KR20240102750A - Immersion cooling battery module, and battery pack and vehicle including same - Google Patents
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Abstract
침냉식 배터리 모듈 및 이를 포함한 배터리 팩 및 차량이 개시된다.
본 발명의 일 양태에 따른 침냉식 배터리 모듈은, 복수의 배터리 유닛을 포함하는 배터리 조립체; 제1 방향으로 연장되어 상기 제1 방향의 적어도 일단에 개구가 마련되고, 상기 개구와 연결된 내부 공간에 상기 배터리 조립체를 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛 및 상기 내부 공간에 유입된 냉각액을 상기 모듈 케이스의 외부로 배출시키는 아웃렛 중 적어도 하나를 구비하며, 상기 개구를 기밀하게 커버하는 실링 커버를 포함한다.Disclosed is an immersion-cooled battery module, a battery pack including the same, and a vehicle.
An immersion-cooled battery module according to an aspect of the present invention includes a battery assembly including a plurality of battery units; a module case extending in a first direction, having an opening at at least one end in the first direction, and accommodating the battery assembly in an internal space connected to the opening; and at least one of an inlet for introducing coolant into the interior space and an outlet for discharging coolant flowing into the interior space to the outside of the module case, and includes a sealing cover that airtightly covers the opening.
Description
본 출원은 2022년 12월 26일에 출원된 한국 특허출원 제10-2022-0185077호를 기초로 한 우선권 주장을 수반하며, 해당 특허출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.This application is accompanied by a priority claim based on Korean Patent Application No. 10-2022-0185077 filed on December 26, 2022, and all contents disclosed in the specification and drawings of the patent application are used in this application.
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 충방전 가능한 복수의 배터리 셀을 구비한 배터리 모듈과, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 차량에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle. More specifically, it relates to a battery module having a plurality of chargeable and dischargeable battery cells, and a battery pack and a vehicle including the battery module.
일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등과 같이 반복적 충·방전이 가능한 배터리를 말한다. 가장 기본적인 이차전지에 해당하는 배터리 셀(battery cell)은, 대략 2.5V에서 4.2V 정도의 출력 전압을 제공할 수 있다.Generally, secondary batteries refer to batteries that can be repeatedly charged and discharged, such as lithium-ion batteries, lithium polymer batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-zinc batteries. A battery cell, which is the most basic secondary battery, can provide an output voltage of approximately 2.5V to 4.2V.
최근, 이러한 이차전지가 전기 차량(electric vehicle)이나 ESS(Energy Storage System) 등과 같이 높은 출력 전압과 대량의 충전 용량을 요구하는 장치나 시스템에 적용되면서, 다수의 배터리 셀을 제한된 공간에 조밀하게 배치하여 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬을 혼합한 방식으로 연결한 배터리 모듈(battery module)이나, 이러한 배터리 모듈들을 다시 조밀하게 배치하여 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬을 혼합한 방식으로 연결한 배터리 팩(battery pack)이 널리 이용되고 있다. 이와 같이 제한된 공간에 다수의 배터리 셀들이 조밀하게 배치되어 있는 배터리 모듈이나 배터리 팩이, 정상적으로 동작하기 위해서는, 배터리 셀들의 온도가 적절하게 유지되어야 한다.Recently, these secondary batteries have been applied to devices or systems that require high output voltage and large charging capacity, such as electric vehicles or ESS (Energy Storage Systems), and many battery cells are densely placed in limited spaces. Battery modules connected in series, parallel, or a combination of series and parallel, or battery packs in which these battery modules are densely arranged and connected in series, parallel, or a combination of series and parallel. (battery pack) is widely used. In order for a battery module or battery pack, in which a large number of battery cells are densely arranged in such a limited space, to operate normally, the temperature of the battery cells must be properly maintained.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2019-0053574호에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 배터리 셀들의 하단 에지 부분에만 접촉하는 히트 싱크(heat sink)(300)를 이용하여 배터리 셀들을 냉각시킨다. 따라서, 이러한 기존 기술은 배터리 셀에 대한 냉각 성능이 떨어지고, 배터리 셀에서 발생하는 열 폭주(thermal runaway)를 방지하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 이러한 기존 기술은 배터리 셀의 열 폭주시 발생하는 화재를 제어할 수 없기 때문에, 열 폭주가 발생한 배터리 셀 주변의 다른 배터리 셀이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주를 방지하기 어려운 문제점이 있다.However, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2019-0053574, the existing technology cools the battery cells using a heat sink 300 that contacts only the lower edge portion of the battery cells. Therefore, these existing technologies have problems in that cooling performance for battery cells is poor and it is difficult to prevent thermal runaway occurring in battery cells. In addition, because these existing technologies cannot control fires that occur when thermal runaway of a battery cell occurs, it is difficult to prevent sequential thermal runaway of other battery cells or other battery modules around the battery cell in which thermal runaway occurred.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2021-0048855호에 개시된 바와 같이, 절연유를 이용하여 배터리 모듈에 내장된 배터리 셀들을 냉각시키는 기존 기술은, 전지셀 적층체(100)를 수용하는 케이스(200, 300)를 전지셀 적층체별로 제공하여, 각각의 케이스(200. 300)마다 독립된 배관들(500, 600, 700)을 통해 절연유를 공급하고 배출한다. 따라서, 이러한 기존 기술은 절연유 배관 설치를 위해 많은 공간을 요구하며, 그 결과 해당 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 제조 비용을 증가시킴은 물론, 배터리 팩의 전체 부피와 무게를 증가시켜 에너지 밀도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.In addition, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2021-0048855, the existing technology for cooling battery cells embedded in a battery module using insulating oil includes a
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 모듈의 냉각 성능을 개선하여 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 열 폭주나 연쇄적 열 폭주를 방지하면서도, 배터리 모듈이 차지하는 부피와 무게의 증가를 최소화하여 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 침냉식 배터리 모듈과, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to improve the cooling performance of the battery module to prevent thermal runaway or serial thermal runaway of the battery cells included in the battery module, while minimizing the increase in volume and weight occupied by the battery module to reduce energy consumption. The aim is to provide an immersion-cooled battery module that can improve density, and a battery pack and vehicle including the same.
본 발명의 일 양태에 따른 침냉식 배터리 모듈은, 복수의 배터리 유닛을 포함하는 배터리 조립체; 제1 방향으로 연장되어 상기 제1 방향의 적어도 일단에 개구가 마련되고, 상기 개구와 연결된 내부 공간에 상기 배터리 조립체를 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛 및 상기 내부 공간에 유입된 냉각액을 상기 모듈 케이스의 외부로 배출시키는 아웃렛 중 적어도 하나를 구비하며, 상기 개구를 기밀하게 커버하는 실링 커버를 포함하고, 상기 복수의 배터리 유닛은 각각, 상기 제1 방향으로 나란히 배치되는 한 쌍의 배터리 셀; 상기 한 쌍의 배터리 셀 사이에 배치되는 절연 블록; 및 상기 절연 블록에 결합되어 상기 한 쌍의 배터리 셀의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 연결 부재를 포함한다.An immersion-cooled battery module according to an aspect of the present invention includes a battery assembly including a plurality of battery units; a module case extending in a first direction, having an opening at at least one end in the first direction, and accommodating the battery assembly in an internal space connected to the opening; and at least one of an inlet for introducing coolant into the internal space and an outlet for discharging coolant flowing into the internal space to the outside of the module case, and includes a sealing cover that airtightly covers the opening, wherein the plurality of The battery units each include a pair of battery cells arranged side by side in the first direction; an insulating block disposed between the pair of battery cells; and a connection member coupled to the insulating block and electrically connected to electrode leads of the pair of battery cells.
일 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 배터리 셀은 각각, 상기 제1 방향의 양 단에 전극 리드가 마련될 수 있다.In one embodiment, each of the pair of battery cells may be provided with electrode leads at both ends in the first direction.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 배터리 유닛은, 판상의 쿨링 핀 또는 절연 패드를 사이에 두고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 상호 적층될 수 있다.In one embodiment, the plurality of battery units may be stacked on each other in a second direction crossing the first direction, with plate-shaped cooling fins or insulating pads interposed therebetween.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체는, 상기 복수의 배터리 유닛 중 2개 이상의 배터리 유닛이 상기 쿨링 핀을 사이에 두고 상호 적층되어 구성된 단위 적층체를 복수로 포함하고, 복수의 단위 적층체는, 상기 절연 패드를 사이에 두고 상호 적층되도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the battery assembly includes a plurality of unit stacks formed by stacking two or more battery units among the plurality of battery units with the cooling fins interposed therebetween, and the plurality of unit stacks include: They may be configured to be stacked on each other with the insulating pad interposed therebetween.
일 실시예에 있어서, 상기 절연 블록은, 상기 연결 부재가 삽입되어 결합되도록 구성된 결합홈; 및 상기 결합홈의 내부 공간과 연통되며 상기 한 쌍의 배터리 셀의 전극 리드들이 삽입되도록 구성된 한 쌍의 슬롯을 구비할 수 있다.In one embodiment, the insulating block includes a coupling groove configured to insert and couple the connecting member; and a pair of slots that communicate with the inner space of the coupling groove and are configured to insert electrode leads of the pair of battery cells.
일 실시예에 있어서, 상기 절연 블록은, 상기 결합홈의 내부 공간을 개방하여 상기 결합홈에 결합된 상기 연결 부재의 적어도 일 부분을 냉각액과 접촉시키도록 구성된 개방부를 구비할 수 있다.In one embodiment, the insulating block may include an opening configured to open the inner space of the coupling groove and allow at least a portion of the connecting member coupled to the coupling groove to contact coolant.
