WO2019098507A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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정한용
윤석진
양근주
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the battery module. More particularly, the present invention relates to a battery module having a heat transfer structure in which the temperature of a plurality of battery cells is efficiently regulated, And a battery pack including the battery module.
  • Lithium secondary batteries as a unit battery constituting a battery pack are relatively flexible in shape, light in weight, and excellent in safety, so that demand for portable electronic devices such as mobile phones, camcorders, and notebook computers is increasing.
  • lithium secondary batteries are widely used not only in small-sized devices such as portable electronic devices but also in medium to large-sized devices such as automobiles and power storage devices.
  • the shape of the secondary battery is classified according to the shape of the battery case.
  • the secondary battery is classified into a cylindrical battery and a prismatic battery.
  • the electrode assembly is embedded in the pouch-shaped case of the aluminum laminate sheet, it is classified as a pouch type battery.
  • the electrode assembly included in the battery case is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure inserted between the positive electrode and the negative electrode, and is chargeable / dischargeable.
  • the shape of the cylindrical electrode assembly is formed into a jelly-roll shape in which a long sheet-like anode coated with an electrode active material, a separator and a cathode are sequentially laminated and wound.
  • the battery pack when the battery pack is used for a long period of time, heat is generated in the battery pack.
  • the battery pack having such a large capacity accumulates much heat as the amount of current increases during charging or discharging. If the heat generated at this time is not sufficiently removed, the performance of the battery pack may deteriorate, and may even result in ignition or explosion.
  • the battery pack includes a cooling member.
  • the battery pack having the cooling member will be described in detail with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a structural view of a conventional battery pack.
  • a conventional battery pack has a cooling member disposed on each side of a plurality of cylindrical battery cells.
  • the structure of the battery pack as described above has a plurality of cooling members, the inner space of the battery pack is reduced, and when the circular cell is driven, heat is generated at the upper and lower portions of the cell, The efficiency is reduced.
  • Patent Document 1 KR2017-0004172 A
  • the present invention provides a battery module having more battery cells in the same space and increasing the cooling efficiency, and a battery pack including the battery module.
  • a battery module includes a plurality of battery cells.
  • the battery module includes an upper frame for transmitting heat generated from the plurality of battery cells, an upper heat radiating member disposed below the upper frame,
  • a battery cell assembly having a plurality of battery cells arranged adjacent to each other and having a structure in which a negative pole is positioned on an upper side and a positive pole is disposed on a lower side of the heat dissipating member,
  • a lower radiating member having a through hole formed at a position corresponding to an end of a positive (+) pole terminal of each battery cell, and an engaging portion located below the lower radiating member and connected to the upper frame, And a lower frame that receives or transfers heat to the upper frame.
  • the battery cell assembly further includes a cell fixing frame for fixing the plurality of battery cells.
  • a heat dissipating member receiving groove having a predetermined depth is formed on the upper surface and the lower surface so that the upper heat radiating member and the lower heat radiating member can be seated at a predetermined position.
  • the battery module further includes a metal plate that contacts the upper and lower surfaces of the plurality of battery cells in the battery cell assembly and electrically connects the positive and negative terminals of the plurality of battery cells, respectively .
  • the metal plate has through holes at positions corresponding to positive (+) and negative (-) terminals of the plurality of battery cells, respectively.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention is configured for thermal control between a plurality of battery modules constituted by a plurality of battery cells, wherein a positive pole is located on the upper side and a negative pole is located on the lower side
  • a plurality of battery cells are disposed in a heat transfer frame, a first battery module portion disposed below the first battery module portion to control a temperature of the plurality of battery cells, And a second battery module part having a structure in which a plurality of battery cells having a negative (-) pole on the upper side and a positive (+) pole on the lower side are accommodated in the heat transfer frame.
  • the first battery module unit includes a first upper heat transfer frame for discharging heat generated in the plurality of battery cells to the outside, a second upper heat transfer frame disposed between the first upper heat transfer frame and the plurality of battery cells, A first upper heat radiation member having a through hole at a position corresponding to an end portion of the positive electrode terminal, a first lower heat radiation member positioned below the plurality of battery cells, And a first lower frame connected to the first upper heat transfer frame for transferring heat transferred from the first upper heat transfer frame to the temperature control unit or receiving heat from the temperature control unit.
  • the second battery module part may include a second upper heat transfer frame positioned below the temperature adjusting part and receiving heat from the temperature adjusting part or transferring heat generated in the plurality of battery cells to the temperature adjusting part, A second upper heat dissipating member positioned between the heat transfer frame and the plurality of battery cells, a through hole formed at a lower portion of the plurality of battery cells and corresponding to an end of a positive terminal of each battery cell, A second lower heat-dissipating member, a second lower heat-radiating member, a second lower heat-radiating member, and a second upper heat- 2 bottom heat transfer frame.
  • the heat transfer frame of the first battery module unit and the second battery module unit may further include a temperature control unit mounting groove formed at a contact surface of the heat transfer frame in contact with the temperature control unit so that the temperature control unit is disposed inside the heat transfer frame do.
  • the temperature regulating unit is formed in a configuration in which a cooling member, a heating member or a cooling member and a heating member are combined.
  • the battery module and the battery pack including the battery module according to the embodiment of the present invention are arranged such that the heat radiating member is disposed above / below the side of the battery cell to increase the cooling efficiency of the battery cell, And a positive (+) pole cap is opened to ignite gas, flame, and discharge when the ignition is performed, so that the battery module and the battery pack can be safely driven.
  • FIG. 1 is a structural view of a conventional battery pack.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side enlarged view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a heat transfer flowchart of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a temperature change of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flow diagram of heat transfer by a cooling member in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a heat transfer flow chart by a heating member in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of identifying one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
  • first component may be referred to as a second component
  • second component may also be referred to as a first component.
  • the terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention.
  • the singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
  • a battery module according to an embodiment of the present invention is housed inside a frame capable of transferring heat to a plurality of battery cells. Further, the battery module includes a heat dissipating member having a plurality of through holes formed therein so that a cap opening of positive (+) terminals of the battery cell for ejecting gas, flame, and discharge may occur during ignition. Accordingly, the battery module quickly discharges heat generated from the battery cell, and the cap is opened easily when the battery module is ignited, so that the battery module can be safely operated.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 100 includes an upper frame 110 for transmitting heat generated in the battery cell assembly 130, A plurality of battery cells having a structure in which a negative pole is positioned on the upper side and a positive pole is positioned on the lower side of the member 120 and the lower heat dissipating member 120, A lower heat dissipating member 140 and a lower heat dissipating member 140 which are located below the battery cell assembly 130 and have through holes at positions corresponding to the ends of the positive electrode terminals of the battery cells, And a lower frame 150 connected to the upper frame 110 to receive heat from the upper frame 110 or to transmit heat to the upper frame 110.
  • the configuration of the battery module 100 will be described in more detail below.
  • the upper frame 110 and the lower frame 150 transmit heat generated from the respective electrodes of the plurality of battery cells to each other and discharge the heat to the outside.
  • the upper frame 110 and the lower frame 150 can be made of a material having high thermal conductivity.
  • aluminum may be used as the material, but is not limited thereto.
  • the upper frame 110 forms an upper end of the entire battery module
  • the lower frame 150 forms a lower end of the entire battery module to protect the inside of the battery module.
  • the upper frame 110 and the lower frame 150 are provided with coupling portions at their side portions so as to be mutually coupled.
  • the coupling portion may be formed in various shapes such that one frame is 'A' and the other frame is 'B', but not limited thereto, so that the coupling can be performed.
  • the lower frame 150 may further include a heat dissipating member extension groove having a predetermined depth on a part of the upper surface thereof to further secure a space of the lower heat dissipating member 140.
  • the thickness of the lower heat radiation member 140 is greater than the thickness of the upper heat radiation member 120 and the thickness corresponding to the height formed by the heat radiation member mounting groove 131_2, which will be described later, .
  • the expanded space thus formed can be accommodated even when the amount of flame, gas, and discharge discharged from the positive terminal at the time of ignition is large.
  • the upper heat radiation member 120 and the lower radiation member 140 are formed in contact with the upper frame 110 and the lower frame 150 so that the heat generated from the plurality of battery cells can be transmitted to the upper frame 110 And the lower frame 150 so that the heat can be discharged to the outside.
  • the upper heat radiation member 120 and the lower heat radiation member 140 may be formed in the form of a pad. In one embodiment, when the upper heat radiation member 120 and the lower heat radiation member 140 are formed of silicon pads, insulation may be ensured.
