WO2020067665A1 - 배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 Download PDF

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유재욱
강달모
권민호
문정오
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell assembly, a battery module including such a battery cell assembly, a battery pack including such a battery module, and an automobile including such a battery pack.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a 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. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge / discharge capacity.
  • a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series / parallel, a battery module including at least one battery cell is configured first, and other components are added using the at least one battery module.
  • the method of constructing the battery pack is common.
  • an assembly configuration type of a plurality of battery cells is also changed according to a model type of the battery module or the battery pack.
  • a battery cell assembly a plurality of cylindrical cell blocks comprising a plurality of cylindrical cells; A block cover covering an upper side of the plurality of cylindrical cell blocks and electrically connecting the plurality of cylindrical cell blocks; A cooling plate disposed opposite to the block cover and disposed under the plurality of cylindrical cell blocks; And a heat transfer member disposed between the cooling plate and the plurality of cylindrical cell blocks, and provided with a plurality of thermal interface materials corresponding to the bottom of the plurality of cylindrical cells.
  • the plurality of cylindrical cell blocks each of the plurality of cylindrical cells;
  • a bottom cover accommodating the bottoms of the plurality of cylindrical cells;
  • a top cover which is combined with the bottom cover and covers an upper portion of the plurality of cylindrical cells;
  • a pair of bus bar members provided on an upper side of the top cover and electrically connecting the plurality of cylindrical cells;
  • an insulating member provided between the pair of bus bar members.
  • the plurality of cylindrical cell blocks may further include at least one heat insulating member for blocking flame propagation to adjacent cylindrical cells when each of the plurality of cylindrical cells is ignited.
  • the heat insulating member is provided in plural, and the plurality of heat insulating members include: a first heat insulating member covering side surfaces of the plurality of cylindrical cells; A second heat insulating member covering the upper side of the plurality of cylindrical blood cells and disposed inside the top cover; And a third heat insulating member disposed at a predetermined distance from the second heat insulating member and exposed on an upper side of the top cover.
  • the at least one heat insulating member may be provided as a mica heat insulating material.
  • the present invention as a battery pack, at least one battery module according to the above-described embodiments; It provides a battery pack comprising a; and a pack case for packaging the at least one battery module.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery cell assembly of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view of part A of the battery cell assembly of FIG. 1.
  • FIG. 4 is an enlarged view of part B of the battery cell assembly of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a view for explaining a cylindrical cell block of the battery cell assembly of FIG. 2.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the cylindrical cell block of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view for explaining the assembly structure of the cylindrical cell blocks of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery cell assembly according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery cell assembly of Figure 1
  • Figure 3 is an enlarged view of part A of the battery cell assembly of Figure 1 4 is an enlarged view of a portion B of the battery cell assembly of FIG. 1
  • FIG. 5 is a view for explaining the cylindrical cell block of the battery cell assembly of FIG. 2
  • the battery cell assembly 10 may include a cylindrical cell block 100, a block cover 200, a cooling plate 300 and a heat transfer member 400.
  • the cylindrical cell block 100 may be provided in plural.
  • the plurality of cylindrical cell blocks 100 may be combined with each other.
  • the plurality of cylindrical cell blocks 100 may have a shape corresponding to the adjacent cylindrical cell blocks 100 so as to be combined with the adjacent cylindrical cell blocks 100.
  • the outer surfaces of the plurality of cylindrical cell blocks 100 may be provided in an uneven shape corresponding to the outer surfaces of the facing cylindrical cell blocks 100.
  • the uneven shape may be provided in a shape in which convex portions and concave portions are alternately provided.
  • Each of the plurality of cylindrical cell blocks 100 includes a cylindrical cell 110, a bottom cover 120, a top cover 130, a pair of bus bar members 140, 150, and an insulating member 160, respectively. And it may include a heat insulating member (170, 180, 190).
  • the bottom cover 120 may include an accommodation space capable of accommodating the bottoms of the plurality of cylindrical cells 110.