일 실시예에 있어서, 상기 절연 블록은, 상기 모듈 케이스의 내부면과 접촉하는 일면에 마련되어 냉각액의 이동 통로를 제공하는 냉각액 채널을 구비할 수 있다.In one embodiment, the insulating block may have a coolant channel provided on one surface in contact with the inner surface of the module case to provide a passage for the coolant to move.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체는, 상기 복수의 배터리 유닛에 포함된 배터리 셀들에 관한 전기 신호를 센싱하도록 구성된 회로 기판을 포함할 수 있다.In one embodiment, the battery assembly may include a circuit board configured to sense electrical signals related to battery cells included in the plurality of battery units.
일 실시예에 있어서, 상기 절연 블록은, 상기 회로 기판이 상기 배터리 셀들과 이격되어 위치되도록 상기 회로 기판을 지지하여, 상기 회로 기판과 상기 배터리 셀들의 사이로 상기 냉각액이 이동되도록 하는 지지부를 구비할 수 있다.In one embodiment, the insulating block may be provided with a support portion that supports the circuit board so that the circuit board is positioned spaced apart from the battery cells and allows the coolant to move between the circuit board and the battery cells. there is.
일 실시예에 있어서, 상기 연결 부재는, 상기 한 쌍의 배터리 셀의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 본체부; 및 상기 본체부의 일단에서 연장되고 상기 회로 기판에 마련된 비아홀에 삽입되어, 상기 회로 기판과 전기적으로 연결되는 연장부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the connecting member includes a main body electrically connected to electrode leads of the pair of battery cells; and an extension part that extends from one end of the main body and is inserted into a via hole provided in the circuit board, and is electrically connected to the circuit board.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체는, 제2 방향으로 적층된 상기 복수의 배터리 유닛의 상기 제2 방향 양단에 각각 밀착되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하고, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트는 각각, 상기 모듈 케이스의 내부면과 접촉하는 일단에 마련되어 냉각액 이동 통로를 제공하는 제1 개방부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the battery assembly includes a pair of side plates each in close contact with both ends of the plurality of battery units stacked in a second direction in the second direction, each of the pair of side plates comprising: It may include a first opening provided at one end in contact with the inner surface of the module case to provide a coolant movement passage.
일 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 복수의 배터리 유닛 중 인접한 배터리 유닛에 포함된 배터리 셀의 표면을 노출시켜 냉각액과 접촉시키는 제2 개방부를 포함할 수 있다.In one embodiment, at least one of the pair of side plates may include a second opening that exposes a surface of a battery cell included in an adjacent battery unit among the plurality of battery units and makes contact with a cooling liquid.
일 실시예에 있어서, 상기 침냉식 배터리 모듈은, 상기 실링 커버의 인렛 또는 아웃렛이 통과하는 관통 홀을 구비하며 상기 개구에 결합되어 상기 개구를 커버하는 엔드 커버를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the immersion-cooled battery module may further include an end cover that has a through hole through which the inlet or outlet of the sealing cover passes and is coupled to the opening to cover the opening.
일 실시예에 있어서, 상기 냉각액은, 절연유(insulationg oil) 또는 유전성 액체(dielectric liquid)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the cooling liquid may include insulation oil or dielectric liquid.
본 발명의 다른 양태에 따른 배터리 팩은, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈을 포함할 수 있다.A battery pack according to another aspect of the present invention may include an immersion-cooled battery module according to any one of the above-described embodiments.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 차량은, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈을 포함할 수 있다.A vehicle according to another aspect of the present invention may include an immersion-cooled battery module according to any one of the above-described embodiments.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 모듈 케이스 내부에 수용된 배터리 셀들이, 상기 모듈 케이스 내부에 유입된 냉각액과의 직접 접촉을 통해 냉각됨으로써, 서멀 패드(thermal pad)나 히트 싱크(heat sink) 등과 같은 배터리 셀 냉각 수단들을 생략할 수 있음은 물론, 배터리 셀 냉각 성능을 개선하고, 배터리 셀의 열 폭주를 효과적으로 방지할 수 있다.According to the present invention, the battery cells accommodated inside the module case of the battery module are cooled through direct contact with the coolant flowing into the module case, thereby forming a battery such as a thermal pad or heat sink. Not only can cell cooling means be omitted, but battery cell cooling performance can be improved and thermal runaway of battery cells can be effectively prevented.
또한, 배터리 셀의 열 폭주로 인한 화재 발생 시, 모듈 케이스 내부에 유입되어 충전되어 있는 냉각액이 소화제로서의 기능을 수행함으로써, 열 폭주가 발생한 배터리 셀 주변의 다른 배터리 셀이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있다.In addition, in the event of a fire due to thermal runaway of a battery cell, the coolant charged inside the module case functions as a fire extinguishing agent, causing chain heating of other battery cells or other battery modules around the battery cell in which thermal runaway occurred. Runaway can be prevented.
또한, 한 쌍의 배터리 셀이 절연 블록을 사이에 두고 배터리 셀의 길이 방향으로 나란히 배치되어 배터리 유닛을 구성하고, 복수의 배터리 유닛들이 배터리 셀의 두께 방향으로 적층되어 단위 적층체를 구성하고, 복수의 단위 적층체들이 다시 상기 두께 방향으로 적층되어, 해당 배터리 셀보다 2배 이상 긴 길이를 가진 배터리 모듈을 구성함으로써, 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 개수를 감소시킬 수 있으며, 각각의 배터리 모듈에서 그 길이 방향을 따라 냉각액을 원할하게 이동시킬 수 있다. 그 결과, 다수의 배터리 모듈을 포함한 배터리 팩에서, 배터리 모듈별로 마련되는 인렛과 아웃렛이 차지하는 공간과, 냉각액을 각각의 배터리 모듈에 공급하고 각각의 배터리 모듈로부터 회수하는데 요구되는 배관들이 차지하는 공간이 감소되어, 배터리 팩의 제조 비용을 절감할 수 있음은 물론, 배터리 팩의 전체 부피와 무게를 감소시키고, 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, a pair of battery cells are arranged side by side in the longitudinal direction of the battery cell with an insulating block in between to form a battery unit, and a plurality of battery units are stacked in the thickness direction of the battery cell to form a unit stack. The unit stacks are stacked again in the thickness direction to form a battery module with a length more than twice that of the corresponding battery cell, thereby reducing the number of battery modules included in the battery pack, and in each battery module The cooling liquid can be moved smoothly along the length direction. As a result, in a battery pack containing multiple battery modules, the space occupied by the inlet and outlet provided for each battery module and the space occupied by the piping required to supply and recover cooling fluid to each battery module are reduced. This not only reduces the manufacturing cost of the battery pack, but also reduces the overall volume and weight of the battery pack, and improves the energy density of the battery pack.
또한, 상호 적층된 배터리 유닛들에 포함된 절연 블록들이, 배터리 셀의 전극 리드와 연결되는 연결 부재를 지지하면서, 해당 연결 부재를 냉각액과 접촉시키도록 구성됨으로써, 상대적으로 발열이 심한 배터리 셀의 전극 리드 부분에 대한 냉각 효과를 높일 수 있다.In addition, the insulating blocks included in the mutually stacked battery units support the connecting member connected to the electrode lead of the battery cell and are configured to bring the connecting member into contact with the cooling liquid, so that the electrode of the battery cell generates relatively high heat. The cooling effect on the reed part can be improved.
또한, 상기 절연 블록들이 냉각액의 이동 통로를 제공하는 냉각액 채널을 구비함으로써, 냉각액의 순환을 원활하게 하고 배터리 셀 냉각 성능을 더욱 개선할 수 있다.Additionally, since the insulating blocks are provided with a coolant channel that provides a passage for the coolant, circulation of the coolant can be facilitated and battery cell cooling performance can be further improved.
또한, 상기 배터리 모듈 내부에서 배터리 셀들의 전기적 신호를 센싱하는 복수의 회로 기판 중 하나의 회로 기판이, 자체적으로 센싱한 전기 신호와 나머지 회로 기판에 의해 센싱된 전기 신호를, 하나의 방수 커넥터를 통해 외부로 전달함으로써, 배터리 모듈과 외부 전기 장치 간의 전기적 연결을 용이하게 하고, 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 배선 구조를 간소화할 수 있다.In addition, one of the plurality of circuit boards that senses the electrical signals of the battery cells inside the battery module transmits the electrical signals sensed by itself and the electrical signals sensed by the remaining circuit boards through one waterproof connector. By delivering it to the outside, electrical connection between the battery module and an external electrical device can be facilitated, and the wiring structure of the battery pack including a plurality of battery modules can be simplified.
또한, 상기 방수 커넥터가 인렛 또는 아웃렛이 마련된 실링 커버에 결합되어, 인렛 또는 아웃렛과 배관을 연결하기 위해 확보된 공간에 배치됨으로써, 배터리 팩 내에서 상기 방수 커넥터의 전기적 연결 작업을 가능하게 하기 위해 별도의 공간을 확보할 필요가 없으며, 상기 방수 커넥터의 전기적 연결 작업을 용이하게 할 수 있다.In addition, the waterproof connector is coupled to a sealing cover provided with an inlet or outlet and placed in a space secured to connect the inlet or outlet to the pipe, thereby enabling electrical connection of the waterproof connector within the battery pack. There is no need to secure space, and the electrical connection work of the waterproof connector can be facilitated.
또한, 엔드 커버의 내측 테두리가 실링 커버의 벽체부와 모듈 케이스의 개구 테두리 사이에 삽입되어 결합되고, 상기 모듈 케이스의 개구 테두리가 엔드 커버의 내측 테두리와 외측 테두리 사이에 삽입되어 결합됨으로써, 미앤더 형태의 실링 구조를 형성하고, 그 결과 배터리 모듈의 내부로 유입된 냉각액의 누설 위험을 최소화할 수 있다.In addition, the inner edge of the end cover is inserted and coupled between the wall portion of the sealing cover and the opening edge of the module case, and the opening edge of the module case is inserted and coupled between the inner edge and the outer edge of the end cover, thereby forming a meander. A sealing structure is formed, and as a result, the risk of leakage of coolant flowing into the battery module can be minimized.
