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KR20210037885A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20210037885A
KR20210037885A KR1020190120346A KR20190120346A KR20210037885A KR 20210037885 A KR20210037885 A KR 20210037885A KR 1020190120346 A KR1020190120346 A KR 1020190120346A KR 20190120346 A KR20190120346 A KR 20190120346A KR 20210037885 A KR20210037885 A KR 20210037885A
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KR
South Korea
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battery
pair
heat exchanger
heat
cooling plate
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
KR1020190120346A
Other languages
English (en)
Inventor
전해룡
김석민
안선모
최영선
박은정
Original Assignee
에스케이이노베이션 주식회사
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 에스케이이노베이션 주식회사 filed Critical 에스케이이노베이션 주식회사
Priority to KR1020190120346A priority Critical patent/KR20210037885A/ko
Priority to US17/034,189 priority patent/US12040499B2/en
Priority to CN202011046598.XA priority patent/CN112582727A/zh
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Abstract

배터리모듈은 복수의 전지셀이 적층되는 한 쌍의 전지그룹, 한 쌍의 전지그룹 사이에 배치되어, 한 쌍의 전지그룹의 제 1 적층면과 열교환하는 제 1 열교환기, 한 쌍의 전지그룹의 외측에 배치되어, 제 1 적층면의 타측인 제 2 적층면과 열교환하는 한 쌍의 제 2 열교환기를 포함한다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지효율을 향상시킨 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 일차 전지와는 달리 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, 단위중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.
이러한, 파우치형 리튬 폴리머 전지(이하, "파우치형 셀"이라고 함)는 쉽게 휘어지거나 구부러질 수 있기 때문에 견고한 케이스 장치로 보호해 주어야 장시간 사용할 수 있으나, 종래에는 이러한 직렬 연결을 위해 각 파우치의 전극탭을 회로 패턴이 형성되어 있는 PCB(Printed Circuit Board; 인쇄회로기판)에 의해 연결하고 이를 케이스에 담는 방식을 사용하였다.
그러나, 이러한 종래의 파우치형 셀을 적층하여 고출력 전지 모듈을 구성하는 방법에 따르면, 연약한 구조인 파우치형 셀을 안전하게 보호할 수 없고 파우치형 셀을 다수 적층하여 PCB로 연결하는 방식도 완전하지 않아 외부충격 등의 환경 변화에 강하지 못하다는 단점이 있었다.
본 발명의 일 측면은 조립구조를 개선한 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면은 조립공정을 간소화한 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면은 내구성을 향상시킨 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 배터리모듈은 복수의 전지셀이 적층되는 한 쌍의 전지그룹; 상기 한 쌍의 전지그룹 사이에 배치되어, 한 쌍의 전지그룹의 제 1 적층면과 열교환하는 제 1 열교환기; 상기 한 쌍의 전지그룹의 외측에 배치되어, 상기 제 1 적층면의 타측인 제 2 적층면과 열교환하는 한 쌍의 제 2 열교환기;를 포함한다.
상기 제 1 열교환기와, 상기 한 쌍의 2 열교환기는 상기 한 쌍의 전지그룹을 사이사이에 두고 상호 나란하게 이격배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 전지그룹은, 적층배치되는 복수의 전지유닛;을 포함하고, 상기 복수의 전지유닛은, 상기 복수의 전지셀 중 한 쌍의 전지셀; 상기 한 쌍의 전지셀 사이에 개재되는 쿨링플레이트로서, 일단은 상기 제 1 열교환기와 접촉하고, 타단은 상기 제 2 열교환기와 접촉하도록 구성되는 쿨링플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 전지셀은, 각 일면이 상기 쿨링플레이트와 면접촉하여 열교환하며, 상기 일면의 양측에 배치되는 양측면은 각각 상기 제 1, 2 열교환기와 열교환하도록 구성될 수 있다.
상기 한 쌍의 전지셀은, 상기 일면의 전(全)영역이 상기 쿨링플레이트와 면접촉하도록 구성될 수 있다.
상기 제 1 열교환기는, 상기 쿨링플레이트의 상기 일단이 삽입되는 안착부로서, 상기 쿨링플레이트의 길이방향을 따라 길게 형성되되, 인접한 외면보다 오목하게 형성되는 안착부;를 포함할 수 있다.
상기 안착부는, 상기 쿨링플레이트가 삽입되는 삽입공간의 깊이를 형성하는 삽입면; 상기 삽입면의 양측 단부에서 상기 인접한 외면으로 연결되는 이동제한면으로서, 상기 삽입공간으로 삽입된 쿨링플레이트가 삽입방향과 수직한 방향으로의 이동을 제한하도록 마련되는 한 쌍의 이동제한면;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 전지유닛은, 제 1 전지유닛과, 상기 제 1 전지유닛보다 상부에 적층되는 제 2 전지유닛;을 포함하고, 상기 안착부는, 상기 제 1, 2 전지유닛의 상기 쿨링플레이트가 삽입되는 제 1, 2 안착부;를 포함하고, 상기 제 2 안착부의 한 쌍의 이동제한면은, 그 폭이 상기 제 1 안착부의 한 쌍의 이동제한면이 형성하는 폭보다 크게 구성될 수 있다.
상기 쿨링플레이트는, 상기 한 쌍의 전지셀과 접촉하는 플레이트몸체; 상기 플레이트몸체로부터 연장형성되어 상기 제 2 열교환기와 접촉하는 확장부로서, 상기 플레이트몸체의 두께보다 큰 너비로 형성되는 확장부;를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제 2 열교환기는, 상기 확장부가 삽입되도록, 인접한 외면보다 오목하게 형성되는 확장홈;을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 전지그룹은, 상기 복수의 전지유닛사이에 개재되어, 일면이 상기 쿨링플레이트와 접촉하도록 배치된 상기 전지셀의 타면과 접촉하도록 구성되는 적어도 하나의 패드;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 열교환기와, 상기 한 쌍의 제 2 열교환기과, 상기 제 1 열교환기와 상기 한 쌍의 제 2 열교환기에 의해 이동이 제한되도록 배치되는 상기 한 쌍의 전지그룹을 덮도록 마련되는 상부프레임과, 하부프레임;을 더 포함할 수 있다.
상기 상부프레임과, 상기 하부프레임은, 상기 제 1 열교환기와 상기 한 쌍의 제 2 열교환기에 결합됨으로서, 상기 제 1 열교환기와 상기 한 쌍의 제 2 열교환기와 상기 한 쌍의 전지그룹을 고정시키도록 구성될 수 있다.