  • the bottom cover 120 may form a part of the outer surface of the cylindrical cell block 100, and may have an outer surface of an uneven shape for block coupling with the adjacent cylindrical cell block 100.
  • the top cover 130 may be coupled to the bottom cover 120 and cover an upper portion of the plurality of cylindrical cells 110.
  • the top cover 130 forms the outer surface of the cylindrical cell block 100 together with the bottom cover 120, and the outer surface of the uneven shape for the block coupling with the adjacent cylindrical cell block 100.
  • a plurality of hooks 135 for stably fixing the block cover 200 to be described later may be provided on the top cover 130.
  • the block cover 200 to be described later through the plurality of hooks 135 may be stably fixed without being separated from the top cover 130.
  • the pair of bus bar members 140 and 150 may be provided above the top cover 130.
  • the pair of bus bar members 140 and 150 may electrically connect the plurality of cylindrical cells 110.
  • the pair of bus bar members 140 and 150 may include an anode bus bar 140 and a cathode bus bar 150.
  • the anode bus bar 140 is electrically connected to the anode of the plurality of cylindrical cells 110 and may be disposed between the insulating member 160 to be described later and the insulating member 190 to be described later.
  • the negative bus bar 150 is electrically connected to the negative electrode of the plurality of cylindrical cells 110 and may be disposed between the top cover 130 and an insulating member 160 to be described later.
  • the insulating member 160 may be provided between the pair of bus bar members 140 and 150, that is, between the positive bus bar 140 and the negative bus bar 150.
  • the insulating member 160 may prevent direct contact that may occur between the positive bus bar 140 and the negative bus bar 150.
  • the heat insulating members 170, 180, and 190 are for blocking flame propagation to adjacent cylindrical cells 110 when igniting at least one of the plurality of cylindrical cells 110, and provided in a plurality of at least one or more Can be.
  • the plurality of heat insulating members 170, 180, 190 may be provided as a mica heat insulating material, and may include a first heat insulating member 170, a second heat insulating member 180, and a third heat insulating member 190. .
  • the first heat insulating member 170 may cover side surfaces of the plurality of cylindrical cells 110.
  • the first heat insulating member 170 may prevent the propagation of flame to adjacent cylindrical cells 110 when the ignition of at least one of the plurality of cylindrical cells 110 is ignited.
  • the second heat insulating member 180 covers the upper side of the plurality of cylindrical blood cells 110 and may be disposed inside the top cover 130.
  • the second heat insulating member 180 when igniting at least one of the plurality of cylindrical cells 110, secondarily, blocks flame propagation, and propagates the flame to the bus bar member 150 side. Can be blocked.
  • the third heat insulating member 190 is disposed at a predetermined distance from the second heat insulating member 180, and may be exposed on the upper side of the top cover 130.
  • the third heat insulating member 190 when igniting at least one of the plurality of cylindrical cells 110, finally blocks flame propagation, and propagates the flame to the block cover 200, which will be described later. Can be blocked.
  • the plurality of Even if ignition occurs in at least one cylindrical cell 110 of the cylindrical cells 110 it is possible to effectively prevent chain ignition that may lead to the entire cylindrical cells 110.
  • the block cover 200 covers an upper side of the plurality of cylindrical cell blocks 100 and can electrically connect the plurality of cylindrical cell blocks 100.
  • the block cover 200 may be fixed through the plurality of hooks 135.
  • the block cover 200 may be provided with a cell block welding portion 205 for electrically connecting adjacent cylindrical cell blocks 100.
  • the cylindrical cell blocks 100 adjacent to each other through the cell block welding part 205 may be electrically connected to each other through laser welding or the like.
  • the plurality of thermal interface materials 450 may directly contact the bottom of the plurality of cylindrical blood cells 110. Heat generated in the plurality of cylindrical cell blocks 110 through the plurality of thermal interface materials 450 may be more quickly transferred to the cooling plate 300.
