WO2019143029A1 - 리유즈, 리사이클 내지 리웍이 용이한 접착 구조를 갖는 배터리 모듈 하우징 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

리유즈, 리사이클 내지 리웍이 용이한 접착 구조를 갖는 배터리 모듈 하우징 및 이를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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battery module
module housing
side plates
space
present
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신은규
강달모
문정오
이윤구
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module housing, and more particularly, to a battery module housing having a structure that reuses, recycles, or re- Battery module.
  • the battery module may include a plurality of battery cells stacked in one direction and electrically connected in series and / or parallel to the electrode leads, and a battery module housing for accommodating and packaging the battery cells.
  • the battery module housing serves as a case for providing mechanical support force to the battery cells having insufficient mechanical rigidity and protecting them from external impacts.
  • the battery module housing can be manufactured in various shapes according to the battery module, and in recent years, many of them have been manufactured in the shape of a rectangular tube called a mono frame.
  • the mono frame according to the prior art may be integrally manufactured by extrusion or die casting, or may be manufactured by joining four plates by welding.
  • the existing battery module housing is integrally formed or manufactured by welding, Its structure is not easy to disassemble, so it is very difficult to repair or replace only the problem parts.
  • a tablet apparatus comprising: a top and a bottom gap plate forming upper and lower walls; A battery module housing of a tubular type having first and second side plates for forming both side walls and accommodating battery cells in an inner space,
  • the adhesive is longitudinally oriented at four corners between both corners of the top plate and the top face of the first and second side plates and between the both edges of the gap plate and the bottom faces of the first and second side plates
  • a battery module housing including a bonding portion formed by being coated with the battery module may be provided.
  • the bonding unit may include a space for inserting a detachable jig, which is provided at a predetermined position with the adhesive not coated.
  • the space for inserting the detachable jig may be intermittently formed along the longitudinal direction of the first and second side plates.
  • At least one of the first and second side plates may have a space expanding portion provided with a concave-convex structure in which a section corresponding to the space for inserting the detachable jig is formed concavely.
  • a heat insulating pad attached to an inner surface of each of the top plate, the first and second side plates, and a heat transfer pad attached to an inner surface of the gap plate.
  • a caulking member made of a soft material to fill the space for inserting the detachable jig.
  • the bonding portion of at least one of the four bonding portions may be inclined at a predetermined angle toward the inner space.
  • At least one of the top and the trough plate may include a bent portion provided on the outer surface of the first and second side plates so as to be bent at both corner portions thereof.
  • a battery module including the above-described battery module housing can be provided.
  • a battery module housing having a structure that facilitates rework, so that repair, replacement, or reuse of the remaining parts can be made when a problem occurs in a unit of a battery module internal part.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a battery module housing and battery cells housed therein according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state in which the top plate is removed in Fig.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery module housing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of area A in Fig.
  • Figs. 6 and 7 are views corresponding to Fig. 5, showing the second and third embodiments of the present invention.
  • 8 (a) and 8 (b) are side views of a battery module housing according to second and third embodiments of the present invention, respectively.
  • Figures 9 (a) and 9 (b) are partial enlarged views of Figures 8 (a) and 8 (b).
  • FIG. 10 is a reference view for explaining a method of disassembling the battery module housing according to the second to third embodiments of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of the present invention.
  • Fig. 12 is a partially enlarged view of a fourth embodiment of the present invention, corresponding to Fig. 5; Fig.
  • FIG. 13 is a reference view for explaining a method of disassembling the battery module housing according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a reference view for explaining a method of disassembling the battery module housing according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module housing and battery cells housed therein according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state in which a top plate is removed in FIG. 1
  • FIG. 4 is a perspective view of a battery module housing according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged view of a region A of FIG.
  • the battery module housing 10 of the present invention described below can be understood as a component such as a case for housing the battery cells 20.
  • the battery cells 20 may be pouch type secondary batteries.
  • the pouch-type secondary batteries may be stacked in the horizontal direction or housed in the inner space S of the battery module housing 10 in a layered arrangement.
  • other components such as a lamination frame, a thermistor, and the like for guiding the stacking of the battery cells 20 may be accommodated in addition to the battery cells 20.
  • a battery module housing 10 includes a top and a bottom plate 100 and 200 forming upper and lower walls, first and second side plates (first and second side plates 300,400). ≪ / RTI >
  • the battery module housing 10 may provide a mechanical support force for the battery cells 20 and protect the battery cells 20 from an external impact or the like. Therefore, it is preferable that the four plates constituting the battery module housing 10 are made of a metal material so that rigidity can be secured.
  • An ICB (Interconnection Borad) assembly for connecting the battery cells 20 in series and in parallel may be coupled to the front and rear portions of the battery module housing 10.
