WO2025170261A1 - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차

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WO2025170261A1
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battery module
thermally conductive
conductive adhesive
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선상옥
김지원
신재욱
황재철
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • Commonly used secondary battery types today include lithium-ion batteries, lithium polymer batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, and nickel-zinc batteries.
  • lithium-ion batteries lithium polymer batteries
  • nickel-cadmium batteries nickel-metal hydride batteries
  • nickel-zinc batteries When high output voltage is required, multiple battery cells are connected in series to form a battery module or battery pack. Furthermore, to increase charge/discharge capacity, multiple battery cells are connected in parallel to form a battery module or battery pack.
  • a thermally conductive adhesive (e.g., a thermally conductive adhesive) may be applied to one side of the cell assembly in which the battery cells are stacked to cool the battery cells or secure the cell assembly.
  • a thermally conductive adhesive e.g., a thermally conductive adhesive
  • various problems may arise when the battery cells swell during the charge/discharge cycle.
  • the entire battery cell of the cell assembly moves toward the outermost edge, while one side of the cell assembly that is in direct contact with the thermally conductive adhesive remains fixed by the cured thermally conductive adhesive. This can lead to damage in the portion of the cell case with relatively low elongation.
  • the thermally conductive adhesive may damage the battery cell when swelling occurs. Furthermore, during this process, the battery cell may detach from the thermally conductive adhesive, which may degrade the heat dissipation performance of the battery cell.
  • the present invention has been created to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery module having an improved structure so that damage to battery cells can be minimized even when a swelling phenomenon occurs, and a battery pack and automobile including the same.
  • a battery module includes: a cell assembly including a plurality of battery cells; a module case configured to accommodate the cell assembly; a thermally conductive adhesive interposed between the cell assembly and the module case and configured to fix the cell assembly; and an overflow prevention member provided between the cell assembly and the module case and configured to form a space in which the thermally conductive adhesive can be accommodated.
  • the above overflow prevention member may be configured to accommodate the thermally conductive adhesive in the accommodation space and suppress the flow of the thermally conductive adhesive.
  • the above battery cell is provided as a pouch-type battery cell, and is configured to be laminated face to face so that the side surface from which the electrode lead is not drawn faces downward, and the overflow prevention member can be configured to prevent the thermally conductive adhesive from overflowing from the side surface of the battery cell to a part other than the side surface of the battery cell along the interface extending from the side surface of the battery cell.
  • the above thermally conductive adhesive may be configured to be interposed only at the bottom of the cell assembly to secure the lower portion of the cell assembly.
  • the above-mentioned accommodation space is provided in multiple numbers, and the multiple accommodation spaces can be arranged on the module case along a horizontal direction.
  • the above overflow prevention member may include a mesh pad configured in a mesh shape.
  • the above overflow prevention member may include a plurality of overflow prevention pads configured to be spaced apart from each other so that the receiving space is formed in a spaced apart space.
  • the above overflow prevention pad may be composed of a thermally conductive thermal pad.
  • the above overflow prevention pad may be made of an adhesive material.
  • the above overflow prevention pad may include a first pad configured to be spaced apart from each other along a first direction.
  • the above first pad may be configured to face both longitudinal ends of the cell assembly.
  • the above overflow prevention pad may include a second pad provided between the first pads and configured to be spaced apart from each other along a second direction orthogonal to the first direction.
  • the above overflow prevention pad may be configured to be at least partially perforated, and the receiving space may be defined by the perforated portion of the overflow prevention pad.
  • the above overflow prevention pad may have a guide portion configured to be inclined toward the receiving space.
  • the present invention provides a battery pack characterized by including a battery module according to the present invention.
  • the present invention provides an automobile characterized by including a battery module according to the present invention.
  • a battery device including a battery cell i.e., a battery module or a battery pack
  • a battery cell i.e., a battery module or a battery pack
  • the cell stacking state in a battery module or battery pack comprising a plurality of battery cells in a stacked form, the cell stacking state can be stably maintained under normal conditions.
  • damage to battery module components, such as battery cells can be prevented when swelling occurs.
  • the problem of battery cells detaching from the thermally conductive adhesive due to swelling, thereby reducing heat dissipation, can be prevented. Accordingly, the cooling performance of the battery device can be consistently maintained.
  • the cycle performance of a battery device can be improved.
  • a battery device with an improved lifespan that can be stably used for a long period of time can be provided.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment configuration, or an explanation of effects that can be easily inferred by a person skilled in the art will be omitted.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of a battery module according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 may be a drawing illustrating cross-section I-I' of Fig. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a battery module to which an overflow prevention member according to one embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 6 is a drawing showing a stopper applied to a battery module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a battery module to which an overflow prevention member is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a battery module to which an overflow prevention member is applied according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a drawing showing a guide portion applied to an overflow prevention pad of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention includes various embodiments. For each embodiment, redundant descriptions of substantially identical or similar components will be omitted, and the differences will be described.
  • the X-axis direction shown in the drawing may mean the left-right direction, i.e., the stacking direction of the battery cells
  • the Y-axis direction may mean the front-back direction perpendicular to the X-axis direction on a horizontal plane (X-Y plane), i.e., the length direction of the battery cells
  • the Z-axis direction may mean the up-down direction (vertical direction) perpendicular to both the X-axis direction and the Y-axis direction, i.e., the height direction of the battery cells.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a battery module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 may be a cross-sectional view taken along line I-I' of FIG. 2.
  • a battery module (10) includes a cell assembly (100), a module case (200), a thermally conductive adhesive (300), and an overflow prevention member (400).
  • a cell assembly (100) may include one or more battery cells (110), particularly a plurality of battery cells (110).
  • each battery cell (110) may refer to a single secondary battery or may refer to a battery group comprising multiple secondary batteries. In this specification, the description will be based on the assumption that a battery cell (110) represents a single secondary battery.
  • a plurality of battery cells (100) may include an electrode assembly, a cell case that accommodates the electrode assembly, and an electrode lead (111) that is connected to the electrode assembly and extends outward from the cell case to function as an electrode terminal.
  • the shape of the battery case can be configured in various ways, and depending on the shape of the battery case, the battery cell (110) can be classified into a pouch-shaped cell, a cylindrical cell, a square cell, etc. Since the types of these battery cells (110) were widely known at the time of filing of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
  • the present invention can be applied to all types of secondary batteries known at the time of filing of the present invention, and is not limited to a specific type of secondary battery.
  • a plurality of battery cells (110) may be configured in a form in which they are stacked in at least one direction.
  • a plurality of battery cells (110) may be stacked in a form in which they are arranged in a horizontal direction, particularly in the left-right direction (X-axis direction).
  • a plurality of battery cells (110) provided in the cell assembly (100) may be electrically connected to each other in series and/or in parallel through a bus bar (not illustrated) or the like.
  • the module case (200) may be configured to accommodate a cell assembly (100).
  • a receiving space may be formed in the module case (200), and the cell assembly (100) may be configured to be accommodated in the receiving space.