  • the plurality of cylindrical cells 110 may be cooled through the heat transfer member 400 and the cooling plate 300 provided with the plurality of thermal interface materials 450.
  • the battery module 1 may include the battery cell assembly 10 and the module case 50.
  • the battery cell assembly 10 may be provided in at least one or plural. Hereinafter, in the present embodiment, the battery cell assembly 10 will be described as being limited to a plurality.
  • the outer surfaces of the plurality of battery cell assemblies 10 may have a shape corresponding to adjacent battery cell assemblies 10. Accordingly, the plurality of battery cell assemblies 10 may be connected to each other through mutual block coupling.
  • the module case 50 may package the at least one battery cell assembly 10 in the present embodiment.
  • the module case 50 may include a main cover 52 and a front cover 56.
  • the main cover 52 may cover the at least one battery cell assembly 10 in the present embodiment.
  • the main cover 52 may have a shape corresponding to the outer surfaces of the plurality of battery cell assemblies 10.
  • the battery module 10 configures the battery cell assembly 10 through block coupling between the plurality of cylindrical cell blocks 100, and the plurality of battery cell assemblies 10 ) Since the battery module 10 can be configured through a block combination, the cylindrical cell block 100 may be used as a unit in various model types. Accordingly, in the present embodiment, the compatibility or expandability of each product of the battery module 10 may be improved.
  • the battery module 10 since the plurality of cylindrical cell blocks 100 and the plurality of battery cell assemblies 10 are coupled through a block combination, the battery module 10 Easy and simple assembly can be secured during manufacturing. Accordingly, in this embodiment, the manufacturing process efficiency of the battery module 10 can be significantly improved.
  • the battery module 10 since the plurality of cylindrical cell blocks 100 and the plurality of battery cell assemblies 10 are coupled through a block combination, the cylindrical cells 110 ), The dead space that can be generated can be minimized. Accordingly, in this embodiment, it is possible to provide the battery module 10 having a slimmer, more compact, and higher energy density.
  • FIG 9 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 10 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack P includes at least one battery module 1 according to the preceding embodiment and a pack case 5 packaging the at least one battery module 1. You can.
  • the battery pack P may be provided in the vehicle V as a fuel source for the vehicle V.
  • the battery pack P may be provided in the vehicle V in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and other ways in which other battery packs P can be used as a fuel source.
  • the battery pack P may be provided in other devices, apparatus, and equipment, such as an energy storage system using a secondary battery in addition to the vehicle V, of course.
  • the battery cell assembly 10 that can be shared the battery module 1 including the battery cell assembly 10, and the battery module 1 including the The battery pack P and the vehicle V including the battery pack P may be provided.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 조립체는, 복수 개의 원통형 셀들을 포함하는 복수 개의 원통형 셀 블록, 복수 개의 원통형 셀 블록의 상측을 커버하며, 복수 개의 원통형 셀 블록을 전기적으로 연결하는 블록 커버, 블록 커버에 대향 배치되며, 복수 개의 원통형 셀 블록의 하측에 배치되는 냉각 플레이트 및 냉각 플레이트와 복수 개의 원통형 셀 블록 사이에 배치되며, 복수 개의 원통형 셀들의 저부에 대응되게 복수 개의 써멀 인터페이스 물질이 구비되는 열전달부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 09월 28일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2018-0116523호에 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 ~ 4.5V이다. 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 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 모듈이나 배터리 팩의 경우, 복수 개의 배터리 셀들의 조립체로서, 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성할 때, 배터리 모듈이나 배터리 팩의 모델 타입에 따라, 복수 개의 배터리 셀들의 조립체 구성 타입도 변경된다.
이에 따라, 종래에는 배터리 모듈이나 배터리 팩의 모델별로 배터리 셀들의 조립체의 형상이나 모양도 제품 별로 달라지게 되어 공용화가 어려운 문제가 있다. 이에 딸, 종래 배터리 모듈이나 배터리 팩에서는 배터리 셀들의 조립체 구성 시 제품별 호환성이나 확장성이 낮아 공정 효율이 떨어지는 문제가 있다.