  • the upper heat radiation member 120 is formed in a flat plate-like shape so as to cover the entire upper surface of the plurality of battery cells, and the lower heat radiation member 140 is formed in a shape of a plate, A through hole is formed at a position corresponding to the through hole.
  • the cap of the positive (+) pole terminal is opened by the pressure in the battery cell to prevent further combustion and explosion, and the cap of the opened positive So that the gas, the flame, and the discharged material can be ejected through the through holes of the lower heat radiation member 140.
  • the battery cell assembly 130 is disposed between the upper heat radiation member 120 and the lower heat radiation member 140 so that a negative pole is located on the upper side and a positive pole is located on the lower side.
  • a plurality of battery cells are arranged adjacent to each other and are in contact with the upper heat radiation member 120 and the lower heat radiation member 140, respectively.
  • the structure of the battery cell assembly 130 will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG 3 is a side view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell assembly 130 further includes a cell fixing frame 131 for fixing the plurality of battery cells 132.
  • the cell fixing frame 131 may be divided into upper and lower ends, and the upper and lower ends thereof are formed in a similar shape to the coupling parts of the upper and lower frames 110 and 150.
  • the battery cell assembly 130 includes a plurality of through-holes 131_1 communicated in a vertical direction so that one end of the circular battery cell can be inserted and fixed.
  • the diameter of the through-hole 131_1, which is in contact with the end of the battery cell inserted in the through-hole 131_1, is smaller than the diameter of the body of the circular battery cell so that the battery cell is not discharged to the outside.
  • the positive (+) pole of the battery cell may be opened during the ignition of the battery cell, so that the gas, flame, and discharged material are formed in a predetermined diameter range or more.
  • the cell fixing frame 131 includes a heat dissipating member seating groove 131_2 formed at a predetermined depth on the upper and lower surfaces so that the upper and lower heat dissipating members 120 and 140 can be seated in a predetermined position .
  • the upper and lower heat dissipating members 120 and 140 are disposed above / below the plurality of battery cells 132 so that the heat dissipating member seating groove 131_2 can be easily disposed without a separate attachment member. do. This may cause heat to be generated in the attaching portion to which the attaching member is attached, so that heat dissipation efficiency may be reduced.
  • the battery cell used herein means a cylindrical battery cell
  • the cell fixing frame is made of an insulating material.
  • the battery module 100 may include a metal (not shown) that electrically contacts the upper and lower surfaces of the plurality of battery cells in the battery cell assembly 130 to electrically connect the positive and negative terminals of the plurality of battery cells, And a plate 160, which will be described in more detail with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a side enlarged view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the metal plate 160 is formed with through holes 161 at positions corresponding to positive (+) and negative (-) terminals of the plurality of battery cells. More precisely, a through hole 161 is formed at a position corresponding to an end of the electrode terminal, and a connection terminal 162 formed inside the through hole is in contact with the plurality of battery cells to electrically connect the plurality of battery cells.
  • the through holes 161 are formed so that gas, flame, and discharge can be discharged to positive (+) electrodes of the battery cells when ignition is generated in the plurality of battery cells.
  • the negative (-) pole of the battery cell during charging / discharging through the connection terminal 162 has a higher calorific value than the positive pole of the battery cell, so that the metal plate 160 is electrically connected through the through- And the plurality of battery cells 132 may be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the metal plate 160 may be made of copper, and the connection terminal 162 may be made of nickel. This makes it possible to easily dissipate heat even in the metal plate 160 by using nickel, which is easy to be welded, as the connection terminal 162 and copper as a base of the metal plate which is not suitable for resistance welding due to low resistance, .
  • the metal plate 160 is disposed in the heat dissipation member seating groove 131_2 of the cell fixing frame 131 together with the upper heat dissipation member 120 and the lower heat dissipation member 140.
  • the metal plate 160 is positioned between the lower portion of the upper heat releasing member 120 and the upper portion of the plurality of battery cells 132, and the lower portion of the battery cells 132 and the lower heat- (140).
  • the heat dissipation member can be easily disposed in a proper position without a separate fixing structure, and heat transfer can be performed more rapidly as the heat dissipation member is formed in contact with the heat dissipation member.
  • FIG. 5 is a heat transfer flowchart of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a heat transfer path in which heat generated in the plurality of battery cells 123 is discharged to the outside.
  • the battery cell 132 a large amount of heat is generated during charging / discharging. Heat generated in the battery cell is transmitted to the heat dissipating members 120 and 140 through the metal plate 160 and the heat dissipating member 120 quickly transfers heat to the frames 110 and 150.
  • the heat transmitted to the frames 110 and 150 is emitted to the outside through the upper, lower and both side portions of the frames 110 and 150.
  • the lower part of the frames 110 and 150 forms the bottom surface, it is difficult to efficiently emit heat to the outside, so that the heat that can not be emitted to the lower part is transmitted to both side parts and can be discharged to the outside.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a temperature change of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 6- (a) has an overall lower temperature measurement than 6- (b) and 6- (a)
  • the average temperature of 6- (b) is about 46 ° C., and it can be confirmed that the heat generated in each battery cell is rapidly discharged to the outside by the structure of the battery module of the present invention.
  • the battery pack according to the embodiment of the present invention is configured such that the temperature control unit for controlling the temperature of the battery module is formed between the battery modules formed in a structure having a high heat transfer efficiency according to the embodiment, So that the temperature of the module can be maintained more efficiently and constantly.
  • FIG. 7 is a side view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 1000 includes a plurality of battery cells having positive (+) polarities on the upper side and negative (- A temperature regulating unit 1200 and a temperature regulating unit 1200 located below the first battery module unit 1100 and controlling the temperature of the plurality of battery cells, And a second battery module unit 1300 having a structure in which a plurality of battery cells having a negative (-) pole on the upper side and a positive (+) pole on the lower side are received in the heat transfer frame.
  • the configuration of the battery pack 1000 will be described in more detail below.
  • the first battery module unit 1100 has a structure in which a plurality of battery cells having positive (+) polarities on the upper side and negative (-) poles on the lower side are accommodated in the heat transfer frame. More specifically, the first battery module unit 1100 includes a first upper heat transfer frame 1110, a first upper heat radiation member 1120, a first lower heat radiation member 1140, and a first lower heat transfer frame 1150 The plurality of battery cells 1131 are located between the plurality of battery cells 1131.
  • first upper heat transfer frame 1110 is configured to discharge heat generated from the plurality of battery cells to the outside, and forms the upper end of the entire battery module.
  • the first upper heat dissipating member 1120 is disposed between the first upper heat transfer frame 1110 and the plurality of battery cells 1131 and corresponds to the end portion of the positive And a through hole is formed at the position.
  • the through hole allows flames and gas to be ejected from the battery cell through the positive (+) terminal when the battery cell is ignited.
  • the first upper heat radiation member 1120 may be formed of a flame retardant and a nonflammable material so that the flame generated in one battery cell does not spread to other battery cells.
  • the plurality of battery cells 1131 are accommodated in the cell fixing frame 1132.
  • the cell fixing frame 1132 has a heat dissipating member seating groove formed at an upper surface and a lower surface at a predetermined depth, So that the member 1120 and the lower heat radiation member 1140 can be seated in place.
  • the predetermined position covers the entire upper and lower surfaces of the plurality of battery cells 1131. This means that not only the plurality of battery cells 1131 but also the plurality of battery cells 1131 1131 are disposed on the side surface, the upper heat radiation member 1120 and the lower heat radiation member 1140 can be disposed at positions where heat radiation is required.
  • first lower heat dissipating member 1140 is located below the plurality of battery cells and transmits heat generated at the negative electrode of the battery cell to the first lower heat transfer frame 1150.
  • the first upper radiation member 1120 and the first lower radiation member 1140 are formed of flat plate-like pads and are disposed in the radiation member mounting grooves of the cell fixing frame 1132.
  • the plurality of battery cells 1131 further include a metal plate that contacts the upper and lower surfaces to electrically connect the positive and negative terminals of the battery cells.
  • the metal plate is disposed between the lower portion of the first upper heat radiation member 1120 and the upper portion of the plurality of battery cells 1131 and the lower portion of the plurality of battery cells 1131, And is positioned between the upper part of the lower heat radiation member 1140.
  • the first lower heat transfer frame 1150 is located in the lower portion 1140 of the first lower heat transfer member 1110 and is connected to the first upper heat transfer frame 1110 And transmits the heat to the temperature regulating unit 1200 or the heat generated by the temperature regulating unit 1200 to the plurality of battery cells 1131.
  • heat generated in the plurality of battery cells 1131 may be transmitted to the temperature regulator 1200 to be cooled.
