WO2018174414A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

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유재욱
윤지수
강달모
문정오
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack comprising such a battery module and a motor vehicle comprising such a battery pack.
  • a secondary battery having high applicationability and high electrical energy characteristics such as high energy density according to a product group is not only a portable device but also an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) driven by an electric driving source. It is applied universally.
  • the secondary battery is attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels is generated, but also no by-products of energy use are generated.
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • the operating voltage of such a unit secondary battery cell that is, a unit battery cell is about 2.5V to 4.6V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, the battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge / discharge capacity required for the battery pack. Therefore, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to the required output voltage or charge / discharge capacity.
  • the battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series / parallel, the battery module including at least one battery cell is configured first, and the battery pack is added by adding other components using the at least one battery module. How to configure it is common.
  • the battery pack of the multi-module structure is manufactured in a form in which a plurality of secondary batteries are concentrated in a narrow space, it is important to easily discharge heat generated from each secondary battery. Since the process of charging or discharging the secondary battery is performed by an electrochemical reaction, if the heat of the battery module generated in the charging / discharging process is not effectively removed, thermal accumulation occurs and consequently, deterioration of the battery module is promoted. May ignite or explode.
  • a high output large capacity battery module and a battery pack to which it is mounted require a cooling device to cool the battery cells embedded therein.
  • a battery module employs a cooling structure in which a thermal interface material (TIM) is contacted between the battery cells and a heat sink to radiate heat for such cooling.
  • TIM thermal interface material
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of maximizing cooling performance, a battery pack including such a battery module, and an automobile including the battery pack.
  • a battery module a plurality of battery cells stacked on each other;
  • a cell housing accommodating the plurality of battery cells;
  • a top plate covering all upper sides of the cell housing and electrically connected to any one of positive and negative electrodes of the plurality of battery cells;
  • a bottom plate disposed opposite to the top plate to cover all of the lower sides of the cell housing, and a bottom plate electrically connected to the other one of the positive and negative electrodes of the plurality of battery cells.
  • the battery module may include a phase change material filled in the cell housing so that the plurality of battery cells may be partially locked and guide cooling of the plurality of battery cells.
  • the battery module may be mounted on an upper side of the top plate and include a heat sink for cooling the plurality of cells.
  • the phase change material may be vaporized when the temperature of the plurality of battery cells rises to move to the top plate side, and may be liquefied by the heat sink to move to the bottom plate side.
  • a guide rib may be provided on the inner wall of the cell housing to guide movement of the liquefied phase change material toward the bottom plate.
  • the battery module may include at least one cell fixing member configured to fix the plurality of battery cells to prevent movement of the plurality of battery cells in the cell housing.
  • the cell fixing member is provided in a pair, wherein the pair of cell fixing members include: an upper cell fixing member into which an upper portion of the plurality of battery cells is inserted and fixed to an inner upper side of the cell housing; And a lower cell fixing member inserted into a lower portion of the plurality of battery cells and fixed to an inner lower side of the cell housing.
  • a plurality of cell insertion holes for inserting the plurality of battery cells may be formed in the upper cell fixing member and the lower cell fixing member.
  • the edge of the top plate may be seamed and bonded to the edge of the cell housing.
  • the top plate may be welded to one of the electrodes of the plurality of battery cells.
  • the bottom plate may be welded to another electrode of the plurality of battery cells.
  • the plurality of battery cells may be a cylindrical secondary battery.
  • the present invention a battery pack, at least one battery module according to the above embodiments; It provides a battery pack comprising a; and a pack case for packaging the at least one battery module.
  • the present invention provides a vehicle, including as a vehicle, at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • a battery module capable of maximizing cooling performance a battery pack including such a battery module, and a vehicle including the battery pack may be provided.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view for explaining the coupling of the top plate and the cell housing of the battery module of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for describing electrode connection between battery cells of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a view for explaining a cooling principle of the battery module of FIG.
  • FIG. 7 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery module of Figure 1
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the battery module of Figure 1
  • Figure 4 is
  • Figure 6 is a cooling principle of the battery module of Figure 1 A diagram for explaining.
  • the battery module 10 may include a battery cell 100, a cell housing 200, at least one cell fixing member 300 and 400, a heat sink 500, and a phase change material ( 600), a top plate 700, and a bottom plate 800 may be included.
