WO2023287258A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

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module
insulating cap
module housing
battery cells
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정원식
유성천
김민성
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the battery module, and a vehicle including the battery pack.
  • Secondary batteries which are highly applicable to each product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by an electrical driving source. It is universally applied. These secondary batteries have not only the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels, but also the advantage of not generating any by-products due to the use of energy, so they are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • 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 a 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 and/or charge/discharge capacity.
  • a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series and/or parallel
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are configured using the at least one battery module.
  • a method of configuring a battery pack or battery rack by adding a battery is common.
  • a conventional battery module generally includes a plurality of battery cells and a module housing accommodating the plurality of battery cells. Since these battery modules are manufactured in a form in which a plurality of battery cells are concentrated in a narrow space, it is important to easily dissipate heat generated from each secondary battery.
  • an indirect cooling method for cooling a plurality of battery cells is mainly applied in a battery module.
  • the indirect cooling method is a method of cooling battery cells through cooling fins in contact with packaging materials of the battery cells.
  • the cooling fin transfers heat generated from the battery cell to the refrigerant.
  • a heat sink is formed on the upper or lower side of the cooling fin for rapid heat exchange with the refrigerant.
  • cooling fins are generally made of metal with high thermal conductivity. Also, in order to efficiently transfer heat, the cooling fins protrude toward the module housing rather than the battery cells.
  • the module housing may also be made of a metal material, and cooling fins may come into contact with the inner surface of the module housing due to swelling due to an abnormality of the battery cell or impact from the outside of the module housing.
  • a cooling fin which is a metal member, may come into contact with the inner surface of the module housing and cause a short circuit, which may lead to defects in the battery module.
  • An object of the present invention is to provide a battery module having a structure capable of securing performance, a battery pack including the battery module, and a vehicle.
  • a battery module according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes a plurality of battery cells; a module housing accommodating the plurality of battery cells; and at least one cooling fin disposed between the plurality of battery cells in the module housing and having an insulating cap preventing direct contact with the module housing. It provides a battery module comprising a.
  • the at least one cooling fin may include a fin body in surface contact with a battery cell adjacent to each other between the plurality of battery cells; Including, the insulating cap, may be coupled to at least one end of the pin body.
  • At least one side end of the pin body may protrude further toward an inner surface of the module housing than the plurality of battery cells.
  • the insulating cap may cover at least one end portion of the pin body.
  • the insulating cap may be spaced apart from the inner surface of the module housing by a predetermined distance and disposed closer to the inner surface of the module housing than the plurality of battery cells.
  • the pin body is provided with a ring-shaped coupling end
  • the insulating cap may be provided with a coupling hook having a shape complementary to the ring shape of the coupling end.
  • a heat dissipation resin provided in the module housing and in contact with the at least one cooling fin; Further included, the insulating cap may be inserted into the heat dissipation resin.
  • the heat dissipation resin may be applied to an inner surface of the module housing at a predetermined height.
  • At least some of the plurality of battery cells may be inserted into the heat dissipation resin.
  • At least one end of the pin body forms a concavo-convex shape in which at least one convex portion and at least one concave portion are alternately disposed along a direction parallel to the longitudinal direction of each battery cell, and the insulating cap , It may be coupled to the at least one convex portion.
  • the plurality of battery cells are pouch-type cells, and include an accommodating portion in which an electrode assembly is accommodated, a sealing portion formed around the accommodating portion, and an electrode lead extending outside the sealing portion and connected to the electrode assembly,
  • the insulating cap may be formed along a direction parallel to a direction in which the electrode lead extends.
  • the pin body may be made of aluminum metal
  • the insulating cap may be made of a rubber material.
  • the present invention as a battery pack, provides a battery pack characterized in that it includes at least one battery module according to the above-described embodiments.
  • the present invention provides a vehicle, characterized in that it includes at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • the insulation performance of the battery module can be secured.
  • the present invention even when swelling occurs due to an abnormality of the battery cell or when the cooling fin comes into contact with the inner surface of the module housing due to external impact, direct contact with the module housing can be prevented.
  • the occurrence of defects in the battery module may be prevented in advance through the insulating cap.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment, or descriptions of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining battery cells of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view for explaining cooling fins of the battery module of FIG. 1 .
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the cooling fin of Figure 3;
  • FIG. 5 is a view for explaining a cooling fin according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view of one end portion of FIG. 5 .
  • FIG. 7 and 8 are views for explaining a short-circuit protection mechanism through an insulating cap of a cooling fin in the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a battery pack including the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a vehicle including the battery pack of FIG. 9 .
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module 10 may include a plurality of battery cells 100 , a module housing 200 and cooling fins 300 .
  • the plurality of battery cells 100 may be accommodated in the module housing 200 .
  • the plurality of battery cells 100 may be stacked to be electrically connected to each other within the module housing 200 .
  • FIG. 2 is a diagram for explaining battery cells of the battery module of FIG. 1 .
  • the battery cell 100 may be a secondary battery, for example, a pouch type battery cell 100 .
