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KR102722885B1 - 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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KR102722885B1
KR102722885B1 KR1020180169945A KR20180169945A KR102722885B1 KR 102722885 B1 KR102722885 B1 KR 102722885B1 KR 1020180169945 A KR1020180169945 A KR 1020180169945A KR 20180169945 A KR20180169945 A KR 20180169945A KR 102722885 B1 KR102722885 B1 KR 102722885B1
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hole forming
forming plate
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정종하
박도현
이영호
이용훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수 개의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스를 포함하고 상기 모듈 케이스의 밖에서 안으로 접착성 레진을 주액해 넣을 수 있는 배터리 모듈로서,
상기 모듈 케이스는 상기 접착성 레진을 주액할 수 있는 복수 개의 레진 주입홀들이 형성된 적어도 하나의 홀 형성판을 구비하고, 상기 복수 개의 레진 주입홀들은 상기 홀 형성판의 길이 방향에 따른 센터에서 미리 결정된 거리만큼 떨어진 좌측편과 우측편에 각각 분포하게 마련될 수 있다.

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 자동차에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 모듈 속에 접착성 레진 주액 시 레진 주액 및 주액 후 분포 상태 확인 그리고 내부 가스 제거가 용이한 배터리 모듈 및 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
이차 전지는 화석 연료를 대체하는 친환경 에너지원이라는 점에서 전기 자동차(Electric Vehicle) 또는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle)의 동력원으로 각광받고 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 ~ 4.5V에 불과하므로, 복수 개의 배터리 셀들을 직렬로 연결하여 높은 출력 전압의 배터리 모듈을 구성하고, 이들 배터리 모듈들을 다시 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 고출력 및 고용량의 배터리 팩을 구성하여 이를 전기 자동차의 차체 또는 트렁크 공간에 탑재한다.
전기자동차용 배터리 모듈/팩은 일반적으로 위와 같이 제한적인 공간에 설치되기 때문에 가능한 부피가 작으면서도 에너지 밀도는 매우 높아야 하고, 진동 및 충격이 지속되는 환경에서도 구조적 안정성이 유지될 수 있어야 한다.
이러한 전기자동차용 배터리 모듈을 구성하는데 적층이 용이하고 부피 대비 에너지 밀도가 높은 파우치 타입의 배터리 셀이 최근 많이 활용되고 있다. 이를테면, 파우치 타입의 배터리 셀들을 일 방향으로 적층하여 셀 적층체를 구성하고, 이를 모노 프레임이라 불리우는 각 관 형상으로 슬림하게 제작된 모듈 케이스 속에 수납하고 접착성 레진을 주액하여 셀 적층체를 모듈 케이스에 고정하는 방식으로 배터리 모듈을 컴팩트하게 제작하고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 모듈의 개략적인 저면도이다.
상기 배터리 모듈은, 도 1과 같이, 접착성 레진 주액을 위해 모듈 케이스(1)의 중심부에 주입홀(2)들을 구비한다. 접착성 레진은 상기 주입홀(2)들을 통해 모듈 케이스(1) 내부로 주입되어 모듈 케이스(1)의 내면과 셀 적층체의 바닥면(배터리 셀들의 측면부) 사이의 빈 공간에 채워질 수 있다. 배터리 셀들은 이러한 접착성 레진에 의해 모듈 케이스에 대한 고정성과 방열성이 좋아질 수 있다.
한편, 전기 자동차의 경우, 배터리 모듈을 탑재할 수 있는 장소는 대부분 수직 공간 자유도보다 수평 공간 자유도가 더 낫다. 이 때문에 배터리 모듈의 용량을 증가시키기 위한 방편으로 배터리 셀들의 길이는 점점 길어지고 상대적으로 그 폭은 작아지고 있다.
