KR20240008475A

KR20240008475A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Info

Publication number: KR20240008475A
Application number: KR1020220085358A
Authority: KR
Inventors: 전보라; 이재현; 이형석; 신주환
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-07-12
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2024-01-19

Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 복수의 전지셀이 적층된 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 양측면에 각각 결합되는 지지블럭을 포함하고, 상기 지지블럭은 가스가 내부로 유입 가능하도록 개구된 유로 입구, 상기 유로 입구와 연통되고 유입된 가스가 이동 가능한 냉각 유로 및 상기 냉각 유로와 연통되고 상기 냉각 유로를 통해 이송된 가스가 외부로 유출 가능하도록 개구된 유로 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK COMPRISING SAME}

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 복수의 전지셀이 적층된 셀 적층체의 양측면에 냉각 유로를 포함하는 지지블럭을 결합한 배터리 모듈 및 상기 배터리 모듈을 포함하고, 상기 배터리 모듈의 냉각 유로와 연통되는 케이스 유로를 포함하는 팩 케이스를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전 지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 전지셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V 이다. 따라서, 이보 다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 전지셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 전 지셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포 함되는 전지셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

복수 개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 전지셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하 나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방 법이 일반적이다.

종래 배터리 모듈의 경우, 일반적으로, 전지셀들을 포함하는 적어도 하나의 셀 적층체 및 이러한 적어도 하나의 셀 적층체를 수용하는 박스 형태의 금속 소재의 하 우징 구조 즉, 모듈 프레임 등을 포함한다. 그러한, 이러한 종래 배터리 모듈의 구 조에서는, 모듈 프레임 자체 무게나 부피 등에 의해 전체 배터리 팩의 에너지 밀도 가 저하되며, 전체 배터리 팩의 무게가 증가되는 문제가 있다.

상기와 같은 문제로 종래에는 셀 적층체를 감싸며 보호하는 모듈 프레임 구성 을 배제시키고, 상기 셀 적층체에서 전극 리드가 형성된 전후면에 각각 버스바 프레 임 및 엔드 플레이트를 결합시킨 구성으로만 배터리 팩에 수납 및 배치시키는 방법 을 시도하였다.

도 1은 모듈 프레임을 배제하고 셀 적층체(10), 버스바 프레임(40) 및 엔드 플레이트(30)를 포함하는 배터리 모듈의 사시도이다. 하지만 상기 도 1과 같은 구조의 배터리 모듈은 핸들링이 어렵고, 배터리 팩 내부에 배터리 모듈을 고정시키는 것이 용이하지 않다는 문제가 있다.

도 2는 상기 도 1과 같은 구조의 배터리 모듈이 갖는 단점을 커버하기 위해 새롭게 제안된 배터리 모듈의 사시도이다. 셀 적층체(10)의 양측면에 결합되는 지지블럭(20)은 전지셀(11)의 측면을 지지할 뿐만 아니라, 나사 구멍을 형성시켜서 배터리 모듈이 배터리 팩과 나사 결합이 용이하도록 한다.

다만, 상기 도 2와 같이 전지셀이 개방되어 있는 구조의 배터리 모듈은 충방전 과정 중 이상 현상에 의해 온도가 높아질 수 있는데, 이와 같은 현상이 배터리 팩 내부에서 발생할 경우 다른 배터리 모듈로 쉽게 열 전파가 가능하다는 문제가 있다.

상기와 같이 열 전파가 진행되어 배터리 팩 내부에 수용된 복수의 배터리 모듈이 과열될 경우, 배터리 팩이 폭발하는 위험성도 존재한다.

따라서, 도 2와 같은 구조의 각 배터리 모듈을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.

한국공개특허 제10-2021-0041950호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 종래의 모듈 프레임을 배제시킴으로써 배터리 팩 내부의 공간 활용율을 높이는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 모듈 프레임 없이 복수의 전지셀이 적층된 셀 적층체를 지지할 수 있는 구조의 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 복수의 전지셀을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 구조의 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 복수의 전지셀이 적층된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체의 양측면에 각각 결합되는 지지블럭; 을 포함하고, 상기 지지블럭은, 가스가 내부로 유입 가능하도록 개구된 유로 입구, 상기 유로 입구와 연통되고 유입된 가스가 이동 가능한 냉각 유로 및 상기 냉각 유로와 연통되고 상기 냉각 유로를 통해 이송된 가스가 외부로 유출 가능하도록 개구된 유로 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.

상기 유로 입구는 상기 지지블럭의 전후면 중 어느 하나에 형성되고, 상기 유로 출구는 상기 유로 입구가 형성된 지지블럭의 일면에 나란히 형성될 수 있다.

상기 유로 입구는 상기 지지블럭의 전후면 중 어느 하나에 형성되고, 상기 유로 출구는 상기 지지블럭의 하부면에 형성될 수 있다.