  • a contact surface of the heat transfer frame which is in contact with the temperature regulating unit, is disposed on the lower surface of the first lower heat transfer frame 1150, A groove 1151 is formed.
  • the predetermined depth is formed to be 1/2 of the height of the temperature regulating unit 1200, so that the temperature regulating unit 1200 can be constituted as one frame without any additional configuration and can be protected.
  • the temperature regulator 1200 is located below the first battery module 1100 and is located above the second battery module 1300 to control the temperature of a plurality of battery cells in each battery module.
  • the heating member or the cooling member and the heating member may be combined with each other.
  • the cooling member is formed in a plate shape, and uses a liquid cooler or a metal cooler, and the outside is made of a thermally conductive material so that heat can be rapidly entered or transmitted from the outside.
  • the heating member is formed in a plate shape, and a liquid heater or a metal heater is used, and the outside is made of a thermally conductive material so that heat can be quickly discharged or transferred to the outside.
  • the cooling member and the heating member are electrically connected to the BMS for controlling the battery pack.
  • the cooling member and the heating member are driven through the BMS.
  • the temperature of the battery pack is lower than a predetermined temperature, So that the heating member can be driven through the BMS.
  • the heating member functions as a heat transfer member when the cooling member is driven, and the cooling member functions as a heat transfer structure when the heating member is driven.
  • the second battery module unit 1300 is located below the temperature control unit 1200.
  • a negative pole is located on the upper side and a plurality of positive cells are located on the lower side of the second battery module unit 1300, And is housed in a transfer frame. More precisely, between the second upper heat transfer member 1310, the second upper heat releasing member 1320, the second lower heat releasing member 1340 and the second lower heat transfer frame 1350, 1331).
  • the second upper heat transfer frame 1310 is positioned below the temperature regulator 1200 and receives heat from the temperature regulator 1200 or heat generated from the plurality of battery cells by a temperature regulator 1200).
  • a second temperature regulating portion receiving groove 1311 having a predetermined depth is formed on a lower surface of the contact surface of the heat transfer frame, which is in contact with the temperature regulating portion, such that the temperature regulating portion 1200 is disposed inside the frame body.
  • the predetermined depth is formed to be 1/2 of the height of the temperature regulating part 1200, and is connected to the first temperature regulating part mounting recess 1151 formed on the lower surface of the first lower heat transfer frame 1150 So that the temperature regulating unit 1200 can be disposed.
  • second upper heat transfer frame 1310 and the first lower heat transfer frame 1150 may be connected to each other to form a separate connection portion.
  • connection part may be formed as a bolt and a screw or a through hole may be formed at the same position by being pierced by a side extending from the heat transfer frame, But the present invention is not limited thereto.
  • the second upper heat releasing member 1320 is located between the second upper heat transfer frame 1310 and the plurality of battery cells 1331 and is generated at the negative pole of the plurality of battery cells 1331 To the temperature regulating unit 1200.
  • the temperature regulating unit 1200 regenerates the temperature of the exhaust gas.
  • the plurality of battery cells 1331 are accommodated in the cell fixing frame 1132, and are identical to those of the plurality of battery cells 1131 in the first battery module unit.
  • the second lower heat dissipating member 1340 is positioned below the plurality of battery cells 1331 and has through holes at positions corresponding to the ends of positive (+) terminals of the battery cells.
  • the through-hole allows the discharge, flame and gas ejected from the battery cell through the positive terminal when the battery cell is ignited.
  • the second lower heat dissipating member 1340 may be formed of a flame retardant and a nonflammable material so that the flame generated in one battery cell does not spread to other battery cells.
  • the second upper heat radiation member 1320 and the second lower radiation member 1340 are formed of flat plate-shaped pads and are disposed in the heat reception member mounting grooves of the cell fixing frame 1332.
  • the second lower heat transfer frame 1350 is located below the second lower heat dissipation member 1340 and is connected to the second upper heat transfer frame 1310 and is connected to the second upper heat transfer frame 1310 Heat is transferred to the second upper heat transfer frame 1310 or heat generated in the plurality of battery cells 1331 is transferred to the second upper heat transfer frame 1310.
  • FIG. 8 The flow of heat in the battery pack 1000 by the temperature controller 1200 will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 8 The flow of heat in the battery pack 1000 by the temperature controller 1200 will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a heat transfer flow by the cooling member in the battery pack according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a heat transfer by a heating member in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the negative terminal of the battery cell is disposed at a position close to the cooling member.
  • the heat generated at the positive pole of the plurality of battery cells 1131 in the first battery module unit 1100 is transferred from the first upper heat transfer frame 1110 to the first lower heat transfer frame 1150
  • the heat generated at the positive pole of the plurality of battery cells 1331 in the second battery module unit 1300 is transferred to the second lower heat transfer frame 1350 from the second lower heat transfer frame 1350, Transferred to the heat transfer frame 1310 and transferred to the cooling member.
  • the heat generated from the plurality of battery cells may be transferred to the upper surface and side surfaces of the first upper heat transfer frame 1110, the side surfaces of the first lower heat transfer frame 1150, the second upper heat transfer frame 1310, A part of the heat can be radiated to the outside through the lower surface and the side surface of the second lower heat transfer frame 1350.
  • the temperature of the device on which the relevant battery pack 1000 is mounted is high,
  • the temperature of the battery cell can be rapidly reduced through the cooling member.
  • the heat of the heating member is directly transferred to the first battery module unit 1100 through the first lower heat transfer frame 1140 and the second upper heat transfer frame 1310.
  • the heat of the heating member is transferred from the first lower heat transfer frame 1150 to the first upper heat transfer frame 1110 and transferred to the plurality of battery cells 1100 in the first battery module unit 1100 1131). ≪ / RTI >
  • the heat of the heating member is transferred from the second upper heat transfer frame 1310 to the second lower heat transfer frame 1350, and the transferred heat is transferred to the plurality of battery cells 1330 in the second battery module unit 1300, (+) Pole of the electrode 1331 so that even heat can be distributed to each electrode terminal.
  • 131_1 a plurality of through holes

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수개의 배터리 셀의 온도가 효율적으로 조절되도록 열전달 구조로 형성되고, 배터리 셀의 안정성이 증대되도록 열전달 부재가 통공된 형태로 형성된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수개의 배터리 셀의 온도가 효율적으로 조절되도록 열전달 구조로 형성되고, 배터리 셀의 안정성이 증대되도록 열전달 부재가 통공된 형태로 형성된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
배터리 팩을 구성하는 단위전지로서의 리튬 이차전지는 유연성을 가져 그 형상이 비교적 자유로우며 무게가 가볍고 안전성도 우수하여 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기 전원으로 수요가 증가하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다.
한편, 상기 이차전지의 형태는 배터리 케이스의 형상에 따라 구분되는데, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 경우에는 원통형 배터리 및 각형 배터리로 분류된다. 또한, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 경우에는 파우치형 배터리로 분류된다.
또한, 배터리 케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 삽입된 분리막 구조로 이루어져 충/방전이 가능하다. 또한, 원통형 전극 조립체의 형태는 전극 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 적층하여 권취한 젤리-롤형으로 형성된다.
한편, 일반적으로 배터리 팩을 장시간 사용하는 경우, 배터리 팩에서는 열이 발생하게 되는데, 특히 이와 같이 적층된 대용량의 배터리 팩은 충전 또는 방전 시 전류량의 증가에 따라 더 많은 열을 수반하게 된다. 만약 이때 발생한 열이 충분히 제거되지 않으면 배터리 팩의 성능이 저하되거나, 나아가 발화 또는 폭발에 이르기도 한다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 배터리 팩은 냉각 부재를 구비하는데 이러한 냉각부재가 구비된 배터리 팩은 도 1을 들어 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 배터리 팩의 구조도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 배터리 팩은 복수개의 원통형 배터리 셀의 각 측면에 냉각부재가 배치되었다.
그러나 상기와 같은 배터리 팩의 구조는 다수개의 냉각부재가 구성됨에 따라 배터리 팩 내측 공간이 감소되고, 원형 셀 구동 시 셀의 측면보다 전극 단자가 구성된 셀의 상/하부에서 발열이 더 발생함에 따라 냉각효율이 감소하는 문제가 발생된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) KR2017-0004172 A
본 발명은 동일 공간에 더 많은 배터리 셀을 구비하고, 냉각효율도 증대시키는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 복수개의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈에 있어서, 상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 전달하는 상부 프레임, 상기 상부 프레임의 하부에 위치하는 상부 방열부재, 상기 상부 방열부재 하부에 위치하여 상측에는 음(-)극이 위치하고, 하측에는 양(+)극이 위치하는 구조인 복수 개의 배터리 셀이 상호 이웃하게 배열된 배터리 셀 어셈블리, 상기 배터리 셀 어셈블리 하부에 위치하여 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성되는 하부 방열부재 및 상기 하부 방열부재 하부에 위치하며, 상기 상부 프레임과 연결되는 결합부를 구비하여 상부 프레임으로부터 열을 전달받거나 상부 프레임에 열을 전달하는 하부 프레임을 포함하여 구성된다.
