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KR102207881B1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 Download PDF

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KR102207881B1
KR102207881B1 KR1020170008278A KR20170008278A KR102207881B1 KR 102207881 B1 KR102207881 B1 KR 102207881B1 KR 1020170008278 A KR1020170008278 A KR 1020170008278A KR 20170008278 A KR20170008278 A KR 20170008278A KR 102207881 B1 KR102207881 B1 KR 102207881B1
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이재민
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리, 배터리 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 케이스 및 모듈 케이스의 저부에 구비되며, 모듈 케이스 내부로 열전도성 점착제를 주입시키기 위한 적어도 하나의 주입홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 종래 배터리 모듈의 경우, 요구되는 배터리 용량 증가에 따라 배터리 셀에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시켜 줄 수 있는 기술의 중요성이 점차 커지고 있다.
이러한 효율적인 냉각을 위해, 종래 배터리 모듈에서는, 열전도성 점착제를 모듈 케이스 내부에 도포시켜 모듈 케이스 내의 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리를 안정적으로 고정시킴과 아울러 열전도성을 향상시킬 수 있도록 하는 구조가 도입되었다.
그러나, 이러한 종래 배터리 모듈에서는, 모듈 케이스 내부로 열전도성 점착제 주입을 위한 주입홀 형성시 버(burr) 등으로 인해 모듈 케이스 내부의 배터리 셀 어셈블리가 손상되거나 또는 열전도성 점착제 주입을 위한 주입 노즐이 주입홀에 정 위치에 삽입되지 않거나 열전도성 점착제가 모듈 케이스 밖으로 새어 나오는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 열전도성 점착제를 이용하여 냉각되는 배터리 모듈에서 열전도성 점착제 주입 효율을 높임과 아울러 배터리 셀 어셈블리의 손상을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리; 상기 배터리 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스의 저부에 구비되며, 상기 모듈 케이스 내부로 열전도성 점착제를 주입시키기 위한 적어도 하나의 주입홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 주입홀은, 복수 개로 구비되며, 상기 모듈 케이스의 저부에서 상호 소정 거리 이격될 수 있다.
상기 모듈 케이스의 저부 내면에는, 볼록부와 오목부와 번갈아 가며 형성되며, 상기 복수 개의 주입홀들은, 상기 볼록부에 구비될 수 있다.
상기 볼록부와 상기 오목부는, 라운드 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들은, 일측에 경사진 챔퍼부;가 마련될 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들은, 상기 모듈 케이스의 저부 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 이격 거리가 달라질 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들은, 상기 모듈 케이스의 저부 가운데 영역에 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들은, 상기 모듈 케이스의 저부 일측 테두리 영역에 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 열전도성 점착제를 이용하여 냉각되는 배터리 모듈에서 열전도성 점착제 주입 효율을 높임과 아울러 배터리 셀 어셈블리의 손상을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 저면 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 주요부의 확대도이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 주요부의 단면도이다.
도 5는 도 4의 C 부분의 확대도이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 열전도성 점착제 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 배터리 모듈의 열전도성 점착제 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 저면 사시도이며, 도 3은 도 2의 배터리 모듈의 주요부의 확대도이며, 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 주요부의 단면도이며, 도 5는 도 4의 C 부분의 확대도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 주입홀(300)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100)는, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하여 구성된다. 이하, 본 실시예에서는, 복수 개의 배터리 셀들이 서로 전기적으로 연결되게 적층된 형태로 구현된 것으로 한정하여 설명한다. 여기서, 각각의 배터리 셀은 파우치형 이차 전지로 마련될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)을 수용하기 위한 것으로서, 내부에 수용 공간을 형성할 수 있다. 이러한 상기 모듈 케이스(200)의 내부, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210)의 내면 상측에는 후술하는 열전도성 점착제(TR)가 도포될 수 있다.