  • the battery cells 100 may be provided in plurality, and the plurality of battery cells 100 may be provided as cylindrical secondary batteries.
  • the plurality of battery cells 100 may be stacked and electrically connected to each other.
  • a positive electrode 110 may be provided at an upper center of the plurality of battery cells 100, and a negative electrode 130 may be provided on an outer surface and a bottom surface of the plurality of battery cells 100 including edges of the plurality of battery cells 100.
  • the cell housing 200 may accommodate the plurality of battery cells 100. To this end, the cell housing 200 may be provided with an accommodation space for accommodating the plurality of battery cells 100.
  • a guide rib 220 may be provided inside the cell housing 200.
  • the guide rib 200 is provided on the inner wall of the cell housing 200 and guides the movement of the phase change material 600 downward when the phase change material 600 is liquefied (L). have.
  • the guide rib 200 may guide a faster movement of the phase change material 600 to be liquefied (L) later to the bottom plate 800.
  • the at least one cell fixing member 300 or 400 may fix the plurality of battery cells 100 to prevent movement of the plurality of battery cells 100 in the cell housing 200.
  • the cell fixing members 300 and 400 may be provided in pairs.
  • the pair of cell fixing members 300 and 400 may include an upper cell fixing member 300 and a lower cell fixing member 400.
  • the upper cell fixing member 300 may have an upper portion of the plurality of battery cells 100 inserted therein and may be fixed to an inner upper side of the cell housing 200. To this end, the upper cell fixing member 300 may be formed with a plurality of cell insertion holes 350 into which the top of the plurality of battery cells 100 is inserted.
  • the lower cell fixing member 400 may have a lower portion of the battery cells 100 inserted therein and be fixed to an inner lower side of the cell housing 200. To this end, the lower cell fixing member 400 may have a plurality of cell insertion holes 450 into which lower portions of the plurality of battery cells 100 are inserted.
  • the heat sink 500 is for cooling the plurality of battery cells 100 and may be mounted on an upper side of the top plate 700 to be described later.
  • the heat sink 500 may be mounted to the cell housing 200 instead of the top plate 700 to be described later.
  • the phase change material 600 is to guide cooling of the plurality of battery cells 100 and may be partially filled in the cell housing 200. Accordingly, the plurality of battery cells 100 may be partially locked to the phase change material 600 in the cell housing 200.
  • the phase change material 600 is vaporized (V) when the temperature rise of the plurality of battery cells 100 moves to the side of the top plate 700 which will be described later, and is liquefied by the heat sink 500 to be described later. It can be moved to the bottom plate 800 side.
  • This vaporization (V) and liquefaction (L) may be repeated cyclically, through which, the cooling of the battery cells 100 can be made more effectively.
  • the phase change material 600 may be formed of a material having a low boiling point of fluorine series for more effective circulation.
  • the phase change material 600 may be provided with a material having a boiling point between 35 degrees and 50 degrees.
  • the phase change material 600 may include a material having a digestive function. Accordingly, when a fire occurs in the battery module 10, the fire may be quickly suppressed through the phase change material 600.
  • the top plate 700 may be combined with the cell housing 200 to cover all of the upper side of the cell housing 200.
  • the top plate 700 may be coupled to the cell housing 200 through a seaming structure. This is to maximize the airtight structure of the cell housing 200 and to prevent evaporation of the phase change material 600 in the cell housing 200.
  • the seaming structure may be formed at an edge of the top plate 700 and an upper edge of the cell housing 200. That is, the edge of the top plate 700 may be seamed and bonded to the upper edge of the cell housing 200.
  • the top plate 700 may be electrically connected to any one electrode 110 of the positive electrode 110 and the negative electrode 130 of the plurality of battery cells 100.
  • the top plate 700 will be described as being electrically connected to the anodes 110 of the plurality of battery cells 100.
  • the top plate 700 may be made of a metal material, and may be welded to the anodes 110 of the plurality of battery cells 100. That is, in the present embodiment, the top plate 700 may function not only as a cover for sealing the cell housing 200 but also as a bus bar for electrical connection of the battery cells 100.
  • both of these functions may be implemented through the top plate 700, a separate bus bar structure for connecting the anodes 110 of the battery cells 100 is not required. Do not.
  • the top plate 700 may be insulated from the coupling portion with the cell housing 200.
