WO2024106693A1 - 침냉식 배터리 모듈 및 이를 포함한 배터리 팩 및 차량 - Google Patents

침냉식 배터리 모듈 및 이를 포함한 배터리 팩 및 차량 Download PDF

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WO2024106693A1
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이정훈
김두승
엄태기
유재욱
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • secondary batteries refer to batteries that can be repeatedly charged and discharged, such as lithium-ion batteries, lithium polymer batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-zinc batteries.
  • a battery cell which is the most basic secondary battery, can provide an output voltage of approximately 2.5V to 4.2V.
  • the existing technology for cooling battery cells embedded in a battery module using insulating oil is a frame 200 that accommodates the battery cell stack 100.
  • this existing technology provides battery module cases (200, 300) for each battery cell stack, and supplies insulating oil to each case (200, 300) through independent pipes (500, 600, 700). and discharge, it requires a lot of space to install insulating oil pipes, which not only increases the manufacturing cost of the battery pack including the battery module, but also increases the overall volume and weight of the battery pack, reducing energy density. There is a problem.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide an immersion-cooled battery module that improves the cooling performance of the battery module to prevent thermal runaway or serial thermal runaway of the battery cells included in the battery module, and a battery pack and vehicle containing the same. It is provided.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an immersion-cooled battery module that can minimize the risk of cooling oil leakage and improve energy density, and a battery pack and vehicle including the same.
  • An immersion-cooled battery module includes a battery assembly including a plurality of battery cells; a module case having an opening at at least one end and accommodating the battery assembly and a coolant in an internal space connected to the opening; a sealing cover inserted into the opening to airtightly cover the opening; and an end cover coupled to the opening into which the sealing cover is inserted and covering the opening, wherein the sealing cover includes a wall portion facing an opening edge of the module case forming the opening at a predetermined distance, At least a portion of the edge portion of the end cover is configured to be inserted and coupled between the opening edge and the wall portion.
  • the sealing cover further includes a fixing part protruding from the first surface toward the inner space, and an edge of the fixing part may be configured to be attached and fixed to the inner surface of the module case. there is.
  • a sealing tape may be further included, with one side attached to the edge of the fixing unit and the other side attached to the inner surface of the module case.
  • the inner edge and the outer edge may be spaced apart from each other at a predetermined interval, and the opening edge may be configured to be inserted between the inner edge and the outer edge.
  • the insulating block is provided on an edge portion of the insulating block that is in close contact with the inner surface of the module case, and is connected to a communication channel that allows the coolant to pass from the first sub-battery module side to the second sub-battery module side.
  • a groove can be provided.
  • both ends of the insulating block may be coupled to the first sub-battery module and the second sub-battery module, respectively.
  • the module case may include a stopper that protrudes from the inner surface of the module case and supports the insulating block, thereby limiting movement of the insulating block.
  • the cooling liquid may include insulation oil or dielectric liquid.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention may include an immersion-cooled battery module according to any one of the above-described embodiments.
  • a vehicle according to another aspect of the present invention may include an immersion-cooled battery module according to any one of the above-described embodiments.
  • the battery cells accommodated inside the module case of the battery module are cooled through direct contact with the coolant flowing into the module case, thereby forming a battery such as a thermal pad and a heat sink.
  • cell cooling means be omitted, but battery cell cooling performance can be improved and thermal runaway of battery cells can be effectively prevented.
  • the coolant charged inside the module case functions as a fire extinguishing agent, preventing chain thermal runaway of other battery cells or other battery modules around the battery cell in which thermal runaway occurred. can do.
  • the inner edge of the first end cover covering one end of the opening of the module case is inserted and coupled between the wall portion of the first sealing cover inserted into the opening and the edge of the opening, and the edge of the opening is the first end cover.
  • sealing tape, liquid sealant, and structural adhesive applied to the sealing structure triple-block leakage of coolant, thereby improving the durability and safety of the immersion-cooled battery module.
  • a plurality of sub-battery modules each including a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, are accommodated in one module case to form one battery module, thereby reducing the number of battery modules included in the battery pack. You can do it.
  • the space occupied by the inlet and outlet provided for each battery module and the space occupied by the piping required to supply and recover cooling fluid to each battery module are reduced. This not only reduces the manufacturing cost of the battery pack, but also reduces the overall volume and weight of the battery pack, and improves the energy density of the battery pack.
  • an insulation module disposed between a first sub-battery module and a second sub-battery module disposed adjacent to each other among the plurality of sub-battery modules is coupled to the first and second sub-battery modules, respectively, and the first sub-battery module And by supporting the second sub-battery module, electrical safety of the sub-battery modules can be guaranteed and damage to the sub-battery module due to physical shock or vibration can be prevented.
  • a communication groove through which coolant passes is provided on the edge of the insulating block that is in close contact with the inner surface of the module case, thereby facilitating the flow of coolant and, as a result, further improving the cooling performance of the battery module.
  • one of the plurality of circuit boards corresponding to the plurality of sub-battery modules transmits the electrical signal sensed by itself and the electrical signal sensed by the remaining circuit boards to the outside through one waterproof connector.
  • the electrical connection between the battery module and external electrical devices can be facilitated, the wiring structure of the battery pack including multiple battery modules can be simplified, and the status of the battery module can be monitored for each sub-battery module.
  • the waterproof connector is coupled to a sealing cover provided with an inlet or outlet and placed in a space secured to connect the inlet or outlet to the pipe, thereby enabling electrical connection of the waterproof connector within the battery pack. There is no need to secure space, and the electrical connection work of the waterproof connector can be facilitated.
  • Figure 1 is a perspective view showing an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the immersion-cooled battery module shown in FIG. 1.
  • Figure 3 is an exploded perspective view showing a battery assembly accommodated in a module case of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing an insulating block of the battery assembly shown in FIG. 3.
  • Figure 5 is a vertical cross-sectional view showing portion A1 of Figure 4.
  • Figure 6 is a perspective view showing the first sealing cover of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a vertical cross-sectional view showing the first sealing cover coupled to the module case.
  • Figure 8 is a perspective view showing the first end cover of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a vertical cross-sectional view taken along line S-S′ of the first end cover shown in FIG. 8.
  • Figure 10 is a vertical cross-sectional view showing the first end cover coupled to the module case.
  • Figure 11 is an enlarged view showing part A2 of Figure 10.
  • Figure 12 is a diagram showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a diagram showing a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows a perspective view of an immersion-cooled battery module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 the immersion-cooled battery module 10 shown in FIG. 1 is shown in an exploded perspective view.
  • the battery module 10 cools the battery cells accommodated in the internal space of the module case 100 by directly contacting them with a cooling liquid. It is composed of: To this end, the battery module 10 may include a module case 100, a battery assembly 200, a sealing cover 110, 110', a waterproof connector 120, and an end cover 130, 130'.
  • the module case 100 may have an opening at at least one end, and may be configured to accommodate the battery assembly 200 and a coolant in an internal space connected to the opening.
  • the module case 100 may be configured in the form of a tube having an internal space extending in a first direction (Y-axis direction) and openings at both ends of the first direction.
  • This module case 100 may be made of a metal material with a certain strength. Additionally, the module case 100 may be formed as one piece through extrusion molding or sheet metal processing to prevent leakage of coolant.
  • the battery assembly 200 includes a plurality of battery cells and can be accommodated in the internal space of the module case 100.
  • the battery assembly 200 includes a plurality of sub-battery modules, each having a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, and a plurality of circuit boards corresponding to the plurality of sub-battery modules. It can be included.
  • the plurality of circuit boards may be configured to sense electrical signals related to the plurality of sub-battery modules.
  • the sealing covers 110 and 110' have an inlet 112 that allows coolant to flow into the inner space of the module case 100, and discharges the coolant flowing into the inner space to the outside of the module case 100.
  • the module has at least one outlet 112', and can be inserted into an opening of the module case 100 to cover the opening airtightly.
  • sealing covers 110 and 110' include a first sealing cover 110 that has an inlet 112 and covers one end of the opening of the module case 100, an outlet 112', and a first sealing cover 110 that covers one end of the opening of the module case 100. ) may include a second sealing cover 110' that covers the other end opening.
  • high voltage (HV) terminals 114 and 114' that provide the output of the battery module 10 and a waterproof connector 120 may be disposed on the first sealing cover 110.
  • the waterproof connector 120 is coupled to and supported by the first sealing cover 110, and is electrically connected to the circuit boards of the battery assembly 200 to transmit electrical signals sensed by each circuit board to the module case. It may be configured to be delivered to the outside of 100.
  • the end covers 130 and 130' may be configured to be coupled to an opening of the module case 100 into which the sealing covers 110 and 110' are inserted and combined to cover the opening. These end covers 130 and 130' cover the first end cover 130, which covers one end opening where the first sealing cover 110 is inserted, and the other end opening where the second sealing cover 110' is coupled. It may include a second end cover 130'.
  • the cooling liquid applied to the present invention may include insulation oil or dielectric liquid with a high withstand voltage.
  • the coolant may contain one or two or more of trioctyl phosphate (TOP), tributyl phosphate (TOB), triphenyl phosphate, trimethyl phosphate, and tripropyl phosphate.
  • the modified module case for accommodating the battery assembly may be configured to have an opening only at one end in the longitudinal direction and to be closed at the other end in the longitudinal direction.
  • the modified sealing cover that covers and seals the opening of the modified module case may be configured to have both an inlet and an outlet.
  • components corresponding to the second sealing cover 110' and the second end cover 130' shown in FIGS. 1 and 2 may be omitted.
  • the coolant flowing in through the inlet of the modified sealing cover may circulate around the internal space of the modified module case to cool the battery cells, and then be discharged through the outlet of the modified sealing cover.
  • the battery cells accommodated in the module case 100 of the battery module 10 are cooled through direct contact with the cooling liquid introduced into the module case 100, thereby forming a thermal pad.
  • Battery cell cooling means such as a heat sink, can be omitted, battery cell cooling performance can be improved, and thermal runaway of the battery cell can be effectively prevented.
  • the coolant charged inside the module case functions as a fire extinguishing agent, preventing chain thermal runaway of other battery cells or other battery modules around the battery cell in which thermal runaway occurred. can do.
  • Figure 3 shows an exploded perspective view of the battery assembly 200 accommodated in the module case of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery assembly 200 may include a plurality of sub-battery modules 210 and 220, an insulating block 230, and a plurality of circuit boards 240 and 250.
  • the plurality of sub-battery modules 210 and 220 each include a battery cell stack in which a plurality of battery cells 212 and 222 are stacked, and are accommodated in the inner space of the module case 100 to form the module case 100. Can be arranged side by side along the longitudinal direction (Y-axis direction).
  • the battery assembly 200 may include a first sub-battery module 210 and a second sub-battery module 220.
