KR102695311B1 - Battery module - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀; 상기 복수개의 전지 셀의 적어도 일부를 서로 전기적으로 연결하기 위해 상기 전극 탭에 연결되는 버스바; 및 상기 복수개의 전지 셀 및 상기 버스바 사이에 위치하는 지지 플레이트;를 포함하고, 상기 지지 플레이트의 적어도 일부는 열전냉각소자용 세라믹으로 형성되는, 배터리 모듈을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention relates to a battery module. According to one embodiment of the present invention, a battery module can be provided, including: a plurality of battery cells, each of which includes an electrode tab; a bus bar connected to the electrode tabs for electrically connecting at least a portion of the plurality of battery cells to each other; and a support plate positioned between the plurality of battery cells and the bus bar; wherein at least a portion of the support plate is formed of a ceramic for a thermoelectric cooling element.
Description
본 발명의 실시예들은 배터리 모듈에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a battery module.
충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다. 이중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.Secondary batteries that can be recharged and discharged are being actively studied due to the development of cutting-edge fields such as digital cameras, cell phones, laptops, and hybrid cars. Secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries. Among these, lithium secondary batteries have an operating voltage of 3.6 V or higher and are used as power supplies for portable electronic devices, or are connected in series to be used in high-power hybrid cars. Compared to nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries, their operating voltage is three times higher and their energy density per unit weight is also superior, so they are being used rapidly.
종래의 배터리 모듈의 경우에는, 배터리 모듈 내의 이차 전지 들 간의 전극 탭을 연결하기 위하여 버스바를 사용하며, 배터리 모듈 내에서 버스바와 다른 요소 간의 절연성을 위하여 버스바 지지용 사출물을 버스바와 이차 전지의 전지 셀 사이에 위치하는 구조를 사용하는 경우가 있다. 사출물은 절연성을 높이기 위한 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)을 사용하는데, 이러한 사출물의 경우에는 2~3W/mK 수준의 열전도율을 가진다. 배터리 모듈을 사용하는 중에는 이차 전지의 전지 셀에서 발열이 생기는데, 이러한 발열을 해결하지 못하면 배터리 성능과 수명에 문제가 발생한다. In the case of a conventional battery module, a bus bar is used to connect the electrode tabs between the secondary batteries within the battery module, and in order to insulate the bus bar from other elements within the battery module, there are cases where a structure is used in which an injection-molded material for supporting the bus bar is positioned between the bus bar and the battery cells of the secondary battery. The injection-molded material uses engineering plastic to increase insulation, and in the case of such an injection-molded material, it has a thermal conductivity of 2 to 3 W/mK. When the battery module is used, heat is generated in the battery cells of the secondary battery, and if this heat generation is not resolved, problems occur with the battery performance and lifespan.
그런데, 종래의 배터리 모듈의 경우에는 이차 전지에서 발생되는 열이 전극 탭과 연결된 버스바까지는 전달되는데, 버스바와 접촉하는 사출물은 열전도율이 충분하지 않기 때문에 사출물 쪽으로 열이 거의 전달되지 못하고 버스바에서 다른 쪽으로 열이 전달되기가 어려워진다. 배터리 모듈의 외부 케이스에 냉매를 이용한 냉각 수단이 접촉하여 배터리 모듈을 냉각시키지만 절연을 위하여 버스바와 외부 케이스 간은 접촉될 수 없으므로 버스바로 전달된 열은 외부 케이스까지 직접 도달할 수 없게 된다. 따라서, 버스바에서는 열이 내부의 공기 중으로 자연 방출될 수 밖에 없고, 버스바로 전달된 열이 외부 케이스에 접하는 냉각 수단에 의해 효율적으로 냉각될 수는 없게 된다. However, in the case of a conventional battery module, the heat generated in the secondary battery is transferred to the bus bar connected to the electrode tab, but since the injection-molded material in contact with the bus bar does not have sufficient thermal conductivity, little heat is transferred to the injection-molded material, and it becomes difficult for heat to be transferred from the bus bar to the other side. A cooling means using a refrigerant comes into contact with the external case of the battery module to cool the battery module, but since the bus bar and the external case cannot come into contact for insulation, the heat transferred to the bus bar cannot directly reach the external case. Accordingly, the heat from the bus bar can only be naturally released into the air inside, and the heat transferred to the bus bar cannot be efficiently cooled by the cooling means in contact with the external case.
본 발명의 실시예들은, 이차 전지의 발열을 효과적으로 냉각할 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention are directed to providing a battery module capable of effectively cooling the heat generation of a secondary battery.
또한, 이차 전지와 모듈 케이스 간의 열 전달 경로를 형성하는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.Additionally, it is to provide a battery module forming a heat transfer path between the secondary battery and the module case.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각이 전극 탭을 포함하는 복수개의 전지 셀; 상기 복수개의 전지 셀의 적어도 일부를 서로 전기적으로 연결하기 위해 상기 전극 탭에 연결되는 버스바; 및 상기 복수개의 전지 셀 및 상기 버스바 사이에 위치하는 지지 플레이트;를 포함하고, 상기 지지 플레이트의 적어도 일부는 열전냉각소자용 세라믹으로 형성되는, 배터리 모듈을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a battery module may be provided, including: a plurality of battery cells, each of which includes an electrode tab; a bus bar connected to the electrode tabs for electrically connecting at least a portion of the plurality of battery cells to each other; and a support plate positioned between the plurality of battery cells and the bus bar; wherein at least a portion of the support plate is formed of a ceramic for a thermoelectric cooling element.