상기 배터리 셀 어셈블리는, 상기 복수 개의 배터리 셀을 고정시키는 셀 고정 프레임을 더 포함하여 구성된다.
상기 셀 고정 프레임은, 상기 상부 방열부재 및 하부 방열부재가 정위치에 안착될 수 있도록 상부면과 하부면에 소정 깊이의 방열부재 안착 홈이 형성된다.
상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 셀 어셈블리 내 복수개의 배터리 셀의 상부면과 하부면에 각각 접촉하여 상기 복수개의 배터리 셀들의 양극단자들과 음극단자들을 각각 전기적으로 연결시키는 메탈 플레이트를 더 포함하여 구성된다.
상기 메탈 플레이트는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양(+)극 단자들과 음(-)극 단자들에 대응되는 위치에 각각 관통공이 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 복수개의 배터리 셀로 구성된 복수개의 배터리 모듈 간의 열 제어를 위하여 구성된 배터리 팩에 있어서, 상측에는 양(+)극이 위치하고, 하측에는 음(-)극이 위치하는 복수개의 배터리 셀이 열 전달 프레임에 수용되는 구조로 형성된 제1 배터리 모듈부, 상기 제1 배터리 모듈부 하부에 위치하여 복수개의 배터리 셀의 온도를 제어하는 온도 조절부 및 상기 온도 조절부 하부에 위치하며, 상측에는 음(-)극이 위치하고, 하측에는 양(+)극이 위치하는 복수개의 배터리 셀이 열 전달 프레임에 수용되는 구조로 형성된 제2 배터리 모듈부를 포함하여 구성된다.
상기 제1 배터리 모듈부는, 상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 제1 상부 열 전달 프레임, 상기 제1 상부 열 전달 프레임과 복수개의 배터리 셀 사이에 위치하며, 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성되는 제1상부 방열부재, 상기 복수개의 배터리 셀 하부에 위치하는 제1 하부 방열부재 및 상기 제1 하부 방열부재 하부와 상기 온도 조절부의 상부에 위치하며, 상기 제1 상부 열 전달 프레임과 연결되어 제1 상부 열 전달 프레임으로부터 전달되는 열을 상기 온도 조절부에 전달하거나 온도 조절부로부터 열을 전달받는 제1하부 프레임을 포함하여 구성된다.
상기 제2 배터리 모듈부는, 상기 온도 조절부의 하부에 위치하여 온도 조절부로부터 열을 전달받거나 상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 온도 조절부에 전달하는 제2 상부 열 전달 프레임, 상기 제2 상부 열 전달 프레임과 복수 개의 배터리 셀의 사이에 위치하는 제2 상부 방열부재, 상기 복수개의 배터리 셀의 하부에 위치하여 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성되는 제2 하부 방열부재 및 상기 제2 하부 방열부재 하부에 위치하며, 상기 제2 상부 열 전달 프레임과 연결되어 제2 상부 열 전달 프레임으로부터 열을 전달받거나 제2 상부 열 전달 프레임에 열을 전달하는 제2 하부 열 전달 프레임을 포함하여 구성된다.
상기 제1 배터리 모듈부 및 제2 배터리 모듈부의 열 전달 프레임은, 상기 온도 조절부가 열 전달 프레임 내측에 배치되도록 온도 조절부와 접하는 열 전달 프레임의 접촉면에 소정 깊이의 온도 조절부 안착 홈이 더 형성된다.
상기 온도 조절부는, 냉각부재, 가열부재 또는 냉각부재와 가열부재가 결합된 구성으로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩은 배터리 셀의 측면보다 상/하부에 방열부재를 배치하여 배터리 셀의 냉각 효율을 증대시키며, 배터리 셀의 양(+)극 단자가 배치된 방열부재에 관통공을 형성하여 발화 시 양(+)극 캡이 오픈되어 가스, 화염 및 토출물이 분출될 수 있도록 하여 안전한 배터리 모듈 및 배터리 팩의 구동이 가능하도록 한다.
도 1은 종래의 배터리 팩의 구조도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 측면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 측면 확대도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 열 전달 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 온도변화 예시도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 측면도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 내 냉각부재에 의한 열 전달 흐름도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 내 가열부재에 의한 열 전달 흐름도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈은 복수개의 배터리 셀을 열 전달이 가능한 프레임 내측에 수용된다. 또한, 배터리 모듈은 발화 시 가스, 화염 및 토출물 분출을 위한 배터리 셀의 양(+)극 단자의 캡 오픈이 가능하도록 복수개의 관통공이 형성된 방열부재를 포함하여 구성된다. 이에 따라 배터리 모듈은 배터리 셀로부터 발생되는 열이 빠르게 배출되며, 발화 시 용이하게 캡이 오픈되어 배터리 모듈이 안전하게 구동될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈(100)은 배터리 셀 어셈블리(130)에서 발생되는 열을 전달하는 상부 프레임(110), 상부 프레임(110)의 하부에 위치하는 상부 방열부재(120), 상부 방열부재(120) 하부에 위치하여 상측에는 음(-)극이 위치하고, 하측에는 양(+)극이 위치하는 구조인 복수 개의 배터리 셀이 상호 이웃하게 배열된 배터리 셀 어셈블리(130), 배터리 셀 어셈블리(130) 하부에 위치하여 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성되는 하부 방열부재(140) 및 하부 방열부재(140) 하부에 위치하며, 상기 상부 프레임(110)과 연결되어 상부 프레임(110)으로부터 열을 전달받거나 상부 프레임(110)에 열을 전달하는 하부 프레임(150)을 포함하여 구성된다.
이러한 배터리 모듈(100)에 대한 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 상부 프레임(110) 및 하부 프레임(150)은 상기 복수개의 배터리 셀의 각 전극에서 발생되는 열을 상호 전달하며 외부로 방출시키는 구성으로서, 높은 열전도 특성을 가진 소재로 구성될 수 있도록 한다.
일 실시 예로서, 알루미늄을 소재로 사용할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 상부 프레임(110)은 전체 배터리 모듈의 상단부를 형성하고, 상기 하부 프레임(150)은 전체 배터리 모듈의 하단부를 형성하여 배터리 모듈의 내부를 보호하는 구성이다. 또한, 상부 프레임(110) 및 하부 프레임(150)은 상호 결합될 수 있도록 측면부에 결합부가 구비된다.
여기서 결합부는 끼움결합이 가능하도록 하나의 프레임이 'ㄱ'자로, 다른 하나의 프레임이 'ㄴ'자의 형태로 형성될 수 있지만 이에 한정되지 않고, 다양한 결합형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하부 프레임(150)은 상기 하부 방열부재(140)의 공간을 좀 더 확보하기 위하여 상부면 일부에 소정 깊이의 방열부재 확장 홈을 더 형성한다.
이때 하부 방열부재(140)의 두께는 상부 방열부재(120)의 두께보다 큰 값을 가지며 하기에서 설명되는 방열부재 안착 홈(131_2)과 상기 방열부재 확장 홈의 결합으로 형성되는 높이에 대응되는 두께를 가진다.
이렇게 형성된 확장된 공간은 발화 시 양(+)극 단자에서 배출되는 화염, 가스 및 토출물의 양이 많은 경우에도 수용할 수 있다.
또한, 상기 상부 방열부재(120) 및 하부 방열부재(140)은 상기 상부 프레임(110) 및 하부 프레임(150)과 각각 접하는 형태로 형성되어 상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 상부 프레임(110) 및 하부 프레임(150)에 빠르게 전달하여 열이 외부로 방출될 수 있도록 한다.
또한, 상기 상부 방열부재(120) 및 하부 방열부재(140)는 패드 형태로 구성될 수 있으며, 일 실시 예로서, 실리콘 패드로 구성되는 경우, 절연성도 확보할 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 상부 방열부재(120)는 상기 복수개의 배터리 셀의 상면 전체를 덮도록 평평한 판상형 형태로 형성되며, 상기 하부 방열부재(140)는 상기 복수개의 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성된다.
