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WO2021066337A1 - 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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WO2021066337A1
WO2021066337A1 PCT/KR2020/011985 KR2020011985W WO2021066337A1 WO 2021066337 A1 WO2021066337 A1 WO 2021066337A1 KR 2020011985 W KR2020011985 W KR 2020011985W WO 2021066337 A1 WO2021066337 A1 WO 2021066337A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
module
battery cells
filling
battery module
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/011985
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
조용진
성준엽
권종훈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
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Priority to US17/762,521 priority patent/US20220336881A1/en
Priority to CN202080046798.7A priority patent/CN114051667B/zh
Priority to JP2022502236A priority patent/JP7319452B2/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including such a battery module, and a vehicle including such a battery pack.
  • Secondary batteries with high ease of application and high energy density according to product group are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • Such a secondary battery is attracting attention as a new energy source for environmentally friendly and energy efficiency enhancement in that it does not generate by-products from the use of energy as well as the primary advantage of being able to drastically reduce the use of fossil fuels.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using at least one battery module. It is common to construct a battery pack.
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of effectively suppressing an increase in temperature due to heat generation of an electrode lead portion of battery cells, a battery pack including the battery module, and a vehicle including the battery pack. .
  • the present invention provides a battery module, comprising: a plurality of battery cells stacked together; A module case accommodating the plurality of battery cells; A thermal resin filled to at least partially cover electrode lead portions of the plurality of battery cells in the module case; A laser sensor provided in the module case to measure a filling length of the thermal resin when the thermal resin is filled to at least partially cover the electrode lead portion; And a control unit electrically connected to the laser sensor and controlling filling of the thermal resin based on filling length information measured from the laser sensor.
  • the battery module includes at least one resin injection hole formed on one side of the module case and for receiving thermal resin from a resin injection device for filling the thermal resin, wherein the laser sensor includes: It may be provided on the other side.
  • the control unit is electrically connected to the resin injection device, and when the filling length measured from the laser sensor is greater than or equal to a preset filling length, the injection of the thermal resin from the resin injection device may be stopped.
  • the at least one resin injection hole may be provided at a position higher than the electrode lead of the plurality of battery cells, and the laser sensor may be provided at a position lower than the electrode lead of the plurality of battery cells.
  • the battery module includes a bus bar assembly electrically connected to electrode leads of the plurality of battery cells and covering both sides of the module case, and the control unit may be provided in the bus bar assembly. .
  • the busbar assembly may include a transparent window in a horizontal direction parallel to electrode leads of the plurality of battery cells.
  • a leveling line for checking the filling height of the thermal resin may be provided in the transparent window.
  • the battery module may include at least one filling check hole formed on one side of the module case and disposed on the same line as the electrode lead portions of the plurality of battery cells.
  • the present invention provides a battery pack, comprising: at least one battery module according to the above-described embodiments; And a pack case for packaging the at least one battery module.
  • the present invention provides a vehicle, comprising: at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • a battery module capable of effectively suppressing an increase in temperature due to heat generation of an electrode lead portion of the battery cells, a battery pack including the battery module, and a vehicle including the battery pack may be provided. I can.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part of the battery module of FIG. 1.
  • 3 and 4 are views for explaining injection of thermal resin into the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a cooling mechanism of the battery module of FIG. 1.
  • 6 to 8 are views for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the battery module of FIG. 1
  • FIGS. 3 and 4 illustrate thermal resin injection of the battery module of FIG. It is a drawing for explanation.
  • the battery module 10 includes a battery cell 100, a module case 200, a heat sink 300, a bus bar assembly 400, a thermal resin 500, and a resin injection hole. It may include 600, a filling confirmation hole 700, a laser sensor 800, and a control unit 900.
  • the battery cell 100 is a secondary battery, and may be provided as a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery. Hereinafter, in the present embodiment, the battery cell 100 is limited to a pouch-type secondary battery.
  • a plurality of such battery cells 100 may be provided.
  • the plurality of battery cells 100 may be stacked to be electrically connected to each other.
  • the mutual electrical connection may be implemented through electrical connection between the electrode leads 150 of the plurality of battery cells 100 and the bus bar assembly 400 to be described later.