그런데 이 같이 폭 대비 길이가 긴 배터리 셀들로 배터리 모듈을 구성할 경우, 접착성 레진을 주액하는 공정에 어려움이 있다. 즉, 도 1과 같이 길이가 비교적 짧은 배터리 셀들은 기존과 같은 형태의 주입홀들을 이용하더라도 양쪽 가장자리 영역까지 접착성 레진이 분포할 수 있지만, 롱 셀(long cell)의 경우 접착성 레진을 양쪽 가장자리 영역 끝까지 그러하지 않다.
또한, 기존에는 접착성 레진을 주액 중 모듈 케이스 내부 상태를 알 수 없어 주액을 어느 시점에 멈추어야 할지 결정하기 어려우며, 이를 확인하려면 CT촬영을 해야하는 번거로움도 있다. 그리고 기존 모듈 케이스에는 공기를 외부로 빼낼 수 있는 통로가 따라 마련되어 있지 않아 접착성 레진에 기포가 생기기도 하는데 이는 배터리 셀들의 고정성과 방열성능을 악영향을 준다.
대한민국 공개특허 제 10-2018-0084539호 2018.07.25. 주식회사 엘지화학
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 특히 롱 셀을 채용한 배터리 모듈에서 필요한 곳까지 접착성 레진이 원활히 분포될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 접착성 레진의 분포 상태를 육안으로 쉽게 확인할 수 있고, 접착성 레진 주액 과정에서 모듈 케이스 내부의 공기가 외부로 배출될 수 있도록 하여 접착성 레진의 충진 밀도를 높임으로써 배터리 셀들의 고정성과 방열성을 높이는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수 개의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스를 포함하고 상기 모듈 케이스의 밖에서 안으로 접착성 레진을 주액해 넣을 수 있는 배터리 모듈에 있어서, 상기 모듈 케이스는 상기 접착성 레진을 주액할 수 있는 복수 개의 레진 주입홀들이 형성된 적어도 하나의 홀 형성판을 구비하고, 상기 복수 개의 레진 주입홀들은 상기 홀 형성판의 길이 방향에 따른 센터에서 미리 결정된 거리만큼 떨어진 좌측편과 우측편에 각각 분포하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
상기 복수 개의 레진 주입홀들은 상기 좌측편에 상기 홀 형성판의 폭 방향을 따라 1열로 배치되는 제1 주입홀들과, 상기 우측편에 상기 홀 형성판의 폭 방향을 따라 1열로 배치되는 제2 주입홀들을 포함하고, 상기 제1 주입홀들과 상기 제2 주입홀들은 상기 홀 형성판의 센터를 기준으로 상호 대칭적으로 마련될 수 있다.
상기 홀 형성판에서 상기 제1 주입홀들과 상기 제2 주입홀들에서 미리 결정된 거리만큼 이격된 위치에 형성되는 복수 개의 레진 체킹홀들을 더 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 레진 체킹홀들은, 상기 제1 주입홀들과 상기 제2 주입홀들 사이에 마련되는 제1 체킹홀들; 상기 홀 형성판의 좌측 가장자리 영역에 마련되는 제2 체킹홀들; 및 상기 홀 형성판의 우측 가장자리 영역에 마련되는 제3 체킹홀들을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 레진 주입홀들은 상기 홀 형성판의 외면에서 내면으로 갈수록 직경이 좁게 형성되고, 상기 복수 개의 레진 체킹홀들은 상기 홀 형성판의 내면에서 외면으로 갈수록 직경이 좁게 형성될 수 있다.
상기 셀 적층체를 지지하며 상기 모듈 케이스 속에 상기 셀 적층체와 함께 슬라이딩 삽입되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 복수 개의 버스바들을 구비하는 버스바 프레임 조립체를 더 포함할 수 있다.
상기 셀 적층체는 상기 버스바 프레임 조립체에 의해 상면부, 전면부, 후면부가 커버되고, 하면부는 상기 접착성 레진으로 커버될 수 있다.