  • the first sub-battery module 210 is a first battery cell stack in which a plurality of battery cells 212 are stacked in the width direction (X-axis direction) of the module case 100. It may include a first bus bar frame 214 disposed at one end in the longitudinal direction (Y-axis direction), and a second bus bar frame 216 disposed at the other end in the longitudinal direction of the first battery cell stack.
  • the second sub-battery module 220 is a second battery cell stack in which a plurality of battery cells 222 are stacked in the width direction (X-axis direction) of the module case 100, and the second battery cell stack is It may include a third bus bar frame 224 disposed at one end in the longitudinal direction (Y-axis direction), and a fourth bus bar frame 226 disposed at the other end in the longitudinal direction of the second battery cell stack.
  • the first to fourth bus bar frames 214, 216, 224, and 226 each support a bus bar 214a that electrically connects the electrode lead of a battery cell to the electrode lead of another battery cell or a separate terminal. It can be configured.
  • the battery cells constituting the battery cell stack of each sub-battery module 210 and 220 may include pouch-type battery cells storing an electrode assembly and an electrolyte material inside a pouch-type case.
  • the insulating block 230 may be made of an insulating material and may be disposed between the first sub-battery module 210 and the second sub-battery module 220, which are disposed adjacent to each other among the plurality of sub-battery modules. Additionally, one end of the insulating block 230 may be coupled to the first sub-battery module 210, and the other end of the insulating block 230 may be coupled to the second sub-battery module 220.
  • the insulating block 230 is combined with adjacent sub-battery modules 210 and 220 to support the corresponding sub-battery modules 210 and 220, thereby ensuring electrical safety of the sub-battery modules 210 and 220. While ensuring this, it is possible to prevent damage to the sub-battery modules 210 and 220 due to physical shock or vibration.
  • the plurality of circuit boards 240 and 250 may include a number of circuit boards corresponding to the plurality of sub-battery modules 210 and 220, respectively.
  • the plurality of circuit boards 240 and 250 include a first circuit board 240 corresponding to the first sub-battery module 210, and a second circuit board corresponding to the second sub-battery module 220 ( 250).
  • the plurality of circuit boards 240 and 250 may be accommodated in the internal space of the module case 100 and configured to sense electrical signals related to the plurality of sub-battery modules 210 and 220.
  • the plurality of circuit boards 240 and 250 may be placed on top of each corresponding sub-battery module. Additionally, the plurality of circuit boards 240 and 250 may each be composed of a flexible printed circuit board (FPCB).
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the first circuit board 240 may be configured to sense a first electrical signal related to the first sub-battery module 210 among the plurality of sub-battery modules 210 and 220.
  • the first electrical signal may include an electrical signal indicating the output voltage, output current, or charging state of the battery cells included in the first sub-battery module 210.
  • the second circuit board 250 may be configured to sense a second electrical signal related to the second sub-battery module 220 among the plurality of sub-battery modules 210 and 220.
  • the second electrical signal may include an electrical signal indicating the output voltage, output current, or charging state of the battery cells included in the second sub-battery module 220.
  • the first circuit board 240 receives a second electrical signal from the second circuit board 250, and receives the first electrical signal sensed by itself and the second electrical signal transmitted from the second circuit board 250. It may be configured to collect electrical signals and transmit them to the outside through the waterproof connector 120.
  • the battery assembly 200 may further include a Flat Flexible Cable (FFC) 260.
  • the FFC 260 electrically connects the first circuit board 240 and the second circuit board 250 and transmits the second electrical signal sensed by the second circuit board 250 to the first circuit board 240. It can be configured to deliver.
  • FFC Flat Flexible Cable
  • the length of a battery module corresponds to the length of the battery cells constituting the battery module.
  • the immersion-cooled battery module 10 according to the present invention includes a plurality of sub-battery modules 210 and 220 arranged side by side in the longitudinal direction (Y-axis direction), battery cells of the same size as those of the present invention can be used. It is more than twice as long as the typical battery module it includes. For example, if a typical battery module is manufactured to have a length of about 500 mm to 610 mm, the immersion-cooled battery module 10 according to the present invention can be manufactured to have a length of 1000 mm or more.
  • Figure 4 shows an enlarged view of the insulating block 230 of the battery assembly shown in Figure 3.
  • the insulating block 230 may be disposed between the first sub-battery module 210 and the second sub-battery module 220 that are adjacent to each other.
  • This insulating block 230 may be configured such that both ends thereof are coupled to the first sub-battery module and the second sub-battery module, respectively. That is, one end of the insulating block 230 may be coupled to the first sub-battery module 210, and the other end of the insulating block 230 may be coupled to the second sub-battery module 220.
  • the insulating block 230 may be configured so that its edge is in close contact with the inner surface of the module case 100.
  • the insulating block 230 may be provided with a communication groove 232.
  • the communication groove 232 is provided on the edge of the insulating block 230 that is in close contact with the inner surface of the module case 100, and allows the coolant flowing into the module case 100 to flow into the first sub-battery module 210. It may be configured to pass from the side to the second sub-battery module 220. To this end, the communication groove 232 may have a shape extending from the first sub-battery module 210 side to the second sub-battery module 220 side.
  • the communication groove 232 is configured to become narrower from the first sub-battery module 210 side to the second sub-battery module 220 side, so that the flow rate of the coolant passing through the communication groove 232 can be increased. there is.
  • the flow rate of the coolant decreases, thereby preventing a decrease in cooling performance. can do.
  • the battery assembly 200 may further include a connection member 218 that electrically connects the first sub-battery module 210 and the second sub-battery module 220.
  • This connection member 218 may be made of a conductive material such as metal.
  • the insulating block 230 may be provided with a support groove 234 into which at least a portion of the connecting member 218 is inserted and supported.
  • the connecting member 218 has one end connected to a bus bar or terminal disposed on the second bus bar frame 216, and its other end extends along the support groove 234 of the insulating block 230. It can be configured to be connected to a bus bar or terminal disposed on the fourth bus bar frame 226.
  • the module case 100 includes a stopper 102 that protrudes from the inner surface forming the internal space and supports the insulating block 230, thereby limiting the movement of the insulating block 230. It can be included.
  • the stopper 102 is in close contact with both ends of the insulating block 230, so that the insulating block 230 deviates from its original position and is biased toward the first sub-battery module 210 or the second sub-battery module 220. To avoid being hit, the movement of the insulating block 230 may be restricted.
  • the insulating block 230 is combined with the sub-battery modules to support the sub-battery modules, and the stopper 102 restricts the movement of the insulating block 230, thereby ensuring electrical safety of the sub-battery modules and maintaining physical stability. Damage to the sub-battery module due to shock or vibration can be prevented.
  • Figure 6 shows a perspective view of the first sealing cover 110 of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the first sealing cover 110 has an inlet 112 that allows coolant to flow into the internal space of the module case 100, and is inserted into the opening of the module case 100 to fill the opening. It can be configured to cover confidentially.
  • the first sealing cover 110 may include a cover part 110a, a fixing part 110b, and a wall part 110c.
  • the cover portion 110a may have its edge aligned with the opening of the module case 100 and may be configured to be inserted into the opening.
  • the fixing part 110b protrudes toward the inner space from the first surface of the first sealing cover 110 (e.g., the first surface of the cover part 110a) adjacent to the inner space of the module case 100.
  • the border may be configured to be attached and fixed to the inner surface of the module case 100.
  • a double-sided adhesive sealing tape may be attached to the edge of the fixing part 110b facing the inner surface of the module case 100.
  • the wall portion 110c corresponds to the opposite side of the first side and faces the first end cover 130, the second side of the first sealing cover 110 (e.g., the second side of the cover portion 110a). 2 side) and may be configured to face the opening edge of the module case 100 forming the opening at a predetermined distance.
  • the wall portion 110c may be configured in a loop shape that circles the edge of the cover portion 110a.
  • the wall portion 110c of the first sealing cover 110 together with the edge portion of the cover portion 110a and the opening edge of the module case 100, forms a first insertion groove. You can.
  • the inner edge of the end cover 130 which will be described later, may be inserted and coupled to this first insertion groove.
  • HV High Voltage
  • the waterproof connector 120 may be fixed to the first sealing cover 110 by a fastening member 120a such as a bolt.
  • the first sealing cover 110 has an inlet 112 that allows coolant to flow into the internal space of the module case 100, and is inserted into an opening at one end of the module case 100 to fill the opening. can be covered confidentially.
  • cover portion 110a of the first sealing cover 110 may be configured so that its edge matches the opening of the module case 100.
  • the fixing part 110b of the first sealing cover 110 protrudes from the first surface of the cover part 110a toward the inner space of the module case 100, and its edge is on the inner surface of the module case 100. It is attached and fixed to.
  • a double-sided adhesive sealing tape 118a may be attached to the edge of the fixing part 110b facing the inner surface of the module case 100.
  • the sealing tape 118a may have a multi-layer structure in which an adhesive layer is provided on both sides of a base layer made of a waterproof material.
  • the base layer of the sealing tape 118a may include one or two or more material layers composed of one or two or more of polyimide, polypropylene, polyethylene, and polyethylene terephthalate. there is. Additionally, the adhesive layer of the sealing tape 118a may be composed of one or two or more of poly methyl methacrylate (PMMA), poly ethyl methacrylate (PEMA), and poly butyl methacrylate (PBMA).
  • PMMA poly methyl methacrylate
  • PEMA poly ethyl methacrylate
  • PBMA poly butyl methacrylate
  • sealing tape 118a may further include release paper covering the adhesive layer. This release paper can be removed by the operator immediately before attaching the sealing tape 118a.
  • the wall portion 110c of the first sealing cover 110 is located on the second side of the first sealing cover 110, which is the opposite side of the first side adjacent to the inner space of the module case 100, and the module case ( It may be configured to protrude in a direction away from the internal space of the 100 and face the opening edge of the module case 100 forming the opening at a predetermined distance.
  • the wall portion 110c may be configured in a loop shape that circumnavigates the edge of the cover portion 110a.
  • the wall portion 110c of the first sealing cover 110 along with the edge portion of the cover portion 110a and the inner surface of the module case 100 forming the perimeter of the opening, have a first insertion groove G1.
  • Liquid sealant 118b such as sealing glue, may be applied to the inner surface of the first insertion groove G1.
  • structural adhesive 104 with high shear strength may be applied to the outer surface of the opening edge of the module case 100.
  • This structural adhesive 104 may include a polymer alloy adhesive or a polyimide adhesive.
  • the outer edge of the first end cover 130 which will be described later, may be attached and fixed to the outer surface of the opening edge to which the structural adhesive 104 is applied.
  • the first sealing cover 110 may have a through hole 116 into which at least a portion of the waterproof connector 120 is inserted.
