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KR20230056390A - 차량의 배터리 모듈 - Google Patents

차량의 배터리 모듈 Download PDF

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KR20230056390A
KR20230056390A KR1020210140376A KR20210140376A KR20230056390A KR 20230056390 A KR20230056390 A KR 20230056390A KR 1020210140376 A KR1020210140376 A KR 1020210140376A KR 20210140376 A KR20210140376 A KR 20210140376A KR 20230056390 A KR20230056390 A KR 20230056390A
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battery cell
battery
vehicle
battery module
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김진원
최준석
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 배터리 모듈에 관한 것으로, 단위 배터리셀의 상부 또는 하부 또는 양측에 배치되며, 단위 배터리셀 마다 대응되도록 마련된 복수의 냉각튜브; 단위 배터리셀과 대응되는 냉각튜브를 연결하며 배터리셀이 냉각튜브를 통해 냉각되도록 하는 연결부; 복수의 냉각튜브의 위치를 고정하는 카트리지; 배터리셀과 연결부 및 카트리지가 조립된 상태에서 배터리셀의 외곽에 결합된 케이스; 및 복수의 냉각튜브를 연결하여 냉각매체를 각각의 냉각튜브로 공급하는 냉각배관;을 포함하는 차량의 배터리 모듈이 소개된다.

Description

차량의 배터리 모듈{VEHICLE BATTERY MODULE}
본 발명은 차량의 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리셀의 파우치 테라스 부분에 냉각튜브를 배치함으로써 냉각 손실을 줄이고 냉각 성능을 증대시키고, 카트리지와 냉각튜브 사이에 공간을 형성하여 배터리셀 테라스 실링부의 파손을 방지하고 보호하기 위한 차량의 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근, 세계적인 이산화탄소 배출량 저감 추세에 따라 화석 연료의 연소를 통해 주행 동력을 생성하는 전형적인 내연 기관 자동차 대신 배터리와 같은 에너지 저장 장치에 저장된 전기 에너지로 모터를 구동하여 주행 동력을 생성하는 전기 자동차에 대한 수요가 크게 증가하고 있다.
전기 자동차의 성능은 구동 모터로 제공되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치에 해당하는 배터리의 용량과 성능에 크게 의존적이다. 차량의 주행 동력을 생성하기 위해 모터에 공급되는 전기 에너지를 저장하는 차량용 배터리는, 충방전 성능이 우수하고 사용 연한이 길어야 하는 등 전기적인 측면에서 우수한 특성을 가져야 할 뿐만 아니라 고온 및 고진동과 같은 가혹한 차량의 주행 환경에 강건할 수 있는 기계적 측면의 성능 또한 높은 수준으로 확보되어야 한다. 또한, 차량용 배터리의 냉각 성능을 확보하는 방안도 중요하다.
종래 차량의 배터리 모듈의 냉각 방식은 냉각 매질에 따라 크게 공냉 또는 수냉 방식으로 구분되며, 냉각 구조에 따라 직접 냉각, 간접 냉각 방식으로 구분된다. 배터리셀 표면에 직접 냉매를 흘려보내 냉각하는 방식을 직접 냉각 방식이라고 하며 배터리셀 표면에 별도의 방열판을 접촉시켜 열을 전도시키고, 방열판의 일측에 열교환을 위한 방열핀으로 냉각하는 방식을 간접 냉각 방식이라고 한다.
이때 직접 냉각 방식은 배터리셀 사이에 냉각된 공기의 유동을 위한 유로 갭이 필요하며, 간접 냉각 방식은 배터리셀 사이에 방열판이 필요한데, 직접 냉각 방식에서 유로 갭은 많은 부피와 중량을 차지하는 문제가 있으며, 간접 냉각 방식에서 방열판은 배터리의 에너지 밀도를 낮추는 문제가 있다.