또한, 상기 실링 구조에 적용된 실링 테이프, 액상 실런트 및 구조 접착제가, 냉각액의 누설을 3중으로 차단함으로써, 침냉식 배터리 모듈의 내구성과 안전성을 향상시킬 수 있다.In addition, the sealing tape, liquid sealant, and structural adhesive applied to the sealing structure triple-block leakage of coolant, thereby improving the durability and safety of the immersion-cooled battery module.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.Furthermore, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to easily understand from the following description that various embodiments according to the present invention can solve various technical problems not mentioned above.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 침냉식 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 모듈 케이스에 수용되는 배터리 조립체를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 조립체에 포함되는 배터리 유닛을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 배터리 유닛의 절연 블록 및 연결 부재를 나타낸 도면이다.
도 6은 복수의 배터리 유닛을 포함하는 단위 적층체를 나타낸 도면이다.
도 7은 복수의 단위 적층체를 포함하는 배터리 적층체를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 A-A' 라인에 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 제1 실링 커버를 나타낸 사시도이다.
도 10은 모듈 케이스에 결합된 제1 실링 커버를 나타낸 수직 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 제1 엔드 커버를 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 제1 엔드 커버의 S-S´라인에 따른 수직 단면도이다.
도 13은 모듈 케이스에 결합된 제1 엔드 커버를 나타낸 수직 단면도이다.
도 14는 도 13의 A2 부분을 나타낸 확대도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a perspective view showing an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the immersion-cooled battery module shown in FIG. 1.
Figure 3 is a diagram showing a battery assembly accommodated in a module case of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a battery unit included in the battery assembly shown in FIG. 3.
FIG. 5 is a diagram showing an insulating block and a connecting member of the battery unit shown in FIG. 4.
Figure 6 is a diagram showing a unit stack including a plurality of battery units.
Figure 7 is a diagram showing a battery stack including a plurality of unit stacks.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA' of FIG. 1.
Figure 9 is a perspective view showing the first sealing cover of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a vertical cross-sectional view showing the first sealing cover coupled to the module case.
Figure 11 is a perspective view showing the first end cover of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a vertical cross-sectional view taken along line SS′ of the first end cover shown in FIG. 11.
Figure 13 is a vertical cross-sectional view showing the first end cover coupled to the module case.
Figure 14 is an enlarged view showing part A2 of Figure 13.
Figure 15 is a diagram showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
Figure 16 is a diagram showing a vehicle according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대응하는 해결 방안을 명확히 하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우에는 그에 관한 설명은 생략될 수 있다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings to clarify solutions corresponding to the technical problems of the present invention. However, when explaining the present invention, if the description of related known technology rather obscures the gist of the present invention, the description may be omitted.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로, 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Additionally, the terms used in this specification are terms defined in consideration of the functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the designer, manufacturer, etc. Therefore, definitions of terms described below should be made based on the content throughout this specification.
참고로, 첨부도면에 나타난 본 발명의 구성요소들은, 기술적 이해를 용이하게 하기 위해, 그 일 부분 또는 전체가 축소, 확대, 생략 또는 간소화된 것일 수 있다.For reference, the components of the present invention shown in the accompanying drawings may be partially or entirely reduced, enlarged, omitted, or simplified to facilitate technical understanding.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈(10)이 사시도로 도시되어 있다.Figure 1 shows a perspective view of an immersion-cooled
도 2에는 도 1에 도시된 침냉식 배터리 모듈(10)이 분해 사시도로 도시되어 있다.In FIG. 2, the immersion-cooled
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 수용된 배터리 셀들을 냉각액(cooling liquid)과 직접 접촉시켜 냉각시키도록 구성된다. 이를 위해, 배터리 모듈(10)은 모듈 케이스(100), 배터리 조립체(200), 실링 커버(110, 110'), 방수 커넥터(120) 및 엔드 커버(130, 130')를 포함할 수 있다.As shown in Figures 1 and 2, the
상기 모듈 케이스(100)는, 제1 방향(Y축 방향)으로 연장되어 제1 방향의 적어도 일 단에 개구를 가지며, 상기 개구와 연결된 내부 공간에 배터리 조립체(200)를 수용하도록 구성된다. 예컨대, 모듈 케이스(100)는 배터리 모듈의 길이 방향(Y축 방향)으로 연장된 내부 공간과, 상기 길이 방향의 양 단에 각각 개구를 구비하는 관 형태로 구성될 수 있다.The
이러한 모듈 케이스(100)는 일정 강도를 가진 메탈 소재로 구성될 수 있다. 또한, 모듈 케이스(100)는 냉각액의 누출이 발생하지 않도록 압출 성형이나 판금 공정을 통해 일체로 구성될 수 있다.This
상기 배터리 조립체(200)는, 복수의 배터리 셀을 포함하며 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 이러한 배터리 조립체(200)는, 배터리 모듈의 폭 방향(X축 방향)으로 적층된 배터리 유닛들과, 이러한 배터리 유닛들에 포함된 배터리 셀들의 전기적 신호를 센싱하는 회로 기판을 포함할 수 있다.The
상기 실링 커버(110, 110')는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛(inlet)(112), 및 상기 내부 공간에 유입된 냉각액을 모듈 케이스(100)의 외부로 배출시키는 아웃렛(outlet)(112') 중 적어도 하나를 구비하며, 모듈 케이스(100)의 개구에 삽입되어 해당 개구를 기밀하게 커버하도록 구성될 수 있다.The sealing covers 110 and 110' have an
이러한 실링 커버(110, 110')는, 인렛(112)을 구비하며 모듈 케이스(100)의 일단 개구를 커버하는 제1 실링 커버(110)와, 아웃렛(112')을 구비하며 모듈 케이스(100)의 타단 개구를 커버하는 제2 실링 커버(110')를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 실링 커버(110)에는 배터리 모듈(10)의 출력을 제공하는 HV(High Voltage) 터미널들(114, 114')과, 방수 커넥터(120)가 배치될 수 있다.These sealing covers 110 and 110' include a
상기 방수 커넥터(120)는, 제1 실링 커버(110)에 결합되어 지지되며, 상기 배터리 조립체(200)의 회로 기판들과 전기적으로 연결되어, 상기 회로 기판에 의해 센싱된 전기 신호들을 모듈 케이스(100)의 외부로 전달하도록 구성될 수 있다.The
상기 엔드 커버(130, 130')는, 실링 커버(110, 110')가 삽입되어 결합된 모듈 케이스(100)의 개구에 결합되어, 해당 개구를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 엔드 커버(130, 130')는, 제1 실링 커버(110)가 삽입된 일단 개구를 커버하는 제1 엔드 커버(130)와, 제2 실링 커버(110')가 결합된 타단 개구를 커버하는 제2 엔드 커버(130')를 포함할 수 있다.The end covers 130 and 130' may be configured to be coupled to an opening of the
본 발명에 적용되는 냉각액(cooling liquid)은, 내전압(withstand voltage)이 높은 절연유(insulationg oil) 또는 유전성 액체(dielectric liquid)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 냉각액은 인산트리옥틸(TOP), 인산트리부틸(TOB), 인산트리페닐, 인산트리메틸, 인산트리프로필 중 1 또는 2 이상을 포함할 수 있다.The cooling liquid applied to the present invention may include insulation oil or dielectric liquid with a high withstand voltage. For example, the coolant may contain one or two or more of trioctyl phosphate (TOP), tributyl phosphate (TOB), triphenyl phosphate, trimethyl phosphate, and tripropyl phosphate.