상기 배터리 셀들은, 전극 리드가 상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드를 갖는 파우치형 이차전지이며, 상기 한 쌍의 전극 리드는, 상기 셀 적층체의 높이 방향 중심부로부터 아래쪽으로 편향된 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상기 배터리 팩을 동력원으로 하는 자동차가 제공될 수 있다. 상기 자동차는 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드(HEV) 자동차를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 롱 셀을 채용한 배터리 모듈에서 필요한 곳까지 접착성 레진이 원활히 충진될 수 있어 배터리 셀들의 고정 및 냉각 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 모듈을 구성하는 부품들이 공간 효율적으로 조립됨으로써 배터리 모듈이 기존보다 더 컴팩트해질 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 아니 된다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 모듈의 개략적인 저면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 저면이 상부를 향하도록 하고 바라본 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 적층체와 버스바 프레임 조립체의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 적층체와 버스바 프레임 조립체의 조립 공정도이다.
도 6은 도 5에 따른 조립 공정후 셀 적층체를 전면부를 도시한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 적층체와 모듈 케이스의 조립 공정도들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 접착성 레진 주액 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 배터리 모듈에서 모듈 케이스를 생략한 도면으로서 접착성 레진의 분포를 나타내기 위한 도면이다.
도 11은 도 9의 레진 주입홀과 레진 체킹홀의 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차를 설명하기 위한 참고도이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도, 도 3은 도 2의 배터리 모듈의 저면이 상부를 향하도록 하고 바라본 배터리 모듈의 사시도, 도 4는본 발명의 일 실시예에 따른 셀 적층체와 버스바 프레임 조립체의 분해 사시도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 적층체(100), 버스바 프레임 조립체(200), 전압 센싱부재(300), 그리고 이들을 도 2와 같이 내부에 수용하는 모듈 케이스(400)를 포함한다.
자세히 후술하겠지만, 본 실시예의 경우 도 3과 같이, 모듈 케이스(400)의 밖에서 안으로 접착성 레진(L)을 주액해 넣을 수 있는 복수 개의 레진 주입홀들이 모듈 케이스(400)의 저면에 센터를 기준으로 좌우 2열로 구비되어 있기 때문에 이들을 통해 배터리 셀(110)들의 바닥면 가장자리 영역까지 접착성 레진(L)을 용이하게 충진시킬 수 있다.
상기 접착성 레진(L)으로는 접착성과 열전도성이 우수한 소재가 사용된다. 배터리 셀(110)들은 접착성 레진(L)을 매개로 모듈 케이스(400) 속에 고정되며 충방전 시 모듈 케이스 외부로 열이 방열될 수 있다. 예컨대, 배터리 모듈(10)은 모듈 케이스(400) 저면이 히트싱크(미도시) 상면에 놓여 냉각될 수 있다.
이러한 배터리 모듈(10)을 형성하는 각 구성들 중 우선 셀 적층체(100)에 대해 살펴보면, 셀 적층체(100)는 복수 개의 배터리 셀(110)들을 적층하여 형성한 배터리 셀(110)들의 집합체일 수 있다. 여기서 배터리 셀(110)은 파우치형 이차전지일 수 있다.
파우치형 이차전지는 전극 조립체, 전해액 및 파우치 외장재로 구성될 수 있다. 파우치 외장재는, 2개의 파우치로 구성될 수 있으며, 그 중 적어도 하나에는 오목한 내부 공간이 형성될 수 있다. 전극 조립체와 전해액은 상기 파우치 외장재의 내부 공간에 수납될 수 있다. 2개의 파우치 외주면에는 실링부가 구비되어 실링부가 서로 융착됨으로써, 전극 조립체가 수용된 내부 공간이 밀폐될 수 있다.
상기 전극 조립체에 전극 리드(111)가 부착될 수 있고 이러한 전극 리드(111)는 파우치 외장재의 실링부 사이에 개재되어 파우치 외장재의 외부로 노출됨으로써 이차전지의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 셀(110)에서 배터리 셀(110)의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드(111)를 갖는 파우치형 이차전지이며, 특히 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치한다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)는 배터리 셀(110)의 폭 방향(Z축 방향) 중심부로부터 일 측으로 편향되어 위치하되, 셀 적층체(100)의 높이 방향(Z축 방향)을 따라 하부로 편향되어 위치한다.
