KR20230096847A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀, 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징, 모듈 하우징 내에서 복수의 배터리 셀의 일 측에 배치되며, 복수의 배터리 셀을 냉각하는 적어도 하나의 방열 핀을 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 {Battery module and battery pack and vehicle including the same}

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.

제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.

종래 배터리 모듈은, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀들 및 이러한 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 포함한다. 이러한 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀이 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다.

이와 관련하여, 모듈 내 배터리 셀의 상부가 다른 곳에 비해 온도가 특히 높아지는 것으로 알려져 있으나, 기존의 배터리 모듈 구조에서는 모듈 상부에 냉각 및/또는 방열 구조가 적용되어 있지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 배터리 모듈 내의 배터리 셀의 상부를 효율적으로 냉각하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 배터리 셀의 상부를 효율적으로 냉각시킴과 동시에 절연 성능을 확보하는 방열 구조를 적용하는 것을 다른 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징; 및 상기 모듈 하우징 내에서 상기 복수의 배터리 셀의 일 측에 배치되며, 상기 복수의 배터리 셀을 냉각하는 적어도 하나의 방열 핀을 포함한다.

바람직하게, 상기 방열 핀은, 상기 모듈 하우징의 일 면과 소정 간격 이격되며, 판 형상으로 연장된 냉각 플레이트; 및 상기 냉각 플레이트로부터 상기 모듈 하우징의 일 면 측으로 돌출된 적어도 하나의 지지 브릿지를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에서, 상기 모듈 하우징은, 상기 복수의 배터리 셀의 하부에 배치되는 하부 프레임; 상기 복수의 배터리 셀의 측부에 배치되는 측부 프레임; 및 상기 복수의 배터리 셀의 상부를 커버하는 상부 프레임을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 방열 핀은, 상기 상부 프레임과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 개재될 수 있다.

바람직하게, 상기 적어도 하나의 지지 브릿지는, 상기 모듈 하우징에 접촉 고정될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 방열 핀은, 절연 성능을 갖는 재질을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 방열 핀은, 열전도성 플라스틱을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에서, 상기 방열 핀은, 열전도성 폼 패드를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 배터리 모듈은, 상기 방열 핀과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 구비된 열전도성 물질을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 냉각 플레이트의 상기 복수의 배터리 셀과 대면하는 일면에는, 상기 복수의 배터리 셀의 형상과 상보적인 형상을 갖고 상기 복수의 배터리 셀 측으로 돌출된, 복수의 슬로프가 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 냉각 플레이트는, 적어도 하나의 관통홀을 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 열전도성 물질은, 상기 냉각 플레이트와 상기 모듈 하우징의 일 면 사이에 더 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 열전도성 물질은, 액상 열전도 실리콘일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 배터리 모듈은, 상기 모듈 하우징의 적어도 어느 하나의 면과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 개재된 방열 레진을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공한다.

본 발명에 의하면, 배터리 모듈 내의 균일한 온도 분포가 가능해진다.

이에 따라, 배터리 모듈 내의 배터리 셀 성능이 향상될 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명에 의하면, 배터리 셀의 급속 충전 및/또는 과충전에 따라 급속히 상승하는 온도에 대응하여, 배터리 모듈의 효율적인 냉각 및/또는 방열이 가능해진다.

다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적인 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈의 내부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 배터리 셀의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈 내부에 포함되는 방열 핀을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 따르는 방열 핀을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 방열 핀을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 4의 방열 핀이 적용된 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5의 방열 핀이 적용된 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 6의 방열 핀이 적용된 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 6의 방열 핀이 적용된 다른 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 도 11의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.

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 아니 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 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈(10)의 내부를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈(10)의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀(100), 모듈 하우징(200) 및 방열 핀(300, 310, 320)을 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 복수의 배터리 셀(100)은, 상기 모듈 하우징(200) 내에 수용될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은 상기 모듈 하우징(200) 내에서 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈 하우징(200)은, 내부에 복수의 배터리 셀(100)을 수용하도록 내부 공간을 형성할 수 있다. 이러한 상기 모듈 하우징(200)은, 6개의 프레임을 포함하는 육면체 형상으로 구비될 수 있다.