변형된 일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체(200)를 수용하는 변형된 모듈 케이스는 그 길이 방향 일단에만 개구가 마련되고, 그 길이 방향 타단은 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 또한, 변형된 모듈 케이스의 개구를 커버하여 실링하는, 변형된 실링 커버는, 인렛과 아웃렛을 모두 구비하도록 구성될 수도 있다.In one modified embodiment, the modified module case accommodating the
이러한 변형된 일 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 제2 실링 커버(110')와 제2 엔드 커버(130')에 대응하는 구성들이 생략될 수 있다. 이 경우, 상기 변형된 실링 커버의 인렛을 통해 유입된 냉각액은, 상기 변형된 모듈 케이스의 내부 공간에서 순환되며 배터리 셀들을 냉각시킨 후, 상기 변형된 실링 커버의 아웃렛을 통해 배출될 수 있다.According to this modified embodiment, components corresponding to the second sealing cover 110' and the second end cover 130' shown in FIGS. 1 and 2 may be omitted. In this case, the coolant flowing in through the inlet of the modified sealing cover may be circulated in the internal space of the modified module case, cool the battery cells, and then be discharged through the outlet of the modified sealing cover.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(100)에 수용된 배터리 셀들이, 모듈 케이스(100) 내부에 유입된 냉각액과의 직접 접촉을 통해 냉각됨으로써, 서멀 패드(thermal pad)나 히트 싱크(heat sink) 등과 같은 배터리 셀 냉각 수단들을 생략할 수 있으며, 배터리 셀 냉각 성능을 개선하고, 배터리 셀의 열 폭주를 효과적으로 방지할 수 있다.As such, according to the present invention, the battery cells accommodated in the
또한, 배터리 셀의 열 폭주로 인한 화재 발생 시, 모듈 케이스 내부에 충전된 냉각액이 소화제로서의 기능을 수행함으로써, 열 폭주가 발생한 배터리 셀 주변의 다른 배터리 셀이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있다. Additionally, in the event of a fire due to thermal runaway of a battery cell, the coolant charged inside the module case functions as a fire extinguishing agent, preventing chain thermal runaway of other battery cells or other battery modules around the battery cell in which thermal runaway occurred. can do.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 모듈 케이스에 수용되는 배터리 조립체(200)가 도시되어 있다.Figure 3 shows a
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 조립체(200)는 복수의 배터리 유닛(BU)을 포함한다. 또한, 각각의 배터리 유닛(BU)은 한 쌍의 배터리 셀(210), 절연 블록(220) 및 연결 부재(230)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the
상기 한 쌍의 배터리 셀(210)은, 해당 배터리 셀의 길이 방향(Y축 방향)으로 나란히 배치될 수 있다. 또한, 각각의 배터리 셀(210)은 상기 길이 방향의 양 단에 각각 전극 리드(212)를 구비할 수 있다. 이러한 배터리 셀(210)은 다양한 형태의 이차전지로 구현될 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(210)은 파우치형 이차전지, 각형 이차전지 또는 원통형 이차전지로 구현될 수 있다.The pair of
상기 절연 블록(220)은 절연성과 내열성을 가진 소재로 구성되어, 상기 한 쌍의 배터리 셀(210) 사이에 배치될 수 있다.The insulating
상기 연결 부재(230)는 절연 블록(220)에 결합되어 상기 한 쌍의 배터리 셀(210)의 전극 리드들과 각각 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.The connecting
아래에서 다시 설명하겠지만, 복수의 배터리 유닛(BU)은 판상의 쿨링 핀 또는 절연 패드를 사이에 두고, 배터리 셀의 두께 방향(X축 방향)으로 상호 적층될 수 있다.As will be described again below, a plurality of battery units BU may be stacked on each other in the thickness direction of the battery cell (X-axis direction) with plate-shaped cooling fins or insulating pads interposed therebetween.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체(200)는 상기 두께 방향(X축 방향)으로 적층된 배터리 유닛들의 적층 방향 양단에 각각 밀착되어 배터리 유닛들을 지지하는 한 쌍의 사이드 플레이트(240)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the
각각의 사이드 플레이트(240)는, 모듈 케이스(100)의 내부면(저면)과 접촉하는 하단에 마련되어, 냉각액 이동 통로를 제공하는 제1 개방부(240a)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 개방부(240a)는 해당 사이드 플레이트(240)의 하단에서 중심부 측으로 오목하게 형성된 요홈을 포함할 수 있다.Each
또한, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(240) 중 적어도 하나는, 상기 복수의 배터리 유닛(BU) 중 인접한 배터리 유닛에 포함된 배터리 셀의 표면을 노출시켜 냉각액과 접촉시키는 제2 개방부(240b)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 개방부(240b)는 인접한 배터리 셀의 표면을 노출시키는 관통 홀을 포함할 수 있다.In addition, at least one of the pair of
이러한 제1 개방부(240a) 및 제2 개방부(240b)의 구조와 형태는 실시예에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.Of course, the structure and shape of the
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체(200)는 복수의 배터리 유닛(BU)이 적층된 배터리 적층체의 길이 방향(Y축 방향) 양단에 각각 배치되는 버스바 프레임(250)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the
상기 버스바 프레임(250)은 배터리 유닛(BU)을 이루는 배터리 셀의 전극 리드를 다른 배터리 셀의 전극 리드나 배터리 모듈의 터미널과 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 버스바(252)를 지지하도록 구성될 수 있다.The
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체(200)는 배터리 유닛들의 상방에 배치되어, 해당 배터리 유닛들에 포함된 배터리 셀들에 관한 전기 신호를 센싱하도록 구성된 회로 기판(260)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the
이 경우, 상기 회로 기판(260)은 제1 내지 제3 회로 기판(262, 264, 266)을 포함할 수 있다.In this case, the
상기 제1 회로 기판(262)은 절연 블록(220)의 상부에 배치되어 절연 블록(220)에 결합된 연결 부재(230)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제1 회로 기판(262)은 상기 연결 부재(230)의 단부가 삽입되는 비아홀(262a)을 구비할 수 있다. 비아홀(262a)에 삽입된 연결 부재(230)의 단부는, 솔더링되어 제1 회로 기판(262)에 고정될 수 있다. 이러한 제1 회로 기판(262)은 PCB(Printed Circuit Board)를 포함할 수 있다.The
상기 제2 회로 기판(264)은, 제1 회로 기판(262)의 일측에 배치되어, 배터리 조립체(200)에 포함된 배터리 셀들 중 제1 그룹 배터리 셀들에 관한 제1 전기 신호를 센싱하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 전기 신호는 상기 제1 그룹 배터리 셀들의 출력 전압, 출력 전류 또는 충전 상태 등을 나타내는 전기 신호를 포함할 수 있다.The
상기 제3 회로 기판(266)은, 제1 회로 기판(262)의 타측에 배치되어, 배터리 조립체(200)에 포함된 배터리 셀들 중 제2 그룹 배터리 셀들에 관한 제2 전기 신호를 센싱하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 전기 신호는 제2 그룹 배터리 셀들의 출력 전압, 출력 전류 또는 충전 상태 등을 나타내는 전기 신호를 포함할 수 있다.The
이러한 제2 및 제3 회로 기판(264, 266)은, FPCB(Flexible Printed Circuit Board)를 포함할 수 있다.These second and
또한, 상기 제2 회로 기판(264)은 상기 제1 전기 신호와, 상기 제3 회로 기판(266)에 의해 센싱된 제2 전기 신호를 취합하여, 방수 커넥터(120)를 통해 외부로 전달하도록 구성될 수 있다.In addition, the
일반적으로, 배터리 모듈의 길이는 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀의 길이에 대응한다. 그러나, 본 발명에 따른 침냉식 배터리 모듈(10)은 그 길이 방향(Y축 방향)으로 나란히 배치되는 복수의 배터리 셀을 포함하기 때문에, 본 발명과 동일한 사이즈의 배터리 셀을 포함하는 일반적인 배터리 모듈보다 2배 이상의 길이를 가지게 된다. 예컨대, 일반적인 배터리 모듈이 500mm ~ 610mm 정도의 길이로 제작된다면, 본 발명에 따른 침냉식 배터리 모듈(10)은 1000mm 이상의 길이로 제작될 수 있다.Generally, the length of a battery module corresponds to the length of the battery cells constituting the battery module. However, since the immersion-cooled
도 4에는 도 3에 도시된 배터리 조립체에 포함되는 배터리 유닛(BU)이 도시되어 있다.FIG. 4 shows a battery unit (BU) included in the battery assembly shown in FIG. 3 .
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 유닛(BU)은 한 쌍의 배터리 셀(210), 절연 블록(220) 및 연결 부재(230)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the battery unit BU may include a pair of
상기 한 쌍의 배터리 셀(210)은, 해당 배터리 셀의 길이 방향(Y축 방향)으로 나란히 배치될 수 있다. 또한, 각각의 배터리 셀(210)은 상기 길이 방향의 양 단에 각각 전극 리드(212)를 구비할 수 있다. 이러한 배터리 셀(210)은 다양한 형태의 이차전지로 구현될 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(210)은 파우치형 이차전지, 각형 이차전지 또는 원통형 이차전지로 구현될 수 있다.The pair of
상기 절연 블록(220)은 절연성과 내열성을 가진 소재로 구성되어, 상기 한 쌍의 배터리 셀(210) 사이에 배치될 수 있다.The insulating
상기 연결 부재(230)는 절연 블록(220)에 결합되어 상기 한 쌍의 배터리 셀(210)의 전극 리드들과 각각 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.The connecting
도 5에는 도 4에 도시된 배터리 유닛의 절연 블록(220) 및 연결 부재(230)가 도시되어 있다.FIG. 5 shows an insulating
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 절연 블록(220)은 연결 부재(230)가 삽입되어 결합되도록 구성된 결합홈(222), 및 이러한 결합홈(222)의 내부 공간과 연통되며 한 쌍의 배터리 셀(210)의 전극 리드들이 각각 삽입되도록 구성된 한 쌍의 슬롯(224)을 구비할 수 있다.As shown in FIG. 5, the insulating
또한, 상기 절연 블록(220)은 결합홈(222)의 내부 공간을 개방하여 결합홈(222)에 결합된 연결 부재(230)의 적어도 일 부분을 냉각액과 접촉시키도록 구성된 개방부(226)를 구비할 수 있다.In addition, the insulating
즉, 상기 연결 부재(230)는 절연 블록(220)의 결합홈(222)에 삽입되어 결합되고, 배터리 셀(210)의 전극 리드(212)는 절연 블록(220)의 슬롯(224)에 삽입되어 연결 부재(230)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 절연 블록(220)의 개방부(226)는, 연결 부재(230)에 전극 리드(212)를 용접하는데 필요한 작업 공간을 제공할 수 있다.That is, the connecting
이와 같이, 절연 블록(220)이, 배터리 셀들의 전극 리드들과 연결되는 연결 부재(230)를 지지하면서, 해당 연결 부재(230)를 냉각액과 접촉시키도록 구성됨으로써, 상대적으로 발열이 심한 배터리 셀의 전극 리드 부분에 대한 냉각 효과를 높일 수 있다.In this way, the insulating
일 실시예에 있어서, 상기 절연 블록(220)은, 배터리 조립체(200)를 수용하는 모듈 케이스(100)의 내부면과 접촉하는 일면에 마련되어 냉각액의 이동 통로를 제공하는 냉각액 채널(228)을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 냉각액 채널(228)은 모듈 케이스(100)의 저면과 접촉하는 절연 블록(220)의 하단면에 마련될 수 있다. 또한, 상기 냉각액 채널(228)은 개방부(226)와 연통되도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the insulating
그 결과, 절연 블록(220)의 개방부(226)로 유입된 냉각액은, 연결 부재(230)와 전극 리드(212)를 냉각시킨 후 냉각액 채널(228)을 통해 신속히 이동될 수 있다.As a result, the coolant flowing into the
일 실시예에 있어서, 상기 절연 블록(220)은, 그 상단부에 상기 제1 회로 기판(262)을 지지하는 지지부(228a)를 구비할 수 있다. 이러한 지지부(228a)는 상기 제1 회로 기판(262)이 배터리 셀들과 이격되어 위치되도록 상기 제1 회로 기판(262)을 지지하여, 제1 회로 기판(262)과 배터리 셀들의 사이로 냉각액이 이동되도록 할 수 있다.In one embodiment, the insulating
이와 같이, 상기 절연 블록(220)이 냉각액의 이동 통로를 제공하는 냉각액 채널(228)과 지지부(228a)를 구비함으로써, 냉각액의 순환을 원활하게 하고 배터리 셀에 대한 냉각 성능을 더욱 개선할 수 있다.In this way, the insulating
한편, 상기 연결 부재(230)는 배터리 셀들의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 본체부(232)와, 이러한 본체부(232)의 상단에서 상방(Z축 방향)으로 연장되어 제1 회로 기판(262)에 마련된 비아홀(262a)에 삽입되는 연장부(234)를 포함할 수 있다. 비아홀(262a)에 삽입된 연결 부재(230)의 연장부(234)는, 솔더링을 통해 제1 회로 기판(262)에 고정될 수 있다.Meanwhile, the connecting
도 6에는 복수의 배터리 유닛을 포함하는 단위 적층체(US)가 도시되어 있다.Figure 6 shows a unit stack (US) including a plurality of battery units.