특히, 배터리 셀들이 원통형 셀들인 경우, 원통형 셀의 형상적 특징으로 인해 원통형 셀들로 배터리 셀들의 조립체를 구성할 때, 모델 타입 별로 원통형 셀들 사이에 데드 스페이스가 발생될 가능성이 커져, 모델 타입에 따라, 슬림화 및 에너지 밀도 측면에서 불리한 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 공용화가 가능한 배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 셀 조립체에 있어서, 복수 개의 원통형 셀들을 포함하는 복수 개의 원통형 셀 블록; 상기 복수 개의 원통형 셀 블록의 상측을 커버하며, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록을 전기적으로 연결하는 블록 커버; 상기 블록 커버에 대향 배치되며, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록의 하측에 배치되는 냉각 플레이트; 및 상기 냉각 플레이트와 상기 복수 개의 원통형 셀 블록 사이에 배치되며, 상기 복수 개의 원통형 셀들의 저부에 대응되게 복수 개의 써멀 인터페이스 물질이 구비되는 열전달부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 조립체를 제공한다.
상기 복수 개의 원통형 셀 블록은, 인접하는 원통형 셀 블록과 블록 결합될 수 있게 인접하는 원통형 셀 블록과 상호 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 복수 개의 원통형 셀 블록은, 각각, 상기 복수 개의 원통형 셀들; 상기 복수 개의 원통형 셀들의 저부를 수용하는 바텀 커버; 상기 바텀 커버와 결합되며, 상기 복수 개의 원통형 셀들의 상부를 커버하는 탑 커버; 상기 탑 커버의 상측에 구비되며, 상기 복수 개의 원통형 셀들을 전기적으로 연결하는 한 쌍의 버스바부재; 및 상기 한 쌍의 버스바부재 사이에 마련되는 절연부재;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 원통형 셀 블록은, 각각, 상기 복수 개의 원통형 셀들 중 적어도 하나의 발화 시, 인접한 원통형 셀들로의 화염 전파를 차단하기 위한 적어도 하나의 단열부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 단열부재는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 단열부재는, 상기 복수 개의 원통형 셀들의 측면을 커버하는 제1 단열부재; 상기 복수 개의 원통혈 셀들의 상측을 커버하며, 상기 탑 커버의 내측에 배치되는 제2 단열부재; 및 상기 제2 단열부재와 소정 거리 이격 배치되며, 상기 탑 커버의 상측에 노출되는 제3 단열부재;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 단열부재는, 운모 단열재로 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 셀 조립체; 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 패키징하는 모듈 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 모듈 케이스는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 커버하는 메인 커버; 및 상기 메인 커버와 결합되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체의 전방을 커버하는 프런트 커버;를 포함할 수 있다.
아울러, 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.
또한, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 공용화가 가능한 배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 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 셀 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 셀 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 셀 조립체의 A 부분의 확대도이다.
도 4는 도 1의 배터리 셀 조립체의 B 부분의 확대도이다.
도 5는 도 2의 배터리 셀 조립체의 원통형 셀 블록을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 원통형 셀 블록의 분해 사시도이다.
도 7은 도 5의 원통형 셀 블록들의 조립 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 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 셀 조립체를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 셀 조립체의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 셀 조립체의 A 부분의 확대도이며, 도 4는 도 1의 배터리 셀 조립체의 B 부분의 확대도이며, 도 5는 도 2의 배터리 셀 조립체의 원통형 셀 블록을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 5의 원통형 셀 블록의 분해 사시도이며, 도 7은 도 5의 원통형 셀 블록들의 조립 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 배터리 셀 조립체(10)는, 원통형 셀 블록(100), 블록 커버(200), 냉각 플레이트(300) 및 열전달부재(400)를 포함할 수 있다.