상기 전지그룹은, 상기 하부프레임과 마주하는 면에 형성되는 안착돌기;를 포함하고, 상기 하부프레임는, 상기 안착돌기의 평면방향이동을 제한하는 안착홈;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 열교환기와, 상기 한 쌍의 2 열교환기는, 그 일측으로 냉매가 유입하는 인렛; 그 타측으로 냉매가 유출되는 아웃렛;을 각각 포함하고, 상기 인렛들과 상기 아웃렛들은 상기 열교환기들이 이격되는 방향을 따라 교번되게 배치될 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 배터리모듈은 복수의 전지셀이 적층되는 복수의 전지그룹; 상기 복수의 전지그룹의 적층면과 마주하게 배치되는 복수의 열교환기로서, 상기 복수의 전지그룹과 교번되게 배치되는 복수의 열교환기;를 포함한다.
상기 복수의 전지그룹은 한 쌍의 전지그룹을 포함하고, 상기 복수의 열교환기는, 상기 한 쌍의 전지그룹의 사이에 배치되는 제 1 열교환기; 상기 한 쌍의 전지그룹의 외측에 배치되는 제 2 열교환기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 배터리모듈은 한 쌍의 전지셀과, 상기 한 쌍의 전지셀들이 상호 마주하는 제 1 면들과 면접촉하도록 그 사이에 개재되는 쿨링플레이트를 갖는 복수의 전지유닛이 적층되는 한 쌍의 전지그룹; 상기 한 쌍의 전지그룹사이에 배치되고 상기 쿨링플레이트의 일단과 접촉하는 제 1 열교환기로서, 상기 쿨링플레이트를 통해 상기 전지셀의 상기 제 1 면으로부터 발생하는 열과, 상기 제 1 면으로부터 연장되며 상기 제 1 열교환기와 마주하는 상기 전지셀의 제 2 면으로부터 발생하는 열이 전달되는 제 1 열교환기; 상기 한 쌍의 전지그룹의 외측에 배치되고, 상기 쿨링플레이트의 타단과 접촉하는 한 쌍의 제 2 열교환기로서, 상기 쿨링플레이트를 통해 상기 전지셀의 상기 제 1 면으로부터 발생하는 열과, 상기 제 1 면으로부터 연장되며 상기 한 쌍의 제 2 열교환기와 마주하는 제 3 면으로부터 발생하는 열이 전달되는 한 쌍의 제 2 열교환기;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리모듈의 냉각구조를 개선하여, 배터리모듈의 과열을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리모듈의 조립구조를 개선하여, 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리모듈의 전지셀에 대해, 열교환기에 대한 접촉면적을 넓힘으로서, 전지셀에 대한 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리모듈의 결합구조를 개선하여, 전지그룹과 열교환기의 접촉을 유지시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 배터리모듈의 공간구조를 개선하여, 내부의 에너지밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도.
도 3은 도 1의 A-A’의 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지유닛의 분해사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지유닛의 적층에 관한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지그룹과 버스바에 관한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도.
도 8은 도 7의 B의 확대도.
도 9는 도 7의 C의 확대도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지그룹의 하부사시도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지그룹이 하부프레임에 장착되는 동작에 관한 도면.
도 12는 도 11에서 배터리모듈의 전지그룹이 하부프레임에 장착되었을 때, D-D’의 단면도.
도 13은 도 11에서 배터리모듈의 전지그룹이 하부프레임에 장착되었을 때, E-E’의 단면도.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도.
도 16은 도 15의 F-F’의 단면도.
도 17, 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환기를 지나는 냉매에 관한 도면.
도 19 내지 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 전지유닛과 열교환기들의 단면도.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA (field-programmable gate array)/ ASIC (application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 분해사시도, 도 3은 도 1의 A-A’의 단면도이다.
배터리모듈(1)은 하우징(10)과, 하우징(10) 내부에 마련되는 복수의 전지그룹(20)과, 열교환기(50)들을 포함할 수 있다.
하우징(10)은 하부프레임(12)과, 하부프레임(12)의 타측에 마련되는 상부프레임(14), 상부프레임(14)과 하부프레임(12)의 전후방에 배치되는 전방프레임(16)과 후방프레임(18)을 포함할 수 있다. 하우징(10)은 그 내부에 복수의 전지그룹(20)이 배치될 수 있는 배치공간(11)을 형성할 수 있다. 하우징(10)과, 복수의 전지그룹(20), 열교환기(50)들이 결합되는 내용에 대해서는 이후 자세하게 설명한다.
전지그룹(20)은 복수개가 마련될 수 있다. 복수의 전지그룹(20)은 열교환기(50)들에 의해 구획되도록 배치될 수 있다. 본 실시예에서 복수의 전지그룹(20)은 열교환기(50)들을 사이사이에 두고 좌우방향인 제 1 방향(w1)으로 배열되며, 제 1 방향(w1)과 수직한 전후방향인 제 2 방향(w2)으로 배열된다. 제 2 방향(w2)의 전지그룹(20)은 2개씩 배열되는 것으로 도시하였으나 이에 한정되지 않는다. 요구되는 배터리의 용량등 필요에 따라, 제 2 방향(w2)으로 복수개가 배열될 수 있다. 설명의 편의상 열교환기(50)들을 사이에 두거나, 열교환기(50)가 그 외측에 배치되는 제 1 방향(w1)으로 배열되는 전지그룹(20)들에 대해서 설명한다.
열교환기(50)는 제 1 열교환기(52)와, 한 쌍의 제 2 열교환기(60)를 포함할 수 있다. 제 1 열교환기(52)는 한 쌍의 전지그룹(20)사이에 배치될 수 있다. 제 2 열교환기(60)는 한 쌍의 전지그룹(20)의 외측에 배치될 수 있다. 제 1 열교환기(52)는 한 쌍의 전지그룹(20) 사이에 배치되어, 한 쌍의 전지그룹(20)의 제 1 적층면(21)과 마주하도록 배치될 수 있으며, 제 2 열교환기(60)는 제 1 적층면(21)의 타측인 제 2 적층면(22)과 마주할 수 있다. 이러한 구성을 통해 열교환기(50)들은 한 쌍의 전지그룹(20)과 교번되게 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 양측에 한 쌍의 전지그룹(20)이 배치되는 제 1 열교환기(52)와, 한 쌍의 전지그룹(20)의 외측에 배치되는 한 쌍의 제 2 열교환기(60)가 배치되는 것으로 설명하였다. 그러나 이에 한정되지 않고, 전지그룹(20)은 셋 이상의 복수개가 나열되고, 열교환기(50)들은 복수의 전지그룹(20)의 사이사이에 배치되는 복수의 제 1 열교환기(52)와, 복수의 전지그룹(20)의 최외측에 배치되는 한 쌍의 제 2 열교환기(60)를 포함할 수도 있다. 즉, 본 실시예에 따른 배터리모듈(1)에 의하면, 요구되는 용량에 따라 열교환기(50)와 전지그룹(20)을 제 1 방향(w1)과, 제 2 방향(w2)으로 확장할 수 있다.