이처럼, 상기 한 쌍의 전극 리드(111)가 배터리 셀(110)의 폭 방향 중심부로부터 일 측으로 편향된 배터리 셀들을 사용해 셀 적층체를 형성함으로써, 배터리 모듈 내의 조립 공간 활용도가 좋아질 수 있다. 이를테면, 전극 리드(111)들의 상부 영역(도 6 참조)에 커넥터 부재(310), 외부 단자(243,245) 및 기타 부품들을 여유있게 설치할 수 있다.
한편, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(110)은 기존의 배터리 셀(110)들의 폭에 비해 길이가 상대적으로 더 길게 형성된 롱셀(Long cell)로서 그 폭과 길이의 비가 대략 1:4~1:5일 수 있다. 이와 같은 롱셀 타입의 배터리 셀(110)을 채용한 것은, 배터리 모듈(10)의 높이를 낮게 유지하면서 배터리의 용량을 증가시켜 고용량의 배터리 모듈(10)을 자동차의 시트 하부나 트렁크 하부 등의 위치에 용이하게 설치하기 위함이다. 다만, 이러한 사항에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
버스바 프레임 조립체(200)는 셀 적층체(100)를 지지하기 위한 수단으로서 프런트 프레임(210), 리어 프레임(220), 탑 프레임(230)을 포함한다. 상기 프런트 프레임(210), 리어 프레임(220) 및 탑 프레임(230)은 각각 셀 적층체(100)의 전면부, 후면부, 상면부에 대응하는 사이즈로 해당 부위를 커버한다.
도 5와 도 6을 참조하여 셀 적층체(100)와 버스바 프레임 조립체(200)의 조립 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 셀 적층체(100) 위에 버스바 프레임 조립체(200)를 덮어씌우거나, 반대로 버스바 프레임 조립체(200)를 아래에 놓고 그 위에 셀 적층체(100)를 안착시켜 놓은 다음, 프런트 프레임(210)과 리어 프레임(220)을 회전시켜 각 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111)들을 프런트 프레임(210)과 리어 프레임(220)에 형성되어 있는 슬릿들을 통과시켜 빼내고 상기 프런트 프레임(210)과 리어 프레임(220)을 셀 적층체(100)의 전면부와 후면부에 각각 수직 배치시킨다.
그 다음, 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111)들을 접어 대응하는 버스바(240)들의 표면에 맞대고 용접하여 배터리 셀(110)들을 모두 직렬 및/또는 병렬 연결시키고 나면 셀 적층체(100)와 버스바 프레임 조립체(200)의 조립이 마무리된다.
프런트 프레임(210) 및 리어 프레임(220)은, 하단부에 받침판(250)을 더 구비할 수 있다. 상기 받침판(250)은 셀 적층체(100)의 하면 아래에 배치되어 셀 적층체(100)의 하면부 양쪽 단부 영역을 떠받히는 역할을 한다. 이 같은 받침판(250)은 셀 적층체(100)의 처짐을 방지하고 모듈 케이스(400)와의 조립을 용이하게 하는데 기여할 수 있다.
전압 센싱부재(300)는 도 4와 같이, 양쪽 끝단부에 센싱단자(321)들을 구비한 FPCB(320)(Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있다. FPCB(320)는 절연성, 내열성, 유연성이 뛰어나 배터리 모듈(10)의 배선 구조를 간소화시키는데 기여할 수 있다.
상기 FPCB(320)는 탑 프레임(230)의 하면에 부착되고 셀 적층체(100)의 길이 방향을 따라 셀 적층체(100)의 상면에 배치될 수 있다. 센싱단자(321a,321b)들은 각각 프런트 프레임(210)과 리어 프레임(220)의 버스바(240)들에 부착되고 해당 위치에서의 전압을 감지한다. 센싱단자(321a,321b)들이 수집한 전압 신호는 FPCB(320)에 일체형으로 결합된 커넥터 부재(310)를 통해 BMS에 전송될 수 있다.