  • the waterproof connector 120 may include a connector body 122, a contact pin 124, and a connection pin 126.
  • the connector body 122 is comprised of a first surface of the first sealing cover 110 adjacent to the internal space of the module case 100 and a second surface of the first sealing cover 110 that is opposite to the first surface. , It may be coupled to the second surface and configured to cover the opening of the through hole 116 formed on the second surface.
  • the connector body 122 of the waterproof connector 120 may be made of an insulating polymer synthetic resin and may be fixed to the first sealing cover 110 by a fastening member such as a bolt.
  • the waterproof connector 120 is a sealing member ( 122a) may further be included.
  • the sealing member 122a may include a sealant, a gasket, or both.
  • the contact pin 124 is supported by the connector body 122 and may be configured to extend in a direction away from the internal space of the module case 100. This contact pin 124 may be electrically connected by contacting a corresponding contact pin of a corresponding connector (not shown) connected to the waterproof connector 120.
  • the contact pin 124 may be made of a conductive metal material.
  • the waterproof connector 120 may include one or two or more such contact pins 124.
  • connection pin 126 is electrically connected to the contact pin 124 and extends from the connector body 122 to the inner space of the module case 100 through the through hole 116, thereby forming the module case 100. It may be configured to be electrically connected to the first circuit board 240 among the plurality of circuit boards 240 and 250 accommodated in .
  • the connection pin 126 may be made of a conductive metal material.
  • the waterproof connector 120 may include one or two or more such connection pins 126.
  • the contact pin 124 and the connection pin 126 may be formed as one body. Additionally, in one embodiment, the connector body 122 may be formed integrally with the contact pin 124 and the connection pin 126 through an insert molding process.
  • the battery module 10 may further include a connection circuit board 128 and a cable 128a for electrical connection between the waterproof connector 120 and the first circuit board 240.
  • connection circuit board 128 is coupled to the first surface of the first sealing cover 110 adjacent to the inner space of the module case 100, and forms the through hole 116 on the first surface. It covers the other end opening and may be configured to be electrically connected to the connection pin 126.
  • the connection circuit board 128 may be provided with a via hole into which the connection pin 126 is inserted. The connection pin 126 inserted into the via hole of the connection circuit board 128 may be fixed to the connection circuit board 128 through a soldering process.
  • the cable 128a may be configured such that one end is electrically connected to the connection circuit board 128 and the other end is electrically connected to the first circuit board 240 .
  • This cable 128a may include a Flat Flexible Cable (FFC).
  • FFC Flat Flexible Cable
  • the first circuit board 240 connected to the cable 128a may be electrically connected to the bus bar 214a connected to the electrode lead of the battery cell 212.
  • the bus bar 214a may be coupled to and fixed to the first bus bar frame 214.
  • the second sealing cover 110' covering the other end opening of the module case 100 blocks the coolant flowing into the internal space of the module case 100. It is provided with an outlet 112' for discharging, and can be inserted into the other end opening to airtightly cover the other end opening.
  • the second sealing cover 110' may include components corresponding to the cover portion 110a, the fixing portion 110b, and the wall portion 110c of the first sealing cover 110, respectively. However, components corresponding to the HV terminals 114 and 114' or the waterproof connector 120 are not disposed on the second sealing cover 110'.
  • Figure 8 shows a perspective view of the first end cover 130 of an immersion-cooled battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the first end cover 130 may be coupled to an opening of the module case 100 into which the first sealing cover 110 is inserted, and may be configured to cover the opening.
  • This first end cover 130 has an inlet hole 132 through which the inlet 112 of the first sealing cover 110 passes, and a connector hole 138 into which at least a portion of the waterproof connector 120 is inserted and exposed to the outside. ) can be provided.
  • first end cover 130 has terminal holes 134 and 134' through which the HV terminals 114 and 114' disposed on the first sealing cover 110 pass, and these terminal holes 134, Support parts 136 and 136' may be further provided to support ends of the HV terminals 114 and 114' extending outwards through 134'.
  • FIG. 9 shows a vertical cross-sectional view taken along line S-S′ of the first end cover 130 shown in FIG. 8.
  • the first end cover 130 may have a cap structure that covers the opening of the module case 100 into which the first sealing cover 110 is inserted.
  • at least a portion of the edge portion of the first end cover 130 may be configured to be inserted and coupled between the opening edge of the module case 100 and the wall portion 110c of the first sealing cover 110.
  • the first end cover 130 may include a body covering the opening, and an inner edge 130a and an outer edge 130b extending from the body.
  • the inner edge 130a extends from the body of the first end cover 130 to the inner space of the module case 100, forming the opening edge of the module case 100 and the wall portion of the first sealing cover 110 ( 110c) can be inserted between. That is, the inner edge 130a may be configured to be inserted into the first insertion groove G1 formed by the opening edge of the module case 100, the edge portion of the first sealing cover 110, and the wall portion 110c. there is.
  • the outer edge 130b may extend toward the outer surface of the module case 100 and be attached to a portion of the outer surface to which the structural adhesive 104 is applied.
  • the inner edge 130a and the outer edge 130b may be spaced apart from each other at a predetermined distance to form a second insertion groove G2 into which the opening edge of the module case 100 is inserted.
  • the inner edge 130a of the first end cover 130 extends from the body of the first end cover 130 toward the inner space of the module case 100, forming the module case 100. It may be inserted between the opening edge of and the wall portion 110c of the first sealing cover 110. That is, the inner edge 130a may be configured to be inserted into the first insertion groove G1 formed by the opening edge of the module case 100, the edge portion of the first sealing cover 110, and the wall portion 110c. there is.
  • outer edge 130b of the first end cover 130 may extend toward the outer surface of the module case 100 and be attached to a portion of the outer surface to which the structural adhesive is applied.
  • the opening edge of the module case 100 may be inserted and coupled between the inner edge 130a and the outer edge 130b of the first end cover 130. That is, the opening edge of the module case 100 may be inserted and coupled to the second insertion groove G2 formed between the inner edge 130a and the outer edge 130b.
  • the distal end of the waterproof connector 120 may be supported by being inserted into the connector hole 138 of the first end cover 130.
  • portion A2 of Figure 10 is shown in an enlarged view.
  • the inner edge 130a of the first end cover 130 extends toward the inner space of the module case 100, and is connected to the opening edge 100a of the module case 100 and the first seal. It may be inserted into and coupled to the first insertion hole G1 formed between the wall portion 110c of the cover 110 and the cover 110.
  • the first insertion hole G1 may be filled with liquid sealant 118b.
  • the liquid sealant 118b may be interposed between the inner edge 130a of the first end cover 130 and the wall portion 110c of the first sealing cover 110.
  • the liquid sealant 118b may be interposed between the inner edge 130a of the first end cover 130 and the opening edge 100a of the module case 100.
  • the outer edge 130b of the first end cover 130 may extend toward the outer surface of the opening edge 100a and be attached to the outer surface of the opening edge 100a to which the structural adhesive 104 is applied.
  • the opening edge 100a of the module case 100 can be inserted into and coupled to the second insertion groove formed between the inner edge 130a and the outer edge 130b of the first end cover 130.
  • the liquid sealant 118b is interposed between the inner edge 130a and the inner surface of the opening edge 100a, while the structural adhesive (118b) is interposed between the outer edge 130b and the outer surface of the opening edge 100a. 104) may be included.
  • the inner edge 130a of the first end cover 130 is inserted and coupled between the wall portion 110c of the first sealing cover 110 and the opening edge 100a of the module case 100, and the module
  • the opening edge 100a of the case 100 is inserted between the inner edge 130a and the outer edge 130b of the first end cover 130 to form a meander-shaped sealing structure, and as a result, The risk of leakage of coolant flowing into the battery module 10 can be minimized.
  • sealing tape 118a, liquid sealant 118b, and structural adhesive 104 applied to the sealing structure of the battery module 10 triple-block leakage of coolant, thereby increasing the durability of the immersion-cooled battery module 10. and safety can be improved.
  • the second end cover 130' covering the other end opening of the module case 100 together with the second sealing cover 110' is the second seal. It has an outlet hole through which the outlet 112' of the cover 110' passes, and can cover the other end opening into which the second sealing cover 110' is inserted.
  • the second end cover 130' may include components corresponding to the inner edge 130a and the outer edge 130b of the first end cover 130.
  • the second end cover 130' does not include components corresponding to the terminal holes 134 and 134' or the connector hole 138 of the first end cover 130.
  • Figure 12 shows a battery pack 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 20 includes a battery module 10 according to the present invention, and a pack that accommodates one or two or more of these battery modules 10.
  • Cases 22 and 24 may be included.
  • the pack cases 22 and 24 may have a plurality of seating spaces for accommodating and seating a plurality of battery modules.
  • the battery pack 20 may further include a supply pipe 26 for supplying coolant to the battery module 10 and a recovery pipe 28 for recovering coolant discharged from the battery module 10.
  • the battery pack 20 includes a coolant tank that stores coolant, a pump that circulates the coolant stored in the coolant tank through the supply pipe 26 and the return pipe 28, and recovery pipe 28. It may further include a chiller that removes heat from the coolant.
  • the battery pack 20 controls the charging and discharging operation of the battery module 10 accommodated in the pack cases 22 and 24, or monitors SOC (State Of Charge), SOH (State Of Health), etc.
  • SOC State Of Charge
  • SOH State Of Health
  • Various electrical components may further be included. These electronic components can be accommodated in the pack cases 22 and 24 together with the battery module 10.
  • FIG. 13 shows a vehicle 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle 2 includes one or two or more battery modules 10 according to any one of the various embodiments described above. , may include at least one battery pack 20 including such a battery module 10.
  • the battery module 10 or battery pack 20 applied to the vehicle 2 can provide electrical energy required for various operations of the vehicle 2.
  • the battery module according to the present invention can be applied to ESS (Energy Storage System) and various electrical devices in addition to automobiles.
  • ESS Electronicgy Storage System
  • the battery cells accommodated inside the module case of the battery module are cooled through direct contact with the coolant flowing into the module case, thereby forming a thermal pad and a heat sink.
  • battery cell cooling means such as sink
  • battery cell cooling performance can be improved, and thermal runaway of battery cells can be effectively prevented.
  • the coolant charged inside the module case functions as a fire extinguishing agent, preventing chain thermal runaway of other battery cells or other battery modules around the battery cell in which thermal runaway occurred. can do.
  • the inner edge of the first end cover covering one end of the opening of the module case is inserted and coupled between the wall portion of the first sealing cover inserted into the opening and the edge of the opening, and the edge of the opening is the first end cover.
  • sealing tape, liquid sealant, and structural adhesive applied to the sealing structure triple-block leakage of coolant, thereby improving the durability and safety of the immersion-cooled battery module.
