KR20210011641A

KR20210011641A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Info

Publication number: KR20210011641A
Application number: KR1020190088781A
Authority: KR
Inventors: 이강우; 이지윤; 조세훈; 최은정; 황재일
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-02-02

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전극 조립체가 수용되는 수용부를 구비하는 배터리 셀이 다수 개 적층된 배터리 셀 적층체, 상기 배터리 셀 적층체의 측면을 따라 배치되는 케이스, 및 상기 케이스와 상기 배터리 셀 적층체 사이에 배치되며 절연성을 갖는 지지 부재를 포함하고, 상기 지지 부재는, 상기 배터리 셀 적층체의 하부에 배치되어 상기 수용부를 지지하는 지지 프레임을 구비한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.

이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)의 배터리 셀로 제조되어 다수 개를 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.

배터리 모듈은 다수개가 결합되어 배터리 팩으로 제조된다. 그런데 종래의 경우, 각각의 배터리 모듈은 배터리 셀을 적층한 적층체의 외부 전체를 케이스로 마감하고 있다.

이로 인해 배터리 모듈의 무게가 증가하며, 제조 비용도 증가한다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 무게를 저감할 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 데에 있다.

본 실시예에 있어서 상기 지지 부재는, 상기 다수의 배터리 셀에 구비되는 전극 리드들이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀을 구비할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 지지 프레임은, 상기 케이스보다 하부로 더 돌출되도록 배치될 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 배터리 셀 적층체의 상면에 배치되며 연성을 갖는 절연성 재질로 형성되는 상면 커버를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 상면 커버는, 플라스틱, 부직포, 폴리우레탄 폼(PU foam) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀은 상기 수용부의 둘레를 따라 배치되는 실링부를 포함하며, 상기 지지 부재는 상기 실링부가 삽입 배치되는 슬릿을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 지지 프레임은, 상기 배터리 셀 적층체의 하부면에서 상기 수용부가 배치된 영역 중 20%~30%의 면적을 지지하도록 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 상기한 배터리 모듈 및 상기 배터리 모듈이 안착되는 하부 플레이트를 포함하며, 상기 하부 플레이트는 상기 배터리 모듈의 상기 지지 프레임이 삽입 배치되는 안착 홈을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 하부 플레이트와 상기 배터리 셀 적층체 사이에 충진되는 열전달 부재를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서 상기 하부 플레이트는, 적어도 일부가 상기 배터리 셀 적층체의 하부면과 접촉하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 케이스가 배터리 셀 적층체의 측면에만 배치되고 배터리 셀 적층체의 상면과 하면에는 배치되지 않는다.

따라서 케이스의 크기와 면적을 최소화할 수 있으므로 배터리 모듈의 무게를 줄일 수 있으며 제조 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 3은 도 2의 배터리 셀을 확대하여 도시한 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 평면도.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 측면도.
도 6은 도 1에 도시된 배터리 모듈의 저면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도.
도 8은 도 7에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

예컨대, 본 명세서에서 상측 상부, 하측, 하부, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 배터리 셀을 확대하여 도시한 사시도이다.

또한 도 4는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 평면도이고, 도 5는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 측면도이며, 도 6에 도시된 배터리 모듈의 도 1의 저면도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 배터리 셀 적층체(1), 케이스(30), 절연 커버(70), 및 상면 커버(50)를 포함할 수 있다.

배터리 셀 적층체(1)는 도 3에 도시된 배터리 셀(10)을 다수 개 적층하여 형성한다. 본 실시예에서 배터리 셀들(10)은 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층된다. 그러나 필요에 따라 상하 방향으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.

각각의 배터리 셀들(10)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 전극 리드(15)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다.

배터리 셀(10)은 파우치(11) 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 형태로 구성될 수 있다.

전극 조립체는 다수의 전극판 및 전극 탭을 구비하며 파우치(11) 내에 수납된다. 여기서, 전극판은 양극판과 음극판으로 구성되며, 전극 조립체는 이러한 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 넓은 면이 서로 마주보는 형태가 되도록 적층된 형태로 구성될 수 있다.

양극판과 음극판은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.