상기 유로 입구는 상기 지지블럭의 하부면에 형성되고, 상기 유로 출구는 상기 유로 입구가 형성된 지지블럭의 일면에 나란히 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기의 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈을 수용하고, 외부로부터 가스가 유출입 가능한 가스 홀 및 상기 가스 홀과 연통되어 가스가 이송되는 케이스 유로를 포함하는 팩 케이스; 를 포함하고, 상기 케이스 유로는 상기 배터리 모듈의 냉각 유로와 연통되는 배터리 팩을 제공한다.

상기 가스 홀은, 외부 가스가 팩 케이스 내부로 유입되도록 개구된 가스 유입홀, 및 상기 팩 케이스 내부로 유입된 가스가 외부로 배출되도록 개구된 가스 배출홀을 포함할 수 있다.

상기 가스 유입홀은 상기 배터리 모듈에 포함된 지지블럭의 유로 입구와 연통되고, 상기 가스 배출홀은 상기 배터리 모듈에 포함된 지지블럭의 유로 출구와 연통될 수 있다.

상기 케이스 유로는, 상기 가스 유입홀 및 유로 입구가 서로 연통되도록 형성된 메인 유로, 및 상기 가스 배출홀 및 유로 출구가 서로 연통되도록 형성된 서브 유로를 포함할 수 있다.

상기 팩 케이스는, 상기 메인 유로 및 냉각 유로가 연통하도록 상기 지지블럭의 유로 입구에 대응하여 개구된 제1 연결 홀 및 상기 냉각 유로 및 서브 유로가 연통하도록 상기 지집블럭의 유로 출구에 대응하여 개구된 제2 연결 홀을 포함할 수 있다.

상기 팩 케이스는, 배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합된 측벽; 을 포함하고, 상기 측벽은, 베이스 플레이트의 양측에서 팩 케이스의 길이 방향을 따라 연장된 사이드 프레임; 상기 베이스 플레이트의 일측에서 양단부가 상기 사이드 프레임과 각각 결합되는 전방 프레임; 및 상기 베이스 플레이트의 타측에서 상기 전방 프레임에 대향되고, 양단부가 상기 사이드 프레임과 각각 결합되는 후방 프레임; 을 포함할 수 있다.

상기 가스 홀은 상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 적어도 어느 하나에 포함될 수 있다.

상기 케이스 유로는, 상기 가스 유입홀 및 유로 입구를 연결하는 메인 유로, 및 상기 가스 배출홀 및 유로 출구를 연결하는 서브 유로를 포함하고, 상기 메인 유로 및 서브 유로는 상기 사이드 프레임에 포함될 수 있다.

상기 케이스 유로는, 상기 가스 유입홀 및 유로 입구를 연결하는 메인 유로, 및 상기 가스 배출홀 및 유로 출구를 연결하는 서브 유로를 포함하고, 상기 메인 유로는 상기 사이드 프레임에 포함되고, 상기 서브 유로는 상기 베이스 플레이트에 포함될 수 있다.

상기 케이스 유로는, 상기 가스 유입홀 및 유로 입구를 연결하는 메인 유로, 및 상기 가스 배출홀 및 유로 출구를 연결하는 서브 유로를 포함하고, 상기 메인 유로 및 서브 유로는 상기 베이스 플레이트에 포함될 수 있다.

상기 가스 유입홀로 유입되는 가스는 공기를 포함하고, 상기 가스 배출홀로 배출되는 공기는 상기 가스 유입홀로 유입되는 공기 보다 온도가 높을 수 있다.

본 발명에 의하면, 배터리 팩 내부의 공간 활용율을 높일 수 있다.

또한 본 발명은 셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임을 제거함으로써 배터리 모듈의 무게를 감소시킬 수 있다.

또한 복수의 전지셀을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

도 1은 종래의 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 종래의 배터리 팩의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는 상기 도 3의 배터리 모듈에서 지지블럭을 분리시킨 사시도이다.
도 5는 본 발명의 지지블럭의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 일부분을 절개한 사시도이다.
도 7은 상기 도 6의 배터리 팩에 포함된 팩 케이스의 모듈 영역 및 측벽 일부를 나타낸 것이다.
도 8은 상기 도 6의 배터리 팩에 포함된 메인 유로, 서브 유로 및 냉각 유로의 연결 구조를 나타낸 것이다.
도 9는 배터리 모듈이 수용된 배터리 팩의 평면도이다.
도 10은 배터리 모듈이 수용된 배터리 팩의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈에 포함된 지지블럭의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩의 일부분을 절개한 사시도이다.
도 13은 상기 도 12의 배터리 팩에 포함된 팩 케이스의 모듈 영역, 베이스 플레이트 및 측벽 일부를 나타낸 것이다.
도 14는 상기 도 12의 배터리 팩에 포함된 메인 유로, 서브 유로 및 냉각 유로의 연결 구조를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 모듈에 포함된 지지블럭의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩의 일부분을 절개한 사시도이다.
도 17은 상기 도 16의 배터리 팩에 포함된 팩 케이스의 모듈 영역, 베이스 플레이트 및 측벽 일부를 나타낸 것이다.
도 18은 상기 도 16의 배터리 팩에 포함된 메인 유로, 서브 유로 및 냉각 유로의 연결 구조를 나타낸 것이다.