  • a plurality of sub-battery modules each including a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, are accommodated in one module case to form one battery module, thereby reducing the number of battery modules included in the battery pack. You can do it.
  • the space occupied by the inlet and outlet provided for each battery module and the space occupied by the piping required to supply and recover cooling fluid to each battery module are reduced. This not only reduces the manufacturing cost of the battery pack, but also reduces the overall volume and weight of the battery pack, and improves the energy density of the battery pack.
  • an insulation module disposed between a first sub-battery module and a second sub-battery module disposed adjacent to each other among the plurality of sub-battery modules is coupled to the first and second sub-battery modules, respectively, and the first sub-battery module And by supporting the second sub-battery module, electrical safety of the sub-battery modules can be guaranteed and damage to the sub-battery module due to physical shock or vibration can be prevented.
  • a communication groove through which coolant passes is provided on the edge of the insulating block that is in close contact with the inner surface of the module case, thereby facilitating the flow of coolant and, as a result, further improving the cooling performance of the battery module.
  • one of the plurality of circuit boards corresponding to the plurality of sub-battery modules transmits the electrical signal sensed by itself and the electrical signal sensed by the remaining circuit boards to the outside through one waterproof connector.
  • the electrical connection between the battery module and external electrical devices can be facilitated, the wiring structure of the battery pack including multiple battery modules can be simplified, and the status of the battery module can be monitored for each sub-battery module.
  • the waterproof connector is coupled to a sealing cover provided with an inlet or outlet and placed in a space secured to connect the inlet or outlet to the pipe, thereby enabling electrical connection of the waterproof connector within the battery pack. There is no need to secure space, and the electrical connection work of the waterproof connector can be facilitated.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 조립체; 적어도 일 단에 개구를 가지며, 상기 개구와 연결된 내부 공간에 상기 배터리 조립체와 냉각액을 수용하는 모듈 케이스; 상기 개구에 삽입되어 상기 개구를 기밀하게 커버하는 실링 커버; 및 상기 실링 커버가 삽입된 상기 개구에 결합되어 상기 개구를 커버하는 엔드 커버를 포함하고, 상기 실링 커버는, 상기 개구를 이루는 상기 모듈 케이스의 개구 테두리와 소정 간격을 두고 대면하는 벽체부를 포함하고, 상기 엔드 커버의 테두리 부분 중 적어도 일부는, 상기 개구 테두리와 상기 벽체부 사이에 삽입되어 결합되도록 구성된다.

Description

침냉식 배터리 모듈 및 이를 포함한 배터리 팩 및 차량
본 출원은 2022년 11월 14일에 출원된 한국 특허출원 제10-2022-0151508호를 기초로 한 우선권 주장을 수반하며, 해당 특허출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 침냉식 배터리 모듈 및 이를 포함한 배터리 팩 및 차량에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 충·방전 가능한 배터리 셀들을 냉각액과 직접 접촉시켜 냉각시키는 침냉식 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지(secondary battery)는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등과 같이 반복적 충·방전이 가능한 배터리를 말한다. 가장 기본적인 이차전지에 해당하는 배터리 셀(battery cell)은, 대략 2.5V에서 4.2V 정도의 출력 전압을 제공할 수 있다.
최근, 이러한 이차전지가 전기 차량(electric vehicle)이나 ESS(Energy Storage System) 등과 같이 높은 출력 전압과 대량의 충전 용량을 요구하는 장치나 시스템에 적용되면서, 다수의 배터리 셀을 제한된 공간에 조밀하게 배치하여 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬을 혼합한 방식으로 연결한 배터리 모듈(battery module)이나, 이러한 배터리 모듈들을 다시 조밀하게 배치하여 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬을 혼합한 방식으로 연결한 배터리 팩(battery pack)이 널리 이용되고 있다. 이와 같이 제한된 공간에 다수의 배터리 셀들이 조밀하게 배치되어 있는 배터리 모듈이나 배터리 팩이, 정상적으로 동작하기 위해서는, 배터리 셀들의 온도가 적절하게 유지되어야 한다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2019-0053574호에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 배터리 셀들의 하단 에지 부분에만 접촉하는 히트 싱크(heat sink)(300)를 이용하여 배터리 셀들을 냉각시킨다. 따라서, 이러한 기존 기술은 배터리 셀 냉각 성능이 떨어지고, 배터리 셀에서 발생하는 열 폭주(thermal runaway)를 방지하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 이러한 기존 기술은 배터리 셀의 열 폭주시 발생하는 화재를 제어할 수 없기 때문에, 열 폭주가 발생한 배터리 셀 주변의 다른 배터리 셀이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주를 방지하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2021-0048855호에 개시된 바와 같이, 절연유를 이용하여 배터리 모듈에 내장된 배터리 셀들을 냉각시키는 기존 기술은, 전지배터리 셀 적층체(100)를 수용하는 프레임(200)의 개구를 단순한 구조의 엔드 플레이트(300)로 실링하기 때문에, 절연유 누설의 위험이 상존하고, 실링 구조의 내구성과 안전성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 이러한 기존 기술은, 배터리 모듈의 케이스(200, 300)를 전지배터리 셀 적층체별로 제공하고, 각각의 케이스(200. 300)마다 독립된 배관들(500, 600, 700)을 통해 절연유를 공급 및 배출하기 때문에, 절연유 배관 설치를 위해 많은 공간을 요구하며, 그 결과 해당 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 제조 비용을 증가시킴은 물론, 배터리 팩의 전체 부피와 무게를 증가시켜 에너지 밀도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 모듈의 냉각 성능을 개선하여 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀의 열 폭주나 연쇄적 열 폭주를 방지하는 침냉식 배터리 모듈과, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 냉각유 누설 위험을 최소화하고, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 침냉식 배터리 모듈과, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 침냉식 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 조립체; 적어도 일 단에 개구를 가지며, 상기 개구와 연결된 내부 공간에 상기 배터리 조립체와 냉각액을 수용하는 모듈 케이스; 상기 개구에 삽입되어 상기 개구를 기밀하게 커버하는 실링 커버; 및 상기 실링 커버가 삽입된 상기 개구에 결합되어 상기 개구를 커버하는 엔드 커버를 포함하고, 상기 실링 커버는, 상기 개구를 이루는 상기 모듈 케이스의 개구 테두리와 소정 간격을 두고 대면하는 벽체부를 포함하고, 상기 엔드 커버의 테두리 부분 중 적어도 일부는, 상기 개구 테두리와 상기 벽체부 사이에 삽입되어 결합되도록 구성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 실링 커버는, 상기 제1 면에서 상기 내부 공간 측으로 돌출된 고정부를 더 포함하고, 상기 고정부의 테두리는, 상기 모듈 케이스의 내부면에 부착되어 고정되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 일면이 상기 고정부의 테두리에 부착되고, 타면이 상기 모듈 케이스의 내부면에 부착되는 실링 테이프를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 엔드 커버는, 상기 개구를 커버하는 몸체; 상기 몸체에서 상기 모듈 케이스의 내부 공간 측으로 연장되어, 상기 개구 테두리의 내부면과 상기 벽체부 사이에 삽입되는 내측 테두리; 및 상기 몸체에서 상기 개구 테두리의 외부면 측으로 연장되어, 상기 개구 테두리의 외부면에 부착되는 외측 테두리를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 내측 테두리와 상기 외측 테두리는, 소정 간격을 두고 상호 이격되고, 상기 개구 테두리는, 상기 내측 테두리와 상기 외측 테두리의 사이에 삽입되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 내측 테두리와 상기 개구 테두리의 내부면 사이에는 실런트가 개재되고, 상기 외측 테두리와 상기 개구 테두리의 외부면 사이에는 구조 접착제가 개재될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 내측 테두리와 상기 벽체부 사이에는 실런트가 개재될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체는, 복수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체를 각각 구비하며, 제1 방향으로 나란히 배치되는 복수의 서브 배터리 모듈; 및 절연 소재로 구성되고, 상기 복수의 서브 배터리 모듈 중 상호 인접한 제1 서브 배터리 모듈과 제2 서브 배터리 모듈 사이에 배치되는 절연 블록을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 절연 블록은, 상기 모듈 케이스의 내부면에 밀착되는 상기 절연 블록의 테두리 부분에 마련되어, 상기 제1 서브 배터리 모듈 측에서 상기 제2 서브 배터리 모듈 측으로 상기 냉각액을 통과시키는 연통 홈을 구비할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 절연 블록은, 양 단부가 각각 상기 제1 서브 배터리 모듈 및 상기 제2 서브 배터리 모듈과 결합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 모듈 케이스는, 상기 모듈 케이스의 내부면에서 돌출되어 상기 절연 블록을 지지함으로써, 상기 절연 블록의 이동을 제한하는 스토퍼를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉각액은, 절연유(insulationg oil) 또는 유전성 액체(dielectric liquid)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 배터리 팩은, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 차량은, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 모듈 케이스 내부에 수용된 배터리 셀들이, 상기 모듈 케이스 내부에 유입된 냉각액과의 직접 접촉을 통해 냉각됨으로써, 서멀 패드(thermal pad)와 히트 싱크(heat sink) 등과 같은 배터리 셀 냉각 수단들을 생략할 수 있음은 물론, 배터리 셀 냉각 성능을 개선하고, 배터리 셀의 열 폭주를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 배터리 셀의 열 폭주로 인한 화재 발생 시, 모듈 케이스 내부에 충전된 냉각액이 소화제로서의 기능을 수행함으로써, 열 폭주가 발생한 배터리 셀 주변의 다른 배터리 셀이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있다.