  • the module case 200 may accommodate the plurality of battery cells 100. To this end, an accommodation space for accommodating the plurality of battery cells 100 may be provided in the module case 200. In addition, constituent parts, such as various electric components constituting the battery module 10, may be accommodated in the module case 200.
  • a heat sink 300 for cooling the battery cells 100 of the battery module 10 may be mounted on one side of the module case 200, specifically, an upper side of the module case 200.
  • the module case 200 may be provided with a resin filling passage 250.
  • the resin filling passage 250 is provided in the module case 200 and may connect at least one resin injection hole 600 to be described later and the electrode lead 150 portion of the plurality of battery cells 100. It is possible to form a predetermined space.
  • the heat sink 300 is for cooling the plurality of battery cells 100 and may be mounted on the upper side of the module case 200.
  • the heat sink 300 may be disposed to face the thermal resin 500 to be described later with the module case 200 interposed therebetween.
  • the heat sink 300 may be provided in an air-cooled or water-cooled structure.
  • the heat sink 300 is limited to being provided in a water-cooled structure through which cooling water flows.
  • the busbar assembly 400 may be electrically connected to electrode leads 150 of the battery cells 100.
  • the bus bar assembly 400 may cover both sides of the module case 200.
  • the thermal resin 500 is disposed inside the module case 200 to face the heat sink 300, and the electrode lead 150 of the plurality of battery cells 100 in the module case 200 ) Can be filled to at least partially cover the portion.
  • the thermal resin 500 may be formed of a material having high thermal conductivity and insulating properties.
  • the thermal resin 500 may guide the cooling of the battery cells 500 and guide the stable fixing of the battery cells 500 within the module case 200.
  • the resin injection hole 600 is formed on one side of the module case 200, specifically, on the upper side of the module case 200, and may be provided as a hole having a predetermined size for filling the thermal resin 500. have.
  • a plurality of the resin injection holes 600 may be provided.
  • the plurality of resin injection holes 600 may be disposed in the center of one side of the module case 200, specifically, in the center of the upper side of the module case 200 to be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the plurality of resin injection holes 600 may be provided at a position higher than the electrode lead 150 of the plurality of battery cells 100. Accordingly, when the thermal resin 500 is injected through the resin injection device A, injection into the electrode lead 150 may be naturally performed according to its own weight, so that injection efficiency may be improved.
  • the filling confirmation hole 700 is formed on one side of the module case 200, specifically, an upper side of the module case 200, and the module case 200 spaced apart from the plurality of resin injection holes 600 ) May be provided on the upper edge of the.
  • the filling confirmation hole 700 is an electrode of the plurality of battery cells 100 in the height direction of the module case 200 to facilitate checking whether the electrode lead 150 of the plurality of battery cells 100 is filled. It may be disposed on the same line as the lead 150 portion.
  • the filling confirmation hole 700 may be provided in a pair.
  • the pair of filling confirmation holes 700 may be disposed to face each other with the plurality of resin injection holes 600 interposed therebetween.
  • the thermal resin 500 is injected through the filling confirmation hole 700, a manufacturer or the like can check whether or not the filling is properly completed with the electrode lead 150 portion of the battery cells 100.
  • the thermal resin 500 may be filled so as to partially cover the electrode leads 150 of the battery cells 100.
  • the thermal resin 500 may flow into the filling confirmation hole 700 disposed on the same line as the electrode lead 150 of the battery cells 100. have.
  • the manufacturer, etc. confirms the filling of the electrode lead 150 portion of the battery cells 100 by checking the inflow of the thermal resin 500 into the filling confirmation hole 700 and the module case 200 ) It can be seen that the thermal resin 500 is sufficiently filled inside.
  • the manufacturer or the like stops the thermal resin 500 through the resin injection device A, and the thermal resin 500 ) Can complete the injection process.
  • the heat sink 300 may be mounted on the upper side of the module case 200 in which the filling confirmation hole 700 and the resin injection hole 600 are provided. have.
  • the laser sensor 800 when the thermal resin 500 is filled to at least partially cover the electrode lead 150, the module case ( 200).