또한 방열판을 이용한 간접 냉각 방식의 경우 열교환이 배터리셀에서 방열판, 방열판에서 냉각 유로로 이루어지게 되므로 열저항에 의한 냉각 성능의 손실이 발생하는 문제가 있어, 최근 배터리셀의 냉각 성능을 증대시킬 수 있는 방안에 많은 기술개발이 이루어지고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2019-0139755 A
본 발명은, 배터리셀의 파우치 테라스 부분에 직접 냉각튜브를 배치함으로써 냉각 손실을 줄이고 냉각 성능을 증대시키고, 카트리지와 냉각튜브 사이에 공간을 형성하여 배터리셀 테라스 실링부의 파손을 방지하고 보호하기 위한 차량의 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
단위 배터리셀의 상부 또는 하부 또는 양측에 배치되며, 단위 배터리셀 마다 대응되도록 마련된 복수의 냉각튜브;
단위 배터리셀과 대응되는 냉각튜브를 연결하며 배터리셀이 냉각튜브를 통해 냉각되도록 하는 연결부;
복수의 냉각튜브의 위치를 고정하는 카트리지;
배터리셀과 연결부 및 카트리지가 조립된 상태에서 배터리셀의 외곽에 결합된 케이스; 및
복수의 냉각튜브를 연결하여 냉각매체를 각각의 냉각튜브로 공급하는 냉각배관;을 포함하는 차량의 배터리 모듈을 구성한다.
냉각튜브는 각각의 단위 배터리셀 마다 대응되도록 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
배터리셀은 서로 면 방향으로 압착되며, 냉각튜브는 배터리셀과 상방 또는 하방 또는 양방으로 이격되어 배치되고, 냉각튜브와 배터리셀 사이에는 공간이 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
연결부는 배터리셀을 감싸는 파우치인 것을 특징으로 할 수 있다.
연결부는 배터리셀을 밀봉하고, 연결부의 상단 또는 하단 또는 양단이 냉각튜브와 연결되어 냉각튜브를 감싸는 형태로 형성되어 배터리셀이 냉각튜브를 통해 냉각되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
각각의 냉각튜브는 냉각튜브와 인접한 카트리지를 통하여 지지되는 것을 특징으로 할 수 있다.
카트리지는 외곽 세그먼트 및 내부 세그먼트를 포함하는 복수의 세그먼트로 구성되고, 외곽 세그먼트는 최외곽 배터리셀을 커버하고 내부 세그먼트는 최외곽 배터리셀을 제외한 내부 배터리셀을 커버하는 것을 특징으로 할 수 있다.
최외곽 배터리셀과 내부 배터리셀 사이 및 각각의 내부 배터리셀 사이에는 배터리셀의 스웰링을 흡수하는 흡수패드가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
외곽 세그먼트 및 내부 세그먼트는 배터리셀이 카트리지 사이에 배치되도록 테두리부를 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
외곽 세그먼트와 내부 세그먼트 사이에는 공간이 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
연결부와 케이스 사이에는 공간이 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
케이스는 복수의 냉각튜브, 배터리셀, 연결부 및 카트리지를 전부 감싸면서 커버하는 것을 특징으로 할 수 있다.
배터리셀의 상부 및 하부에는 냉각용 홀이 형성되며, 냉각용 홀을 통하여 냉각튜브가 삽입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
냉각튜브의 단부와 냉각배관은 고무튜브를 통하여 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명 차량의 배터리 모듈에 따르면, 배터리셀의 파우치 테라스 부분에 직접 냉각튜브를 배치함으로써 냉각 손실을 줄이고 냉각 성능을 증대시키고, 카트리지와 냉각튜브 사이에 공간을 형성하여 배터리셀 테라스 실링부의 파손을 방지하고 보호할 수 있게 된다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 차량의 배터리 모듈을 상부에서 바라본 도면이다.
도 3은 복수의 냉각튜브와 연결된 냉각배관 및 냉각배관에 공급되는 냉각매체의 유통 방향을 나타낸 도면이다.
도 4는 배터리셀의 상부 및 하부에 형성된 냉각용 홀 및 냉각용 홀에 냉각튜브가 삽입되는 방향을 나타낸 도면이다.
도 5는 배터리 모듈에서 냉각배관과 연결되는 복수의 냉각튜브의 단부를 나타낸 도면이다.
