WO2022173231A1 - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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battery
battery module
potting resin
cell assembly
battery cell
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최범
금종윤
김계성
신동환
안수준
이승민
최종철
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • 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 conventional battery module or battery pack includes a plurality of battery cells, it is important to improve the cooling performance of the battery cells and to secure safety when a dangerous situation occurs due to overheating. In the case of securing safety, it is particularly important to more quickly and reliably block flame or heat transfer to neighboring battery cells when a fire situation occurs due to abnormal overheating of a specific battery cell among a plurality of battery cells.
  • the cooling unit may be provided below the battery cell assembly.
  • the potting resin may include a phase change material.
  • a battery module capable of ensuring safety when an abnormal situation occurs due to overheating of a battery cell, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • 3 and 4 are diagrams for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • 6 and 7 are diagrams for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph illustrating a nail test result of a battery pack filled with a potting resin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery cell assembly 100 may include a plurality of battery cells 150 .
  • the bus bar assembly 200 may be provided on one side of the battery cell assembly 100 and may be electrically connected to the plurality of battery cells 150 . Specifically, the bus bar assembly 200 is provided on the upper side of the battery cell assembly 100 and may be electrically connected to the battery cells 150 through wire bonding or laser welding.
  • the potting resin 400 is a thermally conductive material, and is provided on the upper side of the battery cell assembly 100 to increase cooling performance of the battery cell assembly 100 and to more firmly support the battery cell assembly 100 . And it may be provided to be filled on at least one side of the lower side.
  • the commercial potting resin 400 may be filled to cover the bus bar assembly 200 from the upper side of the battery cell assembly 100 . Since the potting resin 400 covers the area around the bus bar assembly 200 having a relatively high temperature distribution in the battery module 10 , the cooling performance of the battery cells 150 may be effectively increased.
  • the potting resin 400 may also be filled between the battery cells 150 of the battery cell assembly 100 . Specifically, the potting resin 400 may be filled between the battery cells 150 while covering the bus bar assembly 200 on the upper side of the battery cell assembly 100 . Here, the potting resin 400 may be continuously filled without interruption in the vertical direction of the battery module 10 .
  • the potting resin 400 may include a silicone resin or a urethane resin having high cooling and adhesion performance. This is only an example, and the potting resin 400 may be made of other resin materials such as acrylic resin and epoxy resin having high cooling and adhesion performance.
  • the potting resin 400 may include a flame retardant.
  • the flame retardant is a ceramic-based flame retardant and may be added to the potting resin 400 .
  • the aluminum hydroxide may be provided.
  • the potting resin 400 is provided as a composite resin including a resin material such as silicone resin or urethane resin, a paraffin material that is a phase change material, and a flame retardant such as aluminum hydroxide.
  • a resin material such as silicone resin or urethane resin
  • a paraffin material that is a phase change material such as aluminum hydroxide.
  • a flame retardant such as aluminum hydroxide.
  • the battery module 10 may further include a top frame 500 , a bottom frame 550 , an adhesive member 600 , and an insulating member 650 .
  • the top frame 500 is disposed above the battery cell assembly 100 , and may support an upper end of the battery cell assembly 100 . At least one opening may be provided in the top frame 500 to guide the injection of the potting resin 400 and the electrical connection between the battery cells 150 and the bus bar assembly 200 .
  • the bottom frame 550 is disposed below the battery cell assembly 100 and may support a lower end of the battery cell assembly 100 . Lower ends of the battery cells 150 of the battery cell assembly 100 may be inserted into the bottom frame 550 .
  • the bottom frame 550 may be provided as an injection frame. Meanwhile, the bottom frame 550 may be made of a metal material capable of improving a cooling effect. For example, the bottom frame 550 may be made of an aluminum material.
  • the adhesive member 600 is provided on the bottom frame 550 and the top frame 500 , and connects the battery cells 150 of the battery cell assembly 100 to the bottom frame 550 and the top frame. (500) can be fixed more firmly.
  • the adhesive member 600 may be provided with a thermally conductive adhesive to increase the cooling performance of the battery cells 150 , and may be provided with a composite resin such as the potting resin 400 .
  • the insulating member 650 is for insulating the battery cells 150 of the battery cell assembly 100 , and may be disposed between the cooling unit 300 and the adhesive member 600 .
  • heat is evenly distributed among the battery cells 150 of the battery cell assembly 100 through the potting resin 400 including a phase change material and a flame retardant. to significantly increase the cooling performance of the battery cells 150 .
  • the battery module 10 through the potting resin 400 containing the flame retardant, when overheating or fire according to at least one abnormal situation of the battery cells 150 occurs, adjacent It is possible to effectively prevent a problem leading to a chain ignition by blocking the transfer of a direct flame to the battery cells 150 .
  • the battery module 10 according to this embodiment, the potting resin 400, when an abnormal situation such as overheating of the battery cells 150 occurs, explosion due to thermal runaway due to chain ignition, etc. By preventing it, the safety of the battery module 10 can be secured.
  • the battery cell assembly 100 since the potting resin 400 is filled between the battery cells 150 of the battery cell assembly 100 , the battery cell assembly 100 .