도 7에는 복수의 단위 적층체를 포함하는 배터리 적층체(BS)가 도시되어 있다.Figure 7 shows a battery stack (BS) including a plurality of unit stacks.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 조립체(200)는 복수의 배터리 유닛들이 판상의 쿨링 핀(242) 또는 절연 패드(244)를 사이에 두고 배터리 셀의 두께 방향(X축 방향)으로 상호 적층된 배터리 적층체(BS)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 6 and 7, the
우선, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 단위 적층체(US)는 2개 이상의 배터리 유닛(BU1, BU2)이 쿨링 핀(242)을 사이에 두고 상호 적층되어 구성될 수 있다.First, as shown in FIG. 6, the unit stack US may be composed of two or more battery units BU1 and BU2 stacked with each other with a cooling
이 경우, 상기 쿨링 핀(242)은 열 전도성이 높은 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 쿨링 핀(242)은 메탈 소재로 구성될 수 있다. 또한, 상기 쿨링 핀(242)은 상술한 절연 블록(220)의 냉각액 채널(228)과 대응하는 위치에 마련되어 냉각액 이동 통로를 제공하는 개방부(242a)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 개방부(242a)는 모듈 케이스(100)의 저면과 접촉하는 쿨링 핀(242)의 하단에서 중심부 측으로 오목하게 형성된 요홈을 포함할 수 있다.In this case, the cooling
그 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 적층체(BS)는 2개 이상의 단위 적층체(US1, US2)가 절연 패드(244)를 사이에 두고 상호 적층되어 구성될 수 있다.Next, as shown in FIG. 7 , the battery stack BS may be formed by stacking two or more unit stacks US1 and US2 with an insulating
이 경우, 상기 절연 패드(244)는 절연성이 큰 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 절연 패드(244)는 고무, 세라믹 및 고분자 합성수지 중 1 또는 2 이상을 포함하는 소재로 구성될 수 있다. 또한, 상기 절연 패드(244)는 상술한 절연 블록(220)의 냉각액 채널(228)과 대응하는 위치에 마련되어 냉각액 이동 통로를 제공하는 개방부(244a)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 개방부(244a)는 모듈 케이스(100)의 저면과 접촉하는 절연 패드(244)의 하단에서 중심부 측으로 오목하게 형성된 요홈을 포함할 수 있다.In this case, the insulating
도 8에는 도 1의 A-A' 라인에 따른 단면도가 도시되어 있다.Figure 8 shows a cross-sectional view taken along line A-A' in Figure 1.
도 8에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 수용된 각각의 절연 블록(220)은, 배터리 셀의 전극 리드(212)와 전기적으로 연결되는 연결 부재(230)를 지지함은 물론, 이러한 연결 부재(230)와 전기적으로 연결되는 제1 회로 기판(262)을 지지하도록 구성될 수 있다.As shown in FIG. 8, each insulating
상술한 바와 같이, 상기 연결 부재(230)의 연장부(234)는 상방으로 연장되어 제1 회로 기판(262)의 비아홀(262a)에 삽입될 수 있다.As described above, the
절연 블록(220)과 제1 회로 기판(262)의 사이에는 냉각액 이동을 위한 공간이 마련될 수 있다. 절연 블록(220)과 제1 회로 기판(262)의 사이로 유입된 냉각액(C)은, 절연 블록(220)의 개방부(226)를 통해 전극 리드(212) 및 연결 부재(230)와 접촉하여 전극 리드(212) 및 연결 부재(230)를 냉각시킨 후, 절연 블록(220)의 냉각액 채널(228), 쿨링 핀(242)의 개방부(242a), 절연 패드(244)의 개방부(244a)및 사이드 플레이트(240)의 개방부(240a)에 의해 제공되는 이동 통로를 통해 이동되어 배터리 모듈(10)의 외부로 배출될 수 있다.A space for movement of coolant may be provided between the insulating
일 실시예에 있어서, 상기 모듈 케이스(100)는 그 내부면에서 돌출되어 상기 절연 블록(220)을 지지함으로써, 상기 절연 블록(220)의 이동을 제한하도록 구성된 스토퍼(102)를 포함할 수 있다. 이 경우, 스토퍼(102)는 절연 블록(220)의 냉각액 채널(228) 내에 위치하여 냉각액 채널(228)의 내부면과 접촉하도록 구성될 수 있다. 이러한 스토퍼(102)는 배터리 모듈(10)에 가해지는 진동이나 외력에 의한 절연 블록(220)의 위치 변경을 방지할 수 있다.In one embodiment, the
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 제1 실링 커버(110)가 사시도로 도시되어 있다.Figure 9 shows a perspective view of the
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 실링 커버(110)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛(112)을 구비하며, 모듈 케이스(100)의 개구에 삽입되어 상기 개구를 기밀하게 커버하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 실링 커버(110)는 커버부(110a), 고정부(110b) 및 벽체부(110c)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 9, the
상기 커버부(110a)는, 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 개구와 형합하는 형태를 가지며 상기 개구에 삽입되도록 구성될 수 있다.The
상기 고정부(110b)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 인접한 제1 실링 커버(110)의 제1 면(예컨대, 상기 커버부(110a)의 제1 면)에서 상기 내부 공간 측으로 돌출되고, 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 내부면에 부착되어 고정되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 모듈 케이스(100)의 내부면과 대면하는 상기 고정부(110b)의 테두리면에는, 양면 접착이 가능한 실링 테이프(sealing tape)가 부착될 수 있다.The fixing
상기 벽체부(110c)는, 상기 제1 면의 반대면에 해당하며 제1 엔드 커버(130)와 대면하는, 제1 실링 커버(110)의 제2 면(예컨대, 커버부(110a)의 제2 면)에서 돌출되어, 상기 개구를 이루는 상기 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 소정 간격을 두고 대면하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 벽체부(110c)는 커버부(110a)의 테두리를 일주하는 루프(loop) 형태로 구성될 수 있다.The
아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)는, 상기 커버부(110a)의 테두리 부분 및 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 함께, 제1 삽입 홈을 형성할 수 있다. 이러한 제1 삽입 홈에는 후술되는 엔드 커버(130)의 내측 테두리가 삽입되어 결합될 수 있다.As will be explained again below, the
한편, 상기 제1 실링 커버(110)의 제2 면에는, 배터리 모듈(10)의 출력을 제공하는 HV(High Voltage) 터미널들(114, 114')과, 방수 커넥터(120)가 배치될 수 있다. 이 경우, 방수 커넥터(120)는 볼트와 같은 체결 부재(120a)에 의해 제1 실링 커버(110)에 고정될 수 있다.Meanwhile, on the second side of the
도 10에는 모듈 케이스(100)에 결합된 제1 실링 커버(110)가 수직 단면도로 도시되어 있다.In Figure 10, the
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 실링 커버(110)는 모듈 케이스(100)의 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛(112)을 구비하며, 모듈 케이스(100)의 일단 개구에 삽입되어 상기 개구를 기밀하게 커버할 수 있다.As shown in FIG. 10, the
이를 위해, 상기 제1 실링 커버(110)의 커버부(110a)는, 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 개구와 형합하는 형태를 가지도록 구성될 수 있다.To this end, the
상기 제1 실링 커버(110)의 고정부(110b)는, 상기 커버부(110a)의 제1 면에서 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 돌출되고, 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 내부면에 부착되어 고정된다.The fixing
이를 위해, 모듈 케이스(100)의 내부면과 대면하는 상기 고정부(110b)의 테두리면에는, 양면 접착이 가능한 실링 테이프(118a)가 부착될 수 있다. 이 경우, 실링 테이프(118a)는, 방수성 소재로 이루어진 기재층의 양면에 각각 점착층을 구비한 다층 구조로 구성될 수 있다.To this end, a double-sided
예컨대. 실링 테이프(118a)의 기재층은 폴리이미드(polyimide), 폴리프로필렌(polyprophylene), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 중 1 또는 2 이상으로 구성된 1 또는 2 이상의 물질층을 포함할 수 있다. 또한, 실링 테이프(118a)의 점착층은, PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate) 및 PBMA(poly butyl methacrylate) 중 1 또는 2 이상으로 구성될 수 있다.for example. The base layer of the sealing
또한, 실링 테이프(118a)는 상기 점착층을 커버하는 이형지(release paper)를 더 포함할 수 있다. 이러한 이형지는 실링 테이프(118a)의 부착 직전에 작업자에 의해 제거될 수 있다.Additionally, the sealing
상기 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 인접한 제1 면의 반대면인 상기 제1 실링 커버(110)의 제2 면에서, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 멀어지는 방향으로 돌출되어, 상기 개구를 이루는 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 소정 간격을 두고 대면하도록 구성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 벽체부(110c)는 커버부(110a)의 테두리를 일주하는 루프(loop) 형태로 구성될 수 있다.The
이러한 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)는, 상기 커버부(110a)의 테두리 부분 및 상기 개구의 둘레를 이루는 모듈 케이스(100)의 내부면과 함께, 제1 삽입 홈(G1)을 형성할 수 있다. 이러한 제1 삽입 홈(G1)의 내부면에는 실링 글루(sealing glue)와 같은 액상 실런트(118b)가 도포될 수 있다.The