도 6은 냉각튜브의 단부와 냉각배관이 연결되는 고무튜브를 구체적으로 나타낸 도면이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 모듈을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 따른 차량의 배터리 모듈을 상부에서 바라본 도면이다. 도 3은 복수의 냉각튜브와 연결된 냉각배관 및 냉각배관에 공급되는 냉각매체의 유통 방향을 나타낸 도면이다. 도 4는 배터리셀의 상부 및 하부에 형성된 냉각용 홀 및 냉각용 홀에 냉각튜브가 삽입되는 방향을 나타낸 도면이다. 도 5는 배터리 모듈에서 냉각배관과 연결되는 복수의 냉각튜브의 단부를 나타낸 도면이다. 도 6은 냉각튜브의 단부와 냉각배관이 연결되는 고무튜브를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량의 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 단위 배터리셀(A)의 상부 또는 하부 또는 양측에 배치되며, 단위 배터리셀(A) 마다 대응되도록 마련된 복수의 냉각튜브(B);
단위 배터리셀(A)과 대응되는 냉각튜브(B)를 연결하며 배터리셀(A)이 냉각튜브(B)를 통해 냉각되도록 하는 연결부;
복수의 냉각튜브(B)의 위치를 고정하는 카트리지(C);
배터리셀(A)과 연결부 및 카트리지(C)가 조립된 상태에서 배터리셀(A)의 외곽에 결합된 케이스(D); 및
복수의 냉각튜브(B)를 연결하여 냉각매체를 각각의 냉각튜브(B)로 공급하는 냉각배관(G);을 포함하는 차량의 배터리 모듈을 구성한다.
본 발명의 경우 차량의 배터리 모듈을 구성하는 배터리셀(A)의 파우치 테라스 부분에 직접 냉각튜브(B)를 배치함으로써 냉각 손실을 줄이고 냉각 성능을 증대시키려는데 특징이 있다. 종래 차량의 배터리 모듈의 경우는 배터리 파우치셀을 제작시 테라스 부위 내부에 빈공간을 생성하고, 배터리셀(A) 내부에서 발생하는 가스를 포집하는 방식으로 배터리셀(A)의 양 전극 측에서 가스에 의한 변형을 방지하는 구조로 제작되었다. 이러한 종래 배터리 모듈은 가스를 포집후 보관하는 용도로 제작되었기 때문에, 외부와 연결되지 않아 별도의 냉각 공간을 형성하도록 제작하였다.
별개의 냉각 공간을 형성한 종래의 배터리 모듈은 배터리셀(A) 사이에 냉각된 공기의 유동을 위한 냉각 방식의 종류 중 하나인 직접 냉각 방식은 유로 갭을 형성하며, 다른 방식인 간접 냉각 방식은 방열판을 형성하도록 하는데, 이는 각각 부피와 중량을 차지하고, 배터리 에너지 밀도를 낮추는 문제가 있기 때문에 배터리셀(A)의 파우치 테라스 부분에 직접 냉각튜브(B)를 배치함으로써 극복하고자 한다.
구체적으로, 복수의 냉각튜브(B)는 단위 배터리셀(A)의 상부 또는 하부 또는 양측에 배치되며, 단위 배터리셀(A) 마다 대응되도록 마련된다. 도 1을 참조하면, 냉각튜브(B)는 배터리 셀 상부 및/또는 하부에 배치되어 배터리셀(A)에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다. 배터리셀(A)은 파우치형 셀 타입으로서, 파우치형 셀 타입이란 파우치 박판이 배터리셀(A)을 감싸는 방식으로 제작된 타입을 의미한다.
또한, 냉각튜브(B)는 각각의 단위 배터리셀(A) 마다 대응되도록 마련되어 각각의 배터리셀(A)을 대응되는 냉각튜브(B)를 통하여 효율적으로 냉각될 수 있다. 각각의 단위 배터리셀(A) 마다 대응되도록 마련된 냉각튜브(B)는 단위 배터리셀(A)의 상부 및 하부에 배치되어 냉각 손실을 줄이고 냉각 성능을 더욱 증대시킬 수 있다.
그리고 각각의 배터리셀(A)은 대응되는 냉각튜브(B)와 파우치형 셀 타입으로 제작되는데, 연결부는 단위 배터리셀(A)과 대응되는 냉각튜브(B)를 연결하며 열전도 재질로 형성되어 배터리셀(A)이 냉각튜브(B)를 통해 직접 냉각될 수 있다. 연결부는 단위 배터리셀(A)과 대응되는 냉각튜브(B)를 수직 방향으로 관통하도록 배치되며, 연결부가 배터리셀(A)을 감싸는 파우치인 것을 특징으로 할 수 있다. 배터리셀(A)과 냉각튜브(B)의 연결부는 열전도 재질로 형성되어 배터리셀(A)의 효율적인 냉각을 가능하게 할 수 있다.
