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KR20210011640A - 배터리 모듈 - Google Patents

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Publication number
KR20210011640A
KR20210011640A KR1020190088780A KR20190088780A KR20210011640A KR 20210011640 A KR20210011640 A KR 20210011640A KR 1020190088780 A KR1020190088780 A KR 1020190088780A KR 20190088780 A KR20190088780 A KR 20190088780A KR 20210011640 A KR20210011640 A KR 20210011640A
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KR
South Korea
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heat conduction
secondary battery
edge
battery module
thermal conductivity
Prior art date
Application number
KR1020190088780A
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English (en)
Inventor
전해룡
김석민
마명환
이서로
주승훈
최양규
황동하
Original Assignee
에스케이이노베이션 주식회사
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Publication date
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Priority to US16/936,795 priority patent/US11552349B2/en
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Priority to US18/081,854 priority patent/US11799148B2/en

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 이차전지셀 및 상기 이차전지셀에 인접하여 구비되는 냉각판부재와, 상기 이차전지셀과 상기 냉각판부재 사이에 구비되어, 상기 이차전지셀에서 상기 냉각판부재로 열을 전달하는 열경로를 형성하는 열전도부재를 포함하되, 복수의 상기 이차전지셀이 내부에 수용되는 하우징부재를 포함하며, 상기 열전도부재는, 복수의 이차전지셀 중에서 과냉각되는 이차전지셀과 맞닿는 부분이 다른 부분보다 열전도도가 낮게 구비될 수 있다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기자동차 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차전지는 화학에너지와 전기에너지 간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이다. 이차전지의 셀바디부재는 이차전지의 주요 구성물인 양극, 음극, 분리막 및 전해액 등의 전극조립체를 보호하는 다층 외장재(Laminated Film Case)를 가리킨다.
그런데 이러한 전극조립체는 충전 및 방전의 과정을 거치면서 발열이 발생하게 되는데, 이러한 발열에 의한 온도 상승은 이차전지의 성능을 저하시키게 된다.
이에 따라 상기 전극조립체가 수용되는 상기 셀바디부재에는 냉각을 수행하는 냉각판부재, 히트싱크 등이 연계되게 구성된다.
그런데 종전의 상기 셀바디부재와 상기 냉각판부재를 매개할 수 있는 열전도부재의 형태가 냉각 성능을 최적으로 형성하지 못하는 문제가 있었다.
또한, 이에 따라 고가의 열전도부재의 낭비에 의한 생산 비용이 증가하는 문제도 발생하게 되었다.
특히, 상기 이차전지는 복수 개가 하우징부재에 설치되어 배터리 모듈을 형성하는데, 이러한 이차전지 중에서 상기 하우징부재의 측벽부재에 인접한 이차전지의 경우에는 측벽부재가 공기 중에 노출되어 발생하는 자연 냉각에 의한 영향을 받아 다른 이차전지들에 비하여 과냉각이 되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 전술한 문제를 해결하기 위한 배터리 모듈에 대한 연구가 필요하게 되었다.