또한, FPCB(320)에는 온도 센서(322a,322b)가 더 구비될 수 있다. 일반적으로 배터리 셀(110)은 전극 리드(111)들 주변의 온도가 가장 높으므로 온도 센서(322a,322b)는 셀 적층체(100)의 양쪽 가장자리에 위치할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 온도 센서(322a,322b)에서 감지된 온도 데이터는 전압 데이터와 마찬가지로 상기 FPCB(320)와 커넥터 부재(310)를 통해 BMS에 전송될 수 있다.
모듈 케이스(400)는, 도 7과 같이, 상기 셀 적층체(100)의 부피에 대응하는 내부 공간을 갖는 사각 관 형상으로 구현될 수 있다. 상기 모듈 케이스(400)는 셀 적층체(100)를 외부 충격 등으로부터 보호하고 셀 적층체(100)의 열을 외부로 방열시킬 수 있도록 기계적 강성과 열전도성이 좋은 금속 재질 등으로 제작될 수 있다.
이러한 모듈 케이스(400) 속에 셀 적층체(100) 등을 도 8과 같이 슬라이드 내지 끼움 방식으로 일체로 삽입하고 모듈 케이스(400)의 개방부 양쪽을 절연 커버 및 모듈 커버(510,520)로 차폐시켜 버스바(240) 등의 외부 노출을 막는다. 그리고 모듈 케이스(400) 속에 접착성 레진(L)을 주액하여 셀 적층체(100)가 모듈 케이스(400) 속에서 유동하지 않도록 한다. 이때 접착성 레진(L)으로 열 전도성이 우수한 소재를 사용하여 충방전 시 발생하는 배터리 셀(110)들의 열이 모듈 케이스(400)를 통해 외부로 빠르게 방열될 수 있도록 한다.
이하에서는 도 3과 도 9 내지 도 11을 참조하여 접착성 레진(L)을 주액하기 위한 배터리 모듈(10)의 구조 및 주액 방법을 자세히 살펴보기로 한다.
도 3 및 도 9에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(10)은 모듈 케이스(400)의 저면에 복수 개의 레진 주입홀(411,412)들을 구비한다. 여기서 접착성 레진(L)이 주액되는 모듈 케이스(400)의 저면에 해당하는 곳을 모듈 케이스(400)의 홀 형성판(410)이라 정의한다.
상기 모듈 케이스(400)의 저면 즉, 홀 형성판(410)은 셀 적층체(100)의 높이 방향에 따른 바닥면(110a)과 대면한다. 참고로 본 실시예에서 모듈 케이스(400)의 저면이 홀 형성판(410)이나, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 즉 모듈 케이스(400)의 측면이나 상면도 홀 형성판(410)으로 활용될 수 있다.
상기 복수 개의 레진 주입홀(411,412)들은 모듈 케이스(400)의 홀 형성판(410)의 길이 방향(Y축 방향)에 따른 센터에서 미리 결정된 거리만큼 떨어진 좌측편과 우측편에 각각 분포한다. 여기서 상기 미리 결정된 거리는 상기 홀 형성판(410)의 센터에서 일측 끝단까지 거리의 1/2~1/3 사이 범위 내를 의미할 수 있다.
본 실시예의 복수 개의 레진 주입홀들은 상기 좌측편에 홀 형성판(410)의 폭 방향을 따라 1열로 배치되는 제1 주입홀(411)들과, 상기 우측편에 홀 형성판(410)의 폭 방향을 따라 1열로 배치되는 제2 주입홀(412)들을 포함한다.