  • the module case of the battery module 10 can be formed through the potting resin 400 without an additional member such as a separate side frame while reinforcing the rigidity of the battery module.
  • FIG. 2 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 20 according to the present embodiment is similar to the battery module 10 according to the previous embodiment, redundant descriptions of components substantially the same as or similar to those of the previous embodiment will be omitted, and hereinafter, The difference from the embodiment will be mainly examined.
  • the battery module 20 includes a battery cell assembly 100 including a plurality of battery cells 150 , a bus bar assembly 200 , a potting resin 400 , a top frame 500 , It may include a bottom frame 550 , an adhesive member 600 , and a cooling unit 700 .
  • the cooling unit 700 may have a predetermined length along the stacking direction of the battery cell assembly 100 and may be disposed between upper and lower sides of the battery cell assembly 100 .
  • the cooling unit 700 may be formed to have a predetermined length along the stacking direction, and may include at least one cooling passage 750 for the flow of a coolant such as cooling water. That is, the cooling unit 700 may have a side cooling structure.
  • 3 and 4 are diagrams for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 30 according to this embodiment is similar to the battery modules 10 and 20 according to the previous embodiment, redundant descriptions are omitted for substantially the same or similar components as in the previous embodiment, Hereinafter, differences from the previous embodiment will be mainly examined.
  • the battery module 30 includes a battery cell assembly 100 , a bus bar assembly 200 , a potting resin 400 , a top frame 500 , a bottom frame 550 , and adhesion. It may include a member 600 and a cooling unit 700 .
  • the battery cell assembly 100 may include a plurality of battery cells 160 .
  • a vent part 165 for emitting gas or flame F may be provided under the plurality of battery cells 160 .
  • the vent part 165 may be formed to have a thinner thickness at the lower end of the battery cell 160 than in the peripheral area. This is to more easily discharge the gas or flame F out of the battery cell 160 when an abnormal situation occurs in the battery cell 160 and the internal pressure increases to a certain level or more.
  • the vent part 165 may be provided in the shape of an opening or a notch having a predetermined size.
  • the vent part 165 may be formed in a structure in which a film, etc. that is fractured at a pressure of a certain level or more is further added to the opening of the predetermined size.
  • the vent portion may be provided at the upper end of the battery cell 160 rather than the lower end, that is, at the upper side of the battery cell 160 .
  • the vent portion may be provided in a structure in which at least one side or both sides of the lower side and upper side of the battery cell 160 is broken so as to discharge the gas or flame (F).
  • bus bar assembly 200 is substantially the same as or similar to the previous embodiment, a redundant description will be omitted below.
  • the potting resin 400 may be filled between the battery cells 160 .
  • the potting resin 400 may be filled to cover the vent part 165 under the battery cells 160 .
  • top frame 500 the bottom frame 550 , the adhesive member 600 , and the cooling unit 700 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, a redundant description will be omitted below.
  • vent part 165 when overheating or fire occurs due to an abnormal condition of the battery cell 160 , internal gas or flame F, etc. It may exit to the lower side of the battery module 30 instead of the upper side of the battery module 30 .
  • gas or flame (F) is disposed below the battery module 30 . ), etc., it is possible to secure the safety of passengers such as the driver as much as possible.
  • the potting resin 400 is filled under the vent part 160 of the battery cells 160, an abnormal situation occurs through the potting resin 400 and the vent part ( It is possible to effectively prevent the propagation of the flame F toward the battery cells 160 adjacent to the battery cell 160 with the opening 165 .
  • the battery module ( 30) may be made of a material that is fragile by the flame (F) or the like so that it can exit more quickly.
  • FIG. 5 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 40 according to the present embodiment is similar to the battery modules 10 , 20 , and 30 according to the previous embodiment, redundant description of the components substantially the same as or similar to the previous embodiment will be omitted. Hereinafter, the differences from the previous embodiment will be mainly examined.
  • the battery module 40 includes a battery cell assembly 100 including a plurality of battery cells 150 , a bus bar assembly 200 , a potting resin 400 , a top frame 500 , It may include a bottom frame 550 , a side frame 570 , an adhesive member 600 , a cooling unit 800 , and an insulating tube 850 .
  • top frame 500 and the bottom frame 550 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, a redundant description will be omitted below.
  • the side frame 570 is coupled to the top frame 500 and the bottom frame 550 to form battery cells ( 150) can be packaged inside.
  • the cooling unit 800 is provided with a coolant 800 , and is filled between the battery cells 150 in the top frame 500 , the bottom frame 550 , and the side frame 570 .
  • the coolant 800 may be provided as coolant or insulating oil. That is, in the present embodiment, the battery module 40 may be directly water-cooled through the coolant 800 .
  • the insulating tube 850 is for insulating the plurality of battery cells 150 , and may cover outer peripheral surfaces of the plurality of battery cells 150 . Accordingly, a plurality of insulating tubes 850 may be provided to correspond to the number of the plurality of battery cells 150 . The plurality of insulating tubes 850 may be provided as shrinkable tubes.
  • the space between the battery cells 150 of the battery cell assembly 100 is cooled by a direct cooling method through the coolant 800 , and the battery in which the bus bar assembly 200 is disposed.
