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KR20210025293A - 셀 프레임을 포함한 배터리 모듈 - Google Patents

셀 프레임을 포함한 배터리 모듈 Download PDF

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KR20210025293A
KR20210025293A KR1020190105126A KR20190105126A KR20210025293A KR 20210025293 A KR20210025293 A KR 20210025293A KR 1020190105126 A KR1020190105126 A KR 1020190105126A KR 20190105126 A KR20190105126 A KR 20190105126A KR 20210025293 A KR20210025293 A KR 20210025293A
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KR
South Korea
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cooling
row
battery module
refrigerant
battery cells
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020190105126A
Other languages
English (en)
Inventor
박창욱
이현종
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
Priority to KR1020190105126A priority Critical patent/KR20210025293A/ko
Priority to US17/615,810 priority patent/US20220328905A1/en
Priority to JP2021562386A priority patent/JP7309910B2/ja
Priority to EP20858696.6A priority patent/EP3989333A4/en
Priority to CN202080037070.8A priority patent/CN113939948B/zh
Priority to PCT/KR2020/010801 priority patent/WO2021040293A1/ko
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Abstract

본 발명은 열 균형을 효율적으로 유지하여 작동 수명을 늘린 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상단부 및 하단부 각각에 전극 단자가 형성되고, 수평 방향으로 배열된 복수의 원통형 전지셀; 상기 복수의 원통형 전지셀을 수용하는 내부 공간이 형성되도록 상벽, 측벽, 및 하벽을 구비하고, 상기 상벽 및 하벽 중 어느 하나 이상은 냉매가 유통되도록 개구된 형태로 구성된 냉각구가 복수 형성되며, 상기 복수의 냉각구는 적어도 둘 이상이 크기가 다르게 구성된 모듈 하우징; 상기 복수의 원통형 전지셀 각각의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 내벽을 가진 삽입부가 구비되고, 상기 냉각구에 연통되도록 상기 냉각구와 연결되고 상기 냉매가 유통되도록 상하 방향으로 연장된 관형을 가진 복수의 냉각관이 구비된 셀 프레임을 포함한다.

Description

셀 프레임을 포함한 배터리 모듈 {Battery Pack Having Cell Frame}
본 발명은 셀 프레임을 포함한 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열 균형을 효율적으로 유지하여 작동 수명을 늘린 배터리 모듈에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 파우치 외장재를 구비한다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 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 파우치형 이차전지가 많이 이용된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 이차전지, 및 이러한 이차전지를 전기적으로 연결하는 금속 플레이트를 구비한 배터리 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이러한 배터리 모듈은, 사용 중, 이차전지의 온도가 급상승하는 것을 방지하기 위해, 일반적으로 냉각 기술을 적용하고 있다. 예를 들면, 종래기술에서는 차가운 공기를 배터리 모듈의 하우징 내부로 주입하여, 수용된 다수의 이차전지를 냉각시키는 방식을 사용하는 것이 일반적이었다.
그러나, 이러한 배터리 모듈에서는, 이차전지 마다 바람이 접촉되는 면적이 균일하지 못하여, 냉각 효과가 일부 이차전지에만 집중되고, 나머지 이차전지에는 냉각효과가 적어, 일부 이차전지가 과열되는 경우가 발생하기 쉬웠다. 즉, 열 불균형이 발생될 경우, 다수의 이차전지 중, 일부 이차전지가 고온 상태에 놓이면 열화가 발생되어, 일부 이차전지의 수명이 크게 줄 수 있어, 배터리 모듈 수명을 줄어드는데 주요한 요소가 될 수 있었다.
이에 따라, 배터리 모듈의 수명을 높이기 위해서는, 배터리 모듈의 사용 중에 다수의 이차전지 간의 열 균형을 유지하는 것이 중요했다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열 균형을 효율적으로 유지하여 작동 수명을 늘린 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
상단부 및 하단부 각각에 전극 단자가 형성되고, 수평 방향으로 배열된 복수의 원통형 전지셀;
상기 복수의 원통형 전지셀을 수용하는 내부 공간이 형성되도록 상벽, 측벽, 및 하벽을 구비하고, 상기 상벽 및 하벽 중 어느 하나 이상은 냉매가 유통되도록 개구된 형태로 구성된 냉각구가 복수 형성되며, 상기 복수의 냉각구는 적어도 둘 이상이 크기가 다르게 구성된 모듈 하우징; 및
상기 복수의 원통형 전지셀 각각의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 내벽을 가진 삽입부가 구비되고, 상기 냉각구에 연통되도록 상기 냉각구와 연결되고 상기 냉매가 유통되도록 상하 방향으로 연장된 관형을 가진 복수의 냉각관이 구비된 셀 프레임을 포함한다.
또한, 상기 복수의 냉각구 중 적어도 둘 이상은, 중앙에 가까운 냉각구 일수록 외측에 위치한 냉각구 보다 직경이 크도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 냉각관은 상기 연통된 냉각구의 관경과 대응되는 크기를 가질 수 있다.
그리고, 상기 복수의 원통형 전지셀은 상기 냉매가 유동하도록 서로 이격될 수 있다.
나아가, 상기 셀 프레임은 상기 복수의 삽입부 및 상기 복수의 냉각관을 구비한 상부 케이스, 및 상기 상부 케이스의 하부에 결합되고 상기 복수의 삽입부 및 상기 복수의 냉각관을 구비한 하부 케이스를 구비할 수 있다.
또한, 상기 상부 케이스의 상기 복수의 냉각관 및 상기 하부 케이스의 상기 복수의 냉각관은 서로 상하 방향으로 대응되도록 위치되어 있고,
상기 상부 케이스의 복수의 냉각관 및 상기 하부 케이스의 복수의 냉각관은 상하 방향으로 서로 이격될 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징의 상벽에 구비된 복수의 냉각구는 외부에서 내부로 상기 냉매가 유입되도록 구성되고,
상기 모듈 하우징의 하벽에 구비된 복수의 냉각구는 상기 모듈 하우징 내부로 유입된 냉매가 외부로 배출되도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기 상부 케이스의 냉각관 중 적어도 일부에는 상기 복수의 원통형 전지셀의 수평 내측 방향으로 상기 냉매의 흐름 방향을 전환하도록 구성된 가이드부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 가이드부에는 상기 복수의 원통형 전지셀의 수평 내측 방향으로 돌출된 가이드 돌기가 구비될 수 있다.