또한, 상기 모듈 케이스(100)의 개구 테두리의 외부면에는, 높은 전단강도(shear strength)를 지닌 구조 접착제(structural adhesive)(104)가 도포될 수 있다. 이러한 구조 접착제(104)는, 폴리머 알로이 접착제(polymer alloy adhesive)나 폴리이미드 접착제(polyimid adhesive)를 포함할 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 구조 접착제(104)가 도포된 개구 테두리의 외부면에는, 후술되는 제1 엔드 커버(130)의 외측 테두리가 부착되어 고정될 수 있다.Additionally,
한편, 상기 제1 실링 커버(110)는, 방수 커넥터(120)의 적어도 일부분이 삽입되는 관통 홀(116)을 구비할 수 있다.Meanwhile, the
또한, 방수 커넥터(120)는 커넥터 몸체(122), 접촉 핀(124) 및 연결 핀(126)을 포함할 수 있다.Additionally, the
상기 커넥터 몸체(122)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 인접한 제1 실링 커버(110)의 제1 면과 상기 제1 면의 반대면인 제1 실링 커버(110)의 제2 면 중, 제2 면에 결합되어, 제2 면에 형성된 상기 관통 홀(116)의 개구를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 방수 커넥터(120)의 커넥터 몸체(122)는, 절연성을 가진 고분자 합성수지로 구성될 수 있으며, 볼트와 같은 체결 부재에 의해 제1 실링 커버(110)에 고정될 수 있다.The
일 실시예에 있어서, 상기 방수 커넥터(120)는, 커넥터 몸체(122)와 제1 실링 커버(110)의 제2 면 사이에 개재되어 상기 관통 홀(116)의 개구 둘레를 실링하는 실링 부재(122a)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 실링 부재(122a)는 실런트(sealant) 또는 개스킷(gasket)을 포함하거나, 양자를 모두 포함할 수 있다.In one embodiment, the
상기 접촉 핀(124)은, 커넥터 몸체(122)에 의해 지지되며 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 멀어지는 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다. 이러한 접촉 핀(124)은 상기 방수 커넥터(120)에 연결되는 대응 커넥터(미도시)의 대응 접촉 핀과 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 접촉 핀(124)은 도전성을 가진 금속 소재로 구성될 수 있다. 상기 방수 커넥터(120)는 이러한 접촉 핀(124)을 1개 또는 2개 이상 포함할 수 있다.The
상기 연결 핀(126)은, 접촉 핀(124)과 전기적으로 연결되고, 상기 관통 홀(116)을 통해 커넥터 몸체(122)에서 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 연장되어, 모듈 케이스(100)에 수용된 복수의 회로 기판(240, 250) 중 제1 회로 기판(240)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 연결 핀(126)은 도전성을 가진 금속 소재로 구성될 수 있다. 상기 방수 커넥터(120)는 이러한 연결 핀(126)을 1개 또는 2개 이상 포함할 수 있다.The
일 실시예에 있어서, 상기 접촉 핀(124)과 상기 연결 핀(126)은, 일체로 구성될 수 있다. 또한, 일 실시예에 있어서, 상기 커넥터 몸체(122)는, 인서트 몰딩(insert molding) 공정을 통해 상기 접촉 핀(124) 및 상기 연결 핀(126)과 일체로 구성될 수 있다.In one embodiment, the
한편, 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 방수 커넥터(120)와 제1 회로 기판(240) 간의 전기적 연결을 위해, 연결 회로 기판(128) 및 케이블(128a)을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the
이 경우, 상기 연결 회로 기판(128)은, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 인접한 상기 제1 실링 커버(110)의 제1 면에 결합되어, 제1 면에 형성된 상기 관통 홀(116)의 타단 개구를 커버하며, 상기 연결 핀(126)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 연결 회로 기판(128)은 연결 핀(126)이 삽입되는 비아홀(viahole)을 구비할 수 있다. 이러한 연결 회로 기판(128)의 비아홀에 삽입된 연결 핀(126)은 다시 솔더링(soldering) 공정을 통해 상기 연결 회로 기판(128)에 고정될 수 있다.In this case, the
상기 케이블(128a)은, 일 단이 연결 회로 기판(128)과 전기적으로 연결되고, 타 단이 제2 회로 기판(264)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이러한 케이블(128a)은 FFC(Flat Flexible Cable)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 케이블(128a)과 연결된 제2 회로 기판(264)은, 배터리 셀(210)의 전극 리드와 연결된 버스바(252)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 버스바(252)는 버스바 프레임(250)에 결합되어 고정될 수 있다.The
참고로, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 모듈 케이스(100)의 타단 개구를 커버하는 제2 실링 커버(110')는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 유입된 냉각액을 배출시키는 아웃렛(112')을 구비하며, 상기 타단 개구에 삽입되어 상기 타단 개구를 기밀하게 커버할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 실링 커버(110')는 상기 제1 실링 커버(110)의 커버부(110a), 고정부(110b) 및 벽체부(110c)에 각각 대응하는 구성들을 포함할 수 있다. 다만, 상기 제2 실링 커버(110')에는 HV 터미널들(114, 114')이나 방수 커넥터(120)에 대응하는 구성들이 배치되지 않는다.For reference, as described with reference to FIGS. 1 and 2, the second sealing cover 110' covering the other end opening of the
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 제1 엔드 커버(130)가 사시도로 도시되어 있다.Figure 11 shows a perspective view of the
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 엔드 커버(130)는, 제1 실링 커버(110)가 삽입된 모듈 케이스(100)의 개구에 결합되어, 해당 개구를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 제1 엔드 커버(130)는 제1 실링 커버(110)의 인렛(112)이 통과하는 인렛 홀(132)과, 방수 커넥터(120)의 적어도 일부가 삽입되어 외부에 노출되는 커넥터 홀(138)를 구비할 수 있다.As shown in FIG. 9, the
또한, 상기 제1 엔드 커버(130)는, 제1 실링 커버(110)에 배치된 HV 터미널들(114, 114')이 통과하는 터미널 홀들(134, 134')과, 이러한 터미널 홀들(134, 134')을 통과하여 외부로 연장된 HV 터미널들(114, 114')의 단부들을 지지하는 지지부들(136, 136')을 더 구비할 수 있다.In addition, the
도 12에는 도 11에 도시된 제1 엔드 커버의 B-B´라인에 따른 수직 단면도가 도시되어 있다.FIG. 12 shows a vertical cross-sectional view taken along line B-B' of the first end cover shown in FIG. 11.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1 엔드 커버(130)는 제1 실링 커버(110)가 삽입된 모듈 케이스(100)의 개구를 커버하는 캡(cap) 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1 엔드 커버(130)의 테두리 부분 중 적어도 일부는, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c) 사이에 삽입되어 결합되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 엔드 커버(130)는, 상기 개구를 커버하는 몸체, 및 이러한 몸체에서 연장된, 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 12, the
상기 내측 테두리(130a)는, 제1 엔드 커버(130)의 몸체에서 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 연장되어, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c) 사이에 삽입될 수 있다. 즉, 내측 테두리(130a)는 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와, 제1 실링 커버(110)의 테두리 부분 및 벽체부(110c)에 의해 형성된 제1 삽입 홈(G1)에 삽입되도록 구성될 수 있다.The
상기 외측 테두리(130b)는, 모듈 케이스(100)의 외부면 측으로 연장되어, 구조 접착제(104)가 도포된 외부면 부분에 부착될 수 있다.The
또한, 상기 내측 테두리(130a)와 상기 외측 테두리(130b)는 소정 간격을 두고 상호 이격되어, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리가 삽입되는 제2 삽입 홈(G2)을 형성할 수 있다.Additionally, the
도 13에는 모듈 케이스(100)에 결합된 제1 엔드 커버(130)가 수직 단면도로 도시되어 있다.In Figure 13, the
도 13에 도시된 바와 같이, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)는, 제1 엔드 커버(130)의 몸체에서 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 연장되어, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c) 사이에 삽입될 수 있다. 즉, 내측 테두리(130a)는 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와, 제1 실링 커버(110)의 테두리 부분 및 벽체부(110c)에 의해 형성된 제1 삽입 홈(G1)에 삽입되도록 구성될 수 있다.As shown in FIG. 13, the
또한, 제1 엔드 커버(130)의 외측 테두리(130b)는, 모듈 케이스(100)의 외부면 측으로 연장되어, 구조 접착제가 도포된 외부면 부분에 부착될 수 있다.Additionally, the
또한, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리는, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b) 사이에 삽입되어 결합될 수 있다. 즉, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리는, 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b) 사이에 형성된 제2 삽입 홈(G2)에 삽입되어 결합될 수 있다.Additionally, the opening edge of the
한편, 방수 커넥터(120)의 말단부는, 제1 엔드 커버(130)의 커넥터 홀(138)에 삽입되어 지지될 수 있다.Meanwhile, the distal end of the
도 14에는 도 13의 M1 부분이 확대도로 도시되어 있다.FIG. 14 shows an enlarged view of portion M1 of FIG. 13.