  • the top plate 700 may be insulated from the edge portion to be seamed and insulated from the cell housing 200. If the cell housing 200 is made of a non-metal material instead of a metal material, such an insulation treatment may be omitted.
  • the bottom plate 800 may be disposed to face the top plate 700 to cover all of the lower side of the cell housing 200.
  • the bottom plate 800 may be integrally formed in the cell housing 200 or may be separately provided and mounted on the bottom of the cell housing 200.
  • the bottom plate 800 may be electrically connected to the other electrodes 130 of the positive electrode 110 and the negative electrode 130 of the plurality of battery cells 100.
  • the bottom plate 800 since the top plate 700 is electrically connected to the positive electrodes 110 of the plurality of battery cells 100, the bottom plate 800 is a negative electrode of the plurality of battery cells 100. It will be described as limited to the electrical connection with the field 130.
  • the bottom plate 800 functions not only as a cover for sealing the bottom of the cell housing 200 but also as a bus bar for electrical connection of the battery cells 100 together with the top plate 700. can do.
  • the bottom plate 800 may be made of a metal material, and may be welded to the cathodes 130 of the plurality of battery cells 100.
  • the cell housing 200 may also be provided with a metal material.
  • the cell housing 200 may be insulated from the coupling portion with the top plate 700 as described above to insulate the top plate 700.
  • the cell housing 200 may be formed of a non-metallic material, and in this case, the insulation treatment may be omitted.
  • the battery cells since the sealing of the cell housing 200 and the electrical connection of the negative electrodes 130 of the battery cells 100 may be realized through the bottom plate 800, the battery cells may be implemented.
  • a separate busbar structure for connecting the cathodes 130 of 100 is not required.
  • the top plate 700 and the bottom plate 800 for sealing the cell housing 200 are used for electrical connection of the electrodes 110 and 130 of the battery cells 100. Since the bus bar function is also implemented, an additional additional bus bar structure may be omitted, thereby reducing manufacturing cost of the battery module 10 and improving manufacturing efficiency.
  • the battery module 10 may further secure the volume of the battery cells 100 by the volume of a separate additional busbar structure, which is omitted in terms of energy density.
  • the battery module 10 according to the present embodiment may also maximize cooling performance through the phase change material 600.
  • FIG. 7 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 may include at least one battery module 10 and a pack case 50 for packaging the at least one battery module 10 according to the previous embodiment.
  • the battery pack 1 may be provided in a vehicle as a fuel source of the vehicle.
  • the battery pack 1 may be provided in a motor vehicle in an electric vehicle, a hybrid car and other ways in which the battery pack 1 may be used as a fuel source.
  • the battery pack 1 may also be provided in other devices, devices, and facilities, such as an energy storage system using a secondary battery, in addition to the vehicle.
  • the device, the apparatus, and the facility having the battery pack 1 and the battery pack 1 such as the vehicle according to the present embodiment include the battery module 10 described above, and thus, the battery module described above.
  • the battery pack 1 having all the advantages of (10) and devices, devices, and facilities such as automobiles having the battery pack 1 can be implemented.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들, 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 셀 하우징, 셀 하우징의 상측을 모두 커버하며, 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극 중 어느 하나의 전극들과 전기적으로 연결되는 탑 플레이트 및 탑 플레이트와 대향 배치되어 셀 하우징의 하측을 모두 커버하며, 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극 중 다른 하나의 전극들과 전기적으로 연결되는 바텀 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 03월 21일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2017-0035398호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다. 이차전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 전기 화학적 반응에 의하여 이루어지므로, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 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 냉각장치가 반드시 필요하다.
종래 배터리 모듈은, 일반적으로, 이러한 냉각을 위해 배터리 셀들과 히트 싱크 사이에 열전도물질(Thermal Interface Material; TIM)을 접촉시켜 열을 내보내는 냉각 구조를 적용하였다.