  • a pouch type battery cell 100 this does not limit the type of the battery cell 100, and other types of battery cells 100, such as cylindrical cells or prismatic cells, may also be employed in the battery module 10 of the present invention.
  • the battery cell 100 includes an electrode assembly 110, an accommodating portion 130 accommodating the electrode assembly 110, a sealing portion 150 formed around the accommodating portion 130, and A pair of electrode leads 170 connected to the electrode assembly 110 and drawn out of the sealing part 150 may be included.
  • the pair of electrode leads 170 are coupled to electrode tabs (not shown) provided in the electrode assembly 110 and may be drawn out of the sealing portion 150 through the sealing portion 150 .
  • the pair of electrode leads 170 may have a shape extending along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery cell 100 .
  • the pair of electrode leads 170 may be pulled out in the same direction or opposite directions.
  • the module housing 200 may form an internal space to accommodate a plurality of battery cells 100 therein.
  • the module housing 200 may include a base plate 210 , a side plate 230 and a cover plate 250 .
  • Each plate may be formed by being coupled to each other by a fastening method such as bolting or welding, but may also be manufactured in an integrated form.
  • the module housing 200 may be made of a material such as high-strength plastic, or may be made of a metal material.
  • a plurality of battery cells 100 are accommodated in the module housing 200 .
  • portions of the sealing portion 150 parallel to the longitudinal direction (Y-axis direction) of the battery cells 100 are located at the upper and lower ends of the battery module 10, It may be placed upright on the base plate 210 .
  • the plurality of battery cells 100 may be disposed in plurality along the thickness direction (X-axis direction) of the battery cells 100 .
  • the cooling fins 300 are for cooling the plurality of battery cells 100, and are provided in at least one or more and disposed between the plurality of battery cells 100 in the module housing 200. can Hereinafter, in this embodiment, the cooling fins 300 will be described only as being provided in plurality.
  • the battery module 10 may have a structure in which battery cells 100 and cooling fins 300 are alternately disposed. Meanwhile, the cooling fin 300 may include an insulating cap 330 to prevent direct contact with the module housing 200 .
  • the insulating cap 330 will be described in more detail in the following related description.
  • cooling fin 300 according to the present embodiment will be described in more detail.
  • FIG. 3 is a view for explaining cooling fins of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the cooling fins of FIG. 3 .
  • the cooling fin 300 may include a fin body 310 and an insulating cap 330 .
  • the pin body 310 may be made of a metal material having high thermal conductivity to smoothly cool the battery cell 100 .
  • the pin body 310 may be made of metal including aluminum or may be made of metal including copper.
  • the pin body 310 may make surface contact with the battery cells 100 adjacent to each other between the plurality of battery cells 100 . Accordingly, the widest surface of the battery cell 100 and the pin body 310 may make surface contact, and thus, the cooling efficiency of the battery cell 100 may be further maximized.
  • At least one end portion 312 of the pin body 310 may protrude further toward the inner surface 215 of the module housing 200 than the plurality of battery cells 100 .
  • One side end 312 of the protruding pin body 310 may contact a heat sink (not shown) and transfer heat received from the battery cell 100 to one side end of the pin body 310 ( 312) to the heat sink.
  • the heat sink may transfer the heat transferred from the fin body 310 to a separate coolant or air.
  • At least one side end 312 of the pin body 310 protrudes more toward the inner surface 215 of the module housing 200 than the plurality of battery cells 100.
  • Battery module 10 according to an embodiment of the present invention Due to the structure of the fin body 310 by easily transferring heat to the outside of the battery module 10, it is possible to improve the cooling efficiency of the battery cell 100.
  • At least one side end 312 of the pin body 310 may include a ring-shaped coupling end 315 . That is, the coupling end 315 provided on at least one side end 312 of the pin body 310 may have, for example, a ring shape. At least one side end 312 of the pin body 310 may be coupled to the insulating cap 330 through the ring-shaped coupling end 315 .
  • the insulating cap 330 may prevent direct contact between the cooling fin 300 and the module housing 200 .
  • the insulating cap 330 may be formed along a direction (Y-axis direction) parallel to the direction in which the electrode lead 170 extends. .
  • the insulating cap 330 may be coupled to at least one end 312 of the pin body 310 . Specifically, it may have a structure surrounding at least one side end 312 of the pin body 310 . Through this structure of the insulating cap 330, the cooling fin 300 contacts the module housing 200, or even, the module housing 200 is damaged by swelling and/or external impact of the battery cell 100. Direct contact between the cooling fin 300 and the module housing 200 can be prevented even when it is slightly bent due to strong contact with the cooling fin 300 .
  • the insulating cap 330 may be provided with a coupling hook 335 having a ring shape and a complementary shape of the coupling end 315 to facilitate coupling with the coupling end 315 . That is, the coupling hook 335 of the insulating cap 330 may engage and engage with the coupling end 315 provided at one end 312 of the pin body 310 .