  • the ICB assembly may include an ICB housing capable of covering a plurality of bus bars and front and rear portions of the battery module housing 10. 1, the electrode leads 21 of the battery cells 20 exposed at the front and rear portions of the battery module housing 10 are welded to the bus bars and electrically connected to each other and covered with the ICB housing .
  • the first side plate 300 and the second side plate 400 constituting the battery module housing 10 may be provided in the same thickness and shape and the top plate 100 and the trough plate 200 may be formed to have the same thickness Or the like. At this time, the thickness of the first and second side plates 300 and 400 may be relatively thicker than the thickness of the top and the trough plates 100 and 200 for the sake of robustness of the battery module housing 10.
  • the battery module housing 10 according to the present invention can be manufactured in an adhesive manner so that the four plates 100, 200, 300, and 400 can be partially disassembled unlike the conventional welding method.
  • the battery module housing 10 includes bonding portions 500 in four places.
  • the bonding portion 500 is formed between both edges of the top plate 100 and the top surfaces of the first and second side plates 300 and 400 and between both edges of the trough plate 200 and the first and second side plates 300 and 400
  • the adhesive 510 may be applied along the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the bonding strength of the adhesive 510 may be lowered to about 70 to 85% at normal temperature and humidity conditions. Therefore, the adhesive disassembly of the battery module housing 10 is performed by pre-treating the battery module in a hot and humid space for a predetermined period of time or by applying heat and / or moisture locally to the periphery of the bonding portion 500 , The process proceeds in a state where the adhesive performance is sufficiently lowered.
  • the battery module housing 10 may be configured such that when heat is locally applied to the vicinity of the bonding portion 500 to weaken the performance of the adhesive 510 of the bonding portion 500,
  • the heat insulating pad 600 may be further provided.
  • the heat insulating pad 600 may be attached to the inner surfaces of the top plate 100, the first and second side plates 300 and 400, respectively. Even if heat is applied to the top plate 100 and the first and second side plates 300 and 400 in the pretreatment process for disassembling the battery module housing 10, the battery cells 20 are protected from external heat can do.
  • a heat transfer pad 700 may be attached to the trough plate 200. 3, even if heat is applied to the upper portion of the battery module housing 10 to transfer the heat to the battery cells 20, heat is discharged to the seating plate 200 through the heat transfer pad 700, It can be properly maintained. At this time, the heat of the battery cells 20 can be more actively removed by connecting a heat sink (not shown) to the lower portion of the trough plate 200.
  • the heat transfer pad 700 may be any material as long as it has a material or physical property capable of eliminating the air layer between the lower part of the battery cells 20 and the gap plate 200 and promoting the thermal conductivity.
  • the heat transfer pad 700 may be replaced with a thermal interface material (TIM) such as thermal grease.
  • TIM thermal interface material
  • the shear strength of the two bonded objects is relatively high compared to the peel strength. Therefore, when separating two objects, it is effective to apply force in a direction perpendicular to the bonding surface.
  • the adhesive disassembly operation of the battery module housing 10 is performed by vertically applying a detachable jig 30 to the front and rear portions of the top plate 100 or the trough plate 200 and thereby pressing the top plate 100 or the trough plate 200, (200) from the remaining plates (300, 400).
  • the above-described method is possible after disassembling the ICB assembly in the battery module housing 10 first.
  • the ICB assembly covers the front / rear portion of the battery module housing 10 in a welded state with the electrode leads 21 of the battery cells 20, it may not be easy to remove the ICB assembly first .
  • the battery module housing 10 is provided with the detachable jig 30 (not shown) on the front / rear surface of the top plate 100 or the trough plate 200,
  • the detachable jig 30 can be used on the side surface of the battery module housing 10.
  • FIG. 6 and 7 are views corresponding to Fig. 5 and showing other embodiments of the present invention
  • Figs. 8 and 9 (a) and 9 (b) are views corresponding to the second and third embodiments of the present invention
  • FIG. 10 is a reference view for explaining a method of disassembling the battery module housing 10 according to the second and third embodiments of the present invention.
  • the bonding part 500 according to the second and third embodiments of the present invention And a section where the adhesive 510 is not applied at a predetermined position.
  • the portion where the adhesive 510 is not applied may be utilized as a space 520 for inserting a detachable jig into which a portion of the detachable jig 30 can be inserted.
  • the space for inserting the detachable jig 520 may be intermittently formed along the longitudinal direction of the first and second side plates 300 and 400.
  • the detachable jig inserting space 520 is formed in the upper and lower ends of the battery module housing 10 in the first and second embodiments, Two side plates 300 and 400, that is, only at the upper end of the battery module housing 10. [ In general, when the top plate 100 is detached from the battery module housing 10, it is desirable to reduce the number of insertion spaces of the detachable jig 30 more than necessary because the inside of the battery module can replace or repair components .
  • the detaching jig inserting space 520 may be filled with a caulking member 540 made of a soft material.