  • the area around the bus bar assembly 200 may be cooled while guiding heat dissipation through the potting resin 400 .
  • the cooling performance of the battery module 40 can be significantly improved even in the battery module 40 having a direct water cooling structure through the potting resin 400 .
  • significant effects such as securing safety such as preventing chain ignition, improving manufacturing efficiency, and reducing manufacturing cost are realized. Of course you can.
  • the battery module 50 according to the present embodiment is similar to the battery modules 10, 20, 30, and 40 according to the previous embodiment, redundant description of the components substantially the same as or similar to the previous embodiment , and hereinafter, differences from the previous embodiment will be mainly examined.
  • the battery module 50 includes a battery cell assembly 160 , a bus bar assembly 200 , a potting resin 400 , a top frame 500 , a bottom frame 550 , and a side It may include a frame 570 , an adhesive member 600 , a cooling unit 800 , and an insulating tube 850 .
  • the potting resin 400 may be filled to cover the lower side of the battery cell assembly 100 so as to cover the gas vent portions 165 of the battery cells 160 .
  • FIG. 8 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack may be configured only with at least one battery module without the pack case 70 .
  • the battery module may be provided to replace the conventional battery pack. That is, it may be possible to directly configure battery cells into a battery pack without configuring a battery module using battery cells as in the prior art.
  • FIG. 9 is a graph showing a result of a discharge test for explaining a difference in cooling performance between a battery pack filled with a potting resin and a battery pack not filled with a conventional potting resin according to an embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis may mean time and the vertical axis may mean temperature.
  • the dashed-dotted line may mean a preset time and a corresponding temperature axis according to a preset safety range.
  • the difference in cooling performance between the battery pack PP filled with the potting resin and the battery pack NP not filled with the conventional potting resin may be in the range of about 13.2 degrees.
  • the battery pack PP in which the potting resin is filled is lower than the battery pack NP in which the potting resin is not filled in the maximum temperature range of approximately 13.2 degrees Celsius.
  • the maximum temperature is higher than the dangerous temperature of 90 degrees
  • the dangerous temperature at the highest temperature It can have a temperature range significantly lower than 90 degrees phosphorus.
  • a temperature of about 66.7 degrees even in a preset safe range for example, a temperature not exceeding 70 degrees during continuous discharge up to about 758 seconds
  • a dotted line Since it has a range, it is possible to secure higher safety than the battery pack NP in which the potting resin is not filled.
  • FIG. 10 is a graph showing results of a nail test between battery packs not filled with a conventional potting resin
  • FIG. 11 is a graph showing results of a nail test of a battery pack filled with a potting resin according to an embodiment of the present invention.
  • the nail test is a nail penetrating test, and may refer to a test for testing the risk of ignition of a battery pack.
  • the horizontal axis may mean time
  • the vertical axis may mean temperature.
  • the battery pack PP filled with the potting resin according to the present embodiment has significantly improved cooling performance compared to the battery pack NP not filled with the potting resin, and a dangerous situation due to penetration, etc. It is also possible to effectively prevent the risk of chain ignition that may occur when it occurs.
  • FIG. 12 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • a vehicle V is provided as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and at least one battery pack 1 of the previous embodiment and a PCM filled to cover the at least one battery pack 1 . It may include a resin (R).
  • the battery pack 1 may be provided in plurality according to the required design capacity and the like.
  • the battery pack 1 may be mounted on the vehicle V after a separate pack frame is mounted, or may be directly mounted on the chassis of the vehicle V.
  • the PCM resin R may be filled to cover the at least one battery module 10 .
  • the PCM resin R may be provided as the potting resin 400 like the PCM resin 75 of the previous embodiment.
  • the PCM resin R covers the at least one battery pack 1 , the cooling performance and safety of the vehicle V may be further secured.
  • the battery modules 10 , 20 , 30 , 40 , 50 capable of increasing cooling performance, the battery pack 1 including the same, and the vehicle V .

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 어셈블리, 배터리 셀 어셈블리의 일측에 구비되며, 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리, 버스바 어셈블리와 소정 거리 이격 배치되며, 배터리 셀 어셈블리를 냉각하기 위한 냉각 유닛 및 배터리 셀 어셈블리의 상측 및 하측 중 적어도 일측에 충진되는 포팅 레진을 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 09일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0018520호에 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 모듈이나 배터리 팩의 경우, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 바, 이러한 배터리 셀들의 냉각 성능을 개선함과 아울러 과열 등에 따른 위험 상황 발생 시 안전성을 확보하는 것이 중요하다. 안전성 확보의 경우, 특히, 복수 개의 배터리 셀들 중 특정 배터리 셀의 이상 과열 등에 따른 화재 상황 발생 시 주변 배터리 셀들 측으로의 화염이나 열 전달을 보다 신속하고 확실히 차단하는 것이 중요하다.