KR 10-2018-0085456 A
본 발명은 복수의 이차전지셀 사이의 균일 냉각을 유도할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 발명은 열전도부재의 낭비 없이도 냉각 성능을 최적으로 형성할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 이차전지셀 및 상기 복수의 이차전지셀에 인접하여 구비되는 냉각판부재와, 상기 이차전지셀과 상기 냉각판부재 사이에 구비되어, 상기 이차전지셀에서 상기 냉각판부재로 열을 전달하는 열경로를 형성하는 열전도부재를 포함하되, 복수의 상기 이차전지셀이 내부에 수용되는 하우징부재를 포함하며, 상기 열전도부재는, 복수의 이차전지셀 중에서 과냉각되는 이차전지셀과 맞닿는 부분이 다른 부분보다 열전도도가 낮게 구비될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재는, 복수의 이차전지셀 중에서 과냉각되는 이차전지셀과 맞닿는 부분이 다른 부분보다 적어도 0.5배 작은 열전도도의 소재로 형성된 것을 특징으로 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재는, 복수의 이차전지셀 중에서 과냉각되는 이차전지셀과 맞닿는 부분이 다른 부분과 같은 소재로 형성되되, 내부에 기공(gas pocket)이 형성되는 것을 특징으로 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 이차전지셀 및 상기 복수의 이차전지셀에 인접하여 구비되는 냉각판부재와, 상기 이차전지셀과 상기 냉각판부재 사이에 구비되어, 상기 이차전지셀에서 상기 냉각판부재로 열을 전달하는 열경로를 형성하는 열전도부재를 포함하되, 복수의 상기 이차전지셀이 내부에 수용되는 하우징부재를 포함하며, 상기 열전도부재는, 상기 하우징부재의 바닥중앙부에 편중되어 구비되는 중앙열전도부 및 상기 하우징부재의 바닥에지부에 편중되어 구비되되, 상기 중앙열전도부보다 열전도도가 낮게 구비되는 에지열전도부를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부는, 상기 중앙열전도부보다 열전도도가 작은 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부는, 수지소재로 제공되거나, 금속소재가 섞인 수지소재로 제공되되, 금속소재가 섞인 수지소재로 제공되는 상기 중앙열전도부에 섞인 금속소재의 비율보다 작은 비율로 수지소재에 금속소재가 섞여서 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 수지소재는 폴리우레탄 수지이며, 상기 금속소재는 산화알루미늄 또는 수산화알루미늄인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 하우징부재는, 상기 냉각판부재의 모서리에 구비되는 측벽부재 및 상기 측벽부재와 상기 측벽부재에 인접한 최외곽의 이차전지셀 사이에 구비되는 압축부재를 포함하며, 상기 에지열전도부는, 상기 압축부재를 상기 냉각판부재까지 연장하여 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 하우징부재는, 상기 냉각판부재의 모서리에 구비되는 측벽부재를 포함하며, 상기 에지열전도부는, 상기 측벽부재에 인접한 최외곽의 이차전지셀 및 최외곽의 이차전지셀에 이웃한 차순위 이차전지셀의 바닥면까지 접하게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부는, 상기 중앙열전도부보다 적어도 0.5배 작은 열전도도의 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부는, 상기 중앙열전도부보다 작은 열전도도의 접착성 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부는, 상기 중앙열전도부와 동일한 소재로 형성되되, 내부에 기공(gas pocket)이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 중앙열전도부는, 상기 바닥에지부에서 바닥중앙부로 갈수록 두께가 두꺼워지는 볼록한 형태로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부는, 상기 바닥에지부에서 바닥중앙부로 갈수록 두께가 얇아지는 오목한 형태로 형성되어, 상기 중앙열전도부에 정합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 중앙열전도부는, 열도도도가 2W/mK이상 3W/mK 이하인 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부는, 열도도도가 0W/mK이상 2W/mK 미만인 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 배터리 모듈은 복수의 이차전지셀 사이의 균일 냉각을 유도할 수 있는 이점이 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 배터리 모듈은 열전도부재의 낭비 없이도 냉각 성능을 최적으로 형성할 수 있는 이점이 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 배터리 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 배터리 모듈을 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 배터리 모듈에서 압축부재가 연장되어 에지열전도부까지 형성된 실시예를 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 배터리 모듈에서 중앙열전도부와 동일 소재이면서 기공이 형성된 에지열전도부의 실시예를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 배터리 모듈에서 중앙열전도부와 에지열전도부가 중첩되어 형성되되 바닥중앙부에서 바닥에지부로 갈수록 점진적으로 에지열전도부가 차지하는 비율이 커지는 형태의 실시예를 도시한 정면도이다.
도 6은 이차전지셀의 장착위치에 따른 온도를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호 또는 유사한 방식으로 부여된 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 복수의 이차전지셀(10) 사이의 균일 냉각을 유도할 수 있으며, 다른 측면에서는, 열전도부재(22)의 낭비 없이도 냉각 성능을 최적으로 형성할 수 있게 된다.
