WO2022169310A2 - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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서성원
윤현기
문정오
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • Secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also the fact that no by-products are generated from the use of energy.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • the types of secondary batteries currently widely used include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • the unit secondary battery cell that is, the operating voltage of the unit battery cell is about 2.5V ⁇ 4.5V. Accordingly, when a higher output voltage is required, a plurality of battery cells are connected in series to form a battery pack. In addition, a plurality of battery cells may be connected in parallel to form a battery pack 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 module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using the at least one battery module. It is common to configure battery packs or battery racks.
  • a conventional battery module it is configured to include a plurality of battery cells and a module housing for accommodating them.
  • the conventional module housing is generally made of a metal material, and is provided as an assembly such as a front frame, a rear frame, an upper frame, a lower frame, and a side frame.
  • the weight of the entire battery module increases, the structure is complicated, the assembly process, and there are also complicated problems.
  • an increase in weight due to the module housing has a problem of causing a decrease in energy density per weight of the entire battery module.
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of increasing energy density per weight, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • Another object of the present invention is to provide a battery module having a slimmer and simpler structure, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • a battery module comprising: a plurality of battery cell assemblies including at least one battery cell; and a module frame formed along the longitudinal direction of the plurality of battery cell assemblies and configured to receive the plurality of battery cell assemblies in a line in the longitudinal direction.
  • the plurality of battery cell assemblies may include: a first battery cell assembly including the at least one battery cell; and a second battery cell assembly including the at least one battery cell, wherein the first battery cell assembly and the second battery cell assembly may be slidingly inserted and mounted on the module frame.
  • the first battery cell assembly may be slidably inserted into one side of the module frame, and the second battery cell assembly may be slidably inserted into the other side of the module frame.
  • a front cover covering one side of the module frame; and a rear cover disposed opposite the front cover and covering the other side of the module frame.
  • the front cover may include: a front end plate having a size capable of covering one side of the module frame; a front sealing plate disposed behind the front end plate and facing the battery cell assembly; and a front sealant applied to the edge of the front sealing plate.
  • the rear cover may include a rear end plate having a size capable of covering the other side of the module frame; a rear sealing plate disposed in front of the rear end plate and facing the battery cell assembly; and a rear sealant applied to an edge of the rear sealing plate.
  • the module frame may include at least one cooling passage for cooling the plurality of battery cell assemblies.
  • the at least one cooling passage is formed along the longitudinal direction of the module frame, and may be provided inside the bottom of the module frame.
  • the present invention as a battery pack, includes a plurality of battery modules according to the above-described embodiments, wherein the plurality of battery modules are arranged side by side along the width direction of the module frame, and face each other in the width direction It can be interconnected through bolting coupling between the module frames.
  • the present invention provides a vehicle comprising, as a vehicle, at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • a battery module capable of increasing energy density per weight, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1 ;
  • FIG. 3 is a perspective view of a first battery cell assembly of the battery module of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a bottom perspective view of the battery module of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a view for explaining an assembly process of the first battery cell assembly of the battery module of FIG. 1 and the module frame of the second battery cell assembly.
  • FIG. 7 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view of the battery pack of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the battery pack of FIG. 7 .
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1 .
  • the battery module 10 may include a plurality of battery cell assemblies 100 and 200 and a module frame 300 .
  • the plurality of battery cell assemblies 100 and 200 may include at least one battery cell 110 and 210 .
  • the plurality of battery cell assemblies 100 and 200 may include a first battery cell assembly 100 and a second battery cell assembly 200 .
  • the first battery cell assembly 100 may include a battery cell 110 , a bus bar frame 130 , and a top plate 150 .
  • FIG. 3 is a perspective view of a first battery cell assembly of the battery module of FIG. 2 .
  • the battery cell 110 may be a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery as a secondary battery.
  • the battery cell 110 will be described by limiting it to a pouch-type secondary battery.
  • At least one battery cell 110 may be provided in plurality.
  • the battery cell 110 is limited to a plurality of the description will be provided.
  • the plurality of battery cells 110 may be stacked to be electrically interconnected.
  • the bus bar frame 130 may cover at least one side of the battery cells 110 and may be electrically connected to the electrode leads 115 of the battery cells 110 .
  • the top plate 150 may cover upper sides of the battery cells 110 .
  • the top plate 150 may be made of a plastic material to insulate the battery cells 110 .