한편, 배터리셀(A)은 서로 면 방향으로 압착되며, 냉각튜브(B)는 배터리셀(A)과 상방 또는 하방 또는 양방으로 이격되어 배치되고, 냉각튜브(B)와 배터리셀(A) 사이에는 공간이 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다. 면 방향으로 압착된 배터리셀(A)은 서로 면압을 형성하기 때문에 배터리셀(A)의 내구성을 증대시킬 수 있으며 냉각튜브(B)와 배터리셀(A) 사이에 마련된 공간을 통하여 배터리셀(A)을 직접 냉각하여 냉각 성능도 또한 증대시킬 수 있다.
최외곽 배터리셀(A)과 내부 배터리셀(A) 사이 및 각각의 내부 배터리셀(A) 사이에는 배터리셀(A)의 스웰링을 흡수하는 흡수패드(F)가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있는데 흡수패드(F)는 스웰링(부풀음), 외부 충격에 강한 소재가 사용되어 배터리셀(A)의 변형에 따른 배터리 모듈의 파손을 방지할 수 있도록 한다.
또한 연결부는 배터리셀(A)을 밀봉하고, 연결부의 상단 또는 하단 또는 양단이 냉각튜브(B)와 연결되어 냉각튜브(B)를 감싸는 형태로 형성되어 배터리셀(A)이 냉각튜브(B)를 통해 직접 냉각되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 파우치 형태를 가지는 각각의 연결부는 배터리셀(A)의 냉각을 위하여 단위 배터리셀(A)을 온전히 밀봉하며, 단위 배터리셀(A)에서 방출되는 열을 온전히 냉각시키기 위하여 각각의 냉각튜브(B)를 감싸는 형태로 형성된다.
한편, 카트리지(C)는 복수의 냉각튜브(B)의 위치를 고정한다. 카트리지(C)는 외곽 세그먼트(C2) 및 내부 세그먼트(C1)를 포함하는 복수의 세그먼트로 구성되고, 외곽 세그먼트(C2)는 최외곽 배터리셀(A)을 커버하고 내부 세그먼트(C1)는 최외곽 배터리셀(A)을 제외한 내부 배터리셀(A)을 커버하는 것을 특징으로 할 수 있다. 복수의 세그먼트의 구성 중 하나인 외곽 세그먼트(C2)는 일반적으로 2개의 최외곽 배터리셀(A)의 바깥쪽 면을 커버하는 2개로 구성되며, 내부 세그먼트(C1)는 2개의 최외곽 배터리셀(A)을 제외한 나머지 카트리지(C)를 지칭한다.
카트리지(C)는 외곽 세그먼트(C2) 및 내부 세그먼트(C1)를 포함하는 복수의 세그먼트를 구성함으로써 외곽 세그먼트(C2)와 내부 세그먼트(C1) 사이에는 공간이 마련될 수 있고, 외곽 세그먼트(C2)와 내부 세그먼트(C1) 사이에 공간을 마련하여 안정성을 확보할 수 있어 배터리셀(A)을 고정하는 별도의 고정 구조가 필요하지 않게 된다. 별도의 고정 구조를 형성하지 않는 경우, 고정 구조를 별도로 형성하는데 필요한 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 모듈 전체적인 사이즈도 축소시킬 수 있다. 외곽 세그먼트(C2)와 내부 세그먼트(C1) 사이에 마련된 공간을 통하여 배터리셀(A)의 두께 변경, 냉각튜브(B)의 외경이 달라지는 것에 대응할 수 있으며, 일반적으로 카트리지(C)의 소재는 변형이 용이하도록, 및 원 상태로 복원이 용이하도록 하는 소재가 사용된다.
한편 외곽 세그먼트(C2) 및 내부 세그먼트(C1)는 배터리셀(A)이 카트리지(C) 사이에 배치되도록 테두리부를 형성할 수도 있다. 외곽 세그먼트(C2)는 최외곽 배터리셀(A)을 고정하도록 테두리를 형성하고, 내부 세그먼트(C1)는 내부 배터리셀(A) 및 냉각튜브(B)를 고정하도록 테두리를 형성하여 케이스(D)가 배터리 모듈을 커버할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 각각의 냉각튜브(B)는 냉각튜브(B)와 인접한 외곽 카트리지(C) 또는 내부 카트리지(C)를 통하여 지지될 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 차량의 배터리 모듈을 상부에서 바라본 도면이다.
케이스(D)는 배터리셀(A)과 연결부 및 카트리지(C)가 조립된 상태에서 배터리셀(A)의 외곽에 결합된다.
