WO2017209365A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 - Google Patents

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강달모
문정오
이윤구
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Definitions

  • heat may be transferred to the cooling plate 300 through the heat transfer tape 200.
  • heat is transferred to the cooling plate 300 through the adhesive part 210 positioned between the battery cells 100, or the buffer part 230 contacting the edge part 170 of the battery cell 100 is provided. Heat may be transferred to the cooling plate 300 through.
  • the heat transfer tape 200 is provided with a material having good thermal conductivity as described above, and transfers the heat of the battery cell 100 to the cooling plate 300. Heat transferred to the cooling plate 300 exchanges heat with the heat sink 400.
  • the battery cells 100 may be cooled by transferring heat of the battery cells 100 to the outside along the two paths described above.
  • the heat transfer tape 200 is provided with a good thermal conductivity material, it is possible to effectively transfer the heat of the battery cell 100 to the outside to improve the cooling efficiency of the battery cell 100.

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 서로 대면하여 적어도 일방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리 셀과 복수개의 상기 배터리 셀의 하부에 위치하는 냉각 플레이트 및 상기 냉각 플레이트로 상기 배터리 셀의 열을 전달하며, 상기 배터리 셀과 접착되는 열전달 테이프를 포함하는 배터리 모듈를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
본 발명은 복수개의 이차전지를 가지는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배터리 셀을 냉각 할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 05월 31일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2016-0067469호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
이차 전지는 다양한 제품군에 적용성이 높고, 높은 에너지 밀도를 가지는 전기적 특성을 가지고 있다. 이러한 이차 전지는 휴대용 전자 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량 또는 하이브리드 차량, 전력 저장 장치 등에 적용되고 있다.
전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 모듈을 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 개개의 배터리 셀은 전극 조립체로서, 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차 전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차 전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 전기 화학적 반응에 의하여 열이 발생한다. 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어날 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.
따라서, 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것이 장착된 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각 장치가 반드시 필요하다.
일반적으로 냉각장치에는 대표적으로 공냉식과 수냉식, 두 가지를 들 수 있는데, 누전이나 이차 전지의 방수 문제 등으로 인해 공냉식이 수냉식보다 널리 이용되고 있다.
하나의 이차 전지 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 배터리 모듈은 일반적으로 모듈 케이스 내에 복수 개의 배터리 셀들을 필요한 수만큼 적층시켜 패키징한다. 그리고 개개의 배터리 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 이차 전지의 온도를 적정하게 유지하기 위해 배터리 셀들 중간에 방열부재로서 배터리 셀의 면적에 대응되는 복수 개의 냉각 핀들을 삽입한다. 각각의 배터리 셀에서 열을 흡수한 냉각 핀들은 하나의 냉각 플레이트에 연결되어 냉각 플레이트로 열을 전달한다. 냉각 플레이트는 냉각 핀으로부터 전달된 열을 다시 히트싱크에 그 열을 전달하고 히트싱크는 냉각수 또는 냉각 공기에 의해 냉각된다.
일반적으로, 배터리 셀과 냉각 핀들을 결합 시 접촉 계면간 열저항을 최소화 할 수 있는 열전달 물질을 계면에 적용하여 배터리 셀과 냉각 핀을 접착시킨다. 다만, 이러한 물질을 사용하여 냉각 핀과 배터리 셀들을 결합 시, 이를 접착시키는 열전달 물질을 사용하여 재료비 및 공정비가 증가한다. 또한, 열전달 물질을 배터리 셀 및 냉각 핀의 면적에 균일한 도포가 어려우며, 건조 후 접촉면의 불균일로 인해서 냉각 성능이 감소할 수 있다. 또한, 배터리 셀의 스웰링(swelling) 시 접촉면 이탈로 냉각 성능이 감소하며, 배터리 셀의 장기적 사용 시 접촉 계면의 분리가 될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자, 배터리 셀의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 배터리 셀들 사이에 냉각 핀을 제공하지 않고, 배터리 셀을 냉각 시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 외부의 충격으로부터 배터리 셀을 보호할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것이다.