  • the pin body 310 and the insulating cap 330 can be firmly coupled to each other with a simple structure. Accordingly, even when the cooling fin 300 collides with the module housing 200 due to swelling of the battery cell 100 and/or external impact, the coupling between the fin body 310 and the insulating cap 330 is can be maintained
  • the coupling method between the pin body 310 and the insulating cap 330 is not limited to such a coupling method, and any method is possible as long as it is a means that can be firmly and easily coupled to each other.
  • the insulating cap 330 may be made of an insulating material.
  • the insulating cap 330 may be made of a rubber material.
  • the insulating cap 330 may be made of a material such as silicon or plastic, or other insulating material.
  • the insulating cap 330 is spaced apart from the inner surface of the module housing 200 by a predetermined distance and may be disposed closer to the inner surface of the module housing 200 than the plurality of battery cells 100 .
  • the insulating cap 330 is spaced apart from the inner surface 215 of the base plate 210 of the module housing 200 by a predetermined distance, and the module is larger than the plurality of battery cells 100. It may be disposed closer to the inner surface 215 of the base plate 210 of the housing 200. That is, the insulating cap 330 may be disposed closer to the base plate 210 of the module housing 200 than to the pin body 310 and the battery cell 100 . Due to this structure, direct contact of the pin body 310 or the battery cell 100 with the module housing 200 can be prevented.
  • the present invention is not limited by the structure of FIGS. 3 and 4, and if the structure in which the insulation cap 330 is positioned to prevent direct contact between the pin body 310 and the module housing 200 , whichever is possible.
  • FIG. 5 is a view for explaining a cooling fin according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged view of one end portion of FIG. 5 .
  • At least one side end 362 of the fin body 360 of the cooling fin 350 is in the longitudinal direction of each battery cell 100 .
  • at least one convex portion 363 and at least one concave portion 364 may form an uneven shape in which they are alternately disposed.
  • the insulating cap 380 may be coupled to the at least one convex portion 363 .
  • the contact area between the cooling fin 350 and the inner surface of the module housing 200 is minimized, thereby minimizing the risk of short circuit between the cooling fin 350 and the module housing 200. there is.
  • the insulating cap 380 may have a structure surrounding at least one side end 362 of the pin body 360 .
  • a ring-shaped coupling end 365 may be provided at least one side end 362 of the pin body 360 .
  • An insulating cap 380 having a coupling hook 385 having a ring shape and a complementary shape of the coupling end 365 may be coupled to the coupling end 365 .
  • the battery module 10 may further include a heat dissipation resin 400 .
  • the heat dissipating resin 400 may be, for example, a thermally conductive adhesive having high thermal conductivity.
  • the heat dissipation resin 400 may be applied to an inner surface 215 of the base plate 210 of the module housing 200 at a predetermined height.
  • the heat dissipation resin 400 is provided in the module housing 200 and may contact the at least one cooling fin 300 .
  • the insulating cap 330 may be inserted into the heat dissipation resin 400 .
  • at least a portion of the fin body 310 may be inserted into the heat dissipation resin 400 .
  • the cooling fin 300 can be inserted and fixed more stably on the heat dissipating resin 400. Accordingly, in this embodiment, the fixing force of the cooling fin 300 can be improved through the heat dissipation resin 400 without an additional fixing member.
  • heat transferred from the battery cell 100 may be easily transferred to the heat dissipating resin 400 by at least a portion of the pin body 310 inserted into the heat dissipating resin 400 .
  • the battery cell 100 may come into direct contact with the heat dissipation resin 400 . Accordingly, heat generated in the battery cell 100 can be directly transferred to the heat dissipation resin 400 without passing through the cooling fin 300, so that the cooling efficiency of the battery cell 100 can be further increased.
  • the fixing force of the battery cell 100 can be improved without a separate additional fixing member.
  • FIG. 7 and 8 are views for explaining a short-circuit protection mechanism through an insulating cap of a cooling fin in the battery module of FIG. 1 .
  • a heat dissipation resin 400 is applied to a predetermined height on the inner surface 215 of the base plate 210 of the module housing 200 according to an embodiment of the present invention, and the heat dissipation resin 400 ), a plurality of battery cells 100 and a plurality of cooling fins 300 are alternately arranged in an upright state.
  • the insulating cap 330 coupled to one end 312 of the pin body 310 is disposed to be spaced apart from the inner surface 215 of the base plate 210 of the module housing 200 by a predetermined distance, and It is disposed closer to the inner surface 215 of the base plate 210 of the module housing 200 than the battery cell 100 .
  • an external impact may be applied to the cover plate 250 in a direction perpendicular to the cover plate 250 of the module housing 200 (-Z axis direction).
  • the plurality of battery cells 100 and the plurality of cooling fins 300 accommodated therein receive force in the width direction (-Z axis direction) of the battery cell 100, and the battery cell 100 moves in the width direction (-Z axis direction) of
  • the insulating cap 330 spaced apart from the inner surface 215 of the base plate 210 of the module housing 200 by a predetermined distance may preferentially come into contact with the inner surface 215 of the base plate 210.