그러나, 이러한 종래 냉각 구조에서는 낮은 냉각 성능으로 인해 배터리 모듈 및 배터리 팩, 나아가 이들 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구비하는 전기 자동차 등의 성능을 높이기 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 냉각 성능을 극대화할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들; 상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 셀 하우징; 상기 셀 하우징의 상측을 모두 커버하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극 중 어느 하나의 전극들과 전기적으로 연결되는 탑 플레이트; 및 상기 탑 플레이트와 대향 배치되어 상기 셀 하우징의 하측을 모두 커버하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극 중 다른 하나의 전극들과 전기적으로 연결되는 바텀 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 배터리 모듈은, 상기 셀 하우징 내에 상기 복수 개의 배터리 셀들이 부분적으로 잠길 수 있게 채워지며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 냉각을 가이드하기 위한 상변화물질;을 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 탑 플레이트의 상측에 장착되며, 상기 복수 개의 셀들을 냉각시키기 위한 히트 싱크;를 포함할 수 있다.
상기 상변화물질은, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 온도 상승 시 기화되어 상기 탑 플레이트 측으로 이동하며, 상기 히트 싱크에 의해 액화되어 상기 바텀 플레이트 측으로 이동할 수 있다.
상기 셀 하우징의 내벽 상측에는, 상기 액화된 상기 상변화물질의 상기 바텀 플레이트 측으로의 이동을 가이드하는 가이드 리브;가 구비될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 셀 하우징 내에서 상기 복수 개의 배터리 셀들의 이동을 방지할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들을 고정하는 적어도 하나의 셀 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 셀 고정부재는, 한 쌍으로 마련되며, 상기 한 쌍의 셀 고정부재들은, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 상부가 삽입되며, 상기 셀 하우징의 내부 상측에 고정되는 상측 셀 고정부재; 및 상기 복수 개의 배터리 셀들의 하부가 삽입되며, 상기 셀 하우징의 내부 하측에 고정되는 하측 셀 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 상측 셀 고정부재 및 상기 하측 셀 고정부재에는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 삽입을 위한 복수 개의 셀 삽입홀들;이 형성될 수 있다.
상기 탑 플레이트의 테두리는, 상기 셀 하우징의 테두리와 시밍 접합될 수 있다.
상기 탑 플레이트는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 어느 하나의 전극들과 용접 결합될 수 있다.
상기 바텀 플레이트는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 다른 하나의 전극들과 용접 결합될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들은, 원통형 이차 전지일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 극대화할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 탑 플레이트와 셀 하우징의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀들의 전극 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 냉각 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈의 단면도이며, 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 탑 플레이트와 셀 하우징의 결합을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀들의 전극 연결을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 냉각 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 셀 하우징(200), 적어도 하나의 셀 고정부재(300, 400), 히트 싱크(500), 상변화물질(600), 탑 플레이트(700) 및 바텀 플레이트(800)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은 원통형 이차 전지로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은 상호 적층되어 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상부 중앙에는 양극(110)이 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 테두리를 포함한 외측면 및 저면에는 음극(130)이 구비될 수 있다.
상기 셀 하우징(200)은 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 셀 하우징(200)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 셀 하우징(200)의 내부에는 가이드 리브(220)가 마련될 수 있다.
상기 가이드 리브(200)는 상기 셀 하우징(200)의 내벽 상측에 구비되며, 후술하는 상변화물질(600)의 액화(L) 시 상기 상변화물질(600)의 하측으로의 이동을 가이드할 수 있다. 구체적으로, 상기 가이드 리브(200)는 후술하는 액화(L)되는 상변화물질(600)의 후술하는 바텀 플레이트(800) 측으로의 보다 더 빠른 이동을 가이드할 수 있다.
상기 적어도 하나의 셀 고정부재(300, 400)는 상기 셀 하우징(200) 내에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 이동을 방지할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 고정할 수 있다.
이러한 상기 셀 고정부재(300, 400)는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 셀 고정부재들(300, 400)은, 상측 셀 고정부재(300) 및 하측 셀 고정부재(400)로 이루어질 수 있다.
상기 상측 셀 고정부재(300)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상부가 삽입되며, 상기 셀 하우징(200)의 내부 상측에 고정될 수 있다. 이를 위해, 상기 상측 셀 고정부재(300)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상부가 삽입되는 복수 개의 셀 삽입홀들(350)이 형성될 수 있다.
상기 하측 셀 고정부재(400)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 하부가 삽입되며, 상기 셀 하우징(200)의 내부 하측에 고정될 수 있다. 이를 위해, 상기 하측 셀 고정부재(400)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 하부가 삽입되는 복수 개의 셀 삽입홀들(450)이 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크(500)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 냉각시키기 위한 것으로서, 후술하는 탑 플레이트(700)의 상측에 장착될 수 있다. 이러한 상기 히트 싱크(500)는 후술하는 탑 플레이트(700)의 상측 대신에 상기 셀 하우징(200)에 장착되는 것도 가능할 수 있다.