그러므로, 냉각 성능을 높이며, 안전성을 확보할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 냉각 성능을 높일 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 배터리 셀의 과열 등에 따른 이상 상황 발생 시 안전성을 확보할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 어셈블리; 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리; 상기 버스바 어셈블리와 소정 거리 이격 배치되며, 상기 배터리 셀 어셈블리를 냉각하기 위한 냉각 유닛; 및 상기 배터리 셀 어셈블리의 상측 및 하측 중 적어도 일측에 충진되는 포팅 레진;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 버스바 어셈블리는, 상기 배터리 셀 어셈블리의 상측에 구비되며, 상기 포팅 레진은, 상기 버스바 어셈블리를 커버할 수 있게 충진될 수 있다.
상기 냉각 유닛은, 상기 배터리 셀 어셈블리의 하측에 구비될 수 있다.
상기 냉각 유닛은, 상기 배터리 셀 어셈블리의 적층 방향을 따라 소정 길이로 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 상측과 하측 사이에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들의 하부에는, 가스를 내보내기 위한 벤트부가 구비되며, 상기 포팅 레진은, 상기 배터리 셀들의 하부에서 상기 벤트부를 커버할 수 있게 충진될 수 있다.
상기 포팅 레진은, 열전도성 물질을 포함할 수 있다.
상기 포팅 레진은, 상변화물질을 포함할 수 있다.
상기 포팅 레진은, 파라핀 물질을 포함할 수 있다.
상기 포팅 레진은, 난연제를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 높일 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀의 과열 등에 따른 이상 상황 발생 시 안전성을 확보할 수 있는 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 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 포팅 레진이 충진된 배터리 팩과 종래 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩 사이의 냉각 성능 차이를 설명하기 위한 방전 시험에 따른 결과 그래프이다.
도 10은 종래 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩 사이의 네일 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 포팅 레진이 충진된 배터리 팩의 네일 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 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 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 어셈블리(100), 버스바 어셈블리(200), 냉각 유닛(300) 및 포팅 레진(400)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100)은, 복수 개의 배터리 셀들(150)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(150)은, 이차 전지로서, 원통형 이차 전지, 파우치형 이차 전지 또는 각형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)이 원통형 이차 전지로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 버스바 어셈블리(200)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 일측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바 어셈블리(200)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측에 구비되며, 와이어 본딩 또는 레이저 용접 등을 통해 상기 배터리 셀들(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 냉각 유닛(300)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 냉각하기 위한 것으로서, 상기 버스바 어셈블리(200)와 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 냉각 유닛(300)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 하측에 구비되며, 내부에 냉각수 등의 유동을 위한 냉각 유로(350)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 냉각 유닛(300)은, 바텀 쿨링 구조일 수 있다.
상기 포팅 레진(400)은, 열전도성 물질로서, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 냉각 성능을 높이며 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 보다 더 견고하게 지지할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측 및 하측 중 적어도 일측에 충진되게 구비될 수 있다.
이러한 상가 포팅 레진(400)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측에서 상기 버스바 어셈블리(200)를 커버할 수 있게 충진될 수 있다. 상기 포팅 레진(400)은, 상기 배터리 모듈(10)에서 상대적으로 높은 온도 분포를 갖는 상기 버스바 어셈블리(200) 주변 영역을 커버하므로, 상기 배터리 셀들(150)의 냉각 성능을 효과적으로 높일 수 있다.
상기 포팅 레진(400)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 배터리 셀들(150) 사이에도 충진될 수 있다. 구체적으로, 상기 포팅 레진(400)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측에서, 상기 버스바 어셈블리(200)를 커버하면서 상기 배터리 셀들(150) 사이에 충진될 수 있다. 여기서, 상기 포팅 레진(400)은, 상기 배터리 모듈(10)의 상하 방향에서 단절 없이 연속적으로 충진될 수 있다.
상기 포팅 레진(400)은, 냉각 및 접착 성능이 높은 실리콘 레진 또는 우레탄 레진을 포함할 수 있다. 이는 예시적인 것일 뿐 상기 포팅 레진(400)은, 냉각 및 접착 성능이 높은 아크릴 레진, 에폭시 레진 등 기타 다른 레진 물질로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 포팅 레진(400)은, 상변화물질(Phase Change Material)을 포함할 수 있다. 이는 상기 포팅 레진(400)의 냉각 성능을 보다 더 향상시키기 위한 것으로서, 상기 배터리 셀들(150)의 열에너지를 상변화를 통해 보다 낮출 수 있게 하기 위함이다. 예로써, 상기 포팅 레진(400)은, 파라핀 물질을 포함할 수 있다. 이러한 상기 파라핀 물질은, 33도 내지 46도의 온도에서 상변화가 발생하여 흡열 반응을 할 수 있어, 상기 배터리 셀들(150)의 냉각 성능을 효과적으로 높일 수 있다. 이러한 상기 파라핀 물질은, 상기 포팅 레진(400)의 주입 시 주액 성능을 보다 더 높일 수 있게 아크릴 코팅 등으로 캡슐화하여 적용될 수 있다.