  • each plate of the module housing 200 including the base plate 210 is made of a metal material
  • the pin body 310 made of metal and the base plate made of metal are formed by the insulating cap 330. Since direct contact with 210 can be prevented, damage to the battery module 10 due to a short circuit can be prevented.
  • FIG. 9 is a view for explaining a battery pack including the battery module of FIG. 1
  • FIG. 10 is a view for explaining a vehicle including the battery pack of FIG. 9 .
  • a battery pack 1 according to the present invention may include at least one battery module 10 described above.
  • the battery pack 1 according to the present invention may include a pack case 50 capable of accommodating the at least one battery module 10 .
  • other various components such as components of the battery pack 1 known at the time of filing of the present invention, such as a BMS, a pack case, a relay, a current sensor, etc. may be further included. .
  • a vehicle V according to the present invention may include at least one battery pack 1 according to the present invention.
  • swelling occurs due to an abnormality of the battery cell 100 or an external impact causes the cooling fin 300 to come into contact with the inner surface 215 of the module housing 200. Even in this case, occurrence of defects in the battery module 10 can be prevented in advance through the insulation cap 330 that can prevent direct contact with the module housing 200 .
  • the battery module 10 having improved insulation performance, the battery pack 1 including the battery module 10, and the vehicle V may be provided.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀, 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징 및 모듈 하우징 내에서 복수의 배터리 셀 사이에 배치되며, 모듈 하우징과의 직접 접촉을 방지하기 위한 절연 캡을 구비하는 적어도 하나의 냉각 핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
본 출원은 2021년 07월 16일에 출원된 한국 특허출원 제10-2021-0093808호를 기초로 한 우선권 주장을 수반하며, 해당 특허출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
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 장점 또한 갖기 때문에 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 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬 및/또는 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 모듈은, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀들 및 이러한 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 포함한다. 이러한 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀이 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다.
이와 관련하여, 복수 개의 배터리 셀에서 발생한 열을 방출하는 다양한 방법 중 하나로서, 배터리 모듈에서는, 복수 개의 배터리 셀 냉각을 위한 간접 냉각 방식이 주로 적용된다. 간접 냉각 방식이란, 배터리 셀의 포장재와 접하는 냉각 핀을 통해 배터리 셀을 냉각시키는 방법이다. 상기 간접 냉각 방식에서, 상기 냉각 핀은 배터리 셀에서 발생한 열을 냉매 측으로 전달한다. 여기서, 상기 냉각 핀의 상측 또는 하측에는 냉매와 빠른 열 교환을 위해 히트 싱크가 형성되어 있는 것이 일반적이다.
한편, 냉각 핀은, 일반적으로 높은 열 전도도를 갖는 금속으로 이루어진다. 또한, 효율적으로 열을 전달하기 위해서, 냉각 핀은 배터리 셀보다 모듈 하우징을 향해 돌출되어 있다.
일반적으로, 모듈 하우징 또한 금속 재질로 이루어질 수 있는데, 배터리 셀의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 모듈 하우징 외부에서의 충격 등에 의해, 냉각 핀이 모듈 하우징의 내면과 맞닿는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 금속 부재인 냉각 핀이 모듈 하우징의 내면과 접촉되어 단락이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있고, 이에 따라, 배터리 모듈의 불량으로 이어질 수 있는 문제점이 있었다.
그러므로, 냉각 핀의 절연 성능을 확보할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 셀의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 모듈 하우징 외부에서의 충격 등에 의해, 냉각 핀이 모듈 하우징의 내면과 맞닿는 경우에도, 절연 성능을 확보할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징; 및 상기 모듈 하우징 내에서 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되며, 상기 모듈 하우징과의 직접 접촉을 방지하기 위한 절연 캡을 구비하는 적어도 하나의 냉각 핀; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
여기서, 상기 적어도 하나의 냉각 핀은, 상기 복수의 배터리 셀 사이에서 상호 인접한 배터리 셀과 면 접촉하는 핀 바디; 를 포함하며, 상기 절연 캡은, 상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부에 결합될 수 있다.
또한, 상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부는, 상기 복수의 배터리 셀보다 상기 모듈 하우징의 내면 측으로 더 돌출될 수 있다.
한편, 상기 절연 캡은, 상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부를 감쌀 수 있다.
한편, 상기 절연 캡은, 상기 모듈 하우징의 내면과 소정 거리 이격되며, 상기 복수의 배터리 셀보다 상기 모듈 하우징의 내면에 더 가까이 배치될 수 있다.
한편, 상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부에는, 고리 형상의 결합단이 구비되며, 상기 절연 캡에는, 상기 결합단의 고리 형상과 상보적인 형상을 갖는 결합 후크가 구비될 수 있다.
한편, 상기 모듈 하우징 내에 구비되며, 상기 적어도 하나의 냉각 핀과 접촉하는 방열 레진; 을 더 포함하고, 상기 절연 캡은, 상기 방열 레진의 내부에 삽입될 수 있다.