만약 배터리 셀에서 이상상태가 발생하여 발화되는 경우, 더 큰 연소 및 폭발을 방지하기 위하여 배터리 셀 내 압력으로 양(+)극 단자의 캡이 오픈되고, 오픈된 양(+)극 단자의 캡으로부터 가스, 화염 및 토출물이 상기 하부 방열부재(140)의 관통공을 통해 분출될 수 있도록 한다.
또한, 상기 배터리 셀 어셈블리(130)은 상기 상부 방열부재(120)와 하부 방열부재(140) 사이에 위치하여 상측에는 음(-)극이 위치하고, 하측에는 양(+)극이 위치하는 구조인 복수 개의 배터리 셀이 상호 이웃하게 배열된 구성으로서, 상기 상부 방열부재(120) 및 하부 방열부재(140)와 각각 접하는 형태로 형성된다.
상기 배터리 셀 어셈블리(130)의 구성은 도 3을 들어 좀 더 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 측면도이다.
도 3을 참고하면, 상기 배터리 셀 어셈블리(130)은 상기 복수 개의 배터리 셀(132)을 고정시키는 셀 고정 프레임(131)을 더 포함하여 구성된다.
또한, 상기 셀 고정 프레임(131)은 상단부/하단부로 나뉘어 구성될 수 있으며, 상단부와 하단부는 상기 상부 프레임(110) 및 하부 프레임(150)의 결합부와 유사한 결합형태로 형성된다.
또한, 상기 배터리 셀 어셈블리(130)는 원형 배터리 셀의 일단이 삽입되어 고정될 수 있도록 수직 방향으로 연통된 복수개의 관통홈(131_1)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 관통홈(131_1)은 관통홈(131_1)에 삽입된 배터리 셀의 끝 단과 만나는 부분의 직경이 원형 배터리 셀의 몸체 직경보다 작게 형성되어 배터리 셀이 외부로 배출되지 않도록 한다.
그러나 배터리 셀의 보호구조로 인하여 배터리 셀 발화 시 배터리 셀의 양(+)극의 캡이 열릴 수도 있으므로 가스, 화염 및 토출물이 용이하게 배출될 수 있도록 소정의 직경범위 이상으로 형성한다.
또한, 상기 셀 고정 프레임(131)은 상기 상부 방열부재(120) 및 하부 방열부재(140)가 정위치에 안착될 수 있도록 상부면과 하부면에 소정 깊이로 형성된 방열부재 안착 홈(131_2)을 더 포함하여 구성된다.
상기 방열부재 안착 홈(131_2)은 상기 상부 방열부재(120) 및 하부 방열부재(140)가 상기 복수개의 배터리 셀(132) 상부/하부에 배치되어야 하므로 별도의 부착부재 없이 용이하게 배치될 수 있도록 한다. 이는 부착부재가 부착된 부착부분에 열이 발생될 수 있으므로 방열 효율이 감소할 수 있다.
또한, 여기서 사용되는 배터리 셀은 원통형 배터리 셀을 의미하며, 셀 고정 프레임은 절연성 소재로 이루어진다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 배터리 셀 어셈블리(130) 내 복수개의 배터리 셀의 상부면과 하부면에 각각 접촉하여 상기 복수개의 배터리 셀들의 양극단자들과 음극단자들을 각각 전기적으로 연결시키는 메탈 플레이트(160)를 더 포함하여 구성되는데, 이는 도4를 들어 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 측면 확대도이다.
도 4를 참고하면, 상기 메탈 플레이트(160)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양(+)극 단자들과 음(-)극 단자들에 대응되는 위치에 각각 관통공(161)이 형성된다. 좀 더 엄밀히 말하면, 전극단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공(161)이 형성되며, 관통공 내측에 형성된 접속단자(162)가 상기 복수 개의 배터리 셀과 맞닿아 전기적으로 연결시킨다.
여기서 관통공(161)은 상기 복수개의 배터리 셀에서 발화가 발생되는 경우, 해당 배터리 셀의 양(+)극으로 가스, 화염 및 토출물이 분출될 수 있도록 형성된다.
또한, 일반적으로 접속단자(162)를 통한 충/방전 시 배터리 셀의 음(-)극에서는 배터리 셀의 양(+)극보다 발열량이 많으므로 상기 관통공(161)을 통해 메탈 플레이트(160)와 복수개의 배터리 셀(132)과의 간격이 소정 거리 이격될 수 있도록 한다.
또한, 상기 메탈 플레이트(160)는 일 실시 예로서 구리를 소재로 사용할 수 있고, 상기 접속단자(162)는 니켈을 소재로 사용할 수 있다. 이는 용접에 용이한 니켈을 접속단자(162)로 사용하고, 저항이 낮아 저항용접에 적합하진 않지만 열전도율이 높은 구리를 메탈 플레이트의 베이스로 사용하여 메탈 플레이트(160)에서도 열을 용이하게 방출할 수 있도록 한다.
또한, 상기 메탈 플레이트(160)는 상기 셀 고정 프레임(131)의 방열부재 안착 홈(131_2) 내에 상기 상부 방열부재(120) 및 하부 방열부재(140)와 함께 배치된다.
좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 메탈 플레이트(160)는 상기 상부 방열부재(120) 하부와 상기 복수개의 배터리 셀(132) 상부 사이에 위치하며, 상기 복수개의 배터리 셀(132) 하부와 하부 방열부재(140) 상부 사이에 위치한다.
따라서 별도의 고정 구성없이 용이하게 정위치에 배치될 수 있으며, 상기 방열부재와 접촉하여 형성됨에 따라 열 전달이 더욱 빠르게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(100)에서 발생되는 열이 전달되는 흐름을 도 5를 통해 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 열 전달 흐름도이다.
우선, 도 5는 복수개의 배터리 셀(123)에서 발생되는 열이 외부로 방출되는 방열 전달 경로이며, 충/방전 시 배터리 셀(132)에서는 많은 양의 열이 발생된다. 배터리 셀에서 발생된 열은 메탈 플레이트(160)를 거쳐 방열부재(120, 140)에 전달되고, 방열부재(120)는 빠르게 프레임(110, 150)으로 열을 전달한다.
상기 프레임(110, 150)으로 전달된 열은 프레임(110, 150)의 상부, 하부 및 양측면부를 통해 외부에 방출된다.
상기 프레임(110, 150)의 하부는 바닥면을 형성함에 따라 외부에 효율적으로 열을 방출하기 어려우므로, 하부로 방출되지 못한 열은 양측면부에 전달되어 외부로 방출될 수 있도록 한다.
또한, 상기 프레임(110, 150)의 상부는 상기 복수개의 배터리 셀(132)의 음(-)극이 위치하여 배터리 셀의 양(+)극보다 발열량이 많으므로 상부로 방출되지 못한 열은 양측면부에 전달되어 외부로 방출될 수 있도록 한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 열 방출 효과는 충전 실험결과인 도 6을 통해 좀 더 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 온도변화 예시도이다.
도 6을 참고하면, 본 실험은 1 C-rate에서 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 총 6지점을 측정하였다. 이는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 하부 방열부재(140)가 양(+)극 단자의 끝단에 대응되어 천공됨에 따라 용이하게 6지점의 온도를 측정할 수 있으므로 양(+)극 단자를 통해 각 배터리 셀의 정확한 온도를 측정하였다.
6-(a)는 종래의 배터리 모듈의 온도측정 값이고, 6-(b) 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈의 온도측정 값이다.
6-(a)와 6-(b)를 비교해보면, 6-(a)가 6-(b)보다 전반적으로 낮은 온도의 측정 값을 가지고 있으며 6-(a)의 평균 온도는 대략 47℃이고 6-(b)의 평균 온도는 대략 46℃임에 따라, 본 발명의 배터리 모듈의 구조에 의해 각 배터리 셀에서 발생되는 열이 빠르게 외부로 방출되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 실험에서는 정확한 배터리 셀의 온도 측정을 위해 열의 방출을 좀 더 용이하게 하는 상기 하부 프레임(150)이 배치되어 있지 않으므로 하부 프레임(150)이 배치된 경우에는 온도 감소 효과가 좀 더 증대될 것이다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩은 상기 실시 예에 따라 높은 열 전달 효율을 가진 구조로 형성된 배터리 모듈 사이에 배터리 모듈의 온도를 제어하는 온도 조절부가 구성됨에 따라 하나의 온도 조절부를 통해 두 개의 배터리 모듈의 온도가 좀 더 효율적으로 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 측면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)은 상측에는 양(+)극이 위치하고, 하측에는 음(-)극이 위치하는 복수개의 배터리 셀이 열 전달 프레임에 수용되는 구조로 형성된 제1 배터리 모듈부(1100), 제1 배터리 모듈부(1100) 하부에 위치하여 복수개의 배터리 셀의 온도를 제어하는 온도 조절부(1200) 및 온도 조절부(1200) 하부에 위치하며, 상측에는 음(-)극이 위치하고, 하측에는 양(+)극이 위치하는 복수개의 배터리 셀이 열 전달 프레임에 수용되는 구조로 형성된 제2 배터리 모듈부(1300)를 포함하여 구성된다.