  • the caulking member 540 may be any one of a sealant, a urethane foam, and a rubber material, for example, in the form of a flexible foam.
  • the caulking member 540 of the present invention should not be limited to the illustrated material. In other words, any material may be used as long as it has a soft property while having airtightness.
  • the space 520 for inserting the detachment jig of the battery module housing 10 can be closed with a caulking member 540. [ Therefore, the battery module housing 10 can be kept airtight so that moisture or other foreign matter does not flow into the side portion at normal times, and when necessary, the caulking member 540 can be removed and the detachable jig 30 can be mounted.
  • the attaching / detaching jig 30 is attached to both side portions of the battery module housing 10, that is, the space for inserting the detachable jig 520, 500 in the vertical direction.
  • the top plate 100 may be plastically deformed or broken due to adhesive force of other portions.
  • the adhesive force of the adhesive 510 is uniformly weakened by applying a load in the vertical direction while sequentially moving the detachable jig 30 along the longitudinal direction of the side plate, so that the top plate 100 is pressed against the first and second sides It is preferable to remove it from the upper surface of the plates 300 and 400.
  • the detachable jig insertion space 520 can be extended more widely. That is, at least one of the first and second side plates 300 and 400 according to the third embodiment of the present invention has a concave and convex structure in which a space corresponding to the space for inserting the detachable jig 520 is recessed 530).
  • the first and second side plates 300 and 400 may be designed such that the concave-convex structure of the first and second side plates 300 and 400 is repeated along the longitudinal direction.
  • the concave section may be specified by the space expanding section 530, and the space expanding section 530 may be utilized as the space 520 for inserting the detaching jig by applying the adhesive 510 to the space expanding section 530. Therefore, the space for inserting the detachable jig 520 according to the third embodiment may be larger than the space for inserting the detachable jig 520 according to the second embodiment.
  • the bonding portion 500 'of at least one of the four bonding portions 500 is positioned toward the inner space S of the battery module housing 10, It can take an angled shape.
  • the battery module housing 10 has a structure in which both the corner portions of the top plate 100 facing each other and the top faces of the first and second side plates 300, And the bonding agent 510 may be applied therebetween to form the bonding portion 500 'at a predetermined angle? With respect to the horizontal plane.
  • the space for inserting the detachment jig 520 can be intermittently provided along the longitudinal direction of the first and second side plates 300 and 400.
  • the concavo-convex structure to the first and second side plates 300 and 400 to add the space expanding part 530 as in the third embodiment.
  • the detachment jig insertion space 520 may be closed with the caulking member 540, as in the above-described embodiments.
  • Bonding operation of the battery module housing 10 according to the fourth embodiment will be briefly described. First, locally heat is applied to the upper bonding portion 500 'of the battery module housing 10, It drops to 70 ⁇ 85%. Then, the caulking member 540 is pushed into the internal space S of the battery module housing 10 or is taken out to the outside.
  • the detachable jig 30 is inserted into the detachable jig inserting space 520.
  • Any detachable jig 30 can be inserted into the detachable jig insertion space 520, so that the width of the detachable jig 30, which can be selected from the above-described embodiments, have.
  • the detachable jig 30 can be inserted obliquely into the upper bonding portion 500 ', the top plate 100 can be prevented from being deformed by a force smaller than those of the above- 1 and the second side plates 300, 400, respectively.
  • the battery module housing 10 has a structure in which both corner portions of at least one of the top and the trough plates 100 and 200 are bent in a bent form, And a bent portion 110 that is disposed in contact with the outer surface of the side plates 300 and 400.
  • the top plate 100 may be provided to cover the upper and outer surfaces of the first and second side plates 300 and 400.
  • the bent portion 110 of the top plate 100 protects the bonding portion 500 from being exposed to the outside and can be used as a place where the detachable jig 30 can be mounted in the demolding work.
  • the bonding portion 500 of the battery module housing 10 according to the fifth embodiment there is no space for inserting the detachable jig 520. That is, the battery module housing 10 according to the fifth embodiment has a bonding portion 500 in which the adhesive 510 is continuously applied between the four plates 100, 200, 300, 400 as in the first embodiment .
  • the airtightness is normally excellent as compared with the above-described embodiments, and if necessary, the top plate 100 can be detached using the detachable jig 30 on the side surface of the battery module housing 10.
  • the battery module according to the present invention may include the battery module housing 10 according to the present invention.
  • the battery module according to the present invention includes a battery module housing 10 and a plurality of battery cells 20 and battery cells 20 accommodated in the battery module housing 10, An ICB assembly, and various devices for controlling charge and discharge of battery cells, such as a BMS, a current sensor, a fuse, and the like.
  • the battery module may be applied to an automobile or a power storage device (ESS) such as an electric car or a hybrid car.
