팩 케이스 210 : 팩 트레이
211 : 히트 싱크 220 : 팩 커버
221 : 히트 싱크
Claims (22)
- 전극 조립체가 수납된 수납부 및 상기 수납부의 주위에 하부, 상부, 전방 및 후방 에지면을 구비하는 복수의 파우치형 배터리 셀들과, 상기 복수의 파우치형 배터리 셀들 중 적어도 일부 파우치형 배터리 셀을 적어도 부분적으로 감싸도록 구성된 셀 커버를 포함하는 셀 유닛;
내부 공간에 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 하부 에지면을 하방으로 두어 상기 파우치형 배터리 셀들을 수납하는 팩 케이스; 및
상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 하부 에지면 측 및 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 상부 에지면 측에 각각 마련되는 냉각 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 셀 유닛은 복수개가 마련되며,
상기 팩 케이스는,
복수개의 상기 셀 유닛을 밀착해서 일 방향을 따라 배열해서 수납할 수 있게 마련되는 팩 트레이; 및
상기 팩 트레이의 상부에 결합되는 팩 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제2항에 있어서,
상기 냉각 부재는,
상기 하부 에지면과 팩 트레이 사이의 제1 간극부와,
상기 상부 에지면과 팩 커버 사이의 제2 간극부와,
상기 셀 커버가 상기 상부 에지면을 감싸는 경우 상기 셀 커버와 상부 에지면 사이 제3 간극부 또는 상기 셀 커버가 상기 하부 에지면을 감싸는 경우 상기 셀 커버와 상기 하부 에지면 사이의 제3 간극부에 각각 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제3항에 있어서,
상기 셀 커버는, n자 형태로 구성되어 상기 파우치형 배터리 셀들의 수납부와 상부 에지면을 감싸도록 구성되거나, U자 형태로 구성되어 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 수납부와 하부 에지면을 감싸도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제4항에 있어서,
상기 셀 커버는, 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 전방 및 후방 에지면을 노출시키도록 전방부 및 후방부가 개방되어 있고,
상기 셀 유닛은, 상기 셀 커버의 전방부 및 후방부에 각각 결합되고 상기 파우치형 배터리 셀들의 상기 전방 및 후방 에지면에 구비된 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제5항에 있어서,
상기 팩 트레이 및 팩 커버 모두에 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제5항에 있어서,
상기 팩 트레이 또는 팩 커버 중 어느 하나에 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제6항에 있어서,
상기 냉각 부재는, 제1 간극부, 상기 제2 간극부 및 제3 간극부에 충진된 열전달 수지재인 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제8항에 있어서,
상기 열전달 수지재는 써멀 레진인 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제6항에 있어서,
상기 냉각 부재는,
상기 제1 간극부 및 제2 간극부에 충진된 열전달 수지재; 및
상기 제3 간극부에 충진된 열전달 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제10항에 있어서,
상기 열전달 수지재는 써멀 레진이고,
상기 열전달 유체는 절연유인 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제10항에 있어서,
상기 버스바 조립체에는, 상기 제3 간극부와 연통되게 마련되어 상기 열전달 유체를 공급하는 공급 라인 및 배출 라인이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제7항에 있어서,
상기 냉각 부재는,
상기 제1 간극부에 충진된 열전달 수지재;
상기 제2 간극부에 충진된 열전달 유체; 및
상기 제3 간극부에 충진된 열전달 수지재 또는 열전달 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제13항에 있어서,
상기 제2 간극부에는, 상기 열전달 유체가 유동하는 유동 채널부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제14항에 있어서,
상기 버스바 조립체에는, 상기 유동 채널부와 연통되게 마련되어 상기 열전달 유체를 공급하는 공급 라인 및 배출 라인이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제7항에 있어서,
상기 냉각 부재는,
상기 제1 간극부에 충진된 열전달 유체;
상기 제2 간극부에 충진된 열전달 수지재; 및
상기 제3 간극부에 충진된 열전달 수지재 또는 열전달 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 셀 커버는, 하나의 금속 플레이트가 절곡된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 셀 커버는 스테인리스(SUS) 또는 알루미늄(Al) 계열의 금속 재질인 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 셀 커버는 내측면에 절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항에 있어서,
상기 셀 커버는,
상기 배터리 셀의 상기 수납부의 외측을 감싸는 한쌍의 측벽판; 및
한쌍의 상기 측벽판을 상호 연결하며 상기 측벽판에 절곡되게 마련된 절곡판을 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 배터리 팩. - 제20항에 있어서,
상기 절곡판은 판면에서 상기 측벽판이 절곡된 방향의 반대 방향으로 돌출된 복수의 냉각핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220070712 | 2022-06-10 | ||
| KR20220070712 | 2022-06-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230170552A true KR20230170552A (ko) | 2023-12-19 |
Family
ID=89385817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230043135A KR20230170552A (ko) | 2022-06-10 | 2023-03-31 | 양면 냉각 구조의 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230170552A (ko) |
-
2023
- 2023-03-31 KR KR1020230043135A patent/KR20230170552A/ko unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10978759B2 (en) | Battery module having improved cooling performance | |
| KR101960922B1 (ko) | 배터리 모듈 | |
| KR102523098B1 (ko) | 이차 전지 및 이를 포함한 배터리 모듈 | |
| JP2023143936A (ja) | 電池パックおよびこれを含むデバイス | |
| KR101543477B1 (ko) | 전지모듈 및 이를 포함하는 리튬이차 전지팩 | |
| KR101481198B1 (ko) | 전지모듈 및 이를 포함하는 리튬이차 전지팩 | |
| JP2024045691A (ja) | 電池パックおよびこれを含むデバイス | |
| JP2023537015A (ja) | 電池モジュールおよびこれを含む電池パック | |
| EP3952005A1 (en) | Battery module and battery pack including same | |
| KR20220081027A (ko) | 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 | |
| KR20230170552A (ko) | 양면 냉각 구조의 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차 | |
| KR20220090207A (ko) | 배터리 모듈 및 이를 구비하는 배터리 팩 | |
| JP2022523953A (ja) | 電池モジュールおよびこれを含む電池パック | |
| KR20240030990A (ko) | 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 | |
| US20240072347A1 (en) | Eco-friendly power source such as battery module for a transportation vehicle | |
| EP4175020A1 (en) | Battery module and battery pack including same | |
| EP4270603A1 (en) | Battery module and battery pack including same | |
| EP4383424A1 (en) | Battery pack and vehicle including same | |
| KR20240012290A (ko) | 배터리 모듈 및, 이를 포함하는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 | |
| KR20220144715A (ko) | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 | |
| CA3204065A1 (en) | Battery pack and vehicle including the same | |
| KR20240012281A (ko) | 배터리 팩과 이에 포함되는 셀 블록 및 이를 포함하는 자동차 | |
| KR20240012280A (ko) | 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차 | |
| KR20240028583A (ko) | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 | |
| KR20230020894A (ko) | 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 |