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KR20210053054A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20210053054A
KR20210053054A KR1020190138858A KR20190138858A KR20210053054A KR 20210053054 A KR20210053054 A KR 20210053054A KR 1020190138858 A KR1020190138858 A KR 1020190138858A KR 20190138858 A KR20190138858 A KR 20190138858A KR 20210053054 A KR20210053054 A KR 20210053054A
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KR
South Korea
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secondary battery
battery cell
cell
plate member
heat sink
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020190138858A
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English (en)
Inventor
안선모
전해룡
최영선
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
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Priority to US17/060,237 priority patent/US12080901B2/en
Priority to CN202011188112.6A priority patent/CN112838305A/zh
Publication of KR20210053054A publication Critical patent/KR20210053054A/ko
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 이차전지셀이 눕혀진 상태로 장착되는 셀수용유닛, 상기 셀수용유닛에 결합되어, 상기 이차전지셀이 수용되는 상기 셀수용유닛의 개구부를 덮는 커버유닛 및 상기 셀수용유닛 및 상기 커버유닛에 구비되며, 상기 이차전지셀의 바닥부 및 탑부에 접촉되어, 상기 이차전지셀에서 전달되는 열을 외부로 방출하는 히트싱크유닛을 포함할 수 있다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기자동차 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지셀의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차전지셀은 화학에너지와 전기에너지 간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이다.
이러한 이차전지셀은 이차전지의 주요 구성물인 양극, 음극, 분리막 및 전해액 등의 전극조립체 및 이를 보호하는 다층 외장재(Laminated Film Case)의 셀바디부재를 포함한다.
그런데 이러한 전극조립체는 충전 및 방전의 과정을 거치면서 발열이 발생하게 되는데, 이러한 발열에 의한 온도 상승은 이차전지셀의 성능을 저하시키게 된다.
이에 따라 종래에는 이차전지셀이 수용되는 하우징부재 및 이에 접촉하는 히트싱크를 제시하여 이차전지셀을 냉각시키게 구성되었다.
그러나, 상기 히트싱크가 상기 하우징부재의 외부에 배치됨에 따라 냉각 성능이 떨어지는 한계가 있었다.
다른 측면에서, 종래에는 이차전지셀이 하우징부재의 하판부재에 바닥부가 접촉되게 세워져서 설치되기 때문에, 하우징부재의 높이 방향 설계 변경이 어려운 한계가 있었다.
또한 에너지 밀도를 증가시키기 위해 이차전지셀의 설치 개수를 증가시키려면 하우징부재를 폭 방향으로 확장해야 하므로 효율적인 공간 활용이 어렵고, 하우징부재에 의한 강성 보강에 별도의 구조가 필요한 한계가 있었다.
따라서, 전술한 문제 내지 한계를 개선하기 위해서, 배터리 모듈에 대한 연구가 필요하게 되었다.
JP 2018-503233 A
본 발명은 히트싱크유닛에 의한 방열 성능을 개선할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서 본 발명은 이차전지셀의 수용시에 높이 방향 설계 변경 자유도를 확보할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 이차전지셀, 상기 이차전지셀이 눕혀진 상태로 장착되는 셀수용유닛, 상기 셀수용유닛에 결합되어, 상기 이차전지셀이 수용되는 상기 셀수용유닛의 개구부를 덮는 커버유닛 및 상기 셀수용유닛 및 상기 커버유닛에 구비되며, 상기 이차전지셀의 바닥부 및 탑부에 접촉되어, 상기 이차전지셀에서 전달되는 열을 외부로 방출하는 히트싱크유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 셀수용유닛은, 상기 이차전지셀이 안착되되, 상기 이차전지셀의 측면부와 접하는 하판부재, 상기 하판부재와 대면하게 배치되는 상판부재 및 상기 하판부재와 상기 상판부재 사이를 연결하게 결합되되, 상기 이차전지셀의 바닥부와 접하는 중간판부재를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 히트싱크유닛은, 상기 중간판부재에 구비되어, 상기 이차전지셀의 바닥부에서 전달되는 열을 외부로 방출하는 센터히트싱크를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 히트싱크유닛은, 상기 중간판부재와 대면하는 상기 셀수용유닛의 사이드커버부재에 구비되어, 상기 이차전지셀의 탑부에서 전달되는 열을 외부로 방출하는 사이드히트싱크를 