여기서, 상기 방열 레진은, 상기 모듈 하우징의 내면에 소정 높이로 도포될 수 있다.
또한, 상기 복수의 배터리 셀의 적어도 일부는, 상기 방열 레진의 내부에 삽입될 수 있다.
한편, 상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부는, 각각의 배터리 셀의 길이 방향과 평행한 방향을 따라, 적어도 하나의 볼록부와 적어도 하나의 오목부가 교대로 배치되는 요철 형상을 이루며, 상기 절연 캡은, 상기 적어도 하나의 볼록부에 결합될 수 있다.
한편, 상기 복수의 배터리 셀은 파우치 형 셀로서, 전극 조립체가 수용되는 수용부, 상기 수용부의 둘레에 형성되는 실링부 및 상기 실링부의 외부로 연장되며 상기 전극 조립체와 연결되는 전극 리드를 포함하고, 상기 절연 캡은, 상기 전극 리드가 연장되는 방향과 평행한 방향을 따라 형성될 수 있다.
한편, 상기 핀 바디는 알루미늄 금속으로 이루어지고, 상기 절연 캡은, 고무 재질로 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈의 절연 성능이 확보될 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 배터리 셀의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 외부 충격에 의해, 냉각 핀이 모듈 하우징의 내면과 맞닿게 되는 경우에도, 모듈 하우징과의 직접 접촉을 방지할 수 있는 절연 캡을 통해 배터리 모듈의 불량 발생을 미연에 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 절연 성능이 향상된 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 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 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 냉각 핀을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 냉각 핀의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 핀을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 일 측 단부의 확대도이다.
도 7 및 도 8은 도 1의 배터리 모듈에서 냉각 핀의 절연 캡을 통한 단락 방지 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
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, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀(100), 모듈 하우징(200) 및 냉각 핀(300)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀(100)은, 상기 모듈 하우징(200) 내에 수용될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은 상기 모듈 하우징(200) 내에서 상호 전기적으로 연결될 있게 적층될 수 있다.
이하, 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 각각에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지일 수 있고, 예를 들어 파우치형 배터리 셀(100)일 수 있다. 다만, 이로써 상기 배터리 셀(100)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 이를테면 원통형 셀이나 각형 셀 등과 같은 다른 형태의 배터리 셀(100)도 본 발명의 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다.
이하, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(100)이 파우치형 셀인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 도 2를 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 전극 조립체(110), 전극 조립체(110)를 수용하는 수용부(130), 수용부(130)의 둘레에 형성되는 실링부(150) 및 전극 조립체(110)와 연결되며 실링부(150)의 외부로 인출되는 한 쌍의 전극 리드(170)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 전극 리드(170)는, 전극 조립체(110)에 구비된 전극 탭(미도시)과 결합되며, 실링부(150)를 통해 실링부(150)의 외측으로 인출될 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드(170)는, 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드(170)는 서로 동일한 방향 또는 서로 반대 방향으로 인출될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 모듈 하우징(200)은, 내부에 복수의 배터리 셀(100)을 수용하도록 내부 공간을 형성할 수 있다. 예를 들어, 모듈 하우징(200)은, 베이스 플레이트(210), 사이드 플레이트(230) 및 커버 플레이트(250)를 포함할 수 있다. 각 플레이트는 서로 볼트나 용접 등의 체결 방식으로 결합되어 형성될 수 있으나, 일체화된 형태로 제조될 수도 있다. 모듈 하우징(200)은 고강도의 플라스틱 등의 재질로 이루어질 수도 있으나, 금속 재질로 이루어질 수도 있다.
모듈 하우징(200) 내에는 복수의 배터리 셀(100)이 수용되어 있다. 복수의 배터리 셀(100)은, 상기 실링부(150) 중, 상기 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y축 방향)과 평행한 부분이, 배터리 모듈(10)의 상단 및 하단에 위치하도록, 상기 베이스 플레이트(210) 상에 기립 배치될 수 있다. 그리고 복수의 배터리 셀(100)은 배터리 셀(100)의 두께 방향(X축 방향)을 따라 복수 개 배치될 수 있다.
상기 냉각 핀(300)은, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 냉각하기 위한 것으로서, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비되어 상기 모듈 하우징(200) 내에서 복수의 배터리 셀(100) 사이에 배치될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 냉각 핀(300)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100)과 냉각 핀(300)이 서로 교호 배치되는 구조일 수 있다. 한편, 상기 냉각 핀(300)은, 상기 모듈 하우징(200)과의 직접 접촉을 방지하기 위한 절연 캡(330)을 포함할 수 있다. 상기 절연 캡(330)에 대해서는 하기 관련 설명에서 보다 더 자세히 살펴본다.
이하, 본 실시예에 따른 상기 냉각 핀(300)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 냉각 핀을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3의 냉각 핀의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 냉각 핀(300)은, 핀 바디(310) 및 절연 캡(330)을 포함할 수 있다.