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 입각 하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이 고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양 한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에 서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

본 발명은 배터리 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 복수의 전지셀(111)이 적층된 셀 적층체(110)의 양측면에 냉각 유로(123)를 포함하는 지지블럭(120)을 결합한 배터리 모듈(100) 및 상기 배터리 모듈(100)을 포함하고, 상기 배터리 모듈(100)의 냉각 유로(123)와 연통되는 케이스 유로를 포함하는 팩 케이스(200)를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

도 3 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이고, 도 11 내지 도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이고, 도 15 내지 도 18은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

이하, 각 도면을 참조하여, 각 실시형태별로 배터리 모듈(100) 및 배터리 팩으로 구분하여 설명한다.

(제1 실시형태)

배터리 모듈(100)

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)에 대한 사시도이고, 도 4는 상기 도 3의 배터리 모듈(100)에서 지지블럭(120)을 분리시킨 사시도이다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은 도 3에 도시된 것처럼 셀 적층체(110), 상기 셀 적층체(110)의 전후방에 각각 결합되어 상기 셀 적층체(110)를 보호하는 엔드 플레이트(130) 및 상기 셀 적층체(110)의 양측에 각각 결합되는 지지블럭(120)을 포함한다.

상기 셀 적층체(110)는 전방 또는 전후방에 전극 리드가 도출되고 일 방향으로 적층된 복수의 전지셀(111)을 포함한다.

상기 셀 적층체(110)의 전방 또는 전후방에는 상기 전극 리드와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하는 버스바 프레임이 결합되고, 상기 엔드 플레이트(130)는 상기 버스바를 커버하도록 상기 셀 적층체(110)의 전후방에서 상기 버스바 프레임과 결합한다.

상기 지지블럭(120)은 기본적으로 셀 적층체(110)의 양측면을 보호하고 지지할 목적으로 사용된다.

상기 지지블럭(120)은 상기 도 4에 도시된 것처럼 셀 적층체(110)의 양측면에서 최외각 전지셀(111)에 대향하도록 배치되어 결합된다. 구체적으로 상기 지지블럭(120)은 상기 셀 적층체(110)의 전후방에 위치한 엔드 플레이트(130)의 측면에 결합된다. 이때, 상기 지지블럭(120)은 볼트 등에 의해 엔드 플레이트(130)와 나사 결합될 수 있고, 용접 또는 접착 등에 의해 결합될 수 있다.

본 발명에서 상기 지지블럭(120)은 셀 적층체(110)를 지지하는 목적 외에 상기 셀 적층체(110)를 냉각시키는 목적으로도 사용되는 것이 특징이다.

상기 지지블럭(120)은 일측에 가스가 내부로 유입 가능하도록 개구된 유로 입구(121)와 내부의 가스가 외부로 유출 가능하도록 개구된 유로 출구(122)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 지지블럭(120)의 사시도이다.

상기 지지블럭(120)은 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 유로 입구(121), 유로 출구(122) 및 상기 유로 입구(121)와 유로 출구(122)가 연통되도록 연결하는 냉각 유로(123)를 포함한다.

상기 유로 입구(121)는 가스가 내부로 유입 가능하도록 개구되어 있다.

상기 유로 입구(121)는 지지블럭(120)의 전면 및 후면 중 어느 일면에 형성된다.

상기 유로 출구(122)는 내부의 가스가 외부로 유출 가능하도록 개구되어 있다.

상기 유로 출구(122)는 지지블럭(120)에서 상기 유로 입구(121)가 형성된 일면과 동일한 면에 나란히 형성된다.

상기 냉각 유로(123)는 상기 유로 입구(121)와 유로 출구(122)가 연통하여 상기 유로 입구(121)로 유입된 가스가 상기 유로 출구(122)로 이동하도록, 상기 유로 입구(121) 및 유로 출구(122)를 연결한다.

상기 냉각 유로(123)는 이동되는 가스가 지지블럭(120)의 전체 측면에 온도 교환이 가능하도록 상기 지지블럭(120)의 전체 측면에 걸쳐서 형성된다.

배터리 팩

도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 일부분을 절개한 사시도이다.

본 발명의 배터리 팩은 상기 도 6에 도시된 것처럼 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100), 및 상기 배터리 모듈(100)을 수용하는 팩 케이스(200)를 포함한다.

상기 배터리 모듈(100)은 유로 입구(121), 유로 출구(122) 및 냉각 유로(123)가 형성된 지지블럭(120)을 양측에 포함한다.

상기 팩 케이스(200)는 베이스 플레이트(210) 및 측벽(230)을 포함한다.

상기 베이스 플레이트(210)는 팩 케이스(200)에 수용되는 배터리 모듈(100)의 하부를 지지하는 목적으로 사용된다.

상기 측벽(230)은 팩 케이스(200)에 수용되는 배터리 모듈(100)의 외측면을 지지하도록 상기 베이스 플레이트(210)의 테두리를 따라 형성된다.

상기 측벽(230)은 상기 베이스 플레이트(210)의 테두리를 따라 수직하게 결합된다.