  • the module case (200) may have a case body (210), a top plate (220), and an end plate (230) to define a receiving space. Then, the cell assembly (100) may be positioned in this limited receiving space.
  • the module case (200) may be at least partially composed of metal and/or plastic materials.
  • the module case (200) may include a case body (210) in a U-frame shape in which a lower plate (210a), a left plate, and a right plate (210b) are integrated with each other, and a top plate (220) and an end plate (230) may be configured to cover or seal the upper, front, and rear of the case body (210).
  • various fastening methods such as welding, bonding, bolting, and hooking can be used to secure the connection between the top plate (220) and the end plate (230) and the case body (210).
  • the module case (200) may be manufactured in a monoframe form in which the top plate (220) and the case body (210) are integrated with each other.
  • the module case (200) may be configured in a form in which each plate is manufactured separately and then joined and fixed through welding or the like.
  • the present invention is not limited to a specific material or form of the module case (200).
  • the thermally conductive adhesive (300) may be interposed between the cell assembly (100) and the module case (200).
  • the thermally conductive adhesive (300) may be provided between one side of the cell assembly (100), for example, the lower portion of the cell assembly (100) and the lower surface (210a) of the module case (200).
  • the thermally conductive adhesive (300) may be configured to fix the cell assembly (100) to the module case (200).
  • the thermally conductive adhesive (300) may include an adhesive component.
  • the thermally conductive adhesive (300) may adhesively fix the lower side of the cell assembly (100) to the lower surface (210a) of the module case (200).
  • the thermally conductive adhesive (300) may be configured to transfer heat between the cell assembly (100) and the module case (200).
  • the battery cell (110) may generate heat during use, and if this heat is not properly discharged, the performance of the battery cell (110) cannot be stably guaranteed, and in severe cases, it may lead to thermal runaway, ignition, explosion, etc. of the battery cell.
  • the heat generated in the battery cell (110) needs to be properly discharged to the outside through the module case (200).
  • the thermally conductive adhesive (300) may ensure good heat transfer between the battery cell (110) and the module case (200), thereby stably securing cooling performance for the battery module (10).
  • the thermally conductive adhesive (300) may include a material capable of transmitting heat.
  • the thermally conductive adhesive (300) may be made of a resin material, and in this case, the thermally conductive adhesive (300) may be referred to as a thermal resin.
  • the thermally conductive adhesive (300) may include various materials, such as urethane, silicone, and epoxy.
  • the thermally conductive adhesive (300) may be expressed by other terms such as TIM (Thermal Interface Material), potting resin, etc., and as the material of the thermally conductive adhesive (300) of the battery module (10) according to the present invention, various thermally conductive adhesives or TIMs known at the time of filing of the present invention may be used.
  • the thermally conductive adhesive (300) may be interposed between all battery cells (110) provided in the cell assembly (100) and the module case (200). That is, the thermally conductive adhesive (300) may be configured to be in direct contact with all battery cells (110) included in the cell assembly (100). According to this embodiment of the present invention, heat dissipation through the thermally conductive adhesive (300) can be achieved for all battery cells (110) included in the battery module (10). Therefore, the overall cooling performance of the battery module (10) can be further improved.
  • the thermally conductive adhesive (300) may be applied to the lower surface (210a) of the module case (200) and cured before the cell assembly (100) is accommodated in the module case (200). If the cell assembly (100) is placed on the thermally conductive adhesive (300) that is not completely cured, the thermally conductive adhesive (300) may overflow to the side of the cell assembly (100), for example, the part where the electrode lead (111) is provided. If the thermally conductive adhesive (300) is cured in such a state that it overflows to the side of the cell assembly (100), one side of the cell assembly (100) that comes into contact with the overflowed thermally conductive adhesive (300) may be fixed. Accordingly, if a swelling phenomenon occurs in the battery cell (110), damage or breakage of the battery cell (110) may occur.
  • the battery module (10) may include an overflow prevention member (400).
  • the overflow prevention member (400) may be provided between the cell assembly (100) and the module case (200).
  • the overflow prevention member (400) may be provided between the cell assembly (100) and the lower surface (210a) of the module case (200).
  • the overflow prevention member (400) may be configured to form a receiving space (S) in which a thermally conductive adhesive (300) can be received.
  • the overflow prevention member (400) is configured to have a predetermined thickness, an accommodation space (S) is formed inside, thereby preventing the injection amount of the thermally conductive adhesive (300) from overflowing.
  • the overflow prevention member (400) may be configured to accommodate a thermally conductive adhesive (300) in the accommodation space (S) and to suppress the flow of the thermally conductive adhesive (300).
  • the thermally conductive adhesive (300) may be configured to suppress the flow of the thermally conductive adhesive (300) to the outside of the cell assembly (100) along the interface of the battery cell (110).
  • the battery cell (110) is provided as a pouch-type battery cell, and is configured to be stacked face to face so that the side surface from which the electrode lead (111) is not drawn faces downward, and the overflow prevention member (400) can be configured to prevent the thermally conductive thermally conductive adhesive (300) from overflowing to a part other than the side surface of the battery cell (110) along the interface extending from the side surface of the battery cell (110). That is, the thermally conductive thermally conductive adhesive (300) can be configured to be interposed only in the lower portion of the cell assembly (100) to fix the lower portion of the cell assembly (100).
  • the overflow prevention member (400) may be configured to be electrically insulated.
  • the overflow prevention member (400) may be made of a material that ensures flame retardant performance.
  • the overflow prevention member (400) may be made of a material that satisfies flame retardancy rating UL-94 V0.
  • a plurality of receiving spaces (S) may be provided.
  • the plurality of receiving spaces (S) may be arranged on the module case (200) along the horizontal direction.
  • the plurality of receiving spaces (S) may be arranged to be spaced apart from each other on the lower surface (210a) of the module case (200).
  • the thermally conductive adhesive (300) can be accommodated even if the thermally conductive adhesive (300) overflows from any part.
  • FIG. 4 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a battery module to which an overflow prevention member according to one embodiment of the present invention is applied.
  • the stopper (500) may be made of any material that can block the thermally conductive adhesive (300) from the outside without limitation.
  • the stopper (500) may include a resin material, but is not limited thereto.
  • Fig. 7 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to another embodiment of the present invention
  • Fig. 8 is a cross-sectional view of a battery module to which an overflow prevention member according to another embodiment of the present invention is applied
  • Fig. 9 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to yet another embodiment of the present invention.
  • the overflow prevention member (400) may include a plurality of overflow prevention pads (420).
  • the plurality of overflow prevention pads (420) may be provided spaced apart from each other.
  • the receiving space (S) may be defined as a space formed by the plurality of overflow prevention pads (420) being spaced apart from each other. Accordingly, the thermally conductive adhesive (300) may be applied to the receiving space (S) between the overflow prevention pads (420) through the dispenser (600).
  • the overflow prevention pad (420) may be configured to transfer heat between the cell assembly (100) and the module case (200).
  • the overflow prevention pad (420) may include a material capable of transferring heat.