또한, 모듈 케이스의 일단 개구를 커버하는 제1 엔드 커버의 내측 테두리가, 상기 개구에 삽입된 제1 실링 커버의 벽체부와 상기 개구의 테두리 사이에 삽입되어 결합되고, 상기 개구의 테두리가 제1 엔드 커버의 내측 테두리와 외측 테두리 사이에 삽입되어 결합됨으로써, 미앤더 형태의 실링 구조를 형성하고, 그 결과 배터리 모듈의 내부에 유입된 냉각액의 누설 위험을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 실링 구조에 적용된 실링 테이프, 액상 실런트 및 구조 접착제가, 냉각액의 누설을 3중으로 차단함으로써, 침냉식 배터리 모듈의 내구성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체를 각각 구비하는 복수의 서브 배터리 모듈이, 하나의 모듈 케이스에 수용되어 하나의 배터리 모듈을 구성함으로써, 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 개수를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 다수의 배터리 모듈을 포함한 배터리 팩에서, 배터리 모듈별로 마련되는 인렛과 아웃렛이 차지하는 공간과, 냉각액을 각각의 배터리 모듈에 공급하고 각각의 배터리 모듈로부터 회수하는데 요구되는 배관들이 차지하는 공간이 감소되어, 배터리 팩의 제조 비용을 절감할 수 있음은 물론, 배터리 팩의 전체 부피와 무게를 감소시키고, 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 서브 배터리 모듈 중 상호 인접하게 배치되는 제1 서브 배터리 모듈과 제2 서브 배터리 모듈 사이에 배치되는 절연 모듈이, 상기 제1 및 제2 서브 배터리 모듈과 각각 결합되어, 상기 제1 및 제2 서브 배터리 모듈을 지지함으로써, 서브 배터리 모듈들의 전기적 안전성을 보장하면서도, 물리적 충격이나 진동 등에 의한 서브 배터리 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스의 내부면에 밀착되는 상기 절연 블록의 테두리 부분에 냉각액을 통과시키는 연통 홈이 마련됨으로써, 냉각액의 흐름을 원활하게 하고, 그 결과 배터리 모듈의 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 서브 배터리 모듈에 대응하는 복수의 회로 기판 중 하나의 회로 기판이, 자체적으로 센싱한 전기 신호와 나머지 회로 기판에 의해 센싱된 전기 신호를, 하나의 방수 커넥터를 통해 외부로 전달함으로써, 배터리 모듈과 외부 전기 장치 간의 전기적 연결을 용이하게 하고, 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 배선 구조를 간소화할 수 있으며, 배터리 모듈의 상태를 서브 배터리 모듈별로 모니터링 할 수 있다.
또한, 상기 방수 커넥터가 인렛 또는 아웃렛이 마련된 실링 커버에 결합되어, 인렛 또는 아웃렛과 배관을 연결하기 위해 확보된 공간에 배치됨으로써, 배터리 팩 내에서 상기 방수 커넥터의 전기적 연결 작업을 가능하게 하기 위해 별도의 공간을 확보할 필요가 없으며, 상기 방수 커넥터의 전기적 연결 작업을 용이하게 할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 침냉식 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 모듈 케이스에 수용되는 배터리 조립체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 조립체의 절연 블록을 나타낸 확대도이다.
도 5는 도 4의 A1 부분을 나타낸 수직 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 제1 실링 커버를 나타낸 사시도이다.
도 7은 모듈 케이스에 결합된 제1 실링 커버를 나타낸 수직 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 제1 엔드 커버를 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 제1 엔드 커버의 S-S´라인에 따른 수직 단면도이다.
도 10은 모듈 케이스에 결합된 제1 엔드 커버를 나타낸 수직 단면도이다.
도 11은 도 10의 A2 부분을 나타낸 확대도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대응하는 해결 방안을 명확히 하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우에는 그에 관한 설명은 생략될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로, 후술되는 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
참고로, 첨부도면에 나타난 본 발명의 구성요소들은, 기술적 이해를 용이하게 하기 위해, 그 일 부분 또는 전체가 축소, 확대, 생략 또는 간소화된 것일 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈(10)이 사시도로 도시되어 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 침냉식 배터리 모듈(10)이 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 수용된 배터리 셀들을 냉각액(cooling liquid)과 직접 접촉시켜 냉각시키도록 구성된다. 이를 위해, 배터리 모듈(10)은 모듈 케이스(100), 배터리 조립체(200), 실링 커버(110, 110'), 방수 커넥터(120) 및 엔드 커버(130, 130')를 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스(100)는, 적어도 일 단에 개구를 가지며, 상기 개구와 연결된 내부 공간에 배터리 조립체(200)와 냉각액을 수용하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 모듈 케이스(100)는 제1 방향(Y축 방향)으로 연장된 내부 공간과, 제1 방향 양 단에 각각 개구를 구비하는 관 형태로 구성될 수 있다.
이러한 모듈 케이스(100)는 일정 강도를 가진 메탈 소재로 구성될 수 있다. 또한, 모듈 케이스(100)는 냉각액의 유출이 발생하지 않도록 압출 성형이나 판금 공정을 통해 일체로 구성될 수 있다.
상기 배터리 조립체(200)는, 복수의 배터리 셀을 포함하며 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 이러한 배터리 조립체(200)는, 복수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체를 각각 구비하는 복수의 서브 배터리 모듈과, 이러한 복수의 서브 배터리 모듈에 대응하는 복수의 회로 기판을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 회로 기판은, 상기 복수의 서브 배터리 모듈에 관한 전기 신호들을 센싱하도록 구성될 수 있다.
상기 실링 커버(110, 110')는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛(inlet)(112), 및 상기 내부 공간에 유입된 냉각액을 모듈 케이스(100)의 외부로 배출시키는 아웃렛(outlet)(112') 중 적어도 하나를 구비하며, 모듈 케이스(100)의 개구에 삽입되어 해당 개구를 기밀하게 커버하도록 구성될 수 있다.
이러한 실링 커버(110, 110')는, 인렛(112)을 구비하며 모듈 케이스(100)의 일단 개구를 커버하는 제1 실링 커버(110)와, 아웃렛(112')을 구비하며 모듈 케이스(100)의 타단 개구를 커버하는 제2 실링 커버(110')를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 실링 커버(110)에는 배터리 모듈(10)의 출력을 제공하는 HV(High Voltage) 터미널들(114, 114')과, 방수 커넥터(120)가 배치될 수 있다.
상기 방수 커넥터(120)는, 제1 실링 커버(110)에 결합되어 지지되며, 상기 배터리 조립체(200)의 회로 기판들과 전기적으로 연결되어, 각각의 회로 기판에 의해 센싱된 전기 신호들을 모듈 케이스(100)의 외부로 전달하도록 구성될 수 있다.
상기 엔드 커버(130, 130')는, 실링 커버(110, 110')가 삽입되어 결합된 모듈 케이스(100)의 개구에 결합되어, 해당 개구를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 엔드 커버(130, 130')는, 제1 실링 커버(110)가 삽입된 일단 개구를 커버하는 제1 엔드 커버(130)와, 제2 실링 커버(110')가 결합된 타단 개구를 커버하는 제2 엔드 커버(130')를 포함할 수 있다.
본 발명에 적용되는 냉각액(cooling liquid)은, 내전압(withstand voltage)이 높은 절연유(insulationg oil) 또는 유전성 액체(dielectric liquid)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 냉각액은 인산트리옥틸(TOP), 인산트리부틸(TOB), 인산트리페닐, 인산트리메틸, 인산트리프로필 중 1 또는 2 이상을 포함할 수 있다.
변형된 일 실시예에 있어서, 배터리 조립체를 수용하는 변형된 모듈 케이스는 그 길이 방향 일단에만 개구가 마련되고, 그 길이 방향 타단은 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 또한, 변형된 모듈 케이스의 개구를 커버하여 실링하는, 변형된 실링 커버는, 인렛과 아웃렛을 모두 구비하도록 구성될 수도 있다. 이러한 변형된 일 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 제2 실링 커버(110')와 제2 엔드 커버(130')에 대응하는 구성들이 생략될 수 있다. 이 경우, 상기 변형된 실링 커버의 인렛을 통해 유입된 냉각액은, 상기 변형된 모듈 케이스의 내부 공간을 순회하며 배터리 셀들을 냉각시킨 후, 상기 변형된 실링 커버의 아웃렛을 통해 배출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(100)에 수용된 배터리 셀들이, 모듈 케이스(100) 내부에 유입된 냉각액과의 직접 접촉을 통해 냉각됨으로써, 서멀 패드(thermal pad)나 히트 싱크(heat sink) 등과 같은 배터리 셀 냉각 수단들을 생략할 수 있으며, 배터리 셀 냉각 성능을 개선하고, 배터리 셀의 열 폭주를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 배터리 셀의 열 폭주로 인한 화재 발생 시, 모듈 케이스 내부에 충전된 냉각액이 소화제로서의 기능을 수행함으로써, 열 폭주가 발생한 배터리 셀 주변의 다른 배터리 셀이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 모듈 케이스에 수용되는 배터리 조립체(200)가 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 조립체(200)는 복수의 서브 배터리 모듈(210, 220), 절연 블록(230) 및 복수의 회로 기판(240, 250)을 포함할 수 있다.
상기 복수의 서브 배터리 모듈(210, 220)은, 각각 복수의 배터리 셀(212, 222)이 적층된 배터리 셀 적층체를 구비하며, 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 수용되어 모듈 케이스(100)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 나란히 배치될 수 있다.
예컨대, 상기 배터리 조립체(200)는 제1 서브 배터리 모듈(210)과 제2 서브 배터리 모듈(220)을 포함할 수 있다.
이 경우, 제1 서브 배터리 모듈(210)은, 복수의 배터리 셀(212)이 모듈 케이스(100)의 폭 방향(X축 방향)으로 적층된 제1 배터리 셀 적층체, 제1 배터리 셀 적층체의 길이 방향(Y축 방향) 일단에 배치되는 제1 버스바 프레임(214), 및 제1 배터리 셀 적층체의 길이 방향 타단에 배치되는 제2 버스바 프레임(216)을 포함할 수 있다.
또한, 제2 서브 배터리 모듈(220)은, 복수의 배터리 셀(222)이 모듈 케이스(100)의 폭 방향(X축 방향)으로 적층된 제2 배터리 셀 적층체, 제2 배터리 셀 적층체의 길이 방향(Y축 방향) 일단에 배치되는 제3 버스바 프레임(224), 및 제2 배터리 셀 적층체의 길이 방향 타단에 배치되는 제4 버스바 프레임(226)을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 버스바 프레임(214, 216, 224, 226)은, 각각 배터리 셀의 전극 리드를 다른 배터리 셀의 전극 리드나 별도의 터미널과 전기적으로 연결하는 버스바(214a)를 지지하도록 구성될 수 있다.
또한, 각 서브 배터리 모듈(210, 220)의 배터리 셀 적층체를 구성하는 배터리 셀들은, 파우치 형태의 케이스 내부에 전극 조립체와 전해질 물질을 수납한 파우치형 배터리 셀들을 포함할 수 있다.
상기 절연 블록(230)은, 절연 소재로 구성되어, 상기 복수의 서브 배터리 모듈 중 상호 인접하게 배치되는 제1 서브 배터리 모듈(210)과 제2 서브 배터리 모듈(220) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 절연 블록(230)의 일 단부는 제1 서브 배터리 모듈(210)과 결합되고, 상기 절연 블록(230)의 타 단부는 제2 서브 배터리 모듈(220)과 결합될 수 있다.
이와 같이, 절연 블록(230)이 상호 인접한 서브 배터리 모듈들(210, 220)과 결합되어 해당 서브 배터리 모듈들(210, 220)을 지지함으로써, 서브 배터리 모듈들(210, 220)의 전기적 안전성을 보장하면서도, 물리적 충격이나 진동 등에 의한 서브 배터리 모듈들(210, 220)의 손상을 방지할 수 있다.