예를 들어, 모듈 하우징(200)은, 하부 프레임(210), 측부 프레임(230) 및 상부 프레임(250)을 포함할 수 있다. 상기 하부 프레임(210)은 상기 배터리 셀(100)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 측부 프레임(230)은 상기 배터리 셀(100)의 측부에 배치될 수 있다. 상기 상부 프레임(250)은 상기 배터리 셀(100)의 상부에 배치될 수 있다.

상기 측부 프레임(230)은, 전방 프레임, 후방 프레임, 좌방 프레임 및 우방 프레임을 포함할 수 있다. 상기 측부 프레임(230)은 상기 하부 프레임(210) 및 상기 상부 프레임(250)과 함께 육면체 형상의 구조체를 형성할 수 있다. 각 프레임은 서로 볼트나 용접 등의 체결 방식으로 결합되어 형성될 수 있다. 또는 상기 모듈 하우징(200)은 각 프레임끼리 일체화된 형태로 제조될 수도 있다. 모듈 하우징(200)은, 강성 확보를 위해, 고강도의 플라스틱 등의 재질 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

모듈 하우징(200) 내에는 복수의 배터리 셀(100)이 수용되어 있다. 복수의 배터리 셀(100)은, 상기 실링부(150) 중, 상기 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y축 방향)과 평행한 부분이, 배터리 모듈(10)의 상단 및 하단에 위치하도록, 상기 하부 프레임(210) 상에 기립 배치될 수 있다. 그리고 복수의 배터리 셀(100)은 배터리 셀(100)의 두께 방향(X축 방향)을 따라 복수 개 배치될 수 있다.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 다양한 실시예를 따르는 방열 핀(300, 310, 320)을 설명하기 위한 도면이다.

예를 들어 자동차에 적용되는 종래의 배터리 모듈에서는, 배터리 셀의 상부와 배터리 모듈의 상부 프레임 사이에 절연 필름과 내부 공간이 개재되어 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 4와 같은 형태로 배터리 셀(100)이 적층되어 있는 경우, 배터리 셀(100)의 상부의 온도가 가장 높아지는데, 종래에는 상부를 특히 효율적으로 냉각할 수 있는 구조가 고려되지 않았다. 이에 따라, 배터리 셀(100) 내부 온도 불균일로 인한 성능 저하가 발생하였다.