더욱이, 상기 가이드부는 상기 상부 케이스의 냉각관이 상기 복수의 원통형 전지셀의 수평 내측 방향으로 절곡된 절곡 구조를 가질 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징의 상벽에 구비된 복수의 냉각구는 상하 내측 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조가 구비될 수 있다.
나아가, 상기 모듈 하우징의 하벽에 구비된 복수의 냉각구는 상하 외측 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조가 구비될 수 있다.
또한, 상기 냉각관은 외측 단부가 상기 셀 프레임의 외측면으로부터 상하 방향 돌출된 형상을 가지고,
상기 셀 프레임에는 상기 전극 단자가 외부로 노출되도록 개구된 노출구가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 배터리 모듈은, 상기 셀 프레임의 상부 및 하부 각각에 탑재되고 상기 노출구와 연통되도록 개구된 접속구, 상기 복수의 원통형 전지셀을 서로 전기적으로 연결하도록 상기 접속구의 내측으로부터 돌출 연장된 접속 단자, 및 상기 냉각관의 단부가 삽입되도록 개구된 삽입홈이 구비된 적어도 하나 이상의 연결 플레이트를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 셀 프레임의 상면 및 하면 각각에는 외측 방향으로 돌출되고 수평 방향으로 선형 연장되며 일부가 상기 복수의 냉각관 사이를 연결하도록 구성된 격벽이 구비되고, 상기 격벽은 상기 연결 플레이트의 외주부와 수평 방향으로 대응되도록 위치될 수 있다.
나아가, 상기 연결 플레이트의 외측에 탑재되고 상기 냉각관이 삽입되도록 개구된 고정홈이 구비된 열전도성 패드; 및
상기 열전도성 패드 외측에 탑재되며 상기 냉각관이 삽입되도록 개구된 고정구가 구비된 히트 싱크를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 디바이스는, 상기 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈은, 모듈 하우징에 구비된 복수의 냉각구를 적어도 둘 이상이 크기가 다르게 구성함으로써, 냉각이 필요한 부위에 냉매의 유량을 증대 시킬 수 있어, 배터리 모듈 내부의 구역마다 온도 조절을 실시할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 특정 부분의 과열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 셀 프레임은 냉각구와 연통되도록 구성된 복수의 냉각관을 구비함으로써, 냉각구로 유입된 냉매의 열이 삽입부에 수용된 복수의 원통형의 전지셀로 효과적으로 전도될 수 있다. 이에, 본 발명은, 모듈 하우징 및 셀 프레임에 의해, 복수의 원통형 전지셀을 외부 충격으로부터 이중 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 외부로부터 공급된 냉매를 복수의 원통형 전지셀로 공급할 수 있어, 냉각 효율을 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 일측면에 의하면, 본 발명은, 모듈 하우징의 하벽에 구비된 복수의 냉각구 중 적어도 둘 이상은, 중앙에 가까운 냉각구 일수록 외측에 위치한 냉각구 보다 직경이 크도록 구성 시킴으로써, 모듈 하우징의 하벽에 유입되는 냉매의 유량 또는 모듈 하우징 내부로 유입된 냉매가 외부로 배출되는 유량을 모듈 하우징의 수평 방향의 중심에 가까울수록 크도록 할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일측면에 의하면, 모듈 하우징의 상벽에 구비된 복수의 냉각구 중 적어도 둘 이상은, 중앙에 가까운 냉각구 일수록 외측에 위치한 냉각구 보다 직경이 크도록 구성 시킴으로써, 모듈 하우징의 상벽에 유입되는 냉매의 유량 또는 모듈 하우징 내부로 유입된 냉매가 외부로 배출되는 유량을 모듈 하우징의 수평 방향의 중심에 가까울수록 크도록 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 냉각관은 연통된 냉각구의 관경과 대응되는 크기를 가지도록 구성함으로써, 모듈 하우징의 냉각구를 통해 유입된 냉매가 냉각관을 따라 흐름의 방해없이 이동할 수 있어, 냉각 효율을 높일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일측면에 의하면, 복수의 원통형 전지셀은 냉매가 유동하도록 서로 이격되도록 배치함으로써, 본 발명은, 냉매가 이격 공간에서 원활이 유동할 수 있다. 이에 따라, 흐름이 정체된 냉매가 없어, 배터리 모듈의 냉각 효율이 높을 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은, 상부 케이스의 복수의 냉각관 및 하부 케이스의 복수의 냉각관이 상하 방향으로 서로 이격되도록 구성함으로써, 상부 케이스 및 하부 케이스 사이에 공동된(비어있는) 공간을 가질 수 있어, 이격된 공간을 통해 모듈 하우징의 내부에 좀더 냉각이 필요한 부분(예: 복수의 원통형 전지셀의 수평 방향의 중앙 부분)에 냉매가 집중되어 흐를 수 있도록 구성시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 수명을 증가시키고, 고장률을 획기적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 분리한 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 저면도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는, 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 모습을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상하 방향으로 절단한 모습을 개략적으로 나타내는 수직 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
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 안 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 분리한 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은, 복수의 원통형 전지셀(100), 모듈 하우징(210), 및 셀 프레임(220)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 원통형 전지셀(100)은, 원통형 전지캔(120), 및 상기 전지캔(120)의 내부에 수용된 전극 조립체(보이지 않음)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 원통형 전지셀(100)은 상기 전지캔(120)이 상하 방향으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 전지캔(120)은, 전기 전도성이 높은 재질을 포함하고 있으며, 예를 들면, 상기 전지캔(120)은 알루미늄 합금 또는 구리 합금을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전지캔(120)의 상부 및 하부 각각에 2개의 전극 단자(111)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 전지캔(120)의 상단의 평평한 원형의 상면에는 양극 단자(111a)가 형성될 수 있고, 상기 전지캔(120)의 하단의 평평한 원형의 하면에는 음극 단자(111b)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 전지캔(120)의 측부에는 전기적 절연 부재가 피복될 수 있다.