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 복수개의 배터리 셀을 가지는 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 모듈은 서로 대면하여 적어도 일방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리; 셀 복수개의 상기 배터리 셀의 하부에 위치하는 냉각 플레이트; 및 상기 냉각 플레이트로 상기 배터리 셀의 열을 전달하며, 상기 배터리 셀과 접착되는 열전달 테이프를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열전달 테이프는 일측면 및 타측면이 각각 서로 다른 상기 배터리 셀과 면접촉하며, 상기 배터리 셀들을 접착시키는 접착부; 및 상기 배터리 셀의 에지부와 상기 냉각 플레이트 사이에 위치하는 완충부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 완충부는 내부에 완충 공간을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 냉각 플레이트는 알루미늄 재질로 제공되며 상기 열전달 테이프는 그라파이트를 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 완충부는 상기 배터리 셀들 중 어느 하나의 배터리 셀의 에지부와 접촉하는 제1경사면; 상기 어느 하나의 배터리 셀과 인접하는 다른 하나의 배터리 셀의 에지부와 접촉하며, 상기 제1경사면과 일단이 연결되는 제2경사면; 및 상기 냉각 플레이트와 접촉하며, 일단이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면과 각각 연결되는 수평면을 포함하며, 상기 제1경사면, 상기 제2경사면 그리고 상기 수평면은 서로 조합되어 내부에 상기 완충 공간을 이룰 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 냉각 플레이트는 상부에 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면이 위치하며, 상기 수평면과 접촉하고, 복수개의 상기 배터리 셀이 배치되는 방향과 수직 방향으로 돌출되는 복수개의 돌출부; 및 인접하는 상기 돌출부들 사이에 위치하며, 상기 배터리 셀의 에지부가 수용되는 복수개의 수용부를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 돌출부는 양측 가장자리에서 중앙으로 갈수록 상향 경사지는 형상을 가지며, 상기 접착부는 상기 돌출부의 상부에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 완충부는 상기 배터리 셀의 에지부 및 상기 냉각 플레이트와 접촉되는 면에 접착면을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 완충 공간과 마주하는 상기 완충부의 면은 비접착면으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 완충 공간과 마주하는 상기 완충부 면의 접착력은 상기 접착부의 접착면보다 접착력이 약하게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 모듈은 내부에 냉각 유체가 흐르며, 상기 냉각 플레이트와 열교환하는 히트 싱크를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 셀의 면과 접촉하는 상기 접착부의 면적은 상기 배터리 셀의 면적보다 적을 수 있다.
본 발명은 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀들을 열전도율이 좋은 열전달 테이프를 통해서 부착하여 배터리 셀들의 접착성 및 배터리 셀의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀의 에지부와 냉각 플레이트 사이에 완충부를 제공하여, 외부의 충격으로부터 배터리 셀을 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀의 에지부와 냉각 플레이트 사이에 완충부를 제공하여, 내부에 배터리 셀의 스웰링 시 배터리 셀을 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 모듈에 열전달 테이프를 통해서 배터리 모듈의 무게를 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 모듈에 열전달 테이프를 통해서 제조 공정을 간단히 할 수 있으며, 배터리 셀들 간에 고정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 모듈의 배터리 셀들을 접착하며, 동시에 외부의 충격으로부터 배터리 셀을 보호할 수 있는 열전달 테이프를 제공하여, 배터리 모듈의 재료비를 절감하고, 배터리 모듈의 제조 공정을 단순화 할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 셀을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 셀을 보여주는 결합 사시도이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈의 일부를 보여주는 정면 사시도이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 정면도이다.
도 7은 도 5의 A 영역을 보여주는 확대 사시도이다.
도 8은 도 6의 B 영역을 보여주는 확대도이다.
도 9는 도 5의 C 영역을 보여주는 확대도이다.
도 10은 도 1의 배터리 셀들 및 열전달 테이프를 결합시키는 것을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다. 이하, 도 1을 참조하면, 배터리 모듈(10)을 복수개의 배터리 셀(100)을 가진다. 배터리 셀(100)은 이차 전지로 제공될 수 있다. 일 예로 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지로 제공될 수 있다. 이하, 본 발명의 배터리 셀(100)을 파우치형 이차 전지로 제공되는 것을 예로 들어 설명한다.
배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100), 열전달 테이프(200), 냉각 플레이트(300) 그리고 히트 싱크(400)를 포함한다.
배터리 셀(100)은 복수개가 제공된다. 복수개의 배터리 셀(100)은 각각의 면들이 마주보는 방향으로 나란하게 배치된다. 이하, 복수개의 배터리 셀(100)이 나란하게 배치되는 방향을 제1방향(12)이라 한다. 상부에서 바라 볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 한다. 제1방향(12) 및 제2방향(14) 모두에 수직한 방향을 제3방향(16)이라 한다.