상기 배터리 모듈의 외측의 적어도 일부에 위치하는 모듈 케이스를 더 포함할 수 있다.The battery module may further include a module case positioned at least on a portion of the exterior of the battery module.
상기 지지 플레이트와 상기 모듈 케이스 간이 접촉될 수 있다.Contact can be made between the above support plate and the module case.
상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 중 일측에 냉각 부재가 접촉될 수 있다.A cooling member may be brought into contact with one of the upper and lower sides of the module case.
상기 냉각 부재의 내부에는 냉매를 포함할 수 있다.The interior of the above cooling member may contain a refrigerant.
상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 양측 각각에 냉각 부재가 접촉될 수 있다.A cooling member may be brought into contact with each of the upper and lower sides of the module case.
상기 전지 셀에서 발생되는 열이 상기 전극 탭, 상기 버스바, 상기 지지 플레이트 및 상기 모듈 케이스를 따라 순차적으로 이동할 수 있다.Heat generated from the above battery cell can sequentially move along the electrode tab, the bus bar, the support plate, and the module case.
상기 열전냉각소자용 세라믹은 Al2O3, AlN, Si3N4 중 선택될 수 있다.The ceramic for the above thermoelectric cooling element can be selected from Al 2 O 3 , AlN, and Si 3 N 4 .
상기 버스바는 복수개의 홀이 형성되는 플레이트를 포함하고, 상기 전극 탭들이 상기 플레이트의 상기 복수개의 홀 중 적어도 일부에 삽입되어 상기 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.The bus bar includes a plate having a plurality of holes formed therein, and the electrode tabs are inserted into at least some of the plurality of holes of the plate so that the plurality of battery cells can be electrically connected to each other.
상기 전극 탭과 상기 플레이트 간의 연결은 레이저 용접에 의한 와블(wobble) 용접 형상을 가질 수 있다.The connection between the above electrode tab and the above plate may have a wobble weld shape by laser welding.
상기 지지 플레이트는 상기 플레이트의 상기 복수개의 홀에 대응되는 복수개의 지지홀이 형성될 수 있다.The above support plate may be formed with a plurality of support holes corresponding to the plurality of holes of the plate.
본 발명의 실시예에 의하면, 이차 전지의 발열을 효과적으로 냉각할 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a battery module capable of effectively cooling the heat generation of a secondary battery can be provided.
또한, 이차 전지와 모듈 케이스 간의 열 전달 경로를 형성하는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.Additionally, a battery module forming a heat transfer path between a secondary battery and a module case can be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시에에 따른 버스바, 지지 플레이트 및 고정 플레이트의 배치를 나타내는 분해사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 열 전달 상태를 나타내는 단면도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 열 전달 상태를 나타내는 단면도Figure 1 is a drawing showing a secondary battery according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing the arrangement of a bus bar, a support plate, and a fixed plate according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a drawing showing a battery module according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing the heat transfer state of a battery module according to one embodiment of the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view showing the heat transfer state of a battery module according to another embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, these are merely examples and the present invention is not limited thereto.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. In explaining the present invention, if it is judged that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of their functions in the present invention, and these may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definitions should be made based on the contents throughout this specification.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.The technical idea of the present invention is determined by the scope of the claims, and the following examples are merely a means for efficiently explaining the technical idea of the present invention to a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(10)를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시에에 따른 버스바(20), 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)의 배치를 나타내는 분해사시도이다. FIG. 1 is a drawing showing a secondary battery (10) according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing the arrangement of a bus bar (20), a support plate (30), and a fixing plate (40) according to one embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이차 전지(10)는 전지 셀(11) 및 전극 탭(12)으로 형성될 수 있다. 전극 탭(12)이 인출되는 위치에서 전기적 절연상태를 확보할 수 있는 절연부(12a)가 형성될 수 있다. 버스바(20)는 플레이트(21)에 홀(23)이 형성되는 형상이다. 복수개의 홀(23)이 형성되고, 각 홀(23)에 전극 탭(12)을 용접하여, 용접된 복수개의 전지 셀(11)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이 경우 플레이트(21)의 홀(23)과 전극 탭(12) 간의 용접은 와블(wobble) 용접의 형상을 가지는 레이저 용접일 수 있다. 연결하고자 하는 전지 셀(11)의 개수에 대응하도록 플레이트(21)에 복수개의 홀(23)이 형성될 수 있다. 도 1(a)를 확대한 도 1(b)에 따르면, 전극 탭(12)의 말단 양측부에는 챔퍼(chamfer)부(125)가 형성되어 전극 탭(12)의 홀(23) 삽인 간 전극 탭(12) 삽입이 용이해 질 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, the secondary battery (10) may be formed with a battery cell (11) and an electrode tab (12). An insulating portion (12a) capable of securing an electrical insulation state may be formed at a location where the electrode tab (12) is withdrawn. The bus bar (20) has a shape in which a hole (23) is formed in a plate (21). A plurality of holes (23) are formed, and an electrode tab (12) is welded to each hole (23), so that a plurality of welded battery cells (11) may be electrically connected. In this case, the welding between the hole (23) of the plate (21) and the electrode tab (12) may be laser welding having a wobble welding shape. A plurality of holes (23) may be formed in the plate (21) to correspond to the number of battery cells (11) to be connected. According to Fig. 1(b), which is an enlarged version of Fig. 1(a), a chamfer portion (125) is formed on both ends of the electrode tab (12), so that the electrode tab (12) can be easily inserted into the hole (23) of the electrode tab (12).