상기 상변화물질(600)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 냉각을 가이드하기 위한 것으로서, 상기 셀 하우징(200) 내에 부분적으로 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은 상기 셀 하우징(200) 내에서 상기 상변화물질(600)에 부분적으로 잠길 수 있다.
상기 상변화물질(600)은 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 온도 상승 시 기화(V)되어 후술하는 탑 플레이트(700) 측으로 이동하며, 상기 히트 싱크(500)에 의해 액화(L)되어 후술하는 바텀 플레이트(800) 측으로 이동할 수 있다. 이러한 기화(V) 및 액화(L)는 순환 반복될 수 있으며, 이를 통해, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각은 보다 더 효과적으로 이루어질 수 있다.
상기 상변화물질(600)은 보다 효과적인 순환을 위해 불소 계열의 낮은 끓는점을 갖는 물질로 마련될 수 있다. 예로써, 상기 상변화물질(600)은 35도 내지 50도 사이의 끓는점을 갖는 물질로 구비될 수 있다. 아울러, 상기 상변화물질(600)은 소화 기능을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(10) 내에서 화재 발생 시 상기 상변화물질(600)을 통해 신속히 화재를 진압할 수 있다.
상기 탑 플레이트(700)는 상기 셀 하우징(200)의 상측을 모두 커버할 수 있게 상기 셀 하우징(200)과 결합될 수 있다. 여기서, 상기 탑 플레이트(700)는 상기 셀 하우징(200)과 시밍 구조를 통해 결합될 수 있다. 이는 상기 셀 하우징(200)의 기밀 구조를 극대화하기 위한 것으로서, 상기 셀 하우징(200) 내의 상기 상변화물질(600)의 증발을 방지하기 위함이다. 상기 시밍 구조는 상기 탑 플레이트(700)의 테두리 및 상기 셀 하우징(200)의 상측 테두리에서 이루어질 수 있다. 즉, 상기 탑 플레이트(700)의 테두리는 상기 셀 하우징(200)의 상측 테두리와 시밍 접합될 수 있다.
상기 탑 플레이트(700)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극(110) 및 음극(130) 중 어느 하나의 전극들(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 탑 플레이트(700)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극들(110)과 전기적으로 연결되는 것으로 한정하여 설명한다.
이를 위해, 상기 탑 플레이트(700)는 금속 재질로 마련될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극들(110)과 용접 결합될 수 있다. 즉, 본 실시에에서 상기 탑 플레이트(700)는 상기 셀 하우징(200)을 밀봉하기 위한 커버로서 기능할 뿐만 아니라 상기 배터리 셀들(100)의 전기적 연결을 위한 버스바로서도 기능할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 탑 플레이트(700)를 통해 이와 같은 두 가지 기능을 모두 구현할 수 있기에, 상기 배터리 셀들(100)의 양극들(110) 연결을 위한 별도의 버스바 구조물이 요구되지 않는다.
한편, 상기 탑 플레이트(700)와 상기 셀 하우징(200) 사이의 절연을 위해, 상기 탑 플레이트(700)는 상기 셀 하우징(200)과의 결합 부분에서 절연 처리될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 탑 플레이트(700)는 상기 시밍 접합되는 테두리 부분에서 절연 처리되어 상기 셀 하우징(200)과 절연될 수 있다. 만약, 셀 하우징(200)이 금속 재질이 아닌 비금속 재질로 구비된다면 이와 같은 절연 처리가 생략될 수 있다.
상기 바텀 플레이트(800)는 상기 탑 플레이트(700)와 대향 배치되어 상기 셀 하우징(200)의 하측을 모두 커버할 수 있다. 이러한 상기 바텀 플레이트(800)는 상기 셀 하우징(200)에 일체로 형성되거나 또는 별도로 구비되어 상기 셀 하우징(200)의 저부에 장착될 수 있다.
이러한 상기 바텀 플레이트(800)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극(110) 및 음극(130) 중 다른 하나의 전극들(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 탑 플레이트(700)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 양극들(110)과 전기적으로 연결되기에, 상기 바텀 플레이트(800)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 음극들(130)과 전기적으로 연결되는 것으로 한정하여 설명한다.