상기 포팅 레진(400)은, 난연제를 포함할 수 있다. 상기 난연제는, 세라믹 계열의 난연제로서, 상기 포팅 레진(400)에 첨가될 수 있다. 예로써, 상기 수산화 알루미늄으로 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 포팅 레진(400)은, 실리콘 레진이나 우레탄 레진 등의 레진 물질, 상변화물질인 파라핀 물질 및 수산화 알루미늄 등의 난연제 등을 포함하는 복합 레진으로 구비됨으로서, 상기 배터리 셀들(150)의 냉각 성능을 현저히 향상시킴과 아울러 상기 배터리 셀들(150)의 이상 상황 발생 시 주변 열 전달 등을 보다 더 효과적으로 차단할 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈(10)은, 탑 프레임(500), 바텀 프레임(550), 접착부재(600) 및 절연부재(650)를 더 포함할 수 있다.
상기 탑 프레임(500)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측에 배치되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 상단부를 지지할 수 있다. 이러한 상기 탑 프레임(500)에는, 상기 포팅 레진(400)의 주입 및 상기 배터리 셀들(150)과 상기 버스바 어셈블리(200)의 전기적 연결을 가이드할 수 있게 적어도 하나의 개구가 구비될 수 있다.
상기 바텀 프레임(550)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 하측에 배치되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 하단부를 지지할 수 있다. 이러한 상기 바텀 프레임(550)에는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 배터리 셀들(150)의 하단부가 삽입될 수 있다.
이러한 상기 바텀 프레임(550)은, 사출 프레임으로 마련될 수 있다. 한편, 상기 바텀 프레임(550)은, 냉각 효과를 향상시킬 수 있는 메탈 소재로 마련되는 것도 가능할 수 있다. 예로써, 상기 바텀 프레임(550)은, 알루미늄 재질로 마련될 수 있다.
상기 접착부재(600)는, 상기 바텀 프레임(550) 및 상기 탑 프레임(500)에 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)을 상기 바텀 프레임(550) 및 상기 탑 프레임(500)에 보다 더 견고히 고정시킬 수 있다.
상기 접착부재(600)는, 상기 배터리 셀들(150)의 냉각 성능을 높일 수 있게 열전도성 접착제로 구비될 수 있으며, 상기 포팅 레진(400)과 같은 복합 레진 등으로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 절연부재(650)는, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 절연을 위한 것으로서, 상기 냉각 유닛(300)과 상기 접착부재(600) 사이에 배치될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상변화물질 및 난연제를 포함하는 상기 포팅 레진(400)을 통해, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150)의 고른 열분산을 가이드하여 상기 배터리 셀들(150)의 냉각 성능을 현저히 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 난연제를 포함하는 포팅 레진(400)을 통해, 상기 배터리 셀들(150) 중 적어도 하나의 이상 상황에 따른 과열이나 화재 상황 발생 시, 인접한 배터리 셀들(150) 측으로의 직접적인 화염 등의 전달을 차단하여 연쇄 발화로 이어지는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 포팅 레진(400)은, 상기 상기 배터리 셀들(150)의 과열 등과 같은 이상 상황 발생 시, 연쇄발화 등에 따른 열폭주에 따른 폭발 등을 방지하여 상기 배터리 모듈(10)의 안전성을 확보할 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 포팅 레진(400)이 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150) 사이에 채워지게 충진되므로, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 강성을 보강함과 아울러 별도의 사이드 프레임과 같은 추가부재 없이 상기 포팅 레진(400)을 통해 상기 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스를 형성할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 포팅 레진(400)을 통해, 상기 배터리 모듈(10)의 제조 공정 효율을 높임과 아울러 원가 경쟁력 측면에서 제조 원가 또한 현저히 낮출 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(20)은, 앞선 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은, 복수 개의 배터리 셀들(150)을 포함하는 배터리 셀 어셈블리(100), 버스바 어셈블리(200), 포팅 레진(400), 탑 프레임(500), 바텀 프레임(550), 접착부재(600) 및 냉각 유닛(700)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100), 상기 버스바 어셈블리(200), 상기 포팅 레진(400), 상기 탑 프레임(500), 상기 바텀 프레임(550) 및 상기 접착부재(600)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 냉각 유닛(700)은, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 적층 방향을 따라 소정 길이로 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측과 하측 사이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 냉각 유닛(700)에는, 상기 적층 방향을 따라 소정 길이로 형성되며, 냉각수 등의 냉각제 유동을 위한 적어도 하나의 냉각 유로(750)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 냉각 유닛(700)은, 사이드 쿨링 구조일 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 포팅 레진(400)은, 사이드 쿨링 구조의 냉각 방식에서도 적용될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 사이드 쿨링 구조의 배터리 모듈(20)에서도 상기 포팅 레진(400)을 통해, 앞선 실시예와 같은 냉각 성능 향상, 연쇄발화 방지와 같은 안전성 확보, 제조 효율 향상 및 제조 원가 절감 등의 현저한 효과를 구현할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(30)은, 앞선 실시예에 따른 상기 배터리 모듈들(10, 20)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈(30)은, 배터리 셀 어셈블리(100), 버스바 어셈블리(200), 포팅 레진(400), 탑 프레임(500), 바텀 프레임(550), 접착부재(600) 및 냉각 유닛(700)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100)는, 복수 개의 배터리 셀들(160)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(160)의 하부에는, 가스나 화염(F) 등을 내보내기 위한 벤트부(165)가 구비될 수 있다. 이러한 상기 벤트부(165)는, 상기 배터리 셀(160)의 하단부에서 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께로 형성될 수 있다. 이는 상기 배터리 셀(160)의 이상 상황 발생하여 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하면 파단되어 상기 배터리 셀(160) 밖으로 상기 가스나 화염(F)를 보다 용이하게 배출하기 위함이다.