구체적으로, 상기 전극 탭(12) 중 전극 탭(12) 말단면의 길이 방향(d2) 양 측단(edge)은 전극 탭(12)의 길이 방향(d1)에 대해 경사지게 절단되어 형성될 수 있고, 전극 탭(12)의 말단 양측부에는 챔퍼부(125)가 형성될 수 있다. 위와 같이, 전극 탭(12) 말단에 챔퍼부(125)가 형성됨으로써 홀(23) 삽입 과정에서 홀(23) 내부로 전극 탭(12)의 삽입이 유도될 수 있고, 전극 탭(12) 삽입이 더욱 용이해 질 수 있다.Specifically, the edges of the electrode tab (12) in the longitudinal direction (d 2 ) of the end face of the electrode tab (12) may be formed by being cut obliquely with respect to the longitudinal direction (d 1 ) of the electrode tab (12), and a chamfered portion (125) may be formed on both ends of the electrode tab (12). As described above, by forming the chamfered portion (125) at the end of the electrode tab (12), the insertion of the electrode tab (12) into the hole (23) can be induced during the hole insertion process, and the insertion of the electrode tab (12) can be made easier.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(도 3의 도면부호 1)은 상기 버스바(20)의 홀(23)에 대응되는 복수개의 지지홀(32)이 형성된 지지 플레이트(30)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 지지 플레이트(30)는 복수개의 전지 셀(11) 및 버스바(20) 사이에 위치되어 버스바(20)를 고정 지지할 수 있다.A battery module (reference numeral 1 in FIG. 3) according to one embodiment of the present invention may further include a support plate (30) having a plurality of support holes (32) formed therein corresponding to the holes (23) of the bus bar (20). At this time, the support plate (30) may be positioned between a plurality of battery cells (11) and the bus bar (20) to fixally support the bus bar (20).
구체적으로, 상기 지지 플레이트(30)는 플레이트 형상의 지지 플레이트 몸체(31) 및 상기 지지 플레이트 몸체(31)상에 버스바(20)의 복수개 홀(23)에 대응되게 형성된 복수개의 지지홀(32)을 포함할 수 있다. 이 때, 지지홀(32)의 크기는 버스바 홀(23)의 크기보다 단면이 넓게 형성될 수 있다. Specifically, the support plate (30) may include a plate-shaped support plate body (31) and a plurality of support holes (32) formed on the support plate body (31) to correspond to the plurality of holes (23) of the bus bar (20). At this time, the size of the support hole (32) may be formed to have a wider cross-section than the size of the bus bar hole (23).
이를 통해, 용접 과정에서 전극 탭(12)과 버스바 홀(23) 사이의 간극을 일정하게 유지하며 홀(23)에 삽입된 전극 탭(12)의 위치를 고정시킴으로써 후에 전극 탭(12) 용접 시 용접선을 용이하게 추적할 수 있다. Through this, the gap between the electrode tab (12) and the bus bar hole (23) is kept constant during the welding process, and the position of the electrode tab (12) inserted into the hole (23) is fixed, so that the welding line can be easily traced when welding the electrode tab (12) later.
한편, 지지 플레이트는 외면에 절연물질이 코팅되거나 절연재질로 형성될 수 있고, 복수개의 전극 탭 각각이 복수개의 지지홀 각각에 삽입된 상태로 고정되는 바, 전극 탭 사이의 절연 상태를 유지할 수 있다.Meanwhile, the support plate may have an insulating material coated on its outer surface or may be formed of an insulating material, and each of the plurality of electrode tabs may be fixed while being inserted into each of the plurality of support holes, thereby maintaining an insulating state between the electrode tabs.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 버스바(20) 및 지지 플레이트(30)를 결속하여 고정 지지하는 고정 플레이트(40)를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the battery module (1) according to one embodiment of the present invention may further include a fixing plate (40) that securely supports the bus bar (20) and the support plate (30) by connecting them.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 버스바(20)의 홀(23)에 대응되는 복수개의 버스바 노출홀(42)이 형성된 고정 플레이트(40)를 더 포함할 수도 있다. 이 때, 고정 플레이트(40)는 버스바(20)의 외측에 위치되고, 적어도 일부에서 상기 지지 플레이트(30)의 적어도 일부와 결합됨으로써 버스바(20)를 고정 지지할 수 있다. 또한, 상기 고정 플레이트(40)는 버스바(20)의 외측면을 덮는 형상으로 위치될 수 있는 바, 외부 이물질 등으로부터 버스바(20)를 보호할 수 있다.Specifically, the battery module (1) according to one embodiment of the present invention may further include a fixed plate (40) having a plurality of busbar exposure holes (42) formed corresponding to the holes (23) of the busbar (20). At this time, the fixed plate (40) is positioned on the outer side of the busbar (20) and is coupled with at least a part of the support plate (30) at least partially to thereby fix and support the busbar (20). In addition, the fixed plate (40) may be positioned in a shape that covers the outer surface of the busbar (20), thereby protecting the busbar (20) from external foreign substances, etc.