열교환기(50)들은 전지그룹(20)의 일측면을 덮도록 구성될 수 있다. 이를 통해 열교환기(50)들은 전지그룹(20)들 사이를 구획하여, 격벽의 기능을 할 수도 있으며, 전지그룹(20)의 일측면으로 방열되는 열을 효과적으로 흡수하도록 구성될 수 있다.
열교환기(50)들은 냉매가 유입되는 인렛(71)과, 냉매가 유출되는 아웃렛(72)을 포함할 수 있다. 자세하게는 제 1 열교환기(52)와, 한 쌍의 제 2 열교환기(60)는 각각 냉매가 유입되는 인렛(71)과, 냉매가 유출되는 아웃렛(72)을 포함할 수 있다. 제 1, 2 열교환기(50)의 내부에는 인렛(71)으로부터 유입되어 아웃렛(72)으로 유출되도록, 도 3과 같이 냉매가 유동하는 유로(P)가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지유닛의 분해사시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지유닛의 적층에 관한 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지그룹과 버스바에 관한 도면이다.
전지그룹(20)은 적층배치되는 복수의 전지셀(32)과, 복수의 전지셀(32) 사이에 배치되는 쿨링플레이트(34)를 포함할 수 있다. 전지그룹(20)은 복수의 전지셀(32)이 적층되게 구성될 수 있다.
복수의 전지셀(32)들은 전극탭(32a)이 인출된 전극조립체(미도시)와, 전극조립체를 수용하는 외장재(32b)를 포함할 수 있다. 외장재(32b)는 전극 조립체에 밀착되는 밀착부(32ba)와, 밀착부(32ba) 이외의 부분으로서 외장재(32b)간에 접합이 이루어지는 실링부(32bb)를 포함할 수 있다.
쿨링플레이트(34)는 복수의 전지셀(32) 사이에 개재되도록 배치될 수 있다. 쿨링플레이트(34)는 복수의 전지셀(32)과 면접촉을 통해 열교환할 수 있다. 쿨링플레이트(34)는 복수의 전지셀(32)로부터 발생하는 열을 열교환기(50)로 전달하도록 마련될 수 있다. 자세하게는 쿨링플레이트(34)는 그 일단이 제 1 열교환기(52)와 접촉하고, 그 타단이 제 2 열교환기(60)와 접촉하여 전지셀(32)로부터의 열을 열교환기(50)들로 전달할 수 있다. 쿨링플레이트(34)는 접하는 전지셀(32)보다 넓은 면적을 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 전지셀(32)은 쿨링플레이트(34)와 마주하는 면의 전면적(全面的)이 쿨링플레이트(34)와 접촉할 수 있다.
전지그룹(20)은 복수의 전지유닛(30)을 포함할 수 있다. 전지유닛(30)은 도 5와 같이 앞서 언급한 복수의 전지셀(32) 중 한 쌍의 전지셀(32)과, 한 쌍의 전지셀(32) 사이에 배치되는 쿨링플레이트(34)를 포함할 수 있다. 쿨링플레이트(34)는 그 양면이 한 쌍의 전지셀(32)의 각 일면과 접하도록 배치될 수 있다. 이러한 구성을 통해 전지셀(32)은 적어도 3면을 통해 열교환할 수 있다. 구체적으로는 전지셀(32)의 일면은 쿨링플레이트(34)와 접촉하고, 상기 일면의 양측에 배치되는 양측면은 각각 제 1, 2 열교환기(52, 60)와 열교환할 수 있다. 전지셀(32)의 양측면은 각각 제 1, 2 열교환기(52, 60)와 직접 접촉할 수도 있으며, 열전달부재(미도시)를 통해 열교환할 수도 있다. 전지유닛(30)은 복수개가 적층되어 하나의 전지그룹(20)을 형성할 수 있다.
전지그룹(20)은 적어도 하나의 패드(38, 도 5 참고)를 포함할 수 있다. 패드(38)는 복수의 전지유닛(30)들 사이사이에 배치될 수 있다. 패드(38)는 전지유닛(30) 사이사이에서 그 일면과 타면이 전지셀(32)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 이러한 구성을 통해 패드(38)는 전지유닛(30)간의 충돌을 방지할 수 있으며, 외부로부터의 충격을 흡수할 수 있다. 또한 적어도 하나의 패드(38)는 전지셀(32)들 사이에 배치되어, 전지셀(32)들을 가압 또는 지지함으로서 전지셀(32)이 부풀어오르는 스웰링현상을 방지 또는 완화시킬 수 있다. 적어도 하나의 패드(38)는 복수의 전지유닛(30)들 사이에 배치될 수도 있으며, 복수의 전지유닛(30)들의 상하부에서 상부프레임(14)과 하부프레임(12)과 사이에 개재될 수도 있다.
배터리모듈(1)은 버스바(80, 도 6 참고)를 포함할 수 있다. 버스바(80)는 전지그룹(20)의 적어도 일측에 배치되어, 전지그룹(20)을 형성하는 복수의 전지셀(32)들간의 전기적 연결이 이루어지도록 할 수 있다. 버스바(80)는 전지셀(32)들이 적층되는 면 중 실링부(32bb)가 형성되는 면에서 열교환기들(50)과 마주하지 않는 면을 덮도록 구성될 수 있다. 버스바(80)의 외측에는 버스바(80)를 보호하도록 버스바커버(82, 도 2, 13 참고)가 덮힐 수 있다. 버스바커버(82)는 버스바(80)와 전후방프레임(18)사이에 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도, 도 8은 도 7의 B의 확대도이다.
배터리모듈(1)은 열교환기(50)들을 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 열교환기(50)들은 제 1 열교환기(52)와, 한 쌍의 제 2 열교환기(60)를 포함할 수 있다. 제 1 열교환기(52)와, 한 쌍의 제 2 열교환기(60)는 한 쌍의 전지그룹(20)을 사이사이에 두고 상호 나란하게 이격되게 배치될 수 있다.
제 1 열교환기(52)는 한 쌍의 전지그룹(20)사이에 배치될 수 있다. 한 쌍의 전지그룹(20)에서 제 1 열교환기(52)와 마주하는 제 1 적층면(21)들이 각각 제 1 열교환기(52)의 일면과 타면에 마주하도록 배치될 수 있다.
