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KR102273195B1 - 개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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KR102273195B1
KR102273195B1 KR1020170180560A KR20170180560A KR102273195B1 KR 102273195 B1 KR102273195 B1 KR 102273195B1 KR 1020170180560 A KR1020170180560 A KR 1020170180560A KR 20170180560 A KR20170180560 A KR 20170180560A KR 102273195 B1 KR102273195 B1 KR 102273195B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체를 수용하며, 상기 셀 적층체의 하부, 양 측부, 전후방 및 상부를 각각 커버하는 하부 하우징, 한 쌍의 측부 하우징, 한 쌍의 전후방 하우징 및 상부 하우징으로 구성되는 모듈 하우징을 포함하며, 상기 하부 하우징은, 상기 셀 적층체의 하면을 전체적으로 커버하는 베이스 플레이트; 및 상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트의 사이에 개재되며 상기 셀 적층체의 하면을 부분적으로 커버하여 상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트 사이에 빈 공간을 형성시키는 스페이서; 상기 스페이서에 연결되어 상기 스페이서의 내부를 통해 상기 빈 공간으로 냉각 매체를 공급하는 공급관; 및 상기 스페이서에 연결되어 상기 빈 공간 및 상기 스페이서의 내부를 통해 흐르는 냉각 매체를 외부로 배출시키는 배출관; 을 포함한다.

Description

개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈{Battery module with improved cooling structure}
본 발명은, 개선된 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 냉각을 위한 절연유를 이용하되, 이러한 절연유가 배터리 셀과 직접 접촉될 수 있는 냉각 구조를 가짐으로써 향상된 냉각 효율을 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치 타입의 셀이 많이 이용된다.
하지만, 파우치 타입 셀은, 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 따라서, 다수의 파우치 타입 셀을 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해, 프레임을 이용하는 경우가 많다.
프레임은 카트리지 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있는데, 보통 중앙 부분이 비어 있는 사각 플레이트 형태로 구성되는 경우가 많으며, 이때 4개의 변 부분이 파우치 타입 셀의 외주부를 감싸도록 구성된다. 그리고, 이러한 프레임은 배터리 모듈을 구성하기 위해 다수가 적층된 형태로 이용되며, 파우치 타입 셀은 프레임이 적층되었을 때 생기는 내부의 빈 공간에 위치할 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 종래의 배터리 모듈 구조가 나타나 있다. 이와 같은 종래의 배터리 모듈 구조는, 다수의 프레임(2)을 이용하여 다수의 파우치 타입 셀(1)이 적층되도록 하는 경우, 한 쌍의 파우치 타입 셀(1) 각각의 외측면 상에 플레이트 형태의 냉각 핀(3)을 적용함으로써 냉각 효율을 높인다.
이차 전지는 여름과 같이 고온 환경에서 사용되는 경우가 있을 수 있으며, 또한 이차 전지 자체적으로도 열이 발생할 수 있다. 이때, 다수의 이차 전지가 서로 적층되어 있는 경우, 이차 전지의 온도는 더욱 높아질 수 있는데, 이 온도가 적정 온도보다 높아지면 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 따라서, 배터리 모듈을 구성할 때 파우치 타입 셀(1)의 면과 접촉하도록 냉각 핀(3)을 적용하고 이러한 냉각 핀(3)이 그 하부에 위치한 냉각 플레이트(4)와 접촉하도록 함으로써 배터리 모듈의 전체적인 온도 상승이 방지되도록 하는 구성이 많이 이용된다.
그러나, 통상적으로 금속 재질로 구성되는 이러한 냉각 핀(3)을 대면하는 파우치 타입 셀(1)들 사이에 개재시켜 배터리 모듈을 구성하는 경우, 냉각 핀(3)과 배우치 셀(1)의 표면 사이의 재질 차이로 인한 접촉 열 저항이 매우 클 수 밖에 없고, 또한 이처럼 단순히 금속의 전도성에 의존하는 냉각 방식만으로는 큰 발열이 발생하는 상황에서 충분한 냉각이 이루어지기 어려울 수도 있다는 문제가 있다.