더 구체적으로, 상기 고정 플레이트(40)는 플레이트 형상의 고정 플레이트 몸체(41) 및 상기 고정 플레이트 몸체(41)상에 버스바(20)의 복수개 홀(23)에 대응되게 형성된 복수개의 버스바 노출홀(42)을 포함할 수 있다. 이 때, 버스바 노출홀(42)의 크기는 버스바 홀(23)의 크기보다 단면이 넓게 형성될 수 있다.More specifically, the fixed plate (40) may include a plate-shaped fixed plate body (41) and a plurality of busbar exposure holes (42) formed on the fixed plate body (41) to correspond to the plurality of holes (23) of the busbar (20). At this time, the size of the busbar exposure hole (42) may be formed to have a wider cross-section than the size of the busbar hole (23).
나아가, 상기 고정 플레이트(40)는 버스바 노출홀(42)을 제외한 나머지 부분이 버스바(20)의 플레이트(21) 외면를 감싸는 형태로 형성될 수 있고, 지지 플레이트(30)와 버스바(20)를 사이에 두며 결속됨으로써 버스바(20)를 안정적으로 고정 지지할 수 있다.In addition, the fixed plate (40) can be formed in a form that surrounds the outer surface of the plate (21) of the busbar (20) except for the busbar exposure hole (42), and can stably support and fix the busbar (20) by connecting the support plate (30) and the busbar (20) with each other.
한편, 상기 고정 플레이트(40) 양단의 적어도 일부에는 상기 터미널부(25)에 대응되는 위치에 터미널 지지홀(44)이 형성될 수 있고, 상기 터미널부(25)는 터미널 지지홀(44)에 삽입되어 고정될 수 있다.Meanwhile, a terminal support hole (44) may be formed at a position corresponding to the terminal portion (25) at at least a portion of both ends of the fixed plate (40), and the terminal portion (25) may be inserted into and fixed in the terminal support hole (44).
예를 들어, 배터리 모듈(1)의 일 측면에서 양 끝단에 위치한 상기 2개의 버스바(20) 각각의 적어도 일부에는 터미널부(25)가 형성될 수 있다. 나아가, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 터미널부(25)는 고정 플레이트(40) 상에 형성된 터미널 지지홀(44)에 삽입됨으로써 상기 버스바(20)의 위치가 고정 및 지지될 수 있다.For example, a terminal portion (25) may be formed on at least a portion of each of the two bus bars (20) located at both ends on one side of the battery module (1). Further, as shown in FIG. 2, the terminal portion (25) may be inserted into a terminal support hole (44) formed on a fixed plate (40), thereby fixing and supporting the position of the bus bar (20).
나아가, 터미널부(25)가 고정 플레이트(40) 외측으로 돌출되는 바, 버스바(20)가 고정 플레이트(40)에 감싸여 있는 상태에서도 터미널부(25)는 고정 플레이트(40) 외측으로 노출될 수 있고, 외부의 배터리 모듈 또는 충방전 장치 등과 연결될 수 있다.Furthermore, since the terminal portion (25) protrudes outside the fixed plate (40), even when the bus bar (20) is wrapped around the fixed plate (40), the terminal portion (25) can be exposed outside the fixed plate (40) and connected to an external battery module or charging/discharging device.
한편, 위와 같이, 버스바(20)가 복수개 구비되는 경우, 고정 플레이트(40)의 적어도 일부에는 상기 복수개의 버스바(20) 사이에 위치되어 상기 버스바(20)의 위치를 고정 및 지지할 수 있는 적어도 하나의 고정부재(43)가 형성될 수 있다. 이 때, 상기 적어도 하나의 고정부재(43)는 고정 플레이트 몸체(41)의 적어도 일부에서 버스바(20) 측으로 돌출 형성될 수 있고, 버스바(20)의 개수에 대응되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 버스바(20)가 2개 구비되는 경우, 고정 플레이트(40)의 일측에는 고정부재(43)가 1개 형성될 수 있고, 상기 고정부재(43)는 2개의 버스바(20) 사이에 위치되어 버스바(20)의 위치를 고정 및 지지할 수 있다.Meanwhile, as described above, in the case where a plurality of bus bars (20) are provided, at least one fixing member (43) may be formed on at least a portion of the fixed plate (40) so as to be positioned between the plurality of bus bars (20) and to fix and support the position of the bus bars (20). At this time, the at least one fixing member (43) may be formed to protrude from at least a portion of the fixed plate body (41) toward the bus bars (20), and may be formed corresponding to the number of bus bars (20). For example, as illustrated in FIG. 2, in the case where two bus bars (20) are provided, one fixing member (43) may be formed on one side of the fixed plate (40), and the fixing member (43) may be positioned between the two bus bars (20) to fix and support the position of the bus bars (20).
나아가, 지지 플레이트(30)의 버스바(20) 측 적어도 일부에는 상기 고정부재(43)에 대응되는 고정부재 삽입홈(33)이 함입되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 고정 플레이트(40)에서 돌출된 고정부재(43)가 상기 지지 플레이트(30)의 일측에 삽입될 수 있고, 상기 고정부재(43)가 고정부재 삽입홈(33)에 위치됨으로써 상기 버스바(20)를 더욱 견고하게 고정 및 지지할 수 있다.In addition, a fixing member insertion groove (33) corresponding to the fixing member (43) may be formed by being inserted into at least a portion of the bus bar (20) side of the support plate (30). Specifically, a fixing member (43) protruding from the fixing plate (40) may be inserted into one side of the support plate (30), and the bus bar (20) may be more firmly fixed and supported by the fixing member (43) being positioned in the fixing member insertion groove (33).