또한 전극 조립체는 다수의 양극판과 다수의 음극판이 상하 방향으로 적층된다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극 탭이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 전극 리드(15)에 연결될 수 있다.

본 실시예에서 전극 리드(15)는 2개가 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다.

파우치(11)는 용기 형태로 형성되어 전극 조립체 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 이때, 전극 조립체의 전극 리드(15)는 일부가 파우치(11)의 외부로 노출된다.

파우치(11)는 실링부(202)와 수용부(204)로 구분될 수 있다.

수용부(204)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공한다. 수용부(204)의 내부 공간에는 전극 조립체 및 전해액이 수용된다.

실링부(202)는 파우치(11)의 일부가 접합되어 수용부(204)의 둘레를 밀봉하는 부분이다. 따라서 실링부(202)는 용기 형태로 형성되는 수용부(204)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 이에 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽을 따라 배치된다.

파우치(11)의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한 본 실시예에서 실링부(202)는 전극 리드(15)가 배치되는 제1 실링부(2021)와, 전극 리드(15)가 배치되지 않는 제2 실링부(2022)로 구분될 수 있다.

본 실시예에서 파우치(11)는 한 장의 외장재를 포밍(forming)하여 형성한다. 보다 구체적으로, 하나의 외장재에 하나 또는 두 개의 수납부를 포밍하여 형성한 후, 수납부들이 하나의 공간(즉 수용부)을 형성하도록 외장재를 접어 파우치(11)를 완성한다.

본 실시예에서 수용부(204)는 사각 형상으로 형성된다. 그리고 수용부(204)의 외곽에는 외장재가 접합되어 형성되는 실링부(202)가 구비된다. 그러나 상기한 바와 같이, 외장재가 접히는 면에는 실링부(202)를 형성할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에서 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽에 형성되되, 수용부(204)의 세 면에만 구비되며, 수용부의 외곽 중 어느 한 면(도 3에서 하부면)에는 실링부가 배치되지 않는다.

본 실시예에서 전극 리드(15)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되므로, 2개의 전극 리드(15)는 서로 다른 변에 형성된 실링부(202)에 배치된다. 따라서, 본 실시예의 실링부(202)는 전극 리드(15)가 배치되는 2개의 제1 실링부(2021), 그리고 전극 리드(15)가 배치되지 않는 1개의 제2 실링부(2022)로 구성된다.

또한 본 실시예의 배터리 셀(10)은 실링부(202)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(202)의 면적을 최소화하기 위해, 적어도 한 번 접힌 형태로 실링부(202)를 구성한다.

보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 실링부(202) 중 전극 리드(15)가 배치되지 않는 제2 실링부(2022)는 2회 접힌 후 접착 부재(17)에 의해 고정된다.

예를 들어, 제2 실링부(2022)는 도 3에 도시된 제1 절곡선(C1)을 따라 180° 접힌 후, 다시 도 제2 절곡선(C2)을 따라 접힐 수 있다.

이때, 제2 실링부(2022)의 내부에는 접착 부재(17)가 충진될 수 있으며, 이에 제2 실링부(2022)는 접착 부재(17)에 의해 2회 접힌 형상이 유지될 수 있다. 접착 부재(17)는 열전도도가 높은 접착제로 형성될 수 있다. 예컨대 접착 부재(17)는 에폭시나 실리콘으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서 접착 부재(17)는 후술되는 열전달 부재와 다른 재질로 형성되나, 필요에 따라 동일한 재질로 구성하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성되는 배터리 셀(10)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지일 수 있다.

배터리 셀(10)은 후술되는 케이스(30) 내에 수직으로 세워져서 좌우 방향으로 적층 배치된다. 그리고 적층 배치되는 배터리 셀들(10) 사이, 배터리 셀 적층체(1)와 후술되는 제1 플레이트(40) 사이에는 적어도 하나의 완충 패드(5)가 배치된다.

완충 패드(5)는 하나 또는 다수 개가 배터리 셀들(10)의 수용부(204) 사이에 배치된다.