  • ESS power storage device

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징은, 상부와 하부 벽체를 형성하는 탑 및 바틈 플레이트와; 양쪽 사이드 벽체를 형성하는 제1 및 제2 사이드 플레이트를 구비하고, 내부 공간에 배터리 셀들을 수납할 수 있게 마련된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서, 상기 탑 플레이트의 양쪽 모서리와 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상단면 사이와, 상기 바틈 플레이트의 양쪽 모서리와 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 하단면 사이에 해당하는 4곳에 접착제가 길이방향을 따라 도포됨으로서 형성되는 본딩부를 포함한다.

Description

리유즈, 리사이클 내지 리웍이 용이한 접착 구조를 갖는 배터리 모듈 하우징 및 이를 포함하는 배터리 모듈
본 발명은 배터리 모듈 하우징에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 배터리 모듈 내부 부품들을 리유즈(reuse), 리사이클(recycle)하거나 리웍(re-work)이 용이한 구조로 제작된 배터리 모듈 하우징 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 01월 17일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0005922호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
배터리 모듈은 일 방향으로 적층되고 전극 리드들이 전기적으로 직렬 및/또는 병렬된 다수의 배터리 셀들과, 배터리 셀들을 수납하여 패키징하기 위한 배터리 모듈 하우징을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리 모듈 하우징은 기계적 강성이 부족한 배터리 셀들에 기계적 지지력을 제공하고 이들 외부 충격 등으로부터 보호하는 케이스 역할을 한다. 배터리 모듈 하우징은 배터리 모듈에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있는데, 근래에는 모노 프레임으로 지칭되는 사각 관 형태로 많이 제작되고 있는 추세이다.
종래 기술에 따른 모노 프레임은 압출이나 다이캐스팅 공법으로 일체로 제작하거나, 4개의 플레이트들을 용접으로 접합하여 제작하기도 한다.
그런데 배터리 모듈 내부 부품 예컨대, 배터리 셀들이나, 배터리 셀들 사이에 개재되어 셀들의 온도를 측정하는 써미스터(thermistor) 등에 문제가 생길 경우, 기존의 배터리 모듈 하우징은 일체형이거나, 용접 방식으로 제작되어 있기 때문에, 그 구조상 분해가 쉽지 않아 문제 부품만 수리 또는 교체하기 매우 어렵다.
더욱이, 기존의 배터리 모듈은 위와 같은 배터리 모듈 하우징 구조 때문에 문제 부품을 수리 또는 교체하는 것이 불가능해지면 정상 작동하는 나머지 부품들까지도 재사용하지 못하고 전량 폐기 처분해야하는 단점이 있다.
한편, 배터리 모듈 하우징을 리웍이 가능하게 4개의 플레이트들을 스냅핏(snap-fit) 방식으로 결합하여 제작하는 방법이 있으나, 스냅-핏 방식은 작은 충격에도 체결 부위 파손 가능성이 높고, 기밀성이 일체형이나 용접 방식에 비해 상대적으로 낮은 단점이 있어 만족스러운 대안이 되지 못하고 있다. 따라서 리웍이 용이하면서도 일체형 내지 용접 방식의 장점을 갖춘 새로운 구조의 배터리 모듈 하우징에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 기밀성이 높으면서도 필요 시 리웍(rework)이 용이한 구조의 배터리 모듈 하우징 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 상부와 하부 벽체를 형성하는 탑 및 바틈 플레이트와; 양쪽 사이드 벽체를 형성하는 제1 및 제2 사이드 플레이트를 구비하고, 내부 공간에 배터리 셀들을 수납할 수 있게 마련된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서,
상기 탑 플레이트의 양쪽 모서리와 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상단면 사이와, 상기 바틈 플레이트의 양쪽 모서리와 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 하단면 사이에 해당하는 4곳에 접착제가 길이방향을 따라 도포됨으로서 형성되는 본딩부를 포함하는 배터리 모듈 하우징이 제공될 수 있다.
상기 본딩부는, 미리 결정된 위치에 상기 접착제가 미도포되어 마련되는 탈착 지그 삽입용 공간을 포함할 수 있다.
상기 탈착 지그 삽입용 공간은 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 길이방향을 따라 단속적으로 복수 개가 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는, 요철 구조로 상기 탈착 지그 삽입용 공간에 대응하는 구간이 오목하게 형성되어 마련되는 공간 확장부를 구비할 수 있다.
상기 탑 플레이트, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트 각각의 안쪽 면에 부착되는 단열 패드;와 상기 바틈 플레이트의 안쪽 면에 부착되는 열전달 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 탈착 지그 삽입용 공간에 메꾸어지는 연질 재질의 코킹부재를 더 포함할 수 있다.
상기 4곳의 본딩부 중 적어도 어느 한 곳의 본딩부는 상기 내부 공간을 향해 소정 각도로 기울어진 형태를 취할 수 있다.