이처럼, 상기 바텀 플레이트(800)는 상기 셀 하우징(200)의 저부를 밀봉하기 위한 커버로서 기능할 뿐만 아니라 상기 탑 플레이트(700)와 함께 상기 배터리 셀들(100)의 전기적 연결을 위한 버스바로서도 기능할 수 있다.
이를 위해, 상기 바텀 플레이트(800)는 금속 재질로 마련될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 음극들(130)과 용접 결합될 수 있다. 한편, 상기 바텀 플레이트(800)가 상기 셀 하우징(200)에 일체로 형성될 경우, 상기 셀 하우징(200), 또한, 금속 재질로 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 셀 하우징(200)은 상기 탑 플레이트(700)와의 절연을 위해 앞서 살펴 본 바와 같이 상기 탑 플레이트(700)와 결합 부분에 절연 처리될 수 있다. 상기 바텀 플레이트(800)가 상기 셀 하우징(200)에 별도로 장착되는 구조라면, 상기 셀 하우징(200)은 비금속 재질로 마련될 수 있으며, 이 경우, 상기 절연 처리를 생략할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 바텀 플레이트(800)를 통해 이와 같은 상기 셀 하우징(200)의 밀봉 및 배터리 셀들(100)의 음극들(130)의 전기적 연결을 모두 구현할 수 있기에, 상기 배터리 셀들(100)의 음극들(130) 연결을 위한 별도의 버스바 구조물이 요구되지 않는다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 셀 하우징(200)을 밀봉하기 위한 상기 탑 플레이트(700) 및 상기 바텀 플레이트(800)가 상기 배터리 셀들(100)의 전극들(110, 130)의 전기적 연결을 위한 버스바 기능도 함께 구현하기에, 별도의 추가적인 버스바 구조물이 생략될 수 있어, 상기 배터리 모듈(10)의 제조 비용을 줄이며, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은 에너지 밀도 측면에서도 생략되는 별도의 추가적인 버스바 구조물의 부피만큼 배터리 셀들(100)의 용적을 보다 더 확보할 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은 상기 상변화물질(600)을 통해 냉각 성능 또한 극대화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (14)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들;
    상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 셀 하우징;
    상기 셀 하우징의 상측을 모두 커버하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극 중 어느 하나의 전극들과 전기적으로 연결되는 탑 플레이트; 및
    상기 탑 플레이트와 대향 배치되어 상기 셀 하우징의 하측을 모두 커버하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양극 및 음극 중 다른 하나의 전극들과 전기적으로 연결되는 바텀 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 하우징 내에 상기 복수 개의 배터리 셀들이 부분적으로 잠길 수 있게 채워지며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 냉각을 가이드하기 위한 상변화물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탑 플레이트의 상측에 장착되며, 상기 복수 개의 셀들을 냉각시키기 위한 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상변화물질은,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 온도 상승 시 기화되어 상기 탑 플레이트 측으로 이동하며, 상기 히트 싱크에 의해 액화되어 상기 바텀 플레이트 측으로 이동하는 것을 특징으로 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀 하우징의 내벽 상측에는,
    상기 액화된 상기 상변화물질의 상기 바텀 플레이트 측으로의 이동을 가이드하는 가이드 리브;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 하우징 내에서 상기 복수 개의 배터리 셀들의 이동을 방지할 수 있게 상기 복수 개의 배터리 셀들을 고정하는 적어도 하나의 셀 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 셀 고정부재는,
    한 쌍으로 마련되며,
    상기 한 쌍의 셀 고정부재들은,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 상부가 삽입되며, 상기 셀 하우징의 내부 상측에 고정되는 상측 셀 고정부재; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 하부가 삽입되며, 상기 셀 하우징의 내부 하측에 고정되는 하측 셀 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상측 셀 고정부재 및 상기 하측 셀 고정부재에는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 삽입을 위한 복수 개의 셀 삽입홀들이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탑 플레이트의 테두리는,
    상기 셀 하우징의 테두리와 시밍 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 탑 플레이트는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 어느 하나의 전극들과 용접 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 바텀 플레이트는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 다른 하나의 전극들과 용접 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀들은,
    원통형 이차 전지인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
PCT/KR2018/002007 2017-03-21 2018-02-19 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 WO2018174414A1 (ko)

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