이에 본 발명자는 배터리 모듈(10)의 상부를 특히 효율적으로 냉각하기 위해 히트 싱크의 역할을 하는 방열 핀(300, 310, 320)의 특징적인 구조를 도출하였다. 또한, 상기 방열 핀(300, 310, 320)을 배터리 모듈(10)의 상부 프레임(250)과 배터리 셀(100) 사이의 여유 공간에 적용하였다. 이하에서는 도 4 내지 도 10을 참조하여 상기 방열 핀(300, 310, 320)에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 7 내지 도 10을 참조하면, 상기 방열 핀(300, 310, 320)은 상기 모듈 하우징(200) 내에서 상기 복수의 배터리 셀(100)의 일 측에 배치될 수 있다. 상기 방열 핀(300, 310, 320)은 상기 복수의 배터리 셀(100)의 일 측에서 상기 복수의 배터리 셀(100)을 냉각할 수 있다. 바람직하게 상기 방열 핀(300, 310, 320)은 상기 배터리 셀(100)의 상측에 배치될 수 있다. 예를 들어 상기 방열 핀(300, 310, 320)은, 상기 상부 프레임(250)과 상기 복수의 배터리 셀(100) 사이에 개재될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)에서 가장 고온이 되는 배터리 셀(100)의 상부를 특히 효율적으로 냉각할 수 있다. 이와 같은 방열 핀(300, 310, 320)은 상기 배터리 모듈(10) 내에 적어도 하나 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 4와 같은 형태로 배터리 셀(100)이 적층되어 있는 경우, 배터리 셀(100)의 상부의 온도가 가장 높아지기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 방열 핀(300, 310, 320)이 상기 배터리 셀(100)의 상측에 배치되는 구조를 가지고 있으나, 배터리 셀(100)의 배치 구조가 도 1 및 도 4와 달라지면 상기 방열 핀(300, 310, 320)의 배치 구조도 변경될 수 있다. 즉, 배치된 배터리 셀(100)의 온도가 가장 높아지는 영역에 상기 방열 핀(300, 310, 320)이 배치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 모듈(10) 내부에 포함되는 방열 핀(300)을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 측면에서 도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 방열 핀(300)은, 상기 모듈 하우징(200)의 일 면과 소정 간격 이격되며, 판 형상으로 연장된 냉각 플레이트(301) 및 상기 냉각 플레이트(301)로부터 상기 모듈 하우징(200)의 일 면 측으로 돌출된 적어도 하나의 지지 브릿지(302)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 냉각 플레이트(301)는 상기 모듈 하우징(200)의 상부 프레임(250)과 소정 간격 이격되며, 판 형상으로 연장된 형태일 수 있다. 바람직하게, 상기 지지 브릿지(302)는 상기 냉각 플레이트(301)로부터 상기 모듈 하우징(200)의 상부 프레임(250) 측으로 돌출된 형태일 수 있다. 즉, 상기 방열 핀(300)은 배터리 모듈(10) 내부에서 배터리 셀(100)을 직접 냉각 및/또는 방열하기 위한 핀(fin) 구조일 수 있다. 이와 같은 구조에 의해 배터리 셀(100)의 상부의 방열 효율을 증가시킬 수 있다.

여기서, 적어도 하나의 지지 브릿지(302)는, 상기 모듈 하우징(200)에 접촉 고정될 수 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 지지 브릿지(302)는, 상기 모듈 하우징(200)의 상부 프레임(250) 상에 접촉 고정될 수 있다. 이에 따라, 상기 방열 핀(300)이 상기 모듈 하우징(200) 내에서 이동 없이 견고하게 고정될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 방열 핀(300)은 배터리 셀(100)에 직접 접촉할 수 있다. 바람직하게, 상기 냉각 플레이트(301)가 배터리 셀(100)의 상부에 직접 접촉하는 구조일 수 있다. 이와 같은 직접 접촉 구조에 의하면 간접 냉각 구조에 비해 방열 성능이 더 높아질 수 있다. 또한, 위와 같은 방열 핀(300)을 구비하는 배터리 모듈(10)의 구조로 인해, 방열 핀(300)의 열을 배터리 모듈(10)의 외부로 용이하게 전달함으로써, 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 방열 핀(300)은, 절연 성능을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 핀(300)은 열전도성 플라스틱을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 방열 핀(300)은 고 열전도성 방열 플라스틱을 포함할 수 있다. 또는, 상기 방열 핀(300)은 열전도성 폼(foam) 패드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 모듈 하우징(200)의 상부 프레임(250)이 금속을 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(100)과 모듈 하우징(200)의 상부 프레임(250)이 접촉하면 단락이 발생할 수 있기 때문에, 절연 성능의 확보가 필요할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 배터리 셀(100)과 모듈 하우징(200)의 상부 프레임(250)이 접촉이 방지되어 절연 성능을 만족하는 동시에 배터리 셀(100) 상부의 효율적 냉각이 가능해진다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 따르는 방열 핀(310)을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 방열 핀(310)은 앞선 실시예의 방열 핀(300)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 5를 참조하면 상기 방열 핀(310)은 슬로프(313)를 적어도 하나 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 냉각 플레이트(311)의 상기 복수의 배터리 셀(100)과 대면하는 일면에는, 상기 복수의 배터리 셀(100)의 형상과 상보적인 형상을 갖고 상기 복수의 배터리 셀(100) 측으로 돌출된, 복수의 슬로프(313)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같은 파우치형 배터리 셀(100)에서는 제조 상의 특성 상 배터리 셀(100)의 중앙부보다 배터리 셀(100)의 상단부 및/또는 하단부의 두께가 작아질 수 있다. 즉, 전극 조립체를 감싸는 커버가 상부 및/또는 하부에서 접히거나 실링되면서 배터리 셀(100)의 두께가 작아질 수 있다. 이에 따라, 도 1과 같이 배터리 셀(100)의 상부의 형상은 중앙으로 갈수록 두께가 얇아지면서 높이가 높아지는 형태가 될 수 있다. 이 때, 도 5의 냉각 플레이트(311)가 상기 배터리 셀(100)의 상부의 형상과 상보적인 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 냉각 플레이트(311)는, 상기 배터리 셀(100)의 상부의 형상과 정합되도록 상기 배터리 셀(100) 측으로 돌출된 슬로프(313)를 적어도 하나 구비할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 배터리 셀(100)과 냉각 플레이트(311)의 접촉 면적이 최대화될 수 있다. 이에 따라 배터리 셀(100)의 냉각 효과가 더욱 증가될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 방열 핀(320)을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 방열 핀(320)은 앞선 실시예의 방열 핀(300, 310)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