제 2 열교환기(60)는 한 쌍의 전지그룹(20)의 외측에 배치될 수 있다. 한 쌍의 전지그룹(20)에서 제 1 적층면(21)의 타측인 제 2 적층면(22)들이 각각 제 2 열교환기(60)와 마주하도록 배치될 수 있다. 제 1, 2 적층면(21, 22)들의 일부를 형성하는 전지셀(32)들은 제 1, 2 열교환기(52, 60)와 직접 접촉할 수도 있으며, 열전달부재(미도시)를 통해 제 1, 2 열교환기(52, 60)와 열교환할 수도 있다.
앞서 언급한 제 1 적층면(21)은 복수의 전지셀(32)들의 밀착부(32ba)들이 형성하는 전지그룹(20)의 측면이며, 제 2 적층면(22)은 복수의 전지셀(32)들의 실링부(32bb)들이 형성하는 전지그룹(20)의 측면일 수 있다. 즉, 제 1 열교환기(52)는 전지그룹(20)의 복수의 전지셀(32) 중 밀착부(32ba)들이 형성하는 제 1 적층면(21)과 마주하며, 제 2 열교환기(60)는 전지그룹(20)의 복수의 전지셀(32) 중 실링부(32bb)들이 형성하는 제 2 적층면(22)과 마주할 수 있다. 이러한 구성을 통해 실링부(32bb)들이 제 2 열교환기(60)와 마주하는 방열면적은 밀착부(32ba)들이 제 1 열교환기(52)와 마주하는 방열면적보다 작을 수 있다. 그러나 제 2 적층면(22)에서는 이후 설명하는 확장부(36)의 구성을 통해 방열면적을 보완할 수 있다.
제 1, 2 적층면(21, 22)은 각각 전지셀(32)들의 밀착부(32ba), 실링부(32bb)에 한정되지 않는다. 일례로, 배터리모듈(1)이 확장되는 경우로서, 도 14와 같이 전지그룹(20)이 복수개가 마련되고, 그 사이사이에 복수의 제 1 열교환기(52)가 배치되는 경우에는 제 1, 2 적층면(21, 22)은 전지셀(32)들의 밀착부(32ba)와 실링부(32bb) 중 어느 하나여도 무방하다.
제 1 열교환기(52)는 한 쌍의 전지그룹(20)의 쿨링플레이트(34)들이 삽입되는 안착부(54)를 포함할 수 있다. 안착부(54)는 쿨링플레이트(34)의 길이방향인 제 2 방향(w2)을 따라 길게 형성될 수 있다. 안착부(54)는 인접한 제 1 열교환기(52)의 외면보다 오목하게 형성될 수 있다. 한 쌍의 전지그룹(20)은 제 1 열교환기(52)의 양측에 대해 대칭되게 배치되므로, 안착부(54)들도 대칭되게 배치될 수 있다.
안착부(54)는 삽입면(58a)과, 이동제한면(58b)을 포함할 수 있다.
삽입면(58a)은 쿨링플레이트(34)의 일측이 삽입되는 삽입공간(56)의 깊이를 형성할 수 있다. 삽입면(58a)은 제 1 열교환기(52)의 일면과 타면에 대해 각각 단차지게 형성될 수 있다. 삽입면(58a)은 이동제한면(58b)과 함께 쿨링플레이트(34)가 삽입되는 삽입공간(56)을 형성할 수 있다. 삽입면(58a)은 쿨링플레이트(34)가 삽입될 때, 쿨링플레이트(34)의 과도한 삽입을 방지하도록 삽입방향으로의 스토퍼기능을 할 수 있다.
이동제한면(58b)은 쿨링플레이트(34)의 이동을 제한하도록 마련될 수 있다. 이동제한면(58b)은 삽입면(58a)의 양측단부로부터 제 1 열교환기(52)의 일면과 타면에 연결될 수 있다. 이동제한면(58b)은 한 쌍이 마련될 수 있으며, 삽입공간(56)으로 삽입된 쿨링플레이트(34)가 삽입방향(w3)과 수직한 방향(w4)으로 이동하는 것을 제한할 수 있다.
복수의 전지유닛(30)은 제 1 전지유닛(30a)과, 제 1 전지유닛(30a)보다 상부에 위치하는 제 2 전지유닛(30b)을 포함할 수 있다. 또한 제 1 열교환기(52)는 제 1 전지유닛(30a)의 쿨링플레이트(34)가 삽입되는 제 1 안착부(54a)와, 제 2 전지유닛(30b)의 쿨링플레이트(34)가 삽입되는 제 2 안착부(54b)를 포함할 수 있다.
제 1 안착부(54a)의 한 쌍의 이동제한면(58b)은 그 폭(Wa)이 제 2 안착부(54b)의 한 쌍의 이동제한면(58b)의 폭(Wb)보다 작도록 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 전지그룹(20)을 제 1 열교환기(52)와 결합시에, 제 1 전지유닛(30a)의 쿨링플레이트(34)가 제 1 안착부(54a)에 삽입시키면, 제 2 전지유닛(30b)의 쿨링플레이트(34)도 제 2 안착부(54b)에 안정적으로 삽입될 수 있다. 또한 나아가 제 3 안착부(54c)의 한 쌍의 이동제한면(58b)은 그 폭(Wc)이 제 2 안착부(54b)의 한 쌍의 이동제한면(58b)의 폭(Wb)보다 크도록 형성될 수 있다. 이 경우 제 2 전지유닛(30b)의 상부에 배치된 제 3 전지유닛(30c)의 쿨링플레이트(34)도 제 2 안착부(54b)의 상부에 위치한 제 3 안착부(54c)에 안정적으로 삽입될 수 있다.
즉, 제 1 전지유닛(30a)의 쿨링플레이트(34)를 제 1 안착부(54)에 삽입시키는 경우, 그 상부에 배치되는 제 2, 3 전지유닛(30)의 쿨링플레이트(34)들도 제 1 안착부(54)보다 폭이 넓은 제 2, 3 안착부(54)에 각각 삽입되도록 구성되므로, 전지그룹(20)과 제 1 열교환기(52)의 결합을 쉽게 할 수 있다.
또한 이러한 구성을 통해, 복수의 전지셀(32)들에 스웰링현상이 발생할 때, 각 전지유닛(30)에 배치되는 쿨링플레이트(34)들이 각 안착부(54)들의 이동제한면(58b)들에 의해 지지됨으로서, 전지셀(32)들이 일정부피이상 커지는 것을 방지할 수 있다.