따라서, 이러한 접촉 열 저항을 감소시키고 또한 단순한 열 전도방식 이 외에 좀 더 효율적으로 열을 방출할 수 있도록 하는 냉각 방식이 적용된 배터리 모듈 구조에 대한 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 냉각을 위한 냉각 매체와 배터리 셀 간의 직접 접촉이 가능한 냉각 구조가 적용된 배터리 모듈을 제공함으로써 고용량 및/또는 고출력의 배터리 모듈의 적용에 따른 발열량 증가에도 효율적으로 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 것을 일 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.
상술한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체를 수용하며, 상기 셀 적층체의 하부, 양 측부, 전후방 및 상부를 각각 커버하는 하부 하우징, 한 쌍의 측부 하우징, 한 쌍의 전후방 하우징 및 상부 하우징으로 구성되는 모듈 하우징을 포함하며, 상기 하부 하우징은, 상기 셀 적층체의 하면을 전체적으로 커버하는 베이스 플레이트; 및 상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트의 사이에 개재되며 상기 셀 적층체의 하면을 부분적으로 커버하여 상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트 사이에 빈 공간을 형성시키는 스페이서; 상기 스페이서에 연결되어 상기 스페이서의 내부를 통해 상기 빈 공간으로 냉각 매체를 공급하는 공급관; 및 상기 스페이서에 연결되어 상기 빈 공간 및 상기 스페이서의 내부를 통해 흐르는 냉각 매체를 외부로 배출시키는 배출관; 을 포함한다.
상기 셀 적층체와 스페이서 사이에는 상기 셀 적층체와 스페이서 사이로 냉각 매체가 누수되지 않도록 접착제가 개재될 수 있다.
상기 베이스 플레이트의 양 측 단부에는 결합 홈이 형성된 결합부가 구비되고, 상기 측부 하우징의 하단부에는 하방으로 돌출되어 형성된 결합 돌기가 구비되며, 상기 결합 홈에 결합 돌기가 삽입 고정됨으로써 상기 측부 하우징이 상기 베이스 플레이트에 고정될 수 있다.
상기 결합부는 상기 배터리 모듈의 내측을 향해 돌출된 돌출부를 구비하며, 상기 돌출부는 상기 베이스 플레이트와 셀 적층체 사이를 통한 누수를 방지할 수 있도록 상기 셀 적층체의 최 외각에 배치된 배터리 셀과 맞닿도록 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 베이스 플레이트의 길이 방향 일 측에 구비되는 제1 스페이서; 상기 베이스 플레이트의 길이 방향 타 측에 구비되는 제2 스페이서; 및 상기 제1 스페이서 및 제2 스페이서와 이격되어 그 사이에 구비되는 제3 스페이서; 를 포함할 수 있다.
상기 공급관은 상기 제1 스페이서의 내부를 관통하여 형성되는 제1 스페이서 유로와 연결되며, 상기 배출관은 상기 제2 스페이서의 내부를 관통하여 형성되는 제2 스페이서 유로와 연결될 수 있다.
상기 제3 스페이서는, 상기 제1 스페이서를 통해 공급된 냉각 매체가 상기 제2 스페이서쪽으로 흘러 들어갈 수 있도록 내부를 관통하여 형성되는 제3 스페이서 유로를 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈이 복수개 연결되어 구현되며, 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 구비한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 냉각을 위한 냉각 매체와 배터리 셀 간의 직접 접촉이 가능한 냉각 구조가 적용된 배터리 모듈이 제공됨으로써 고용량 및/또는 고출력의 배터리 모듈의 적용에 따른 발열량 증가에도 효율적으로 냉각이 이루어질 수 있게 되어 배터리 모듈의 성능 향상을 가져올 수 있을 뿐만 아니라, 온도 상승에 따른 배터리 셀의 발화/폭발 등의 안전사고를 예방하는 효과 역시 가져올 수 있게 된다.
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 종래의 배터리 모듈에 채용된 냉각 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 외관을 나타내는 완성 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 베이스 플레이트 상에서 냉각 매체가 흐르는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 A-A' 및 B-B'을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5의 일측 단부의 형상에 대한 확대도이다.
도 7은 도 2의 C-C'을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7의 일측 단부의 형상에 대한 확대도이다.
도 9는 도 4에 도시된 공급관 및 스페이서와는 다른 형태의 공급관 및 스페이서의 구현 형태를 나타내는 도면이다.