도 6을 참조하면, 상기 냉각 플레이트(321)는, 적어도 하나의 관통홀(320H)을 구비할 수 있다. 상기 관통홀(320H)을 통해, 배터리 셀(100)의 열 및/또는 방열 핀(320)의 열이 원활하게 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 관통홀(320H)은 대략 원형의 형상을 가질 수 있다. 다만, 관통홀(320H)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니고, 다각형의 관통홀(320H) 형상도 가능함은 물론이다. 예를 들면, 상기 관통홀(320H)은 육각 벌집 형상일 수 있다. 이 경우 냉각 플레이트(321) 제조에 필요한 재질은 최소화될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 관통홀(320H)은 비워져 있을 수 있다. 또는, 상기 관통홀(320H)에는, 열 전달을 용이하게 하기 위한 물질이 채워질 수도 있다. 예를 들면, 상기 관통홀(320H)에는, 열계면 재료(TIM, Thermal interface material)가 채워질 수 있다. 상기 열계면 재료는, 예를 들면, 방열 그리스, 열 전도성 접착제 및 상변화물질 등일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면 배터리 셀(100)에 대한 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 7은 도 4의 방열 핀(300)이 적용된 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 방열 핀(300)과 상기 복수의 배터리 셀(100) 사이에 구비된 열전도성 물질(400)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도성 물질(400)은, 액상 열전도 실리콘 또는 폼(foam) 소재의 열전도성 물질(400)일 수 있다. 또는 상기 열전도성 물질(400)은 열계면 재료(TIM, Thermal interface material)을 포함할 수 있다. 상기 열계면 재료는, 예를 들면, 방열 그리스, 열 전도성 접착제 및 상변화물질 등일 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면 배터리 셀(100)에 대한 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 열전도성 물질(400)은 절연 성능을 갖는 물질일 수도 있다. 이와 같이 열전도성 물질(400)을 추가로 구비함으로써, 배터리 셀(100) 상부의 방열 효과가 보다 높아질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 열전도성 물질(400)은 방열 핀(300)과 배터리 셀(100)을 접착할 수 있다. 이에 따라 상기 방열 핀(300)이 배터리 모듈(10) 내에서 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 따라서 외부 충격이 가해지더라도 방열 핀(300)의 내부 이동이 제한될 수 있다. 즉, 배터리 모듈(10)의 내구성이 향상될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 열전도성 물질(400)이 배터리 셀(100)과 방열 핀(300) 사이의 빈 공간이 채워지기 때문에 열전도 효과가 더욱 높아질 수 있다.