즉, 상기 전지캔(120)은 내부에 전극 조립체의 전극과 전기적으로 연결되어 있으므로, 의도하지 않은 도전성 물체가 상기 전지캔(120)에 접촉하여 전기 누설이 발생하지 않도록 상기 전지캔(120)의 측부를 둘러싸는 절연 필름(도시하지 않음) 또는 전기 절연성의 접착제가 피복될 수 있다.
또한, 전극 조립체(도시하지 않음)는, 양극 활물질이 코팅된 양극판을 구비한 양극과 음극 활물질이 코팅된 음극판을 구비한 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 권취한 구조로 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 양극(도시하지 않음)에는 양극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 상단의 양극 단자(111a)에 접속될 수 있다. 그리고, 상기 음극(도시하지 않음)에는 음극 탭이 부착되어 전지캔(120)의 하단의 음극 단자(111b)에 접속될 수 있다.
나아가, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은, F 방향으로 바라볼 때, 모듈 하우징(210) 내에서 상하 방향으로 세워진 형태로 수평 방향으로 배치될 수 있다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 모듈(200)에는 56개의 원통형 전지셀(100)을 구비하고 있다. 그리고, 상기 56개의 원통형 전지셀(100)은, 상하 방향으로 세워진 형태로, 수평 방향으로 서로 인접하도록 배치될 수 있다.
여기서, 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어는 관측자의 위치나 대상의 놓여진 형태에 따라 달라질 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 하여, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 방향을 구분하여 나타내도록 한다.
또한, 상기 복수의 전지셀(110)은 상기 모듈 하우징(210) 내부에 수용될 경우, 상하 방향으로 세워진 형태로 배치될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 모듈 하우징(210)은 상기 복수의 원통형 전지셀(100)을 수용하는 내부 공간이 형성되도록 상벽(211a), 측벽(213), 및 하벽(212a)을 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(210)의 측벽(213)은, 전측벽(213a), 후측벽(213b), 좌측벽(213c), 및 우측벽(213d)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 상벽(211a)은 상기 측벽(213)의 상부에 탑재되어 결합될 수 있다. 상기 하벽(212a)은 상기 측벽(213)의 하부에 탑재되어 결합될 수 있다.
또한, 상기 모듈 하우징(210)은 상부 하우징(211) 및 상기 상부 하우징(211)의 하부에 결합되는 하부 하우징(212)을 구비할 수 있다. 상기 상부 하우징(211) 및 상기 하부 하우징(212)은 서로 볼트 결합될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 저면도이다.
도 2와 함께 도 3을 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)은 상기 상벽(211a) 및 하벽(212a) 중 어느 하나 이상은 냉매(K1)가 유통되도록 개구된 형태로 구성된 냉각구(211h)가 복수 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상벽(211a)에는 상하 방향으로 천공된 30개의 냉각구(211h)가 구비될 수 있다. 상기 하벽(212a)에는 상하 방향으로 천공된 30개의 냉각구(212h)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 냉매(K1)가 외부에서 상기 모듈 하우징(210) 내부로 연속적으로 공급되는 동시에 승온된 냉매(K1)를 외부로 배출하도록 구성될 수 있다. 상기 냉매(K1)를 공급하거나 배출하기 위해 펌프를 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기 냉매(K1)는, 공기, 질소, 이산화탄소, 물, 프레온계 냉매, 암모니아, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 나프탈렌, 유황 또는 수은 등일 수 있다.
또한, 상기 모듈 하우징(210)의 상기 복수의 냉각구(211h)는 적어도 둘 이상이 크기가 다르게 구성될 수 있다. F 방향으로 바라볼 경우, 복수의 냉각구(211h)는 일정 간격으로 전후 좌우 방향으로 이격되어 행과 열로 배치될 수 있다. 이때, 상기 복수의 냉각구(211h)는 행 방향으로 배열된 2 이상의 냉각구(211h)의 크기가 서로 다르게 구성될 수 있다. 상기 복수의 냉각구(211h)는 열 방향으로 배열된 2 이상의 냉각구(211h)의 크기가 서로 다르게 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 모듈 하우징(210)에 구비된 상기 복수의 냉각구(211h)를 적어도 둘 이상이 크기가 다르게 구성함으로써, 냉각이 필요한 부위에 냉매(K1)의 유량을 증대시킬 수 있어, 배터리 모듈(200) 내부의 구역마다 온도 조절을 실시할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 특정 부분의 과열이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 셀 프레임(220)은, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 각각의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 내벽을 가진 삽입부(225)가 구비할 수 있다. 상기 삽입부(225)는 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 감싸도록 중공(H4)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 삽입부(225)는 전극 단자를 제외한 나머지 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 상단부 및 하단부를 외면을 감싸도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 셀 프레임(220)은 상기 복수의 냉각구(211h)와 연통되도록 구성된 복수의 냉각관(221h)이 구비될 수 있다. 상기 냉각관(221h)은 상기 냉각구(211h)와 연결되고 상기 냉매(K1)가 유통되도록 내부가 비어 있고 상하 방향으로 연장된 관형을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 셀 프레임(220)은 상기 냉각구(211h)와 연통되도록 구성된 복수의 냉각관(221h)을 구비함으로써, 상기 냉각구(211h)로 유입된 냉매(K1)의 열이 상기 삽입부(225)에 수용된 상기 복수의 원통형의 전지셀(100)로 효과적으로 전도될 수 있다. 이에, 본 발명은, 상기 모듈 하우징(210) 및 상기 셀 프레임(220)에 의해, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)을 외부 충격으로부터 이중 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 외부로부터 공급된 냉매(K1)를 상기 복수의 원통형 전지셀(100)로 공급할 수 있어, 냉각 효율을 크게 높일 수 있다.