즉, 상기 복수 개의 레진 주입홀들은 홀 형성판(410)의 센터에서 소정 거리만큼 떨어져 2열로 구비될 수 있다. 그리고 이들 제1 주입홀(411)들과 제2 주입홀(412)들은 홀 형성판(410)의 센터를 기준으로 상호 대칭적으로 마련될 수 있다. 본 실시예는 각 열당 7개씩의 레진 주입홀(411,412)들이 마련되어 있으나, 그 개수는 모듈 케이스(400)의 폭의 크기에 따라 다르게 결정될 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 특히 본 실시예와 같이 롱셀의 경우, 제1 주입홀(411)들과 제2 주입홀(412)들에 접착성 레진(L)을 주액해 넣어, 도 9의 화살표와 같이 접착성 레진(L)의 흐름을 유도할 수 있다. 이때 접착성 레진(L)은 모듈 케이스(400) 내부에서 제1 주입홀(411)들과 제2 주입홀(412)들을 중심으로 방사상으로 퍼져 나가 셀 적층체(100)의 바닥면(110a)과 홀 형성판(410) 안쪽 공간에 도 10과 같이 충진될 수 있다.
예컨대, 종래기술에 따른 배터리 모듈(10)(도 1 참조)은, 주입홀(2)들이 센터에 1열로 구비되어 있어 접착성 레진(L)이 가장자리까지 골고루 퍼져 나가기 어렵다. 특히 배터리 셀(110)이 롱셀인 경우 더욱 그러하다.
반면, 본 실시예는 접착성 레진(L)을 주액할 수 있는 레진 주입홀(411,412)들이 홀 형성판(410)의 센터에서 좌측편과 우측편 2열로 마련되어 있어, 제1 주입홀(411)들을 통해 주입된 접착성 레진(L)은 홀 형성판(410)의 센터를 기준으로 좌측 영역에 골고루 퍼져 나갈 수 있고 제2 주입홀(412)들을 통해 주액한 접착성 레진(L)은 홀 형성판(410)의 센터를 기준으로 우측 영역에 골고루 퍼져 나갈 수 있다. 따라서 본 실시예의 의하면, 셀 적층체(100)의 바닥면(110a)과 모듈 케이스(400) 사이를 빈틈 없이 접착성 레진으로 채워 넣을 수 있어 배터리 셀들의 고정성과 방열성이 좋아질 수 있다.
모듈 케이스(400)의 홀 형성판(410)에는 레진 주입홀들 이외에 제1 주입홀(411)들 및 제2 주입홀(412)들 중 적어도 하나로부터 소정 거리 이격된 위치에 레진 체킹홀들이 더 구비될 수 있다. 작업자는 상기 레진 체킹홀들을 통해 필요한 곳까지 접착성 레진(L)이 제대로 분포되었는지 육안으로 쉽게 확인할 수 있다.
본 실시예의 레진 체킹홀들은 제1 주입홀(411)들과 제2 주입홀(412)들 사이에 마련되는 제1 체킹홀(421)들과, 상기 홀 형성판(410)의 좌측 가장자리 영역에 마련되는 제2 체킹홀(422)들과, 상기 홀 형성판(410)의 우측 가장자리 영역에 마련되는 제3 체킹홀(423)들을 포함한다.
제1 주입홀(411)들과 제2 주입홀(412)들에 주입된 접착성 레진(L)이 상기 제1 체킹홀(421)들 내지 제3 체킹홀(423)들까지 퍼져 나간 것이 모두 확인이 되면 필요한 곳까지 접착성 레진(L)이 분포된 것으로 볼 수 있다. 이로써 종래 접착성 레진(L)을 주액 후 그 분포 상태 확인을 위해 행하던 CT촬영의 수고로움을 덜 수 있다.
또한, 상기 제1 체킹홀(421)들 내지 제3 체킹홀(423)들은 접착성 레진(L)의 주액양을 결정하는 척도가 될 수 있다. 즉, 제1 체킹홀(421)들 내지 제3 체킹홀(423)들에서 접착성 레진(L)이 확인된 때, 접착성 레진(L)의 주입을 중단하면 되므로 접착성 레진(L)의 양을 적정하게 주입하는데 도움이 된다.