구체적으로 도면을 참조하여 설명하면, 도 1은 본 발명의 배터리 모듈을 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명의 배터리 모듈을 도시한 정면도이고, 도 6은 이차전지셀(10)의 장착위치에 따른 온도를 나타낸 그래프로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 이차전지셀(10) 및 상기 복수의 이차전지셀(10)에 인접하여 구비되는 냉각판부재(21)와, 상기 이차전지셀(10)과 상기 냉각판부재(21) 사이에 구비되어, 상기 이차전지셀(10)에서 상기 냉각판부재(21)로 열을 전달하는 열경로를 형성하는 열전도부재(22)를 포함하되, 복수의 상기 이차전지셀(10)이 내부에 수용되는 하우징부재(20)를 포함하며, 상기 열전도부재(22)는, 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분이 다른 부분보다 열전도도가 낮게 구비될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 배터리 모듈은 상기 이차전지셀(10)에서 상기 냉각판부재(21)로 열을 전달하는 열전도부재(22) 중에서 과냉각되는 열전도부재(22)와 접하는 부분의 열전도도를 다른 부분에 비하여 낮게 구비함에 의해서, 과냉각된 상기 이차전지셀(10)을 상대적으로 낮은 효율로 냉각하게 된다. 결과적으로 과냉각된 상기 이차전지셀(10)은 다른 이차전지셀(10)과 균등하게 냉각되게 된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재(22)는, 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분이 다른 부분보다 적어도 0.5배 작은 열전도도의 소재로 형성된 것을 특징으로 수 있다.
즉, 상기 열전도부재(22)가 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분과 그 이외의 다른 부분의 열전도도를 다르게 형성하기 위해서 소재를 조정하여 구비할 수 있는 것이다.
구체적으로, 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분을 다른 부분보다 적어도 0.5배 작은 열전도도의 소재로 한정하였다.
즉, 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분을 형성하는 소재는 그 이외의 다른 부분을 형성하는 소재보다 적어도 절반이 작은 값의 열전도도를 갖는 소재로 형성하게 한정할 수 있는 것이다.
일례로, 열전도도가 2W/mK인 소재로 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분 이외의 다른 부분을 형성하면 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분은 열전도도가 1W/mK인 소재로 형성될 수 있는 것이다.
다른 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재(22)는, 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분이 다른 부분과 같은 소재로 형성되되, 내부에 기공(gas pocket)이 형성되는 것을 특징으로 수 있다.
다시 말해, 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분을 그 이외의 다른 부분에 비하여 열전도도가 낮게 구비하기 위해서, 소재를 조정한 것이 아니라 기공(G) 구조를 부가한 것이다.
여기서 상기 기공(G)에는 공기 등의 기체가 제공되며, 이러한 기체는 고체, 액체 등의 열전도부재(22)를 형성하는 열전도성 소재에 비하여 열전도도가 작기 때문에, 결과적으로 상기 기공(G) 구조를 포함하는 부분의 열전도도가 상대적으로 작게 형성될 수 있는 것이다.
여기서, 열전도도를 조정하기 위해서 상기 기공(G) 구조의 크기 및 개수를 조정할 수도 있다. 즉, 상기 기공(G)이 형성하는 상대적 비율을 크게 하여 열전도도를 낮추거나, 상대적 비율을 작게하여 열전도도를 높이게 조정할 수 있는 것이다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 이차전지셀(10) 및 상기 복수의 이차전지셀(10)에 인접하여 구비되는 냉각판부재(21)와, 상기 이차전지셀(10)과 상기 냉각판부재(21) 사이에 구비되어, 상기 이차전지셀(10)에서 상기 냉각판부재(21)로 열을 전달하는 열경로를 형성하는 열전도부재(22)를 포함하되, 복수의 상기 이차전지셀(10)이 내부에 수용되는 하우징부재(20)를 포함하며, 상기 열전도부재(22)는, 상기 하우징부재(20)의 바닥중앙부에 편중되어 구비되는 중앙열전도부(22a) 및 상기 하우징부재(20)의 바닥에지부에 편중되어 구비되되, 상기 중앙열전도부(22a)보다 열전도도가 낮게 구비되는 에지열전도부(22b)를 포함할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 배터리 모듈은 상기 이차전지셀(10)에서 상기 냉각판부재(21)로 열을 전달하는 열전도부재(22) 중에서 과냉각되는 열전도부재(22)와 접하는 부분으로 예상되는 에지열전도부(22b)의 열전도도를 다른 부분인 중앙열전도부(22a)에 비하여 낮게 구비함에 의해서, 과냉각된 상기 이차전지셀(10)을 상대적으로 낮은 효율로 냉각되는 효과를 예상할 수 있게 된다. 결과적으로 과냉각된 상기 이차전지셀(10)은 다른 이차전지셀(10)과 균등하게 냉각되게 된다.