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.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 이루는 구성요소들을 개략적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 외관을 나타내는 완성 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 적층체(100) 및 이를 수용하는 모듈 하우징(20)을 포함하는 형태로 구현된다. 또한, 상기 모듈 하우징(20)은, 하부 하우징(200), 한 쌍의 측부 하우징(300), 한 쌍의 전후방 하우징(400) 및 상부 하우징(500)을 포함한다.
상기 셀 적층체(100)는, 복수의 배터리 셀(110)을 적층시켜 얻어지는 것으로서, 여기서 이용되는 배터리 셀(110)은 충방전이 가능한 이차전지라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 파우치 타입 배터리 셀이 적용될 수 있다.
상기 배터리 셀(110) 각각은 일측 및 타측으로 연장되는 한 쌍의 전극 리드(111)를 구비할 수 있으며, 이러한 전극 리드(111)는 양극 리드 및 음극 리드를 포함한다. 적층된 각각의 배터리 셀(110) 사이는 후술할 바와 같이 셀 적층체(100)의 하부에 접촉되는 절연유 등의 냉각 매체가 셀 적층체(100)를 이루는 배터리 셀(110)들 사이의 공간을 통해 상부로 침투할 수 없도록 접착제 등에 의해 단단히 고정/밀폐되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전극 리드(111)들은, 셀 적층체(100)를 이루는 배터리 셀(100)들이 서로 직렬 연결, 병렬 연결 또는 직렬과 병렬이 혼합된 방식의 연결을 이루도록 배치/연결 될 수 있다.
상기 하부 하우징(200)은, 셀 적층체(100)의 하면을 전체적으로 커버하는 베이스 플레이트(210), 셀 적층체(100)의 하면을 부분적으로 커버하는 스페이서(220), 스페이서(220)에 연결되어 배터리 모듈(10)을 냉각시키기 위한 절연유 등의 냉각 매체를 공급하는 공급관(230) 및 스페이서(220)에 연결되어 냉각 매체를 외부로 배출시키는 배출관(240)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 스페이서(220)는 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이에 개재되되, 셀 적층체(100)의 하면을 부분적으로만 커버함으로써 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이에 빈 공간을 형성시킨다. 즉, 상기 빈 공간은 셀 적층체(100), 스페이서(220) 및 베이스 플레이트(210)로 둘러싸인 폐쇄된 공간에 해당하는 것이다.
상기 공급관(230)은, 배터리 모듈(10)의 전방으로부터 스페이서(220)에 연결되어 스페이서(220)의 내부에 냉각 매체를 공급한다. 이처럼 스페이서(220)에 공급된 냉각 매체는 스페이서(220)의 내부에 형성된 유로를 통해 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이의 빈 공간으로 공급된다.
상기 배출관(240)은, 배터리 모듈(10)의 후방으로부터 스페이서(220)에 연결되어 상기 빈 공간 및 스페이서(220)의 내부를 통해 흐르는 냉각 매체를 외부로 배출시킨다.
상기 한 쌍의 측부 하우징(300)은 각각 셀 적층체(100)의 양 측부를 커버하는 부품으로서, 셀 적층체(100)를 이루는 배터리 셀(110)들 중 양 측 최 외각에 배치되는 배터리 셀(110)의 넓은 면과 대면한다. 이러한 한 쌍의 측부 하우징(300)은 셀 적층체(100)를 양쪽에서 가압함으로써 셀 적층체(100)를 이루는 배터리 셀(110)들 사이에 빈공간이 발생되지 않도록 하는 기능 또한 수행할 수 있다.
상기 한 쌍의 전후방 커버(400)는, 각각 버스바 프레임(410), 절연 커버(420) 및 전후방 플레이트(430)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 버스바 프레임(410)은 셀 적층체(100)의 전방 또는 후방으로부터 셀 적층체(100)에 결합되는 것으로서, 이러한 버스바 프레임(410)에는 전극 리드(111)들이 삽입되어 배터리 셀(110)들 상호 간의 전기적 연결을 위한 전극 리드(111)의 벤딩 작업을 용이하게 한다. 즉, 상기 전극 리드(111)들은 버스바 프레임(410)에 형성된 삽입 슬릿들을 통해 삽입된 후 절곡되어 인접한 전극 리드(111) 상호 간에 용접 등에 의한 결합을 이룬다.