도 2는 도 1의 배터리 셀을 보여주는 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 배터리 셀을 보여주는 결합 사시도이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참고하면, 배터리 셀(100)은 파우치 케이스(110), 전극 조립체(120), 전극 탭(130) 그리고 전극 리드(140)를 포함한다.
파우치 케이스(110)는 내부 공간(101)을 가진다. 파우치 케이스(110)의 내부에는 후술하는 전극 조립체(120) 및 전해액이 위치한다. 파우치 케이스(110)의 중앙 영역은 상하 방향으로 돌출되어 제공된다. 파우치 케이스(110)는 상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)를 포함한다.
상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)는 서로 조합되어 내부 공간(101)을 형성한다. 상부 케이스(111)의 중앙 영역은 상부 방향으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 하부 케이스(112)는 상부 케이스(111)의 하부에 위치한다. 하부 케이스(112)의 중앙 영역은 하부 방향으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 이와는 달리, 파우치 케이스(110)의 내부 공간(101)은 상부 케이스(111) 또는 하부 케이스(112) 중 어느 하나에만 형성될 수 있다.
상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)는 각각 실링부(160)를 가진다. 상부 케이스(111)의 실링부(160)와 하부 케이스(112)의 실링부(160)는 서로 마주보는 형태로 제공될 수 있다. 상부 케이스(111)의 실링부(160) 및 하부 케이스(112)의 실링부(160)는 내측에 위치한 내부 접착층이 열융착 등에 의해 서로 접착 될 수 있다. 실링부(160)의 접착을 통해서 내부 공간(101)은 밀폐될 수 있다.
파우치 케이스(110)의 내부 공간(101)에는 전해액 및 전극 조립체(120)가 수납된다. 파우치 케이스(110)는 외부 절연층, 금속층, 그리고 내부 접착층을 가질 수 있다. 외부 절연층은 외부의 수분, 가스 등이 내부로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 금속층은 파우치 케이스(110)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 금속층은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 금속층은 철, 탄소, 크롬, 망간의 합금, 철 니켈 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나로 제공될 수 있다. 금속층이 철이 함유된 재질을 사용하는 경우, 기계적 강도가 강해질 수 있다. 금속층이 알루미늄 재질로 사용하는 경우 연성이 좋을 수 있다. 금속층의 바람직한 실시예로 알루미늄이 제공될 수 있다. 외부 절연층 및 내부 접착층은 폴리머 재질로 제공될 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극판, 음극판 그리고 분리막을 포함한다. 전극 조립체(120)는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(120)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 형태로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 전극 조립체(120)는 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 형태로 제공될 수 있다.
전극 조립체(120)의 전극판들은 집전체 및 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 활물질 슬러리를 포함한다. 활물질 슬러리는 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 그리고 가소제 등의 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 각각의 전극판들은 활물질 슬러리가 도포되지 않는 영역에 해당하는 무지부를 가질 수 있다. 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭(130)이 형성될 수 있다.
전극 탭(130)은 전극 조립체(120)로부터 돌출된 형태로 연장 형성된다. 전극 탭(130)은 양극 탭(131)과 음극 탭(132)을 포함한다. 양극 탭(131)은 양극판의 무지부에서 연장될 수 있으며, 음극 탭(132)은 음극판의 무지부에서 연장될 수 있다.
양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 배터리 셀(100)에 각각 하나씩 구비될 수 있다. 이와는 달리 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 복수개 구비될 수도 있다. 일 예로 배터리 셀(100)의 전극 조립체(120)에 양극판과 음극판이 각각 1개만 포함된 경우, 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 각각 1개씩 포함될 수 있다. 이와 달리, 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 각각 다수 포함될 수 있다. 전극 조립체(120)에 양극판과 음극판이 각각 다수 포함된 경우, 양극 탭(131)과 음극 탭(132) 역시 다수 개 포함될 수 있으며, 1개의 전극판마다 각각 전극 탭(130)이 구비될 수 있다.