여기서, 상기 하우징부재(20)의 바닥부 중앙 부분인 바닥중앙부와 접하는 이차전지셀(10)보다 상기 하우징부재(20)의 바닥부 모서리 부분인 바닥에지부와 접하는 이차전지셀(10)의 과냉각이 예상되는 이유는, 상기 바닥에지부에 접하는 이차전지셀(10)이 상대적으로 상기 하우징부재(20)의 측벽부재(23)와 인접하게 구비됨에 의해서 외기(外氣)에 의한 공냉의 효과를 더 받기 때문이다. 이는 도 6에 제시된 그래프를 참조하면 더 쉽게 확인할 수 있다.
상기 이차전지셀(10)은 화학에너지와 전기에너지 간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지로서, 양극, 음극, 분리막 및 전해액 등의 전극조립체와 이를 보호하는 셀바디부재로 구성될 수 있다. 여기서의 셀바디부재는 파우치형일 수도 있고, 캔형일 수도 있다.
즉, 상기 셀바디부재는 내부에 전극조립체가 구비되어 상기 전극조립체를 보호하는 역할을 하게 된다. 즉, 상기 셀바디부재는 양극, 음극, 분리막 및 전해액 등으로 구성된 전극조립체를 수용하는 내부 공간을 제공하고, 상기 전극조립체를 수용한 후에 실링하는 구조로 제시될 수 있는 것이다.
일례로, 상기 셀바디부재는 파우치형 부재 또는 캔형 부재로 구비될 수 있다. 여기서, 파우치형 부재는 상기 전극조립체를 3면에서 실링하여 수용하는 형태로서, 주로 하면부인 일면부를 제외한 상면부 및 양측면부의 3면을 내부에 상기 전극조립체가 수용된 상태에서 포개어 접합하여 실링하게 구성되는 부재이다. 그리고, 상기 캔형 부재는 상기 전극조립체를 1면에서 실링하여 수용하는 형태로서, 주로 하면부 및 양측면부인 세개 면을 제외한 상면부의 1면을 내부에 상기 전극조립체가 수용된 상태에서 포개어 접합하여 실링하게 구성되는 부재이다.
그리고, 상기 전극조립체는 실질적으로 전해액을 포함하여 함께 상기 셀바디부재에 수납되어 사용된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate) 등과 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4 등과 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 하우징부재(20)는, 복수의 상기 이차전지셀(10)이 수용되는 배터리 모듈의 바디 역할을 하게 된다.
즉, 상기 하우징부재(20)는 복수의 이차전지가 설치되는 구성으로 상기 이차전지를 보호하면서도 상기 이차전지가 발생한 전기 에너지를 외부로 전달하거나, 외부에서 전기 에너지를 상기 이차전지로 전달하는 역할을 하게 된다.
여기서, 상기 하우징부재(20)는 상기 냉각판부재(21)가 구비되어 상기 이차전지에서 발생한 열을 외부의 히트싱크(S)로 전달하여 냉각시키게 구성되며, 상기 하우징부재(20)의 하부를 형성하는 바닥부는 상기 냉각판부재(21)로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 하우징부재(20)의 측부를 형성하는 측벽부재(23)는 바닥부에 구비되는 상기 냉각판부재(21)의 모서리 부분에 구비될 수 있으며, 상기 냉각판부재(21)가 상기 측벽부재(23)까지 연장되어 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 측벽부재(23)의 내측면에는 압축부재(24)가 구비되어 상기 이차전지를 더욱 견고하게 보호할 수도 있다.