다시, 도 3을 참고하면, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 구비된 상기 복수의 냉각구(212h) 중 적어도 둘 이상은, 중앙에 가까운 냉각구(212h) 일수록 외측에 위치한 냉각구(212h) 보다 직경이 크도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 구비된 6행 5열로 배열된 30개의 냉각구(212h)는 전후 좌우 방향으로 배열될 수 있다. 이중, 중앙에 위치한 3행 3열, 및 4행 3열의 냉각구(212h)가 가장 크고, 2행 3열, 3행 2열, 3행 4열, 4행 2열, 4행 4열, 5행 3열의 냉각구(212h)가 2번 째로 크며, 2행 2열, 2행 4열, 3행 1열 3행 5열, 4행 1열, 4행 5열, 5행 2열, 5행 4열의 냉각구(212h)가 3번째로 크고, 1행 2열, 1행 3열, 1행 4열, 2행 1열, 2행 5열, 5행 1열, 5행 5열, 6행 2열, 6행 3열, 6행 4열이 4번째로 크며, 1행 1열, 1행 5열, 6행 1열, 6행 5열이 5번째로 클 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 구비된 상기 복수의 냉각구(212h) 중 적어도 둘 이상은, 중앙에 가까운 냉각구(212h) 일수록 외측에 위치한 냉각구(212h) 보다 직경이 크도록 구성 시킴으로써, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 유입되는 냉매(K1)의 유량 또는 모듈 하우징(210) 내부로 유입된 냉매(K1)가 외부로 배출되는 유량을 모듈 하우징(210)의 수평 방향의 중심에 가까울수록 크도록 할 수 있다.
즉, 본 발명의 배터리 모듈(200)은 수평 방향의 중심 부위에 냉각 효율을 보다 높일 수 있다. 이에 따라, 복수의 원통형 전지셀(100)의 중심 부분의 열축적에 대한 원통형 전지셀(100)의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.
여기서 수평 방향이란, 상기 모듈 하우징(210)을 지면에 놓았을 때 지면에 평행한 방향을 의미한다고 할 수 있으며, 상하 방향에 수직하는 평면상의 적어도 한 방향이라고도 할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2와 함께 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)은, 구비된 상기 복수의 냉각구(211h) 중, 중앙에 가까운 냉각구(211h) 적어도 둘 이상이 외측에 위치한 냉각구(211h) 보다 직경이 크도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)에 구비된 6행 5열로 배열된 30개의 냉각구(211h)는 전후 좌우 방향으로 배열될 수 있다. 이중, 중앙에 위치한 3행 3열, 및 4행 3열의 냉각구(211h)가 가장 크고, 2행 3열, 3행 2열, 3행 4열, 4행 2열, 4행 4열, 5행 3열의 냉각구(211h)가 2번 째로 크며, 2행 2열, 2행 4열, 3행 1열 3행 5열, 4행 1열, 4행 5열, 5행 2열, 5행 4열의 냉각구(211h)가 3번째로 크고, 1행 2열, 1행 3열, 1행 4열, 2행 1열, 2행 5열, 5행 1열, 5행 5열, 6행 2열, 6행 3열, 6행 4열이 4번째로 크며, 1행 1열, 1행 5열, 6행 1열, 6행 5열이 5번째로 클 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)에 구비된 상기 복수의 냉각구(211h) 중 적어도 둘 이상은, 중앙에 가까운 냉각구(211h) 일수록 외측에 위치한 냉각구(211h) 보다 직경이 크도록 구성 시킴으로써, 상기 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)에 유입되는 냉매(K1)의 유량 또는 모듈 하우징(210) 내부로 유입된 냉매(K1)가 외부로 배출되는 유량을 모듈 하우징(210)의 수평 방향의 중심에 가까울수록 크도록 할 수 있다.
즉, 상기 배터리 모듈(200)의 수평 방향의 중심 부위에 냉각 효율을 보다 높일 수 있다. 이에 따라, 복수의 원통형 전지셀(100)의 중심 부분의 열축적에 대한 원통형 전지셀(100)의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 5는, 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 모습을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2와 함께 도 5를 참조하면, 상기 냉각관(221h)은 상기 연통된 냉각구(211h)의 관경과 대응되는 크기를 가질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 수평 방향의 중심을 기준으로 최 외측에 위치한 냉각관(221h)은 상기 연통된 냉각구(211h)의 관경과 대응되는 크기를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 셀 프레임(220)은, 상기 복수의 냉각구(211h)는 적어도 둘 이상이 크기가 다르게 구성될 경우, 상기 냉각관(221h)은 상기 연통된 냉각구(211h)의 관경에 따라 크기를 설정되므로, 상기 복수의 냉각관(221h)은 적어도 둘 이상이 크기가 서로 다르게 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 셀 프레임(220)에는 6행 5열로 배열된 30개의 냉각관(221h)이 구비될 수 있다. 이중, 중앙에 위치한 3행 3열, 및 4행 3열의 냉각관(221h)이 가장 크고, 2행 3열, 3행 2열, 3행 4열, 4행 2열, 4행 4열, 5행 3열의 냉각관(221h)이 2번째로 크며, 2행 2열, 2행 4열, 3행 1열 3행 5열, 4행 1열, 4행 5열, 5행 2열, 5행 4열의 냉각관(221h)이 3번째로 크고, 1행 2열, 1행 3열, 1행 4열, 2행 1열, 2행 5열, 5행 1열, 5행 5열, 6행 2열, 6행 3열, 6행 4열이 4번째로 크며, 1행 1열, 1행 5열, 6행 1열, 6행 5열이 5번째로 클 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은 구비된 냉각관(221h)을 상기 연통된 냉각구(211h)의 관경과 대응되는 크기를 가지도록 구성함으로써, 상기 모듈 하우징(210)의 냉각구(211h)를 통해 유입된 냉매(K1)가 상기 냉각관(221h)을 따라 흐름의 방해없이 이동할 수 있어, 냉각 효율을 높일 수 있다.
더불어, 본 발명은, 상기 복수의 냉각관(221h)을 적어도 둘 이상이 크기가 서로 다르게 구성함으로써, 상기 복수의 냉각관(221h) 마다 흐르는 냉매(K1) 유량을 다르게 설정할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200) 내부 중, 냉각이 더 필요한 부분에 냉매(K1)를 집중시킬 수 있어, 배터리 모듈(200)의 수명을 늘리고, 고장이 발생될 확률을 크게 줄일 수 있다.
그리고, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은 상기 냉매(K1)가 유동하도록 서로 이격될 수 있다. 그리고 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 이격된 공간에는 상기 냉각관(221h)이 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은 소정의 거리로 이격되도록 배열될 수 있다. 이러한 이격 공간(S1)을 통해 상기 냉매(K1)구로부터 유입된 냉매(K1)가 상기 이격 공간(S1)을 따라 흐를 수 있도록 구성될 수 있다. 나아가, 상기 이격 공간(S1)은 상기 냉각관들(221h, 222h)과 연통될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은 상기 냉매(K1)가 유동하도록 서로 이격되도록 배치함으로써, 본 발명은, 냉매(K1)가 이격 공간(S1)에서 원활이 유동할 수 있다. 이에 따라, 흐름이 정체된 냉매(K1)가 없어, 배터리 모듈(200)의 냉각 효율이 높을 수 있다.