상기 복수의 회로 기판(240, 250)은, 상기 복수의 서브 배터리 모듈(210, 220)에 각각 대응하는 개수의 회로 기판들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 복수의 회로 기판(240, 250)은, 제1 서브 배터리 모듈(210)에 대응하는 제1 회로 기판(240)과, 제2 서브 배터리 모듈(220)에 대응하는 제2 회로 기판(250)을 포함할 수 있다. 이러한 복수의 회로 기판(240, 250)은 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 수용되어, 상기 복수의 서브 배터리 모듈(210, 220)에 관한 전기 신호들을 센싱하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 상기 복수의 회로 기판(240, 250)은 각각 대응하는 서브 배터리 모듈의 상단에 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수의 회로 기판(240, 250)은, 각각 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 회로 기판(240)은 복수의 서브 배터리 모듈(210, 220) 중 제1 서브 배터리 모듈(210)에 관한 제1 전기 신호를 센싱하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 전기 신호는 제1 서브 배터리 모듈(210)에 포함된 배터리 셀들의 출력 전압, 출력 전류 또는 충전 상태 등을 나타내는 전기 신호를 포함할 수 있다.
상기 제2 회로 기판(250)은 복수의 서브 배터리 모듈(210, 220) 중 제2 서브 배터리 모듈(220)에 관한 제2 전기 신호를 센싱하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 전기 신호는 제2 서브 배터리 모듈(220)에 포함된 배터리 셀들의 출력 전압, 출력 전류 또는 충전 상태 등을 나타내는 전기 신호를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 회로 기판(240)은, 제2 회로 기판(250)으로부터 제2 전기 신호를 전달받고, 자체적으로 센싱된 제1 전기 신호와 상기 제2 회로 기판(250)으로부터 전달된 제2 전기 신호를 취합하여, 방수 커넥터(120)를 통해 외부로 전달하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 상기 배터리 조립체(200)는 FFC(Flat Flexible Cable)(260)를 더 포함할 수 있다. FFC(260)는 제1 회로 기판(240)과 제2 회로 기판(250)을 전기적으로 연결하여, 제2 회로 기판(250)에 의해 센싱된 제2 전기 신호를 제1 회로 기판(240)으로 전달하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 배터리 모듈의 길이는 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀의 길이에 대응한다. 그러나, 본 발명에 따른 침냉식 배터리 모듈(10)은 그 길이 방향(Y축 방향)으로 나란히 배치되는 복수의 서브 배터리 모듈(210, 220)을 포함하기 때문에, 본 발명과 동일한 사이즈의 배터리 셀을 포함하는 일반적인 배터리 모듈보다 2배 이상의 길이를 가지게 된다. 예컨대, 일반적인 배터리 모듈이 500mm ~ 610mm 정도의 길이로 제작된다면, 본 발명에 따른 침냉식 배터리 모듈(10)은 1000mm 이상의 길이로 제작될 수 있다.
도 4에는 도 3에 도시된 배터리 조립체의 절연 블록(230)이 확대도로 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 절연 블록(230)은 상호 인접하게 배치되는 제1 서브 배터리 모듈(210)과 제2 서브 배터리 모듈(220) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 절연 블록(230)은, 그 양 단부가 각각 상기 제1 서브 배터리 모듈 및 상기 제2 서브 배터리 모듈과 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 절연 블록(230)의 일 단부는 제1 서브 배터리 모듈(210)과 결합되고, 절연 블록(230)의 타 단부는 제2 서브 배터리 모듈(220)과 결합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 절연 블록(230)은 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 내부면에 밀착되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 절연 블록(230)은 연통 홈(232)을 구비할 수 있다.
상기 연통 홈(232)은, 모듈 케이스(100)의 내부면에 밀착되는 절연 블록(230)의 테두리 부분에 마련되어, 모듈 케이스(100)의 내부에 유입된 냉각액을 제1 서브 배터리 모듈(210) 측에서 제2 서브 배터리 모듈(220) 측으로 통과시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 연통 홈(232)은 제1 서브 배터리 모듈(210) 측에서 제2 서브 배터리 모듈(220) 측으로 연장된 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 연통 홈(232)은, 제1 서브 배터리 모듈(210) 측에서 제2 서브 배터리 모듈(220) 측으로 갈수록 좁아지게 구성되어, 연통 홈(232)을 통과하는 냉각액의 유속을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 모듈 케이스(100)에 유입된 냉각액이 제1 서브 배터리 모듈(210) 측에서 제2 서브 배터리 모듈(220) 측으로 이동하는 동안, 냉각액의 유속 저하가 발생하여 냉각 성능이 떨어지는 현상을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 조립체(200)는 제1 서브 배터리 모듈(210)과 제2 서브 배터리 모듈(220)을 전기적으로 연결하는 연결 부재(218)를 더 포함할 수 있다. 이러한 연결 부재(218)는 메탈과 같은 도전성 소재로 구성될 수 있다.
이 경우, 절연 블록(230)은, 상기 연결 부재(218)의 적어도 일 부분이 삽입되어 지지되는 지지 홈(234)을 구비할 수 있다.
도 5에는 도 4의 A1 부분이 수직 단면도로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 절연 블록(230)의 일 단부는 제1 서브 배터리 모듈의 제2 버스바 프레임(216)과 결합되고, 절연 블록(230)의 타 단부는 제2 서브 배터리 모듈의 제4 버스바 프레임(226)과 결합될 수 있다.
상기 제2 버스바 프레임(216)은 제1 서브 배터리 모듈의 배터리 셀(212)과 전기적으로 연결되는 버스바 또는 터미널을 지지하도록 구성될 수 있다. 상기 제4 버스바 프레임(226)은 제2 서브 배터리 모듈의 배터리 셀(222)과 전기적으로 연결되는 버스바 또는 터미널을 지지하도록 구성될 수 있다.
상기 연결 부재(218)는, 그 일 단부가 상기 제2 버스바 프레임(216)에 배치된 버스바 또는 터미널과 연결되고, 그 타 단부가 절연 블록(230)의 지지 홈(234)을 따라 연장되어 상기 제4 버스바 프레임(226)에 배치된 버스바 또는 터미널과 연결되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 버스바 프레임(216)은 제1 결합 돌기(216a)를 구비하고, 절연 블록(230)은 상기 제1 결합 돌기(216a)가 삽입되어 결합되는 제1 결합 홈(236a)을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1 결합 돌기(216a)는 절연 블록(230)을 향하는 제1 방향(예컨대, Y축 방향)으로 연장되다가, 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향(예컨대, Z축 방향)으로 절곡된 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 결합 홈(236a)은 이러한 제1 결합 돌기(216a)와 형합하는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 제4 버스바 프레임(2126)은 제2 결합 돌기(226a)를 구비하고, 절연 블록(230)은 상기 제2 결합 돌기(226a)가 삽입되어 결합되는 제1 결합 홈(236b)을 구비할 수 있다. 이 경우, 제2 결합 돌기(226a)는 절연 블록(230)을 향하는 제3 방향으로 연장되다가, 상기 제3 방향과 교차되는 제4 방향(예컨대, Z축 방향)으로 절곡된 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 결합 홈(236b)은 이러한 제2 결합 돌기(226a)와 형합하는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 있어서, 상기 모듈 케이스(100)는, 그 내부 공간을 이루는 내부면에서 돌출되어 절연 블록(230)을 지지함으로써, 절연 블록(230)의 이동을 제한하는 스토퍼(102)를 포함할 수 있다. 이 경우, 스토퍼(102)는 절연 블록(230)의 양단에 밀착되어, 절연 블록(230)이 정위치에서 이탈하여 제1 서브 배터리 모듈(210) 측이나 제2 서브 배터리 모듈(220) 측으로 치우치지 않도록, 절연 블록(230)의 이동을 제한할 수 있다.
이와 같이, 절연 블록(230)이 서브 배터리 모듈들과 결합되어 서브 배터리 모듈들을 지지하고, 스토퍼(102)가 절연 블록(230)의 이동을 제한함으로써, 서브 배터리 모듈들의 전기적 안전성을 보장하면서도, 물리적 충격이나 진동 등에 의한 서브 배터리 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 제1 실링 커버(110)가 사시도로 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 실링 커버(110)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛(112)을 구비하며, 모듈 케이스(100)의 개구에 삽입되어 상기 개구를 기밀하게 커버하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 실링 커버(110)는 커버부(110a), 고정부(110b) 및 벽체부(110c)를 포함할 수 있다.
상기 커버부(110a)는, 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 개구와 형합하는 형태를 가지며 상기 개구에 삽입되도록 구성될 수 있다.
상기 고정부(110b)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 인접한 제1 실링 커버(110)의 제1 면(예컨대, 상기 커버부(110a)의 제1 면)에서 상기 내부 공간 측으로 돌출되고, 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 내부면에 부착되어 고정되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 모듈 케이스(100)의 내부면과 대면하는 상기 고정부(110b)의 테두리면에는, 양면 접착이 가능한 실링 테이프(sealing tape)가 부착될 수 있다.
상기 벽체부(110c)는, 상기 제1 면의 반대면에 해당하며 제1 엔드 커버(130)와 대면하는, 제1 실링 커버(110)의 제2 면(예컨대, 커버부(110a)의 제2 면)에서 돌출되어, 상기 개구를 이루는 상기 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 소정 간격을 두고 대면하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 벽체부(110c)는 커버부(110a)의 테두리를 일주하는 루프(loop) 형태로 구성될 수 있다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)는, 상기 커버부(110a)의 테두리 부분 및 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 함께, 제1 삽입 홈을 형성할 수 있다. 이러한 제1 삽입 홈에는 후술되는 엔드 커버(130)의 내측 테두리가 삽입되어 결합될 수 있다.
한편, 상기 제1 실링 커버(110)의 제2 면에는, 배터리 모듈(10)의 출력을 제공하는 HV(High Voltage) 터미널들(114, 114')과, 방수 커넥터(120)가 배치될 수 있다. 이 경우, 방수 커넥터(120)는 볼트와 같은 체결 부재(120a)에 의해 제1 실링 커버(110)에 고정될 수 있다.
도 7에는 모듈 케이스(100)에 결합된 제1 실링 커버(110)가 수직 단면도로 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 실링 커버(110)는 모듈 케이스(100)의 내부 공간으로 냉각액을 유입시키는 인렛(112)을 구비하며, 모듈 케이스(100)의 일단 개구에 삽입되어 상기 개구를 기밀하게 커버할 수 있다.
이를 위해, 상기 제1 실링 커버(110)의 커버부(110a)는, 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 개구와 형합하는 형태를 가지도록 구성될 수 있다.
상기 제1 실링 커버(110)의 고정부(110b)는, 상기 커버부(110a)의 제1 면에서 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 돌출되고, 그 테두리가 모듈 케이스(100)의 내부면에 부착되어 고정된다.