도 14에 도시된 바와 같이, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 연장되어, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a)와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)와 사이에 형성된 제1 삽입 홀(G1)에 삽입되어 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 삽입 홀(G1)에는 액상 실런트(118b)가 충전될 수 있다. 그 결과, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c) 사이에는 액상 실런트(118b)가 개재될 수 있다. 또한, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a) 사이에도 액상 실런트(118b)가 개재될 수 있다.As shown in FIG. 14, the
제1 엔드 커버(130)의 외측 테두리(130b)는, 개구 테두리(100a)의 외부면 측으로 연장되어, 구조 접착제(104)가 도포된 개구 테두리(100a)의 외부면에 부착될 수 있다.The
한편, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a)는, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b) 사이에 형성된 제2 삽입 홈에 삽입되어 결합 수 있다. 그 결과, 상기 내측 테두리(130a)와 개구 테두리(100a)의 내부면 사이에는 액상 실런트(118b)가 개재되는 반면, 상기 외측 테두리(130b)와 개구 테두리(100a)의 외부면 사이에는 구조 접착제(104)가 개재될 수 있다.Meanwhile, the
이와 같이, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)가 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)와 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a) 사이에 삽입되어 결합되고, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a)가 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b) 사이에 삽입되어 결함됨으로써, 미앤더 형태의 실링 구조를 형성하고, 그 결과, 배터리 모듈(10)의 내부로 유입된 냉각액의 누설 위험을 최소화할 수 있다.In this way, the
또한, 배터리 모듈(10)의 실링 구조에 적용되는 실링 테이프(118a), 액상 실런트(118b) 및 구조 접착제(104)가, 냉각액의 누설을 3중으로 차단함으로써, 침냉식 배터리 모듈(10)의 내구성과 안전성을 향상시킬 수 있다.In addition, the sealing
참고로, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 제2 실링 커버(110')와 함께 모듈 케이스(100)의 타단 개구를 커버하는 제2 엔드 커버(130')는, 제2 실링 커버(110')의 아웃렛(112')이 통과하는 아웃렛 홀을 구비하며, 상기 제2 실링 커버(110')가 삽입된 상기 타단 개구를 커버할 수 있다. 이를 위해, 제2 엔드 커버(130')는 상기 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b)에 대응하는 구성들을 포함할 수 있다. 반면, 상기 제2 엔드 커버(130')는 상기 제1 엔드 커버(130)의 터미널 홀(134, 134')이나 커넥터 홀(138)에 대응하는 구성들을 포함하지 않는다.For reference, as described with reference to FIGS. 1 and 2, the second end cover 130' covering the other end opening of the
도 15에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20)이 도시되어 있다.Figure 15 shows a
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20)은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)과, 이러한 배터리 모듈(10)을 1개 또는 2개 이상 수용하는 팩 케이스(22, 24)를 포함할 수 있다. 상기 팩 케이스(22, 24)는 복수의 배터리 모듈을 수용하여 안착시키는 복수의 안착 공간을 구비할 수 있다.As shown in FIG. 15, the
또한, 상기 배터리 팩(20)은 상기 배터리 모듈(10)에 냉각액을 공급하는 공급관(26)과, 상기 배터리 모듈(10)에서 배출되는 냉각액을 회수하는 회수관(28)을 더 포함할 수 있다. 도 15에 도시되지 않았으나, 상기 배터리 팩(20)은 냉각액을 저장하는 냉각액 탱크, 냉각액 탱크에 저장된 냉각액을 공급관(26)과 회수관(28) 통해 순환시키는 펌프, 회수관(28)을 통해 회수된 냉각액의 열을 제거하는 칠러(chiller) 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 배터리 팩(20)은, 팩 케이스(22, 24)에 수용된 배터리 모듈(10)의 충·방전 동작을 제어하거나, SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health) 등을 모니터링하는 각종 전장 부품들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 전장 부품들은 배터리 모듈(10)과 함께 팩 케이스(22, 24)에 수용될 수 있다.In addition, the
도 16에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(2)이 도시되어 있다.Figure 16 shows a
도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(2)은, 앞서 설명된 다양한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 1개 또는 2개 이상 포함하거나, 이러한 배터리 모듈(10)을 포함한 적어도 하나의 배터리 팩(20)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 16, the
이와 같이, 차량(2)에 적용된 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(20)은 자동차(2)의 여러 동작에 필요한 전기 에너지를 제공할 수 있다.In this way, the
참고로, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 자동차 이외에 ESS(Energy Storage System)나 다양한 전기 장치에 적용될 수 있음은 물론이다.For reference, it goes without saying that the battery module according to the present invention can be applied to ESS (Energy Storage System) and various electrical devices in addition to automobiles.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 모듈 케이스 내부에 수용된 배터리 셀들이, 상기 모듈 케이스 내부에 유입된 냉각액과의 직접 접촉을 통해 냉각됨으로써, 서멀 패드(thermal pad)나 히트 싱크(heat sink) 등과 같은 배터리 셀 냉각 수단들을 생략할 수 있음은 물론, 배터리 셀 냉각 성능을 개선하고, 배터리 셀의 열 폭주를 효과적으로 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, the battery cells accommodated inside the module case of the battery module are cooled through direct contact with the coolant flowing into the module case, thereby forming a thermal pad or heat sink. Not only can battery cell cooling means such as a sink) be omitted, but battery cell cooling performance can be improved and thermal runaway of the battery cell can be effectively prevented.
또한, 배터리 셀의 열 폭주로 인한 화재 발생 시, 모듈 케이스 내부에 유입되어 충전되어 있는 냉각액이 소화제로서의 기능을 수행함으로써, 열 폭주가 발생한 배터리 셀 주변의 다른 배터리 셀이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있다.In addition, in the event of a fire due to thermal runaway of a battery cell, the coolant charged inside the module case functions as a fire extinguishing agent, causing chain heating of other battery cells or other battery modules around the battery cell in which thermal runaway occurred. Runaway can be prevented.
또한, 한 쌍의 배터리 셀이 절연 블록을 사이에 두고 배터리 셀의 길이 방향으로 나란히 배치되어 배터리 유닛을 구성하고, 복수의 배터리 유닛들이 배터리 셀의 두께 방향으로 적층되어 단위 적층체를 구성하고, 복수의 단위 적층체들이 다시 상기 두께 방향으로 적층되어, 해당 배터리 셀보다 2배 이상 긴 길이를 가진 배터리 모듈을 구성함으로써, 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 개수를 감소시킬 수 있으며, 각각의 배터리 모듈에서 그 길이 방향을 따라 냉각액을 원할하게 이동시킬 수 있다. 그 결과, 다수의 배터리 모듈을 포함한 배터리 팩에서, 배터리 모듈별로 마련되는 인렛과 아웃렛이 차지하는 공간과, 냉각액을 각각의 배터리 모듈에 공급하고 각각의 배터리 모듈로부터 회수하는데 요구되는 배관들이 차지하는 공간이 감소되어, 배터리 팩의 제조 비용을 절감할 수 있음은 물론, 배터리 팩의 전체 부피와 무게를 감소시키고, 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, a pair of battery cells are arranged side by side in the longitudinal direction of the battery cell with an insulating block in between to form a battery unit, and a plurality of battery units are stacked in the thickness direction of the battery cell to form a unit stack. The unit stacks are stacked again in the thickness direction to form a battery module with a length more than twice that of the corresponding battery cell, thereby reducing the number of battery modules included in the battery pack, and in each battery module The cooling liquid can be moved smoothly along the length direction. As a result, in a battery pack containing multiple battery modules, the space occupied by the inlet and outlet provided for each battery module and the space occupied by the piping required to supply and recover cooling fluid to each battery module are reduced. This not only reduces the manufacturing cost of the battery pack, but also reduces the overall volume and weight of the battery pack, and improves the energy density of the battery pack.
또한, 상호 적층된 배터리 유닛들에 포함된 절연 블록들이, 배터리 셀의 전극 리드와 연결되는 연결 부재를 지지하면서, 해당 연결 부재를 냉각액과 접촉시키도록 구성됨으로써, 상대적으로 발열이 심한 배터리 셀의 전극 리드 부분에 대한 냉각 효과를 높일 수 있다.In addition, the insulating blocks included in the mutually stacked battery units support the connecting member connected to the electrode lead of the battery cell and are configured to bring the connecting member into contact with the cooling liquid, so that the electrode of the battery cell generates relatively high heat. The cooling effect on the reed part can be improved.
또한, 상기 절연 블록들이 냉각액의 이동 통로를 제공하는 냉각액 채널을 구비함으로써, 냉각액의 순환을 원활하게 하고 배터리 셀 냉각 성능을 더욱 개선할 수 있다.Additionally, since the insulating blocks are provided with a coolant channel that provides a passage for the coolant, circulation of the coolant can be facilitated and battery cell cooling performance can be further improved.
또한, 상기 배터리 모듈 내부에서 배터리 셀들의 전기적 신호를 센싱하는 복수의 회로 기판 중 하나의 회로 기판이, 자체적으로 센싱한 전기 신호와 나머지 회로 기판에 의해 센싱된 전기 신호를, 하나의 방수 커넥터를 통해 외부로 전달함으로써, 배터리 모듈과 외부 전기 장치 간의 전기적 연결을 용이하게 하고, 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 배선 구조를 간소화할 수 있다.In addition, one of the plurality of circuit boards that senses the electrical signals of the battery cells inside the battery module transmits the electrical signals sensed by itself and the electrical signals sensed by the remaining circuit boards through one waterproof connector. By delivering it to the outside, electrical connection between the battery module and an external electrical device can be facilitated, and the wiring structure of the battery pack including a plurality of battery modules can be simplified.