상기 벤트부(165)는, 소정 크기의 개구 또는 노치 형상으로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 아울러, 상기 벤트부(165)는, 상기 소정 크기의 개구에 일정 수준 이상의 압력에서 파단되는 필름 등을 더 부가하는 구조로 형성되는 것도 가능할 수 있다.
한편, 상기 벤트부는 상기 배터리 셀(160)의 하단부가 아닌 상단부, 즉, 상기 배터리 셀(160)의 상측에 마련되는 것도 가능할 수 있다. 다시 말해, 상기 벤트부는 상기 배터리 셀(160)의 상측에서 파단되어 상기 배터리 셀(160)의 상측 외부로 상기 가스나 화염(F)을 배출하는 구조로 마련되는 것도 가능할 수 있다. 즉, 상기 벤트부는 상기 배터리 셀(160)의 하측 및 상측 중 적어도 일측, 또는 양측 모두에서 상기 가스나 화염(F)을 배출할 수 있게 파단되는 구조로 마련될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(200)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 포팅 레진(400)은, 상기 배터리 셀들(160) 사이 사이에 충진될 수 있다. 아울러, 상기 포팅 레진(400)은, 상기 배터리 셀들(160)의 하부에서 상기 벤트부(165)를 커버할 수 있게 충진될 수 있다.
상기 탑 프레임(500), 상기 바텀 프레임(550), 상기 접착부재(600) 및 상기 냉각 유닛(700)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
본 실시예의 경우, 상기 벤트부(165)가 상기 배터리 모듈(30)의 하부에 배치됨에 따라, 상기 배터리 셀(160)의 이상 상황에 따른 과열이나 화재 발생 시, 내부 가스나 화염(F) 등이 상기 배터리 모듈(30)의 상측이 아닌 상기 배터리 모듈(30)의 하측으로 빠져 나갈 수 있다. 예로써, 상기 배터리 모듈(30)이 자동차 등에 구비될 경우, 일반적으로, 상기 배터리 모듈(30)의 상측에 운전자 등의 탑승자가 위치하므로, 상기 배터리 모듈(30)의 하측으로 가스나 화염(F) 등을 유도하는 것을 통해, 상기 운전자 등의 탑승자의 안전을 최대한 확보할 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 상기 배터리 셀(160)의 이상 상황에 따른 과열이나 화재 발생 시, 내부 가스나 화염(F) 등을 상기 벤트부(165)를 통해, 상기 배터리 모듈(30)의 하측을 향해 안내하므로, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(160)과 인접한 배터리 셀들(160) 측으로의 가스나 화염(F) 등의 전달을 통해 연쇄 발화 위험을 현저히 방지할 수 있다.
아울러, 본 실시예의 경우, 상기 배터리 셀들(160)의 상기 벤트부(160) 하측에 상기 포팅 레진(400)이 충진되어 있는 바, 상기 포팅 레진(400)을 통해 이상 상황이 발생하여 벤트부(165)가 개구된 배터리 셀(160)과 인접한 배터리 셀들(160) 측으로의 화염(F) 등의 전파를 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우, 상기 화염(F) 등의 발생 시, 상기 화염(F) 등이 상기 이상 상황이 발생한 배터리 셀(160) 주변의 인접한 배터리 셀들(165) 측으로 전파되기 전에 상기 배터리 모듈(30) 밖으로 보다 더 신속히 빠져나갈 수 있게 상기 바텀 프레임(550)이 상기 화염(F) 등에 의해 깨지기 쉬운 재질로 마련될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(40)은, 앞선 실시예에 따른 상기 배터리 모듈들(10, 20, 30)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 모듈(40)은, 복수 개의 배터리 셀들(150)을 포함하는 배터리 셀 어셈블리(100), 버스바 어셈블리(200), 포팅 레진(400), 탑 프레임(500), 바텀 프레임(550), 사이드 프레임(570), 접착부재(600), 냉각 유닛(800) 및 절연 튜브(850)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100) 및 상기 버스바 어셈블리(200)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 포팅 레진(400)은, 상기 탑 프레임(500)의 상측에서, 상기 버스바 어셈블리(200)를 커버할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측에 충진될 수 있다.
상기 탑 프레임(500) 및 상기 바텀 프레임(550)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 사이드 프레임(570)은, 상기 탑 프레임(500)과 상기 바텀 프레임(550)과 결합되어 상기 탑 프레임(500) 및 상기 바텀 프레임(550)과 함께 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 배터리 셀들(150)을 내부에 패키징할 수 있다.
상기 접착부재(600)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 냉각 유닛(800)는, 냉각제(800)로 구비될 있으며, 상기 탑 프레임(500), 상기 바텀 프레임(550) 및 상기 사이드 프레임(570) 내에서, 상기 배터리 셀들(150) 사이 사이에 채워질 수 있다. 이러한 상기 냉각제(800)는, 냉각수 또는 절연유 등으로 구비될 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 상기 냉각제(800)를 통한 직접 수냉식 구조의 배터리 모듈(40)일 수 있다.