이를 위해, 모듈 케이스(100)의 내부면과 대면하는 상기 고정부(110b)의 테두리면에는, 양면 접착이 가능한 실링 테이프(118a)가 부착될 수 있다. 이 경우, 실링 테이프(118a)는, 방수성 소재로 이루어진 기재층의 양면에 각각 점착층을 구비한 다층 구조로 구성될 수 있다.
예컨대. 실링 테이프(118a)의 기재층은 폴리이미드(polyimide), 폴리프로필렌(polyprophylene), 폴리에틸렌(polyethylene) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 중 1 또는 2 이상으로 구성된 1 또는 2 이상의 물질층을 포함할 수 있다. 또한, 실링 테이프(118a)의 점착층은, PMMA(poly methyl methacrylate), PEMA(poly ethyl methacrylate) 및 PBMA(poly butyl methacrylate) 중 1 또는 2 이상으로 구성될 수 있다.
또한, 실링 테이프(118a)는 상기 점착층을 커버하는 이형지(release paper)를 더 포함할 수 있다. 이러한 이형지는 실링 테이프(118a)의 부착 직전에 작업자에 의해 제거될 수 있다.
상기 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 인접한 제1 면의 반대면인 상기 제1 실링 커버(110)의 제2 면에서, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 멀어지는 방향으로 돌출되어, 상기 개구를 이루는 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 소정 간격을 두고 대면하도록 구성될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 벽체부(110c)는 커버부(110a)의 테두리를 일주하는 루프(loop) 형태로 구성될 수 있다.
이러한 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)는, 상기 커버부(110a)의 테두리 부분 및 상기 개구의 둘레를 이루는 모듈 케이스(100)의 내부면과 함께, 제1 삽입 홈(G1)을 형성할 수 있다. 이러한 제1 삽입 홈(G1)의 내부면에는 실링 글루(sealing glue)와 같은 액상 실런트(118b)가 도포될 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스(100)의 개구 테두리의 외부면에는, 높은 전단강도(shear strength)를 지닌 구조 접착제(structural adhesive)(104)가 도포될 수 있다. 이러한 구조 접착제(104)는, 폴리머 알로이 접착제(polymer alloy adhesive)나 폴리이미드 접착제(polyimid adhesive)를 포함할 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 구조 접착제(104)가 도포된 개구 테두리의 외부면에는, 후술되는 제1 엔드 커버(130)의 외측 테두리가 부착되어 고정될 수 있다.
한편, 상기 제1 실링 커버(110)는, 방수 커넥터(120)의 적어도 일부분이 삽입되는 관통 홀(116)을 구비할 수 있다.
또한, 방수 커넥터(120)는 커넥터 몸체(122), 접촉 핀(124) 및 연결 핀(126)을 포함할 수 있다.
상기 커넥터 몸체(122)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 인접한 제1 실링 커버(110)의 제1 면과 상기 제1 면의 반대면인 제1 실링 커버(110)의 제2 면 중, 제2 면에 결합되어, 제2 면에 형성된 상기 관통 홀(116)의 개구를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 방수 커넥터(120)의 커넥터 몸체(122)는, 절연성을 가진 고분자 합성수지로 구성될 수 있으며, 볼트와 같은 체결 부재에 의해 제1 실링 커버(110)에 고정될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 방수 커넥터(120)는, 커넥터 몸체(122)와 제1 실링 커버(110)의 제2 면 사이에 개재되어 상기 관통 홀(116)의 개구 둘레를 실링하는 실링 부재(122a)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 실링 부재(122a)는 실런트(sealant) 또는 개스킷(gasket)을 포함하거나, 양자를 모두 포함할 수 있다.
상기 접촉 핀(124)은, 커넥터 몸체(122)에 의해 지지되며 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 멀어지는 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다. 이러한 접촉 핀(124)은 상기 방수 커넥터(120)에 연결되는 대응 커넥터(미도시)의 대응 접촉 핀과 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 접촉 핀(124)은 도전성을 가진 금속 소재로 구성될 수 있다. 상기 방수 커넥터(120)는 이러한 접촉 핀(124)을 1개 또는 2개 이상 포함할 수 있다.
상기 연결 핀(126)은, 접촉 핀(124)과 전기적으로 연결되고, 상기 관통 홀(116)을 통해 커넥터 몸체(122)에서 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 연장되어, 모듈 케이스(100)에 수용된 복수의 회로 기판(240, 250) 중 제1 회로 기판(240)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 연결 핀(126)은 도전성을 가진 금속 소재로 구성될 수 있다. 상기 방수 커넥터(120)는 이러한 연결 핀(126)을 1개 또는 2개 이상 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 접촉 핀(124)과 상기 연결 핀(126)은, 일체로 구성될 수 있다. 또한, 일 실시예에 있어서, 상기 커넥터 몸체(122)는, 인서트 몰딩(insert molding) 공정을 통해 상기 접촉 핀(124) 및 상기 연결 핀(126)과 일체로 구성될 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 방수 커넥터(120)와 제1 회로 기판(240) 간의 전기적 연결을 위해, 연결 회로 기판(128) 및 케이블(128a)을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 연결 회로 기판(128)은, 모듈 케이스(100)의 내부 공간과 인접한 상기 제1 실링 커버(110)의 제1 면에 결합되어, 제1 면에 형성된 상기 관통 홀(116)의 타단 개구를 커버하며, 상기 연결 핀(126)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 연결 회로 기판(128)은 연결 핀(126)이 삽입되는 비아 홀(via hall)을 구비할 수 있다. 이러한 연결 회로 기판(128)의 비아 홀에 삽입된 연결 핀(126)은 다시 솔더링(soldering) 공정을 통해 상기 연결 회로 기판(128)에 고정될 수 있다.
상기 케이블(128a)은, 일 단이 연결 회로 기판(128)과 전기적으로 연결되고, 타 단이 제1 회로 기판(240)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이러한 케이블(128a)은 FFC(Flat Flexible Cable)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 케이블(128a)과 연결된 제1 회로 기판(240)은, 배터리 셀(212)의 전극 리드와 연결된 버스바(214a)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 버스바(214a)는 제1 버스바 프레임(214)에 결합되어 고정될 수 있다.
참고로, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 모듈 케이스(100)의 타단 개구를 커버하는 제2 실링 커버(110')는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간에 유입된 냉각액을 배출시키는 아웃렛(112')을 구비하며, 상기 타단 개구에 삽입되어 상기 타단 개구를 기밀하게 커버할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 실링 커버(110')는 상기 제1 실링 커버(110)의 커버부(110a), 고정부(110b) 및 벽체부(110c)에 각각 대응하는 구성들을 포함할 수 있다. 다만, 상기 제2 실링 커버(110')에는 HV 터미널들(114, 114')이나 방수 커넥터(120)에 대응하는 구성들이 배치되지 않는다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 침냉식 배터리 모듈의 제1 엔드 커버(130)가 사시도로 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 엔드 커버(130)는, 제1 실링 커버(110)가 삽입된 모듈 케이스(100)의 개구에 결합되어, 해당 개구를 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 제1 엔드 커버(130)는 제1 실링 커버(110)의 인렛(112)이 통과하는 인렛 홀(132)과, 방수 커넥터(120)의 적어도 일부가 삽입되어 외부에 노출되는 커넥터 홀(138)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 엔드 커버(130)는, 제1 실링 커버(110)에 배치된 HV 터미널들(114, 114')이 통과하는 터미널 홀들(134, 134')과, 이러한 터미널 홀들(134, 134')을 통과하여 외부로 연장된 HV 터미널들(114, 114')의 단부들을 지지하는 지지부들(136, 136')을 더 구비할 수 있다.
도 9에는 도 8에 도시된 제1 엔드 커버(130)의 S-S´라인에 따른 수직 단면도가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 엔드 커버(130)는 제1 실링 커버(110)가 삽입된 모듈 케이스(100)의 개구을 커버하는 캡(cap) 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1 엔드 커버(130)의 테두리 부분 중 적어도 일부는, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c) 사이에 삽입되어 결합되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 엔드 커버(130)는, 상기 개구를 커버하는 몸체, 및 이러한 몸체에서 연장된, 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b)를 포함할 수 있다.
상기 내측 테두리(130a)는, 제1 엔드 커버(130)의 몸체에서 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 연장되어, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c) 사이에 삽입될 수 있다. 즉, 내측 테두리(130a)는 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와, 제1 실링 커버(110)의 테두리 부분 및 벽체부(110c)에 의해 형성된 제1 삽입 홈(G1)에 삽입되도록 구성될 수 있다.
상기 외측 테두리(130b)는, 모듈 케이스(100)의 외부면 측으로 연장되어, 구조 접착제(104)가 도포된 외부면 부분에 부착될 수 있다.
또한, 상기 내측 테두리(130a)와 상기 외측 테두리(130b)는 소정 간격을 두고 상호 이격되어, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리가 삽입되는 제2 삽입 홈(G2)을 형성할 수 있다.
도 10에는 모듈 케이스(100)에 결합된 제1 엔드 커버(130)가 수직 단면도로 도시되어 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)는, 제1 엔드 커버(130)의 몸체에서 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 연장되어, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c) 사이에 삽입될 수 있다. 즉, 내측 테두리(130a)는 모듈 케이스(100)의 개구 테두리와, 제1 실링 커버(110)의 테두리 부분 및 벽체부(110c)에 의해 형성된 제1 삽입 홈(G1)에 삽입되도록 구성될 수 있다.
또한, 제1 엔드 커버(130)의 외측 테두리(130b)는, 모듈 케이스(100)의 외부면 측으로 연장되어, 구조 접착제가 도포된 외부면 부분에 부착될 수 있다.
또한, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리는, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b) 사이에 삽입되어 결합될 수 있다. 즉, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리는, 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b) 사이에 형성된 제2 삽입 홈(G2)에 삽입되어 결합될 수 있다.
한편, 방수 커넥터(120)의 말단부는, 제1 엔드 커버(130)의 커넥터 홀(138)에 삽입되어 지지될 수 있다.
도 11에는 도 10의 A2 부분이 확대도로 도시되어 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)는, 모듈 케이스(100)의 내부 공간 측으로 연장되어, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a)와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)와 사이에 형성된 제1 삽입 홀(G1)에 삽입되어 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 삽입 홀(G1)에는 액상 실런트(118b)가 충전될 수 있다. 그 결과, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c) 사이에는 액상 실런트(118b)가 개재될 수 있다. 또한, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a) 사이에도 액상 실런트(118b)가 개재될 수 있다.
제1 엔드 커버(130)의 외측 테두리(130b)는, 개구 테두리(100a)의 외부면 측으로 연장되어, 구조 접착제(104)가 도포된 개구 테두리(100a)의 외부면에 부착될 수 있다.