  • the overflow prevention pad (420) may be configured as a thermally conductive thermal pad.
  • the thermal pad is a heat dissipation pad that controls heat generated from the battery cell (110) and can transfer the heat generated from the battery cell (110) to the outside.
  • the overflow prevention pad (420) may be made of a material such as acrylic or silicone.
  • the overflow prevention pad (420) can ensure good heat transfer between the battery cell (110) and the module case (200), thereby stably securing cooling performance for the battery module (10).
  • the cell assembly (100) when the cell assembly (100) is placed on the overflow prevention pad (420), it may be helpful for the cell assembly (100) to be fixed to the overflow prevention pad (420), which may lead to an improvement in heat transfer performance through the overflow prevention pad (420).
  • the thickness of the thermally conductive adhesive (300) filled in the receiving space (S) can be configured to correspond to the thickness of the overflow prevention pad (420).
  • the thermally conductive adhesive (300) and the overflow prevention pad (420) can be configured to form a substantially flat plane.
  • the overflow prevention pad (420) may include a first pad (421).
  • a plurality of first pads (421) may be provided.
  • the plurality of first pads (421) may be configured to be spaced apart from each other along a first direction.
  • the first direction may be defined as the longitudinal direction of the battery cell (110) (Y-axis direction in the drawing).
  • the first pad (421) may be configured in a plate shape.
  • a plurality of first pads (421) may be configured in a plate shape and may be arranged parallel to each other along the first direction.
  • two first pads (421) may be arranged in a lying plate shape and parallel to each other in the first direction.
  • a receiving space (S) is provided between the two first pads (421), and a thermally conductive adhesive (300) may be applied to the receiving space (S) by a dispenser (600).
  • the first pad (421) may be configured in the shape of a rod that extends long along a second direction orthogonal to the first direction.
  • the second direction may be defined as the stacking direction of the battery cells (110) (X-axis direction in the drawing).
  • five first pads (421) may be arranged in parallel in the first direction in a shape that extends long in the second direction.
  • four receiving spaces (S) are provided between the five first pads (421), and the thermally conductive adhesive (300) may be applied to the receiving spaces (S) by a dispenser (600).
  • the width (length in the first direction) of the first pad (421) may be designed in consideration of the volume of the receiving space (S) that prevents the thermally conductive adhesive (300) from overflowing.
  • the length (length in the second direction) of the first pad (421) may be configured to correspond to the length in the left and right directions of the lower surface (210a) of the module case (200).
  • the thermally conductive adhesive (300) can be more effectively suppressed from overflowing to the side portion of the cell assembly (100) where the electrode leads (111) are provided.
  • the cell case of the battery cell (110) can be prevented from being damaged at the side portion of the cell assembly (100).
  • FIG. 10 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a battery module to which an overflow prevention member is applied according to another embodiment of the present invention.
  • the overflow prevention pad (420) may be configured in a grid shape.
  • the overflow prevention pad (420) may include a second pad (422).
  • the second pad (422) may be provided between the first pads (421). That is, the second pad (422) may be provided between the first pads (421) that are spaced apart from each other.
  • the width (length in the first direction) of the second pad (422) may be configured to correspond to the distance at which the first pads (421) are spaced apart.
  • the second pad (422) may be configured such that both sides in the first direction are in contact with the first pad (421).
  • a plurality of second pads (422) may be provided.
  • the plurality of second pads (422) may be configured to be spaced apart from each other along the second direction.
  • An accommodation space (S) may be formed between adjacent second pads (422). Accordingly, the second pads (422) and the accommodation space (S) may be arranged to intersect each other between the first pads (421).
  • four second pads (422) arranged along the second direction may be provided between adjacent first pads (421).
  • three receiving spaces (S) may be provided between the four second pads (422), and a thermally conductive adhesive (300) may be applied to the receiving spaces (S) by a dispenser (600).
  • the receiving space (S) is divided into a plurality of parts by the grid-shaped overflow prevention pad (420), the flowability of the thermally conductive adhesive (300) can be more reliably suppressed. Accordingly, the thermally conductive adhesive (300) can be prevented from overflowing to a part other than the side surface of the battery cell (110) along the interface extending from the side surface of the battery cell (110).
  • FIG. 12 is a perspective view of an overflow prevention member applied to a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the first pad (421) and the second pad (422) may be configured in an integrated form. More specifically, the overflow prevention pad (420) may be configured to be at least partially perforated. In this case, the receiving space (S) may be defined by the perforated portion of the overflow prevention pad (420).
  • the overflow prevention pad (420) is punched to form the receiving space (S) without separately manufacturing the first pad (421) and the second pad (422), thereby reducing costs and time. Accordingly, productivity in manufacturing the battery module (10) can be improved.
  • FIG. 13 is a drawing showing a guide portion applied to an overflow prevention pad of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the overflow prevention pad (420) may be provided with a guide portion (420a).
  • the guide portion (420a) may be configured to guide the thermally conductive adhesive (300) toward the receiving space (S).
  • the guide portion (420a) may be configured to be inclined toward the receiving space (S).
  • the guide portion (420a) may be provided on at least one side of the overflow prevention pad (420).
  • a plurality of overflow prevention pads (420) may be arranged along the first direction (the Y-axis direction of FIG. 13), and the guide portion (420a) may be provided on the side where the plurality of overflow prevention pads (420) face each other.
  • the thermally conductive adhesive (300) when a thermally conductive adhesive (300) is applied, the thermally conductive adhesive (300) can be guided along the guide portion (420a) to the receiving space (S) and stored therein. As a result, the thermally conductive adhesive (300) can be more effectively prevented from leaking out of the receiving space (S) or the overflow prevention pad (420).
  • the thermally conductive adhesive (300) and the overflow prevention member (400) may be positioned on other sides, such as the upper side of the battery module (10).
  • the thermally conductive adhesive (300) and the overflow prevention member (400) may be positioned on two or more sides of the battery module (10).
  • the thermally conductive adhesive (300) and the overflow prevention member (400) may be applied to the upper side and the lower side of the cell assembly (100), respectively.
  • Fig. 14 is a perspective view schematically showing the configuration of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • a battery pack (1) according to one embodiment of the present invention may include one or more battery modules (10) according to one embodiment of the present invention as described above.
  • the battery pack (1) according to the present invention may further include a pack case (2) for accommodating a BMS (Battery Management System), a current sensor, a fuse, and the like for integrated control of charging and discharging of one or more battery modules, and the above-described components.
  • BMS Battery Management System
  • the battery pack (1) according to the present invention may include the battery module (10) according to the present invention, but may not include a separate pack case (2), and may be configured such that the module case (200) of the battery module (10) functions as the pack case (2).
  • components of the battery pack such as a BMS, a bus bar, and a relay, may be included inside the module case (200).
  • a battery pack of this type is also called a cell-to-pack (CTP) in that the battery cells (110) are directly stored in the pack case (2).