한편, 다시 도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 셀 프레임(220)은 하부 케이스(222) 및 상부 케이스(221)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 상부 케이스(221)는 상기 복수의 삽입부(225) 및 상기 복수의 냉각관(221h)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 하부 케이스(222)는 상기 상부 케이스(221) 하부에 결합될 수 있다. 다시 말해, 상기 하부 케이스(222)의 상단면의 적어도 일부는 상기 상부 케이스(221)의 하단면과 연결될 수 있다. 이때, 상기 상부 케이스(221) 및 상기 하부 케이스(222)는 서로 볼트 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 케이스(222)의 상단면 중, 외주면에 해당되는 부분이 상기 상부 케이스(221)의 하단면 중, 대응되는 외주면과 접촉되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 상부 케이스(221)의 상기 복수의 냉각관(221h) 및 상기 하부 케이스(222)의 상기 복수의 냉각관(222h)은 서로 상하 방향으로 대응되도록 위치될 수 있다. 즉, 상기 모듈 하우징(210)의 냉각구(211h)로 유입된 냉매(K1)가 상기 상부 케이스(221)의 냉각관(221h)을 따라 하부 방향으로 흐르고, 다시 상기 하부 케이스(222)의 냉각관(222h)으로 냉매(K1)가 유입되어 하부 방향으로 흐른 뒤, 상기 냉매(K1)가 외부로 배출될 수 있다.
더욱이, 상기 상부 케이스(221)의 복수의 냉각관(221h) 및 상기 하부 케이스(222)의 복수의 냉각관(222h)은 상하 방향으로 서로 이격되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 상부 케이스(221) 및 상기 하부 케이스(222)는 일부분이 개방되어 공동된(비어있는) 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 케이스(221)의 하단면의 상기 하부 케이스(222)와 접하고 있는 외주부를 제외하고, 하단면의 일부가 상부 방향으로 내입된 단차 형상을 가질 수 있다. 상기 하부 케이스(222)의 상단면의 상기 상부 케이스(221)와 접하고 있는 외주부를 제외하고, 상단면의 일부가 하부 방향으로 내입된 단차 형상을 가질 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(221)의 30개의 냉각관(221h) 및 상기 하부 케이스(222)의 30개의 냉각관(222h)은 상하 방향으로 서로 이격되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 상부 케이스(221) 및 상기 하부 케이스(222) 각각은 단차 구조를 가질 수 있다. 상기 상부 케이스(221) 및 상기 하부 케이스(222)에 의해 형성된 공동된(비어있는) 공간은 상기 셀 프레임(220)의 냉각관(221h)을 통해 유입된 냉매(K1)가 상기 공동된(비어있는) 공간에서 자유롭게 여러 방향으로 분산이 이동될 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 상부 케이스(221)의 복수의 냉각관(221h) 및 상기 하부 케이스(222)의 복수의 냉각관(222h)이 상하 방향으로 서로 이격되도록 구성함으로써, 상기 상부 케이스(221) 및 상기 하부 케이스(222) 사이에 공동된(비어있는) 공간을 가질 수 있어, 상기 이격된 공간을 통해 상기 모듈 하우징(210)의 내부에 좀더 냉각이 필요한 부분(예: 복수의 원통형 전지셀의 수평 방향의 중앙 부분)에 냉매(K1)가 집중되어 흐를 수 있도록 구성시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 수명을 증가시키고, 고장률을 획기적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.
나아가, 상기 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)에 구비된 복수의 냉각구(211h)는 냉매(K1)를 주입시킬 수 있는 외부 장치에 의해 상기 모듈 하우징(210)의 외부에서 내부로 상기 냉매(K1)가 유입되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 구비된 복수의 냉각구(212h)는 냉매(K1)를 흡입시킬 수 있는 외부 장치에 의해 상기 모듈 하우징(210) 내부로 유입된 냉매(K1)가 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 냉매(K1)를 주입시킬 수 있는 외부 장치를 경우와 비교하여, 외부 장치에 구비된 펌프나 모터 등의 작동열이 냉매(K1)를 가온시키는 영향을 보다 근본적으로 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 구비된 복수의 냉각구(212h)는 냉매(K1)를 흡입시킬 수 있는 외부 장치에 의해 상기 모듈 하우징(210) 내부로 유입된 냉매(K1)가 외부로 배출되도록 구성시킬 경우, 냉매(K1)가 외부 장치에 의해 가온 되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)을 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.
다시 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 프레임(220)은, 외부에서 주입된 냉매(K1)가 상기 상부 케이스(221)에 구비된 냉각관(221h)을 따라 이동하도록 구성시킬 경우, 상기 상부 케이스(221)의 냉각관(221h) 중 적어도 일부에 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 내측 방향으로 상기 냉매(K1)의 흐름 방향을 전환하도록 구성된 가이드 부(227)가 구비될 수 있다.
반대로, 다른 일 실시예에 따른 셀 프레임(220)은, 외부에서 주입된 냉매(K1)가 상기 하부 케이스(222)에 구비된 냉각관(222h)을 따라 이동하도록 구성시킬 경우, 상기 하부 케이스(222)의 냉각관(222h) 중 적어도 일부에 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 내측 방향으로 상기 냉매(K1)의 흐름 방향을 전환하도록 구성된 가이드 부(227)가 구비될 수 있다.
예를 들면, 상기 가이드 부(227)에는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 내측 방향으로 돌출된 가이드 돌기(227p)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(221)에 구비된 복수의 냉각관(221h) 중, 수평 방향의 중심을 기준으로 상대적으로 외측에 위치한 냉각관(221h)에는 가이드 돌기(227p)가 형성될 수 있다.