  • the laser sensor 800 may be provided on the other side of the module case 200. Specifically, the laser sensor 800 may be provided at a position lower than the electrode lead 150 of the plurality of battery cells 100 in the module case 200. In addition, the laser sensor 800 may be disposed to face the filling confirmation hole 700 with the electrode lead 150 interposed therebetween.
  • the control unit 900 is electrically connected to the laser sensor 700 and may control the filling of the thermal resin 500 based on the filling length information measured from the laser sensor 700.
  • the control unit 900 may be provided in the bus bar assembly 400 and may be connected to the laser sensor 800 by wire or wirelessly for electrical connection with the laser sensor 800. In addition, the control unit 900 may be electrically connected to the resin injection device A in a wired or wireless manner to control the filling of the thermal resin 500.
  • the control unit 900 when the filling length (d) measured from the laser sensor 800 is more than a preset filling length, the injection of the thermal resin 500 from the resin injection device (A) Can be stopped.
  • the preset filling length may be a length including all of the total length from the top to the bottom of the electrode lead 150 in the height direction of the module case 200.
  • proper injection of the thermal resin 500 may be controlled through the control unit 900 and the laser sensor 800.
  • the visual confirmation of the manufacturer through the filling confirmation hole 700 is incorrect or the visual confirmation fails, etc. Even if an unexpected situation occurs, the risk of poor filling of the thermal resin 500 may be fundamentally blocked.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a cooling mechanism of the battery module of FIG. 1.
  • the highest heat generation H may be generated at the electrode lead 150 of the battery cells 100. This is because the cross-sectional area of the electrode lead 150 of the battery cells 100 is relatively smaller than the cross-sectional area of the components of the other battery modules 10, and thus the resistance is highest in the current flow due to charging and discharging.
  • the thermal resin 500 is filled in the heating portion H of the electrode lead 150 of the battery cells 100, the heating portion H of the electrode lead 150 Heat can be effectively transferred to the heat sink 300.
  • the heat of the heat generating portion H of the electrode lead 150 moves to the upper side of the module case 200 through the thermal resin 500, and then, immediately, to the upper side of the module case 200. Since it is transmitted to the heat sink 300 to be disposed, it is possible to effectively suppress a temperature increase due to heat in the portion of the electrode lead 150 that generates the highest heat inside the module case 200 of the battery module 10. I can.
  • damage due to temperature rise of the battery cells 100 is minimized through the thermal resin 500 that at least partially covers the electrode lead 150 portion of the battery cells 100.
  • the lifespan of the cells 100 may be extended, and performance degradation due to heat generation of the battery cells 100 may be effectively prevented.
  • the electrode lead 150 of the battery cells 100 is covered according to the filling and injection of the thermal resin 500, the electrode lead 150 is completed for partial cooling.
  • An assembly process procedure may be more simple than a structure in which a heat conductive member in the form of an accessory or the like is separately added to the inside of the module case 200.
  • a heat conduction member having a predetermined shape previously completed in advance is added to separately cool the electrode lead 150 part, other electrical components in the module case 100 or other electrical components in the module case 100 are added during the assembly process. Due to the occurrence of interference with the battery cells 100, the risk of damage to the component parts or the battery cells 100 may increase. In addition, assembling such a separate heat-conducting member in the module case Possibility of mis-assembly may also increase due to assembly tolerances.
  • the module case is different from the additional assembly of a separate heat conductive member. (100) There is no risk of damage to other electric components or battery cells 100 inside, and misassembly problems due to assembly tolerances can be prevented at the source.
  • 6 to 8 are views for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 20 according to the present embodiment is similar to the battery module 10 of the previous embodiment, redundant descriptions are omitted for configurations that are substantially the same as or similar to the previous embodiment, and hereinafter, the previous embodiment Let's focus on the difference between and.
  • the battery module 20 includes a battery cell 100, a module case 200, a heat sink 300, a bus bar assembly 400, a thermal resin 500, and a resin injection.
  • a hole 600, a filling confirmation hole 700, a laser sensor 800, and a control unit 900 may be included.
  • the battery cell 100, module case 200, heat sink 300, thermal resin 500, resin injection hole 600, filling confirmation hole 700, laser sensor 800 and control unit 900 Since is substantially the same as or similar to the previous embodiment, redundant descriptions will be omitted below.