  • CTP cell-to-pack
  • an overflow prevention member (400) is provided on the inner surface, for example, the bottom surface, of the housing, which is a pack case (2) and a module case (200), so that the thermally conductive adhesive (300) can be prevented from overflowing.
  • Figure 15 is a schematic perspective view of a vehicle according to one embodiment of the present invention.
  • a vehicle (3) according to an embodiment of the present invention may include one or more battery packs (1) according to an embodiment of the present invention or battery modules (10) according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle (3) according to the present invention may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle.
  • the vehicle (3) includes a four-wheel vehicle and a two-wheel vehicle.
  • the vehicle (3) may operate by receiving power from a battery pack (1) or a battery module (10) according to an embodiment of the present invention.

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Abstract

본 발명은, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용하도록 구성되는 모듈 케이스; 상기 셀 어셈블리와 상기 모듈 케이스 사이에 개재되어 상기 셀 어셈블리를 고정시키도록 구성되는 열전도성 접착제; 및 상기 셀 어셈블리와 상기 모듈 케이스 사이에 구비되어 상기 열전도성 접착제가 수용될 수 있는 공간을 형성하도록 구성되는 넘침 방지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은, 2024년02월07일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2024-0019193호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 모듈 내지 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 충방전 용량을 높이기 위해 복수 개의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하기도 한다.
복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 또는, 최근에는, 복수 개의 배터리 셀을 모듈화하지 않고, 팩 하우징 등에 직접 수납하는 셀투팩(Cell To Pack) 형태의 배터리 팩도 제조되고 있다.
한편, 종래 배터리 모듈의 경우, 이러한 배터리 셀들이 적층된 셀 어셈블리의 일 측면에 배터리 셀의 냉각 내지 셀 어셈블리의 고정을 위한 열전도성 접착제(열전도성 접착제 등)가 도포될 수 있다. 이러한 종래 배터리 모듈의 경우, 충/방전 사이클 과정에서 배터리 셀의 스웰링 발생 시, 여러가지 문제점이 발생할 수 있다.
이를테면, 배터리 셀의 스웰링 발생 시, 셀 어셈블리의 배터리 셀 전체가 최외곽 방향으로 이동하는 반면, 열전도성 접착제와 직접적으로 접촉되는 셀 어셈블리의 일 측면은 경화된 열전도성 접착제에 의해 고정되어 있다. 이로써, 셀 케이스의 연신율이 상대적으로 약한 부분이 파손되는 문제점이 발생할 수 있다.
특히, 열전도성 접착제가 셀 어셈블리의 측면으로 넘치게 되면, 배터리 셀의 스웰링 발생 시, 경화된 열전도성 접착제에 의해 배터리 셀이 파손될 수 있다. 그리고, 이 과정에서, 배터리 셀이 열전도성 접착제으로부터 이탈될 수 있으며, 이 경우 배터리 셀의 방열 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 열전도성 접착제가 넘치는 것을 억제하여 배터리 셀의 손상을 방지할 수 있는 구조가 개발될 필요성이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 스웰링 현상 발생 시에도 배터리 셀의 손상이 최소화될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수용하도록 구성되는 모듈 케이스; 상기 셀 어셈블리와 상기 모듈 케이스 사이에 개재되어 상기 셀 어셈블리를 고정시키도록 구성되는 열전도성 접착제; 및 상기 셀 어셈블리와 상기 모듈 케이스 사이에 구비되어 상기 열전도성 접착제가 수용될 수 있는 공간을 형성하도록 구성되는 넘침 방지 부재를 포함한다.
상기 넘침 방지 부재는 상기 수용 공간에 상기 열전도성 접착제를 수용하여 상기 열전도성 접착제의 흐름성을 억제하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 셀은 파우치형 배터리 셀로 마련되어, 전극 리드가 인출되지 않은 측면부가 하방을 향하도록 면대면 적층되어 구성되고, 상기 넘침 방지 부재는 상기 열전도성 접착제가 상기 배터리 셀의 상기 측면부로부터 이어지는 계면을 따라 상기 배터리 셀의 측면부 이외의 부분으로 흘러넘치지 않도록 구성될 수 있다.
상기 열전도성 접착제는 상기 셀 어셈블리의 저부에만 개재되어 상기 셀 어셈블리의 하부를 고정시키도록 구성될 수 있다.
상기 수용 공간은 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 수용 공간은 수평 방향을 따라 상기 모듈 케이스 상에 배치될 수 있다.
상기 넘침 방지 부재는 메쉬 형상으로 구성되는 메쉬 패드를 포함할 수 있다.
상기 넘침 방지 부재의 양측에 구비되는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 넘침 방지 부재는 상호 이격되어 이격된 공간에 상기 수용 공간이 형성되도록 구성되는 복수 개의 넘침 방지 패드를 포함할 수 있다.
상기 넘침 방지 패드는 열전도성 써멀 패드로 구성될 수 있다.
상기 넘침 방지 패드는 점착성을 가지는 재질로 마련될 수 있다.
상기 넘침 방지 패드는 제1 방향을 따라 상호 이격되도록 구성되는 제1 패드를 포함할 수 있다.
상기 제1 패드는 상기 셀 어셈블리의 길이 방향 양측 말단부와 마주하도록 구성될 수 있다.
상기 넘침 방지 패드는 상기 제1 패드 사이에 구비되어 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 상호 이격되도록 구성되는 제2 패드를 포함할 수 있다.
상기 넘침 방지 패드는 적어도 부분적으로 타공되어 구성되고, 상기 수용 공간은 상기 넘침 방지 패드의 타공된 부분에 의해 정의될 수 있다.
상기 넘침 방지 패드는 상기 수용 공간을 향해 경사지게 구성되는 가이드부를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
그리고, 본 발명은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 배터리 셀이 포함된 배터리 장치, 즉 배터리 모듈이나 배터리 팩의 스웰링에 대한 안정성이 확보될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 다수의 배터리 셀이 적층된 형태로 포함된 배터리 모듈 내지 배터리 팩에서, 정상적인 상태에서는 셀 적층 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 그리고, 스웰링이 발생한 상태에서 배터리 셀 등 배터리 모듈의 부품이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 스웰링 발생 상황에서, 경화성 접착제의 파손으로 인해 배터리 장치의 구조가 붕괴되는 것이 방지되거나 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 구성에 의하면, 스웰링 발생으로 인해, 배터리 셀이 열전도성 접착제로부터 이탈되어 방열 기능이 저하되는 문제가 예방될 수 있다. 따라서, 배터리 장치의 냉각 성능이 꾸준하게 지속될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면들에 의하면, 배터리 장치의 사이클 성능이 향상될 수 있다. 즉, 본 발명의 여러 측면들에 의하면, 오랜 기간 안정적으로 사용될 수 있는 수명이 향상된 배터리 장치가 제공될 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 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 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다. 예를 들어, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'단면을 나타낸 도면일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 넘침 방지 부재가 적용된 배터리 모듈의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 스토퍼가 적용된 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 넘침 방지 부재가 적용된 배터리 모듈의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 넘침 방지 부재가 적용된 배터리 모듈의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 넘침 방지 패드에 가이드부가 적용된 것을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 개략적인 사시도이다.