상기 원통형 셀 블록(100)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 원통형 셀 블록(100)은, 상호 블록 결합될 수 있다. 이를 위해, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록(100)은, 인접하는 원통형 셀 블록(100)과 블록 결합될 수 있게 인접하는 원통형 셀 블록(100)과 상호 대응되는 형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록들(100)의 외면은 마주 하는 원통형 셀 블록(100)의 외면에 대응되는 요철 형상으로 구비될 수 있다. 상기 요철 형상은 볼록부와 오목부가 서로 번갈아 구비되는 형상으로 마련될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 원통형 셀 블록들(100)은, 각각, 원통형 셀(110), 바텀 커버(120), 탑 커버(130), 한 쌍의 버스바부재(140, 150), 절연부재(160) 및 단열부재(170, 180, 190)를 포함할 수 있다.
상기 원통형 셀(110)은, 이차 전지로서, 복수 개로 구비될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)은, 상호 전기적으로 연결될 수 있게 상호 적층될 수 있다.
상기 바텀 커버(120)는, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)의 저부를 수용할 수 있는 수용 공간을 구비할 수 있다. 이러한 상기 바텀 커버(120)는 상기 원통형 셀 블록(100)의 외면 일부를 형성하며, 인접하는 상기 원통형 셀 블록(100)과의 블록 결합을 위한 요철 형상의 외면을 가질 수 있다.
상기 탑 커버(130)는, 상기 바텀 커버(120)와 결합되며, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)의 상부를 커버할 수 있다. 이러한 상기 탑 커버(130)는, 상기 바텀 커버(120)와 함께 상기 원통형 셀 블록(100)의 외면을 형성하며, 인접하는 상기 원통형 셀 블록(100)과의 블록 결합을 위한 요철 형상의 외면을 가질 수 있다.
상기 탑 커버(130)에는 후술하는 블록 커버(200)를 보다 안정적으로 고정하기 위한 복수 개의 후크(135)가 마련될 수 있다. 상기 복수 개의 후크(135)를 통해 후술하는 블록 커버(200)는 상기 탑 커버(130) 밖으로 이탈되지 않고 안정적으로 고정될 수 있다.
상기 한 쌍의 버스바부재(140, 150)는, 상기 탑 커버(130)의 상측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 버스바부재(140, 150)는 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 한 쌍의 버스바부재(140, 150)는, 양극 버스바(140) 및 음극 버스바(150)를 포함할 수 있다.
상기 양극 버스바(140)는, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)의 양극과 전기적으로 연결되며, 후술하는 절연부재(160) 및 후술하는 단열부재(190) 사이에 배치될 수 있다.
상기 음극 버스바(150)는, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)의 음극과 전기적으로 연결되며, 상기 탑 커버(130) 및 후술하는 절연부재(160) 사이에 배치될 수 있다.
상기 절연부재(160)는, 상기 한 쌍의 버스바부재(140, 150) 사이, 즉, 상기 양극 버스바(140)와 상기 음극 버스바(150) 사이에 마련될 수 있다. 이러한 상기 절연부재(160)는 상기 양극 버스바(140)와 상기 음극 버스바(150) 사이에서 발생될 수 있는 직접적인 접촉을 방지할 수 있다.
상기 단열부재(170, 180, 190)는, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110) 중 적어도 하나의 발화 시, 인접한 원통형 셀들(110)로의 화염 전파를 차단하기 위한 것으로서, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 마련될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는, 상기 단열부재(170, 180, 190)가 복수 개로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 단열부재(170, 180, 190)는, 운모 단열재로 구비될 수 있으며, 제1 단열부재(170), 제2 단열부재(180) 및 제3 단열부재(190)를 포함할 수 있다.
상기 제1 단열부재(170)는, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)의 측면을 커버할 수 있다. 이러한 상기 제1 단열부재(170)는 상기 복수 개의 원통형 셀들(110) 중 적어도 하나의 셀 발화 시, 우선적으로, 인접한 원통형 셀들(110)로의 화염 전파를 차단할 수 있다.