상기 측벽(230)은 한 쌍의 사이드 프레임(233), 전방 프레임 및 후방 프레임으로 구성된다.

상기 사이드 프레임(233)은 베이스 플레이트(210)의 양측에서 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 연장 형성되어 팩 케이스(200)에 수용되어 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 나란히 배치된 복수의 배터리 모듈(100)의 전면을 지지한다. 이때, 상기 팩 케이스(200)에 수용되는 배터리 모듈(100)은 지지블럭(120)의 유로 입구(121) 및 유로 출구(122)가 상기 사이드 프레임(233)을 향하도록 배치된다.

상기 전방 프레임은 베이스 플레이트(210)의 일측에서 양단부가 상기 사이드 프레임(233)과 각각 결합되도록 형성되고, 팩 케이스의 폭 방향(dw)으로 배치된 한 쌍의 배터리 모듈(100)의 측면을 지지한다.

상기 후방 프레임은 베이스 플레이트(210)의 타측에서 상기 전방 프레임에 대향되고, 양단부가 상기 사이드 프레임(233)과 각각 결합되도록 형성되고, 팩 케이스의 폭 방향(dw)으로 배치된 한 쌍의 배터리 모듈(100)의 측면을 지지한다.

상기 팩 케이스(200)는 상기 베이스 플레이트(210)의 중심부를 가로질러서 연장 형성되어 상기 베이스 플레이트(210)에 수직하게 결합되는 메인 격벽(220)을 더 포함한다.

상기 팩 케이스(200)는 상기 베이스 플레이트(210) 상에서 상기 측벽(230) 및 메인 격벽(220)에 의해 구획되어 형성된 모듈 영역(A)을 포함하고, 복수의 배터리 모듈(100)은 상기 모듈 영역(A)에 안착되어 팩 케이스(200)에 수용될 수 있다.

본 발명의 배터리 팩은 낮은 온도를 갖는 가스를 이용하여 팩 케이스(200)에 수용된 각 배터리 모듈(100)을 냉각시키는 것이 특징이다. 예컨대, 상기 가스는 저온의 공기일 수 있으며, 상기 저온의 공기는 팩 케이스(200) 내부로 유입되고 각 배터리 모듈(100)의 지지블럭(120)으로 이동하여 상기 지지블럭(120)에 맞닿아 있는 셀 적층체(110)를 냉각 시킨다.

상기의 냉각은 배터리 모듈(100)의 지지블럭(120)에 포함된 유로 입구(121), 유로 출구(122) 및 냉각 유로(123)와 더불어 상기 냉각 유로(123)와 연통되는 팩 케이스(200)의 구성을 통해 가능해진다.

상기 팩 케이스(200)는 가스 홀 및 케이스 유로를 포함한다. 보다 구체적으로 상기 팩 케이스(200)는 외부로부터 가스가 유출입 가능한 가스 홀 및 상기 가스 홀과 연통되어 가스가 이송되는 케이스 유로를 포함한다. 이때, 상기 케이스 유로는 수용된 배터리 모듈(100)의 냉각 유로(123)와 연통된다.

상기 가스 홀은 상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 적어도 어느 하나에 포함되고, 도 6에 도시된 것처럼 가스 유입홀(240) 및 가스 배출홀(250)을 포함한다.

상기 가스 유입홀(240) 및 가스 배출홀(250)은 팩 케이스(200)로 외부 가스가 유출입 가능하도록 개구되어 있다. 보다 구체적으로 상기 가스 홀은 외부 가스가 팩 케이스(200) 내부로 유입되도록 상기 팩 케이스(200)의 측면에서 개구된 가스 유입홀(240) 및 상기 팩 케이스(200) 내부로 유입된 가스가 외부로 배출되도록 상기 팩 케이스(200)의 측면에서 개구된 가스 배출홀(250)을 포함한다.

상기 가스 유입홀(240) 및 가스 배출홀(250)은 도 6에 도시된 것처럼 팩 케이스(200)의 양측에 각각 대향하여 형성될 수 있으며 또는 팩 케이스(200)의 일측에 형성될 수 있다.

상기 가스 유입홀(240)은 상기 수용된 배터리 모듈(100)에 포함된 지지블럭(120)의 유로 입구(121)와 연통되고, 상기 가스 배출홀(250)은 상기 지지블럭(120)의 유로 출구(122)와 연통된다.

상기 케이스 유로는 팩 케이스(200)의 양측 사이드 프레임(233)에서 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 형성된다.

상기 케이스 유로는 상기 가스 유입홀(240) 및 지지블럭(120)의 유로 입구(121)가 서로 연통되도록 형성된 메인 유로(233a) 및 상기 가스 배출홀(250) 및 지지블럭(120)의 유로 출구(122)가 서로 연통되도록 형성된 서브 유로(233b)를 포함한다.

팩 케이스(200)의 어느 일측에 형성된 사이드 프레임(233)은 하나의 메인 유로(233a) 및 서브 유로(233b)를 각각 포함한다.