완충 패드(5)는 특정 배터리 셀(10)이 팽창하는 경우 압축되며 탄성 변형된다. 따라서 배터리 셀 적층체(1)의 전체의 부피가 팽창하는 것을 억제할 수 있다. 이를 위해 완충 패드(5)는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

케이스(30)는 배터리 모듈(100)의 외형을 규정하며, 복수의 배터리 셀들(10)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀들(10)을 보호한다.

본 실시예의 케이스(30)는 배터리 셀 적층체(1)의 측면을 따라 배치되며, 배터리 셀들(10)의 수용부(204)와 대면하도록 배치되는 제1 플레이트(40) 그리고 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 측면에 배치되는 제2 플레이트(60)를 포함할 수 있다.

여기서 배터리 셀 적층체(1)의 측면이란 도 2에 도시된 배터리 셀 적층체(1)를 기준으로, 상면과 하면을 제외한 나머지 4면을 의미한다.

제1 플레이트(40)는 편평한 판 형태로 형성되며, 배터리 셀 적층체(1)의 가장 외측에 배치된 배터리 셀(10)의 수용부(204)와 마주보는 형태로 배치되어 수용부(204)를 지지한다.

배터리 셀(10)을 견고하게 지지하기 위해, 제1 플레이트(40)는 배터리 셀(10)의 수용부(204)에 직접 접촉하도록 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 제1 플레이트(40)와 수용부(204) 사이에 방열 패드나 완충 패드(5) 등을 개재하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.

제1 플레이트(40)는 금속과 같이 강성을 구비하며 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 플레이트(40)는 금속 재질이나 플라스틱 재질로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 플레이트(60)는 배터리 셀 적층체(1)에서 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 양 측면에 각각 결합된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제2 플레이트(60)는 제1 플레이트(40)에 결합되어 제1 플레이트(40)와 함께 배터리 모듈(100)의 외형을 완성한다.

제2 플레이트(60)는 제1 플레이트(40)와 동일하거나 유사한 재질로 구성될 수 있다. 예컨대, 제2 플레이트(60)는 금속 재질이나 플라스틱 재질로 구성될 수 있으며 다이캐스팅 방식으로 제조될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 플레이트(60)는 리벳, 나사, 볼트, 스냅핏(snap fit)과 같은 고정 부재를 통해 제1 플레이트(40)에 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 제1 플레이트(40)와 제2 플레이트(60)는 슬라이딩 방식으로 결합하거나, 레이저 용접, 스폿 용접, 접착제 등을 이용하여 결합하는 것도 가능하다.

이처럼 본 실시예의 케이스(30)는 배터리 셀 적층체(1)의 측면에만 배치되며 배터리 셀 적층체(1)의 상면이나 하면에는 배치되지 않는다. 이에 케이스(30)의 크기나 규모를 최소화할 수 있다.

제2 플레이트(60)와 배터리 셀 적층체(1) 사이에는 절연 커버(70)가 개재된다.

절연 커버(70)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치된 배터리 셀 적층체(1)의 양면에 결합된다.

절연 커버(70)는 지지 부재(80)와 고정 플레이트(90)를 포함할 수 있다.

지지 부재(80)는 배터리 셀 적층체(1)와 대면하도록 배치되는 플레이트이다. 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)은 지지 부재(80)를 관통하여 지지 부재(80)의 외측면에 결합된 버스바(86)와 연결된다. 이를 위해 지지 부재(80)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(73)과, 배터리 셀의 제1 실링부(2021)가 삽입 배치되는 슬릿(74)이 구비될 수 있다.

슬릿(74)의 하부에는 지지 프레임(82)이 배치된다. 따라서 배터리 셀(10)의 제1 실링부(2021)는 지지 프레임(82)에 의해 지지 부재(80)의 하부로 노출되지 않는다

지지 프레임(82)은 지지 부재(80)의 하부면에 배치되어 배터리 셀 적층체(1)의 하부를 지지한다.

지지 프레임(82)은 배터리 셀(10) 중 수용부(204) 하부를 지지한다. 따라서 지지 부재(80)가 배터리 셀 적층체(1)에 결합되면 지지 프레임(82)은 적어도 일부가 수용부(204)의 하부에 위치하도록 구성된다.