  • a transparent window 450 may be provided in the busbar assembly 400.
  • the transparent window 450 is provided in a horizontal direction parallel to the electrode leads 150 of the plurality of battery cells 100 and contains the thermal resin 500 filled toward the electrode leads 150. It may be provided so as to be able to visually check outside the outer side of both sides of the battery module 10.
  • a leveling line 455 may be provided in the transparent window 450.
  • the leveling line 455 may be formed along the height direction of the transparent window 450 so that the filling height of the thermal resin 500 can be checked.
  • the battery module 20 As described above, the battery module 20 according to the present exemplary embodiment, through the transparent window 450 provided with the leveling line 455, shows the thermal resin 500 outside the outer sides of both sides of the battery module 10.
  • the filling degree of the electrode lead 150 may be guided so that it is easier and easier to check. That is, since the manufacturer or the like can visually check the degree of filling of the thermal resin 500 in the horizontal direction of the electrode lead 150, the accuracy of visual confirmation of a user such as a manufacturer may be remarkably improved.
  • FIG 9 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 10 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 includes at least one battery module 10 and 20 according to the previous embodiment and a pack case 50 for packaging the at least one battery module 10. It may include.
  • the at least one battery module 10 and 20 may be provided with at least one of the battery modules of the previous embodiment, or may be provided in plural. When a plurality of the battery modules 10 and 20 are provided, it is of course possible to be provided as an assembly of the battery module 10 and the battery module 20 of the previous embodiment.
  • the battery pack 1 may be provided in the vehicle V as a fuel source for the vehicle V.
  • the battery pack 1 may be provided in the vehicle V in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and other ways in which the battery pack 1 can be used as a fuel source.
  • the battery pack 1 may be provided in other devices, devices, and facilities, such as an energy storage system using a secondary battery, in addition to the vehicle V.
  • the battery pack 1 and the apparatus, apparatus, and equipment including the battery pack 1 such as the vehicle V according to the present embodiment include the battery modules 10 and 20 described above. It is possible to implement a battery pack 1 having all of the advantages due to the above-described battery modules 10 and 20 and a device, apparatus, and equipment such as a vehicle V having the battery pack 1.
  • the battery modules 10 and 20 capable of effectively suppressing an increase in temperature due to heat generation of the electrode leads 150 of the battery cells 100, the battery module ( The battery pack 1 including 10 and 20 and the vehicle V including the battery pack 1 may be provided.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층되는 배터리 셀들, 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스, 모듈 케이스 내에서 배터리 셀들의 전극 리드 부분을 적어도 부분적으로 커버하도록 충진되는 써멀 레진, 써멀 레진의 충진 길이를 측정할 수 있게 모듈 케이스에 구비되는 레이저 센서 및 레이저 센서로부터 측정된 충진 길이 정보에 기초하여 써멀 레진의 충진을 제어하는 제어 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 10월 04일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2019-0123390호에 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 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 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 종래 배터리 모듈의 경우, 충방전에 따른 발열에 따른 성능 저하를 해결하는 것이 중요하다. 이러한 배터리 모듈의 발열은 배터리 모듈의 충방전 시, 단위 면적이 가장 작은 부분 중 하나인 배터리 셀들의 전극 리드 부분에서 저항이 높기에 발열 또한 이러한 전극 리드 부분에서 가장 많고 이는 곧 배터리 셀들의 데미지로 이어지는 문제가 있다.
그러므로, 배터리 모듈의 냉각 시, 배터리 모듈에서 배터리 셀들의 전극 리드 부분에서 발열을 제어할 수 있는 보다 효과적인 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 셀들의 전극 리드 부분의 발열에 따른 온도 상승을 효과적으로 억제할 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, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들; 상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내에서 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드 부분을 적어도 부분적으로 커버하도록 충진되는 써멀 레진; 상기 써멀 레진이 상기 전극 리드 부분을 적어도 부분적으로 커버하도록 충진될 때, 상기 써멀 레진의 충진 길이를 측정할 수 있게 상기 모듈 케이스에 구비되는 레이저 센서; 및 상기 레이저 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 레이저 센서로부터 측정된 충진 길이 정보에 기초하여 상기 써멀 레진의 충진을 제어하는 제어 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 배터리 모듈은, 상기 모듈 케이스의 일측에 형성되며, 상기 써멀 레진 충진을 위해 레진 주입 장치로부터 써멀 레진을 주입 받기 위한 적어도 하나의 레진 주입홀;을 포함하며, 상기 레이저 센서는, 상기 모듈 케이스의 타측에 구비될 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 레진 주입 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 레이저 센서로부터 측정된 충진 길이가 기 설정된 충진 길이 이상일 때, 상기 레진 주입 장치로부터 상기 써멀 레진의 주입을 중단시킬 수 있다.