상기 제2 단열부재(180)는, 상기 복수 개의 원통혈 셀들(110)의 상측을 커버하며, 상기 탑 커버(130)의 내측에 배치될 수 있다. 이러한 상기 제2 단열부재(180)는, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110) 중 적어도 하나의 셀 발화 시, 이차적으로, 화염 전파를 차단하며, 상기 화염의 상기 버스바부재(150) 측으로의 전파를 차단할 수 있다.
상기 제3 단열부재(190)는, 상기 제2 단열부재(180)와 소정 거리 이격 배치되며, 상기 탑 커버(130)의 상측에 노출될 수 있다. 이러한 상기 제3 단열부재(190)는, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110) 중 적어도 하나의 셀 발화 시, 최종적으로, 화염 전파를 차단하며, 상기 화염의 후술하는 블록 커버(200) 측으로의 전파를 차단할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 제3 단열부재(190), 제2 단열부재(180) 및 제1 단열부재(170)로 마련되는 상기 복수 개의 단열부재(170, 180, 190)를 통해, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110) 중 적어도 하나의 원통형 셀(110)에서 발화가 발생되더라도 전체 원통형 셀들(110)로 이어질 수 있는 연쇄 발화를 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 블록 커버(200)는, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록(100)의 상측을 커버하며, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록(100)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이러한 상기 블록 커버(200)는 상기 복수 개의 후크(135)를 통해 고정될 수 있다.
상기 블록 커버(200)에는 인접하는 원통형 셀 블록들(100)을 전기적으로 연결하기 위한 셀 블록 용접부(205)가 구비될 수 있다. 상기 셀 블록 용접부(205)를 통해 인접하는 원통형 셀 블록들(100)은 레이저 용접 등을 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 냉각 플레이트(300)는, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)의 냉각을 위한 것으로서, 상기 블록 커버(200)에 대향 배치되며, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록(110)의 하측에 배치될 수 있다.
상기 열전달부재(400)는, 상기 냉각 플레이트(300)와 상기 복수 개의 원통형 셀 블록(110) 사이에 배치되며, 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)의 저부에 대응되게 복수 개의 써멀 인터페이스 물질(450)이 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 써멀 인터페이스 물질(450)은 상기 복수 개의 원통혈 셀들(110)의 저부에 직접적으로 접촉될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 써멀 인터페이스 물질(450)를 통해 상기 복수 개의 원통형 셀 블록(110)에서 발생되는 열은 상기 냉각 플레이트(300) 측으로 보다 더 신속히 전달될 수 있다.
본 실시예의 경우, 이러한 상기 복수 개의 써멀 인터페이스 물질(450)을 구비하는 상기 열전달부재(400) 및 상기 냉각 플레이트(300)를 통해 상기 복수 개의 원통형 셀들(110)을 냉각시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 배터리 모듈(1)은, 상기 배터리 셀 조립체(10) 및 모듈 케이스(50)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 조립체(10)는, 적어도 하나 또는 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀 조립체(10)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(10)의 외면은 인접하는 배터리 셀 조립체(10)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체들(10) 상호 간은 상호 블록 결합을 통해 연결될 수 있다.
상기 모듈 케이스(50)는, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(10)를 패키징할 수 있다.
이러한 상기 모듈 케이스(50)는, 메인 커버(52) 및 프런트 커버(56)를 포함할 수 있다.