전극 리드(140)는 배터리 셀(100)을 외부의 다른 장치와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 전극 리드(140)는 양극 리드(141)와 음극 리드(142)를 포함할 수 있다. 전극 리드(140)는 파우치 케이스(110)의 내측에서 외측까지 연장되는 형태로 제공될 수 있다. 전극 리드(140)의 일부 영역은 실링부(160) 사이에 개재될 수 있다. 전극 리드(140)는 전극 탭(130)과 연결된다. 본 발명의 전극 리드(140)는 파우치 케이스(110)의 일측에 양극 리드(141)가 제공되며, 타측에 음극 리드(142)가 제공될 수 있다. 이와는 달리, 양극 리드(141)와 음극 리드(142)는 파우치 케이스(110)의 일측에 모두 제공될 수 있다.
배터리 셀(100)은 수납부(150), 실링부(160) 그리고 에지부(170)를 가진다. 여기서, 수납부(150)는 배터리 셀(100)에서 전극 조립체(120)가 수납되는 부분이다. 실링부(160)는 파우치 케이스(110) 중 수납부(150)를 둘러싸는 네 측면 실링되는 부분이다. 에지부(170)는 수납부(150) 중 실링부(160)와 인접하며, 후술하는 냉각 플레이트(300)와 인접하는 수납부(150)의 일부분, 즉 모서리 부분으로 정의한다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 일부를 보여주는 사시도이며, 도 5는 도 1의 배터리 모듈의 일부를 보여주는 정면 사시도이고, 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 정면도이다. 이하, 도 1 및 도 4 내지 도 6을 참고하면, 열전달 테이프(200)는 배터리 셀(100)과 접촉하며, 후술하는 냉각 플레이트(300)로 배터리 셀(100)의 열을 전달한다. 열전달 테이프(200)는 배터리 셀(100)과 배터리 셀(100)을 접착시킬 수 있다. 열전달 테이프(200)는 냉각 플레이트(300)와 배터리 셀(100)을 접착시킬 수 있다. 열전달 테이프(200)는 복수개 제공된다. 복수개의 열전달 테이프(200)는 복수개의 배터리 셀(100)들 또는 배터리 셀(100)과 냉각 플레이트(300)를 접착 시킬 수 있다.
열전달 테이프(200)는 열전도성이 좋은 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 열전달 테이프(200)는 그라파이트 시트 재질을 포함할 수 있다. 열전달 테이프(200)는 접착성이 좋은 재질을 포함할 수 있다.
열전달 테이프(200)는 접착부(210) 및 완충부(230)를 포함한다.
접착부(210)는 인접하는 배터리 셀(100)들을 접착시킬 수 있다. 접착부(210)는 일측면 및 타측면이 각각 서로 다른 배터리 셀(100)과 면접촉 할 수 있다. 접착부(210)는 인접하는 두 개의 배터리 셀(100)의 사이에 위치한다. 일 예로 배터리 셀(100), 접착부(210), 배터리 셀(100), 접착부(210) 그리고 배터리 셀(100) 순으로 제1방향(12)을 따라 배치될 수 있다. 접착부(210)는 배터리 셀(100)과 접촉하는 면은 접착면으로 제공될 수 있다. 접착부(210)는 양면이 접착면으로 제공되어, 하나의 접착면은 하나의 배터리 셀(100)과 접착될 수 있다. 접착부(210)는 인접하는 두 개의 배터리 셀(100)을 접착하여 배터리 셀(100)이 제1방향(12)으로 적층될 수 있도록 제공된다. 배터리 셀(100)들 사이에 열전달 테이프(200)의 접착부(210)를 통해서 배터리 셀(100)들의 결합이 용이하게 할 수 있다.
배터리 셀(100)의 면과 접촉하는 접착부(210)의 면적은 배터리 셀(100)의 면적보다 적게 제공될 수 있다. 일 예로 배터리 셀(100)의 면과 접촉하는 접착부(210)의 면적은 배터리 셀(100)의 면적의 절반 일 수 있다. 이와는 달리, 접착부(210)의 면적은 배터리 셀(100)의 면적과 대응되는 크기로 제공될 수 있다. 배터리 셀(100)의 면과 접촉하는 접착부(210)의 면적은 배터리 모듈(10)의 제조 공정, 배터리 셀(100)의 면적, 재료의 특성에 따라서 달리 선택될 수 있다.