  • the second battery cell assembly 200 may include a battery cell 210 , a bus bar frame 230 , and a top plate 250 .
  • the battery cell 210 is a secondary battery, and may be provided as a pouch-type secondary battery. At least one or more of the battery cells 210 may be provided. Hereinafter, in the present embodiment, the battery cells 210 will be described by limiting it to a plurality.
  • the bus bar frame 230 may cover at least one side of the battery cells 210 and may be electrically connected to electrode leads (not shown) of the battery cells 210 .
  • the top plate 250 may cover upper sides of the battery cells 210 .
  • the top plate 250 may be made of a plastic material to insulate the battery cells 210 .
  • FIG. 4 is a bottom perspective view of the battery module of FIG. 2
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1 .
  • the module frame 300 is formed to have a predetermined length along the longitudinal direction of the plurality of battery cell assemblies 100 and 200, and in the longitudinal direction
  • the plurality of battery cell assemblies 100 and 200 may be integrally accommodated in a line.
  • the first battery cell assembly 100 and the second battery cell assembly 200 may be slidingly inserted and mounted on the module frame 300 . More specifically, on one side of the module frame 300 , the first battery cell assembly 100 is slidingly inserted and mounted, and on the other side of the module frame 300 , the second battery cell assembly 200 slides. Can be insert mounted.
  • the module frame 300 may include a cooling passage 310 , a side flange 330 , a heat adhesive injection hole 350 , a connector member connection part 370 , and a lower reinforcement part 390 .
  • the cooling passage 310 is for cooling the plurality of battery cell assemblies 100 and 200 , and may be provided in at least one or more plurality.
  • the cooling passage 310 will be described by limiting it to being provided in plurality.
  • the plurality of cooling passages 310 are formed along the longitudinal direction of the module frame 300 , and may be provided inside the bottom of the module frame 300 .
  • the plurality of cooling passages 310 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the plurality of cooling passages 310 may be connected in communication with a front cooling manifold 470 and a rear cooling manifold 570 to be described later, and a coolant for cooling the battery cell assemblies 100 and 200 . can be cycled.
  • the cooling passage 310 is integrally provided with the module frame 300, the cooling structure of the battery cells 110 and 210 without additional mounting of a member such as a separate heat sink. can be implemented.
  • the battery module 10 having a slimmer and simpler structure can be provided by omitting additional members such as a separate heat sink, and the energy density per weight can be significantly increased.
  • the side flange 330 may be provided on both sides of the module frame 300 .
  • the side flange 330 may be provided with at least one or more plurality of bolting members B for bolting coupling between the facing module frames 300 to be described later.
  • the thermal adhesive injection hole 350 is provided in plurality, and may be provided at the bottom of the module frame 300 .
  • a thermally conductive adhesive such as thermal resin may be filled in the module frame 300 through the thermal adhesive injection hole 350 . Through the thermally conductive adhesive, the cooling performance of the battery module 10 may be further improved.
  • the connector member connection part 370 may be provided on the upper side of the module frame 300 .
  • the connector member connection part 370 may be connected to a connector member 50 to be described later to guide the connection of the battery module 10 to a source such as an external power source.
  • the lower reinforcing part 390 may be provided at the bottom of the cooling passage 310 .
  • the lower reinforcing part 390 may be provided in a grid-shaped rib structure, and may reinforce the structural rigidity of the module frame 300 .
  • the lower reinforcing part 390 may minimize the transmission and the like of external impact to the first battery cell assembly 100 and the second battery cell assembly 200 .
  • the battery module 10 may include a front cover 400 and a rear cover 500 .
  • the front cover 400 may cover one side of the module frame 300 . Specifically, the front cover 400 may cover the front of the module frame 300 in the longitudinal direction of the module frame 300 .
  • the front cover 400 may include a front end plate 410 , a front sealing plate 430 , a front sealant 450 , and a front cooling manifold 470 .
  • the front end plate 410 may cover one side of the module frame 300 .
  • the front end plate 410 may have a size capable of covering one side of the module frame 300 .
  • the front end plate 410 may have a size capable of covering the front of the module frame 300 .
  • the front end plate 410 may be bonded to each other through the module frame 300 and welding coupling.
  • a connection hole 415 may be provided in the front end plate 410 .
  • connection hole 415 may be provided in plurality.