나아가, 고정 플레이트(40)는 고정 플레이트 몸체(41)의 적어도 일부가 버스바(20) 측으로 돌출 형성된 복수개의 체결돌기(411)를 포함할 수 있고, 상기 체결돌기(411)가 지지 플레이트(30)의 적어도 일부와 결합됨으로써 상기 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)는 상호 결속될 수 있다.Furthermore, the fixed plate (40) may include a plurality of fastening projections (411) formed so that at least a portion of the fixed plate body (41) protrudes toward the bus bar (20), and the support plate (30) and the fixed plate (40) may be mutually fastened by the fastening projections (411) being coupled with at least a portion of the support plate (30).
구체적으로, 상기 체결돌기(411)에 걸림부(미도시 됨)가 형성되고 지지 플레이트(30)의 적어도 일부에 상기 걸림부에 대응되는 걸림홈(미도시 됨)이 형성됨으로써 상기 걸림부 및 걸림홈의 체결을 통해 고정 플레이트(40) 및 지지 플레이트(30)가 버스바(20)를 사이에 두고 상호 결속 및 결합될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되지 않고, 상기 체결돌기(411)가 지지 플레이트(30)의 적어도 일부에 접촉되어 체결 및 결합 될 수 있는 방식이면 충분하다.Specifically, a catch (not shown) is formed on the fastening projection (411), and a catch groove (not shown) corresponding to the catch is formed on at least a portion of the support plate (30), so that the fixed plate (40) and the support plate (30) can be mutually fastened and combined with the bus bar (20) interposed therebetween by fastening the catch and the catch groove. However, this is merely exemplary and is not limited thereto, and it is sufficient if the fastening projection (411) can be fastened and combined by contacting at least a portion of the support plate (30).
한편, 상기 고정 플레이트 몸체(41)의 버스바(20) 측 측면에는 버스바(20) 측으로 돌출된 적어도 하나의 삽입돌기(45)가 형성될 수 있다. 이 때, 버스바(20)는 플레이트(21)에서 상기 삽입돌기(45) 위치에 대응되는 위치에 형성되고 상기 삽입돌기(45)에 의해 관통되는 적어도 하나의 관통홀(26a)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 지지 플레이트(30)는 지지 플레이트 몸체(31)상에 형성되어 상기 삽입돌기(45)가 삽입 가능하고, 삽입돌기(45)의 삽입 상태에서 상기 삽입돌기(45)와 결합될 수 있는 적어도 하나의 체결홀(34)을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, at least one insertion projection (45) protruding toward the bus bar (20) may be formed on the side of the fixed plate body (41) on the bus bar (20). At this time, the bus bar (20) may further include at least one through hole (26a) formed at a position corresponding to the position of the insertion projection (45) on the plate (21) and penetrated by the insertion projection (45). In addition, the support plate (30) may further include at least one fastening hole (34) formed on the support plate body (31) into which the insertion projection (45) can be inserted and which can be combined with the insertion projection (45) in an inserted state of the insertion projection (45).
구체적으로, 상기 삽입돌기(45), 관통홀(26) 및 체결홀(34)은 각각이 고정 플레이트 몸체(41), 플레이트(21) 및 지지 플레이트 몸체(31) 각각에서 상호 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 삽입돌기(45)는 버스바 노출홀(42)의 인접한 위치에 형성될 수 있고, 이에 대응하여, 상기 관통홀(26)은 홀(23)의 인접한 위치에, 상기 체결홀(34)은 지지홀(32)의 인접한 위치에 형성될 수 있다.Specifically, the insertion projection (45), the through hole (26) and the fastening hole (34) may be formed at positions corresponding to each other in the fixed plate body (41), the plate (21) and the support plate body (31), respectively. For example, the insertion projection (45) may be formed at a position adjacent to the bus bar exposure hole (42), and correspondingly, the through hole (26) may be formed at a position adjacent to the hole (23), and the fastening hole (34) may be formed at a position adjacent to the support hole (32).
더 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 고정 플레이트(40), 버스바(20) 및 지지 플레이트(30)가 결합된 경우, 상기 삽입돌기(45)는 버스바(20)의 관통홀(26)을 관통하여 지지 플레이트(30)의 체결홀(34)에 삽입될 수 있다. 이 때, 상기 체결홀(34)에 삽입된 삽입돌기(45) 및 체결홀(34) 각각은 상호 결합됨으로써 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)가 결합될 수 있고, 상기 버스바(20)의 위치를 고정시킬 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 2, when the fixed plate (40), the bus bar (20), and the support plate (30) are combined, the insertion projection (45) can be inserted into the fastening hole (34) of the support plate (30) by penetrating the through hole (26) of the bus bar (20). At this time, the insertion projection (45) inserted into the fastening hole (34) and the fastening hole (34) are mutually combined, thereby allowing the support plate (30) and the fixed plate (40) to be combined, and the position of the bus bar (20) can be fixed.