배터리 셀 적층체(1)를 구성하는 모든 배터리 셀들(10)은 수용부(204) 중 일부가 지지 프레임(82) 상에 안착된다. 따라서 배터리 셀 적층체(1)의 하부에 별도의 케이스(30)가 구비되지 않더라도, 지지 프레임(82)에 의해 배터리 셀(10)이 케이스(30)의 하부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에서 지지 프레임(82)은 배터리 셀 적층체(1)의 하부면 중 배터리 셀(10)의 수용부(204)가 형성하는 영역의 20%~ 30%를 지지하도록 구성될 수 있다. 지지 영역이 20% 이하인 경우 안정적인 지지가 어려우며, 30%를 초과하는 경우 배터리 셀(10)의 열방출 효율이 저하될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편 도 5를 참조하면, 지지 프레임(82)은 배터리 모듈(100)의 최하단에 배치되며, 케이스(30)보다 하부로 더 돌출되는 형태로 배치된다. 따라서 배터리 모듈(100)이 편평한 바닥에 안착되면 배터리 모듈(100)의 지지 프레임(82)만 바닥과 접촉하도록 구성된다. 이때 배터리 셀 적층체(1)는 지지 프레임(82)의 두께만큼 바닥면으로부터 이격 배치된다.

본 실시예에서 지지 프레임(82)은 지지 부재(80)와 일체로 구성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 지지 프레임(82)을 지지 부재(80)와 별도로 제조하여 지지 부재(80)에 결합하도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

한편, 지지 부재(80)에는 회로 기판(예컨대 PCB)과, 회로 기판에 실장되는 다수의 전자 소자가 구비될 수 있으며, 이를 통해 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하는 기능을 수행할 수 있다.

지지 부재(80)와 고정 플레이트(90) 사이에는 버스바(86)가 배치된다.

버스바(86)는 금속판의 형태로 형성되어 지지 부재(80)의 외부면에 결합된다. 배터리 셀들(10)은 버스바(86)를 통해 상호 간에 전기적으로 연결되며, 접속 단자(79)를 통해 외부와 전기적으로 연결된다.

이를 위해, 버스바(86)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(87)이 구비되며, 전극 리드들(15)은 지지 부재(80)의 관통 홀(73)과 버스바(86)의 관통 홀(87)에 차례로 삽입된 후 용접 등의 방식을 통해 버스바(86)에 접합된다. 이에 전극 리드(15)의 끝단은 적어도 일부가 버스바(86)를 완전히 관통하여 버스바(86)의 외부로 노출될 수 있다.

본 실시예에서 접속 단자(79)는 도전성 부재로 구성되며 지지 부재(80)에 결합된다. 접속 단자(79)는 적어도 하나의 버스바(86)와 접촉하거나 버스바(86)접합되어 배터리 셀들(10)을 외부와 전기적으로 연결한다.

본 실시예에서는 접속 단자(79)가 버스바(86)와 별도로 제조되는 부재로 구성되나, 이에 한정되지 않으며, 버스바(86)와 일체로 구성하는 것도 가능하다. 예컨대, 버스바(86)의 일측을 부분적으로 돌출 형성한 후, 이를 절곡하여 접속 단자(79)로 이용하는 등 다양한 변형이 가능하다.

고정 플레이트(90)는 지지 부재(80)의 외측면에 결합된다. 이에 버스바(86)는 고정 플레이트(90)와 지지 부재(80) 사이에 배치되며, 고정 플레이트(90)는 버스바(86) 전체를 덮는 면적으로 형성된다.

고정 플레이트(90)는 접속 단자(79)가 삽입 배치되는 관통 구멍(92)을 구비한다. 이에 제2 플레이트(60)의 관통 구멍(62)은 접속 단자(79)의 크기와 형상에 대응하는 크기로 형성되며, 접속 단자(79)는 관통 구멍(92)을 통해 배터리 모듈(100)의 외부로 노출된다.