포함할 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 히트싱크유닛은, 서로 이웃하는 상기 이차전지셀 사이에 배치되되, 일단부는 상기 중간판부재에 인접하게 연장되고, 타단부는 상기 사이드커버부재에 접하도록 연장된 냉각핀부재를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 냉각핀부재는, 타단부에 상기 사이드커버부재와의 접촉 면적을 넓히는 접촉판이 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 히트싱크유닛은, 상기 센터히트싱크가 배치된 상기 중간판부재와 상기 이차전지셀의 바닥부 및 상기 사이드히트싱크가 배치된 상기 사이드커버부재와 상기 이차전지셀의 탑부 사이에 배치되어 열이동 경로를 형성하는 열전도부재를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재는, 상기 이차전지셀의 탑부에 돌출되게 형성된 상기 이차전지셀의 실링부가 접혀서 배치된 영역에 이웃한 상기 이차전지셀의 탑부의 나머지 영역에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재는, 상기 이차전지셀의 바닥부에 접하는 부분이 상기 이차전지셀의 바닥부의 형태에 대응되는 형태로 형성되어, 상기 이차전지셀을 지지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재는, 상기 이차전지셀이 접착되도록, 실리콘, 폴리우레탄, 에폭시 소재 중 적어도 하나로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 사이드히트싱크는, 상기 셀수용유닛에 적층되게 수용되는 복수 개의 상기 이차전지셀 각각을 지지하도록, 상기 이차전지셀 방향으로 돌출되게 형성된 상기 사이드커버부재의 지지탭까지 연장되어 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 지지탭은, 상기 이차전지셀의 탑부에 돌출되게 형성된 상기 이차전지셀의 실링부가 접혀서 배치된 영역에 이웃한 상기 이차전지셀의 탑부의 나머지 영역에 대응되는 형태로 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 셀수용유닛은, 전극조립체를 3면 실링하여 수용하는 파우치형 이차전지셀이 적층되어 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 배터리 모듈은 히트싱크유닛에 의한 방열 성능을 개선할 수 있는 이점이 있다.
다른 측면에서 본 발명의 배터리 모듈은 이차전지셀의 수용시에 높이 방향 설계 변경 자유도를 확보할 수 있는 이점이 있다. 이에 의해서 이차전지셀의 설치시에 공간 활용 효율은 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 배터리 모듈은 별도의 구성의 부가 없이도 자체 구조에 의해서 강성 보강이 가능한 이점이 있다. 이에 의해서 전체적인 무게를 절감하면서도 내구성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 배터리 모듈을 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 배터리 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 배터리 모듈에서 히트싱크유닛만을 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 배터리 모듈에서 지지탭을 포함하는 실시예를 도시한 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호 또는 유사한 방식으로 부여된 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 히트싱크유닛(30)에 의한 방열 성능을 개선할 수 있고, 이에 의해서 배터리 모듈에서 에너지 밀도를 높이도록 더 많은 이차전지셀(C)을 설치할 수 있게 되며, 또한 이차전지셀(C)의 발열로 인한 화재 발생도 감소시킬 수 있게 된다.
다른 측면에서 본 발명의 배터리 모듈은 이차전지셀(C)의 수용시에 높이 방향 설계 변경 자유도를 확보할 수 있고, 이에 의해서 이차전지셀(C)의 설치시에 공간 활용 효율을 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명의 배터리 모듈은 별도의 구성의 부가 없이도 자체 구조에 의해서 강성 보강이 가능하고, 이에 의해서 전체적인 무게를 절감하면서도 내구성을 확보할 수 있게 된다.
여기서, 상기 이차전지셀(C)은 전극조립체 및 상기 전극조립체를 감싸는 셀바디부재를 포함할 수 있다.
상기 전극조립체는 실질적으로 전해액을 포함하여 함께 상기 셀바디부재에 수납되어 사용된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate) 등과 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4 등과 같은 리튬염을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
그리고, 상기 셀바디부재는 상기 전극조립체를 보호하며, 상기 전해액을 수용하는 구성으로, 일례로, 상기 셀바디부재는 파우치형 부재 또는 캔형 부재로 구비될 수 있다. 여기서, 파우치형 부재는 상기 전극조립체를 3면에서 실링하여 수용하는 형태로서, 주로 하면부인 일면부를 제외한 상면부 및 양측면부의 3면을 내부에 상기 전극조립체가 수용된 상태에서 포개어 접합하여 실링하게 구성되는 부재이다. 그리고, 상기 캔형 부재는 상기 전극조립체를 1면에서 실링하여 수용하는 형태로서, 주로 하면부 및 양측면부인 세개 면을 제외한 상면부의 1면을 내부에 상기 전극조립체가 수용된 상태에서 포개어 접합하여 실링하게 구성되는 부재이다.