이러한 배터리 팩(1000)에 대한 구성은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
또한, 상기 제1 배터리 모듈부(1100)는 상측에는 양(+)극이 위치하고, 하측에는 음(-)극이 위치하는 복수개의 배터리 셀이 열 전달 프레임에 수용되는 구조로 형성된 구성이다. 좀 더 엄밀히 말하자면, 제1 배터리 모듈부(1100)는 제1 상부 열 전달 프레임(1110), 제1 상부 방열부재(1120), 제1 하부 방열부재(1140) 및 제1 하부 열 전달 프레임(1150) 사이에 상기 복수개의 배터리 셀(1131)이 위치한다.
또한, 상기 제1 상부 열 전달 프레임(1110)은 상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 구성으로서, 전체 배터리 모듈의 최상단을 형성한다.
또한, 상기 제1 상부 방열부재(1120)는 상기 제1 상부 열 전달 프레임(1110)과 복수개의 배터리 셀(1131) 사이에 위치하며, 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성되는 구성이다.
여기서 관통공은 배터리 셀 발화 시 배터리 셀 내부로부터 양(+)극 단자를 통해 분출되는 화염 및 가스가 분출될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1 상부 방열부재(1120)는 하나의 배터리 셀에서 발생된 화염이 다른 배터리 셀에 번지지 않도록 난연성 및 불연성 소재로 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 상기 복수개의 배터리 셀(1131)은 셀 고정 프레임(1132) 내측에 수용되는 구성으로서, 셀 고정 프레임(1132)은 상부면과 하부면에 소정 깊이의 방열부재 안착 홈이 형성되어 상기 상부 방열부재(1120) 및 하부 방열부재(1140)가 정위치에 안착될 수 있도록 한다.
여기서 정위치는 상기 복수개의 배터리 셀(1131)의 상부 및 하부 전체면을 덮는 위치를 의미하는데, 이는 상기 셀 고정 프레임(1132) 내측에는 상기 복수개의 배터리 셀(1131)뿐만 아니라 복수개의 배터리 셀(1131)을 제어하는 BMS가 측면에 배치되므로 방열이 필요한 위치에 상기 상부 방열부재(1120) 및 하부 방열부재(1140)가 배치될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1 하부 방열부재(1140)는 상기 복수개의 배터리 셀 하부에 위치하여 배터리 셀 음(-)극에서 발생되는 열을 상기 제1 하부 열 전달 프레임(1150)에 전달한다.
여기서 상기 제1 상부 방열부재(1120) 및 제1 하부 방열부재(1140)는 평평한 판상형 패드로 형성되어 상기 셀 고정 프레임(1132)의 방열부재 안착홈에 배치된다.
또한, 상기 복수개의 배터리 셀(1131)은 상부면과 하부면에 접촉하여 배터리 셀들의 양극단자들과 음극단자들을 각각 전기적으로 연결시키는 메탈 플레이트를 더 포함하여 구성된다. 메탈 플레이트는 상기 방열부재 안착홈에 같이 배치됨에 따라 상기 제1 상부 방열부재(1120) 하부와 복수개의 배터리 셀(1131)의 상부 사이에 위치하고, 상기 복수개의 배터리 셀(1131)의 하부와 제1 하부 방열부재(1140)의 상부 사이에 위치한다.
또한, 상기 제1 하부 열 전달 프레임(1150)은 상기 제1 하부 방열부재 하부(1140)에 위치하며, 상기 제1 상부 열 전달 프레임(1110)과 연결되어 제1 상부 열 전달 프레임(1110)으로부터 전달되는 열을 상기 온도 조절부(1200)에 전달하거나 온도 조절부(1200)로부터 발생되는 열을 전달받아 상기 복수개의 배터리 셀(1131)로 전달하는 구성이다.
또한, 상기 복수개의 배터리 셀(1131)에서 발생되는 열도 상기 온도 조절부(1200)에 전달하여 냉각될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1 하부 열 전달 프레임(1150)의 하부면에는 상기 온도 조절부(1200)가 프레임 몸체 내측에 배치되도록 온도 조절부와 접하는 열 전달 프레임의 접촉면에 소정 깊이의 제1 온도 조절부 안착 홈(1151)이 형성된다. 여기서 소정 깊이는 상기 온도 조절부(1200)의 높이의 1/2되는 길이로 형성되어 상기 온도 조절부(1200)가 별도의 구성없이 하나의 프레임으로 구성되어 보호될 수 있도록 한다.
또한, 상기 온도 조절부(1200)는 상기 제1 배터리 모듈부(1100)의 하부에 위치하고, 상기 제2 배터리 모듈부(1300)의 상부에 위치하여 각 배터리 모듈 내 복수개의 배터리 셀의 온도를 제어하는 구성으로서, 냉각부재, 가열부재 또는 냉각부재와 가열부재가 결합된 구성으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각부재는 플레이트 형태로 형성되고, 액체 쿨러 또는 금속 쿨러를 사용하며 외부는 열전도성 소재로 이루어져 외부에서 열이 빠르게 진입되거나 전달될 수 있도록 한다.
또한, 상기 가열부재는 플레이트 형태로 형성되고, 액체 히터 또는 금속 히터를 사용하며 외부는 열전도성 소재로 이루어져 외부로 열이 빠르게 배출되거나 전달될 수 있도록 한다.
또한, 상기 냉각부재 및 가열부재는 배터리 팩을 제어하는 BMS와 전기적으로 연결되어 배터리 팩의 온도가 소정의 온도를 초과하면 BMS를 통해 냉각부재를 구동시키고, 배터리 팩의 온도가 소정 온도 미만인 경우, BMS를 통해 가열부재가 구동될 수 있도록 한다.
만약, 냉각부재와 가열부재가 결합된 구성인 경우, 냉각부재 구동 시 가열부재는 열 전달 구성으로 기능하고, 가열부재 구동 시에는 냉각부재가 열 전달 구성으로 기능한다.
또한, 상기 제2 배터리 모듈부(1300)는 상기 온도 조절부(1200) 하부에 위치하며, 상측에는 음(-)극이 위치하고, 하측에는 양(+)극이 위치하는 복수개의 배터리 셀이 열 전달 프레임에 수용되는 구조로 형성된 구성이다. 좀 더 엄밀히 말하자면, 제2 상부 열 전달 프레임(1310), 제2 상부 방열부재(1320), 제2 하부 방열부재(1340) 및 제2 하부 열 전달 프레임(1350) 사이에 상기 복수개의 배터리 셀(1331)이 위치한다.
또한, 상기 제2 상부 열 전달 프레임(1310)은 상기 온도 조절부(1200)의 하부에 위치하여 온도 조절부(1200)로부터 열을 전달받거나 상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 온도 조절부(1200)에 전달하는 구성이다. 또한, 하부면에는 상기 온도 조절부(1200)가 프레임 몸체 내측에 배치되도록 온도 조절부와 접하는 열 전달 프레임의 접촉면에 소정 깊이의 제2 온도 조절부 안착 홈(1311)이 형성된다.
여기서 소정 깊이는 상기 온도 조절부(1200)의 높이의 1/2되는 길이로 형성되어 상기 제1 하부 열 전달 프레임(1150)의 하부면에 형성된 제1 온도 조절부 안착 홈(1151)과의 결합 영역에 상기 온도 조절부(1200)가 배치될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제2 상부 열 전달 프레임(1310) 및 제1 하부 열 전달 프레임(1150)은 상호 연결되어 고정될 수 있도록 별도의 연결부를 더 형성한다.
상기 연결부의 결합형태는 일 실시 예로서, 열 전달 프레임으로부터 측면 연장되어 동일 위치에 관통공이 천공되어 볼트 및 나사 결합이 이루어지는 형태로 형성되거나 각각의 상부면 및 하부면에 억지 끼움 결합될 수 있는 돌기가 형성된 요철부로 형성될 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 제2 상부 방열부재(1320)는 상기 제2 상부 열 전달 프레임(1310)과 복수개의 배터리 셀(1331) 사이에 위치하여 상기 복수개의 배터리 셀(1331)의 음(-)극에서 발생되는 열을 상기 온도 조절부(1200)로 빠르게 전달한다.