상기 적어도 하나의 레진 주입홀은, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드보다 높은 위치에 마련되며, 상기 레이저 센서는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드보다 낮은 위치에 마련될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드들과 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 케이스의 양측을 커버하는 버스바 어셈블리;를 포함하며, 상기 제어 유닛은, 상기 버스바 어셈블리에 구비될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리에는, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드들과 평행한 수평 방향에 투명 윈도우;가 구비될 수 있다.
상기 투명 윈도우에는, 상기 써멀 레진의 충진 높이를 확인하기 위한 레벨링 라인;이 구비될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 모듈 케이스의 일측에 형성되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드 부분과 동일 선상에 배치되는 적어도 하나의 충진 확인홀;을 포함할 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, 배터리 셀들의 전극 리드 부분의 발열에 따른 온도 상승을 효과적으로 억제할 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 주요부의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 써멀 레진 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈의 냉각 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 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 주요부의 단면도이며, 도 3 및 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 써멀 레진 주입을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 히트 싱크(300), 버스바 어셈블리(400), 써멀 레진(500), 레진 주입홀(600), 충진 확인홀(700), 레이저 센서(800) 및 제어 유닛(900)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차전지 또는 원통형 이차 전지로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
이러한 상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다. 상호 간의 전기적인 연결은 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 전극 리드들(150)과 후술하는 버스바 어셈블리(400)의 전기적 연결을 통해 구현될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다. 이외에도, 상기 모듈 케이스(200) 내에는 상기 배터리 모듈(10)을 구성하는 각종 전장 부품 등의 구성 부품 등도 수용될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)의 일측, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 상측에는 상기 배터리 모듈(10)의 상기 배터리 셀들(100)의 냉각을 위한 히트 싱크(300)가 장착될 수 있다.
이러한, 상기 모듈 케이스(200)에는, 레진 충진 유로(250)가 구비될 수 있다.
상기 레진 충진 유로(250)는, 상기 모듈 케이스(200) 내에 마련되며, 후술하는 적어도 하나의 레진 주입홀(600)과 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150) 부분을 연결할 수 있는 소정 공간을 형성할 수 있다.
상기 히트 싱크(300)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 냉각시키기 위한 것으로서, 상기 모듈 케이스(200)의 상측에 장착될 수 있다. 이러한 상기 히트 싱크(300)는 상기 모듈 케이스(200)를 사이에 두고 후술하는 써멀 레진(500)과 대향 배치될 수 있다.
상기 히트 싱크(300)는 공냉식 또는 수냉식 구조로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 히트 싱크(300)가 냉각수가 유동하는 수냉식 구조로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 버스바 어셈블리(400)는, 상기 배터리 셀들(100)의 전극 리드들(150)과 전기적으로 연결할 수 있다. 이러한 상기 버스바 어셈블리(400)는 상기 모듈 케이스(200)의 양측을 커버할 수 있다.
상기 써멀 레진(500)은, 상기 모듈 케이스(200)의 내측에서 상기 히트 싱크(300)와 대향 배치되며, 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150) 부분을 적어도 부분적으로 커버하도록 충진될 수 있다.
상기 써멀 레진(500)은, 높은 열 전도도를 가짐과 아울러 절연 특성을 갖는 재질로 마련될 수 있다. 이러한 상기 써멀 레진(500)은 상기 배터리 셀들(500)의 냉각을 가이드함과 아울러 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 배터리 셀들(500)의 안정적인 고정을 가이드 할 수 있다.