상기 절연 커버(420)는 버스바 프레임(410)에 삽입/벤딩되어 서로 결합을 이룬 전극 리드(111)들 중 서로 접촉되어서는 안되는 관계에 있는 전극 리드(111)들 간에 접촉이 발생되는 것을 방지하기 위해 적용되는 부품으로서, 버스바 프레임(410) 상에 결합되어 외부의 요인에 의해 쇼트(short)가 발생되는 것을 방지한다.
상기 전후방 플레이트(430)는 절연 커버(420) 상에 결합되는 부품으로서, 셀 적층체(100), 버스바 프레임(410) 및 절연 커버(420) 등의 내부 부품들을 보호하는 기능을 수행한다.
상기 상부 하우징(500)은, 셀 적층체(100)의 상부에 배치되되 앞서 설명한 버스바 프레임(410)을 통해 삽입/밴딩된 전극 리드(111)들과 전기적으로 연결되는 센싱 아세이(510) 및 센싱 아세이(510)의 상부에 결합되어 상부 하우징(500)의 최 외층을 이루는 탑 플레이트(520)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
다음은, 도 2 및 도 3과 함께, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구체적인 냉각 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 베이스 플레이트 상에서 냉각 매체가 흐르는 모습을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 2의 A-A' 및 B-B'을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이며, 도 6은 도 5의 일측 단부의 형상에 대한 확대도이다. 또한, 도 7은 도 2의 C-C'을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이고, 도 8은 도 7의 일측 단부의 형상에 대한 확대도이다.
도 2 및 도 3과 함께, 도 4 내지 도 8을 참조하면, 상기 베이스 플레이트(210)의 양 측 단부에는 상부로부터 하부를 향해 소정의 깊이로 결합 홈(G)이 형성된 결합부(211)가 구비된다. 한편, 상기 측부 하우징(300)의 하단부에는 하방으로 돌출되어 형성된 결합 돌기(310)가 구비되며, 결합 홈(G)에 결합 돌기(310)가 삽입/고정됨으로써 측부 하우징(300)이 베이스 플레이트(210)에 고정된다.
상기 결합부(211)는 배터리 모듈의 내측을 향해 돌출된 돌출부(P)를 구비하며, 돌출부(P)는 베이스 플레이트(210)와 셀 적층체(100) 사이에 빈틈이 생겨 냉각 매체가 누수/누유되는 것을 방지할 수 있도록 셀 적층체(100)의 최 외각에 배치된 배터리 셀(110)과 맞닿도록 연장된 형태를 가진다.
또한, 상기 셀 적층체(100)와 스페이서(220) 사이에는 셀 적층체(100)와 스페이서(220) 사이로 절연유 등의 냉각 매체가 누수되지 않도록 접착제가 개재되며, 이러한 접착제는 셀 적층체(100)와 스페이서(220) 사이를 결합/고정시킬 뿐만 아니라 가스켓으로서의 기능 또한 수행하게 된다.
한편, 상기 스페이서(220)는 서로 분리된 형태로 이격되어 배치되는 복수의 단위 스페이서들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서(220)는, 베이스 플레이트(210)의 길이 방향 일 측 단부에 구비되는 제1 스페이서(221), 베이스 플레이트(210)의 길이 방향 타 측 단부에 구비되는 제2 스페이서(222) 및 제1 스페이서(221) 및 제2 스페이서(222)와 이격되어 그 사이에 구비되는 제3 스페이서(223)를 포함할 수 있다.
다만, 이러한 단위 스페이서의 개수는 본 발명의 도면에 예시된 3개로 국한되지 않으며, 그 이상의 개수가 구비되는 것도 가능하다. 즉, 제1 스페이서(221)와 제2 스페이서(222) 사이에는 하나 또는 그 이상의 단위 스페이서들이 서로 이격되어 배치되는 것이 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 단위 스페이서가 세 개인 경우를 예로 들어 설명을 하기로 한다.
상기 공급관(230)은 배터리 모듈(10)의 전방으로부터 제1 스페이서(221)에 연결되어 배터리 모듈(10)에 냉각을 위한 냉각 매체를 공급할 수 있다. 마찬가지로, 상기 배출관(240)은 배터리 모듈(10)의 후바으로부터 제2 스페이서(222)에 연결되어 배터리 모듈(10)을 냉각시키고 이에 따라 온도가 상승된 냉각 매체를 외부로 배출할 수 있다.