상기 핀 바디(310)는 배터리 셀(100)을 원활하게 냉각할 수 있게 높은 열 전도도를 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 핀 바디(310)는 알루미늄 금속을 포함하는 금속으로 이루어질 수 있으며, 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어질 수도 있다.
상기 핀 바디(310)는 복수의 배터리 셀(100) 사이에서 상호 인접한 배터리 셀(100)과 면 접촉할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)의 가장 넓은 면과 핀 바디(310)가 면 접촉할 수 있고, 따라서, 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 보다 더 극대화할 수 있다.
상기 핀 바디(310)의 적어도 일 측 단부(312)는, 상기 복수의 배터리 셀(100)보다 상기 모듈 하우징(200)의 내면(215) 측으로 더 돌출될 수 있다. 돌출된 상기 핀 바디(310)의 일 측 단부(312)는, 히트 싱크(미도시)에 접촉할 수 있고, 배터리 셀(100)로부터 전달받은 열을, 핀 바디(310)의 일 측 단부(312)를 통해 상기 히트 싱크로 전달할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 히트 싱크는, 핀 바디(310)로부터 전달받은 열을, 별도의 냉각수 또는 공기로 전달할 수 있다.
핀 바디(310)의 적어도 일 측 단부(312)가, 복수의 배터리 셀(100)보다 모듈 하우징(200)의 내면(215) 측으로 더 돌출된 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 구조로 인해, 핀 바디(310)의 열을 배터리 모듈(10)의 외부로 용이하게 전달함으로써, 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 핀 바디(310)의 적어도 일 측 단부(312)에는, 고리 형상의 결합단(315)이 구비될 수 있다. 즉, 상기 핀 바디(310)의 적어도 일 측 단부(312)에 구비된 결합단(315)은, 예를 들면, 고리 형상일 수 있다. 고리 형상의 결합단(315)을 통해, 상기 핀 바디(310)의 적어도 일 측 단부(312)는, 절연 캡(330)과 결합될 수 있다.
상기 절연 캡(330)은, 냉각 핀(300)과 모듈 하우징(200)의 직접 접촉을 방지할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 배터리 셀(100)이 파우치형 셀일 경우, 상기 절연 캡(330)은, 전극 리드(170)가 연장되는 방향과 평행한 방향(Y축 방향)을 따라 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 절연 캡(330)은, 상기 핀 바디(310)의 적어도 일 측 단부(312)에 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 핀 바디(310)의 적어도 일 측 단부(312)를 감싸는 구조일 수 있다. 이러한 절연 캡(330) 구조를 통해, 배터리 셀(100)의 스웰링 및/또는 외부 충격에 의해, 냉각 핀(300)이 모듈 하우징(200)과 접촉하거나, 또는, 심지어, 모듈 하우징(200)과의 강한 접촉으로 다소 휘어지는 경우에도, 냉각 핀(300)과 모듈 하우징(200)과의 직접 접촉을 방지할 수 있다.
상기 절연 캡(330)에는, 상기 결합단(315)과의 결합을 용이하게 할 수 있게 상기 결합단(315)의 고리 형상과 상보적인 형상을 갖는 결합 후크(335)가 구비될 수 있다. 즉, 절연 캡(330)의 결합 후크(335)는 상기 핀 바디(310)의 일 측 단부(312)에 구비된 결합단(315)과 맞물려 결합될 수 있다.
이와 같이, 핀 바디(310)와 절연 캡(330)은 간단한 구조만으로 서로 견고하게 결합될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)의 스웰링 및/또는 외부 충격 등으로 냉각 핀(300)이 모듈 하우징(200)에 충돌하는 경우라고 하더라도, 핀 바디(310)와 절연 캡(330)의 결합은 유지될 수 있다. 다만, 핀 바디(310)와 절연 캡(330)의 결합 방식이 이와 같은 결합 방식으로만 한정되는 것은 아니며, 서로 견고하면서도 용이하게 결합될 수 있는 수단이라면 어느 방식이라도 가능함은 물론이다.
절연 캡(330)은 절연 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 절연 캡(330)은 고무 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 절연 캡(330)은 실리콘 또는 플라스틱 등의 재질, 또는 기타 다른 절연 재질로도 이루어질 수 있다.
상기 절연 캡(330)은, 상기 모듈 하우징(200)의 내면과 소정 거리 이격되며, 상기 복수의 배터리 셀(100)보다 상기 모듈 하우징(200)의 내면에 더 가까이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명하면, 절연 캡(330)은 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215)과 소정 거리 이격되고, 복수의 배터리 셀(100)보다 상기 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215)에 더 가까이 배치될 수 있다. 즉, 절연 캡(330)은, 핀 바디(310) 및 배터리 셀(100)에 비하여, 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)와 더 가깝게 배치될 수 있다. 이러한 구조에 의해, 핀 바디(310) 또는 배터리 셀(100)이 모듈 하우징(200)과 직접 접촉하는 것이 방지될 수 있다.