또한, 상기 방수 커넥터가 인렛 또는 아웃렛이 마련된 실링 커버에 결합되어, 인렛 또는 아웃렛과 배관을 연결하기 위해 확보된 공간에 배치됨으로써, 배터리 팩 내에서 상기 방수 커넥터의 전기적 연결 작업을 가능하게 하기 위해 별도의 공간을 확보할 필요가 없으며, 상기 방수 커넥터의 전기적 연결 작업을 용이하게 할 수 있다.In addition, the waterproof connector is coupled to a sealing cover provided with an inlet or outlet and placed in a space secured to connect the inlet or outlet to the pipe, thereby enabling electrical connection of the waterproof connector within the battery pack. There is no need to secure space, and the electrical connection work of the waterproof connector can be facilitated.
또한, 엔드 커버의 내측 테두리가 실링 커버의 벽체부와 모듈 케이스의 개구 테두리 사이에 삽입되어 결합되고, 상기 모듈 케이스의 개구 테두리가 엔드 커버의 내측 테두리와 외측 테두리 사이에 삽입되어 결합됨으로써, 미앤더 형태의 실링 구조를 형성하고, 그 결과 배터리 모듈의 내부로 유입된 냉각액의 누설 위험을 최소화할 수 있다.In addition, the inner edge of the end cover is inserted and coupled between the wall portion of the sealing cover and the opening edge of the module case, and the opening edge of the module case is inserted and coupled between the inner edge and the outer edge of the end cover, thereby forming a meander. A sealing structure is formed, and as a result, the risk of leakage of coolant flowing into the battery module can be minimized.
또한, 상기 실링 구조에 적용된 실링 테이프, 액상 실런트 및 구조 접착제가, 냉각액의 누설을 3중으로 차단함으로써, 침냉식 배터리 모듈의 내구성과 안전성을 향상시킬 수 있다.In addition, the sealing tape, liquid sealant, and structural adhesive applied to the sealing structure triple-block leakage of coolant, thereby improving the durability and safety of the immersion-cooled battery module.
나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 해당 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.Furthermore, of course, the embodiments according to the present invention can solve various technical problems other than those mentioned in this specification in the relevant technical field as well as related technical fields.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to specific embodiments. However, those skilled in the art will clearly understand that various modified embodiments can be implemented within the technical scope of the present invention. Therefore, the previously disclosed embodiments should be considered from an explanatory perspective rather than a limiting perspective. In other words, the scope of the true technical idea of the present invention is shown in the claims, and all differences within the scope of equivalents should be construed as being included in the present invention.
10: 배터리 모듈 20: 배터리 팩
100: 모듈 케이스 110: 제1 실링 커버
110': 제2 실링 커버 120: 방수 커넥터
130: 제1 엔드 커버 140: 제2 엔드 커버
200: 배터리 조립체 210: 배터리 셀
220: 절연 블록 230: 연결 부재
240: 사이드 플레이트 242: 쿨링 핀
244: 절연 패드 250: 버스바 프레임
260: 회로 기판10: Battery module 20: Battery pack
100: module case 110: first ceiling cover
110': Second sealing cover 120: Waterproof connector
130: first end cover 140: second end cover
200: battery assembly 210: battery cell
220: insulation block 230: connection member
240: side plate 242: cooling fin
244: insulation pad 250: busbar frame
260: circuit board
Claims (14)
제1 방향으로 연장되어 상기 제1 방향의 적어도 일단에 개구가 마련되고, 상기 개구와 연결된 내부 공간에 상기 배터리 조립체를 수용하는 모듈 케이스; 및
상기 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛 및 상기 내부 공간에 유입된 냉각액을 상기 모듈 케이스의 외부로 배출시키는 아웃렛 중 적어도 하나를 구비하며, 상기 개구를 기밀하게 커버하는 실링 커버를 포함하고,
상기 복수의 배터리 유닛은 각각,
상기 제1 방향으로 나란히 배치되는 한 쌍의 배터리 셀;
상기 한 쌍의 배터리 셀 사이에 배치되는 절연 블록; 및
상기 절연 블록에 결합되어 상기 한 쌍의 배터리 셀의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 연결 부재를 포함하는 침냉식 배터리 모듈.A battery assembly including a plurality of battery units;
a module case extending in a first direction, having an opening at at least one end in the first direction, and accommodating the battery assembly in an internal space connected to the opening; and
It has at least one of an inlet for introducing coolant into the internal space and an outlet for discharging coolant flowing into the internal space to the outside of the module case, and includes a sealing cover that airtightly covers the opening,
Each of the plurality of battery units,
a pair of battery cells arranged side by side in the first direction;
an insulating block disposed between the pair of battery cells; and
A immersion-cooled battery module comprising a connection member coupled to the insulating block and electrically connected to electrode leads of the pair of battery cells.
상기 한 쌍의 배터리 셀은 각각, 상기 제1 방향의 양 단에 전극 리드가 마련된 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to paragraph 1,
An immersion-cooled battery module, wherein each of the pair of battery cells has electrode leads provided at both ends in the first direction.
상기 복수의 배터리 유닛은, 판상의 쿨링 핀 또는 절연 패드를 사이에 두고 제2 방향으로 상호 적층된 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to paragraph 1,
An immersion type battery module, wherein the plurality of battery units are stacked on each other in a second direction with plate-shaped cooling fins or insulating pads interposed therebetween.
상기 배터리 조립체는, 상기 복수의 배터리 유닛 중 2개 이상의 배터리 유닛이 상기 쿨링 핀을 사이에 두고 상호 적층되어 구성된 단위 적층체를 복수로 포함하고,
상기 배터리 조립체에 포함된 복수의 단위 적층체는, 상기 절연 패드를 사이에 두고 상호 적층되도록 구성된 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to paragraph 3,
The battery assembly includes a plurality of unit stacks in which two or more battery units among the plurality of battery units are stacked with the cooling fins interposed therebetween,
An immersion type battery module, wherein the plurality of unit stacks included in the battery assembly are configured to be stacked on each other with the insulating pad interposed therebetween.
상기 절연 블록은,
상기 연결 부재가 삽입되어 결합되도록 구성된 결합홈; 및
상기 결합홈의 내부 공간과 연통되며 상기 한 쌍의 배터리 셀의 전극 리드들이 삽입되도록 구성된 한 쌍의 슬롯을 구비하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to paragraph 1,
The insulating block is,
a coupling groove configured to insert and couple the connecting member; and
A immersion-cooled battery module, characterized in that it communicates with the inner space of the coupling groove and has a pair of slots configured to insert electrode leads of the pair of battery cells.
상기 절연 블록은, 상기 결합홈의 내부 공간을 개방하여 상기 결합홈에 결합된 상기 연결 부재의 적어도 일 부분을 냉각액과 접촉시키도록 구성된 개방부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to clause 5,
The insulating block further includes an opening portion configured to open an interior space of the coupling groove to bring at least a portion of the connecting member coupled to the coupling groove into contact with a cooling liquid.
상기 절연 블록은, 상기 모듈 케이스의 내부면과 접촉하는 일면에 마련되어 냉각액의 이동 통로를 제공하는 냉각액 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to paragraph 1,
The insulating block is an immersion-cooled battery module, characterized in that it has a coolant channel provided on one surface in contact with the inner surface of the module case to provide a passage for the coolant to move.
상기 배터리 조립체는, 상기 복수의 배터리 유닛에 포함된 배터리 셀들에 관한 전기 신호를 센싱하도록 구성된 회로 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to paragraph 1,
The battery assembly further includes a circuit board configured to sense electrical signals related to battery cells included in the plurality of battery units.
상기 절연 블록은, 상기 회로 기판이 상기 배터리 셀들과 이격되어 위치되도록 상기 회로 기판을 지지하여, 상기 회로 기판과 상기 배터리 셀들의 사이로 상기 냉각액이 이동되도록 하는 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to clause 8,
The insulating block supports the circuit board so that the circuit board is positioned spaced apart from the battery cells, and includes a support portion that allows the coolant to move between the circuit board and the battery cells. module.
상기 연결 부재는,
상기 한 쌍의 배터리 셀의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 본체부; 및
상기 본체부의 일단에서 연장되고 상기 회로 기판에 마련된 비아홀에 삽입되어, 상기 회로 기판과 전기적으로 연결되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to clause 8,
The connecting member is,
a main body electrically connected to electrode leads of the pair of battery cells; and
An immersion-cooled battery module comprising an extension part extending from one end of the main body, inserted into a via hole provided in the circuit board, and electrically connected to the circuit board.
상기 배터리 조립체는, 제2 방향으로 적층된 상기 복수의 배터리 유닛의 상기 제2 방향 양단에 각각 밀착되는 한 쌍의 사이드 플레이트를 포함하고,
상기 한 쌍의 사이드 플레이트는 각각, 상기 모듈 케이스의 내부면과 접촉하는 일단에 마련되어 냉각액 이동 통로를 제공하는 제1 개방부를 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to paragraph 1,
The battery assembly includes a pair of side plates each in close contact with both ends of the plurality of battery units stacked in the second direction,
An immersion-cooled battery module, wherein each of the pair of side plates includes a first opening provided at one end in contact with the inner surface of the module case to provide a coolant movement passage.
상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 복수의 배터리 유닛 중 인접한 배터리 유닛에 포함된 배터리 셀의 표면을 노출시켜 냉각액과 접촉시키는 제2 개방부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.According to clause 11,
At least one of the pair of side plates further includes a second opening that exposes a surface of a battery cell included in an adjacent battery unit among the plurality of battery units and makes contact with a cooling liquid.
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