상기 절연 튜브(850)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 절연을 위한 것으로서, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 외주면을 커버할 수 있다. 이에 따라, 상기 절연 튜브(850)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 개수에 대응되게 복수 개로 구비될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 절연 튜브(850)들은, 수축 튜브로 구비될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(150) 사이 공간의 경우, 상기 냉각제(800)를 통한 직접 냉각 방식으로 냉각하며, 상기 버스바 어셈블리(200)가 배치되는 상기 배터리 모듈(40) 상측의 경우, 상기 포팅 레진(400)을 통해 열 분산을 가이드하면서 상기 버스바 어셈블리(200) 주변 영역을 냉각할 수 있다.
이처럼, 본 실시예의 경우, 상기 포팅 레진(400)을 통해, 직접 수냉식 구조의 배터리 모듈(40)에서도, 상기 배터리 모듈(40)의 냉각 성능을 현저히 높일 수 있다. 아울러, 본 실시예의 배터리 모듈(40), 또한, 상기 포팅 레진(400)을 통해, 앞선 실시예와의 같이, 연쇄발화 방지와 같은 안전성 확보, 제조 효율 향상 및 제조 원가 절감 등의 현저한 효과를 구현할 수 있음은 물론이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(50)은, 앞선 실시예에 따른 상기 배터리 모듈들(10, 20, 30, 40)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(50)은, 배터리 셀 어셈블리(160), 버스바 어셈블리(200), 포팅 레진(400), 탑 프레임(500), 바텀 프레임(550), 사이드 프레임(570), 접착부재(600), 냉각 유닛(800) 및 절연 튜브(850)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(160)는, 복수 개의 배터리 셀들(165)을 포함할 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀들(160)의 하측에는 벤트부(165)가 구비될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(200)는, 앞선 실 시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 포팅 레진(400)은, 상기 배터리 셀들(160)의 가스 벤트부(165)를 커버할 수 있게 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 하측을 커버하게 충진될 수 있다.
상기 탑 프레임(500), 바텀 프레임(550), 사이드 프레임(570), 접착부재(600), 냉각 유닛(800) 및 절연 튜브(850)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
본 실시예의 경우, 상기 포팅 레진(400)을 통해, 앞선 배터리 모듈(30)과 같이, 상기 배터리 모듈(50)의 하측으로 가스나 화염(F) 등을 안내하여 앞선 배터리 모듈(30)과 같은 연쇄발화 방지 등과 같은 현저한 효과를 구현할 수 있다. 즉, 본 실시예와 같은 직접 수냉식 구조의 배터리 모듈(50)에서도 상기 포팅 레진(400)을 통해, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(30)에서 상기 포팅 레진(400)을 통해 구현하는 현저한 효과를 마찬가지로 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예의 적어도 하나의 상기 배터리 모듈(10), 상기 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(70) 및 PCM 레진(75)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 배터리 모듈은, 앞선 다른 실시예들의 배터리 모듈들(20 내지 50)로 구비되는 것도 가능할 수 있으며, 이들의 조합체로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 아울러, 상기 배터리 모듈은 앞선 실시예 이외의 기타 다른 배터리 모듈로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 또한, 상기 배터리 모듈은, 별도의 케이스 구조 없이 복수 개의 배터리 셀들의 조합체로서, 상기 팩 케이스(70)에 직접 장착되는 구조로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
한편, 상기 팩 케이스(70) 없이 적어도 하나의 배터리 모듈만으로 배터리 팩을 구성하는 것도 가능할 수 있다. 다시 말해, 상기 배터리 모듈이 종래의 배터리 팩을 대체하게 구비되는 것도 가능할 수 있다. 즉, 배터리 셀들로 종래와 같은 배터리 모듈을 구성하지 않고 배터리 셀들을 배터리 팩으로 바로 구성하는 것도 가능할 수 있다.
상기 PCM 레진(75)은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 커버할 수 있게 충진될 수 있다. 상기 PCM 레진(75)은, 앞선 실시예의 상기 포팅 레진(400)과 같은 포팅 레진으로 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)은, 상기 PCM 레진(75)이 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 커버하므로, 상기 배터리 팩(1)의 냉각 성능 및 안전성을 보다 더 확보할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 포팅 레진이 충진된 배터리 팩과 종래 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩 사이의 냉각 성능 차이를 설명하기 위한 방전 시험에 따른 결과 그래프이다.
도 9를 참조하면, 상기 그래프 상에서, 가로축은 시간을 의미하며, 세로축을 온도를 의미할 수 있다. 상기 그래프 상에서, 일점 쇄선은 기 설정된 안전 범위에 따라 기 설정된 시간 및 그에 따른 온도 축을 의미할 수 있다.
상기 냉각 성능 차이를 검토하기 위한 구체적인 방전 시험 조건은, 하기와 같다.