다만, 이러한 파우치형 이차전지셀(C), 캔형 이차전지셀(C)은 본 발명의 배터리 모듈에 수용되는 이차전지셀(C)의 일례일 뿐이고, 본 발명의 배터리 모듈에 수용되는 이차전지셀(C)이 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 도면을 참조하여 설명하면, 도 1은 본 발명의 배터리 모듈을 도시한 정면도이며, 도 2는 본 발명의 배터리 모듈을 도시한 분해 사시도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 이차전지셀(C), 상기 이차전지셀(C)이 눕혀진 상태로 장착되는 셀수용유닛(10), 상기 셀수용유닛(10)에 결합되어, 상기 이차전지셀(C)이 수용되는 상기 셀수용유닛(10)의 개구부를 덮는 커버유닛(20) 및 상기 셀수용유닛(10) 및 상기 커버유닛(20)에 구비되며, 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B) 및 탑부(T)에 접촉되어, 상기 이차전지셀(C)에서 전달되는 열(H)을 외부로 방출하는 히트싱크유닛(30)을 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 배터리 모듈은 상기 셀수용유닛(10)에 상기 이차전지셀(C)이 눕혀진 상태로 장착되면서, 이와 같이 장착된 이차전지셀의 탑부(T) 및 바닥부(B)에 열(H)을 전달받아 외부로 방출하는 히트싱크유닛(30)이 구비됨에서, 배터리 모듈의 방열 성능을 개선할 수 있게 된다.
여기서, 상기 히트싱크유닛(30)은 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)에 한정되어 열(H)을 전달받는 것이 아니라, 이차전지셀(C)의 탑부(T)를 통하여도 열(H)을 전달받기 때문에, 열 전달 경로의 증가로 인해 냉각 성능을 개선하게 된다.
더욱이, 본 발명의 배터리 모듈은 이차전지셀(C)이 눕혀지게 장착되는 상기 셀수용유닛(10)을 포함하므로, 상기 이차전지셀(C)이 복수 개 설치되는 경우에 상기 이차전지셀(C)을 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향으로 적층하여 배치할 수 있게 되며, 이에 따라 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향 설계 변경 자유도를 확보할 수 있게 된다.
상기 셀수용유닛(10)은, 상기 이차전지셀(C)이 눕혀진 상태로 설치되는 구성으로, 이를 위해서 하판부재(11), 상판부재(12), 중간판부재(13)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 셀수용유닛(10)은, 상기 이차전지셀(C)이 안착되되, 상기 이차전지셀(C)의 측면부(S)와 접하는 하판부재(11), 상기 하판부재(11)와 대면하게 배치되는 상판부재(12) 및 상기 하판부재(11)와 상기 상판부재(12) 사이를 연결하게 결합되되, 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)와 접하는 중간판부재(13)를 포함할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 셀수용유닛(10)은 하판부재(11)에 이차전지셀(C)의 측면부(S)가 접하고, 상기 중간판부재(13)에 바닥부(B)가 접하는 구조를 제시하고 있는 것이다. 일례로, 상기 셀수용유닛(10)에는 상기 이차전지셀(C)이 눕혀진 상태로 상기 하판부재(11), 상기 상판부재(12), 상기 중간판부재(13)가 형성하는 공간 상에 삽입되어 설치될 수 있게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 셀수용유닛(10)은 알루미늄(Al), 스틸(Fe) 등의 소재로 형성될 수 있다.
이에 의하면, 상기 이차전지셀(C)이 복수 개 설치되는 경우에 상기 이차전지셀(C)을 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향으로 적층하여 배치할 수 있게 되며, 이에 따라 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향 설계 변경 자유도를 확보할 수 있게 된다.
상기 하판부재(11)는 상기 셀수용유닛(10)의 하부에 배치된 구성으로서, 상기 이차전지셀(C)이 눕혀진 상태로 안착된다. 그리고, 상기 상판부재(12)와 마주보게 배치될 수 있으며, 상기 상판부재(12)와의 사이에 상기 중간판부재(13)가 배치되게 결합될 수 있다.