즉, 상기 공급관(230)은 제1 스페이서(221)의 내부를 관통하는 복수의 제1 스페이서 유로(221a)들과 연결되어 냉각 매체를 공급하는 형태로 제공된다. 즉, 상기 공급관(230)은 베이스 플레이트(210)의 폭을 가로질러 배치되는 제1 스페이서(221)의 연장 방향, 즉 제1 스페이서(221)의 길이 방향을 따라 연장되며, 제1 스페이서(221)의 외측으로 노출되는 복수의 제1 스페이서 유로(221a)들 각각과 개별적으로 연결되어 모든 제1 스페이서 유로(221a)에 냉각 매체를 공급하는 형태로 구현된다.
한편, 상기 배출관(240) 역시 상술한 공급관(230)과 마찬가지로, 제2 스페이서(222)의 내부를 관통하는 복수의 제2 스페이서 유로(222a)들과 연결되어 냉각 매체를 배출하는 형태로 제공된다. 즉, 상기 배출관(240)은, 베이스 플레이트(210)의 폭을 가로질러 배치되는 제2 스페이서(222)의 연장 방향, 즉 제2 스페이서(222)의 길이 방향을 따라 연장되며, 제2 스페이서(222)의 외측으로 노출되는 복수의 제2 스페이서 유로(222a)들 각각과 개별적으로 연결되어 모든 제2 스페이서 유로(222a)를 통해 흘러 들어온 냉각 매체를 배출시키는 형태로 구현된다.
한편, 상기 제3 스페이서(223)는, 제1 스페이서(221)를 통해 배터리 모듈(10)의 내부공간(S1)으로 흘러 들어온 냉각 매체를 제2 스페이서(222)쪽으로 통과시킬 수 있도록 하기 위해서, 제3 스페이서(223)의 내부를 관통하여 형성되는 복수이 제3 스페이서 유로(223a)를 구비하는 형태로 제공될 수 있다.
이러한 제3 스페이서(223a)는 제3 스페이서(223)의 외부로 노출되어 제1 스페이서(221)와 제3 스페이서(223) 사이의 공간(S1) 및 제3 스페이서(223)와 제2 스페이서(222) 사이의 공간(S2)이 제3 스페이서(223)의 내부 공간과 연통되도록 한다.
즉, 상기 공급관(230)을 통해 배터리 모듈(10)에 공급된 냉각 매체는, 공급관(230), 제1 스페이서(221), 공간 S1, 제3 스페이서(223), 공간 S2, 제2 스페이서(222), 배출관(240)의 순서로 이동하여 배터리 모듈(10)의 외부로 배출된다.
다음은, 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈에 대해서 설명하기로 한다.
도 9는 도 4에 도시된 공급관 및 스페이서와는 다른 형태의 공급관 및 스페이서의 구현 형태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은 앞서 설명한 배터리 모듈과 비교하여 공급관(250)과 제1 스페이서(224)의 연결관계 및 제1 스페이서(224)의 구체적인 구조에 있어서 약간의 차이가 있을 뿐, 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명함에 있어서는 앞선 실시예와 다른 부분에 대해서 중점적으로 설명하기로 하며, 앞선 실시예에 대한 설명과 중복되는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은, 공급관(250)과 제1 스페이서(224)가 복수 개소에서 연결되는 것이 아니라, 한군데에서 연결이 되고, 공급관(250)과 연결된 제1 스페이서(224)의 유로(미도시)는 냉각 매체의 배출을 위한 복수의 유로들과 연통되는 구조를 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이에 부분적으로 스페이서(220)를 적용하고, 이를 통해 셀 적층체(100)와 베이스 플레이트(210) 사이에 형성되는 빈 공간(S1, S2)에 냉각 매체가 공급될 수 있도록 하고, 이로써 셀 적층체(100)가 냉각 매체와 직접 접촉할 수 있도록 함으로써, 냉각의 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 이처럼 냉각수 절연유 등의 액상의 냉각 매체와 배터리 셀(110)이 직접 접촉하는 구조를 취할 경우 발생될 수 있는 누수/누유의 문제점을 해결할 수 있도록 밀봉성을 강화한 구조를 적용함으로써 제품의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상술한 배터리 모듈을 복수개 전기적으로 연결시켜 구현되는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 구비하는 자동차의 경우 역시, 이러한 배터리 모듈의 장점을 그대로 가져 우수한 성능을 나타낼 수 있게 되는 것이다.