한편, 접착성 레진(L)의 분포 상태만을 확인하기 위해서는 홀 형성판(410) 전체를 반투명하게 하거나 몇몇 영역만 반투명하게 제작하는 것이 대안이 될 수 있다. 그러나 본 실시예와 같이 홀 형성판(410)을 뚫어 레진 체킹홀(421~423)들 추가로 형성한 것은 접착성 레진(L)의 분포 상태 확인과 공기 배출이라는 2가지 목적에서 비롯된 것이다.
즉, 본 실시예의 레진 체킹홀(421,422,423)들은 접착성 레진(L)을 주입하는 과정에서 셀 적층체(100)의 바닥면(110a)과 모듈 케이스(400) 사이에 있던 공기가 외부로 배출될 수 있게 하는 통로 역할을 겸한다.
제1 주입홀(411)들에 주입한 접착성 레진(L)이 모듈 케이스(400) 내부에서 방사상으로 퍼질 때, 그 주변 공기는 좌우로 이동하여 제1 체킹홀(421)들과 제2 체킹홀(422)들을 통해 모듈 케이스(400) 외부로 배출될 수 있다. 제2 주입홀(412)들에 접착성 레진(L)을 주입할 때도 마찬가지로 그 주변 공기가 제1 체킹홀(421)들과 제3 체킹홀(423)들을 통해 모듈 케이스(400) 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이, 접착성 레진(L) 주입시 모듈 케이스(400)의 내부 공기가 외부로 배출됨으로써 셀 적층체(100)의 바닥면과 모듈 케이스(400) 사이에 접착성 레진(L)이 고밀도로 충진되고 기포가 생기지 않아 접착성 레진(L)의 접착력과 열 전도력이 온전히 발휘될 수 있다.
이어서 상기 레진 주입홀(411,412)들 및 레진 체킹홀(421~423)들의 형상적 특징을 설명한다.
제1 주입홀(411) 또는 제2 주입홀(412)로 주입한 접착성 레진(L)이 제1 체킹홀(421) 내지 제3 체킹홀(423)을 통해 다시 모듈 케이스(400) 외부로 토출될 가능성이 없지 않다. 이를 막으려면 제1 체킹홀(421)들 내지 제3 체킹홀(423)들을 되도록 작게 형성하는 것이 좋으나 이는 공기 흐름도 같이 나쁘게 할 수 있어 바람직하지 않을 수 있다.
이에, 도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시예는 레진 체킹홀들을 (두께 방향) 홀 형성판(410)의 내면에서 외면으로 갈수록 그 직경이 좁아지게 형성하였다.
이 경우 밀도가 낮은 공기는 레진 체킹홀(421~423)들 주위에서 잘 수렴하여 외부로 빠져나갈 수 있지만, 밀도와 점도가 상대적으로 매우 높은 접착성 레진(L)은 외부로 갈수록 폭이 좁게 형성된 레진 체킹홀(421~423)들을 쉽게 빠져나가기 어렵다. 특히, 접착성 레진(L)의 흐름 방향이 홀 형성 방향에 교차해 있어 더욱 그러하다.
반면, 레진 주입홀(411~412)들은 상기 레진 체킹홀(421~423)들과 반대 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 레진 주입홀(411~412)들은 홀 형성판(410)의 외면에서 내면으로 갈수록 직경이 좁게 형성된다.