도 8은 도 5의 방열 핀(310)이 적용된 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 냉각 플레이트(311)에 구비된 복수의 슬로프(313)는 복수의 배터리 셀(100)의 상부와 정합하는 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면 열전도성 물질(400)이 배터리 셀(100)과 방열 핀(310) 사이의 빈 공간이 채워지기 때문에 열전도 효과가 더욱 높아질 수 있다.

도 9는 도 6의 방열 핀(320)이 적용된 실시 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 6의 방열 핀(320)이 적용된 다른 실시 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 열전도성 물질(400)이 상기 냉각 플레이트(321)와 배터리 셀(100) 사이에만 개재되어 있다. 다른 실시 형태로서, 도면에 도시되지는 않았으나, 열전도성 물질(400)이 상기 관통홀(320H)에 채워질 수도 있다. 또 다른 실시 형태로서, 도 10을 참조하면, 상기 열전도성 물질(400)은, 상기 관통홀(320H)을 통과하여 상기 냉각 플레이트(321)와 상기 모듈 하우징(200)의 일 면 사이에 더 구비될 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 열전도성 물질(400)은, 상기 냉각 플레이트(321)와 상기 모듈 하우징(200)의 상부 프레임(250) 사이에 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전도성 물질(400)이 모듈 하우징(200)의 상부 프레임(250) 상에 접촉할 정도로 채워질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면 모듈 하우징(200) 내부의 빈 공간이 열전도성 물질(400)로 채워지는 비율이 높아지기 때문에 방열 효과가 더욱 증대될 수 있다.

한편, 상기 배터리 모듈(10)은, 방열 레진(500)을 더 포함할 수도 있다. 방열 레진(500)은, 예를 들면, 높은 열 전도도를 갖는 열 전도성 접착제일 수 있다.

상기 방열 레진(500)은, 모듈 하우징(200) 내에 구비될 수 있다. 상기 방열 레진(500)은 상기 모듈 하우징(200)의 적어도 어느 하나의 면과 상기 복수의 배터리 셀(100) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 레진(500)은 상기 모듈 하우징(200)의 내면과 상기 배터리 셀(100) 사이에 개재될 수 있다. 특히, 도 1과 같이 배터리 셀(100)의 하방에 구비될 수 있다. 즉, 상기 방열 레진(500)은 모듈 하우징(200)의 하부 프레임(210) 상에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 방열 레진(500)은, 상기 모듈 하우징(200)의 하부 프레임(210)의 내면 상에 소정 높이로 도포될 수 있다. 도포된 상기 방열 레진(500) 상에, 복수의 배터리 셀(100)이 구비될 수 있다.

본 발명의 이러한 구조에 의하면, 복수의 배터리 셀(100)을 견고하게 고정시킬 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)이 방열 레진(500) 상에 삽입 고정될 수 있어서, 별도의 추가 고정 부재 없이도 상기 배터리 셀(100)의 고정력을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 복수의 배터리 셀(100)과 방열 레진(500)의 접촉 면적이 최대화되어 방열 성능이 보다 향상될 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)에서 발생한 열이 방열 레진(500)으로 바로 전달될 수 있어, 배터리 셀(100)의 냉각 효율이 더욱 높아질 수 있다.

한편, 상기 방열 레진(500)은, 히트 싱크(미도시)에 접촉할 수도 있다. 이 때, 상기 방열 레진(500)은, 배터리 셀(100)로부터 전달받은 열을, 상기 히트 싱크로 전달할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 히트 싱크는, 상기 방열 레진(500)으로부터 전달받은 열을, 별도의 냉각수 또는 공기로 전달할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 복수 개의 배터리 셀(100) 각각에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.

도 3은 도 1의 배터리 모듈(10)의 배터리 셀(100)을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지일 수 있고, 예를 들어 파우치형 배터리 셀(100)일 수 있다. 다만, 이로써 상기 배터리 셀(100)의 종류를 한정하는 것은 아니며, 이를테면 원통형 셀이나 각형 셀 등과 같은 다른 형태의 배터리 셀(100)도 본 발명의 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다.