상기 탑 및 바틈 플레이트 중 적어도 어느 하나는 양쪽 모서리 부분이 절곡된 형태로 마련되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 외측면에 접촉 배치되는 절곡부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈 하우징을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 리웍(rework)이 용이한 구조의 배터리 모듈 하우징을 제공하여 배터리 모듈 내부 부품 단위에서 문제 발생 시 해당 부품의 수리,교체 또는 나머지 부품들의 재사용이 가능해질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 리웍이 가능하면서도 기존의 용접 방식에 따른 배터리 모듈 하우징이 갖는 기밀성을 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 배터리 모듈 하우징과 이에 수납된 배터리 셀들을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 탑 플레이트를 탈거한 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I'에 따른 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 사시도이다.
도 5는 도 4의 A영역 확대도이다.
도 6 및 도 7은 도 5에 대응하는 도면들로서 본 발명의 제 2 및 제3 실시예들을 나타낸 도면들이다.
도 8의 (a),(b)는 각각 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 측면도들이다.
도 9의 (a),(b)는 각각 도 8의 (a),(b)의 부분 확대도들이다.
도 10은 본 발명의 제2 내지 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 분해 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 11 내지 도 3에 대응하는 도면으로 본 발명의 제4 실시예의 단면도이다.
도 12는 도 5에 대응하는 도면으로 본 발명의 제4 실시예의 부분 확대도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 분해 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 분해 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징과 이에 수납된 배터리 셀들을 개략적으로 도시한 사시도, 도 2는 도 1에서 탑 플레이트를 탈거한 상태를 도시한 분해 사시도, 도 3은 도 1의 I-I'에 따른 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 사시도, 도 5는 도 4의 A 영역 확대도이다.
이하에서 설명하는 본 발명의 배터리 모듈 하우징(10)은 배터리 셀(20)들을 수납하기 위한 케이스와 같은 구성품으로 이해될 수 있다. 여기서 상기 배터리 셀(20)들은 파우치형 이차전지들일 수 있다. 파우치형 이차전지들은 수평 방향으로 적층되거나, 층상 배열된 형태로 배터리 모듈 하우징(10)의 내부 공간(S) 수납될 수 있다. 물론, 자세히 도시하지 않았으나, 배터리 셀(20)들 이외에도 배터리 셀(20)의 적층을 가이드하기 위한 적층용 프레임, 써미스터(thermistor) 등 다른 부품들이 같이 수납될 수도 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(10)은 상부와 하부 벽체를 형성하는 탑 및 바틈 플레이트(100,200)와, 양쪽 사이드 벽체를 형성하는 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)를 포함한 사각 관 형태로 마련될 수 있다.
상기 배터리 모듈 하우징(10)은 배터리 셀(20)들에 대한 기계적 지지력을 제공하고 배터리 셀(20)들을 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서 배터리 모듈 하우징(10)을 구성하는 상기 4개의 플레이트들은 강성이 확보될 수 있도록 금속 재질로 제작되는 것이 바람직하다.
배터리 모듈 하우징(10)이 전면부와 후면부에는, 도시하지 않았으나, 배터리 셀(20)들을 직/병렬 연결하기 위한 ICB(Inter connection Borad) 조립체가 결합될 수 있다. 상기 ICB 조립체는 다수의 버스바와 배터리 모듈 하우징(10)의 전,후면부를 커버할 수 있는 ICB 하우징을 포함할 수 있다. 참고로, 도 1과 같이, 배터리 모듈 하우징(10)의 전면부와 후면부에 노출되어 있는 각 배터리 셀(20)들의 전극 리드(21)들은 각각 버스바에 용접되어 전기적으로 연결되고 ICB 하우징으로 커버될 수 있다.
배터리 모듈 하우징(10)을 구성하는 제1 사이드 플레이트(300)와 제2 사이드 플레이트(400)는 동일한 두께와 형상으로 마련될 수 있고 마찬가지로 탑 플레이트(100)와 바틈 플레이트(200)는 동일한 두께와 형상으로 마련될 수 있다. 이때 배터리 모듈 하우징(10)의 강건성을 위해 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 두께는 탑 및 바틈 플레이트(100,200)의 두께보다 상대적으로 두껍게 마련될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(10)은 기존 용접 방식과 달리, 4개의 플레이트들(100,200,300,400)이 부분적으로 해체가 가능하도록 접착 방식으로 제작될 수 있다.
구체적으로, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(10)은 4곳에 본딩부(500)를 구비한다. 상기 본딩부(500)는 탑 플레이트(100)의 양쪽 모서리와 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 상단면 사이, 그리고 바틈 플레이트(200)의 양쪽 모서리와 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 하단면 사이에 해당하는 4곳에 접착제(510)가 길이방향(X축 방향)을 따라 도포됨으로서 형성될 수 있다.