도 7은 도 5의 A 영역을 보여주는 확대 사시도이고, 도 8은 도 6의 B 영역을 보여주는 확대도이며, 도 9는 도 5의 C 영역을 보여주는 확대도이다. 이하, 도 7 내지 도 9를 참고하면, 완충부(230)는 접착부(210)의 제3방향(16)의 하부에 위치할 수 있다. 완충부(230)는 배터리 셀(100)과 냉각 플레이트(300)를 접착 시킬 수 있다. 완충부(230)는 접착부(210)와 연결될 수 있다. 완충부(230)는 배터리 셀(100)의 에지부(170)와 냉각 플레이트(300) 사이에 위치할 수 있다. 완충부(230)는 배터리 셀(100)의 에지부(170) 및 냉각 플레이트(300)와 접촉되는 면에 접착면을 가질 수 있다. 완충부(230)는 내부에 완충 공간(250)을 가진다. 완충부(230)는 제1경사면(231), 제2경사면(233) 그리고 수평면(235)을 포함한다.
제1경사면(231)은 접착부(210)와 연결된다. 제1경사면(231) 중 일면은 배터리 셀(100)의 에지부(170)와 면접촉한다. 제1경사면(231) 중 배터리 셀(100)과 접촉하는 면은 접착면으로 제공될 수 있다.
제2경사면(233)은 접착부(210)와 연결된다. 제2경사면(233)은 제1경사면(231)과 연결될 수 있다. 제2경사면(233) 중 일면은 배터리 셀(100)의 에지부(170)와 면접촉한다. 제1경사면(231)이 접촉하는 배터리 셀(100)과 제2경사면(233)이 접촉하는 배터리 셀(100)은 서로 다른 셀일 수 있다. 제2경사면(233) 중 배터리 셀(100)과 접촉하는 면은 접착면으로 제공될 수 있다.
수평면(235)은 냉각 플레이트(300)와 접촉한다. 수평면(235)의 제3방향(16)의 상부에는 제1경사면(231) 및 제2경사면(233)이 위치한다. 수평면(235)은 제1경사면(231) 및 제2경사면(233)과 결합될 수 있다. 수평면(2350의 중앙 부분은 굴곡진 형상으로 제공될 수 있다. 수평면(235) 중 냉각 플레이트(300)와 접촉하는 면은 접착면으로 제공될 수 있다.
제1경사면(231), 제2경사면(233) 그리고 수평면(235)은 서로 조합되어 내부에 완충 공간(250)을 이룬다. 완충 공간(250)은 그 단면이 대체로 옷걸이 형상으로 이루어질 수 있다. 완충 공간(250)은 상부에 두 개의 배터리 셀(100)이 위치한다. 완충 공간(250)은 외부의 충격이 전달될 때, 배터리 셀(100)이 냉각 플레이트(300)와 부딪혀 배터리 셀(100)의 에지부(170)가 손상되는 것을 방지 할 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)의 내부에 스웰링 시 배터리 셀(100)의 일부분이 부풀어, 다른 부분과 접촉으로 손상되는 것을 방지할 수 있다.
완충부(230)의 면 중 완충 공간(250)과 마주하는 면은 비접착면으로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 완충 공간(250)과 마추하는 완충부(230)의 면은 접착력을 가지는 면으로 제공될 수 있다. 이 경우, 완충 공간(250)과 마주하는 완충부(230) 면의 접착력은 접착부(210)의 접착면보다 접착력이 약하게 제공될 수 있다. 또는, 완충 공간(250)과 마주하는 완충부(230) 면의 접착력은 제1경사면(231), 제2경사면(233) 또는 수평면(235)의 접착면의 접착력보다 접착력이 약하게 제공될 수 있다. 완충 공간(250)과 마주하는 면이 약한 접착력이 제공되어, 외부의 충격 시 충격을 흡수하는 역할을 수행할 수 있다.
냉각 플레이트(300)는 배터리 셀(100)로부터 전달받은 열을 외부로 배출한다. 냉각 플레이트(300)는 배터리 셀(100)의 제3방향(16)의 하부에 위치한다. 냉각 플레이트(300)는 열전도가 좋은 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 냉각 플레이트(300)는 금속 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 냉각 플레이트(300)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 냉각 플레이트(300)는 열전도도가 좋은 다른 금속 재질로 제공될 수 있다.
냉각 플레이트(300)의 상부에는 복수개의 배터리 셀(100)이 위치한다. 냉각 플레이트(300)는 복수개의 배터리 셀(100)과 접촉된다. 냉각 플레이트(300)는 돌출부(310)와 수용부(330)를 가진다.