상기 사이드 프레임(233)은 모듈 영역(A)에 안착되는 배터리 모듈(100)의 지지블럭(120)에 형성된 유로 입구(121) 및 유로 출구(122)에 대응하여 개구된 제1 연결 홀(233c) 및 제2 연결 홀(233d)을 포함한다.

도 7은 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A) 및 측벽(230) 일부를 나타낸 것이다.

상기 도 7을 참조하면, 상기 사이드 프레임(233)의 내측면에는 상하로 소정 간격 이격된 제1 연결 홀(233c) 및 제2 연결 홀(233d)이 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 복수 개로 형성되어 있다.

도 8은 팩 케이스(200)의 일측에 포함된 사이드 프레임(233) 내부의 메인 유로(233a), 서브 유로(233b) 및 상기 사이드 프레임(233)과 결합된 복수의 지지블럭(120) 내부의 냉각 유로(123)의 구조만 나타낸 것이다.

상기 도 8에 따르면, 상기 메인 유로(233a)는 각 지지블럭(120)의 유로 입구(121)에 대응하여 개구된 복수의 제1 연결 홀(233c)을 통해 냉각 유로(123)와 연통 된다.

구체적으로 사이드 프레임(233)은 가스 유입홀(240)과 배터리 모듈(100)에 포함된 지지블럭(120)의 유로 입구(121)가 연통되도록 상기 유로 입구(121) 위치에 대응하여 개구되는 제1 연결 홀(233c)을 내측면에 포함한다.

가스 유입홀(240)을 통해 팩 케이스(200) 내부로 유입된 가스는 상기 팩 케이스(200)와 결합된 지지블럭(120)으로 유입되고, 상기 지지블럭(120) 내부의 냉각 유로(123)를 따라 이동하며 셀 적층체(110)와 온도 교환을 한다.

도 9는 배터리 모듈(100)이 수용된 배터리 팩의 평면도로, 가스 유입홀(240), 메인 유로(233a) 및 냉각 유로(123)를 이동하는 가스의 이동 방향을 자세히 나타낸 것이다.

상기 도 8 및 도 9에 따르면, 가스 유입홀(240)을 통해 유입된 가스는 상기 메인 유로(233a)를 통해 이동하고, 상기 메인 유로(233a)에 형성된 복수의 제1 연결 홀(233c) 및 이에 대응하는 지지블럭(120)의 유로 입구(121)를 통해 냉각 유로(123)로 유입된다.

상기 도 8에 따르면, 상기 서브 유로(233b)는 각 지지블럭(120)의 유로 출구(122)에 대응하여 개구된 복수의 제2 연결 홀(233d)을 통해 냉각 유로(123)와 연통 된다.

구체적으로 상기 사이드 프레임(233)은 가스 배출홀(250)과 배터리 모듈(100)에 포함된 지지블럭(120)의 유로 출구(122)가 연통되도록 상기 유로 출구(122) 위치에 대응하여 개구되는 제2 연결 홀(233d)을 내측면에 포함한다.

지지블럭(120) 내부로 유입되어 셀 적층체(110)와 온도 교환을 한 가스는 상기 지지블럭(120)과 결합된 팩 케이스(200)로 다시 이동하고, 상기 사이드 프레임(233)의 서브 유로(233b)를 따라 이동하여 가스 배출홀(250)을 통해 배출된다.

도 10은 배터리 모듈(100)이 수용된 배터리 팩의 평면도로, 가스 배출홀(250), 서브 유로(233b) 및 냉각 유로(123)를 이동하는 가스의 이동 방향을 자세히 나타낸 것이다.

상기 도 8 및 도 10에 따르면, 냉각 유로(123)를 통해 이송되는 가스는 상기 지지블럭(120)의 유로 출구(122) 및 이에 대응하여 형성된 제2 연결 홀(233d)을 통해 서브 유로(233b)로 유입되고, 가스 배출홀(250)로 배출된다.

본 발명의 배터리 팩은 상기 팩 케이스(200)에 수용된 각 배터리 모듈(100)의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스(200)와 결합되는 상부 커버를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 커버는 공지 기술에 해당하므로, 본 발명에서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 배터리 팩은 상기와 같이 배터리 모듈(100)의 양측에 포함된 지지블럭(120)에 형성된 냉각 유로(123) 및 팩 케이스(200)에 포함된 메인 유로(233a)와 서브 유로(233b)를 통해 이동하는 저온의 가스를 통해 배터리 팩에 수용된 각 배터리 모듈(100)을 효율적으로 냉각시키는 것이 가능하다. 따라서,

(제2 실시형태)

배터리 모듈(100)

본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)은 지지블럭(120)에 형성된 유로 출구(122)의 위치 및 유로 입구(121)와 유로 출구(122)와 연통되는 냉각 유로(123)의 구조에 있어서 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)과 차이가 있다.

도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)에 포함된 지지블럭(120)의 사시도이다.

상기 유로 입구(121) 및 유로 출구(122)는 가스가 지지블럭(120)으로 유출입 가능하도록 개구되어 있다.

상기 유로 출구(122)는 지지블럭(120)의 하부면에 형성된다.