또한, 삽입돌기(45)가 관통홀(26)을 통해 체결홀(34)에 삽입된 상태에서 상기 삽입돌기(45)가 열 융착됨에 따라 지지 플레이트 몸체(31)의 일면에 부착될 수 있고, 이를 통해, 상기 고정 플레이트(40), 버스바(20) 및 지지 플레이트(30)는 상호 결속됨으로써 버스바(20)의 위치는 안정적으로 고정 및 지지 될 수 있다.In addition, when the insertion protrusion (45) is inserted into the fastening hole (34) through the through hole (26), the insertion protrusion (45) can be attached to one surface of the support plate body (31) by heat fusion, and through this, the fixed plate (40), the bus bar (20), and the support plate (30) are mutually fastened, so that the position of the bus bar (20) can be stably fixed and supported.
한편, 상기 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)는 복수개의 전지 셀(11) 적층체의 적층 방향 단면적에 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 이를 통해, 지지 플레이트(30) 및 고정 플레이트(40)의 부피에도 불구하고, 배터리 모듈(1)의 불필요한 부피를 최소화 할 수 있는 바, 배터리 모듈(1)의 에너지 밀도를 저해하지 않는 범위에서 버스바(20) 및 전극 탭(12)을 고정 지지할 수 있다.Meanwhile, the support plate (30) and the fixed plate (40) can be formed to a size corresponding to the cross-sectional area in the stacking direction of a plurality of battery cells (11). Through this, despite the volume of the support plate (30) and the fixed plate (40), the unnecessary volume of the battery module (1) can be minimized, and the bus bar (20) and the electrode tab (12) can be fixedly supported within a range that does not hinder the energy density of the battery module (1).
다만, 이하에서는 버스바(20)와 지지 플레이트(30)를 위주로 설명하고, 고정 플레이트(40)에 대해서는 생략하기로 한다.However, below, the bus bar (20) and the support plate (30) will be mainly described, and the fixed plate (40) will be omitted.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)을 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a drawing showing a battery module (1) according to one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 복수개의 이차 전지(10)이 적층된 이차 전지(10) 들을 수용함과 동시에 열전도성 높은 재질로 형성되어 이차 전지(10) 들을 냉각할 수 있는 모듈 케이스(50) 및 이차 전지(10) 들의 전후방 최외측에 배치되어 모듈 케이스(50)와 결합됨에 따라 내부의 이차 전지(10) 들을 보호 및 고정하는 전후방 커버부(60a, 60b)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, a battery module (1) according to one embodiment of the present invention may include a module case (50) that accommodates a plurality of secondary batteries (10) stacked on top of each other and is formed of a material with high thermal conductivity to cool the secondary batteries (10), and front and rear cover parts (60a, 60b) that are arranged at the outermost front and rear sides of the secondary batteries (10) and protect and fix the secondary batteries (10) inside by being combined with the module case (50).
위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 모듈 케이스(20), 및 전후방 커버부(60a, 60b)에 의해 외부 충격 또는 이물질로부터 보호될 수 있고, 강도 및 강성이 보강되어 조립성이 향상될 수 있다.As described above, the battery module (1) according to one embodiment of the present invention can be protected from external impact or foreign substances by the module case (20) and front and rear cover parts (60a, 60b), and the strength and rigidity can be reinforced to improve the assembling ability.
한편, 모듈 케이스(50)는 전지 그룹(10)에서 전극 탭(12)이 인출되지 않은 면들을 감쌀 수 있도록 형성될 수 있다. 모듈 케이스(50)는 적층된 이차 전지(10)의 네 측면을 감싸는 구조로 형성되어, 적층된 이차 전지(10)을 지지 및 보호할 수 있다.Meanwhile, the module case (50) can be formed so as to surround the surfaces from which the electrode tabs (12) are not withdrawn in the battery group (10). The module case (50) is formed with a structure that surrounds the four sides of the stacked secondary battery (10), thereby supporting and protecting the stacked secondary battery (10).