  • the plurality of connection holes 415 may connect a front cooling manifold 470 to be described later and the plurality of cooling passages 310 in communication with each other.
  • the front sealing plate 430 may be disposed behind the front end plate 410 and may be disposed to face the battery cell assembly 100 .
  • the front sealing plate 430 includes the front end plate 410 and the bus bar frame 130 of the first battery cell assembly 100 for sealing the first battery cell assembly 100 . can be placed between them.
  • the front sealant 450 is for sealing the battery cell assembly 100 more hermetically, and may be applied to the edge of the front sealing plate 430 .
  • the front sealant 450 may be provided as an adhesive member.
  • the present invention is not limited thereto, and the front sealant 450 may be provided as a member such as a square ring for sealing.
  • the front cooling manifold 470 may be mounted on the lower side of the front end plate 410 and may be connected in communication with the connection hole 415 .
  • the front cooling manifold 470 is for circulating the coolant in the cooling passage 310 and may be connected to an external cooling device or the like.
  • the rear cover 500 may cover the other side of the module frame 300 .
  • the rear cover 400 may cover the rear of the module frame 300 in the longitudinal direction of the module frame 300 .
  • the rear cover 500 may include a rear end plate 510 , a rear sealing plate 530 , a rear sealant 550 , and a rear cooling manifold 570 .
  • the rear end plate 510 may cover the other side of the module frame 300 .
  • the rear end plate 510 may have a size capable of covering the other side of the module frame 300 .
  • the rear end plate 510 may have a size capable of covering the rear of the module frame 300 .
  • the rear end plate 510 may be joined to the module frame 300 by welding.
  • a connection hole 515 may be provided in the rear end plate 510 .
  • connection hole 515 may be provided in plurality.
  • the plurality of connection holes 515 may connect a rear cooling manifold 570 to be described later and the plurality of cooling passages 310 in communication with each other.
  • the rear sealing plate 530 may be disposed in front of the rear end plate 510 and may be disposed to face the battery cell assembly 200 .
  • the rear sealing plate 530 includes the rear end plate 510 and the bus bar frame 230 of the second battery cell assembly 200 for sealing the second battery cell assembly 200 . can be placed between them.
  • the rear sealant 550 is for sealing the battery cell assembly 200 more hermetically, and may be applied to the edge of the rear sealing plate 530 .
  • the rear sealant 550 may be provided as an adhesive member.
  • the present invention is not limited thereto, and the rear sealant 550 may be provided as a member such as a square ring for sealing.
  • the rear cooling manifold 570 may be mounted on the lower side of the rear end plate 510 and may be connected in communication with the connection hole 515 .
  • the rear cooling manifold 570 circulates the coolant in the cooling passage 310 and may be connected to an external cooling device or the like.
  • FIG. 6 is a view for explaining an assembly process of the first battery cell assembly of the battery module of FIG. 1 and the module frame of the second battery cell assembly.
  • the first battery cell assembly 100 and the second battery cell assembly 200 include one side and the other side of the module frame 300 , specifically, the The module frame 300 may be inserted and mounted while sliding at the front and rear, respectively, and may be accommodated to be arranged in a line in the module frame 300 .
  • the battery cell assemblies 100 and 200 may be inserted into the module frame 300 in both directions. That is, in the battery module 10 according to the present embodiment, a plurality of battery cell assemblies 100 and 200 can be integrally accommodated in one single module frame 300 .
  • the battery module 10 according to the present embodiment can further simplify the structure of the module frame 300 for accommodating the battery cell assemblies 100 and 200, so that a simpler and slimmer structure can be achieved. can be implemented
  • the battery module 10 according to the present embodiment can significantly increase the energy density per weight.
  • the battery cell assemblies 100 and 200 can be mounted through bidirectional sliding insertion within the single module frame 300 , the battery module 10 . Manufacturing cost can also be significantly reduced while simplifying the assembly process.
  • FIG. 7 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a plan view of the battery pack of FIG. 7
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the battery pack of FIG. 7 .
  • the battery pack 1 may include a plurality of the battery modules 10 and the connector member 50 .
  • the plurality of battery modules 10 may be stacked to be electrically connected to each other.
  • the plurality of battery modules 10 may be arranged side by side along the width direction of the module frame 300 and may be interconnected through bolting coupling between the module frames 300 facing each other in the width direction.
  • the plurality of battery modules 300 may be fixed by being bolted to each other through the bolting members B at the side flanges 330 of the battery modules 100 facing each other.