여기서, 상기 압축부재(24)는 상기 바닥부까지 연장되게 구성될 수도 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
또한, 상기 하우징부재(20)는 상기 측벽부재(23)의 상단에 구비되는 커버부재를 포함하여 상기 이차전지의 상단부를 보호하게 구성될 수 있다.
그밖에 상기 하우징부재(20)에는 상기 이차전지를 외부와 전기적으로 연결하는 버스바 등의 부가 구성이 구비될 수도 있다.
그리고, 상기 하우징부재(20)는 상기 이차전지셀(10)과 상기 냉각판부재(21) 사이에 구비되어, 상기 이차전지셀(10)에서 상기 냉각판부재(21)로 열을 전달하는 열경로를 형성하는 열전도부재(22)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 열전도부재(22)는 상기 전극조립체의 충전 및 방전시 발생한 열을 상기 히트싱크(S)로 전달하는 역할을 하게 된다. 이를 위해서 상기 열전도부재(22)는 상기 전극조립체가 수용된 상기 셀바디부재와 상기 히트싱크(S)에 접하는 상기 냉각판부재(21) 사이에 구비될 수 있다.
그리고, 상기 열전도부재(22)는 각 부분별로 열전도도를 다르게 구성하여 열전도부재(22)의 낭비 없이도 냉각 성능을 최적으로 형성할 수 있다. 다른 측면에서는 복수의 이차전지셀(10) 사이의 균일 냉각을 유도할 수 있다.
이를 위해서, 상기 열전도부재(22)는 복수의 이차전지셀(10) 중에서 과냉각되는 이차전지셀(10)과 맞닿는 부분을 다른 부분보다 열전도도가 낮게 구비할 수 있다. 또는 외기에 의한 과냉각이 예상되는 바닥중앙부에 편중(偏重)되어 구비되는 중앙열전도부(22a)보다 상기 바닥에지부에 편중되어 구비되는 에지열전도부(22b)의 열전도도를 낮게 구비할 수 있다.
여기서, 상기 열전도부재(22)가 각 부분마다 열전도도를 다르게 형성하기 위해서 소재를 조정하여 구비할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부(22b)는, 상기 중앙열전도부(22a)보다 열전도도가 작은 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 소재의 한정은 열전도도의 물성을 조정한 한정이라면 본 발명의 에지열전도부(22b), 중앙열전도부(22a)일 수 있다.
일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부(22b)는, 수지소재로 제공되거나, 금속소재가 섞인 수지소재로 제공되되, 금속소재가 섞인 수지소재로 제공되는 상기 중앙열전도부(22a)에 섞인 금속소재의 비율보다 작은 비율로 수지소재에 금속소재가 섞여서 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 금속소재의 열전도도가 수지소재의 열전도도보다 크기 때문에, 이러한 금속소재의 혼합 비율을 조정하여 수지소재와 금속소재의 혼합소재의 열전도도를 조정하여 제공할 수 있는 것이다.
일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 수지소재는 폴리우레탄 수지지(Polyurethane resin)이며, 상기 금속소재는 산화알루미늄(Aluminum Oxide) 또는 수산화알루미늄(Aluminum Hydroxide)인 것을 특징으로 할 수 있다.
더하여, 상기 수지소재와 금속재의 혼합소재에는 유동성을 확보하기 위한 첨가물인 이산화티타늄(Titanium Dioxide) 등이 더 혼합될 수도 있다.
이와 같이 열전도도가 조정한 혼합소재는 상기 중앙열전도부(22a), 에지열전도부(22b)에 서로 다르게 적용되어 제공될 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부(22b)는, 상기 중앙열전도부(22a)보다 적어도 0.5배 작은 열전도도의 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 에지열전도부(22b)를 형성하는 소재는 적어도 상기 중앙열전도부(22a)를 형성하는 소재보다 적어도 절반이 작은 값의 열전도도를 갖는 소재인 것이다.