그리고, 상기 하판부재(11)는 상기 이차전지셀(C)의 측면부(S)가 접하게 상기 이차전지셀(C)이 눕혀진 상태로 안착이 될 수 있는데, 상기 이차전지셀(C)이 복수 개가 적층되어 배치되는 경우에는 최하단의 이차전지셀(C)의 측면부(S)와 접하게 된다.
상기 상판부재(12)는 상기 하판부재(11)와 마주보며, 상기 이차전지셀(C)의 측면부(S)와 접하게 배치될 수 있으며, 상기 이차전지셀(C)이 복수 개가 구비되는 경우에는 최상단의 이차전지셀(C)의 측면부(S)와 접하게 된다.
여기서, 상기 하판부재(11)와 상기 이차전지셀(C) 사이 및 상기 상판부재(12)와 상기 이차전지셀(C) 사이에는 패드부재가 배치되어 상기 이차전지셀(C)의 스웰링(swelling)에 의한 부피 변화에 완충하는 역할을 할 수도 있다. 구체적으로 상기 하판부재(11)와 최하단의 이차전지셀(C)의 측면부(S) 사이에 상기 패드부재의 사이드패드가 배치되거나, 상기 상판부재(12)와 최상단의 이차전지셀(C)의 측면부(S) 사이에 상기 사이드패드가 배치될 수 있다.
또한 상기 하판부재(11) 또는 상기 상판부재(12)와 접하지 않더라도 적층된 복수의 상기 이차전지셀(C)들 사이에도 상기 사이드패드가 배치되어 상기 이차전지셀(C)의 스웰링에 의한 부피 변화를 완충할 수도 있다.
상기 중간판부재(13)는 상기 하판부재(11)와 상기 상판부재(12) 사이를 결합시키는 구성으로서, 상기 하판부재(11), 상기 상판부재(12)와 상기 이차전지셀(C)이 수용되는 공간을 형성하게 된다.
일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀수용유닛(10)의 상기 중간판부재(13)는, 서로 수평하게 대면하는 상기 하판부재(11)와 상기 상판부재(12)가 양단부에 각각 수직하게 결합된 것을 특징으로 할 수 있다.
다시 말해, 상기 중간판부재(13)는 수직하게 배치되고, 상기 하판부재(11)와 상기 상판부재(12)는 서로 수평하며, 상기 중간판부재(13)의 양단부에 각각 결합되게 구성될 수 있는 것이다.
더 구체적으로, 상기 중간판부재(13)는 상기 하판부재(11), 상기 상판부재(12)의 중앙 부분에 결합되어, "I"자 형상을 형성하게 배치될 수도 있고, 또는 상기 하판부재(11), 상기 상판부재(12)의 모서리 부분에 결합되어 "ㄷ"자 형상을 형성하게 배치될 수도 있다.
그리고, 상기 중간판부재(13)는 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)와 접하게 배치되고, 이에 의해서 상기 이차전지셀(C)에서 발생한 열(H)을 전달받을 수 있으며, 이를 상기 히트싱크유닛(30)을 통하여 외부로 배출할 수도 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 셀수용유닛(10)은, 전극조립체를 3면 실링하여 수용하는 파우치형 이차전지셀(C), 또는 전극조립체를 1면 실링하여 수용하는 캔형 이차전지셀(C)이 적층되어 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에 의하면, 상기 이차전지셀(C)은 바닥부(B)에는 상기 이차전지셀(C)의 상기 전극조립체를 밀폐하면서 형성된 상기 셀바디부재의 실링부(E)가 형성되지 않기 때문에, 상기 실링부(E)를 고려할 필요 없이, 상기 중간판부재(13)와 접하여 상기 이차전지셀(C)에서 발생한 열(H)을 상기 중간판부재(13)로 전달하게 된다.
다만, 이러한 파우치형 이차전지셀(C), 캔형 이차전지셀(C)은 본 발명의 배터리 모듈에 수용되는 이차전지셀(C)의 일례일 뿐이고, 본 발명의 배터리 모듈에 수용되는 이차전지셀(C)이 이러한 종류에 한정되는 것은 아니다.
상기 커버유닛(20)은 상기 셀수용유닛(10)과 협력하여 상기 셀수용유닛(10)에 수용된 상기 이차전지셀(C)을 보호하는 역할을 하게 된다.