  • side flanges 330 bolted to each other through the bolting members B may also function as a cross beam for buffering an external impact of the battery pack 10 .
  • the connector member 50 is for electrical connection of the plurality of battery modules 10 , and may be electrically connected to the plurality of battery modules 10 at an upper side of the plurality of battery modules 10 . .
  • the connector member 50 may be electrically connected to an external power source and the like.
  • the side flanges 330 of the battery modules 100 facing the plurality of battery modules 10 are bolted to each other through the bolting member B. Since it is fixed, an additional member such as an additional separate plate or frame for interconnection of the battery modules 100 may not be required.
  • the battery pack 1 according to the present embodiment can implement the battery pack 1 having a simpler and slimmer structure. Accordingly, the battery pack 1 according to the present embodiment can significantly increase the energy density per weight through such a slim structure.
  • At least one or more of the battery packs 1 may be provided and mounted in a vehicle.
  • the vehicle may be an electric vehicle or a hybrid vehicle using the battery pack 1 as an energy source.
  • the vehicle according to the present embodiment includes the at least one battery pack 1 , the battery pack 1 having a high energy density and a slim and simple structure can be mounted inside the vehicle.
  • the vehicle according to the present embodiment can significantly increase the energy density per weight, and the battery pack 1 can be more easily mounted inside the vehicle.
  • a battery module 10 capable of increasing energy density per weight, a battery pack 1 including the same, and a vehicle.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 셀 조립체 및 복수 개의 배터리 셀 조립체의 길이 방향을 따라 형성되며, 길이 방향에서 복수 개의 배터리 셀 조립체를 일렬로 수납하는 모듈 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 02월 08일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0017766호에 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 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 모듈의 경우, 복수 개의 배터리 셀들 및 이를 수용하기 위한 모듈 하우징을 포함하여 구성된다. 종래 모듈 하우징은, 일반적으로 금속 소재로 마련되며, 전방 프레임, 후방 프레임, 상부 프레임, 하부 프레임, 사이드 프레임 등의 조립체로 마련된다.
이에 따라, 종래 모듈 하우징의 경우, 복수 개의 금속 프레임들의 조립체로 구비됨에 따라, 전체 배터리 모듈의 무게가 상승하고, 구조가 복잡하며, 조립 공정, 또한 복잡한 문제가 있다. 여기서, 모듈 하우징으로 인한 무게 상승은, 전체 배터리 모듈의 무게당 에너지 밀도의 저하를 가져오는 문제가 있다.
그러므로, 보다 더 슬림하고 간단한 구조를 가지며, 무게당 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 무게당 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보다 더 슬림하고 간단한 구조의 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 셀 조립체; 및 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 길이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체를 일렬로 수납하는 모듈 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 복수 개의 배터리 셀 조립체는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 제1 배터리 셀 조립체; 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 제2 배터리 셀 조립체;를 포함하며, 상기 모듈 프레임에는, 상기 제1 배터리 셀 조립체와 상기 제2 배터리 셀 조립체가 슬라이딩 삽입 장착될 수 있다.
상기 모듈 프레임의 일측에는, 상기 제1 배터리 셀 조립체가 슬라이딩 삽입되며, 상기 모듈 프레임의 타측에는, 상기 제2 배터리 셀 조립체가 슬라이딩 삽입될 수 있다.
상기 모듈 프레임의 일측을 커버하는 전방 커버; 및 상기 전방 커버와 대향 배치되며, 상기 모듈 프레임의 타측을 커버하는 후방 커버;를 포함할 수 있다.
상기 전방 커버는, 상기 모듈 프레임의 일측을 커버할 수 있는 크기를 갖는 전방 엔드 플레이트; 상기 전방 엔드 플레이트의 후방에 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체를 마주 하는 전방 실링 플레이트; 및 상기 전방 실링 플레이트의 테두리에 도포되는 전방 실란트;를 포함할 수 있다.
상기 후방 커버는, 상기 모듈 프레임의 타측을 커버할 수 있는 크기를 갖는 후방 엔드 플레이트; 상기 후방 엔드 플레이트의 전방에 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체를 마주 하는 후방 실링 플레이트; 및 상기 후방 실링 플레이트의 테두리에 도포되는 후방 실란트;를 포함할 수 있다.