이러한 배터리 모듈 하우징(10)의 접착해체 작업을 간략히 설명한다. 일반적으로 접착제(510)는 고온 다습한 환경 조건에서 평상시보다 접합 강도가 약 70~85% 수준까지 저하될 수 있다. 따라서 배터리 모듈 하우징(10)의 접착 해체 작업은, 배터리 모듈을 고온 다습한 공간에 소정시간 동안 보관하거나, 본딩부(500) 주변에 국부적으로 열 및/또는 수분을 가하는 등의 전처리 과정을 거친 다음, 접착 성능이 충분히 저하된 상태에서 진행된다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(10)은, 본딩부(500) 주변에 국부적으로 열을 가하여 해당 본딩부(500)의 접착제(510) 성능을 약화시킬 때, 열이 배터리 셀(20)들까지 전달되지 않도록 하기 위한 단열 패드(600)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 3과 같이, 상기 단열 패드(600)는 탑 플레이트(100), 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400) 각각의 안쪽 면에 부착될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈 하우징(10)의 접착 해체를 위한 전처리 과정에서 열이 탑 플레이트(100)와 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)에 인가되더라도 배터리 셀(20)들을 외부 열로부터 보호할 수 있다.
또한, 바틈 플레이트(200)에는 열전달 패드(700)가 부착될 수 있다. 도 3과 같이, 배터리 모듈 하우징(10) 상부에 열이 가해져 배터리 셀(20)들에 전달되더라도 열전달 패드(700)를 통해 바틈 플레이트(200)로 열을 방출시킴으로써 배터리 셀(20)들의 온도를 적절히 유지할 수 있다. 이때, 추가적으로 히트싱크(미도시)를 바틈 플레이트(200)의 하부에 연결하면 배터리 셀(20)들의 열을 보다 능동적으로 제거할 수 있다.
상기 열전달 패드(700)는 배터리 셀(20)들의 하부와 바틈 플레이트(200) 사이의 공기층을 없애고 열 전도율을 촉진할 수 있는 재질 또는 물성을 갖는 것이라면 어떠한 것이라도 무방할 수 있다. 대안적으로, 열전달 패드(700)는 써멀 구리스와 같은 TIM(Thermal Interface Material)으로 대체될 수도 있다.
한편, 접착된 두 물체는 전단강도(shear strength)가 박리강도(peel strength)에 비해 상대적으로 매우 높다. 따라서 두 물체를 떼어 놓을 때는 접착면에 수직한 방향으로 힘을 가하는 것이 효과적이다.
따라서 배터리 모듈 하우징(10)의 접착 해체 작업은 탑 플레이트(100) 또는 바틈 플레이트(200)의 전면부와 후면부에 탈착 지그(30)를 걸고 수직 방향으로 힘을 가해 탑 플레이트(100) 또는 바틈 플레이트(200)를 나머지 플레이트들(300,400)로부터 떼내는 방식으로 진행할 수 있다.
다만, 위와 같은 방식은 배터리 모듈 하우징(10)에서 먼저 ICB 조립체를 분해한 후에 가능하다. 그런데 전술한 바와 같이, ICB 조립체는 배터리 셀(20)들의 전극 리드(21)들과 용접된 상태로 배터리 모듈 하우징(10)의 전/후면부를 커버하고 있기 때문에 이를 먼저 탈거시키는 것이 여의치 않을 수 있다.
본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)은, 위와 같이 ICB 조립체(미도시) 때문에, 탑 플레이트(100) 또는 바틈 플레이트(200)의 전/후면부에 탈착 지그(30)를 사용할 수 없는 경우, 배터리 모듈 하우징(10)의 측면부에 탈착 지그(30)를 사용할 수 있게 구성되어 있다.
도 6 및 도 7은 도 5에 대응하는 도면들로서 본 발명의 다른 실시예들을 나타낸 도면들이고, 도 8 및 도 9의 (a),(b)는 각각 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)의 측면도들과 그 확대도들이며, 도 10은 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)의 접착 해체 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
먼저, 이들 도면들을 참고하여, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)의 공통점부터 살펴보면, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 본딩부(500)는, 미리 결정된 위치에 접착제(510)가 미도포된 구간을 구비할 수 있다. 상기 접착제(510)가 미도포된 구간은 탈착 지그(30)의 일 부분이 삽입될 수 있는 탈착 지그 삽입용 공간(520)으로 활용될 수 있다. 상기 탈착 지그 삽입용 공간(520)은 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 길이방향을 따라 단속적으로 복수 개가 형성될 수 있다.