상기 레진 주입홀(600)은, 상기 모듈 케이스(200)의 일측, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 상측에 형성되며, 상기 써멀 레진(500)의 충진을 위한 소정 크기의 홀로 마련될 수 있다.
이러한 상기 레진 주입홀(600)은 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 레진 주입홀(600)은 상기 모듈 케이스(200)의 일측 중앙, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 상측 중앙에 상호 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 레진 주입홀(600)은 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150)보다 높은 위치에 마련될 수 있다. 이에 따라, 레진 주입 장치(A)를 통한 상기 써멀 레진(500) 주입 시 상기 전극 리드(150) 측으로의 주입이 자중에 따라 자연스럽게 이루어질 수 있어 주입 효율이 향상될 수 있다.
상기 충진 확인홀(700)은, 상기 모듈 케이스(200)의 일측, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 상측에 형성되며, 상기 복수 개의 레진 주입홀(600)과 이격되는 상기 모듈 케이스(200)의 상측 가장자리에 마련될 수 있다.
상기 충진 확인홀(700)은 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 전극 리드(150) 부분의 충진 여부 확인이 용이하도록 상기 모듈 케이스(200)의 높이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 전극 리드(150) 부분과 동일 선상에 배치될 수 있다.
상기 충진 확인홀(700)은 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 충진 확인홀(700)은 상기 복수 개의 레진 주입홀들(600)을 사이에 두고 상호 대향 배치될 수 있다.
이러한 상기 충진 확인홀(700)을 통해 상기 써멀 레진(500) 주입 시, 제조자 등은 상기 배터리 셀들(100)의 전극 리드(150) 부분으로 충진이 제대로 되었는지 여부를 확인할 수 있다.
구체적으로, 상기 써멀 레진(500)이 지속적으로 주입되면서, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150)를 부분적으로 커버할 수 있게 상기 써멀 레진(500)이 충진될 수 있다.
이후, 써멀 레진(500)의 주입이 계속되면, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150)와 동일 선상에 배치된 상기 충진 확인홀(700) 측으로 상기 써멀 레진(500)이 유입될 수 있다.
상기 제조자 등은 이러한 상기 충진 확인홀(700) 측으로의 상기 써멀 레진(500) 유입 확인을 통해 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150) 부분의 충진을 확인함과 아울러 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 써멀 레진(500)이 충분히 충진되었음을 확인할 수 있다.
만약, 상기 충진 확인홀(700) 밖으로 상기 써멀 레진(500)이 넘칠 정도가 되면, 상기 제조자 등은 상기 레진 주입 장치(A)를 통한 상기 써멀 레진(500)을 중단하고, 상기 써멀 레진(500) 주입 공정을 완료할 수 있다. 상기 써멀 레진(500) 주입 공정이 완료되면, 이후, 상기 충진 확인홀(700) 및 상기 레진 주입홀(600)이 마련된 상기 모듈 케이스(200)의 상측에는 상기 히트 싱크(300)가 장착될 수 있다.
상기 레이저 센서(800)는, 상기 써멀 레진(500)이 상기 전극 리드(150) 부분을 적어도 부분적으로 커버하도록 충진될 때, 상기 써멀 레진(500)의 충진 길이를 측정할 수 있게 상기 모듈 케이스(200)에 구비될 수 있다.
이러한 상기 레이저 센서(800)는, 상기 모듈 케이스(200)의 타측에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 레이저 센서(800)는, 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 전극 리드(150)보다 낮은 위치에 마련될 수 있다. 아울러, 상기 레이저 센서(800)는, 상기 전극 리드(150)를 사이에 두고 상기 충진 확인홀(700)과 대향 배치될 수 있다.
상기 제어 유닛(900)은, 상기 레이저 센서(700)와 전기적으로 연결되며, 상기 레이저 센서(700)로부터 측정된 충진 길이 정보에 기초하여 상기 써멀 레진(500)의 충진을 제어할 수 있다.