상기 모듈 프레임에는, 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체의 냉각을 위한 적어도 하나의 냉각 유로;가 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나의 냉각 유로는, 상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 모듈 프레임의 저부 내측에 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 복수 개의 배터리 모듈;을 포함하며, 상기 복수 개의 배터리 모듈은, 상기 모듈 프레임의 폭 방향을 따라 나란히 배치되며, 상기 폭 방향에서 마주 하는 모듈 프레임들끼리의 볼팅 결합을 통해 상호 연결될 수 있다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 무게당 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 보다 더 슬림하고 간단한 구조의 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 제1 배터리 셀 조립체의 사시도이다.
도 4는 도 2의 배터리 모듈의 저면 사시도이다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 제1 배터리 셀 조립체 및 제2 배터리 셀 조립체의 모듈 프레임과의 조립 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 배터리 팩의 평면도이다.
도 9는 도 7의 배터리 팩의 단면도이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 복수 개의 배터리 셀 조립체(100, 200) 및 모듈 프레임(300)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(100, 200)은, 적어도 하나의 배터리 셀(110, 210)을 포함할 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(100, 200)은, 제1 배터리 셀 조립체(100) 및 제2 배터리 셀 조립체(200)를 포함할 수 있다.
상기 제1 배터리 셀 조립체(100)는, 상기 제1 배터리 셀 조립체(100)은, 배터리 셀(110), 버스바 프레임(130) 및 탑 플레이트(150)를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 제1 배터리 셀 조립체의 사시도이다.
도 3, 앞선 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(110)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(110)이 파우치형 이차 전지로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(110)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(110)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다. 상기 복수 개의 배터리 셀(110)은, 전기적으로 상호 연결될 수 있게 적층될 수 있다.
상기 버스바 프레임(130)은, 상기 배터리 셀들(110)의 적어도 일측을 커버하며, 상기 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(115)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 탑 플레이트(150)는, 상기 배터리 셀들(110)의 상측을 커버할 수 있다. 이러한 상기 탑 플레이트(150)는, 상기 배터리 셀들(110)의 절연을 위해 플라스틱 재질로 마련될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 제2 배터리 셀 조립체(200)는, 배터리 셀(210), 버스바 프레임(230) 및 탑 플레이트(250)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(210)은, 상기 배터리 셀(110)과 같이, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이러한 상기 배터리 셀(210)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(210)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 버스바 프레임(230)은, 상기 배터리 셀들(210)의 적어도 일측을 커버하며, 상기 배터리 셀들(210)의 전극 리드들(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 탑 플레이트(250)는, 상기 배터리 셀들(210)의 상측을 커버할 수 있다. 이러한 상기 탑 플레이트(250)는, 상기 배터리 셀들(210)의 절연을 위해 플라스틱 재질로 마련될 수 있다.
도 4는 도 2의 배터리 모듈의 저면 사시도이며, 도 5는 도 1의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 4, 도 5, 앞선 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 모듈 프레임(300)은, 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(100, 200)의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되며, 상기 길이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(100, 200)를 일렬로 통합적으로 수납할 수 있다.
구체적으로, 상기 모듈 프레임(300)에는, 상기 제1 배터리 셀 조립체(100)와 상기 제2 배터리 셀 조립체(200)가 슬라이딩 삽입 장착될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 모듈 프레임(300)의 일측에는, 상기 제1 배터리 셀 조립체(100)가 슬라이딩 삽입 장착되며, 상기 모듈 프레임(300)의 타측에는, 상기 제2 배터리 셀 조립체(200)가 슬라이딩 삽입 장착될 수 있다.
이러한 상기 모듈 프레임(300)은, 냉각 유로(310), 사이드 플랜지(330), 열접착제 주입홀(350), 커넥터부재 연결부(370) 및 하부 보강부(390)를 포함할 수 있다.
상기 냉각 유로(310)는, 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체(100, 200)의 냉각을 위한 것으로서, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 냉각 유로(310)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 냉각 유로(310)는, 상기 모듈 프레임(300)의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 모듈 프레임(300)의 저부 내측에 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 냉각 유로(310)는, 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 냉각 유로(310)에는, 후술하는 전방 냉각 매니폴드(470) 및 후방 냉각 매니폴드(570)과 연통되게 연결될 수 있으며, 상기 배터리 셀 조립체들(100, 200)의 냉각을 위한 냉각제가 순환될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 상기 냉각 유로(310)가 상기 모듈 프레임(300)에 일체로 마련되는 바, 별도의 히트 싱크 등의 부재의 추가 장착 없이도 상기 배터리 셀들(110, 210)의 냉각 구조를 구현할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 별도의 히트 싱크 등의 추가 부재 생략에 따라, 보다 더 슬림하고 간단한 구조의 배터리 모듈(10)을 제공할 수 있으며, 또한, 무게당 에너지 밀도를 현저히 높일 수 있다.