배터리 팩

본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩은 지지블럭(120)의 유로 출구(122)와 대응하는 제2 연결 홀(233d)의 위치 및 지지블럭(120)의 냉각 유로(123)와 연통하는 서브 유로(233b)의 위치에 있어서 제1 실시형태에 따른 배터리 팩과 차이가 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩의 일부분을 절개한 사시도이다.

본 발명의 배터리 팩은 상기 도 12에 도시된 것처럼 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈(100), 및 상기 배터리 모듈(100)을 수용하는 팩 케이스(200)를 포함한다.

상기 가스 홀은 상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 적어도 어느 하나에 포함되고, 도 12에 도시된 것처럼 가스 유입홀(240) 및 가스 배출홀(250)을 포함한다.

상기 가스 유입홀(240) 및 가스 배출홀(250)은 도 12에 도시된 것처럼 팩 케이스(200)의 양측에 각각 대향하여 형성될 수 있으며 또는 팩 케이스(200)의 일측에 형성될 수 있다.

상기 케이스 유로는 팩 케이스(200)의 양측 사이드 프레임(233) 및 베이스 플레이트(210)에서 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 형성된다.

팩 케이스(200)의 어느 일측에 형성된 사이드 프레임(233)은 하나의 메인 유로(233a)를 포함하고, 상기 베이스 플레이트(210)는 한 쌍의 서브 유로(233b)를 포함한다.

상기 사이드 프레임(233)은 모듈 영역(A)에 안착되는 배터리 모듈(100)의 지지블럭(120)에 형성된 유로 입구(121)에 대응하여 개구된 제1 연결 홀(233c)을 포함한다.

상기 베이스 플레이트(210)는 모듈 영역(A)에 안착되는 배터리 모듈(100)의 지지블럭(120)에 형성된 유로 출구(122)에 대응하여 개구된 제2 연결 홀(233d)을 포함한다.

도 13은 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A), 베이스 플레이트(210) 및 측벽(230) 일부를 나타낸 것이다.

상기 도 13을 참조하면, 상기 사이드 프레임(233)의 내측면에는 제1 연결 홀(233c)이 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 복수 개로 형성되어 있고, 상기 베이스 플레이트(210)의 상부면에는 제2 연결홀이 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 복수 개로 형성되어 있다.

도 14는 팩 케이스(200)의 일측에 포함된 사이드 프레임(233) 내부의 메인 유로(233a), 베이스 플레이트(210) 내부의 서브 유로(233b) 및 상기 사이드 프레임(233)과 베이스 플레이트(210)에 결합되는 복수의 지지블럭(120) 내부의 냉각 유로(123)의 구조만 나타낸 것이다.

상기 도 14에 따르면, 상기 메인 유로(233a)는 각 지지블럭(120)의 유로 입구(121)에 대응하여 개구된 복수의 제1 연결 홀(233c)을 통해 냉각 유로(123)와 연통 된다.

상기 도 14에 따르면, 가스 유입홀(240)을 통해 유입된 가스는 상기 메인 유로(233a)를 통해 이동하고, 상기 메인 유로(233a)에 형성된 복수의 제1 연결 홀(233c) 및 이에 대응하는 지지블럭(120)의 유로 입구(121)를 통해 냉각 유로(123)로 유입된다.

상기 도 14에 따르면, 상기 서브 유로(233b)는 각 지지블럭(120)의 유로 출구(122)에 대응하여 개구된 복수의 제2 연결 홀(233d)을 통해 냉각 유로(123)와 연통 된다.

구체적으로 상기 베이스 플레이트(210)는 가스 배출홀(250)과 배터리 모듈(100)에 포함된 지지블럭(120)의 유로 출구(122)가 연통되도록 상기 유로 출구(122) 위치에 대응하여 개구되는 제2 연결 홀(233d)을 상부면에 포함한다.

지지블럭(120) 내부로 유입되어 셀 적층체(110)와 온도 교환을 한 가스는 상기 지지블럭(120)과 결합된 팩 케이스(200)로 다시 이동하고, 상기 베이스 플레이트(210)의 서브 유로(233b)를 따라 이동하여 가스 배출홀(250)을 통해 배출된다.

상기 도 14에 따르면, 냉각 유로(123)를 통해 이송되는 가스는 상기 지지블럭(120)의 유로 출구(122) 및 이에 대응하여 형성된 제2 연결 홀(233d)을 통해 서브 유로(233b)로 유입되고, 가스 배출홀(250)로 배출된다.

(제3 실시형태)

배터리 모듈(100)

본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)은 지지블럭(120)에 형성된 유로 입구(121), 유로 출구(122)의 위치 및 냉각 유로(123)의 구조에 있어서 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)과 차이가 있다.

도 15는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)에 포함된 지지블럭(120)의 사시도이다.

상기 유로 입구(121)는 지지블럭(120)의 하부면에 형성된다.

상기 유로 출구(122)는 상기 유로 입구(121)가 형성된 지지블럭(120)의 일면에 나란히 형성된다.