일례로, 열전도도가 2W/mK인 소재로 상기 중앙열전도부(22a)가 형성된 경우에 상기 에지열전도부(22b)는 열전도도가 1W/mK인 소재로 형성될 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 중앙열전도부(22a)는, 열도도도가 2W/mK이상 3W/mK 이하인 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부(22b)는, 열도도도가 0W/mK이상 2W/mK 미만인 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 에지열전도부(22b)가 상기 중앙열전도부(22a)보다 낮은 열전도 성능을 가질 수 있도록 상기 중앙열전도부(22a), 상기 에지열전도부(22b)를 열전도도를 설정하여 소재를 형성할 수 있는 것이다.
이에 따라, 상기 열전도부재(22)는 복수의 이차전지셀(10) 중에서 주로 과냉각되는 에지열전도부(22b)에 맞닿는 이차전지셀(10)이 냉각판부재(21)와의 열교환에 의해서 냉각되는 효과를 낮추게 되어, 상기 중앙열전도부(22a)와 맞닿는 이차전지셀(10)과의 냉각 불균형을 조정할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부(22b)는, 상기 중앙열전도부(22a)보다 작은 열전도도의 접착성 소재로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 상기 에지열전도부(22b)는 상기 이차전지셀(10) 및 상기 냉각판부재(21)와 접하게 구비되는데, 상기 이차전지셀(10)을 상기 냉각판부재(21)에 부착하기 위한 접착성 소재로도 형성될 수 있는 것이다.
더욱이 이러한 에지열전도부(22b)를 형성하는 접착성 소재는 상기 중앙열전도부(22a)를 형성하는 열전도성 소재보다 열전도도가 작기 때문에, 상기 측벽부재(23)에 인접하여 배치되되 상기 에지열전도부(22b)에 접하는 이차전지셀(10)이 상기 중앙열전도부(22a)에 접하는 이차전지셀(10)에 비하여 과냉각되는 문제를 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 하우징부재(20)는, 상기 냉각판부재(21)의 모서리에 구비되는 측벽부재(23)를 포함하며, 상기 에지열전도부(22b)는, 상기 측벽부재(23)에 인접한 최외곽의 이차전지셀(10) 및 최외곽의 이차전지셀(10)에 이웃한 차순위 이차전지셀(10b)의 바닥면까지 접하게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 같이 상기 에지열전도부(22b)가 최외곽의 이차전지셀(10)과 차순위 이차전지셀(10b)의 바닥면까지만 접하게 연장된 형태로 형성된 것은, 상기 측벽부재(23)를 통한 외기의 과냉각의 영향이 주로 상기 최외곽의 이차전지셀(10)과 차순위 이차전지셀(10b)에까지 미치기 때문에다.
이는 도 6에 제시된 그래프를 참조하면 더 쉽게 확인할 수 있다. 즉, 종래 기술에 의한 데이터에서 측벽부재(23)와 인접하게 배치되는 1번째, 24번째의 최외곽 이차전지셀(10a)과 2번째, 23번째 차순위 이차전지셀(10b)의 과냉각을 확인할 수 있는 것이다.
이에 반하여, 본 발명의 배터리 모듈을 적용한 경우에는 1번째, 24번째의 최외곽 이차전지셀(10a)과 2번째, 23번째 차순위 이차전지셀(10b)도 과냉각의 문제가 개선되어 다른 이차전지셀(10)들과 비교하여 균등한 냉각이 수행됨을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 배터리 모듈에서 압축부재(24)가 연장되어 에지열전도부(22b)까지 형성된 실시예를 도시한 정면도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 하우징부재(20)는, 상기 냉각판부재(21)의 모서리에 구비되는 측벽부재(23) 및 상기 측벽부재(23)와 상기 측벽부재(23)에 인접한 최외곽의 이차전지셀(10) 사이에 구비되는 압축부재(24)를 포함하며, 상기 에지열전도부(22b)는, 상기 압축부재(24)를 상기 냉각판부재(21)까지 연장하여 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 상기 압축부재(24)가 상기 바닥부까지 연장되어 상기 에지열전도부(22b)를 형성하는 것이다. 이에 의하면, 상기 측벽부재(23)에 인접한 이차전지셀(10)의 과냉각을 방지하면서도 상기 측벽부재(23)에 인접한 이차전지셀(10)을 더욱 견고하게 보호할 수 있게 된다.