이를 위해서, 상기 커버유닛(20)은 상기 이차전지셀(C)이 수용되는 입구인 상기 셀수용유닛(10)의 개구부를 덮도록 배치되어, 상기 셀수용유닛(10)과 협력하여 상기 이차전지셀(C)을 감싸게 된다. 구체적으로 상기 커버유닛(20)은 상기 셀수용유닛(10)의 측면부를 감싸는 사이드커버부재(22) 및 상기 셀수용유닛(10)의 전후단부를 감싸는 엔드커버부재(21)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 커버유닛(20)은, 상기 중간판부재(13)의 양단부에 결합되는 엔드커버부재(21) 및 상기 중간판부재(13)와 대면하게 배치되고, 상기 상판부재(12) 및 상기 하판부재(11)의 모서리 부분에 결합되는 사이드커버부재(22)를 포함할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 사이드커버부재(22)에는 상기 히트싱크유닛(30)의 사이드히트싱크(32)가 구비되어, 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)를 통하여 전달되는 열(H)을 외부로 방출할 수 있게 된다.
더하여, 상기 사이드커버부재(22)에는 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향으로 적층되는 복수의 상기 이차전지셀(C)을 안정적으로 지지하기 위한 지지탭(22a)이 형성될 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
그리고, 상기 엔드커버부재(21)에는 상기 이차전지셀(C)의 전극탭과 연결되는 버스바 및 기판 등이 배치될 수도 있다. 그리고, 상기 상기 버스바 및 기판 등의 상기 엔드커버부재(21)에 배치되는 구성들은 상기 이차전지셀(C)이 일단부에 양극 전극탭과 음극 전극탭이 모두 형성된 멀티탭인 경우 또는 상기 이차전지셀(C)이 일단부에는 양극 전극탭이 형성되고, 타단부에는 음극 전극탭이 형성되는 싱글탭인 경우에 맞추어 설계 변경될 수 있다.
상기 히트싱크유닛(30)은, 상기 이차전지셀(C)에서 발생한 열(H)을 상기 셀수용유닛(10), 상기 커버유닛(20)를 매개로 전달받아 외부로 방출하는 역할을 하게 된다.
일례로, 상기 히트싱크유닛(30)은 유동하는 냉각유체를 이용하여 상기 이차전지셀(C)에서 방출한 열(H)을 전달받아 외부로 배출하게 구성될 수도 있다. 즉, 상기 이차전지셀(C)보다 저온의 냉각유체가 상기 셀수용유닛(10), 상기 커버유닛(20) 내부에서 유동하면서 상기 이차전지셀(C)에서 발생한 열(H)을 전달받아 고온의 냉각유체로 형성되면, 이를 상기 이차전지셀(C)보다 저온의 외부로 유동시킨 후에 방열시키고, 이를 다시 상기 이차전지셀(C) 방향으로 순환 유동하게 구성되어, 상기 이차전지셀(C)의 열(H)을 외부로 배출하게 구성될 수 있는 것이다.
다만, 상기 히트싱크유닛(30)은 이러한 구성에 한정되지 않고, 상기 이차전지셀(C)에서 전달되는 열(H)을 외부로 방출할 수 있다면 본 발명의 히트싱크유닛(30)일 수 있다.
이러한 상기 히트싱크유닛(30)은 구체적으로 배치 위치에 따라서 센터히트싱크(31), 사이드히트싱크(32) 등을 포함할 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 배터리 모듈에서 히트싱크유닛(30)만을 도시한 정면도이며, 여기서 도 3은 사이드히트싱크(32)가 이차전지셀(C)의 실링부(E)가 접혀진 부분을 제외한 상기 이차전지셀(C)의 나머지 탑부(T)의 부분에 구비된 열전도부재(34)를 매개로 열(H)을 전달받는 실시예를 도시한 것이고, 도 4는 냉각핀부재(33)가 구비된 실시예를 도시한 것이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 히트싱크유닛(30)은, 상기 중간판부재(13)에 구비되어, 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)에서 전달되는 열(H)을 외부로 방출하는 센터히트싱크(31)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 센터히트싱크(31)는 상기 중간판부재(13)에 구비될 수 있는데, 상기 중간판부재(13)가 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)와 접하기 때문에, 상기 센터히트싱크(31)는 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)에서 열(H)을 전달받아 외부로 배출할 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 히트싱크유닛(30)은, 상기 중간판부재(13)와 대면하는 상기 셀수용유닛(10)의 사이드커버부재(22)에 구비되어, 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)에서 전달되는 열(H)을 외부로 방출하는 사이드히트싱크(32)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 사이드히트싱크(32)는 상기 사이드커버부재(22)에 구비될 수 있는데, 상기 사이드커버부재(22)가 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)와 접하기 때문에, 상기 사이드히트싱크(32)는 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)에서 열(H)을 전달받아 외부로 배출할 수 있게 되는 것이다.