즉, 제 1 내지 3 안착부(54)가 중력방향과 반대되는 방향으로 한 쌍의 이동제한면(58b)들의 폭들(Wa, Wb, Wc)이 커지도록 배치됨으로서, 배터리모듈(1)의 제조과정에서는 전지그룹(20)과 제 1 열교환기(52)와의 결합을 쉽게 하며, 사용과정에서는 전지그룹(20)의 스웰링을 최소화시킬 수 있다.
도 9는 도 7의 C의 확대도이다.
쿨링플레이트(34)는 플레이트몸체(35)와, 플레이트몸체(35)로부터 연장형성되는 확장부(36)를 포함할 수 있다. 플레이트몸체(35)의 일측은 앞서 설명한 바와 같이 안착부(54)에 삽입될 수 있으며, 확장부(36)는 플레이트몸체(35)의 타측에 배치될 수 있다.
확장부(36)는 쿨링플레이트(34)의 타측을 향하는 방열면(37)의 너비가 플레이트몸체(35)의 두께보다 크도록 구성될 수 있다. 확장부(36)는 플레이트몸체(35)에 대해 수직한 몸체를 가짐으로서, 플레이트몸체(35)보다 넓은 방열면적을 가질 수 있다. 이를 위해 확장부(36)의 방열면(37)의 너비는 플레이트몸체(35)의 두께보다 크도록 형성될 수 있다.
한 쌍의 제 2 열교환기(60)는 확장부(36)가 삽입되도록 제 2 적층면(22)과 마주한 측면보다 오목하게 형성되는 확장홈(62)을 포함할 수 있다. 확장홈(62)은 확장부(36)가 삽입되는 삽입공간(63)을 형성할 수 있다. 확장홈(62)은 확장부(36)의 접촉면과 접촉하는 홈접촉면(64)을 포함할 수 있다. 홈접촉면(64)은 확장부(36)의 방열면(37)과 면접촉함으로서, 쿨링플레이트(34)로부터의 열이 빠르게 제 2 열교환기(60)로 전달될 수 있다.
확장홈(62)은 홈접촉면(64)의 양측단부로부터 제 2 열교환기(60)의 일면과 연결되는 이동제한면(65)을 포함할 수 있다. 확장홈(62)의 이동제한면(65)은 안착부(54)의 이동제한면(58b)과 같이 쿨링플레이트(34)의 이동을 제한하도록 마련될 수 있다. 설명의 편의상 안착부(54)의 이동제한면(58b)을 제 1 이동제한면(58b)으로, 확장홈(62)의 이동제한면(65)을 제 2 이동제한면(65)으로 명명할 수도 있다. 쿨링플레이트(34)는 제 1, 2 이동제한면(58b, 65)에 의해 삽입방향(w3)과 수직한 방향(w4)으로의 이동이 제한될 수 있다.
본 실시예에서는 쿨링플레이트(34)가 그 타측에 확장부(36)를 가지고, 제 2 열교환기(60)도 확장부(36)가 삽입되는 확장홈(62)을 가지는 것으로 설명하였다. 그러나 이에 한정되지 않고, 제 2 열교환기(60)와 쿨링플레이트(34)간의 관계는 제 1 열교환기(52)의 안착부(54)와 쿨링플레이트(34)같이 구성되어도 무방하다. 즉, 쿨링플레이트(34)의 타측도 확장부(36)가 아닌 플레이트몸체(35)의 타측이 제 2 열교환기(60)에 마련되는 안착부(54)에 삽입되도록 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지그룹의 하부사시도, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 전지그룹이 하부프레임에 장착되는 동작에 관한 도면, 도 12는 도 11에서 배터리모듈의 전지그룹이 하부프레임에 장착되었을 때, D-D’의 단면도, 도 13은 도 11에서 배터리모듈의 전지그룹이 하부프레임에 장착되었을 때, E-E’의 단면도이다.
전지그룹(20)은 하부프레임(12)과 마주하는 면에 형성되는 안착돌기(39)를 포함할 수 있다. 안착돌기(39)는 그 단면이 사각형상으로 형성될 수 있다. 안착돌기(39)는 하부프레임(12)에 형성되는 안착홈(13)에 삽입될 수 있다. 안착돌기(39)의 배치 및 개수는 한정되지 않는다. 본 실시예에서는 전지그룹(20)의 안정적인 지지를 위해, 전지그룹(20)의 하부에 4개의 안착돌기가 상호 이격되게 배치될 수 있다.
전지그룹(20)이 하부프레임(12)에 안착되면, 안착돌기(39)는 안착홈(13)에 삽입될 수 있다. 안착돌기(39)가 안착홈(13)에 의해 이동이 제한됨으로서, 전지그룹(20)은 하부프레임(12)으로부터 평면방향으로의 이동이 제한되게 된다. 안착홈(13)은 제 1 열교환기(52)와 인접한 제 1 제한면(13a), 제 1 제한면(13a)의 타측에 형성되며 제 2 열교환기(60)와 인접한 제 2 제한면(13b), 제 1, 2 제한면(13a, 13b)을 연결하는 한 쌍의 제 3 제한면(13c)을 포함할 수 있다. 안착홈(13)은 안착돌기(39)가 삽입되는 깊이를 형성하는 바닥면(13e)을 포함할 수 있다. 제 1 내지 3 제한면과 바닥면(13e)은 안착돌기(39)가 배치되는 안착공간(13d)을 형성할 수 있다. 도 12와 같이 안착돌기(39)는 제 1, 2 제한면(13a, 13b)에 의해 이동이 제한되어, 전지그룹(20)이 각각 제 1 열교환기(52) 또는 제 2 열교환기(60)를 향해 과도하게 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한 안착돌기(39)는 도 13와 같이 제 3 제한면(13c)에 의해 이동이 제한되어, 전지그룹(20)이 전후방인 제 2 방향(w2)으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
이하는 본 발명의 배터리모듈의 조립과정에 대해서 설명한다. 조립과정들은 앞서 설명한 도면들을 참고하여 설명한다.
복수의 전지그룹(20)은 제 1 열교환기(52)를 사이에 두고 배치될 수 있다. 한 쌍의 전지그룹(20)은 안착돌기(39)가 안착홈(13)에 삽입됨으로서, 하부프레임(12)에 안착될 수 있다. 한 쌍의 전지그룹(20)의 제 1 적층면(21)이 제 1 열교환기(52)와 마주하도록 배치하고, 한 쌍의 제 2 열교환기(60)를 한 쌍의 전지그룹(20)의 제 2 적층면(22)과 마주하도록 배치할 수 있다.