이러한 상기 제어 유닛(900)은, 상기 버스바 어셈블리(400)에 구비될 수 있으며, 상기 레이저 센서(800)와의 전기적 연결을 위해, 상기 레이저 센서(800)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 아울러, 상기 제어 유닛(900)은, 상기 써멀 레진(500)의 충진 제어를 위해, 상기 레진 주입 장치(A)와도 유선 또는 무선 방식으로 전기적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어 유닛(900)은, 상기 레이저 센서(800)로부터 측정된 충진 길이(d)가 기 설정된 충진 길이 이상일 때, 상기 레진 주입 장치(A)로부터 상기 써멀 레진(500)의 주입을 중단시킬 수 있다. 상기 기 설정된 충진 길이는, 상기 모듈 케이스(200)의 높이 방향에서, 상기 전극 리드(150)의 상단에서 하단까지 의 총 길이를 모두 포함하는 길이일 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 제어 유닛(900)과 상기 레이저 센서(800)를 통해서도, 상기 써멀 레진(500)의 적정한 주입을 제어할 수 있다. 본 실시예의 경우, 이러한 상기 레이저 센서(800)와 상기 제어 유닛(900)을 통한 주입 제어를 통해, 상기 충진 확인홀(700)을 통한 제조자 등의 육안 확인이 잘못되거나 또는 육안 확인이 실패하는 등의 예기치 않은 상황이 발생되더라도 상기 써멀 레진(500)의 충진 불량 위험을 원천적으로 차단할 수 있다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈의 냉각 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 발열 시, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150) 부분에서 가장 높은 발열(H)이 발생할 수 있다. 이는 상기 배터리 셀들(100)의 전극 리드(150) 부분의 단면적이 다른 배터리 모듈(10)의 구성 부품의 단면적보다 상대적으로 작아서, 충방전에 따른 전류 흐름에 있어 저항이 가장 높기 때문이다.
본 실시예의 경우, 이러한 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150)의 발열 부분(H)에 상기 써멀 레진(500)이 충진되어 있기에, 상기 전극 리드(150)의 발열 부분(H)의 열을 효과적으로 상기 히트 싱크(300) 측으로 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 전극 리드(150)의 발열 부분(H)의 열은 상기 써멀 레진(500)을 통해 상기 모듈 케이스(200)의 상측에 이동하며, 이후, 곧바로, 상기 모듈 케이스(200) 상측에 배치되는 상기 히트 싱크(300)로 전달되기에, 상기 배터리 모듈(10)의 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 가장 높은 열이 발생하는 상기 전극 리드(150) 부분의 열로 인한 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀들(100)의 전극 리드(150) 부분을 적어도 부분적으로 커버하는 상기 써멀 레진(500)을 통해 상기 배터리 셀들(100)의 온도 상승으로 인한 데미지를 최소화하여 배터리 셀들(100)의 수명을 연장시킬 수 있으며, 상기 배터리 셀들(100)의 발열에 따른 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는, 이러한 상기 써멀 레진(500)의 충진 주입에 따라 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150)의 부분을 커버하므로, 상기 전극 리드(150) 부분 냉각을 위해 완성된 부속품과 같은 형태의 열전도 부재 등을 상기 모듈 케이스(200) 내측에 별도로 추가하는 구조보다 조립 공정 절차가 보다 더 간편해질 수 있다.
구체적으로 살펴 보면, 만약, 별도로 전극 리드(150) 부분 냉각을 위해 사전에 미리 완성된 소정의 형상을 갖는 열전도 부재 등을 추가할 경우, 조립 공정 시 상기 모듈 케이스(100) 내의 기타 다른 전장 부품이나 상기 배터리 셀들(100)과의 간섭 등이 발생하여, 이러한 구성 부품이나 상기 배터리 셀들(100) 등의 파손이 발생할 위험이 커질 수 있고, 또한, 이와 같은 별도의 열전도 부재의 모듈 케이스 내에서의 조립 시 조립 공차 등에 따른 오조립 가능성도 커질 수 있다.
그러나, 본 실시예의 경우, 상기 써멀 레진(500)의 충진 공정을 통해 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150) 부분을 커버하기에, 별도의 열전도 부재 등의 추가 조립과 달리 상기 모듈 케이스(100) 내부의 기타 전장 부품이나 배터리 셀들(100)의 파손 위험이 없고, 또한, 조립 공차 등에 따른 오조립 문제가 원천적으로 방지될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(20)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 히트 싱크(300), 버스바 어셈블리(400), 써멀 레진(500), 레진 주입홀(600), 충진 확인홀(700), 레이저 센서(800) 및 제어 유닛(900)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 히트 싱크(300), 써멀 레진(500), 레진 주입홀(600), 충진 확인홀(700), 레이저 센서(800) 및 제어 유닛(900)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 버스바 어셈블리(400)에는, 투명 윈도우(450)가 구비될 수 있다.