고정 플레이트(90)는 지지 부재(80)에 끼움 결합될 수 있다. 이를 위해 고정 플레이트(90)는 지지 부재(80)에 삽입 및 결합되는 삽입 돌기(94)를 구비할 수 있다. 따라서 도시되어 있지 않지만, 지지 부재(80)에는 삽입 돌기(94)가 끼워지는 홈이 구비될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 나사와 같은 별도의 고정 부재를 이용하여 고정 플레이트(90)와 지지 부재(80)를 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.

지지 부재(80)와 고정 플레이트(90)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성된다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 금속 부재의 표면에 절연물질을 코팅하여 형성하는 등 전극 리드들(15) 사이의 절연 상태를 유지할 수만 있다면 다양한 변형이 가능하다.

또한 지지 부재(80)와 고정 플레이트(90)는 동일한 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 서로 다른 재질로 구성하는 것도 가능하다.

배터리 셀 적층체(1)의 상부면에는 상면 커버(50)가 배치된다.

상면 커버(50)는 배터리 셀 적층체(1)의 상부면 전체를 덮는 형태로 배치될 수 있으며, 양 측면이 절연 커버(70)에 결합되어 고정될 수 있다.

상면 커버(50)는 배터리 셀 적층체(1)와 배터리 팩의 하우징(도 7의 120) 사이의 절연을 확보하기 위해 구비된다. 따라서 상면 커버(50)는 연성을 갖는 절연성 재질로 구성되며, 예를 들어 플라스틱, 부직포와 같은 시트(sheet) 형태의 부재, 폴리우레탄 폼(PU foam) 등과 같은 폼(foam) 형태의 재질이 이용될 수 있다. 이에 따라 상면 커버(50)를 금속 재질로 구성하는 종래에 비해, 배터리 모듈의 전체적인 무게를 줄일 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈은 케이스(30)가 배터리 셀 적층체(1)의 측면에만 배치되고 배터리 셀 적층체(1)의 상면과 하면에는 배치되지 않는다.

따라서 케이스(30)의 크기와 면적을 최소화할 수 있으므로 배터리 모듈(100)의 무게를 줄일 수 있으며 제조 비용을 최소화할 수 있다.

이어서 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(300)은 적어도 하나의 배터리 모듈(100)과, 배터리 모듈(100)을 수용하는 하우징(120)을 포함한다.

배터리 모듈은 전술한 도 1의 배터리 모듈(100)이 이용된다. 따라서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

배터리 팩의 하우징(120)은 배터리 모듈(100)의 하부에 배치되는 하부 플레이트(121)와, 배터리 모듈(100)의 상부에 배치되는 상부 플레이트(126)를 포함한다.

하우징(120)은 열 전도도가 높은 금속 재질로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

하부 플레이트(121)는 배터리 모듈(100)이 안착되는 바닥면을 형성하며 다수의 안착 홈(124)을 구비한다.

안착 홈(124)은 배터리 모듈의 지지 프레임(82)이 삽입되어 배치되는 홈이다. 따라서 안착 홈(124)의 크기와 깊이는 지지 프레임(82)의 면적과 두께에 대응하여 형성된다. 예컨대, 안착 홈(124)의 깊이는 지지 프레임(82)의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.

이 경우, 하부 플레이트(121) 중 안착 홈(124) 외부 영역은 부분적으로 배터리 모듈의 배터리 셀 적층체(1) 하부면과 직접 접촉하거나 매우 인접하게 배치된다. 따라서 배터리 셀(10)에서 발생하는 열은 배터리 팩의 하부 플레이트(121)를 통해 배터리 팩(300)의 외부로 방출될 수 있다.

한편 도시되어 있지 않지만, 배터리 모듈(100)과 하부 플레이트(121) 사이에는 열전달 부재가 충진될 수 있다.

열전달 부재는 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 신속하게 하부 플레이트(121)로 전달하기 위해 구비된다. 이를 위해 열전달 부재는 높은 열전도도를 갖는 물질로 구성된다. 예를 들어 열전달 부재는 써멀 그리스(Thermal grease), 열전도성 접착제(Thermal adhesive), 에폭시 수지, 및 방열 패드 중 어느 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

열전달 부재는 패드 형태로 배치거나, 액상 또는 겔(gel) 상태로 하부 플레이트(121)의 내부면에 도포하여 형성할 수 있다.