다만, 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)에는 실링부(E)도 구비되기 때문에, 상기 사이드커버부재(22)는 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T) 전체와 접할 수 없고, 상기 실링부(E)가 접어져서 위치하는 부분 이외의 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T) 부분과만 접할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재(34)는, 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)에 돌출되게 형성된 상기 이차전지셀(C)의 실링부(E)가 접혀서 배치된 영역에 이웃한 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)의 나머지 영역에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 실링부(E)에 의해서 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)와의 간극이 형성될 수 있기 때문에, 이를 메우기 위하여 열전도부재(34)가 매개될 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 히트싱크유닛(30)은, 상기 센터히트싱크(31)가 배치된 상기 중간판부재(13)와 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B) 및 상기 사이드히트싱크(32)가 배치된 상기 사이드커버부재(22)와 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T) 사이에 배치되어 열이동 경로를 형성하는 열전도부재(34)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 상기 열전도부재(34)가 구비됨에 의해서, 상기 센터히트싱크(31)와 상기 중간판부재(13), 상기 사이드히트싱크(32)와 상기 사이드커버부재(22) 사이의 접촉률을 높일 수 있게 된다.
즉, 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B) 및 탑부(T)는 완전히 평평한 형태가 아닐 수 있기 때문에, 상기 중간판부재(13) 또는 상기 사이드커버부재(22)와의 접촉 부분에서의 완전한 밀착이 어려울 수 있는데, 상기 열전도부재(34)를 구비함에 의해서 이러한 문제를 개선할 수 있는 것이다.
이에 의해서, 상기 이차전지셀(C)에서 발생한 열(H)을 상기 센터히트싱크(31)가 구비된 상기 중간판부재(13)로 전달되는 효율을 높일 수 있으며, 또한 상기 사이드히트싱크(32)가 구비된 상기 사이드커버부재(22)로 전달되는 효율을 높일 수 있게 된다.
여기서, 상기 열전도부재(34)는, 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)의 형태에 대응되는 형태로 형성되어, 상기 이차전지셀(C)을 지지할 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 히트싱크유닛(30)은, 서로 이웃하는 상기 이차전지셀(C) 사이에 배치되되, 일단부는 상기 중간판부재(13)에 인접하게 연장되고, 타단부는 상기 사이드커버부재(22)에 접하도록 연장된 냉각핀부재(33)를 포함할 수 있다.
이와 같은 상기 냉각핀부재(33)가 구비됨에 의해서, 상기 이차전지셀(C)에서 발생한 열(H)을 상기 이차전지셀(C)의 측면부(S)를 통하여도 방출할 수 있게 된다. 이에 의해서 상기 이차전지셀(C)에 대한 냉각 성능을 더욱 높일 수 있게 된다.
즉, 상기 냉각핀부재(33)의 일단부는 상기 중간판부재(13)에 인접하게 연장되고, 타단부는 상기 사이드커버부재(22)에 접하도록 연장되되, 서로 이웃하는 상기 이차전지셀(C) 사이에 배치되므로, 상기 이차전지셀(C)의 측면부(S)와 접하게 배치되고, 이와 같이 측면부와의 접촉에 의해서 상기 이차전지셀(C)에서 발생한 열(H)을 상기 사이드커버부재(22)로 전달할 수 있게 되는 것이다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 냉각핀부재(33)는, 타단부에 상기 사이드커버부재(22)와의 접촉 면적을 넓히는 접촉판(33a)이 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 접촉판(33a)은 상기 이차전지셀(C)의 측면부(S)를 통하여 전달된 열(H)을 상기 사이드커버부재(22)로 전달하는 열(H) 경로를 확장하는 역할을 하게 된다.
이에 의해서, 상기 사이드커버부재(22)로의 열(H) 전달 효율을 높일 수 있게 되며, 결과적으로 상기 이차전지셀(C)에 대한 냉각 성능을 높일 수 있게 된다.