다만, 본 발명이 도 3 및 도 4의 구조에 의해 한정되는 것은 아니며, 핀 바디(310)와 모듈 하우징(200) 간의 직접 접촉을 방지할 수 있도록, 절연 캡(330)이 위치되어 있는 구조라면, 어느 것이라도 가능하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 핀을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 5의 일 측 단부의 확대도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각 핀(350)의 핀 바디(360)의 적어도 일 측 단부(362)는, 각각의 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y축 방향)과 평행한 방향을 따라, 적어도 하나의 볼록부(363)와 적어도 하나의 오목부(364)가 교대로 배치되는 요철 형상을 이룰 수 있다. 여기서, 상기 절연 캡(380)은, 상기 적어도 하나의 볼록부(363)에 결합될 수 있다.
상기 실시예에 따른 핀 바디(360)는, 요철 구조로 인해, 핀 바디(360) 및 절연 캡(380)의 제조에 필요한 핀 바디(360) 소재를 최소화 함으로써 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기와 같은 실시예에 의하면, 냉각 핀(350)과 모듈 하우징(200)의 내면 사이의 접촉 면적이 최소화되어, 냉각 핀(350)과 모듈 하우징(200) 사이의 단락 위험이 최소화될 수 있다.
이 경우에도, 절연 캡(380)은, 상기 핀 바디(360)의 적어도 일 측 단부(362)를 감싸는 구조로 될 수 있다. 또한, 상기 핀 바디(360)의 적어도 일 측 단부(362)에는, 고리 형상의 결합단(365)이 구비될 수 있다. 상기 결합단(365)에는, 상기 결합단(365)의 고리 형상과 상보적인 형상을 갖는 결합 후크(385)를 구비한 절연 캡(380)이 결합될 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈(10)은, 방열 레진(400)을 더 포함할 수도 있다. 방열 레진(400)은, 예를 들면, 높은 열 전도도를 갖는 열 전도성 접착제일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 방열 레진(400)은, 상기 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215) 상에 소정 높이로 도포될 수 있다. 상기 방열 레진(400)은, 모듈 하우징(200) 내에 구비되며, 상기 적어도 하나의 냉각 핀(300)과 접촉할 수 있다. 구체적으로, 상기 절연 캡(330)은, 상기 방열 레진(400)의 내부에 삽입될 수 있다. 나아가, 상기 핀 바디(310)의 적어도 일부가 상기 방열 레진(400)의 내부에 삽입될 수 있다.
이와 같이, 냉각 핀(300)의 적어도 일부가 방열 레진(400)의 내부로 삽입되는 구조에 의해, 상기 냉각 핀(300)은 방열 레진(400) 상에 보다 안정적으로 삽입 고정될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 방열 레진(400)을 통해 별도의 추가적인 고정 부재 없이도 상기 냉각 핀(300)의 고정력을 향상시킬 수 있다. 또한, 방열 레진(400) 내부로 삽입된 핀 바디(310)의 적어도 일부분에 의해, 배터리 셀(100)로부터 전달된 열이 방열 레진(400)으로 용이하게 전달될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀(100)의 적어도 일부는, 상기 방열 레진(400)의 내부에 삽입될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)은 방열 레진(400)과 직접 접촉하게 될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)에서 발생한 열이 냉각 핀(300)을 거치지 않고 방열 레진(400)으로 바로 전달될 수 있어, 상기 배터리 셀(100)의 냉각 효율이 더욱 높아질 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)이 방열 레진(400) 상에 삽입 고정될 수 있어서, 별도의 추가 고정 부재 없이도 상기 배터리 셀(100)의 고정력을 향상시킬 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 1의 배터리 모듈에서 냉각 핀의 절연 캡을 통한 단락 방지 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215) 상에 방열 레진(400)이 소정 높이로 도포되어 있고, 상기 방열 레진(400) 상에 복수의 배터리 셀(100)과 복수의 냉각 핀(300)이 기립된 상태로 교호 배치되어 있다. 핀 바디(310)의 일 측 단부(312)에 결합된 절연 캡(330)은, 상기 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215)과 소정 거리 이격되도록 배치되어 있으며, 복수의 배터리 셀(100)보다 상기 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215)에 더 가까이 배치되어 있다.
이 때, 도 8과 같이, 모듈 하우징(200)의 커버 플레이트(250)에 수직한 방향(-Z축 방향)에서 외부 충격이 상기 커버 플레이트(250)에 가해질 수 있다. 이 때, 내부에 수용되어 있는 복수의 배터리 셀(100)들 및 복수의 냉각 핀(300)들은, 배터리 셀(100)의 폭 방향(-Z축 방향)으로 힘을 받아, 배터리 셀(100)의 폭 방향(-Z축 방향)으로 이동하게 된다. 이 때, 모듈 하우징(200)의 베이스 플레이트(210)의 내면(215)과 소정 거리 이격 배치되어 있던 절연 캡(330)은 베이스 플레이트(210)의 내면(215)과 우선적으로 맞닿게 될 수 있다. 여기서, 만약, 베이스 플레이트(210)를 포함한 모듈 하우징(200)의 각 플레이트들이 금속 재질로 이루어진 경우라고 하더라도, 절연 캡(330)에 의해, 금속 재질의 핀 바디(310)와 금속 재질의 베이스 플레이트(210)의 직접 접촉을 방지할 수 있기 때문에, 단락에 의한 배터리 모듈(10)의 손상을 방지할 수 있다.