또한, 상기 복수개의 배터리 셀(1331)은 셀 고정 프레임(1132) 내측에 수용되는 구성으로서, 상기 제1 배터리 모듈부 내 복수개의 배터리 셀(1131)의 구성과 동일하다.
또한, 상기 제2 하부 방열부재(1340)는 상기 복수개의 배터리 셀(1331) 하부에 위치하여 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성된다.
여기서 관통공은 배터리 셀 발화 시 배터리 셀 내부로부터 양(+)극 단자를 통해 분출되는 토출물, 화염 및 가스가 분출될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제2 하부 방열부재(1340)는 하나의 배터리 셀에서 발생된 화염이 다른 배터리 셀에 번지지 않도록 난연성 및 불연성 소재로 이루어질 수 있도록 한다.
또한, 상기 제2 상부 방열부재(1320) 및 제2 하부 방열부재(1340)는 평평한 판상형 패드로 형성되어 상기 셀 고정 프레임(1332)의 방열부재 안착홈에 배치된다.
또한, 상기 제2 하부 열 전달 프레임(1350)은 상기 제2 하부 방열부재(1340) 하부에 위치하며, 상기 제2 상부 열 전달 프레임(1310)과 연결되어 제2 상부 열 전달 프레임(1310)으로부터 열을 전달받거나 상기 복수개의 배터리 셀(1331)에서 발생되는 열을 제2 상부 열 전달 프레임(1310)에 전달하는 구성이다.
또한, 상기 온도 조절부(1200)에 의한 배터리 팩(1000) 내 열이 전달되는 흐름을 도 8 및 도 9를 통해 상세하게 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 내 냉각부재에 의한 열 전달 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩 내 가열부재에 의한 열 전달 흐름도이다.
우선, 도 7은 복수개의 배터리 셀(123)에서 발생되는 열이 상기 온도 조절부(1200) 내 냉각부재에 전달되면서 외부로 일부 방출되는 방열 전달 경로이며, 도 8은 상기 온도 조절부(1200) 내 가열부재에서 생성되는 열이 제1 배터리 모듈부(1100) 및 제2 배터리 모듈부(1300)로 전달되는 발열 전달 경로이다.
도 8을 참고하면, 충/방전 시 배터리 셀(1131, 1331)의 각 전극단자에서는 많은 양의 열이 발생되는데, 이러한 열은 각각의 전극단자와 접하는 방열부재(1120, 1140, 1320)에 전달되어 빠르게 프레임(1110, 1150, 1310, 1350)으로 열을 전달한다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 제1 배터리 모듈부(1100) 내 복수개의 배터리 셀(1131)의 음(-)극과 제2 배터리 모듈부(1300) 내 복수개의 배터리 셀(1331)의 음(-)극에서 발생되는 열은 상기 제1 하부 열 전달 프레임(1140) 및 제2 상부 열 전달 프레임(1310)을 거쳐서 바로 냉각부재에 전달된다.
이는 일반적으로 배터리 셀의 양(+)극 단자보다 음(-)극 단자의 발열량이 많으므로 배터리 셀의 음(-)극 단자를 냉각부재와 근접한 위치에 배치하여 빠르게 냉각될 수 있도록 한다.
또한, 제1 배터리 모듈부(1100) 내 복수개의 배터리 셀(1131)의 양(+)극에서 발생되는 열은 상기 제1 상부 열 전달 프레임(1110)에서 제1 하부 열 전달 프레임(1150)으로 전달되어 냉각부재에 전달되고, 상기 제2 배터리 모듈부(1300) 내 복수개의 배터리 셀(1331)의 양(+)극에서 발생되는 열은 상기 제2 하부 열 전달 프레임(1350)에서 제2 상부 열 전달 프레임(1310)으로 전달되어 냉각부재에 전달된다.
또한, 상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열은 상기 제1 상부 열 전달 프레임(1110)의 상부면과 측면, 제1 하부 열 전달 프레임(1150), 제2 상부 열 전달 프레임(1310)의 측면 및 제2 하부 열 전달 프레임(1350)의 하부면과 측면을 통해 외부에 일부 방출될 수 있지만, 해당 배터리 팩(1000)이 장착된 디바이스 자체의 온도가 높은 경우, 방출되는 열의 양이 많지 않다.
따라서 상기 냉각부재를 통해 신속하게 배터리 셀의 온도를 감소시킬 수 있도록 한다.
또한, 도 9를 참고하면, 저온상태에서 배터리 팩 구동 시 상기 가열부재에서 열이 발생되는데, 이러한 열은 가열부재와 근접한 배터리 셀의 음극단자에 우선 전달되고, 각각의 열 전달 프레임을 거쳐 배터리 셀의 양극단자에도 전달된다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 가열부재의 열은 상기 제1 하부 열 전달 프레임(1140) 및 제2 상부 열 전달 프레임(1310)을 거쳐서 바로 제1 배터리 모듈부(1100)에 전달된다.
또한, 가열부재의 열은 상기 제1 하부 열 전달 프레임(1150)에서 상기 제1 상부 열 전달 프레임(1110)으로 전달되고, 전달된 열은 제1 배터리 모듈부(1100) 내 복수개의 배터리 셀(1131)의 양(+)극에 전달된다.
또한, 상기 가열부재의 열은 상기 제2 상부 열 전달 프레임(1310)에서 상기 제2 하부 열 전달 프레임(1350)으로 전달되고, 전달된 열은 제2 배터리 모듈부(1300) 내 복수개의 배터리 셀(1331)의 양(+)극에 전달되어 각 전극단자에 골고루 열이 분포될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
[부호의 설명]
100: 배터리 모듈
110: 상부 프레임
120: 상부 방열부재
130: 배터리 셀 어셈블리
131: 셀 고정 프레임
131_1: 복수개의 관통홈
131_2: 방열부재 안착 홈
132: 복수개의 배터리 셀
140: 하부 방열부재
150: 하부 프레임
151: 셀 단자 결합부
160: 메탈 플레이트
161: 관통공
162: 접속단자
1000: 배터리 팩
1100: 제1 배터리 모듈
1110: 제1 상부 열 전달 프레임
1120: 제1 상부 방열부재
1131: 복수개의 배터리 셀
1132: 셀 고정 프레임
1140: 제1 하부 방열부재
1150: 제1 하부 열 전달 프레임
1200: 온도 조절부
1300: 제2 배터리 모듈
1310: 제2 상부 열 전달 프레임
1320: 제2 상부 방열부재
1331: 복수개의 배터리 셀
1332: 셀 고정 프레임
1340: 제2 하부 방열부재
1350: 제2 하부 열 전달 프레임

Claims (10)

  1. 복수개의 배터리 셀로 구성되는 배터리 모듈에 있어서,
    상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 전달하는 상부 프레임;
    상기 상부 프레임의 하부에 위치하는 상부 방열부재;
    상기 상부 방열부재 하부에 위치하여 상측에는 음(-)극이 위치하고, 하측에는 양(+)극이 위치하는 구조인 복수 개의 배터리 셀이 상호 이웃하게 배열된 배터리 셀 어셈블리;
    상기 배터리 셀 어셈블리 하부에 위치하여 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성되는 하부 방열부재; 및
    상기 하부 방열부재 하부에 위치하며, 상기 상부 프레임과 연결되는 결합부를 구비하여 상부 프레임으로부터 열을 전달받거나 상부 프레임에 열을 전달하는 하부 프레임;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀 어셈블리는, 상기 복수 개의 배터리 셀을 고정시키는 셀 고정 프레임을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 셀 고정 프레임은, 상부 방열부재 및 하부 방열부재가 정위치에 안착될 수 있도록 상부면과 하부면에 소정 깊이의 방열부재 안착 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 셀 어셈블리 내 복수개의 배터리 셀의 상부면과 하부면에 각각 접촉하여 상기 복수개의 배터리 셀들의 양(+)극 단자들과 음(-)극단자들을 각각 전기적으로 연결시키는 메탈 플레이트; 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 메탈 플레이트는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양(+)극 단자들과 음(-)극 단자들에 대응되는 위치에 각각 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 복수개의 배터리 셀로 구성된 복수개의 배터리 모듈 간의 열 제어를 위하여 구성된 배터리 팩에 있어서,
    상측에는 양(+)극이 위치하고, 하측에는 음(-)극이 위치하는 복수개의 배터리 셀이 열 전달 프레임에 수용되는 구조로 형성된 제1 배터리 모듈부;
    상기 제1 배터리 모듈부 하부에 위치하여 복수개의 배터리 셀의 온도를 제어하는 온도 조절부; 및
    상기 온도 조절부 하부에 위치하며, 상측에는 음(-)극이 위치하고, 하측에는 양(+)극이 위치하는 복수개의 배터리 셀이 열 전달 프레임에 수용되는 구조로 형성된 제2 배터리 모듈부;
    를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈부는,
    상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 제1 상부 열 전달 프레임;
    상기 제1 상부 열 전달 프레임과 복수개의 배터리 셀 사이에 위치하며, 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성되는 제1 상부 방열부재;
    상기 복수개의 배터리 셀 하부에 위치하는 제1 하부 방열부재; 및
    상기 제1 하부 방열부재 하부와 상기 온도 조절부의 상부에 위치하며, 상기 제1 상부 열 전달 프레임과 연결되어 제1 상부 열 전달 프레임으로부터 전달되는 열을 상기 온도 조절부에 전달하거나 온도 조절부로부터 열을 전달받는 제1 하부 프레임;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 배터리 모듈부는,
    상기 온도 조절부의 하부에 위치하여 온도 조절부로부터 열을 전달받거나 상기 복수개의 배터리 셀에서 발생되는 열을 온도 조절부에 전달하는 제2 상부 열 전달 프레임;
    상기 제2 상부 열 전달 프레임과 복수 개의 배터리 셀의 사이에 위치하는 제2 상부 방열부재;