배터리 팩

본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩은 제1 연결 홀(233c) 및 제2 연결 홀(233d)의 위치와 지지블럭(120)의 냉각 유로(123)와 연통하는 메인 유로(233a) 및 서브 유로(233b)의 위치에 있어서 제1 실시형태에 따른 배터리 팩과 차이가 있다.

도 16은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배터리 팩의 일부분을 절개한 사시도이다.

본 발명의 배터리 팩은 상기 도 15에 도시된 것처럼 제3 실시형태에 따른 배터리 모듈(100), 및 상기 배터리 모듈(100)을 수용하는 팩 케이스(200)를 포함한다.

상기 팩 케이스(200)는 가스 홀 및 케이스 유로를 포함한다. 보다 구체적으로 상기 팩 케이스(200)는 외부로부터 가스가 유출입 가능한 가스 홀 및 상기 가스 홀과 연통되어 가스가 이송되는 케이스 유로를 포함한다. 이때, 상기 케이스 유로는 수용된 배터리 모듈(100)의 냉각 유로(123)와 연통 된다.

상기 가스 홀은 상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 적어도 어느 하나에 포함되고, 도 16에 도시된 것처럼 가스 유입홀(240) 및 가스 배출홀(250)(미도시)을 포함한다.

상기 가스 유입홀(240) 및 가스 배출홀(250)은 도 16에 도시된 것처럼 팩 케이스(200)의 양측에 각각 대향하여 형성될 수 있으며 또는 팩 케이스(200)의 일측에 형성될 수 있다.

상기 케이스 유로는 팩 케이스(200)의 베이스 플레이트(210)에서 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 형성된다.

팩 케이스(200)의 베이스 플레이트(210)는 한 쌍의 메인 유로(233a)와 한 쌍의 서브 유로(233b)를 포함한다.

상기 베이스 플레이트(210)는 모듈 영역(A)에 안착되는 배터리 모듈(100)의 지지블럭(120)에 형성된 유로 입구(121)에 대응하여 개구된 제1 연결 홀(233c)을 포함한다.

도 17은 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A), 베이스 플레이트(210) 및 측벽(230) 일부를 나타낸 것이다.

상기 도 17을 참조하면, 상기 베이스 플레이트(210)의 상부면에는 제1 연결 홀(233c)이 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 복수 개로 형성되어 있고, 상기 제1 연결 홀(233c)로부터 소정 간격 이격된 제2 연결홀이 상기 제1 연결 홀(233c)에 대응하여 팩 케이스의 길이 방향(dl)을 따라 복수 개로 형성되어 있다.

도 18은 팩 케이스(200)의 베이스 플레이트(210) 내부의 메인 유로(233a), 서브 유로(233b) 및 상기 베이스 플레이트(210)에 결합되는 복수의 지지블럭(120) 내부의 냉각 유로(123)의 구조만 나타낸 것이다.

상기 도 18에 따르면, 상기 메인 유로(233a)는 각 지지블럭(120)의 유로 입구(121)에 대응하여 개구된 복수의 제1 연결 홀(233c)을 통해 냉각 유로(123)와 연통 된다.

구체적으로 베이스 플레이트(210)는 가스 유입홀(240)과 배터리 모듈(100)에 포함된 지지블럭(120)의 유로 입구(121)가 연통되도록 상기 유로 입구(121) 위치에 대응하여 개구되는 제1 연결 홀(233c)을 상부면에 포함한다.

상기 도 18에 따르면, 가스 유입홀(240)을 통해 유입된 가스는 상기 메인 유로(233a)를 통해 이동하고, 상기 메인 유로(233a)에 형성된 복수의 제1 연결 홀(233c) 및 이에 대응하는 지지블럭(120)의 유로 입구(121)를 통해 냉각 유로(123)로 유입된다.

상기 도 18에 따르면, 상기 서브 유로(233b)는 각 지지블럭(120)의 유로 출구(122)에 대응하여 개구된 복수의 제2 연결 홀(233d)을 통해 냉각 유로(123)와 연통 된다.

상기 도 18에 따르면, 냉각 유로(123)를 통해 이송되는 가스는 상기 지지블럭(120)의 유로 출구(122) 및 이에 대응하여 형성된 제2 연결 홀(233d)을 통해 서브 유로(233b)로 유입되고, 가스 배출홀(250)로 배출된다.

이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 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.