또한, 모듈 케이스(50)는 열전도성이 높은 재질로 형성됨으로써 이차 전지(10)에서 발생되는 열을 외부로 배출하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 모듈 케이스(50)는 알루미늄(AL) 재질로 형성될 수 있다. In addition, the module case (50) can be formed of a material with high thermal conductivity, thereby performing the function of discharging heat generated from the secondary battery (10) to the outside. In addition, the module case (50) can be formed of an aluminum (AL) material.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 열 전달 상태를 나타내는 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view showing the heat transfer state of a battery module (1) according to one embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 배터리 모듈(1) 내의 이차 전지(10)에 포함되는 전극 탭(12)이 지지 플레이트(30)를 통과하여 버스바(20)에 용접을 통해 연결될 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 내부에서 발생되는 열은 전극 탭(12)으로 전달되고, 전극 탭(12)과 연결되는 버스바(20)로 전달될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 버스바(20)로 전달된 열이 모듈 케이스(50)의 외측에 접하는 냉각 부재(200)를 통해 냉각될 수 있도록 하기 위하여, 버스바(20)에서 모듈 케이스(50)로의 열 전달 경로(path)를 형성하고자 할 수 있다. 이를 위하여, 버스바(20)에 접하는 지지 플레이트(30)를 플라스틱 대신 열전냉각소자용 세라믹으로 형성하여, 버스바(20)로 전달된 이차 전지(10)의 열이 지지 플레이트(30)를 통해 모듈 케이스(50)로 전달되도록 할 수 있다. 지지 플레이트(30)와 모듈 케이스(50)가 접촉된 상태를 유지함으로써, 지지 플레이트(30)와 모듈 케이스(50) 간의 열 전달 경로를 형성하고, 지지 플레이트(30)를 열전도성이 높은 열전냉각소자용 세라믹으로 형성하여 해당 경로를 따라 열이 제대로 전달되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 4, an electrode tab (12) included in a secondary battery (10) in a battery module (1) may be connected to a bus bar (20) by welding through a support plate (30). Accordingly, heat generated inside the secondary battery (10) may be transferred to the electrode tab (12) and may be transferred to the bus bar (20) connected to the electrode tab (12). In one embodiment of the present invention, in order to allow the heat transferred to the bus bar (20) to be cooled through a cooling member (200) in contact with the outside of the module case (50), a heat transfer path may be formed from the bus bar (20) to the module case (50). To this end, the support plate (30) in contact with the bus bar (20) can be formed of a thermoelectric cooling element ceramic instead of plastic, so that the heat of the secondary battery (10) transferred to the bus bar (20) can be transferred to the module case (50) through the support plate (30). By maintaining the support plate (30) and the module case (50) in contact, a heat transfer path between the support plate (30) and the module case (50) is formed, and by forming the support plate (30) of a thermoelectric cooling element ceramic with high thermal conductivity, the heat can be properly transferred along the path.
지지 플레이트(30)를 형성하기 위한 열전냉각소자용 세라믹은 Al2O3, AlN, Si3N4 중 선택될 수 있다. 이하의 표 1에서는 각 열전냉각소자용 세라믹의 특성이 나타난다.Ceramics for thermoelectric cooling elements for forming the support plate (30) can be selected from among Al 2 O 3 , AlN, and Si 3 N 4 . Table 1 below shows the characteristics of each ceramic for thermoelectric cooling elements.
특성 subject matter
characteristic
상기 표 1에서 나타나는 바와 같이 각 열전냉각소자용 세라믹의 경우 열전도율이 높기 때문에 이를 지지 플레이트(30)의 소재로 사용할 경우에 버스바(20)와 모듈 케이스(50) 사이에서 열을 전달하는데 효율적일 수 있다.As shown in Table 1 above, since each ceramic for thermoelectric cooling elements has high thermal conductivity, when used as a material for the support plate (30), it can be effective in transferring heat between the bus bar (20) and the module case (50).
또한, 지지 플레이트(30)는 버스바(20)와 이차 전지(10) 사이에 위치하다 보니 절연성이 중요한데 열전냉각소자용 세라믹의 경우에는 절연성도 충분히 확보할 수 있어서, 지지 플레이트(30)로서 사용하는 것이 적합할 수 있다.In addition, since the support plate (30) is located between the bus bar (20) and the secondary battery (10), insulation is important. In the case of a ceramic for a thermoelectric cooling element, sufficient insulation can be secured, so it may be suitable for use as the support plate (30).
본 실시예에서는, 그 내부에 냉매(미도시됨)를 포함하는 냉각 부재(200)가 모듈 케이스(50) 중 하부 케이스(50a) 및 상부 케이스(50b) 중 일측에 접촉할 수 있다. 도 4에서는 냉각 부재(200)가 하부 케이스(50a) 측에 접촉하는 것을 도시하고 있지만, 냉각 부재(200)가 상부 케이스(50b) 측에 접촉할 수도 있다. 모듈 케이스(200) 측으로 전달된 이차 전지(10)의 열은 냉각 부재(200)를 통해 냉각되어 배터리 모듈(1) 내의 발열이 제어될 수 있고, 이를 통해 배터리 모듈(1)의 성능을 유지할 수 있다.In the present embodiment, a cooling member (200) including a refrigerant (not shown) therein may be in contact with one side of the lower case (50a) and the upper case (50b) among the module cases (50). Although FIG. 4 illustrates that the cooling member (200) is in contact with the lower case (50a), the cooling member (200) may also be in contact with the upper case (50b). The heat of the secondary battery (10) transferred to the module case (200) is cooled through the cooling member (200), so that heat generation within the battery module (1) can be controlled, thereby maintaining the performance of the battery module (1).
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(1a)의 열 전달 상태를 나타내는 단면도이다. 도 5의 실시예에 관한 설명 중 도 4의 실시예와 중복되는 부분에 관한 설명은 생략한다.Fig. 5 is a cross-sectional view showing the heat transfer state of a battery module (1a) according to another embodiment of the present invention. Descriptions of parts overlapping with those of the embodiment of Fig. 4 in the description of the embodiment of Fig. 5 are omitted.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서도, 이차 전지(10)에서 발생되는 열이 버스바(20), 지지 플레이트(30) 및 모듈 케이스(50)를 통해 전달될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 모듈 케이스(50)의 하부 케이스(50a) 및 상부 케이스(50b) 양측에 냉각 부재(200a, 200b)가 접촉할 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)에서 발생되는 열이 모듈 케이스(50)의 하부 케이스(50a) 및 상부 케이스(50b) 양측으로 전달되고 양측에 접한 냉각 부재(200a, 200b)에 의해 냉각되므로, 배터리 모듈(1)에서 발생되는 열의 냉각 효율을 보다 높일 수 있다. Referring to FIG. 5, in the present embodiment as well, heat generated from the secondary battery (10) can be transferred through the bus bar (20), the support plate (30), and the module case (50). However, in the present embodiment, cooling members (200a, 200b) can be in contact with both sides of the lower case (50a) and the upper case (50b) of the module case (50). Accordingly, heat generated from the secondary battery (10) is transferred to both sides of the lower case (50a) and the upper case (50b) of the module case (50) and is cooled by the cooling members (200a, 200b) in contact with both sides, so that the cooling efficiency of heat generated from the battery module (1) can be further increased.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although representative embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the rights of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims described below but also by equivalents of the claims.