베이스 플레이트(210)에 수직한 방향(+Z축 방향)의 외부 충격이, 상기 베이스 플레이트(210)에 가해지는 경우도 마찬가지이다. 또는, 배터리 셀(100) 스웰링 등의 이상 현상에 의해 냉각 핀(300)이 모듈 하우징(200)에 맞닿게 되는 경우도 마찬가지이다.
도 9는 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 도 9의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 수용할 수 있는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다. 아울러, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩(1)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)을 적어도 하나 포함할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀(100)의 이상 현상에 의해 스웰링이 발생하거나 또는 외부 충격에 의해, 냉각 핀(300)이 모듈 하우징(200)의 내면(215)과 맞닿게 되는 경우에도, 모듈 하우징(200)과의 직접 접촉을 방지할 수 있는 절연 캡(330)을 통해 배터리 모듈(10)의 불량 발생을 미연에 방지할 수 있다.
따라서, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 절연 성능이 향상된 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 통상의 기술자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (14)

  1. 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징; 및
    상기 모듈 하우징 내에서 상기 복수의 배터리 셀 사이에 배치되며, 상기 모듈 하우징과의 직접 접촉을 방지하기 위한 절연 캡을 구비하는 적어도 하나의 냉각 핀; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 냉각 핀은, 상기 복수의 배터리 셀 사이에서 상호 인접한 배터리 셀과 면 접촉하는 핀 바디; 를 포함하며,
    상기 절연 캡은, 상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부는, 상기 복수의 배터리 셀보다 상기 모듈 하우징의 내면 측으로 더 돌출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연 캡은, 상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부를 감싸는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연 캡은, 상기 모듈 하우징의 내면과 소정 거리 이격되며, 상기 복수의 배터리 셀보다 상기 모듈 하우징의 내면에 더 가까이 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부에는, 고리 형상의 결합단이 구비되며,
    상기 절연 캡에는, 상기 결합단의 고리 형상과 상보적인 형상을 갖는 결합 후크가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈 하우징 내에 구비되며, 상기 적어도 하나의 냉각 핀과 접촉하는 방열 레진; 을 더 포함하고,
    상기 절연 캡은, 상기 방열 레진의 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 방열 레진은, 상기 모듈 하우징의 내면에 소정 높이로 도포되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀의 적어도 일부는, 상기 방열 레진의 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 핀 바디의 적어도 일 측 단부는, 각각의 배터리 셀의 길이 방향과 평행한 방향을 따라, 적어도 하나의 볼록부와 적어도 하나의 오목부가 교대로 배치되는 요철 형상을 이루며,
    상기 절연 캡은, 상기 적어도 하나의 볼록부에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀은 파우치 형 셀로서, 전극 조립체가 수용되는 수용부, 상기 수용부의 둘레에 형성되는 실링부 및 상기 실링부의 외부로 연장되며 상기 전극 조립체와 연결되는 전극 리드를 포함하고,
    상기 절연 캡은, 상기 전극 리드가 연장되는 방향과 평행한 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 핀 바디는 알루미늄 금속으로 이루어지며,
    상기 절연 캡은, 고무 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 모듈;을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 기재된 배터리 팩;을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252501A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Furukawa-Sky Aluminum Corp 電気化学デバイスユニットモジュール
KR20160066862A (ko) * 2014-12-03 2016-06-13 현대자동차주식회사 배터리 셀 및 리드탭을 동시에 냉각하는 냉각플레이트
KR20170132514A (ko) * 2016-05-24 2017-12-04 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
JP2018060595A (ja) * 2015-02-27 2018-04-12 三洋電機株式会社 電源装置及びこれを備える車両
KR102173142B1 (ko) * 2016-02-12 2020-11-02 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20210093808A (ko) 2014-03-07 2021-07-28 삼성디스플레이 주식회사 디스플레이 장치 및 이의 제조 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009252501A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Furukawa-Sky Aluminum Corp 電気化学デバイスユニットモジュール
KR20210093808A (ko) 2014-03-07 2021-07-28 삼성디스플레이 주식회사 디스플레이 장치 및 이의 제조 방법
KR20160066862A (ko) * 2014-12-03 2016-06-13 현대자동차주식회사 배터리 셀 및 리드탭을 동시에 냉각하는 냉각플레이트
JP2018060595A (ja) * 2015-02-27 2018-04-12 三洋電機株式会社 電源装置及びこれを備える車両
KR102173142B1 (ko) * 2016-02-12 2020-11-02 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20170132514A (ko) * 2016-05-24 2017-12-04 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차

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