이는 접착성 레진(L)을 주입하기 위한 주입 노즐(미도시)과 레진 주입홀(411~412)의 접촉 면적을 증가시켜 주입 노즐 장착 시 밀폐력을 좋게 하기 위함이다. 또한, 접착성 레진(L)을 주액할 때, 유입되는 부분의 폭이 좁아짐에 따라 압력이 강해져 접착성 레진(L)이 레진 주입홀들을 중심으로 보다 빠르고 멀리 퍼저 나갈 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차를 설명하기 위한 참고도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20)은 상술한 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함한다. 상기 배터리 팩(20)에는 배터리 모듈(10) 이외에, 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스(미도시), 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치(미도시), 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
이러한 배터리 팩(20)은 자동차의 에너지원으로서, 도 12와 같이 차체 하부 공간에 설치되거나 트렁크 공간에 설치될 수 있다. 상기 자동차는 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등을 포함한다.
물론, 상기 배터리 팩은 상기 자동차 이외에도 전력 저장 장치(Energy Storage System)를 비롯한 이차 전지를 이용하는 기구 및 설비 등에 적용될 수도 있다.
이상과 같이, 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 셀 적층체 110: 배터리 셀
111: 전극 리드 200: 버스바 프레임 조립체
210: 프런트 프레임 220: 리어 프레임
230: 탑 프레임 240: 버스바
250: 받침판 300: 전압 센싱부재
310: 커넥터 부재 320: FPCB
321: 센싱단자 400: 모듈 케이스
410: 홀 형성판 411: 제1 주입홀
412: 제2 주입홀 421: 제1 체킹홀
422: 제2 체킹홀 423: 제3 체킹홀
510,520: 모듈 커버

Claims (10)

  1. 복수 개의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 케이스를 포함하고 상기 모듈 케이스의 밖에서 안으로 접착성 레진을 주액해 넣을 수 있는 배터리 모듈에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 상기 접착성 레진을 주액할 수 있는 복수 개의 레진 주입홀들과 상기 접착성 레진의 분포 상태를 육안으로 확인할 수 있는 복수 개의 레진 체킹홀들이 형성된 적어도 하나의 홀 형성판을 구비하고,
    상기 복수 개의 레진 주입홀들은, 상기 홀 형성판의 길이 방향에 따른 센터에서 미리 결정된 거리만큼 떨어진 좌측편과 우측편에 각각 분포하고 상기 홀 형성판의 외면에서 내면으로 갈수록 직경이 좁게 형성되고,
    상기 복수 개의 레진 체킹홀들은, 상기 복수 개의 레진 주입홀들과 소정 거리 이격된 위치에 분포하고 상기 홀 형성판의 내면에서 외면으로 갈수록 직경이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 레진 주입홀들은 상기 좌측편에 상기 홀 형성판의 폭 방향을 따라 1열로 배치되는 제1 주입홀들과, 상기 우측편에 상기 홀 형성판의 폭 방향을 따라 1열로 배치되는 제2 주입홀들을 포함하고,
    상기 제1 주입홀들과 상기 제2 주입홀들은 상기 홀 형성판의 센터를 기준으로 상호 대칭적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 레진 체킹홀들은,
    상기 홀 형성판에서 상기 제1 주입홀들과 상기 제2 주입홀들에서 미리 결정된 거리만큼 이격된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 레진 체킹홀들은,
    상기 제1 주입홀들과 상기 제2 주입홀들 사이에 마련되는 제1 체킹홀들;
    상기 홀 형성판의 좌측 가장자리 영역에 마련되는 제2 체킹홀들; 및
    상기 홀 형성판의 우측 가장자리 영역에 마련되는 제3 체킹홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체를 지지하며 상기 모듈 케이스 속에 상기 셀 적층체와 함께 슬라이딩 삽입되고, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 복수 개의 버스바들을 구비하는 버스바 프레임 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 셀 적층체는 상기 버스바 프레임 조립체에 의해 상면부, 전면부, 후면부가 커버되고, 하면부는 상기 접착성 레진으로 커버되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀들은, 전극 리드가 상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드를 갖는 파우치형 이차전지이며,
    상기 한 쌍의 전극 리드는,
    상기 셀 적층체의 높이 방향 중심부로부터 아래쪽으로 편향된 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
KR1020180169945A 2018-12-26 2018-12-26 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 KR102722885B1 (ko)

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