돌출부(310)와 수용부(330)는 복수개 제공된다. 돌출부(310)와 수용부(330)는 제1방향(12)을 따라서 교대로 위치한다.
돌출부(310)는 복수개의 배터리 셀(100)이 배치되는 방향과 수직한 방향인 제3방향(16)을 돌출될 수 있다. 돌출부(310)는 제2방향(14)으로 길게 연장되는 형상으로 제공될 수 있다. 돌출부(310)는 양측 가장 자리에서 중앙으로 갈수록 상향 경사지는 형상을 가질 수 있다. 돌출부(310)의 단면은 오각형의 형상으로 제공될 수 있다. 돌출부(310)의 제1방향(12)의 중심의 상부에는 접착부(210)가 위치한다. 돌출부(310)의 상면에는 수평면(235)이 결합될 수 있다. 돌출부(310), 수평면(235) 그리고 제1경사면(231) 및 제2경사면(233)은 순차적으로 제3방향(16)을 따라 위치될 수 있다.
수용부(330)는 인접하는 돌출부(310)들 사이에 위치한다. 수용부(330)는 복수개 제공될 수 있다. 복수개의 수용부(330)는 제1방향(12)을 따라서 위치될 수 있다. 수용부(330)는 제3방향(16) 아래로 오목한 형상을 제공될 수 있다. 수용부(330)는 제2방향(14)을 따라 길게 연장된 형상으로 제공될 수 있다. 수용부(330)에는 배터리 셀(100)의 실링부(160)가 위치될 수 있다. 복수개의 수용부(330)에는 각각 배터리 셀(100)들이 수용될 수 있다.
히트 싱크(400)는 냉각 플레이트(300)와 열교환 할 수 있다. 히트 싱크(400)는 냉각 플레이트(300)의 제3방향(16) 하부에 위치한다.
히트 싱크(400)는 챔버(410)를 가진다. 챔버(410)는 냉각 플레이트(300)와 동일하거나 큰 단면적으로 제공될 수 있다. 챔버(410)는 내부에 유로(미도시)가 형성될 수 있다. 유로에는 냉각 유체가 흐를 수 있다. 일 예로 냉각 유체는 냉각 수로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 냉각 유체는 공기로 제공될 수 있다. 챔버(410)에는 냉각 유체가 유입되는 유입관(미도시) 및 냉각 유체가 유출되는 유출관(미도시)이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 배터리 팩에는 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치가 더 포함될 수 있다. 일 예로 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩을 하나 이상 포함 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 배터리 모듈(10)의 제조 과정을 개략적으로 설명한다. 도 10은 도 1의 배터리 셀들 및 열전달 테이프를 결합시키는 것을 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 10을 참고하면, 배터리 셀(100)들을 냉각 플레이트(300)에 결합 시 하나의 배터리 셀(100)의 일면에 열전달 테이프(200)를 부착하여 냉각 플레이트(300)에 결합한다. 이후 다른 배터리 셀(100)을 냉각 플레이트(300)와 결합된 배터리 셀(100)의 일면과 접착시킨다. 이 때, 후속으로 부착되는 배터리 셀(100)의 면 중 이전의 배터리 셀(100)과 접착되는 면에는 열전달 테이프(200)가 부착되어 있지 않다. 후속으로 부착되는 배터리 셀(100)의 면 중 이전의 배터리 셀(100)과 접착되는 면의 반대방향의 면에는 미리 열전달 테이프(200)가 부착된다. 배터리 모듈(10)의 제조 시 미리 부착된 열전달 테이프(200)로 상술한 공정을 반복하여 배터리 셀(100)들과 냉각 플레이트(300)를 쉽게 결합 시킬 수 있다. 즉. 열전달 테이프(200)를 제공함으로써 배터리 모듈(10)의 제조 공정을 단순화 시킬 수 있다. 상술한 바와 같이 열전달 테이프(200)의 면에 접착성을 통해서 배터리 셀(100)을 고정시킬 수 있어, 제조 공정이 단순하여 제조 공정 시간을 단축할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 배터리 모듈(10)에서 배터리 셀(100)의 냉각 과정에 대해 설명한다.