여기서, 상기 접촉판(33a)은 상기 냉각핀부재(33)의 타단부에 수직하게 구비되는 것으로, 상기 냉각핀부재(33)의 "T"자 형상에서 헤드 부분에 해당한다.
도 5는 본 발명의 배터리 모듈에서 지지탭(22a)을 포함하는 실시예를 도시한 정면도로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재(34)는, 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)에 접하는 부분이 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)의 형태에 대응되는 형태로 형성되어, 상기 이차전지셀(C)을 지지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에 의하여, 상기 셀수용유닛(10)에 눕혀진 상태로 적층되면서 장착되는 복수의 이차전지셀(C)을 높이 방향에서 지지할 수 있게 된다.
즉, 상기 열전도부재(34)가 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)에 대응되는 형태로 형성되어, 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)가 끼워지는 형태로 구비되므로, 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향으로 눕혀진 상태로 적층되는 복수의 이차전지셀(C)을 각각의 이차전지셀(C)이 위치하는 높이에서 지지할 수 있게 되는 것이다.
다시 말해, 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향으로 적층된 복수의 이차전지셀(C) 중에서 하부에 배치된 이차전지셀(C)은 상부에 배치된 이차전지셀(C)에 의해서 눌려지게 되며, 이에 의해서 상기 이차전지셀(C)이 터질 수 있는 문제가 있는데, 본 발명은 각각의 이차전지셀(C)이 각각 상기 열전도부재(34)에 의해서 무게가 지지되므로, 이웃하여 아래에 배치된 이차전지셀(C)을 눌러서 터지는 문제를 방지할 수 있는 것이다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 열전도부재(34)는, 상기 이차전지셀(C)이 접착되도록, 실리콘, 폴리우레탄, 에폭시 소재 중 적어도 하나로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 열전도부재(34)는 상기 중간판부재(13)와 상기 이차전지셀(C)의 바닥부(B)와의 접착력에 의해서 서로 결합하기 때문에, 상기 이차전지셀(C)을 접착력에 의해서도 지지하도록 상기 소재로 형성될 수 있는 것이다.
다만, 상기 열전도부재(34)의 소재는 상기 소재에 한정되는 것은 아니고, 열(H)을 전달할 수 있으며, 접착력이 있는 소재라면 본 발명의 열전도부재(34)일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 사이드히트싱크(32)는, 상기 셀수용유닛(10)에 적층되게 수용되는 복수 개의 상기 이차전지셀(C) 각각을 지지하도록, 상기 이차전지셀(C) 방향으로 돌출되게 형성된 상기 사이드커버부재(22)의 지지탭(22a)까지 연장되어 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 사이드커버부재(22)에 지지탭(22a)이 구비됨에 의해서, 상기 셀수용유닛(10)에 눕혀진 상태로 적층되면서 장착되는 복수의 이차전지셀(C)을 높이 방향에서 지지할 수 있게 된다.
즉, 상기 중간판부재(13)의 높이 방향으로 적층되는 복수의 이차전지셀(C)은 각각 탑부(T)에 인접한 상기 지지탭(22a)에 안착되게 되고, 이에 의해서 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향으로 눕혀진 상태로 적층되는 복수의 이차전지셀(C)을 각각의 이차전지셀(C)이 위치하는 높이에서 지지할 수 있게 되는 것이다.
다시 말해, 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향으로 적층된 복수의 이차전지셀(C) 중에서 하부에 배치된 이차전지셀(C)은 상부에 배치된 이차전지셀(C)에 의해서 눌려지게 되며, 이에 의해서 상기 이차전지셀(C)이 터질 수 있는 문제가 있는데, 본 발명은 각각의 이차전지셀(C)이 각각 상기 지지탭(22a)에 의해서 무게가 지지되므로, 이웃하여 아래에 배치된 이차전지셀(C)을 눌러서 터지는 문제를 방지할 수 있는 것이다.