도 1에서 케이스(D)는 배터리셀(A) 상부 및 하부에서 배터리셀(A)의 상부 또는 하부 또는 양측에 배치된 냉각튜브(B) 및 연결부가 조립된 상태에서 결합된 케이스(D)를 나타낸다. 외곽 세그먼트(C2)는 배터리셀(A)의 외곽에 결합된 케이스(D)가 결합될 수 있도록 홈이 형성될 수도 있다. 또한 케이스(D)는 복수의 냉각튜브(B), 배터리셀(A), 연결부 및 카트리지(C)를 전부 감싸면서 커버할 수도 있다.
상기 케이스(D)는 배터리셀(A)의 상부 및 하부에 결합되어 이물질이 유입되는 것을 방지하고 배터리셀(A)을 보호하는 역할을 하나, 도 2를 참조하면 외부케이스(E)는 케이스(D)의 다른 면에서 배터리셀(A)의 전방 및 후방에 결합되어 이물질이 유입되는 것을 방지하고 배터리셀(A)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 연결부와 케이스(D) 사이에는 공간이 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다. 연결부와 케이스(D) 사이에 마련된 공간은 복수의 세그먼트를 구성하는 외곽 세그먼트(C2)와 내부 세그먼트(C1) 사이에 마련된 공간을 공유하며, 공간을 통하여 배터리셀(A)의 안정성을 증대시킴과 동시에 배터리셀(A)의 파손을 방지할 수 있다.
도 5는 배터리 모듈에서 냉각배관(G)과 연결되는 복수의 냉각튜브(B)의 단부를 나타낸 도면이다. 또한 도 4는 배터리셀(A)의 상부 및 하부에 형성된 냉각용 홀(10) 및 냉각용 홀(10)에 냉각튜브(B)가 삽입되는 방향을 나타낸 도면이다.
냉각배관(G)은 복수의 냉각튜브(B)를 연결하여 냉각매체를 각각의 냉각튜브(B)로 공급한다. 도 5를 참조하면, 배터리셀(A)의 상부 및 하부에는 냉각용 홀(10)이 형성되고, 냉각튜브(B)는 냉각용 홀(10)을 통하여 삽입되어 배터리셀(A)을 냉각시키는 역할을 할 수 있다. 냉각용 홀(10)을 통하여 삽입되는 냉각튜브(B)의 양 단부는 외부로 돌출되도록 돌출부(20)를 형성하고, 냉각튜브(B)의 단부에 형성된 돌출부(20)가 냉각배관(G)에 삽입되는 방식으로 연결될 수 있다. 또한 도 4를 참조하면, 냉각용 홀(10)을 통한 냉각튜브(B)의 삽입 방향 및 냉각수 또는 공기를 포함하는 냉각매체가 유입되고 유출되는 방향을 화살표로 나타낸다.
또한 도 3은 복수의 냉각튜브(B)와 연결된 냉각배관(G) 및 냉각배관(G)에 공급되는 냉각매체의 유통 방향을 나타낸 도면을 나타낸다. 냉각배관(G)은 인렛배관(G1) 및 아웃렛배관(G2)으로 구성되며, 인렛배관(G1)을 통하여 냉각수 또는 공기를 포함하는 냉각매체가 유입되고 냉각배관(G)을 거쳐 아웃렛배관(G2)을 통하여 유출된다. 한편, 냉각배관(G)은 배터리셀(A)의 상부 및 하부에 모두 배치될 수 있으며, 냉각배관(G)이 배터리셀(A)의 상부 및 하부에 모두 배치된 경우 인렛배관(G1) 및 아웃렛배관(G2)을 반대 방향으로 구성하여 냉각 성능에 차이가 발생하는 것을 줄일 수 있다.
도 6은 냉각튜브(B)의 단부와 냉각배관(G)이 연결되는 고무튜브(30)를 구체적으로 나타낸 도면이다.
냉각튜브(B)의 단부와 냉각배관(G)은 고무튜브(30)를 통하여 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다. 냉각튜브(B)의 단부와 냉각배관(G)이 연결되는 부위는 냉각수 또는 공기를 포함하는 냉각매체가 유출되는 것을 방지하고 실링 구조를 형성하기 위하여 고무튜브(30)를 배치할 수 있다. 배터리셀(A)의 냉각튜브(B)의 위치가 틀어진 경우 냉각튜브(B)의 단부와 냉각배관(G)이 연결되는 부위에 배치된 고무튜브(30)가 공차를 흡수하여, 배터리셀(A)의 내구성을 증대하고 배터리셀(A) 파손을 방지할 수 있다.