제 1, 2 열교환기(50)와 한 쌍의 전지그룹(20)이 하부프레임(12)에 안착되면, 상부프레임(14)이 제 1, 2 열교환기(50)와 한 쌍의 전지그룹(20)을 덮을 수 있다.
상하부프레임(12, 14)은 제 1, 2 열교환기(50)와 나사결합될 수 있다. 한 쌍의 전지그룹(20)은 이동이 제한되도록 제 1, 2 열교환기(50)와 결합하므로, 상하부프레임(12, 14)과 제 1, 2 열교환기(50)의 결합을 통해, 배터리모듈(1)의 내부구성들이 고정될 수 있다.
전후방프레임(16, 18)은 전지그룹(20)들을 덮도록 배치될 수 있으며, 열교환기(50)들에 대한 상하부프레임(12)의 결합과정에서 함께 결합될 수 있다.
이하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈에 대해서 설명한다. 설명에 있어서, 앞서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 단면도이다.
배터리모듈(100)은 하우징(10)과, 하우징(10) 내부에 마련되는 복수의 전지그룹(20)과, 열교환기(50)들을 포함할 수 있다.
전지그룹(20)은 복수개가 마련될 수 있다. 복수의 전지그룹(20)은 각각 열교환기(50)들에 의해 구획되도록 배치될 수 있다.
열교환기(50)는 복수의 제 1 열교환기(52)와, 복수의 제 2 열교환기(60)를 포함할 수 있다. 복수의 제 1 열교환기(52)는 복수의 전지그룹(20) 사이 사이에 배치될 수 있다. 복수의 제 2 열교환기(60)는 복수의 전지그룹(20)의 최외측에 배치될 수 있다. 이러한 구성을 통해 열교환기(50)들은 복수의 전지그룹(20)과 교번되게 배치될 수 있다.
구체적인 구성에 있어서 전지그룹(20)은 양측면이 제 1 열교환기(52)와 마주하는 제 1 전지그룹(20a)과, 일측면은 제 1 열교환기(52)와 마주하며, 타측면은 제 2 열교환기(60)와 마주하는 제 2 전지그룹(20b)을 포함할 수 있다.
제 2 전지그룹(20b)은 앞서 설명한 도 1 내지 도 13의 실시예에서의 쿨링플레이트(34)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 제 1 전지그룹(20a)의 쿨링플레이트(34)는 양측이 각각 제 1 열교환기(52)의 안착부(54)에 삽입될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1 전지그룹(20a)의 쿨링플레이드(34)는 확장부(36)의 구성없이 플레이트몸체(35)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 전지그룹들(20a, 20b)가 세 개가 배치되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 세 개 이상 마련될 수도 있다. 이와 같은 구성을 통해 배터리모듈(100)은 요구되는 용량에 따라 열교환기들(50)와 전지그룹들(20)을 제 1 방향(w1)으로 확장할 수 있다.
이하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈에 대해서 설명한다. 설명에 있어서, 앞서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 사시도, 도 16은 도 15의 F-F’의 단면도이다.
배터리모듈(200)은 하우징(10)과, 하우징(10) 내부에 마련되는 복수의 전지그룹(20)과, 열교환기(50)들을 포함할 수 있다.
열교환기(50)들은 냉매가 유입되는 인렛(71)과, 냉매가 유출되는 아웃렛(72)을 포함할 수 있다.
인렛(71)들과 아웃렛(72)들은 열교환기(50)들이 이격되는 방향을 따라 교번되게 배치될 수 있다. 일례로 열교환기(50)들은 제 1 방향(w1)으로 제 2 열교환기(60), 제 1 열교환기(52), 제 2 열교환기(60) 순으로 이격배치되며, 좌측 제 2 열교환기(60)와 연결되는 인렛(71b)은 하부에, 제 1 열교환기(52)와 연결되는 인렛(71a)은 상부에, 우측 제 2 열교환기(60)와 연결되는 인렛(71b)은 하부에 배치될 수 있다. 아웃렛(72)도 이와 대응되게 배치될 수 있다. 즉, 좌측 제 2 열교환기(60)와 연결되는 아웃렛(72b)은 상부에, 제 1 열교환기(52)와 연결되는 아웃렛(72a)은 하부에, 우측 제 2 열교환기(60)와 연결되는 아웃렛(72b)은 상부에 배치될 수 있다. 도 16은 도 15에서 제 1 열교환기(52)와 인렛(71a), 아웃렛(72a)을 지나는 단면을 도시한 것이다. 제 2 열교환기(60)와 인렛(71b), 아웃렛(72b)을 지나는 단면은 도 3을 참조할 수 있다. 즉, 열교환기(50)들의 이격방향에 대해 인렛(71a, 71b)들과 아웃렛(72a, 72b)들의 배치가 교번되게 배치될 수 있다. 이에 한정되지 않고, 인렛(71a, 71b)들과 아웃렛(72a, 72b)들의 배치는 교번되는 방향이 상기와 반대로 이루어지도록 할 수 있다.
이러한 구성을 통해 어느 하나의 열교환기(50)에서의 유로의 방향과, 어느 하나의 열교환기(50)와 인접한 열교환기(50)에서의 유로의 방향을 달리할 수 있게 된다. 열교환기(50)들 사이사이에 배치되는 전지그룹(20)에 균일한 열교환이 이루어지게 되며, 일부분이 집중적으로 과열되는 것을 방지할 수 있다.
이하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈에 대해서 설명한다. 설명에 있어서, 앞서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 17, 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 열교환기를 지나는 냉매에 관한 도면이다.
배터리모듈(1)은 복수의 인렛(71)과 연결되어 냉매의 유입을 가이드하는 유입관과, 복수의 아웃렛(72)과 연결되어 냉매의 유출을 가이드하는 유출관을 포함할 수 있다.
유입관은 제 1 메인관(91)과, 제 1 메인관(91)으로부터 분기되어 각 인렛(71)들과 연결되는 제 1 분기관들(92a, 92b, 92c)을 포함할 수 있다.
유출관은 제 2 분기관들(95a, 95b, 95c)과, 제 2 분기관들(95a, 95b, 95c)이 합류하여 연결되는 제 2 메인관(94)을 포함할 수 있다.
각 분기관들(92a, 92b, 92c, 95a, 95b, 95c)은 동일한 내경을 가지고 동일한 양의 냉매를 각 열교환기들(50)로 가이드할 수도 있으며, 열교환기(50)들의 용량에 따라 각 분기관들의 내경을 달리함으로서, 다른 양의 냉매를 가이드할 수도 있다.