상기 사이드 플랜지(330)는, 상기 모듈 프레임(300)의 양측면에 구비될 수 있다. 이러한 상기 사이드 플랜지(330)는, 후술하는 마주 하는 모듈 프레임들(300) 간의 볼팅 결합을 위한 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 볼팅부재(B)가 구비될 수 있다.
상기 열접착제 주입홀(350)은, 복수 개로 구비되며, 상기 모듈 프레임(300)의 저부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 열접착제 주입홀(350)을 통해, 써멀 레진과 같은 열전도성 접착제가 상기 모듈 프레임(300) 내에 채워질 수 있다. 이러한 상기 열전도성 접착제를 통해, 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 성능이 보다 더 향상될 수 있다.
상기 커넥터부재 연결부(370)는, 상기 모듈 프레임(300)의 상측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 커넥터부재 연결부(370)는, 후술하는 커넥터부재(50)와 연결되어 상기 배터리 모듈(10)을 외부 전원 등과 같은 소스와의 연결을 가이드할 수 있다.
상기 하부 보강부(390)는, 상기 냉각 유로(310)의 저부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 하부 보강부(390)는 격자 형상의 리브 구조로 마련될 수 있으며, 상기 모듈 프레임(300)의 구조적 강성을 보강할 수 있다. 이러한 상기 하부 보강부(390)는, 상기 제1 배터리 셀 조립체(100) 및 상기 제2 배터리 셀 조립체(200) 측으로의 외부 충격 등의 전달, 또한, 최소화할 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)은, 전방 커버(400) 및 후방 커버(500)를 포함할 수 있다.
상기 전방 커버(400)는, 상기 모듈 프레임(300)의 일측을 커버할 수 있다. 구체적으로, 상기 전방 커버(400)는, 상기 모듈 프레임(300)의 길이 방향에서, 상기 모듈 프레임(300)의 전방을 커버할 수 있다.
이러한 상기 전방 커버(400)는, 전방 엔드 플레이트(410), 전방 실링 플레이트(430), 전방 실란트(450) 및 전방 냉각 매니폴드(470)를 포함할 수 있다.
상기 전방 엔드 플레이트(410)는, 상기 모듈 프레임(300)의 일측을 커버할 수 있다. 이를 위해, 상기 전방 엔드 플레이트(410)는, 상기 모듈 프레임(300)의 일측을 커버할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 전방 엔드 플레이트(410)는, 상기 모듈 프레임(300)의 전방을 커버할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 이러한 상기 전방 엔드 플레이트(410)는, 상기 모듈 프레임(300)과 용접 결합을 통해 상호 접합될 수 있다.
상기 전방 엔드 플레이트(410)에는, 연결홀(415)이 구비될 수 있다.
상기 연결홀(415)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 연결홀(415)은, 후술하는 전방 냉각 매니폴드(470)와 상기 복수 개의 냉각 유로(310)를 상호 연통되게 연결할 수 있다.
상기 전방 실링 플레이트(430)는, 상기 전방 엔드 플레이트(410)의 후방에 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)를 마주 하게 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 전방 실링 플레이트(430)는, 상기 제1 배터리 셀 조립체(100)의 밀봉을 위해 상기 전방 엔드 플레이트(410)와 상기 제1 배터리 셀 조립체(100)의 상기 버스바 프레임(130) 사이에 배치될 수 있다.
상기 전방 실란트(450)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 밀봉을 보다 더 기밀하게 하기 위한 것으로서, 상기 전방 실링 플레이트(430)의 테두리에 도포될 수 있다. 이러한 상기 전방 실란트(450)는 접착부재로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전방 실란트(450)는, 밀봉을 위한 사각 링 형태 등의 부재로 마련되는 것도 가능할 수 있다.