상기 가이드 돌기(227p)는 상기 상부 케이스(221)의 냉각관(221h)으로 유입된 냉매(K1)가 상기 냉각관(221h)을 빠져나갈 때, 상기 이격 공간(S1)을 통해 상시 복수의 원통형 전지셀(100)의 중심부로 이동되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 냉각관(221h)에 구비된 가이드 돌기(227p)는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 중심부를 향하도록 돌출된 형태를 가질 수 있다.
그리고, 상기 복수의 가이드 돌기(227p)는 서로 돌출된 정도나 돌출된 각도가 서로 상이할 수 있다. 예를 들면, 상기 복수의 냉각관(221h) 중, 수평 방향의 중심부를 기준으로 외측에 위치한 가이드 돌기(227p)일수록 돌출된 정도나 돌출된 각도가 더 클 수 있다. 반대로, 수평 방향의 중심부에 가까운 냉각관(221h)에 구비된 가이드 돌기(227p)는 외측에 위치한 가이드 돌기(227p)에 비해 돌출된 정도나 돌출된 각도가 작을 수 있다. 나아가, 상기 상부 케이스(221)에 구비된 복수의 냉각관(221h) 중, 수평 방향의 중심에 위치한 냉각관(221h)에는 가이드 돌기(227p)를 형성시키지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가이드 부(227)에 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 내측 방향으로 돌출된 가이드 돌기(227p)를 구비 시킴으로써, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 중심부에 냉매(K1)가 집중되어 흐를 수 있도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 복수의 원통형 전지셀(100)의 열 불균형으로 인해 일부 전지셀에서 열화가 발생되는 것을 방지할 수 있어, 배터리 모듈(200)의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상하 방향으로 절단한 모습을 개략적으로 나타내는 수직 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 가이드 부(227)는 상기 상부 케이스(221)의 냉각관(221h)이 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 내측 방향으로 절곡된 형태의 절곡 구조(227k)를 구비할 수 있다. 즉, 본 발명은, 냉각관(221h)의 일부분을 절곡된 형태의 절곡 구조(227k)를 구비함으로써, 상기 냉각관(221h)을 통해 상기 이격 공간(S1)으로 배출되는 냉매(K1)가 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 중심을 향해 이동하도록 가이드 할 수 있다.
더불어, 상기 상부 케이스(221)의 복수의 냉각관(221h) 중, 수평 방향의 중심부를 기준으로 외측에 위치한 가이드 부(227)일수록 상기 냉각관(221h)의 절곡된 각도가 더 클 수 있다. 반대로, 수평 방향의 중심부에 가까운 냉각관(221h)의 절곡된 정도는 외측에 위치한 가이드 부(227)에 비해 절곡된 각도가 작을 수 있다. 더욱이, 상기 상부 케이스(221)에 구비된 복수의 냉각관(221h) 중, 수평 방향의 중심에 위치한 냉각관(221h)에는 절곡된 형태의 가이드 부(227)를 형성시키지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 상부 케이스(221)의 냉각관(221h)이 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 수평 내측 방향으로 절곡된 형태의 가이드 부(227)를 구비함으로써, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 중심부에 냉매(K1)가 집중되어 흐를 수 있도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 복수의 원통형 전지셀(100)의 열 불균형으로 인해 일부 전지셀에서 열화가 발생되는 것을 방지할 수 있어, 배터리 모듈(200)의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있다.
다시, 도 5를 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)에 구비된 복수의 냉각구(211h)는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 위치한 상하 내측 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조(T1)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)에 구비된 30개의 냉각구(211h) 각각에는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 위치한 하부 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조(T1)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)에는 외부 장치에 의해 냉매(K1)가 주입되도록 구성할 경우, 냉매(K1)가 상기 모듈 하우징(210) 내부로 보다 빠른 유속으로 많은 양이 유입될 수 있도록 상기 복수의 냉각구(211h)에 테이퍼 구조(T1)를 형성시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 모듈 하우징(210)의 상벽(211a)에 구비된 복수의 냉각구(211h)는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 위치한 상하 내측 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조(T1)가 구비됨으로 써, 상기 모듈 하우징(210) 내부로 유입되는 냉매(K1)의 유속 및 유량을 높일 수 있어, 배터리 모듈(200)의 냉각 효율을 보다 높일 수 있다.
다시, 도 5를 참조하면, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 구비된 복수의 상하 외측 방향(외부 방향)으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조(T2)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 구비된 30개의 냉각구(211h) 각각에는 냉매(K1)가 배출되는 하부 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조(T2)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에는 모듈 하우징(210) 내부에서 가온 된 냉매(K1)가 상기 모듈 하우징(210) 외부로 보다 빠른 유속으로 많은 양으로 배출될 수 있도록 상기 복수의 냉각구(212h)에 테이퍼 구조(T2)를 형성시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 모듈 하우징(210)의 하벽(212a)에 구비된 복수의 냉각구(212h)는 상하 외측 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조(T2)가 구비됨으로 써, 상기 모듈 하우징(210) 외부로 배출되는 냉매(K1)의 유속 및 유량을 높일 수 있어, 배터리 모듈(200)의 냉각 효율을 보다 높일 수 있다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
다시 도 2와 함께 도 7을 참조하면, 상기 셀 프레임(220)에 구비된 상기 냉각관(221h)은 외측 단부가 상기 셀 프레임(220)의 외측면으로부터 상하 방향 돌출된 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 케이스(221)에 구비된 냉각관(221h)은 상기 냉각관(221h) 주변의 외측면 보다 상부 방향에 돌출된 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 하부 케이스(222)에 구비된 냉각관(222h)은 상기 냉각관(222h) 주변의 외측면 보다 하부 방향에 돌출된 형태를 가질 수 있다.
더욱이, 상기 셀 프레임(220)에는 상기 전극 단자(도 2, 111)가 외부로 노출되도록 개구된 노출구(H1)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 셀 프레임(220)의 42개의 삽입부(225)에는 42개의 복수의 원통형 전지셀(100)이 삽입 수용될 수 있다. 그리고, 상기 42개의 복수의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자가 상기 셀 프레임(220)의 노출구(H1)를 통해 외부로 노출될 수 있다. 상기 상부 케이스(221) 및 상기 하부 케이스(222) 각각에는 42개의 노출구(H1)가 구비될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은, 상기 셀 프레임(220)의 상부 및 하부 각각에 탑재되는 복수의 연결 플레이트(230)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 연결 플레이트(230) 각각은 상기 노출구(H1)와 연통되도록 개구된 접속구(H2), 상기 복수의 원통형 전지셀(100)을 서로 전기적으로 연결하도록 상기 접속구(H2)의 내측으로부터 돌출 연장된 접속 단자(232), 및 상기 냉각관(221h)의 단부가 삽입되도록 개구된 삽입홈(H3)이 구비될 수 있다.