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 안되며, 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 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명에는 여러 다양한 실시예가 포함되어 있다. 각 실시예에 대해 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.
한편, 본 발명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 좌우 방향, 즉 배터리 셀의 적층 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(X-Y 평면)상에서 수직된 전후 방향, 즉 배터리 셀의 길이 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향(수직 방향), 즉 배터리 셀의 높이 방향을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다. 예를 들어, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'단면을 나타낸 도면일 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200), 열전도성 접착제(300) 및 넘침 방지 부재(400)를 포함한다.
셀 어셈블리(100)는 하나 이상의 배터리 셀(110), 특히 다수의 배터리 셀(110)을 구비할 수 있다. 여기서, 각각의 배터리 셀(110)은 하나의 이차 전지 자체를 의미하거나, 여러 이차 전지가 모인 전지 그룹을 의미할 수도 있다. 본 명세서에서는, 배터리 셀(110)이 하나의 이차 전지를 나타내는 것을 기준으로 설명한다.
복수 개의 배터리 셀(100)은 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 셀 케이스 및 전극 조립체와 연결되며 셀 케이스의 외측으로 인출되어 전극 단자로 기능하는 전극 리드(111)를 포함할 수 있다.
이때, 전지 케이스의 형태는 다양하게 구성될 수 있으며, 전지 케이스의 형태에 따라, 배터리 셀(110)은 파우치형 셀, 원통형 셀, 각형 셀 등으로 분류될 수 있다. 이러한 배터리 셀(110)의 종류에 대해서는, 본 발명의 출원 시점에 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명을 생략한다. 본 발명은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 형태의 이차 전지에 대하여 모두 적용 가능하며, 특정 종류의 이차 전지로 한정되는 것은 아니다.
셀 어셈블리(100)에서, 다수의 배터리 셀(110)은 적어도 일 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 배터리 셀(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 수평 방향, 특히 좌우 방향(X축 방향)으로 나란하게 배열된 형태로 적층될 수 있다. 그리고, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 배터리 셀(110)은 버스바(미도시) 등을 통해 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 모듈 케이스(200)는 셀 어셈블리(100)를 수용하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 모듈 케이스(200)에는 수용 공간이 형성되고, 수용 공간에 셀 어셈블리(100)가 수용되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 모듈 케이스(200)는, 케이스 본체(210), 탑 플레이트(220) 및 엔드 플레이트(230)를 구비하여 수용 공간을 한정할 수 있다. 그리고, 이와 같이 한정된 수용 공간에 셀 어셈블리(100)가 위치하도록 할 수 있다. 모듈 케이스(200)는 적어도 부분적으로 금속 및/또는 플라스틱 재질로 구성될 수 있다.
모듈 케이스(200)를 구성하는 여러 판상 부재의 적어도 일부는 서로 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 모듈 케이스(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하판(210a), 좌측판 및 우측판(210b)이 서로 일체화된 U-프레임 형태의 케이스 본체(210)를 구비하고, 탑 플레이트(220) 및 엔드 플레이트(230)가 케이스 본체(210)의 상부, 전방 및 후방을 커버 내지 밀폐시키도록 구성될 수 있다.
이때, 탑 플레이트(220) 및 엔드 플레이트(230)와 케이스 본체(210) 사이의 결합 고정을 위해, 용접, 접착, 볼팅, 후크 등 다양한 체결 방식이 이용될 수 있다.
또는, 모듈 케이스(200)는 탑 플레이트(220)와 케이스 본체(210)가 서로 일체화된 모노 프레임 형태로 제조될 수 있다. 또는, 모듈 케이스(200)는 각각의 판재가 별도 제조된 후, 용접 등을 통해 결합 고정된 형태로 구성될 수도 있다. 다만, 본 발명은 이러한 모듈 케이스(200)의 특정 재질이나 형태로 한정되지 않는다.
상기 열전도성 접착제(300)는 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(200) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 열전도성 접착제(300)는 셀 어셈블리(100)의 일측, 이를테면 셀 어셈블리(100)의 하부와 모듈 케이스(200)의 하부면(210a) 사이에 구비될 수 있다.
그리고, 열전도성 접착제(300)는 셀 어셈블리(100)를 모듈 케이스(200)에 고정시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 열전도성 접착제(300)는 접착 성분을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 열전도성 접착제(300)가 셀 어셈블리(100)의 하부에 위치하는 경우, 열전도성 접착제(300)는 셀 어셈블리(100)의 하부 측을 모듈 케이스(200)의 하부면(210a)과 접착 고정시킬 수 있다.
또한, 열전도성 접착제(300)는 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(200) 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 배터리 셀(110)은 사용 중 열을 발생시킬 수 있는데, 이러한 열이 적절하게 배출되지 않으면, 배터리 셀(110)의 성능이 안정적으로 보장될 수 없으며, 심한 경우, 배터리 셀의 열 폭주, 발화, 폭발 등으로 이어질 수 있다. 이러한 측면에서, 배터리 셀(110)에서 발생한 열은, 모듈 케이스(200)를 통해 외부로 적절하게 배출될 필요가 있다. 이때, 열전도성 접착제(300)는 배터리 셀(110)과 모듈 케이스(200) 사이의 열전달이 잘 이루어지도록 함으로써, 배터리 모듈(10)에 대한 냉각 성능이 안정적으로 확보되도록 할 수 있다.
열전도성 접착제(300)는 열을 전달할 수 있는 물질을 구비할 수 있다. 특히, 열전도성 접착제(300)는 수지(resin) 재질로 이루어질 수 있으며, 이때, 열전도성 접착제(300)는 써멀 레진(thermal resin)으로 지칭될 수 있다. 열전도성 접착제(300)에는 다양한 물질, 대표적으로는, 우레탄, 실리콘, 에폭시 등의 재료가 포함될 수 있다. 열전도성 접착제(300)는 TIM(Thermal Interface Material), 파팅 레진(potting resin) 등과 같은 다른 용어로 표현될 수 있으며, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)의 열전도성 접착제(300)의 재료로는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 열전도성 접착제 내지 TIM 등이 이용될 수 있다.
열전도성 접착제(300)는 셀 어셈블리(100)에 구비된 전체 배터리 셀(110)과 모듈 케이스(200) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 열전도성 접착제(300)는 셀 어셈블리(100)에 포함된 모든 배터리 셀(110)과 직접 접촉하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 모듈(10)에 포함된 전체 배터리 셀(110)에 대하여, 열전도성 접착제(300)을 통한 방열이 이루어지도록 할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(10)의 전체적인 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
열전도성 접착제(300)는 모듈 케이스(200)에 셀 어셈블리(100)가 수용되기 전에 모듈 케이스(200)의 하부면(210a)에 도포되어 경화될 수 있다. 만약, 완전히 경화되지 않은 열전도성 접착제(300) 상에 셀 어셈블리(100)가 안착되는 경우, 열전도성 접착제(300)가 셀 어셈블리(100)의 측면, 이를테면 전극 리드(111)가 구비되는 부분으로 넘칠 수 있다. 이렇게 열전도성 접착제(300)가 셀 어셈블리(100)의 측면에까지 넘쳐 흐른 상태로 경화되는 경우, 넘친 열전도성 접착제(300)에 접촉되는 셀 어셈블리(100)의 일측면이 고정될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(110)에 스웰링 현상이 발생하게 되면 배터리 셀(110)의 손상 내지 파손 등이 발생할 수 있다.