먼저, 방전과 관련하여, 맥스 로드(Max Load)는 84A(3C)이며, 컷 오프(cut off) 전류는 0.582A(0.02C)이며, 컷 오프 전압(Voltage cut off)은 42V (배터리 셀 기준 4.15V 내지 3.0V)일 수 있다. 아울러, 외부 단열 조건에서, 배터리 팩의 주변 온도는 25도로 설정될 수 있으며, 온도 진단 유닛을 통해 위험 온도는 대략 90도로 설정될 수 있다. 한편, 포팅 레진이 충진된 배터리 팩(PP)에서, 상기 포팅 레진은, 앞선 실시예의 PCM 레진일 수 있다.
상기 시험 결과, 상기 포팅 레진이 충진된 배터리 팩(PP)과 종래 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩(NP) 사이의 냉각 성능 차이는 실험 결과 대략 13.2도 범위일 수 있다. 구체적으로, 상기 포팅 레진이 충진된 배터리 팩(PP)이 상기 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩(NP)보다 최고 온도 범위에서 대략 13.2도 범위에서 낮은 것을 알 수 있다.
상기 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩(NP)의 경우, 최고 온도가 위험 온도인 90도를 상회하는데 반해, 본 발명의 상기 포팅 레진이 충진된 배터리 팩(PP)의 경우, 최고 온도에서 위험 온도인 90도보다 현저히 낮은 온도 범위를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 포팅 레진이 충진된 배터리 팩(PP)의 경우, 점선으로 도시된 기 설정된 안전 범위(예로써, 대략 758초까지 연속 방전 시 70도를 넘지 않는 온도)에서도 대략 66.7도의 온도 범위를 갖는 바, 상기 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩(NP)보다 보다 더 높은 안전성을 확보할 수 있다.
도 10은 종래 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩 사이의 네일 테스트 결과를 나타내는 그래프이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 포팅 레진이 충진된 배터리 팩의 네일 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 네일 테스트는, 못 관통 시험으로서, 배터리 팩의 연쇄 발화 위험을 테스트하기 위한 시험을 의미할 수 있다. 상기 그래프들에서, 가로 축은 시간을 의미하며, 세로 축은 온도를 의미할 수 있다.
종래 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩(NP)의 경우, 네일 테스트 시 100초 부근에서 최고 온도가 1300도를 상회할 수 있다. 일반적으로, 최고 온도가 1000도 이상일 경우, 연쇄 발화가 시작된다. 반면, 본 발명의 포팅 레진이 충진된 배터리 팩(PP)의 경우, 네일 테스트 시 최고 온도가 대략 600도 범위인 바, 연쇄 발화 위험이 일어나지 않는다.
이상과 같이, 본 실시예에 따른 상기 포팅 레진이 충진된 배터리 팩(PP)은, 상기 포팅 레진이 충진되지 않은 배터리 팩(NP)과 대비하여 냉각 성능을 현저히 개선함과 아울러 관통 등에 따른 위험 상황 발생 시 야기될 수 있는 연쇄 발화 위험 또한 효과적으로 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 자동차(V)는, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차로 구비되며, 앞선 실시예의 적어도 하나의 배터리 팩(1) 및 이러한 적어도 하나의 배터리 팩(1)을 커버할 수 있게 충진되는 PCM 레진(R)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩(1)은, 요구되는 설계 용량 등에 따라, 복수 개로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 상기 배터리 팩(1)은, 별도의 팩 프레임 장착 후 상기 자동차(V)에 장착되거나 또는 상기 자동차(V)의 섀시에 직접적으로 장착될 수 있다.
상기 PCM 레진(R)은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 커버할 수 있게 충진될 수 있다. 상기 PCM 레진(R)은, 앞선 실시예의 상기 PCM 레진(75)과 같은 상기 포팅 레진(400)으로 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 자동차(V)는, 상기 PCM 레진(R)이 상기 적어도 하나의 배터리 팩(1)을 커버하므로, 상기 자동차(V)의 냉각 성능 및 안전성을 보다 더 확보할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 높일 수 있는 배터리 모듈(10, 20, 30, 40, 50), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀의 과열 등에 따른 이상 상황 발생 시 안전성을 확보할 수 있는 배터리 모듈(10, 20, 30, 40, 50), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 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 (11)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 어셈블리;
    상기 배터리 셀 어셈블리의 일측에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리;
    상기 버스바 어셈블리와 소정 거리 이격 배치되며, 상기 배터리 셀 어셈블리를 냉각하기 위한 냉각 유닛; 및
    상기 배터리 셀 어셈블리의 상측 및 하측 중 적어도 일측에 충진되는 포팅 레진;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 상측에 구비되며,
    상기 포팅 레진은,
    상기 버스바 어셈블리를 커버할 수 있게 충진되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 하측에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 적층 방향을 따라 소정 길이로 구비되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 상측과 하측 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 하부에는,
    가스를 내보내기 위한 벤트부가 구비되며,
    상기 포팅 레진은,
    상기 배터리 셀들의 하부에서 상기 벤트부를 커버할 수 있게 충진되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 포팅 레진은,
    열전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포팅 레진은,
    상변화물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 포팅 레진은,
    파라핀 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 포팅 레진은,
    난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
PCT/KR2022/002005 2021-02-09 2022-02-09 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 WO2022173231A1 (ko)

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