여기서, 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 내면 일측에는, 볼록부(212)와 오목부(216)가 번갈아 가며 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 볼록부(212)와 상기 오목부(216)는 후술하는 복수 개의 주입홀(300)의 형성 위치에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
상기 볼록부(212)와 상기 오목부(216)는 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 배터리 셀 어셈블리(100)을 마주하게 배치될 수 있으며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)와의 파손 등을 방지할 수 있게 라운드 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 주입홀(300)은 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210)에 구비되며, 상기 모듈 케이스(200) 내부로 열전도성 점착제(TR)를 주입시킬 수 있다. 상기 열전도성 점착제(TR)는 열전도가 가능한 냉각용 점착제로서, 써멀 레진으로 구비될 수 있다.
이러한 상기 주입홀(300)은 복수 개로 구비되며, 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210)에서 상호 소정 거리 이격될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 주입홀들(300)은, 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 가운데 영역에 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들(300)은 상기 모듈 케이스(200) 내부로의 상기 열전도성 점착제(TR)의 도포가 원활히 이루어질 수 있는 개수로 마련될 수 있으며, 예로써, 3개 내지 5개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들(300)은 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 이격 거리가 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 중심에 배치된 주입홀(300)과 그 양 옆에 배치되는 주입홀들(300)의 이격 거리(A)와 상기 모듈 케이스(200)의 저부 바깥쪽에 배치된 주입홀(300)과 그 옆에 배치되는 주입홀들(300)의 이격 거리(B)는 서로 다를 수 있다. 이는, 모듈 케이스(200) 내부로의 상기 열전도성 점착제(TR)의 균일한 도포를 위한 것으로서, 예로써, 안쪽의 이격 거리(A)보다 바깥쪽의 이격 거리(B)가 더 클 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들(300)은 상기 볼록부(212)에 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 주입홀들(300)은 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210)에서 가장 두꺼운 부분에 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 상기 주입홀들(300)로 인한 상기 모듈 케이스(200)의 강성 변화를 최소화할 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들(300)의 일측(310), 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 외측에 노출되는 단부(310)에는 경사진 챔퍼부(310)가 마련될 수 있다. 이러한 상기 챔퍼부(310)는 상기 열전도성 점착제(TR)의 주입을 위한 주입 노즐의 상기 주입홀들(300)로의 포지셔닝을 가이드함과 아울러 상기 주입 노즐과의 접촉 면적을 증가시켜 상기 주입 노즐 장착 시 밀폐력을 향상시킬 수 있다.
상기 복수 개의 주입홀들(300)의 타측(330), 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 내측에 노출되는 단부(330)는 라운드진 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 열전도성 점착제(TR) 주입 시 주입되는 상기 열전도성 점착제(TR)에 의한 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 및 상기 모듈 케이스(200)에 가해지는 충격을 최소화할 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 제조 방법을 보다 자세히 살펴 본다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 열전도성 점착제 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 제조 시, 먼저, 작업자 등은 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 상기 모듈 케이스(200) 내에 수용할 수 있다. 그리고 나서, 작업자 등은 상기 열전도성 점착제(TR) 주입 이전에, 상기 모듈 케이스(200)를 수평으로 배치시킬 수 있다.
이후, 상기 작업자 등은 상기 모듈 케이스(200) 내부로 상기 열전도성 점착제(TR)를 도포시킬 수 있게 상기 주입 노즐을 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 가운데 영역에 마련되는 상기 복수 개의 주입홀들(300)에 삽입시킨 후 상기 열전도성 점착제(TR)를 상기 모듈 케이스(200) 내측으로 주입할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 복수 개의 주입홀들(300)이 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 가운데 영역에 위치하는데, 상기 주입 이전에 상기 모듈 케이스(200)를 수평으로 위치시킨 다음 상기 열전도성 점착제(TR)를 지면에 대해 수직 방향으로 주입하기에, 상기 모듈 케이스(200) 내부에 상기 열전도성 점착제(TR)가 고르게 분포될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 배터리 모듈의 열전도성 점착제 주입을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(20)은 앞선 실시예에서의 상기 배터리 모듈(10)과 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 동일하거나 또는 유사한 구성에 대해서는 반복적으로 설명하지 않고 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은, 배터리 셀 어셈블리(100), 모듈 케이스(200) 및 주입홀(400)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100) 및 상기 모듈 케이스(200)는 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 주입홀(400)은 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 주입홀들(400)은 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 일측 테두리 영역에 구비될 수 있다.