본 실시예들에서 배터리 모듈 하우징(10)의 상단부와 하단부에 모두 탈착 지그 삽입용 공간(520)이 형성되어 있으나, 상기 탈착 지그 삽입용 공간(520)은 탑 플레이트(100)와 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400) 사이, 즉 배터리 모듈 하우징(10)의 상단부에만 형성될 수도 있다. 일반적으로 배터리 모듈 하우징(10)에서 탑 플레이트(100)를 탈거시키면, 배터리 모듈 내부가 부품을 교체 또는 수리하는 것이 가능하기 때문에 필요 이상의 탈착 지그(30) 삽입 공간을 개수를 줄이는 것이 바람직할 수 있다.
상기 탈착 지그 삽입용 공간(520)에는 연질 재질의 코킹부재(540)가 메꾸어질 수 있다. 여기서 코킹부재(540)는, 예컨대 연질 폼 형태의 실란트(sealant), 우레탄폼(urethane foam) 또는 고무재질 중 어느 하나일 수 있다. 물론, 예시한 물질에 본 발명의 코킹부재(540)가 한정되어야 하는 것을 아니다. 즉, 기밀성을 띄면서 연질의 물성을 갖는 것이라면 어떠한 것이라도 무방할 수 있다.
구체적으로 도 9에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈 하우징(10)의 탈착 지그 삽입용 공간(520)들은 코킹부재(540)로 마감될 수 있다. 따라서 배터리 모듈 하우징(10)은 평상시 수분 기타 이물질이 측면부로 유입되지 않게 기밀성이 유지될 수 있고, 필요시에는 상기 코킹부재(540)를 제거하고 탈착 지그(30)를 장착할 수 있다.
이러한 제2 및 제3 실시예 구성에 의하면, 도 10과 같이, 배터리 모듈 하우징(10)의 양쪽 측면부, 즉 상기 탈착 지그 삽입용 공간(520)들에 탈착 지그(30)를 장착하여 본딩부(500)에 수직 방향으로 하중을 가할 수 있다. 이때, 특정 위치에서 힘을 가하여 한 번에 탑 플레이트(100)를 떼내려 하면 다른 부분의 접착력 때문에 탑 플레이트(100)가 소성 변형되거나 파단될 수 있다.
따라서 순차적으로 사이드 플레이트의 길이 방향을 따라 탈착 지그(30)를 옮겨가면서 수직 방향으로 하중을 가하여 접착제(510)의 접착 성능이 전체적으로 균일하게 약해진 상태에서 탑 플레이트(100)를 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 상단면에서 탈거시키는 것이 바람직하다.
한편, 제3 실시예에 의하면, 제2 실시예와 비교할 때, 상기 탈착 지그 삽입용 공간(520)이 더 넓게 확장될 수 있다. 즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400) 중 적어도 어느 하나는 요철 구조로 탈착 지그 삽입용 공간(520)에 대응하는 구간이 오목하게 형성되는 공간 확장부(530)를 더 구비할 수 있다.
구체적으로, 도 7 및 도 8의 (b)를 참조하면, 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)는, 상단면과 하단면이 길이 방향을 따라 요철 구조가 반복된 형태로 설계될 수 있다. 여기서 오목한 구간은 공간 확장부(530)로 특정될 수 있으며, 상기 공간 확장부(530)는 접착제(510)가 미도포됨으로써 탈착 지그 삽입용 공간(520)으로 활용될 수 있다. 따라서 제3 실시예에 따른 탈착 지그 삽입용 공간(520)은 제2 실시예에 따른 탈착 지그 삽입용 공간(520)보다 상하 폭이 더 크게 마련될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 제2 실시예의 경우보다 더 쉽게 탈착 지그(30)를 탈착 지그 삽입용 공간(520)에 삽입할 수 있음은 물론, 전술한 제2 실시예보다 두께가 더 두꺼운 탈착 지그(30) 사용할 수 있어 더 큰 하중을 본딩부(500)에 가할 수 있는 이점이 있다.
이어서, 도 11 내지 도 13를 참조하여 본 발명의 제4 실시예를 설명한다. 전술한 실시예들과 중복된 구성에 대한 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예들과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예의 경우, 전술한 실시예들과 비교할 때, 4곳의 본딩부(500) 중 적어도 어느 한 곳의 본딩부(500')가 배터리 모듈 하우징(10)의 내부 공간(S)을 향해 소정 각도로 기울어진 형태를 취할 수 있다.
이를테면, 도 11과 같이, 제4 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)은, 상호 대면하는 탑 플레이트(100)의 양쪽 모서리 부분과 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 상단면이 소정 각도로 깎여진 형태로 제작되고, 이들 사이에 접착제(510)를 도포하여 본딩부(500')가 수평면에 대해 소정 각도(θ)를 이루도록 형성될 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 제 4 실시예의 경우에도 탈착 지그 삽입용 공간(520)들이 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 길이 방향을 따라 단속적으로 구비될 수 있다. 물론, 제3 실시예와 같이 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)에 요철 구조를 적용해 공간 확장부(530)를 추가하는 것도 가능하다. 물론, 상기 탈착 지그 삽입용 공간(520)은 전술한 실시예들과 같이, 코킹부재(540)로 마감될 수 있다.