여기서, 상기 연결 플레이트(230)는 전기 전도성 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 전기 전도성 소재는, 구리, 니켈, 알루미늄, 금, 은 등이 주재료로 구성된 금속 합금일 수 있다.
예를 들면, 상기 상부 케이스(221)에는 상부 방향으로 돌출된 30개의 냉각관(221h)이 구비될 수 있다. 상기 상부 케이스(221)의 상면에 탑재되는 연결 플레이트(230)에는 상기 30개의 냉각관(221h)의 단부가 삽입되도록 개구된 30개의 삽입홈(H3)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 하부 케이스(222)에는 하부 방향으로 돌출된 30개의 냉각관(보이지 않음)이 구비될 수 있다. 상기 하부 케이스(222)의 하면에 탑재되는 연결 플레이트(230)에는 상기 30개의 냉각관(보이지 않음)의 단부가 삽입되도록 개구된 30개의 삽입홈(H3)이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은 상기 냉각관(221h)의 단부가 삽입되도록 개구된 삽입홈(H3)이 구비된 적어도 하나 이상의 연결 플레이트(230)를 더 포함함으로써, 상기 전극 단자와 전기적으로 연결된 연결 플레이트(230)는 전기 저항에 따른 발열이 심할 수 있으므로, 상기 연결 플레이트(230)의 삽입홈(H3)에 상기 냉각관(221h)의 단부가 삽입될 경우, 연결 플레이트(230)의 열을 상기 냉매(K1)가 흐르는 상기 냉각관(221h)을 통해 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 적어도 하나 이상의 연결 플레이트(230)를 상기 셀 프레임(220) 상에 탑재 고정시키기 쉬워 제조 효율을 높일 수 있다. 나아가, 본 발명은, 접속 단자(232)와 전극 단자(도 2, 111) 간의 용접 작업시, 상기 냉각관(221h)이 삽입되는 삽입홈(H3)을 통해, 상기 연결 플레이트(230)의 유동을 효과적으로 방지할 수 있어, 용접 작업의 효율을 크게 높일 수 있다.
다시 도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 셀 프레임(220)의 상면 및 하면 각각에는 격벽(P1)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 격벽(P1)은 외측 방향으로 돌출되고 수평 방향으로 선형 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 격벽(P1)은 일부가 상기 복수의 냉각관(221h) 사이를 연결하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 셀 프레임(220)의 상면에는 전후 방향 및 좌우 방향으로 선형 연장된 형태의 격벽(P1)이 구비될 수 있다. 상기 격벽(P1)은 복수의 냉각관(221h) 중 일부 냉각관(221h) 사이를 연결하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 격벽(P1)은 상기 연결 플레이트(230)의 외주부와 수평 방향으로 대응되도록 위치될 수 있다.
그리고, 상기 셀 프레임(220)의 상면 및 하면 각각에 격벽(P1)에 의해 구획된 공간에는 상기 적어도 둘 이상의 연결 플레이트(230) 각각이 탑재될 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 상부 케이스(221) 상면은 상기 격벽(P1)에 의해 구획된 7개의 구역으로 나눠질 수 있다. 상기 7개의 구역 각각에는 7개의 연결 플레이트(230)가 탑재될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 셀 프레임(220)의 상면 및 하면 각각에는 외측 방향으로 돌출되고 수평 방향으로 선형 연장되며 일부가 상기 복수의 냉각관(221h) 사이를 연결하도록 구성된 격벽(P1)이 구비되므로 써, 둘 이상의 연결 플레이트(230)가 상기 셀 프레임(220)의 상면 또는 하면에 탑재될 경우, 상기 둘 이상의 연결 플레이트(230) 간의 단락이 발생하지 않도록 둘 이상의 연결 플레이트(230) 사이를 전기적으로 절연 시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(200)의 안전성 및 내구성을 효과적으로 높일 수 있다.
또한, 상기 셀 프레임(220)의 상면 및 하면 각각의 외주에는 격벽(P1)이 구비될 수 있다. 그리고, 외주에 형성된 격벽(P1)의 일부는 개방된 개구를 가질 수 있다. 이러한 개구를 통해, 상기 연결 플레이트(230)의 일부분이 외부로 돌출될 수 있다. 또한, 상기 외주에 구비된 격벽(P1)은 상기 연결 플레이트(230)가 외부로 이탈되거나, 외부로부터 전도성 물질이 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 2 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은, 열전도성 패드(240) 및 히트 싱크(250)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열전도성 패드(240)는 열전도성 높은 소재를 구비할 수 있다. 또한, 상기 열전도성 패드(240)는 전기 절연성의 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 열전도성 패드(240)는 열전도성이 높은 고분자 수지 또는 실리콘계 수지가 고화된 형태일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 고분자 수지는, 폴리 실록산 수지, 폴리아미드 수지, 우레탄 수지, 또는 에폭시 계 수지일 수 있다. 또는, 상기 열전도성 패드(240)는, 부가된 접착 물질이 고화된 형태일 수 있다. 예를 들면, 상기 접착 물질은, 아크릴계, 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 또는 고무계 등의 물질일 수 있다.
상기 열전도성 패드(240)는 상기 연결 플레이트(230)의 외측에 탑재되고 상기 냉각관(221h)이 삽입되도록 개구된 고정홈(H5)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 케이스(221)의 상부에 탑재되는 열전도성 패드(240)는, 상기 30개의 냉각관(221h)의 단부가 삽입되도록 개구된 30개의 고정홈(H5)이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 희면, 본 발명의 열전도성 패드(240)에 상기 냉각관(221h)이 삽입되도록 개구된 고정홈(H5)을 구비시킴으로써, 상기 열전도성 패드(240)를 상기 셀 프레임(220) 상에 탑재 고정시키기 쉬워 제조 효율을 높일 수 있다. 상기 열전도성 패드(240)는 전기 저항에 따라 발열이 심한 연결 플레이트(230)의 열을 효과적으로 흡수할 수 있어, 배터리 모듈(200)의 냉각 효율을 효과적으로 높일 수 있다.