또한, 상기 지지탭(22a)은 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)에 더욱 가깝게 연장되기 때문에, 이와 같은 상기 지지탭(22a)까지 상기 사이드히트싱크(32)가 연장되어 구비됨에 의해서 열전달 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
일례로, 상기 사이드히트싱크(32)가 냉각유체가 순환되는 구조인 경우에, 상기 냉각유체가 상기 지지탭(22a)까지 연장되어 순환되므로, 비교적 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)에 근접하게 될 수 있어, 열전달 경로를 단축할 수 있게 된다. 이에 따라 상기 탑부(T)를 통한 열전달 효율을 높일 수 있게 된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상기 지지탭(22a)은, 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)에 돌출되게 형성된 상기 이차전지셀(C)의 실링부(E)가 접혀서 배치된 영역에 이웃한 상기 이차전지셀(C)의 탑부(T)의 나머지 영역에 대응되는 형태로 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에 의해서, 상기 이차전지셀(C)을 상기 셀수용유닛(10)의 높이 방향에서 더욱 밀착되어 지지할 수 있게 된다. 이에 따라 상기 탑부(T)를 통한 열전달 효율을 높일 수 있으며, 상기 이차전지셀(C)의 지지를 더욱 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10: 셀수용유닛 11: 하판부재
12; 상판부재 13: 중간판부재
20: 커버유닛 21: 엔드커버부재
22: 사이드커버부재 30: 히트싱크유닛
31: 센터히트싱크 32: 사이드히트싱크
33: 냉각핀부재 34: 열전도부재

Claims (13)

  1. 복수의 이차전지셀;
    상기 이차전지셀이 눕혀진 상태로 장착되는 셀수용유닛;
    상기 셀수용유닛에 결합되어, 상기 이차전지셀이 수용되는 상기 셀수용유닛의 개구부를 덮는 커버유닛; 및
    상기 셀수용유닛 및 상기 커버유닛에 구비되며, 상기 이차전지셀의 바닥부 및 탑부에 접촉되어, 상기 이차전지셀에서 전달되는 열을 외부로 방출하는 히트싱크유닛;
    을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀수용유닛은,
    상기 이차전지셀이 안착되되, 상기 이차전지셀의 측면부와 접하는 하판부재;
    상기 하판부재와 대면하게 배치되는 상판부재; 및
    상기 하판부재와 상기 상판부재 사이를 연결하게 결합되되, 상기 이차전지셀의 바닥부와 접하는 중간판부재;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 히트싱크유닛은,
    상기 중간판부재에 구비되어, 상기 이차전지셀의 바닥부에서 전달되는 열을 외부로 방출하는 센터히트싱크;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히트싱크유닛은,
    상기 중간판부재와 대면하는 상기 셀수용유닛의 사이드커버부재에 구비되어, 상기 이차전지셀의 탑부에서 전달되는 열을 외부로 방출하는 사이드히트싱크;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히트싱크유닛은,
    서로 이웃하는 상기 이차전지셀 사이에 배치되되, 일단부는 상기 중간판부재에 인접하게 연장되고, 타단부는 상기 사이드커버부재에 접하도록 연장된 냉각핀부재;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각핀부재는, 타단부에 상기 사이드커버부재와의 접촉 면적을 넓히는 접촉판이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 히트싱크유닛은,
    상기 센터히트싱크가 배치된 상기 중간판부재와 상기 이차전지셀의 바닥부 및 상기 사이드히트싱크가 배치된 상기 사이드커버부재와 상기 이차전지셀의 탑부 사이에 배치되어 열이동 경로를 형성하는 열전도부재;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전도부재는, 상기 이차전지셀의 탑부에 돌출되게 형성된 상기 이차전지셀의 실링부가 접혀서 배치된 영역에 이웃한 상기 이차전지셀의 탑부의 나머지 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열전도부재는, 상기 이차전지셀의 바닥부에 접하는 부분이 상기 이차전지셀의 바닥부의 형태에 대응되는 형태로 형성되어, 상기 이차전지셀을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 열전도부재는, 상기 이차전지셀이 접착되도록, 실리콘, 폴리우레탄, 에폭시 소재 중 적어도 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 사이드히트싱크는, 상기 셀수용유닛에 적층되게 수용되는 복수 개의 상기 이차전지셀 각각을 지지하도록, 상기 이차전지셀 방향으로 돌출되게 형성된 상기 사이드커버부재의 지지탭까지 연장되어 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지탭은, 상기 이차전지셀의 탑부에 돌출되게 형성된 상기 이차전지셀의 실링부가 접혀서 배치된 영역에 이웃한 상기 이차전지셀의 탑부의 나머지 영역에 대응되는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 셀수용유닛은, 전극조립체를 3면 실링하여 수용하는 파우치형 이차전지셀이 적층되어 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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