이러한 제4 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)의 접착해체 작업을 간략히 설명하면, 먼저 배터리 모듈 하우징(10)의 상부 본딩부(500')에 국부적으로 열을 가하여 해당 부위의 접착 성능을 대략 70~85% 까지 떨어뜨린다. 그 다음 코킹부재(540)를 배터리 모듈 하우징(10)의 내부 공간(S)으로 밀어넣거나, 외부로 도려낸다.
그 다음, 도 13에 도시한 바와 같이, 탈착 지그(30)를 탈착 지그 삽입용 공간(520)에 삽입한다. 이때 사용 가능한 탈착 지그(30)는 상기 탈착 지그 삽입용 공간(520)에 삽입할 수 있는 것이라면, 어떠한 것이라도 무방하므로 전술한 실시예들보다 선택할 수 있는 탈착 지그(30)의 폭이 넓어질 수 있다.
특히, 본 실시예에 따르면, 탈착 지그(30)가 상부 본딩부(500')에 사선으로 삽입될 수 있기 때문에 지렛대의 원리에 의해 전술한 실시예들보다 작은 힘으로 탑 플레이트(100)를 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)로부터 더 쉽게 떼어낼 수 있다.
이어서, 도 14를 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)을 간략히 설명하기로 한다.
제5 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)은, 전술한 실시예들과 비교할 때, 탑 및 바틈 플레이트(100,200) 중 적어도 어느 하나의 양쪽 모서리 부분이 절곡된 형태로 마련되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 외측면에 접촉 배치되는 절곡부(110)를 포함할 수 있다.
이를테면, 도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 탑 플레이트(100)는 제1 및 제2 사이드 플레이트(300,400)의 상단면과 외측면을 감싸는 형태로 마련될 수 있다. 탑 플레이트(100)의 절곡부(110)는 본딩부(500)가 외부에 노출되지 않게 보호하는 역할을 하는 동시에 접착해체 작업시 탈착 지그(30)를 장착할 수 있는 장소로 활용될 수 있다.
특히, 제5 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)의 본딩부(500)에는 탈착 지그 삽입용 공간(520)이 존재하지 않는다. 즉, 제5 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(10)은, 제1 실시예와 같이, 4개의 플레이트들(100,200,300,400) 사이에 접착제(510)가 연속적으로 도포된 형태의 본딩부(500)를 갖는다.
이러한 구조에 의하면, 전술한 실시예들에 비해 평상시 기밀성은 우수하고 필요시에는 배터리 모듈 하우징(10)의 측면부에 탈착 지그(30)를 사용하여 탑 플레이트(100)를 떼어낼 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(10)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 배터리 모듈 하우징(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈 하우징(10)에 수납되는 배터리 셀(20)들, 배터리 셀(20)들을 전기적으로 연결하고 전압 특성을 센싱하는 ICB 조립체, 배터리 셀들의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차 또는 전력 저장장치(ESS)에 적용될 수 있음은 물론이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (9)

  1. 상부와 하부 벽체를 형성하는 탑 및 바틈 플레이트와; 양쪽 사이드 벽체를 형성하는 제1 및 제2 사이드 플레이트를 구비하고, 내부 공간에 배터리 셀들을 수납할 수 있게 마련된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서,
    상기 탑 플레이트의 양쪽 모서리와 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상단면 사이와, 상기 바틈 플레이트의 양쪽 모서리와 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 하단면 사이에 해당하는 4곳에 접착제가 길이방향을 따라 도포됨으로서 형성되는 본딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본딩부는,
    미리 결정된 위치에 상기 접착제가 미도포되어 마련되는 탈착 지그 삽입용 공간을 포함하는 것을 특징으로 배터리 모듈 하우징.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탈착 지그 삽입용 공간은 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 길이방향을 따라 단속적으로 복수 개가 형성되는 것을 특징으로 배터리 모듈 하우징.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는,
    요철 구조로 상기 탈착 지그 삽입용 공간에 대응하는 구간이 오목하게 형성되어 마련되는 공간 확장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탑 플레이트, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트 각각의 안쪽 면에 부착되는 단열 패드;와 상기 바틈 플레이트의 안쪽 면에 부착되는 열전달 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 탈착 지그 삽입용 공간에 메꾸어지는 연질 재질의 코킹부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 4곳의 본딩부 중 적어도 어느 한 곳의 본딩부는 상기 내부 공간을 향해 소정 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 탑 및 바틈 플레이트 중 적어도 어느 하나는 양쪽 모서리 부분이 절곡된 형태로 마련되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 외측면에 접촉 배치되는 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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