상기 히트 싱크(250)는 상기 열전도성 패드(240) 외측에 탑재되며 상기 냉각관(221h)이 삽입되도록 개구된 고정구(H6)가 구비될 수 있다. 여기서, 히트 싱크(250)는 상기 모듈 하우징(210) 및 상기 열전도성 패드(240) 사이에 위치되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 히트 싱크(250)는, 내부에 냉매가 이동하도록 구성된 냉매 유로(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 히트 싱크(250)는, 내부가 비어 있고 금속 외벽(130a)을 가진 박스 형태일 수 있다.
또는, 상기 히트 싱크(250)는 열전도성이 우수한 소재를 구비한 냉각 플레이트일 수 있다. 상기 열전성이 우수한 소재는, 구리 또는 알루미늄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(도시하지 않음)은, 상기 배터리 모듈(200)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(200) 이외에, 이러한 배터리 모듈(200)을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈(200)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자 디바이스는, 상기 배터리 팩을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 전자 디바이스(도시하지 않음)는, 상기 배터리 팩을 내부에 수용하는 케이스(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 자동차(도시하지 않음)는, 상기 배터리 팩을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 자동차는, 예를 들면, 상기 배터리 팩을 전원으로 하는 전기 모터(도시하지 않음)를 구비한 전기 자동차일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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.
200: 배터리 모듈 100: 원통형 전지셀
210: 모듈 하우징 211, 212: 상부 하우징, 하부 하우징
220: 셀 프레임
211h, 212h: 냉각구 221h, 222h: 냉각관
221: 삽입부
221, 222: 상부 케이스, 하부 케이스
K1: 냉매 227: 가이드 부
227p: 가이드 돌기 227k: 절곡 구조
T1, T2: 테이퍼 구조 230: 연결 플레이트
H1, H2, H3: 노출구, 접속구, 삽입홈
232: 접속 단자 P1: 격벽
240: 열전도성 패드 250: 히트 싱크

Claims (16)

  1. 상단부 및 하단부 각각에 전극 단자가 형성되고, 수평 방향으로 배열된 복수의 원통형 전지셀;
    상기 복수의 원통형 전지셀을 수용하는 내부 공간이 형성되도록 상벽, 측벽, 및 하벽을 구비하고, 상기 상벽 및 하벽 중 어느 하나 이상은 냉매가 유통되도록 개구된 형태로 구성된 냉각구가 복수 형성되며, 상기 복수의 냉각구는 적어도 둘 이상이 크기가 다르게 구성된 모듈 하우징; 및
    상기 복수의 원통형 전지셀 각각의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 내벽을 가진 복수의 삽입부가 구비되고, 상기 냉각구에 연통되도록 상기 냉각구와 연결되고 상기 냉매가 유통되도록 상하 방향으로 연장된 관형을 가진 복수의 냉각관이 구비된 셀 프레임
    을 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 냉각구 중 적어도 둘 이상은, 중앙에 가까운 냉각구 일수록 외측에 위치한 냉각구 보다 직경이 크도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각관은 상기 연통된 냉각구의 관경과 대응되는 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 원통형 전지셀은 상기 냉매가 유동하도록 서로 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀 프레임은 상기 복수의 삽입부 및 상기 복수의 냉각관을 구비한 상부 케이스, 및 상기 상부 케이스의 하부에 결합되고 상기 복수의 삽입부 및 상기 복수의 냉각관을 구비한 하부 케이스를 구비하고,
    상기 상부 케이스의 상기 복수의 냉각관 및 상기 하부 케이스의 상기 복수의 냉각관은 서로 상하 방향으로 대응되도록 위치되어 있고,
    상기 상부 케이스의 복수의 냉각관 및 상기 하부 케이스의 복수의 냉각관은 상하 방향으로 서로 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모듈 하우징의 상벽에 구비된 복수의 냉각구는 외부에서 내부로 상기 냉매가 유입되도록 구성되고,
    상기 모듈 하우징의 하벽에 구비된 복수의 냉각구는 상기 모듈 하우징 내부로 유입된 냉매가 외부로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 케이스의 냉각관 중 적어도 일부에는 상기 복수의 원통형 전지셀의 수평 내측 방향으로 상기 냉매의 흐름 방향을 전환하도록 구성된 가이드부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가이드부에는 상기 복수의 원통형 전지셀의 수평 내측 방향으로 돌출된 가이드 돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 상부 케이스의 냉각관이 상기 복수의 원통형 전지셀의 수평 내측 방향으로 절곡된 절곡 구조를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 모듈 하우징의 상벽에 구비된 복수의 냉각구는 상하 내측 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 모듈 하우징의 하벽에 구비된 복수의 냉각구는 상하 외측 방향으로 내경이 점진적으로 작아지도록 구성된 테이퍼 구조가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 냉각관은 외측 단부가 상기 셀 프레임의 외측면으로부터 상하 방향 돌출된 형상을 가지고,
    상기 셀 프레임에는 상기 전극 단자가 외부로 노출되도록 개구된 노출구가 형성되며,
    상기 배터리 모듈은, 상기 셀 프레임의 상부 및 하부 각각에 탑재되고 상기 노출구와 연통되도록 개구된 접속구, 상기 복수의 원통형 전지셀을 서로 전기적으로 연결하도록 상기 접속구의 내측으로부터 돌출 연장된 접속 단자, 및 상기 냉각관의 단부가 삽입되도록 개구된 삽입홈이 구비된 적어도 하나 이상의 연결 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 셀 프레임의 상면 및 하면 각각에는 외측 방향으로 돌출되고 수평 방향으로 선형 연장되며 일부가 상기 복수의 냉각관 사이를 연결하도록 구성된 격벽이 구비되고,
    상기 격벽은 상기 연결 플레이트의 외주부와 수평 방향으로 대응되도록 위치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 연결 플레이트의 외측에 탑재되고 상기 냉각관이 삽입되도록 개구된 고정홈이 구비된 열전도성 패드; 및
    상기 열전도성 패드 외측에 탑재되며 상기 냉각관이 삽입되도록 개구된 고정구가 구비된 히트 싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중, 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스.
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