상기 전방 냉각 매니폴드(470)는, 상기 전방 엔드 플레이트(410)의 하측에 장착되며, 상기 연결홀(415)과 연통되게 연결될 수 있다. 이러한 상기 전방 냉각 매니폴드(470)는, 상기 냉각제를 상기 냉각 유로(310)에서 순환시키기 위한 것으로서, 외부 냉각 장치 등과 연결될 수 있다.
상기 후방 커버(500)는, 상기 모듈 프레임(300)의 타측을 커버할 수 있다. 구체적으로, 상기 후방 커버(400)는, 상기 모듈 프레임(300)의 길이 방향에서, 상기 모듈 프레임(300)의 후방을 커버할 수 있다.
이러한 상기 후방 커버(500)는, 후방 엔드 플레이트(510), 후방 실링 플레이트(530), 후방 실란트(550) 및 후방 냉각 매니폴드(570)를 포함할 수 있다.
상기 후방 엔드 플레이트(510)는, 상기 모듈 프레임(300)의 타측을 커버할 수 있다. 이를 위해, 상기 후방 엔드 플레이트(510)는, 상기 모듈 프레임(300)의 타측을 커버할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 후방 엔드 플레이트(510)는, 상기 모듈 프레임(300)의 후방을 커버할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 이러한 상기 후방 엔드 플레이트(510)는, 상기 모듈 프레임(300)과 용접 결합을 통해 상호 접합될 수 있다.
상기 후방 엔드 플레이트(510)에는, 연결홀(515)이 구비될 수 있다.
상기 연결홀(515)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 연결홀(515)은, 후술하는 후방 냉각 매니폴드(570)와 상기 복수 개의 냉각 유로(310)를 상호 연통되게 연결할 수 있다.
상기 후방 실링 플레이트(530)는, 상기 후방 엔드 플레이트(510)의 전방에 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체(200)를 마주 하게 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 후방 실링 플레이트(530)는, 상기 제2 배터리 셀 조립체(200)의 밀봉을 위해 상기 후방 엔드 플레이트(510)와 상기 제2 배터리 셀 조립체(200)의 상기 버스바 프레임(230) 사이에 배치될 수 있다.
상기 후방 실란트(550)는, 상기 배터리 셀 조립체(200)의 밀봉을 보다 더 기밀하게 하기 위한 것으로서, 상기 후방 실링 플레이트(530)의 테두리에 도포될 수 있다. 이러한 상기 후방 실란트(550)는 접착부재로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 후방 실란트(550)는, 밀봉을 위한 사각 링 형태 등의 부재로 마련되는 것도 가능할 수 있다.
상기 후방 냉각 매니폴드(570)는, 상기 후방 엔드 플레이트(510)의 하측에 장착되며, 상기 연결홀(515)과 연통되게 연결될 수 있다. 이러한 상기 후방 냉각 매니폴드(570)는, 상기 냉각제를 상기 냉각 유로(310)에서 순환시키기 위한 것으로서, 외부 냉각 장치 등과 연결될 수 있다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 제1 배터리 셀 조립체 및 제2 배터리 셀 조립체의 모듈 프레임과의 조립 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)에서, 상기 제1 배터리 셀 조립체(100) 및 상기 제2 배터리 셀 조립체(200)는, 상기 모듈 프레임(300)의 일측 및 타측, 구체적으로, 상기 모듈 프레임(300)의 전방 및 후방에서 각각 슬라이딩되면서 삽입 장착되어 상기 모듈 프레임(300) 내에 일렬로 배치되게 수용될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 상기 모듈 프레임(300)은, 상기 배터리 셀 조립체들(100, 200)을 상기 모듈 프레임(300)의 양 방향으로 내부에 삽입할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)에서는, 하나의 단일한 모듈 프레임(300) 내에 복수 개의 배터리 셀 조립체(100, 200)를 통합적으로 수용할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 배터리 셀 조립체들(100, 200)을 수용하는 모듈 프레임(300) 구조를 보다 더 단순화할 수 있으므로, 보다 더 간단하고 슬림한 구조를 구현할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 무게당 에너지 밀도를 현저히 높일 수 있다. 아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 배터리 셀 조립체들(100, 200)을 상기 단일 모듈 프레임(300) 내의 양방향 슬라이딩 삽입을 통해 장착시킬 수 있으므로, 상기 배터리 모듈(10)의 조립 공정을 간편화하면서 제조 비용 또한 현저히 낮출 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 배터리 팩의 평면도이며, 도 9는 도 7의 배터리 팩의 단면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 배터리 팩(1)은, 복수 개의 상기 배터리 모듈(10) 및 커넥터부재(50)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 상기 배터리 모듈(10)은, 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 배터리 모듈(10)은, 상기 모듈 프레임(300)의 폭 방향을 따라 나란히 배치되며, 상기 폭 방향에서 마주 하는 모듈 프레임들(300)끼리의 볼팅 결합을 통해 상호 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(300)은, 마주 하는 배터리 모듈(100)들의 사이드 플랜지(330)에서 상기 볼팅부재들(B)을 통해 상호 볼팅 결합되어 고정될 수 있다.