10: (종래 기술) 셀 적층체
11: (종래 기술) 전지셀
20: (종래 기술) 지지블럭
30: (종래 기술) 엔드 플레이트
40: (종래 기술) 버스바 프레임
100: 배터리 모듈
110: 셀 적층체
111: 전지셀
120: 지지블럭
121: 유로 입구
122: 유로 출구
123: 냉각 유로
130: 엔드 플레이트
200: 팩 케이스
210: 베이스 플레이트
220: 메인 격벽
230: 측벽
233: 사이드 프레임
233a: 메인 유로
233b: 서브 유로
233c: 제1 연결 홀
233d: 제2 연결 홀
240: 가스 유입홀
250: 가스 배출홀
A: 모듈 영역
G: 가스 이동 방향
d1: 상방
d2: 하방
d3: 전방
d4: 후방
d5: 측방
dl: 팩 케이스 길이 방향
dw: 팩 케이스 폭 방향

Claims

복수의 전지셀이 적층된 셀 적층체; 및
상기 셀 적층체의 양측면에 각각 결합되는 지지블럭; 을 포함하고,
상기 지지블럭은,
가스가 내부로 유입 가능하도록 개구된 유로 입구, 상기 유로 입구와 연통되고 유입된 가스가 이동 가능한 냉각 유로 및 상기 냉각 유로와 연통되고 상기 냉각 유로를 통해 이송된 가스가 외부로 유출 가능하도록 개구된 유로 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 유로 입구는 상기 지지블럭의 전후면 중 어느 하나에 형성되고,
상기 유로 출구는 상기 유로 입구가 형성된 지지블럭의 일면에 나란히 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 유로 입구는 상기 지지블럭의 전후면 중 어느 하나에 형성되고,
상기 유로 출구는 상기 지지블럭의 하부면에 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 유로 입구는 상기 지지블럭의 하부면에 형성되고,
상기 유로 출구는 상기 유로 입구가 형성된 지지블럭의 일면에 나란히 형성되는 배터리 모듈.
상기 제1항에 배터리 모듈; 및
상기 배터리 모듈을 수용하고, 외부로부터 가스가 유출입 가능한 가스 홀 및 상기 가스 홀과 연통되어 가스가 이송되는 케이스 유로를 포함하는 팩 케이스; 를 포함하고,
상기 케이스 유로는 상기 배터리 모듈의 냉각 유로와 연통되는 배터리 팩.
제5항에 있어서,
상기 가스 홀은,
외부 가스가 팩 케이스 내부로 유입되도록 개구된 가스 유입홀, 및 상기 팩 케이스 내부로 유입된 가스가 외부로 배출되도록 개구된 가스 배출홀을 포함하는 배터리 팩.
제5항에 있어서,
상기 가스 유입홀은 상기 배터리 모듈에 포함된 지지블럭의 유로 입구와 연통되고,
상기 가스 배출홀은 상기 배터리 모듈에 포함된 지지블럭의 유로 출구와 연통되는 배터리 팩.
제5항에 있어서,
상기 케이스 유로는,
상기 가스 유입홀 및 유로 입구가 서로 연통되도록 형성된 메인 유로, 및
상기 가스 배출홀 및 유로 출구가 서로 연통되도록 형성된 서브 유로를 포함하는 배터리 팩.
제8항에 있어서,
상기 팩 케이스는,
상기 메인 유로 및 냉각 유로가 연통하도록 상기 지지블럭의 유로 입구에 대응하여 개구된 제1 연결 홀 및
상기 냉각 유로 및 서브 유로가 연통하도록 상기 지집블럭의 유로 출구에 대응하여 개구된 제2 연결 홀을 포함하는 배터리 팩.
제5항에 있어서,
상기 팩 케이스는,
배터리 모듈의 하부를 지지하는 베이스 플레이트; 및
상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 결합된 측벽; 을 포함하고,
상기 측벽은,
베이스 플레이트의 양측에서 팩 케이스의 길이 방향을 따라 연장된 사이드 프레임;
상기 베이스 플레이트의 일측에서 양단부가 상기 사이드 프레임과 각각 결합되는 전방 프레임; 및
상기 베이스 플레이트의 타측에서 상기 전방 프레임에 대향되고, 양단부가 상기 사이드 프레임과 각각 결합되는 후방 프레임; 을 포함하는 배터리 팩.
제10항에 있어서,
상기 가스 홀은 상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 적어도 어느 하나에 포함되는 배터리 팩.
제10항에 있어서,
상기 케이스 유로는,
상기 가스 유입홀 및 유로 입구를 연결하는 메인 유로, 및
상기 가스 배출홀 및 유로 출구를 연결하는 서브 유로를 포함하고,
상기 메인 유로 및 서브 유로는 상기 사이드 프레임에 포함되는 배터리 팩.
제10항에 있어서,
상기 케이스 유로는,
상기 가스 유입홀 및 유로 입구를 연결하는 메인 유로, 및
상기 가스 배출홀 및 유로 출구를 연결하는 서브 유로를 포함하고,
상기 메인 유로는 상기 사이드 프레임에 포함되고,
상기 서브 유로는 상기 베이스 플레이트에 포함되는 배터리 팩.
제10항에 있어서,
상기 케이스 유로는,
상기 가스 유입홀 및 유로 입구를 연결하는 메인 유로, 및
상기 가스 배출홀 및 유로 출구를 연결하는 서브 유로를 포함하고,
상기 메인 유로 및 서브 유로는 상기 베이스 플레이트에 포함되는 배터리 팩.
제5항에 있어서,
상기 가스 유입홀로 유입되는 가스는 공기를 포함하고,
상기 가스 배출홀로 배출되는 공기는 상기 가스 유입홀로 유입되는 공기 보다 온도가 높은 배터리 팩.