이와 같은 문제점을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 넘침 방지 부재(400)를 포함할 수 있다. 넘침 방지 부재(400)는 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(200) 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 넘침 방지 부재(400)는 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(200)의 하부면(210a) 사이에 구비될 수 있다. 넘침 방지 부재(400)는 열전도성 접착제(300)가 수용될 수 있는 수용 공간(S)을 형성하도록 구성될 수 있다.
즉, 넘침 방지 부재(400)가 소정 두께를 가지고 구성됨에 따라, 내부에 수용 공간(S)이 형성되어 열전도성 접착제(300)의 주입량이 넘치는 것을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로, 넘침 방지 부재(400)는 수용 공간(S)에 열전도성 열전도성 접착제(300)를 수용하여 열전도성 열전도성 접착제(300)의 흐름성을 억제하도록 구성될 수 있다. 열전도성 접착제(300)가 개재되는 측에 열전도성 접착제(300)가 수용될 수 있는 공간이 마련됨으로써, 열전도성 접착제(300)가 배터리 셀(110)의 계면을 따라 셀 어셈블리(100)의 외부로 흐르는 것을 억제하도록 구성될 수 있다.
특히, 도 3에 도시된 실시예와 같이, 배터리 셀(110)은 파우치형 배터리 셀로 마련되어, 전극 리드(111)가 인출되지 않은 측면부가 하방을 향하도록 면대면 적층되어 구성되고, 넘침 방지 부재(400)는 열전도성 열전도성 접착제(300)가 배터리 셀(110)의 상기 측면부로부터 이어지는 계면을 따라 배터리 셀(110)의 측면부 이외의 부분으로 흘러 넘치지 않도록 구성될 수 있다. 즉, 열전도성 열전도성 접착제(300)는 셀 어셈블리(100)의 저부에만 개재되어 셀 어셈블리(100)의 하부를 고정시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(200) 사이에 넘침 방지 부재(400)가 구비됨으로써, 수용 공간(S)에 열전도성 접착제(300)가 수용되어 셀 어셈블리(100)의 측면, 특히 전극 리드(111)가 인출되는 측면으로 넘치는 것이 억제될 수 있다. 그러므로, 스웰링 발생 시 배터리 셀(110)이 손상되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 스웰링에 대한 안정성 내지 안전성이 확보될 수 있다.
또한, 넘침 방지 부재(400)는 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(200) 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 넘침 방지 부재(400)는 열을 전달할 수 있는 물질을 구비할 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 넘침 방지 부재(400)는 열전도성 접착제(300)가 넘치는 것을 방지할 뿐만 아니라 수용 공간(S)에 수용된 열전도성 접착제(300)와 함께 배터리 셀(110)과 모듈 케이스(200) 사이의 열전달이 잘 이루어지도록 함으로써, 배터리 모듈(10)에 대한 냉각 성능이 안정적으로 확보되도록 할 수 있다.
또한, 넘침 방지 부재(400)는 전기적으로 절연되도록 구성될 수 있다. 그리고, 넘침 방지 부재(400)는 난연 성능이 확보되는 재질로 마련될 수 있다. 이를테면, 넘침 방지 부재(400)는 난연 등급 UL-94 V0을 만족하는 재질로 마련될 수 있다.
한편, 수용 공간(S)은 복수 개로 구비될 수 있다. 복수 개의 수용 공간(S)은 수평 방향을 따라 모듈 케이스(200) 상에 배치될 수 있다. 이를테면, 복수 개의 수용 공간(S)은 모듈 케이스(200)의 하부면(210a) 상에 상호 이격되도록 배치될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 어느 부분에서 열전도성 접착제(300)가 넘쳐 흐르더라도 열전도성 접착제(300)가 수용될 수 있다.
또한, 복수 개의 수용 공간(S)은 같은 평면 상에 배치될 수 있다. 이러한 수용 공간(S)들은 모두 같은 높이로 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)가 넘침 방지 부재(400)에 안착되는 경우, 중력에 의해 셀 어셈블리(100)와 열전도성 접착제(300) 간의 접촉 면적이 확대되어 셀 어셈블리(100)가 수용 공간(S)에 수용된 열전도성 접착제(300)와 균일하게 접촉될 수 있다. 이에 따라, 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(200)의 하부면(210a) 간의 고정력 내지 셀 어셈블리(100)의 냉각 성능이 확보될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 넘침 방지 부재가 적용된 배터리 모듈의 단면도이다.
일 실시예로서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 넘침 방지 부재(400)는 메쉬(mesh) 형상으로 구성되는 메쉬 패드(mesh pad)(410)를 포함할 수 있다. 메쉬 패드(410)는 그물망처럼 구멍이 촘촘하게 뚫려 있게 구성될 수 있다. 이에 따라, 메쉬 패드(410)에는 복수 개의 수용 공간(S)이 마련될 수 있다. 구체적으로, 열전도성 접착제(300)는 디스펜서(600)를 통해 메쉬 패드(410) 상에 도포되고, 열전도성 접착제(300)는 자체 하중에 의해 수용 공간(S)에 수용될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 메쉬 패드(410)에 열전도성 접착제(300)가 수용될 수 있는 수용 공간(S)이 촘촘하게 형성됨으로써, 열전도성 접착제(300)가 배터리 셀(110)의 계면을 따라 모듈 케이스(200)와 대면하는 배터리 셀(110)의 측면부 이외의 부분으로 흘러 넘치는 것이 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 메쉬 패드(410)는 복수 개의 수용 공간(S)이 작고 촘촘하게 마련되어 열전도성 열전도성 접착제(300)의 흐름성을 억제하면서도, 열전도성 접착제(300)가 대략 평평하게 도포되도록 유도할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 스토퍼가 적용된 것을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 스토퍼(500)를 더 포함할 수 있다. 스토퍼(500)는 열전도성 접착제(300)가 외측으로 흘러 넘치는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 즉, 스토퍼(500)는 수용 공간(S)에서 넘쳐 흐르는 열전도성 접착제(300)가 넘침 방지 부재(400)를 넘어 외측으로 흘러 넘치지 않도록 구성될 수 있다. 스토퍼(500)는 넘침 방지 부재(400)의 양측에 구비될 수 있다. 특히, 도 6에 도시된 실시예와 같이, 스토퍼(500)는 메쉬 패드(410)의 양측에 구비될 수 있다.