본 실시예에서는 도 17과 같이 제 1, 2 분기관들(92a, 92b, 92c, 95a, 95b, 95c)은 제 1, 2 메인관(91, 94)으로부터 각각 분기되어 각 인렛(71)들, 아웃렛(72)들과 연결될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 도 18과 같이 제 1, 2 분기관들(92a, 92b, 92c, 95a, 95b, 95c)은 제 1, 2 메인관(91, 94)의 단부에서 동시에 분기되어 각 인렛(71)들, 아웃렛(72)들과 연결될 수도 있다.
이하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈에 대해서 설명한다. 설명에 있어서, 앞서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 전지유닛과 열교환기들의 단면도이다.
쿨링플레이트(34a)는 확장부(36a)를 포함할 수 있다. 확장부(36a)는 제 2 열교환기(60)와 일정간격 이격되게 배치될 수 있다. 즉, 확장부(36a)는 제 2 열교환기(60)에 삽입되지 않고, 확장부(36a)의 방열면(37a)와 일정간격 이격되게 배치될 수 있다. 배터리모듈(1)은 확장부(36a)의 주위에 배치되는 열전달부재(75)를 포함할 수 있다. 열전달부재(75)는 확장부(36)와 제 2 열교환기(60) 사이의 공간 및 전지셀(32)과 제 2 열교환기(60) 사이의 공간에 도포될 수 있다. 이를 통해 전지셀(32)과 쿨링플레이트(34)로부터 전달되는 열은 열전달부재(75)와 확장부(36)를 통해 제 2 열교환기(60)로 전달될 수 있다.
이하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈에 대해서 설명한다. 설명에 있어서, 앞서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 20, 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 전지유닛과 열교환기들의 단면도이다.
쿨링플레이트(34b, 34c)는 확장부(36b, 36c)를 포함할 수 있다. 확장부(36b, 36c)는 제 2 열교환기(60)와 일정간격 이격되게 배치될 수 있다. 즉, 확장부(36b, 36c)는 제 2 열교환기(60)에 삽입되지 않고, 확장부(36b, 36c)의 방열면(37b, 37c)와 일정간격 이격되게 배치될 수 있다.
확장부(36b, 36c)는 그 너비가 전지유닛(30)의 한 쌍의 전지셀(32)의 폭과 같거나 크도록 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해 쿨링플레이트(34)의 몸체로부터 전달되는 열을 도 9의 실시예에서의 확장부(36)보다 넓은 면적으로 방열함으로서, 제 2 열교환기(60)에 의한 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
배터리모듈(1)은 확장부(36b, 36c)의 주위에 배치되는 열전달부재(75)를 포함할 수 있다. 열전달부재(75)는 도 20과 같이 확장부(36b)와 한 쌍의 전지셀(32) 사이의 공간과, 확장부(36)와 제 2 열교환기(60) 사이 공간에 도포될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 도 21과 같이 확장부(36c)와 제 2 열교환기(60) 사이 공간에 도포될 수 있다.
이를 통해 전지셀(32)과 쿨링플레이트(34)로부터 전달되는 열은 열전달부재(75)와 확장부(36b, 36c)를 통해 제 2 열교환기(60)로 전달될 수 있다.
이하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈에 대해서 설명한다. 설명에 있어서, 앞서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 전지유닛과 열교환기들의 단면도이다.
쿨링플레이트(34d)는 앞선 실시예와는 달리 확장부(36)가 구성되지 않을 수 있다. 즉, 쿨링플레이트(34d)는 그 일측이 제 1 열교환기(52)에 연결되며, 그 타측이 제 2 열교환기(60)에 연결될 수 있다.
배터리모듈(1)은 열전달부재(75)를 포함할 수 있다. 열전달부재(75)는 전지셀(32)과 제 1, 2 열교환기(50) 사이의 공간에 주입될 수 있다. 이를 통해 전지셀(32)로부터 발생되는 열은 쿨링플레이트(34d)와 열전달부재(75)를 통해 제 1, 2 열교환기(50)로 전달될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
1 : 배터리모듈 10 : 하우징
12 : 하부프레임 14 : 상부프레임
20 : 전지그룹 21 : 제 1 적층면
22 : 제 2 적층면 30 : 전지유닛
32 : 전지셀 34 : 쿨링플레이트
36 : 확장부 38 : 패드
50 : 열교환기 52 : 제 1 열교환기
54 : 안착부 58a : 삽입면
58b : 이동제한면 60 : 제 2 열교환기
62 : 확장홈 71 : 인렛
72 : 아웃렛 80 : 버스바

Claims (18)

  1. 복수의 전지셀이 적층되는 한 쌍의 전지그룹;
    상기 한 쌍의 전지그룹 사이에 배치되어, 한 쌍의 전지그룹의 제 1 적층면과 열교환하는 제 1 열교환기;
    상기 한 쌍의 전지그룹의 외측에 배치되어, 상기 제 1 적층면의 타측인 제 2 적층면과 열교환하는 한 쌍의 제 2 열교환기;를 포함하는 배터리모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기와, 상기 한 쌍의 2 열교환기는 상기 한 쌍의 전지그룹을 사이사이에 두고 상호 나란하게 이격배치되는 배터리모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전지그룹은,
    적층배치되는 복수의 전지유닛;을 포함하고,
    상기 복수의 전지유닛은,
    상기 복수의 전지셀 중 한 쌍의 전지셀;
    상기 한 쌍의 전지셀 사이에 개재되는 쿨링플레이트로서, 일단은 상기 제 1 열교환기와 접촉하고, 타단은 상기 제 2 열교환기와 접촉하도록 구성되는 쿨링플레이트;를 포함하는 배터리모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전지셀은,
    각 일면이 상기 쿨링플레이트와 면접촉하여 열교환하며, 상기 일면의 양측에 배치되는 양측면은 각각 상기 제 1, 2 열교환기와 열교환하도록 구성되는 배터리모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전지셀은,
    상기 일면의 전(全)영역이 상기 쿨링플레이트와 면접촉하도록 구성되는 배터리모듈.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기는,
    상기 쿨링플레이트의 상기 일단이 삽입되는 안착부로서, 상기 쿨링플레이트의 길이방향을 따라 길게 형성되되, 인접한 외면보다 오목하게 형성되는 안착부;를 포함하는 배터리모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 안착부는,
    상기 쿨링플레이트가 삽입되는 삽입공간의 깊이를 형성하는 삽입면;
    상기 삽입면의 양측 단부에서 상기 인접한 외면으로 연결되는 이동제한면으로서, 상기 삽입공간으로 삽입된 쿨링플레이트가 삽입방향과 수직한 방향으로의 이동을 제한하도록 마련되는 한 쌍의 이동제한면;을 포함하는 배터리 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 전지유닛은,
    제 1 전지유닛과, 상기 제 1 전지유닛보다 상부에 적층되는 제 2 전지유닛;을 포함하고,
    상기 안착부는,
    상기 제 1, 2 전지유닛의 상기 쿨링플레이트가 삽입되는 제 1, 2 안착부;를 포함하고,