상기 투명 윈도우(450)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드들(150)과 평행한 수평 방향에 마련되며, 상기 전극 리드들(150) 측으로 충진되는 상기 써멀 레진(500)을 상기 배터리 모듈(10)의 양측면 외측 밖에서 육안 확인 가능하게 구비될 수 있다.
이러한 상기 투명 윈도우(450)에는, 레벨링 라인(455)이 구비될 수 있다. 상기 레벨링 라인(455)은, 상기 써멀 레진(500)의 충진 높이를 확인할 수 있도록 상기 투명 윈도우(450)의 높이 방향을 따라 형성될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20)은, 상기 레벨링 라인(455)을 구비한 투명 윈도우(450)을 통해, 상기 배터리 모듈(10)의 양측면 외측 밖에서 상기 써멀 레진(500)의 상기 전극 리드(150) 부분의 충진 정도를 보다 더 손쉽고 용이하게 확인할 수 있게 가이드할 수 있다. 즉, 상기 제조자 등은, 상기 전극 리드(150)의 수평 방향에서 상기 써멀 레진(500)의 충진 정도를 육안 확인할 수 있기에, 제조자 등의 사용자 육안 확인의 정확도가 현저히 향상될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10)(20) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)(20)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈들 중 적어도 하나로 구비되는 것도 가능할 수 있으며, 복수 개로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 상기 배터리 모듈(10)(20)이 복수 개로 구비되는 경우, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 상기 배터리 모듈(20)의 집합체로 마련되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차(V)의 연료원으로써, 자동차(V)에 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 자동차(V)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차(V) 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 자동차(V)와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10, 20)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10, 20)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차(V) 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 상기 배터리 셀들(100)의 상기 전극 리드(150) 부분의 발열에 따른 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있는 상기 배터리 모듈(10, 20), 이러한 상기 배터리 모듈(10, 20)을 포함하는 상기 배터리 팩(1) 및 이러한 상기 배터리 팩(1)을 포함하는 상기 자동차(V)를 제공할 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.

Claims (10)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들;
    상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스 내에서 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드 부분을 적어도 부분적으로 커버하도록 충진되는 써멀 레진;
    상기 써멀 레진이 상기 전극 리드 부분을 적어도 부분적으로 커버하도록 충진될 때, 상기 써멀 레진의 충진 길이를 측정할 수 있게 상기 모듈 케이스에 구비되는 레이저 센서; 및
    상기 레이저 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 레이저 센서로부터 측정된 충진 길이 정보에 기초하여 상기 써멀 레진의 충진을 제어하는 제어 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 모듈 케이스의 일측에 형성되며, 상기 써멀 레진 충진을 위해 레진 주입 장치로부터 써멀 레진을 주입 받기 위한 적어도 하나의 레진 주입홀;을 포함하며,
    상기 레이저 센서는,
    상기 모듈 케이스의 타측에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 레진 주입 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 레이저 센서로부터 측정된 충진 길이가 기 설정된 충진 길이 이상일 때, 상기 레진 주입 장치로부터 상기 써멀 레진의 주입을 중단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 레진 주입홀은,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드보다 높은 위치에 마련되며,
    상기 레이저 센서는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드보다 낮은 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드들과 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 케이스의 양측을 커버하는 버스바 어셈블리;를 포함하며,
    상기 제어 유닛은,
    상기 버스바 어셈블리에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리에는,
    상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드들과 평행한 수평 방향에 투명 윈도우;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 투명 윈도우에는,
    상기 써멀 레진의 충진 높이를 확인하기 위한 레벨링 라인;이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 모듈 케이스의 일측에 형성되며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 전극 리드 부분과 동일 선상에 배치되는 적어도 하나의 충진 확인홀;을 포함하는 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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