이하, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20)의 제조 방법을 보다 자세히 살펴 본다.
상기 배터리 모듈(20)의 제조 시, 먼저, 작업자 등은 앞선 실시예와 간티 상기 배터리 셀 어셈블리(100)를 상기 모듈 케이스(200) 내에 수용할 수 있다. 그리고 나서, 작업자 등은 상기 열전도성 점착제(TR) 주입 이전에, 상기 모듈 케이스(200)를 수직으로 배치시킬 수 있다.
이후, 상기 작업자 등은 상기 모듈 케이스(200) 내부로 상기 열전도성 점착제(TR)를 도포시킬 수 있게 상기 주입 노즐을 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 일측 테두리 영역, 구체적으로, 상측 테두리 영역에 마련되는 상기 복수 개의 주입홀들(400)에 삽입시킨 후 상기 열전도성 점착제(TR)를 상기 모듈 케이스(200) 내측으로 주입할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 복수 개의 주입홀들(400)이 상기 모듈 케이스(200)의 저부(210) 일측 테두리 영역에 위치하는데, 상기 주입 이전에 상기 모듈 케이스(200)를 수직으로 위치시킨 다음 상기 열전도성 점착제(TR)를 지면에 대해 수평 방향으로 주입하기에, 상기 모듈 케이스(200) 내부에 상기 열전도성 점착제(TR)가 고르게 분포될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에서는, 상기 열전도성 점착제(TR)가 중력에 의해 수직 하강하는 방식으로 도포되기에, 자연적으로 상기 모듈 케이스(200)의 하측까지 고르게 분포될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 열전도성 점착제(TR)를 이용하여 냉각되는 상기 배터리 모듈(10, 20)에서 상기 열전도성 점착제(TR) 주입 효율을 높임과 아울러 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 및 상기 모듈 케이스(200)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10)(20) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)(20)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10)(20)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
1: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
20: 배터리 모듈
50: 팩 케이스
100: 배터리 셀 어셈블리
200: 모듈 케이스
210: 저부
212: 볼록부
216: 오목부
300: 주입홀
400: 주입홀

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리;
    상기 배터리 셀 어셈블리를 수용하는 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스의 저부에 구비되며, 상기 모듈 케이스 내부로 열전도성 점착제를 주입시키기 위한 적어도 하나의 주입홀;을 포함하며,
    상기 주입홀은,
    복수 개로 구비되며, 상기 모듈 케이스의 저부에서 상호 소정 거리 이격되며,
    상기 모듈 케이스의 저부 내면에는,
    볼록부와 오목부와 번갈아 가며 형성되며,
    상기 복수 개의 주입홀들은,
    상기 볼록부에 구비되며,
    상기 모듈 케이스의 저부 내측에서, 상기 볼록부는 상기 오목부보다 두껍게 형성되며,
    상기 복수 개의 주입홀들은 일측에 경사진 챔퍼부가 마련되며, 상기 챔퍼부는 상기 복수 개의 주입홀들의 저부 외측에 노출되는 단부에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 볼록부와 상기 오목부는,
    라운드 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 주입홀들은,
    상기 모듈 케이스의 저부 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 이격 거리가 달라지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 주입홀들은,
    상기 모듈 케이스의 저부 가운데 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 주입홀들은,
    상기 모듈 케이스의 저부 일측 테두리 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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