    상기 제 2 안착부의 한 쌍의 이동제한면은,
    그 폭이 상기 제 1 안착부의 한 쌍의 이동제한면이 형성하는 폭보다 크게 구성되는 배터리모듈.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 쿨링플레이트는,
    상기 한 쌍의 전지셀과 접촉하는 플레이트몸체;
    상기 플레이트몸체로부터 연장형성되어 상기 제 2 열교환기와 접촉하는 확장부로서, 상기 플레이트몸체의 두께보다 큰 너비로 형성되는 확장부;를 포함하는 배터리모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제 2 열교환기는,
    상기 확장부가 삽입되도록, 인접한 외면보다 오목하게 형성되는 확장홈;을 포함하는 배터리모듈.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전지그룹은,
    상기 복수의 전지유닛사이에 개재되어, 일면이 상기 쿨링플레이트와 접촉하도록 배치된 상기 전지셀의 타면과 접촉하도록 구성되는 적어도 하나의 패드;를 더 포함하는 배터리모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기와, 상기 한 쌍의 제 2 열교환기과, 상기 제 1 열교환기와 상기 한 쌍의 제 2 열교환기에 의해 이동이 제한되도록 배치되는 상기 한 쌍의 전지그룹을 덮도록 마련되는 상부프레임과, 하부프레임;을 더 포함하는 배터리모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 상부프레임과, 상기 하부프레임은,
    상기 제 1 열교환기와 상기 한 쌍의 제 2 열교환기에 결합됨으로서, 상기 제 1 열교환기와 상기 한 쌍의 제 2 열교환기와 상기 한 쌍의 전지그룹을 고정시키도록 구성되는 배터리모듈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전지그룹은,
    상기 하부프레임과 마주하는 면에 형성되는 안착돌기;를 포함하고,
    상기 하부프레임는,
    상기 안착돌기의 평면방향이동을 제한하는 안착홈;을 포함하는 배터리모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기와, 상기 한 쌍의 2 열교환기는,
    그 일측으로 냉매가 유입하는 인렛;
    그 타측으로 냉매가 유출되는 아웃렛;을 각각 포함하고,
    상기 인렛들과 상기 아웃렛들은 상기 열교환기들이 이격되는 방향을 따라 교번되게 배치되는 배터리모듈.
  16. 복수의 전지셀이 적층되는 복수의 전지그룹;
    상기 복수의 전지그룹의 적층면과 마주하게 배치되는 복수의 열교환기로서, 상기 복수의 전지그룹과 교번되게 배치되는 복수의 열교환기;를 포함하는 배터리모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 전지그룹은 한 쌍의 전지그룹을 포함하고,
    상기 복수의 열교환기는,
    상기 한 쌍의 전지그룹의 사이에 배치되는 제 1 열교환기;
    상기 한 쌍의 전지그룹의 외측에 배치되는 제 2 열교환기;를 포함하는 배터리모듈.
  18. 한 쌍의 전지셀과, 상기 한 쌍의 전지셀들이 상호 마주하는 제 1 면들과 면접촉하도록 그 사이에 개재되는 쿨링플레이트를 갖는 복수의 전지유닛이 적층되는 한 쌍의 전지그룹;
    상기 한 쌍의 전지그룹사이에 배치되고 상기 쿨링플레이트의 일단과 접촉하는 제 1 열교환기로서, 상기 쿨링플레이트를 통해 상기 전지셀의 상기 제 1 면으로부터 발생하는 열과, 상기 제 1 면으로부터 연장되며 상기 제 1 열교환기와 마주하는 상기 전지셀의 제 2 면으로부터 발생하는 열이 전달되는 제 1 열교환기;
    상기 한 쌍의 전지그룹의 외측에 배치되고, 상기 쿨링플레이트의 타단과 접촉하는 한 쌍의 제 2 열교환기로서, 상기 쿨링플레이트를 통해 상기 전지셀의 상기 제 1 면으로부터 발생하는 열과, 상기 제 1 면으로부터 연장되며 상기 한 쌍의 제 2 열교환기와 마주하는 제 3 면으로부터 발생하는 열이 전달되는 한 쌍의 제 2 열교환기;를 포함하는 배터리 모듈.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220065601A (ko) * 2020-11-13 2022-05-20 주식회사 엘지에너지솔루션 스웰링 제어가 가능한 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
CN113193280A (zh) * 2021-04-29 2021-07-30 合肥国轩高科动力能源有限公司 动力电池模组及其系统
DE102021130446A1 (de) 2021-11-22 2023-05-25 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Traktionsbatterie, deren Verwendung und Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie
KR20240084962A (ko) * 2022-12-07 2024-06-14 에스케이온 주식회사 배터리모듈 및 그 조립방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101112442B1 (ko) 2008-10-14 2012-02-20 주식회사 엘지화학 냉각 효율성이 향상된 전지모듈 어셈블리
KR101071537B1 (ko) 2009-09-17 2011-10-10 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 방열부재를 포함하는 전지모듈 및 중대형 전지팩
DE102009052254A1 (de) 2009-11-06 2011-05-12 Behr Gmbh & Co. Kg Energiespeichervorrichtung
KR101259757B1 (ko) 2009-12-04 2013-05-07 주식회사 엘지화학 우수한 냉각 효율성과 콤팩트한 구조의 전지모듈 및 중대형 전지팩
US9444124B2 (en) * 2014-01-23 2016-09-13 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly and method for coupling a cooling fin to first and second cooling manifolds
JP6400838B2 (ja) * 2015-03-31 2018-10-03 三洋電機株式会社 電源装置及びこれを備える車両
KR102284339B1 (ko) * 2015-09-09 2021-08-04 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈
EP3206242A4 (en) * 2015-12-18 2018-02-28 LG Chem, Ltd. Battery module
DE102016114216A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-01 Kirchhoff Automotive Deutschland Gmbh Temperiereinrichtung für ein Batteriegehäuse eines Fahrzeuges
KR102036085B1 (ko) 2016-12-23 2019-10-24 에스케이이노베이션 주식회사 이차 전지 모듈
KR20190032843A (ko) 2017-09-20 2019-03-28 에스케이이노베이션 주식회사 이차 전지용 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR102410862B1 (ko) 2017-11-10 2022-06-21 에스케이온 주식회사 배터리 모듈

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