1, 1a : 배터리 모듈
10 : 이차 전지
11 : 전지 셀
12 : 전극 탭
12a : 절연부
125 : 챔퍼부
20 : 버스바
21 : 플레이트
23 : 홀
24 : 버스바 보조부재
25 : 터미널부
26 : 관통홀
30 : 지지 플레이트
31 : 지지 플레이트 몸체
32 : 지지홀
33 : 고정부재 삽입홈
34 : 체결홀
40 : 고정 플레이트
41 : 고정 플레이트 몸체
411 : 체결돌기
42 : 버스바 노출홀
43 : 고정부재
44 : 터미널 지지홀
45 : 삽입돌기1, 1a : Battery module
10: Secondary battery
11: Battery cell
12: Electrode tab
12a : Insulation
125 : Champerbu
20 : Bus bar
21 : Plate
23 : Hall
24: Busbar auxiliary parts
25 : Terminal section
26 : Through hole
30 : Support plate
31: Support plate body
32 : Support hole
33: Fixed member insertion groove
34 : Fastening hole
40 : Fixed plate
41: Fixed plate body
411 : Fastening protrusion
42: Busbar exposure hole
43 : Fixed member
44 : Terminal support hole
45 : Insertion protrusion
Claims (11)
상기 복수개의 전지 셀의 적어도 일부를 서로 전기적으로 연결하기 위해 상기 전극 탭에 연결되는 버스바; 및
상기 복수개의 전지 셀 및 상기 버스바 사이에 위치하는 지지 플레이트;를 포함하고,
상기 지지 플레이트의 적어도 일부는 열전냉각소자용 세라믹으로 형성되는, 배터리 모듈.
A plurality of battery cells, each comprising an electrode tab;
a bus bar connected to the electrode tabs to electrically connect at least a portion of the plurality of battery cells to each other; and
A support plate positioned between the plurality of battery cells and the bus bar;
A battery module, wherein at least a portion of the support plate is formed of a ceramic for a thermoelectric cooling element.
상기 배터리 모듈의 외측의 적어도 일부에 위치하는 모듈 케이스를 더 포함하는, 배터리 모듈.
In claim 1,
A battery module further comprising a module case positioned at least on a portion of an outer side of the battery module.
상기 지지 플레이트와 상기 모듈 케이스 간이 접촉되는, 배터리 모듈.
In claim 2,
A battery module in which contact is made between the support plate and the module case.
상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 중 일측에 냉각 부재가 접촉되는, 배터리 모듈.
In claim 3,
A battery module in which a cooling member comes into contact with one of the upper and lower sides of the module case.
상기 냉각 부재의 내부에는 냉매를 포함하는, 배터리 모듈.
In claim 4,
A battery module containing a refrigerant inside the above cooling member.
상기 모듈 케이스의 상부 및 하부 양측 각각에 냉각 부재가 접촉되는, 배터리 모듈.
In claim 3,
A battery module in which a cooling member is in contact with each of the upper and lower sides of the module case.
상기 전지 셀에서 발생되는 열이 상기 전극 탭, 상기 버스바, 상기 지지 플레이트 및 상기 모듈 케이스를 따라 순차적으로 이동하는, 배터리 모듈.
In claim 2,
A battery module, wherein heat generated from the battery cell moves sequentially along the electrode tab, the bus bar, the support plate, and the module case.
상기 열전냉각소자용 세라믹은 Al2O3, AlN, Si3N4 중 선택되는, 배터리 모듈.
In claim 7,
A battery module in which the ceramic for the thermoelectric cooling element is selected from among Al 2 O 3 , AlN, and Si 3 N 4 .
상기 버스바는 복수개의 홀이 형성되는 플레이트를 포함하고,
상기 전극 탭들이 상기 플레이트의 상기 복수개의 홀 중 적어도 일부에 삽입되어 상기 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되는, 배터리 모듈.
In claim 1,
The above bus bar includes a plate in which a plurality of holes are formed,
A battery module, wherein the electrode tabs are inserted into at least some of the plurality of holes of the plate so that the plurality of battery cells are electrically connected to each other.
상기 전극 탭과 상기 플레이트 간의 연결은 레이저 용접에 의한 와블(wobble) 용접 형상을 갖는, 배터리 모듈.
In claim 9,
A battery module, wherein the connection between the electrode tab and the plate has a wobble weld shape by laser welding.
상기 지지 플레이트는 상기 플레이트의 상기 복수개의 홀에 대응되는 복수개의 지지홀이 형성되는, 배터리 모듈.
In claim 9,
A battery module, wherein the support plate has a plurality of support holes formed corresponding to the plurality of holes of the plate.
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