한편, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a)는, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b) 사이에 형성된 제2 삽입 홈에 삽입되어 결합 수 있다. 그 결과, 상기 내측 테두리(130a)와 개구 테두리(100a)의 내부면 사이에는 액상 실런트(118b)가 개재되는 반면, 상기 외측 테두리(130b)와 개구 테두리(100a)의 외부면 사이에는 구조 접착제(104)가 개재될 수 있다.
이와 같이, 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)가 제1 실링 커버(110)의 벽체부(110c)와 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a) 사이에 삽입되어 결합되고, 모듈 케이스(100)의 개구 테두리(100a)가 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b) 사이에 삽입되어 결함됨으로써, 미앤더 형태의 실링 구조를 형성하고, 그 결과, 배터리 모듈(10)의 내부로 유입된 냉각액의 누설 위험을 최소화할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10)의 실링 구조에 적용되는 실링 테이프(118a), 액상 실런트(118b) 및 구조 접착제(104)가, 냉각액의 누설을 3중으로 차단함으로써, 침냉식 배터리 모듈(10)의 내구성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
참고로, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 제2 실링 커버(110')와 함께 모듈 케이스(100)의 타단 개구를 커버하는 제2 엔드 커버(130')는, 제2 실링 커버(110')의 아웃렛(112')이 통과하는 아웃렛 홀을 구비하며, 상기 제2 실링 커버(110')가 삽입된 상기 타단 개구를 커버할 수 있다. 이를 위해, 제2 엔드 커버(130')는 상기 제1 엔드 커버(130)의 내측 테두리(130a)와 외측 테두리(130b)에 대응하는 구성들을 포함할 수 있다. 반면, 상기 제2 엔드 커버(130')는 상기 제1 엔드 커버(130)의 터미널 홀(134, 134')이나 커넥터 홀(138)에 대응하는 구성들을 포함하지 않는다.
도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20)이 도시되어 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20)은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)과, 이러한 배터리 모듈(10)을 1개 또는 2개 이상 수용하는 팩 케이스(22, 24)를 포함할 수 있다. 상기 팩 케이스(22, 24)는 복수의 배터리 모듈을 수용하여 안착시키는 복수의 안착 공간을 구비할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(20)은 상기 배터리 모듈(10)에 냉각액을 공급하는 공급관(26)과, 상기 배터리 모듈(10)에서 배출되는 냉각액을 회수하는 회수관(28)을 더 포함할 수 있다. 도 12에 도시되지 않았으나, 상기 배터리 팩(20)은 냉각액을 저장하는 냉각액 탱크, 냉각액 탱크에 저장된 냉각액을 공급관(26)과 회수관(28) 통해 순환시키는 펌프, 회수관(28)을 통해 회수된 냉각액의 열을 제거하는 칠러(chiller) 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(20)은, 팩 케이스(22, 24)에 수용된 배터리 모듈(10)의 충·방전 동작을 제어하거나, SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health) 등을 모니터링하는 각종 전장 부품들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 전장 부품들은 배터리 모듈(10)과 함께 팩 케이스(22, 24)에 수용될 수 있다.
도 13에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(2)이 도시되어 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(2)은, 앞서 설명된 다양한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 1개 또는 2개 이상 포함하거나, 이러한 배터리 모듈(10)을 포함한 적어도 하나의 배터리 팩(20)을 포함할 수 있다.
이와 같이, 차량(2)에 적용된 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(20)은 자동차(2)의 여러 동작에 필요한 전기 에너지를 제공할 수 있다.
참고로, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 자동차 이외에 ESS(Energy Storage System)나 다양한 전기 장치에 적용될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 모듈 케이스 내부에 수용된 배터리 셀들이, 상기 모듈 케이스 내부에 유입된 냉각액과의 직접 접촉을 통해 냉각됨으로써, 서멀 패드(thermal pad)와 히트 싱크(heat sink) 등과 같은 배터리 셀 냉각 수단들을 생략할 수 있음은 물론, 배터리 셀 냉각 성능을 개선하고, 배터리 셀의 열 폭주를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 배터리 셀의 열 폭주로 인한 화재 발생 시, 모듈 케이스 내부에 충전된 냉각액이 소화제로서의 기능을 수행함으로써, 열 폭주가 발생한 배터리 셀 주변의 다른 배터리 셀이나 다른 배터리 모듈의 연쇄적인 열 폭주를 방지할 수 있다.
또한, 모듈 케이스의 일단 개구를 커버하는 제1 엔드 커버의 내측 테두리가, 상기 개구에 삽입된 제1 실링 커버의 벽체부와 상기 개구의 테두리 사이에 삽입되어 결합되고, 상기 개구의 테두리가 제1 엔드 커버의 내측 테두리와 외측 테두리 사이에 삽입되어 결합됨으로써, 미앤더 형태의 실링 구조를 형성하고, 그 결과 배터리 모듈의 내부에 유입된 냉각액의 누설 위험을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 실링 구조에 적용된 실링 테이프, 액상 실런트 및 구조 접착제가, 냉각액의 누설을 3중으로 차단함으로써, 침냉식 배터리 모듈의 내구성과 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체를 각각 구비하는 복수의 서브 배터리 모듈이, 하나의 모듈 케이스에 수용되어 하나의 배터리 모듈을 구성함으로써, 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 개수를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 다수의 배터리 모듈을 포함한 배터리 팩에서, 배터리 모듈별로 마련되는 인렛과 아웃렛이 차지하는 공간과, 냉각액을 각각의 배터리 모듈에 공급하고 각각의 배터리 모듈로부터 회수하는데 요구되는 배관들이 차지하는 공간이 감소되어, 배터리 팩의 제조 비용을 절감할 수 있음은 물론, 배터리 팩의 전체 부피와 무게를 감소시키고, 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 서브 배터리 모듈 중 상호 인접하게 배치되는 제1 서브 배터리 모듈과 제2 서브 배터리 모듈 사이에 배치되는 절연 모듈이, 상기 제1 및 제2 서브 배터리 모듈과 각각 결합되어, 상기 제1 및 제2 서브 배터리 모듈을 지지함으로써, 서브 배터리 모듈들의 전기적 안전성을 보장하면서도, 물리적 충격이나 진동 등에 의한 서브 배터리 모듈의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 모듈 케이스의 내부면에 밀착되는 상기 절연 블록의 테두리 부분에 냉각액을 통과시키는 연통 홈이 마련됨으로써, 냉각액의 흐름을 원활하게 하고, 그 결과 배터리 모듈의 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 서브 배터리 모듈에 대응하는 복수의 회로 기판 중 하나의 회로 기판이, 자체적으로 센싱한 전기 신호와 나머지 회로 기판에 의해 센싱된 전기 신호를, 하나의 방수 커넥터를 통해 외부로 전달함으로써, 배터리 모듈과 외부 전기 장치 간의 전기적 연결을 용이하게 하고, 다수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩의 배선 구조를 간소화할 수 있으며, 배터리 모듈의 상태를 서브 배터리 모듈별로 모니터링 할 수 있다.
또한, 상기 방수 커넥터가 인렛 또는 아웃렛이 마련된 실링 커버에 결합되어, 인렛 또는 아웃렛과 배관을 연결하기 위해 확보된 공간에 배치됨으로써, 배터리 팩 내에서 상기 방수 커넥터의 전기적 연결 작업을 가능하게 하기 위해 별도의 공간을 확보할 필요가 없으며, 상기 방수 커넥터의 전기적 연결 작업을 용이하게 할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 해당 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 조립체;
    적어도 일 단에 개구를 가지며, 상기 개구와 연결된 내부 공간에 상기 배터리 조립체와 냉각액을 수용하는 모듈 케이스;
    상기 개구에 삽입되어 상기 개구를 기밀하게 커버하는 실링 커버; 및
    상기 실링 커버가 삽입된 상기 개구에 결합되어 상기 개구를 커버하는 엔드 커버를 포함하고,
    상기 실링 커버는, 상기 개구를 이루는 상기 모듈 케이스의 개구 테두리와 소정 간격을 두고 대면하는 벽체부를 포함하고,
    상기 엔드 커버의 테두리 부분 중 적어도 일부는, 상기 개구 테두리와 상기 벽체부 사이에 삽입되어 결합되도록 구성된 침냉식 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링 커버는, 상기 제1 면에서 상기 내부 공간 측으로 돌출된 고정부를 더 포함하고,
    상기 고정부의 테두리는, 상기 모듈 케이스의 내부면에 부착되어 고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    일면이 상기 고정부의 테두리에 부착되고, 타면이 상기 모듈 케이스의 내부면에 부착되는 실링 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 커버는,
    상기 개구를 커버하는 몸체;
    상기 몸체에서 상기 모듈 케이스의 내부 공간 측으로 연장되어, 상기 개구 테두리의 내부면과 상기 벽체부 사이에 삽입되는 내측 테두리; 및
    상기 몸체에서 상기 개구 테두리의 외부면 측으로 연장되어, 상기 개구 테두리의 외부면에 부착되는 외측 테두리를 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내측 테두리와 상기 외측 테두리는, 소정 간격을 두고 상호 이격되고,
    상기 개구 테두리는, 상기 내측 테두리와 상기 외측 테두리의 사이에 삽입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 내측 테두리와 상기 개구 테두리의 내부면 사이에는 실런트가 개재되고, 상기 외측 테두리와 상기 개구 테두리의 외부면 사이에는 구조 접착제가 개재되는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 내측 테두리와 상기 벽체부 사이에는 실런트가 개재되는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 조립체는,
    복수의 배터리 셀이 적층된 배터리 셀 적층체를 각각 구비하며, 제1 방향으로 나란히 배치되는 복수의 서브 배터리 모듈; 및
    절연 소재로 구성되고, 상기 복수의 서브 배터리 모듈 중 상호 인접한 제1 서브 배터리 모듈과 제2 서브 배터리 모듈 사이에 배치되는 절연 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연 블록은, 상기 모듈 케이스의 내부면에 밀착되는 상기 절연 블록의 테두리 부분에 마련되어, 상기 제1 서브 배터리 모듈 측에서 상기 제2 서브 배터리 모듈 측으로 상기 냉각액을 통과시키는 연통 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 절연 블록은, 양 단부가 각각 상기 제1 서브 배터리 모듈 및 상기 제2 서브 배터리 모듈과 결합되는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는, 상기 모듈 케이스의 내부면에서 돌출되어 상기 절연 블록을 지지함으로써, 상기 절연 블록의 이동을 제한하는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 냉각액은,
    절연유(insulationg oil) 또는 유전성 액체(dielectric liquid)를 포함하는 것을 특징으로 하는 침냉식 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 침냉식 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 침냉식 배터리 모듈을 포함하는 차량.
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