또한 열전달 부재는 높은 절연성을 가지며, 예를 들어, 절연 내력(Dielectric strength)이 10 ~ 30 KV/mm 의 범위인 물질이 이용될 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 배터리 팩(300)은 배터리 셀(10)에서 부분적으로 절연이 파괴되더라도 배터리 셀(10) 주변에 배치된 열전달 부재에 의해 배터리 셀(10)과 하우징(120) 간의 절연이 유지될 수 있다.

또한 보다 효과적인 방열을 위해, 하부 플레이트(121)의 외부면(즉 하부면)에는 냉각 장치(미도시)가 구비될 수 있다. 냉각 장치로는 냉각 유로를 구비하는 수냉식 냉각 장치나, 공랭식 냉각 장치가 이용될 수 있다.

상부 플레이트(125)는 배터리 모듈(100)의 상부에 배치된다. 배터리 셀(10)과 상부 플레이트(125) 간의 절연을 확보하기 위해, 배터리 셀(10)과 상부 플레이트(125)는 일정 거리 이격배치될 수 있다.

상부 플레이트(125)는 하부 플레이트(125)와 동일한 재질로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 구성되는 배터리 팩은 하우징이 배터리 모듈의 배터리 셀과 직접 접촉하거나 매우 인접하게 배치되므로, 배터리 모듈의 배터리 셀에서 발생되는 열을 최대한 신속하게 외부로 방출할 수 있다. 또한 케이스가 최소화된 배터리 모듈을 포함하므로, 전체적인 무게나 제조 비용도 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 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.

1: 배터리 셀 적층체
10: 배터리 셀
30: 케이스
40: 제1 플레이트
50: 상면 커버
60: 제2 플레이트
70: 절연 커버
80: 지지 부재
90: 고정 플레이트
100: 배터리 모듈
120: 하우징
300: 배터리 팩

Claims

전극 조립체가 수용되는 수용부를 구비하는 배터리 셀이 다수 개 적층된 배터리 셀 적층체;
상기 배터리 셀 적층체의 측면을 따라 배치되는 케이스; 및
상기 케이스와 상기 배터리 셀 적층체 사이에 배치되며 절연성을 갖는 지지 부재;
를 포함하고,
상기 지지 부재는,
상기 배터리 셀 적층체의 하부에 배치되어 상기 수용부를 지지하는 지지 프레임을 구비하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 지지 부재는,
상기 다수의 배터리 셀에 구비되는 전극 리드들이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀을 구비하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 지지 프레임은,
상기 케이스보다 하부로 더 돌출되도록 배치되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 배터리 셀 적층체의 상면에 배치되며 연성을 갖는 절연성 재질로 형성되는 상면 커버를 더 포함하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서, 상기 상면 커버는,
플라스틱, 부직포, 폴리우레탄 폼(PU foam) 중 어느 하나로 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 배터리 셀은 상기 수용부의 둘레를 따라 배치되는 실링부를 포함하며,
상기 지지 부재는 상기 실링부가 삽입 배치되는 슬릿을 포함하는 배터리 셀 모듈.
제1항에 있어서, 상기 지지 프레임은,
상기 배터리 셀 적층체의 하부면에서 상기 수용부가 배치된 영역 중 20%~30%의 면적을 지지하도록 배치되는 배터리 모듈.
제1항에 기재된 배터리 모듈; 및
상기 배터리 모듈이 안착되는 하부 플레이트;
를 포함하며,
상기 하부 플레이트는 상기 배터리 모듈의 상기 지지 프레임이 삽입 배치되는 안착 홈을 포함하는 배터리 팩.
제8항에 있어서,
상기 하부 플레이트와 상기 배터리 셀 적층체 사이에 충진되는 열전달 부재를 더 포함하는 배터리 팩.
제8항에 있어서, 상기 하부 플레이트는,
적어도 일부가 상기 배터리 셀 적층체의 하부면과 접촉하도록 배치되는 배터리 팩.