스토퍼(500)는 열전도성 접착제(300)를 외부와 차단할 수 있는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 일례로서, 스토퍼(500)는 레진 물질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 스토퍼(500)는 넘침 방지 부재(400)와 함께 열전도성 접착제(300)가 개재될 수 있는 영역을 가이드하여 열전도성 접착제(300)가 불필요한 영역까지 주입되는 것을 이중으로 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 넘침 방지 부재가 적용된 배터리 모듈의 단면도이다. 그리고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이다.
일 실시예로서, 넘침 방지 부재(400)는 복수 개의 넘침 방지 패드(420)를 포함할 수 있다. 복수 개의 넘침 방지 패드(420)는 상호 이격되어 구비될 수 있다. 수용 공간(S)은 이러한 복수 개의 넘침 방지 패드(420)가 이격되어 형성되는 공간으로 정의될 수 있다. 이에 따라, 열전도성 접착제(300)는 디스펜서(600)를 통해 넘침 방지 패드(420) 사이의 수용 공간(S)에 도포될 수 있다.
넘침 방지 패드(420)는 셀 어셈블리(100)와 모듈 케이스(200) 사이에서 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 넘침 방지 패드(420)는 열을 전달할 수 있는 물질을 구비할 수 있다. 보다 구체적인 실시예로서, 넘침 방지 패드(420)는 열전도성 써멀 패드(thermal pad)로 구성될 수 있다. 써멀 패드는 배터리 셀(110)에서 발생하는 열을 제어해주는 방열 패드로서, 배터리 셀(110)에서 발생한 열을 외부로 전달할 수 있다. 넘침 방지 패드(420)는 아크릴이나 실리콘 등의 재질로 마련될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 넘침 방지 패드(420)는 배터리 셀(110)과 모듈 케이스(200) 사이의 열 전달이 잘 이루어지도록 함으로써, 배터리 모듈(10)에 대한 냉각 성능이 안정적으로 확보되도록 할 수 있다.
또한, 넘침 방지 패드(420)는 점착성을 가지는 재질로 마련될 수 있다. 이에 따라, 넘침 방지 패드(420)는 셀 어셈블리(100)에 포함되는 배터리 셀(110)들에 밀착되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)와 넘침 방지 패드(420) 간의 접착력이 확보될 수 있으므로, 진동 등의 충격에도 셀 어셈블리(100)의 전체적인 구조가 크게 흐트러지는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100) 전체의 구조적 강성 및 구조적 안정성이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)가 넘침 방지 패드(420) 상에 안착될 경우, 셀 어셈블리(100)가 넘침 방지 패드(420)에 고정되는데 도움이 될 수 있고, 이는 넘침 방지 패드(420)를 통한 열 전달 성능 향상으로 이어질 수 있다.
한편, 수용 공간(S)에 채워지는 열전도성 접착제(300)의 두께는 넘침 방지 패드(420)의 두께와 대응되도록 구성될 수 있다. 이로써, 열전도성 접착제(300)와 넘침 방지 패드(420)는 대략 평평한 평면을 형성하도록 구성될 수 있다.
이러한 경우, 셀 어셈블리(100)는 넘침 방지 패드(420) 뿐만 아니라 열전도성 접착제(300)와도 균일하게 접촉되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에서는, 셀 어셈블리(100)에 포함된 전체 배터리 셀(110)과 열 전달 물질의 접촉 면적이 최대화될 수 있다. 즉, 셀 어셈블리(100)에 포함되는 배터리 셀(110)은 전체적으로 열 전달 물질에 접촉되어 배터리 셀(110)들의 냉각 성능이 보다 향상될 수 있다.
보다 구체적인 실시예로서, 도 7 내지 도 9를 참조하면, 넘침 방지 패드(420)는 제1 패드(421)를 포함할 수 있다. 제1 패드(421)는 복수 개로 구비될 수 있다. 복수 개의 제1 패드(421)는 제1 방향을 따라 상호 이격되도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 방향이란 배터리 셀(110)의 길이 방향(도면의 Y축 방향)으로 정의될 수 있다.
제1 패드(421)는 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 이때, 복수 개의 제1 패드(421)는 각각 플레이트 형태로 구성되어 제1 방향을 따라 서로 나란하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 구성을 참조하면, 2개의 제1 패드(421)는 눕혀진 플레이트 형태로서, 제1 방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 이때, 2개의 제1 패드(421) 사이에는 수용 공간(S)이 마련되어 열전도성 접착제(300)가 디스펜서(600)에 의해 수용 공간(S)에 도포될 수 있다.
또는, 제1 패드(421)는 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 길게 연장된 막대 형태로 구성될 수 있다. 제2 방향은 배터리 셀(110)의 적층 방향(도면의 X축 방향)으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 구성을 참조하면, 5개의 제1 패드(421)는 제2 방향으로 길게 연장된 형태로서, 제1 방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 이때, 5개의 제1 패드(421) 사이에는 4개의 수용 공간(S)이 마련되어 열전도성 접착제(300)가 디스펜서(600)에 의해 수용 공간(S)에 도포될 수 있다.
제1 패드(421)의 너비(제1 방향 길이)는 열전도성 접착제(300)가 넘치지 않도록 하는 수용 공간(S)의 부피를 고려하여 설계될 수 있다. 또한, 제1 패드(421)의 길이(제2 방향 길이)는 모듈 케이스(200)의 하부면(210a)의 좌우 방향 길이와 대응되도록 구성될 수 있다.
한편, 제1 패드(421)는 셀 어셈블리(100)의 길이 방향 양측 말단부와 마주하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 제1 패드(421)는 셀 어셈블리(100)의 하부에 복수 개 개재되고, 복수 개의 제1 패드(421) 중 최외곽부에 위치하는 제1 패드(421)는 셀 어셈블리(100)의 길이 방향 양측 말단부와 마주할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 제1 패드(421)가 셀 어셈블리(100)의 양측 말단부에 구비됨에 따라 열전도성 접착제(300)가 전극 리드(111)가 구비되는 셀 어셈블리(100)의 측면부로 넘쳐 흐르는 것이 보다 억제될 수 있다. 이로써, 셀 어셈블리(100)의 측면부에서 배터리 셀(110)의 셀 케이스가 손상되는 것이 방지될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이고, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 넘침 방지 부재가 적용된 배터리 모듈의 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 넘침 방지 패드(420)는 격자 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 넘침 방지 패드(420)는 제2 패드(422)를 포함할 수 있다. 제2 패드(422)는 제1 패드(421) 사이에 구비될 수 있다. 즉, 제2 패드(422)는 상호 이격된 제1 패드(421) 사이에 구비될 수 있다. 제2 패드(422)의 너비(제1 방향 길이)는 제1 패드(421)가 이격된 거리와 대응되도록 구성될 수 있다. 제2 패드(422)는 제1 방향 양측면이 제1 패드(421)에 접촉되도록 구성될 수 있다.