또한, 상기 볼팅부재들(B)을 통해 상호 볼팅 결합된 상기 사이드 플랜지들(330)은, 상기 배터리 팩(10)의 외부 충격 등을 완충시키기 위한 크로스 빔으로서도 기능할 수 있다.
상기 커넥터부재(50)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(10)들의 전기적 연결을 위한 것으로서, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(10)의 상측에서 상기 복수 개의 배터리 모듈들(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 커넥터부재(50)는, 외부 전원 소스 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)의 경우, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(10)을 마주 하는 배터리 모듈(100)들의 사이드 플랜지(330)에서 상기 볼팅부재(B)를 통해 상호 볼팅 결합시켜 고정하므로, 배터리 모듈들(100)의 상호 연결을 위한 추가적인 별도의 플레이트나 프레임 등의 추가 부재가 요구되지 않을 수 있다.
그러므로, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)은, 보다 더 간단하고 슬림한 구조의 배터리 팩(1)을 구현할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)은, 이러한 슬림한 구조를 통해 무게당 에너지 밀도를 현저히 높일 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비되어 자동차에 장착될 수 있다. 상기 자동차는, 상기 배터리 팩(1)을 에너지원으로 하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차일 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 자동차는, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(1)을 포함하는 바, 높은 에너지 밀도를 가지며 슬림하고 간단한 구조의 배터리 팩(1)을 차량 내부에 장착시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 자동차는, 무게당 에너지 밀도를 현저히 높일 수 있으며, 상기 차량 내부에서 상기 배터리 팩(1)의 장착도 보다 더 간편하게 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 무게당 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 보다 더 슬림하고 간단한 구조의 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차를 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 모듈에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 셀 조립체; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀 조립체의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 길이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀 조립체를 일렬로 수납하는 모듈 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀 조립체는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 제1 배터리 셀 조립체; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 제2 배터리 셀 조립체;를 포함하며,
    상기 모듈 프레임에는,
    상기 제1 배터리 셀 조립체와 상기 제2 배터리 셀 조립체가 슬라이딩 삽입 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 프레임의 일측에는,
    상기 제1 배터리 셀 조립체가 슬라이딩 삽입되며,
    상기 모듈 프레임의 타측에는,
    상기 제2 배터리 셀 조립체가 슬라이딩 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 프레임의 일측을 커버하는 전방 커버; 및
    상기 전방 커버와 대향 배치되며, 상기 모듈 프레임의 타측을 커버하는 후방 커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전방 커버는,
    상기 모듈 프레임의 일측을 커버할 수 있는 크기를 갖는 전방 엔드 플레이트;
    상기 전방 엔드 플레이트의 후방에 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체를 마주 하는 전방 실링 플레이트; 및
    상기 전방 실링 플레이트의 테두리에 도포되는 전방 실란트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 후방 커버는,
    상기 모듈 프레임의 타측을 커버할 수 있는 크기를 갖는 후방 엔드 플레이트;
    상기 후방 엔드 플레이트의 전방에 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체를 마주 하는 후방 실링 플레이트; 및
    상기 후방 실링 플레이트의 테두리에 도포되는 후방 실란트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 프레임에는,
    상기 복수 개의 배터리 셀 조립체의 냉각을 위한 적어도 하나의 냉각 유로;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 냉각 유로는,
    상기 모듈 프레임의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 모듈 프레임의 저부 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 배터리 팩에 있어서,
    제1항에 따른 복수 개의 배터리 모듈;을 포함하며,
    상기 복수 개의 배터리 모듈은,
    상기 모듈 프레임의 폭 방향을 따라 나란히 배치되며, 상기 폭 방향에서 마주 하는 모듈 프레임들끼리의 볼팅 결합을 통해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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