결국 차량의 배터리 모듈에 따르면, 배터리셀의 파우치 테라스 부분에 직접 냉각튜브를 배치하여 냉각 플레이트를 삭제할 수 있어 부피에너지의 밀도를 상승시키는 효과가 있으며, 배터리 모듈의 형상을 단순화하여 배터리 모듈의 가공 공정을 줄여 재료비 또한 절감할 수 있다. 또한 냉각 손실을 줄이고 냉각 성능을 증대시키고, 카트리지와 냉각튜브 사이에 공간을 형성하여 배터리셀 테라스 실링부의 파손을 방지하고 보호할 수 있게 된다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
A : 배터리셀 B : 냉각튜브
C : 카트리지 C1 : 내부 세그먼트
C2 : 외곽 세그먼트 D : 케이스
E : 외부케이스 F : 흡수패드
G : 냉각배관 G1 : 인렛배관
G2 : 아웃렛배관 10 : 냉각용 홀
20 : 돌출부 30 : 고무튜브

Claims (14)

  1. 단위 배터리셀의 상부 또는 하부 또는 양측에 배치되며, 단위 배터리셀 마다 대응되도록 마련된 복수의 냉각튜브;
    단위 배터리셀과 대응되는 냉각튜브를 연결하며 배터리셀이 냉각튜브를 통해 냉각되도록 하는 연결부;
    복수의 냉각튜브의 위치를 고정하는 카트리지;
    배터리셀과 연결부 및 카트리지가 조립된 상태에서 배터리셀의 외곽에 결합된 케이스; 및
    복수의 냉각튜브를 연결하여 냉각매체를 각각의 냉각튜브로 공급하는 냉각배관;을 포함하는 차량의 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    냉각튜브는 각각의 단위 배터리셀 마다 대응되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    배터리셀은 서로 면 방향으로 압착되며, 냉각튜브는 배터리셀과 상방 또는 하방 또는 양방으로 이격되어 배치되고, 냉각튜브와 배터리셀 사이에는 공간이 마련되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    연결부는 배터리셀을 감싸는 파우치인 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    연결부는 배터리셀을 밀봉하고, 연결부의 상단 또는 하단 또는 양단이 냉각튜브와 연결되어 냉각튜브를 감싸는 형태로 형성되어 배터리셀이 냉각튜브를 통해 냉각되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    각각의 냉각튜브는 냉각튜브와 인접한 카트리지를 통하여 지지되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    카트리지는 외곽 세그먼트 및 내부 세그먼트를 포함하는 복수의 세그먼트로 구성되고, 외곽 세그먼트는 최외곽 배터리셀을 커버하고 내부 세그먼트는 최외곽 배터리셀을 제외한 내부 배터리셀을 커버하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    최외곽 배터리셀과 내부 배터리셀 사이 및 각각의 내부 배터리셀 사이에는 배터리셀의 스웰링을 흡수하는 흡수패드가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    외곽 세그먼트 및 내부 세그먼트는 배터리셀이 카트리지 사이에 배치되도록 테두리부를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  10. 청구항 7에 있어서,
    외곽 세그먼트와 내부 세그먼트 사이에는 공간이 마련되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  11. 청구항 1에 있어서,
    연결부와 케이스 사이에는 공간이 마련되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  12. 청구항 1에 있어서,
    케이스는 복수의 냉각튜브, 배터리셀, 연결부 및 카트리지를 전부 감싸면서 커버하는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  13. 청구항 1에 있어서,
    배터리셀의 상부 및 하부에는 냉각용 홀이 형성되며, 냉각용 홀을 통하여 냉각튜브가 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.
  14. 청구항 1에 있어서,
    냉각튜브의 단부와 냉각배관은 고무튜브를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 배터리 모듈.






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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014078471A (ja) * 2012-10-12 2014-05-01 Toshiba Corp 二次電池および二次電池システム
KR101773105B1 (ko) * 2014-07-31 2017-08-30 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR102050531B1 (ko) * 2015-11-02 2019-11-29 주식회사 엘지화학 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
CN109428020B (zh) * 2017-08-31 2024-04-16 宁德时代新能源科技股份有限公司 框体以及电池模组

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190139755A (ko) 2018-06-08 2019-12-18 한온시스템 주식회사 배터리 셀 모듈을 냉각하기 위한 장치 및 방법

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