또한, 제2 패드(422)는 복수 개로 구비될 수 있다. 복수 개의 제2 패드(422)는 제2 방향을 따라 상호 이격되도록 구성될 수 있다. 이러한 인접하는 제2 패드(422) 사이에는 수용 공간(S)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 패드(421) 사이에는 제2 패드(422)와 수용 공간(S)이 교차하여 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 10에 도시된 구성을 참조하면, 인접하는 제1 패드(421) 사이에는 각각 제2 방향을 따라 배치되는 4개의 제2 패드(422)가 마련될 수 있다. 이때, 4개의 제2 패드(422) 사이에는 3개의 수용 공간(S)이 마련되어 열전도성 접착제(300)가 디스펜서(600)에 의해 수용 공간(S)에 도포될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 격자 형태의 넘침 방지 패드(420)에 의해 수용 공간(S)이 복수 개로 분할되어 마련됨으로써, 열전도성 열전도성 접착제(300)의 흐름성을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 이에 따라, 열전도성 열전도성 접착제(300)가 배터리 셀(110)의 상기 측면부로부터 이어지는 계면을 따라 배터리 셀(110)의 측면부 이외의 부분으로 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 넘침 방지 부재의 사시도이다.
도 12를 참조하면, 제1 패드(421)와 제2 패드(422)는 일체화된 형태로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 넘침 방지 패드(420)는 적어도 부분적으로 타공되어 구성될 수 있다. 이때, 수용 공간(S)은 넘침 방지 패드(420)의 타공된 부분에 의해 정의될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 제1 패드(421)와 제2 패드(422)를 별도로 제작하지 않고 넘침 방지 패드(420)를 타공하여 수용 공간(S)을 형성함으로써, 비용 내지 시간이 절감될 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(10)을 제조하는데 있어서 생산성이 향상될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 넘침 방지 패드에 가이드부가 적용된 것을 나타내는 도면이다.
한편, 넘침 방지 패드(420)는 가이드부(420a)를 구비할 수 있다. 가이드부(420a)는 열전도성 접착제(300)가 수용 공간(S) 측으로 가이드하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 가이드부(420a)는 수용 공간(S)을 향해 경사지게 구성될 수 있다. 가이드부(420a)는 넘침 방지 패드(420)의 적어도 일측에 구비될 수 있다. 이를테면, 도 13에 도시된 실시예와 같이, 복수 개의 넘침 방지 패드(420)가 제1 방향(도 13의 Y축 방향)을 따라 배치되고, 가이드부(420a)는 복수 개의 넘침 방지 패드(420)가 서로 마주보는 측면에 구비될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 열전도성 접착제(300)가 도포되는 경우, 열전도성 접착제(300)가 가이드부(420a)를 따라 수용 공간(S)으로 유도되어 저장될 수 있다. 이로써, 열전도성 접착제(300)가 수용 공간(S) 내지 넘침 방지 패드(420)의 외부로 누출되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 명세서의 여러 도면에서는, 열전도성 접착제(300) 및 넘침 방지 부재(400)가 배터리 모듈(10)의 하부 측에 위치하는 구성을 중심으로 설명되었으나, 열전도성 접착제(300) 및 넘침 방지 부재(400)는 배터리 모듈(10)의 상부 측과 같이 다른 측면에 위치할 수도 있다. 또한, 열전도성 접착제(300) 및 넘침 방지 부재(400)는 배터리 모듈(10)의 둘 이상의 측면에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 열전도성 접착제(300) 및 넘침 방지 부재(400)는 셀 어셈블리(100)의 상부 측과 하부 측에 각각 도포될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 하나 이상의 배터리 모듈의 충방전을 통합 제어하기 위한 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등과 상술한 구성품을 수용하기 위한 팩 케이스(2)를 더 포함할 수 있다.
또는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 포함하되, 팩 케이스(2)를 별도로 포함하지 않고, 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200)가 팩 케이스(2)로서 기능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 모듈 케이스(200) 내부에 BMS나 버스바, 릴레이와 같은 배터리 팩의 구성요소가 포함될 수 있다. 이와 같은 형태의 배터리 팩에 대해서는, 배터리 셀(110)이 팩 케이스(2)에 직접 수납된다는 측면에서 셀투팩(cell to pack; CTP)으로 불리기도 한다. 최근에는, 이러한 CTP 형태의 배터리 팩에 대한 개발도 활성화되고 있으며, 본 발명은 이러한 CTP 형태의 배터리 팩에 대해서도 적용될 수 있다.
특히, 팩 케이스(2)이자 모듈 케이스(200)인 하우징의 내측면, 이를테면 바닥면에 넘침 방지 부재(400)가 제공되어, 열전도성 접착제(300)가 넘쳐 흐르는 것이 방지될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 개략적인 사시도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(3)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1) 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 자동차(3)는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 상기 자동차(3)는, 4륜 자동차 및 2륜 자동차를 포함한다. 상기 자동차(3)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1) 내지 배터리 모듈(10)로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (17)

  1. 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리를 수용하도록 구성되는 모듈 케이스;
    상기 셀 어셈블리와 상기 모듈 케이스 사이에 개재되어 상기 셀 어셈블리를 고정시키도록 구성되는 열전도성 접착제; 및
    상기 셀 어셈블리와 상기 모듈 케이스 사이에 구비되어 상기 열전도성 접착제가 수용될 수 있는 공간을 형성하도록 구성되는 넘침 방지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 넘침 방지 부재는 상기 수용 공간에 상기 열전도성 접착제를 수용하여 상기 열전도성 접착제의 흐름성을 억제하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 파우치형 배터리 셀로 마련되어, 전극 리드가 인출되지 않은 측면부가 하방을 향하도록 면대면 적층되어 구성되고,
    상기 넘침 방지 부재는 상기 열전도성 접착제가 상기 배터리 셀의 상기 측면부로부터 이어지는 계면을 따라 상기 배터리 셀의 측면부 이외의 부분으로 흘러넘치지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 접착제는 상기 셀 어셈블리의 저부에만 개재되어 상기 셀 어셈블리의 하부를 고정시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수용 공간은 복수 개로 구비되고, 복수 개의 상기 수용 공간은 수평 방향을 따라 상기 모듈 케이스 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 넘침 방지 부재는
    메쉬 형상으로 구성되는 메쉬 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 넘침 방지 부재의 양측에 구비되는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 넘침 방지 부재는
    상호 이격되어 이격된 공간에 상기 수용 공간이 형성되도록 구성되는 복수 개의 넘침 방지 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 넘침 방지 패드는 열전도성 써멀 패드로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 넘침 방지 패드는 점착성을 가지는 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 넘침 방지 패드는
    제1 방향을 따라 상호 이격되도록 구성되는 제1 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 패드는 상기 셀 어셈블리의 길이 방향 양측 말단부와 마주하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 넘침 방지 패드는
    상기 제1 패드 사이에 구비되어 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 상호 이격되도록 구성되는 제2 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 넘침 방지 패드는 적어도 부분적으로 타공되어 구성되고,
    상기 수용 공간은 상기 넘침 방지 패드의 타공된 부분에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 넘침 방지 패드는
    상기 수용 공간을 향해 경사지게 구성되는 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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