즉, 상기 압축부재(24)는 상기 중앙열전도부(22a)를 형성하는 열전도성 소재보다 열전도도가 작은 소재이기 때문에, 상기 압축부재(24)를 형성하는 소재가 상기 에지열전도부(22b)까지 연장되게 구비되면, 상기 에지열전도부(22b)와 접하는 이차전지셀(10)이 상기 냉각판부재(21)로 열을 전달하는 비율을 작게 형성하여, 상기 에지열전도부(22b)와 접하는 이차전지셀(10)이 측벽부재(23)와 인접하여 과냉각되는 문제를 방지할 수 있게 되는 것이다.
도 4는 본 발명의 배터리 모듈에서 중앙열전도부(22a)와 동일 소재이면서 기공(G)이 형성된 에지열전도부(22b)의 실시예를 도시한 정면도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부(22b)는, 상기 중앙열전도부(22a)와 동일한 소재로 형성되되, 내부에 기공(G)(gas pocket)이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 상기 에지열전도부(22b)를 상기 중앙열전도부(22a)에 비하여 열전도도가 낮게 구비하기 위해서, 소재를 조정한 것이 아니라 기공(G) 구조를 부가한 것이다.
여기서 상기 기공(G)에는 공기 등의 기체가 제공되며, 이러한 기체는 고체, 액체 등의 상기 중앙열전도부(22a)를 형성하는 열전도성 소재에 비하여 열전도도가 작기 때문에, 결과적으로 상기 기공(G) 구조를 포함하는 상기 에지열전도부(22b) 부분의 열전도도가 상대적으로 작게 된다.
여기서, 상기 에지열전도부(22b)의 열전도도를 조정하기 위해서 상기 기공(G) 구조의 크기 및 개수를 조정할 수도 있다. 즉, 상기 에지열전도부(22b)에서 상기 기공(G)이 형성하는 상대적 비율을 크게 하여 상기 에지열전도부(22b)의 열전도도를 낮추거나, 상대적 비율을 작게하여 상기 에지열전도부(22b)의 열전도도를 높이게 조정할 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 배터리 모듈에서 중앙열전도부(22a)와 에지열전도부(22b)가 중첩되어 형성되되 바닥중앙부에서 바닥에지부로 갈수록 점진적으로 에지열전도부(22b)가 차지하는 비율이 커지는 형태의 실시예를 도시한 정면도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 중앙열전도부(22a)는, 상기 바닥에지부에서 바닥중앙부로 갈수록 두께가 두꺼워지는 볼록한 형태로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 외기에 의한 과냉각이 수행되는 상기 측면부재에 인접한 영역에서부터 상기 측면부재에서 멀어지는 방향으로 점진적인 열전도도 차이를 발생시키도록, 상기 열전도부재(22)의 소재 및 구조를 한정한 것이다.
이에 의하면, 상기 측면부재에 인접한 이차전지셀(10)에서 상기 측면부재에서 멀게 배치된 이차전지셀(10)까지 점진적인 냉각 성능 조정에 의해서, 복수의 이차전지셀(10) 사이의 균등 냉각 효과를 더욱 높일 수 있게 된다.
그리고, 이를 위한 구조로서 상기 중앙열전부의 단면이 볼록한 형태로 구성될 수 있는 것이다.