이하, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(100)이 파우치형 셀인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다. 도 3을 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은, 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 수용부(130), 수용부(130)의 둘레에 형성되는 실링부(150) 및 전극 조립체와 연결되며 실링부(150)의 외부로 인출되는 한 쌍의 전극 리드(170)를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 전극 리드(170)는, 전극 조립체에 구비된 전극 탭(미도시)과 결합되며, 실링부(150)를 통해 실링부(150)의 외측으로 인출될 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드(170)는, 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 한 쌍의 전극 리드(170)는 서로 동일한 방향 또는 서로 반대 방향으로 인출될 수 있다.

도 11은 도 1의 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩(1)을 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 도 11의 배터리 팩(1)을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 적어도 하나 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 수용할 수 있는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다. 아울러, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를테면, BMS, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩(1)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.

도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 자동차(V)는, 본 발명에 따른 배터리 팩(1)을 적어도 하나 포함할 수 있다.

이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀(100)의 상부가 과열되더라도 배터리 모듈(10) 상부에 구비된 방열 핀(300, 310, 320)을 통해 배터리 모듈(10)의 상부를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈(10)의 균일한 온도 분포가 가능해질 수 있다. 결과적으로 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(100)의 성능이 향상될 수 있다. 즉, 위와 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀(100)의 급속 충전 및/또는 과충전 시 급속하게 상승하는 온도에 대응하여 효율적인 냉각 및/또는 방열이 가능해질 수 있다.

따라서, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 방열 및 절연 성능이 향상된 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차(V)를 제공할 수 있다.

한편, 본 명세서에서는 상, 하와 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 통상의 기술자에게 자명하다.

이상에서 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.

V 자동차
1 배터리 팩
10 배터리 모듈
50 팩 케이스
100 배터리 셀
200 모듈 하우징
210 하부 프레임
230 측부 프레임
250 상부 프레임
300 방열 핀
301 냉각 플레이트
302 지지 브릿지
310 방열 핀
311 냉각 플레이트
312 지지 브릿지
313 슬로프
320 방열 핀
321 냉각 플레이트
322 지지 브릿지
320H 관통홀
400 열전도성 물질
500 방열 레진

Claims (15)

1. 복수의 배터리 셀;
   상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징; 및
   상기 모듈 하우징 내에서 상기 복수의 배터리 셀의 일 측에 배치되며, 상기 복수의 배터리 셀을 냉각하는 적어도 하나의 방열 핀
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 핀은,
   상기 모듈 하우징의 일 면과 소정 간격 이격되며, 판 형상으로 연장된 냉각 플레이트; 및
   상기 냉각 플레이트로부터 상기 모듈 하우징의 일 면 측으로 돌출된 적어도 하나의 지지 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 모듈 하우징은,
   상기 복수의 배터리 셀의 하부에 배치되는 하부 프레임;
   상기 복수의 배터리 셀의 측부에 배치되는 측부 프레임; 및
   상기 복수의 배터리 셀의 상부를 커버하는 상부 프레임을 포함하고,
   상기 방열 핀은,
   상기 상부 프레임과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 지지 브릿지는,
   상기 모듈 하우징에 접촉 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 핀은,
   절연 성능을 갖는 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 핀은,
   열전도성 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열 핀은,
   열전도성 폼 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 배터리 모듈은,
   상기 방열 핀과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 구비된 열전도성 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각 플레이트의 상기 복수의 배터리 셀과 대면하는 일면에는,
   상기 복수의 배터리 셀의 형상과 상보적인 형상을 갖고 상기 복수의 배터리 셀 측으로 돌출된, 복수의 슬로프가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는,
    적어도 하나의 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 열전도성 물질은,
    상기 냉각 플레이트와 상기 모듈 하우징의 일 면 사이에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 열전도성 물질은,
    액상 열전도 실리콘인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 모듈 하우징의 적어도 어느 하나의 면과 상기 복수의 배터리 셀 사이에 개재된 방열 레진을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 모듈을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
15. 제 14 항에 기재된 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.

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