상기 메인 커버(52)는, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(10)를 커버할 수 있다. 상기 메인 커버(52)는 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(10)의 외면에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 프런트 커버(56)는, 상기 메인 커버(52)와 결합되며, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(10)의 전방을 커버할 수 있다. 이러한 상기 프런트(56)는 상기 메인 커버(52)와 볼팅 결합 및 용접 결합을 통해 연결될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록들(100) 간의 블록 결합을 통해 상기 배터리 셀 조립체(10)를 구성하고, 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체들(10) 간의 블록 결합을 통해 상기 배터리 모듈(10)을 구성할 수 있기에, 다양한 모델 타입에서도 상기 원통형 셀 블록(100)을 단위체로 활용할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 모듈(10)의 제품별 호환성이나 확장성이 향상될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록들(100) 및 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체들(10)이 블록 결합을 통해 결합하기에, 배터리 모듈(10)의 제조 시 용이하고 간편한 조립성을 확보할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 모듈(10)의 제조 공정 효율이 현저히 향상될 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록들(100) 및 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체들(10)이 블록 결합을 통해 결합하기에, 상기 원통형 셀들(110) 사이에서 발생될 수 있는 데드 스페이스가 최소화될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 보다 더 슬림하고 컴팩트하며, 높은 에너지 밀도를 갖는 상기 배터리 모듈(10)을 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 배터리 팩(P)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(1) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(1)을 패키징하는 팩 케이스(5)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(P)은 자동차(V)의 연료원으로써, 자동차(V)에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(P)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(P)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(V)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(P)은 상기 자동차(V) 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(P)과 상기 자동차(V)와 같은 상기 배터리 팩(P)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(1)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(1)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(P) 및 이러한 배터리 팩(P)을 구비하는 자동차(V) 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 공용화가 가능한 상기 배터리 셀 조립체(10), 이러한 상기 배터리 셀 조립체(10)를 포함하는 상기 배터리 모듈(1), 이러한 상기 배터리 모듈(1)을 포함하는 상기 배터리 팩(P) 및 이러한 상기 배터리 팩(P)을 포함하는 상기 자동차(V)를 제공할 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 (10)

  1. 배터리 셀 조립체에 있어서,
    복수 개의 원통형 셀들을 포함하는 복수 개의 원통형 셀 블록;
    상기 복수 개의 원통형 셀 블록의 상측을 커버하며, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록을 전기적으로 연결하는 블록 커버;
    상기 블록 커버에 대향 배치되며, 상기 복수 개의 원통형 셀 블록의 하측에 배치되는 냉각 플레이트; 및
    상기 냉각 플레이트와 상기 복수 개의 원통형 셀 블록 사이에 배치되며, 상기 복수 개의 원통형 셀들의 저부에 대응되게 복수 개의 써멀 인터페이스 물질이 구비되는 열전달부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 원통형 셀 블록은,
    인접하는 원통형 셀 블록과 블록 결합될 수 있게 인접하는 원통형 셀 블록과 상호 대응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 원통형 셀 블록은, 각각,
    상기 복수 개의 원통형 셀들;
    상기 복수 개의 원통형 셀들의 저부를 수용하는 바텀 커버;
    상기 바텀 커버와 결합되며, 상기 복수 개의 원통형 셀들의 상부를 커버하는 탑 커버;
    상기 탑 커버의 상측에 구비되며, 상기 복수 개의 원통형 셀들을 전기적으로 연결하는 한 쌍의 버스바부재; 및
    상기 한 쌍의 버스바부재 사이에 마련되는 절연부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 원통형 셀 블록은, 각각,
    상기 복수 개의 원통형 셀들 중 적어도 하나의 발화 시, 인접한 원통형 셀들로의 화염 전파를 차단하기 위한 적어도 하나의 단열부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단열부재는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 단열부재는,
    상기 복수 개의 원통형 셀들의 측면을 커버하는 제1 단열부재;
    상기 복수 개의 원통혈 셀들의 상측을 커버하며, 상기 탑 커버의 내측에 배치되는 제2 단열부재; 및
    상기 제2 단열부재와 소정 거리 이격 배치되며, 상기 탑 커버의 상측에 노출되는 제3 단열부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 조립체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단열부재는,
    운모 단열재로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 조립체.
  7. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 셀 조립체; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 패키징하는 모듈 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 커버하는 메인 커버; 및
    상기 메인 커버와 결합되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체의 전방을 커버하는 프런트 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
PCT/KR2019/011761 2018-09-28 2019-09-10 배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 WO2020067665A1 (ko)

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