배터리 셀(100)들에서 발생되는 열은 직접 냉각 플레이트(300)로 전달되거나, 배터리 셀(100)들의 에지부(170), 열전달 테이프(200) 그리고 냉각 플레이트(300)로 전달된다. 배터리 셀(100)들에서 발생되는 열이 직접 냉각 플레이트(300)로 전달되는 경우는 냉각 플레이트(300)의 수용부(330)와 접촉하는 배터리 셀(100)들의 부분, 이를 테면 실링부(160)의 외측 단부에서 직접 연결된다.
이와는 달리 열전달 테이프(200)를 통해서 냉각 플레이트(300)로 열이 전달 될 수 있다. 이 경우는 배터리 셀(100)들 사이에 위치하는 접착부(210)를 통해서 냉각 플레이트(300)로 열이 전달되거나, 배터리 셀(100)의 에지부(170)와 접촉하는 완충부(230)를 통해서 냉각 플레이트(300)로 열이 전달될 수 있다. 열전달 테이프(200)는 상술한 것처럼 열전도도가 좋은 재질로 제공되어, 배터리 셀(100)의 열을 냉각 플레이트(300)로 전달한다. 냉각 플레이트(300)로 전달된 열은 히트 싱크(400)와 열교환한다.
상술한 두 가지 경로를 따라서 배터리 셀(100)의 열을 외부로 전달하여 배터리 셀(100)들을 냉각 할 수 있다. 본 발명의 경우, 열전달 테이프(200)를 열전도성이 좋은 재질로 제공되어, 외부로 배터리 셀(100)의 열을 효과적으로 전달하여 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 향상 시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 열전달 테이프(200)를 통해서 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 열전달 테이프(200)의 완충부(230)를 통해서 외부의 충격으로부터 배터리 셀(100)을 보호할 수 있다. 또한, 열전달 테이프(200)를 통해서 배터리 모듈(10)의 제조 공정을 단순화하여 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 서로 대면하여 적어도 일방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리 셀;
    복수개의 상기 배터리 셀의 하부에 위치하는 냉각 플레이트; 및
    상기 냉각 플레이트로 상기 배터리 셀의 열을 전달하며, 상기 배터리 셀과 접착되는 열전달 테이프를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전달 테이프는,
    일측면 및 타측면이 각각 서로 다른 상기 배터리 셀과 면접촉하며, 상기 배터리 셀들을 접착시키는 접착부; 및 상기 배터리 셀의 에지부와 상기 냉각 플레이트 사이에 위치하는 완충부를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 완충부는 내부에 완충 공간을 가지는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 알루미늄 재질로 제공되며,
    상기 열전달 테이프는 그라파이트를 포함하는 재질로 제공되는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 완충부는,
    상기 배터리 셀들 중 어느 하나의 배터리 셀의 에지부와 접촉하는 제1경사면;
    상기 어느 하나의 배터리 셀과 인접하는 다른 하나의 배터리 셀의 에지부와 접촉하며, 상기 제1경사면과 일단이 연결되는 제2경사면; 및
    상기 냉각 플레이트와 접촉하며, 일단이 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면과 각각 연결되는 수평면을 포함하며,
    상기 제1경사면, 상기 제2경사면 그리고 상기 수평면은 서로 조합되어 내부에 상기 완충 공간을 이루는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는,
    상부에 상기 제1경사면 및 상기 제2경사면이 위치하며, 상기 수평면과 접촉하고, 복수개의 상기 배터리 셀이 배치되는 방향과 수직 방향으로 돌출되는 복수개의 돌출부; 및
    인접하는 상기 돌출부들 사이에 위치하며, 상기 배터리 셀의 에지부가 수용되는 복수개의 수용부를 가지는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출부는 양측 가장자리에서 중앙으로 갈수록 상향 경사지는 형상을 가지며, 상기 접착부는 상기 돌출부의 상부에 위치하는 배터리 모듈.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 완충부는 상기 배터리 셀의 에지부 및 상기 냉각 플레이트와 접촉되는 면에 접착면을 가지는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 완충 공간과 마주하는 상기 완충부의 면은 비접착면으로 제공되는 배터리 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 완충 공간과 마주하는 상기 완충부 면의 접착력은 상기 접착부의 접착면보다 접착력이 약하게 제공되는 배터리 모듈.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 내부에 냉각 유체가 흐르며, 상기 냉각 플레이트와 열교환하는 히트 싱크를 더 포함하는 배터리 모듈.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 면과 접촉하는 상기 접착부의 면적은 상기 배터리 셀의 면적보다 적은 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제13항의 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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