또한, 이에 대응하여 상기 에지열전도부(22b)의 단면은 오목한 형태로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 에지열전도부(22b)는, 상기 바닥에지부에서 바닥중앙부로 갈수록 두께가 얇아지는 오목한 형태로 형성되어, 상기 중앙열전도부(22a)에 정합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10: 이차전지셀 20: 하우징부재
21: 냉각판부재 22: 열전도부재
23: 측벽부재 24: 압축부재

Claims (16)

  1. 복수의 이차전지셀; 및
    상기 복수의 이차전지셀에 인접하여 구비되는 냉각판부재와, 상기 이차전지셀과 상기 냉각판부재 사이에 구비되어, 상기 이차전지셀에서 상기 냉각판부재로 열을 전달하는 열경로를 형성하는 열전도부재를 포함하되, 복수의 상기 이차전지셀이 내부에 수용되는 하우징부재;
    를 포함하며,
    상기 열전도부재는, 복수의 이차전지셀 중에서 과냉각되는 이차전지셀과 맞닿는 부분이 다른 부분보다 열전도도가 낮게 구비되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전도부재는, 복수의 이차전지셀 중에서 과냉각되는 이차전지셀과 맞닿는 부분이 다른 부분보다 적어도 0.5배 작은 열전도도의 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전도부재는, 복수의 이차전지셀 중에서 과냉각되는 이차전지셀과 맞닿는 부분이 다른 부분과 같은 소재로 형성되되, 내부에 기공(gas pocket)이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 복수의 이차전지셀; 및
    상기 복수의 이차전지셀에 인접하여 구비되는 냉각판부재와, 상기 이차전지셀과 상기 냉각판부재 사이에 구비되어, 상기 이차전지셀에서 상기 냉각판부재로 열을 전달하는 열경로를 형성하는 열전도부재를 포함하되, 복수의 상기 이차전지셀이 내부에 수용되는 하우징부재;
    를 포함하며,
    상기 열전도부재는,
    상기 하우징부재의 바닥중앙부에 편중되어 구비되는 중앙열전도부; 및
    상기 하우징부재의 바닥에지부에 편중되어 구비되되, 상기 중앙열전도부보다 열전도도가 낮게 구비되는 에지열전도부;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에지열전도부는, 상기 중앙열전도부보다 열전도도가 작은 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에지열전도부는, 수지소재로 제공되거나, 금속소재가 섞인 수지소재로 제공되되, 금속소재가 섞인 수지소재로 제공되는 상기 중앙열전도부에 섞인 금속소재의 비율보다 작은 비율로 수지소재에 금속소재가 섞여서 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수지소재는 폴리우레탄 수지이며, 상기 금속소재는 산화알루미늄 또는 수산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 하우징부재는,
    상기 냉각판부재의 모서리에 구비되는 측벽부재; 및
    상기 측벽부재와 상기 측벽부재에 인접한 최외곽의 이차전지셀 사이에 구비되는 압축부재;
    를 포함하며,
    상기 에지열전도부는, 상기 압축부재를 상기 냉각판부재까지 연장하여 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 하우징부재는,
    상기 냉각판부재의 모서리에 구비되는 측벽부재;
    를 포함하며,
    상기 에지열전도부는, 상기 측벽부재에 인접한 최외곽의 이차전지셀 및 최외곽의 이차전지셀에 이웃한 차순위 이차전지셀의 바닥면까지 접하게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 에지열전도부는, 상기 중앙열전도부보다 적어도 0.5배 작은 열전도도의 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 에지열전도부는, 상기 중앙열전도부보다 작은 열전도도의 접착성 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 에지열전도부는, 상기 중앙열전도부와 동일한 소재로 형성되되, 내부에 기공(gas pocket)이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 중앙열전도부는, 상기 바닥에지부에서 바닥중앙부로 갈수록 두께가 두꺼워지는 볼록한 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 에지열전도부는, 상기 바닥에지부에서 바닥중앙부로 갈수록 두께가 얇아지는 오목한 형태로 형성되어, 상기 중앙열전도부에 정합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 중앙열전도부는, 열도도도가 2W/mK이상 3W/mK 이하인 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 에지열전도부는, 열도도도가 0W/mK이상 2W/mK 미만인 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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