    상기 복수개의 배터리 셀의 하부에 위치하여 각 배터리 셀의 양(+)극 단자의 단부에 대응하는 위치에 관통공이 형성되는 제2 하부 방열부재; 및
    상기 제2 하부 방열부재 하부에 위치하며, 상기 제2 상부 열 전달 프레임과 연결되어 제2 상부 열 전달 프레임으로부터 열을 전달받거나 제2 상부 열 전달 프레임에 열을 전달하는 제2 하부 열 전달 프레임;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈부 및 제2 배터리 모듈부의 열 전달 프레임은,
    상기 온도 조절부가 열 전달 프레임 내측에 배치되도록 온도 조절부와 접하는 열 전달 프레임의 접촉면에 소정 깊이의 온도 조절부 안착 홈; 이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 온도 조절부는,
    냉각부재, 가열부재 또는 냉각부재와 가열부재가 결합된 구성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019211190A1 (de) * 2019-07-26 2021-01-28 Elringklinger Ag Batterievorrichtungen und Verfahren zum Fixieren von Batteriezellen
KR20210066209A (ko) 2019-11-28 2021-06-07 주식회사 엘지에너지솔루션 정밀한 온도조절이 가능한 전지셀 특성 데이터 추출 시스템
KR20210133417A (ko) * 2020-04-29 2021-11-08 에너테크인터내셔널 주식회사 전기히터가 내장된 전기자동차용 배터리 팩
GB2598346B (en) * 2020-08-27 2024-05-22 Jaguar Land Rover Ltd Battery module
GB2598349B (en) * 2020-08-27 2024-10-16 Jaguar Land Rover Ltd Vehicle comprising a battery module
CN112038527B (zh) * 2020-09-08 2023-04-14 安徽鸿创新能源动力有限公司 一种带加热膜的电池模组
KR20230149535A (ko) * 2022-04-20 2023-10-27 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
CN116093528B (zh) * 2023-03-06 2023-07-21 苏州时代华景新能源有限公司 一种电池包

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5041184B2 (ja) * 2007-02-27 2012-10-03 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト 熱伝導プレート付きバッテリー
KR101301559B1 (ko) * 2013-01-16 2013-09-04 주식회사 이브텍 배터리 케이스
KR20130100324A (ko) * 2010-10-04 2013-09-10 다나 캐나다 코포레이션 배터리를 위한 순응형 유체-냉각된 열교환기
JP2015138589A (ja) * 2014-01-20 2015-07-30 ダイキョーニシカワ株式会社 電池モジュール
KR20170004172A (ko) 2015-07-01 2017-01-11 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈
US20170309980A1 (en) * 2014-10-06 2017-10-26 Lg Chem, Ltd. Battery pack case having efficient cooling structure

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100886571B1 (ko) * 2006-08-07 2009-03-05 주식회사 엘지화학 전지팩 케이스
JP5213426B2 (ja) 2007-12-11 2013-06-19 パナソニック株式会社 電池パック
KR101016596B1 (ko) * 2009-01-29 2011-02-22 강정욱 셀 상호간 복합연결망으로 구성된 셀 카트리지
DE102009018787A1 (de) * 2009-04-24 2010-10-28 Akasol Engineering Gmbh Batteriemodul
EP2398108A4 (en) 2009-11-25 2012-08-22 Panasonic Corp BATTERY MODULE
JPWO2011092773A1 (ja) * 2010-01-29 2013-05-30 パナソニック株式会社 電池モジュール
US20120263982A1 (en) * 2010-11-30 2012-10-18 Shunsuke Yasui Battery pack
JP5654881B2 (ja) 2011-01-19 2015-01-14 タイガースポリマー株式会社 電池冷却構造
KR101252963B1 (ko) * 2011-03-08 2013-04-15 로베르트 보쉬 게엠베하 방열 특성이 향상된 배터리 팩
CN103415943B (zh) * 2011-03-28 2016-05-04 株式会社杰士汤浅国际 电池组
JP6069615B2 (ja) 2012-06-15 2017-02-01 株式会社キャプテックス 組電池モジュール
DE102012213273B4 (de) * 2012-07-27 2021-08-05 Hydac Technology Gmbh Energiespeichervorrichtung
DE112012007185B4 (de) * 2012-11-30 2020-09-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Elektrische Speichervorrichtung
US20140234686A1 (en) 2013-02-19 2014-08-21 Faster Faster, Inc. Thermal Interface and Thermal Management System for Battery Cells
JP6256846B2 (ja) 2013-10-31 2018-01-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池モジュール
FR3013900B1 (fr) 2013-11-22 2015-12-11 Blue Solutions Module de stockage d'energie, comprenant une pluralite d'ensembles de stockage d'energie
US11482744B2 (en) 2014-03-25 2022-10-25 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Multi-functional structure for thermal management and prevention of failure propagation
US11769919B2 (en) 2014-03-25 2023-09-26 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Multi-functional high temperature structure for thermal management and prevention of explosion propagation
KR101769109B1 (ko) * 2014-09-04 2017-08-17 주식회사 엘지화학 이차 전지용 카트리지를 포함하는 배터리 팩
JP6775109B2 (ja) * 2014-11-04 2020-10-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電極部材および集電板、電池ブロック
JP6256397B2 (ja) 2015-03-23 2018-01-10 トヨタ自動車株式会社 電池パック
JP6248972B2 (ja) 2015-03-23 2017-12-20 トヨタ自動車株式会社 電池パック
CN204481072U (zh) * 2015-04-10 2015-07-15 西安中科新能源科技有限公司 一种多串电池组
CN105206894A (zh) 2015-08-25 2015-12-30 苏州德博新能源有限公司 一种采用串并联组合结构的新型蓄电池模组
KR102284339B1 (ko) * 2015-09-09 2021-08-04 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈
KR101734357B1 (ko) 2015-11-02 2017-05-15 한국에너지기술연구원 배터리 팩킹모듈
KR102473768B1 (ko) 2015-11-10 2022-12-02 현대모비스 주식회사 고전압 배터리 서브모듈
KR101991925B1 (ko) 2015-12-04 2019-06-21 주식회사 엘지화학 그립핑부가 구비되어 있는 카트리지를 포함하고 있는 전지모듈
CN106654440B (zh) 2016-10-18 2020-05-26 华霆（合肥）动力技术有限公司 一种电芯散热装置及电源装置
CN206471369U (zh) 2016-11-14 2017-09-05 深圳市沃特玛电池有限公司 电池模组

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5041184B2 (ja) * 2007-02-27 2012-10-03 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト 熱伝導プレート付きバッテリー
KR20130100324A (ko) * 2010-10-04 2013-09-10 다나 캐나다 코포레이션 배터리를 위한 순응형 유체-냉각된 열교환기
KR101301559B1 (ko) * 2013-01-16 2013-09-04 주식회사 이브텍 배터리 케이스
JP2015138589A (ja) * 2014-01-20 2015-07-30 ダイキョーニシカワ株式会社 電池モジュール
US20170309980A1 (en) * 2014-10-06 2017-10-26 Lg Chem, Ltd. Battery pack case having efficient cooling structure
KR20170004172A (ko) 2015-07-01 2017-01-11 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 모듈

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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US12051790B2 (en) 2024-07-30
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