이상에서 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.
10: 배터리 모듈
20: 모듈 하우징
100: 셀 적층체
110: 배터리 셀
111: 전극 리드
200: 하부 하우징
210: 베이스 플레이트
211: 사이드 결합부
211a: 베이스 플레이트 유로
G: 결합 홈
P: 돌출부
220: 스페이서
221: 제1 스페이서
221a: 제1 스페이서 유로
222: 제2 스페이서
222a: 제2 스페이서 유로
223: 제3 스페이서
223a: 제3 스페이서 유로
230: 공급관
240: 배출관
300: 측부 하우징
310: 결합 돌기
400: 전후방 하우징
410: 버스바 프레임
420: 절연 커버
430: 전후방 플레이트
500: 상부 하우징
510: 센싱 아세이
520: 탑 플레이트

Claims (9)

  1. 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 및
    상기 셀 적층체를 수용하며, 상기 셀 적층체의 하부, 양 측부, 전후방 및 상부를 각각 커버하는 하부 하우징, 한 쌍의 측부 하우징, 한 쌍의 전후방 하우징 및 상부 하우징으로 구성되는 모듈 하우징을 포함하며,
    상기 하부 하우징은,
    상기 셀 적층체의 하면을 전체적으로 커버하는 베이스 플레이트; 및
    상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트의 사이에 개재되며 상기 셀 적층체의 하면을 부분적으로 커버하여 상기 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트 사이에 빈 공간을 형성시키는 스페이서;
    상기 스페이서에 연결되어 상기 스페이서의 내부를 통해 상기 빈 공간으로 냉각 매체를 공급하는 공급관; 및
    상기 스페이서에 연결되어 상기 빈 공간 및 상기 스페이서의 내부를 통해 흐르는 냉각 매체를 외부로 배출시키는 배출관;
    을 포함하며,
    상기 스페이서는,
    상기 베이스 플레이트의 길이 방향 일 측에 구비되는 제1 스페이서;
    상기 베이스 플레이트의 길이 방향 타 측에 구비되는 제2 스페이서; 및
    상기 제1 스페이서 및 제2 스페이서와 이격되어 그 사이에 구비되는 제3 스페이서;
    를 포함하고,
    상기 공급관은 상기 제1 스페이서의 내부를 관통하여 형성되는 제1 스페이서 유로와 연결되며, 상기 배출관은 상기 제2 스페이서의 내부를 관통하여 형성되는 제2 스페이서 유로와 연결되고,
    상기 제3 스페이서는,
    상기 제1 스페이서를 통해 공급된 냉각 매체가 상기 제2 스페이서쪽으로 흘러 들어갈 수 있도록 내부를 관통하여 형성되는 제3 스페이서 유로를 구비하며,
    상기 냉각 매체는 상기 제1 스페이서와 제3 스페이서 사이에 형성된 공간 및 제3 스페이서와 제2 스페이서 사이에 형성된 공간 내에서 상기 셀 적층체와 직접 접촉하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체와 스페이서 사이에는 상기 셀 적층체와 스페이서 사이로 냉각 매체가 누수되지 않도록 접착제가 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 양 측 단부에는 결합 홈이 형성된 결합부가 구비되고, 상기 측부 하우징의 하단부에는 하방으로 돌출되어 형성된 결합 돌기가 구비되며, 상기 결합 홈에 결합 돌기가 삽입 고정됨으로써 상기 측부 하우징이 상기 베이스 플레이트에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 배터리 모듈의 내측을 향해 돌출된 돌출부를 구비하며, 상기 돌출부는 상기 베이스 플레이트와 셀 적층체 사이를 통한 누수를 방지할 수 있도록 상기 셀 적층체의 최 외각에 배치된 배터리 셀과 맞닿도록 연장된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈이 복수개 연결되어 구현되는 배터리 팩.
  9. 제8항에 따른 배터리 팩을 구비하는 자동차.
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