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WO2019107717A1 - 방열 플레이트를 구비한 배터리 모듈 - Google Patents

방열 플레이트를 구비한 배터리 모듈 Download PDF

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WO2019107717A1
WO2019107717A1 PCT/KR2018/010775 KR2018010775W WO2019107717A1 WO 2019107717 A1 WO2019107717 A1 WO 2019107717A1 KR 2018010775 W KR2018010775 W KR 2018010775W WO 2019107717 A1 WO2019107717 A1 WO 2019107717A1
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WO
WIPO (PCT)
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side wall
bus bar
refrigerant
secondary battery
plate
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2018/010775
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English (en)
French (fr)
Inventor
조상현
김기연
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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
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Priority to EP18882341.3A priority patent/EP3660974B1/en
Priority to EP23213993.1A priority patent/EP4329082A3/en
Priority to JP2019562554A priority patent/JP6808074B2/ja
Priority to PL18882341.3T priority patent/PL3660974T3/pl
Priority to ES18882341T priority patent/ES2973815T3/es
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery module including a heat dissipation plate, and more particularly to a battery module having improved cooling efficiency of a plurality of secondary batteries housed therein.
  • the secondary rechargeable batteries are nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel- It is very popular because of its low self-discharge rate and high energy density.
  • a battery pack applied to an electric vehicle has a structure in which a plurality of battery modules including a plurality of secondary batteries are connected to obtain high output.
  • Each secondary battery is an electrode assembly and can be repeatedly charged and discharged by an electrochemical reaction between constituent elements including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, and an electrolyte.
  • the battery pack of the multi-module structure is manufactured in such a manner that a plurality of secondary batteries are densely packed in a narrow space, it is important to easily discharge heat generated from each secondary battery.
  • the prior art cooling device has a case in which a plurality of secondary batteries mounted in the battery module and cartridges mounted with the secondary batteries are separated by a predetermined distance to separately form a cooling channel through which refrigerant flows there was.
  • a battery module including:
  • a plurality of secondary batteries arranged in the left-right direction and at least a part of the front end and the rear end of the secondary battery are interposed between the plurality of secondary batteries and the refrigerant flows in from the outside or is discharged to the outside, And a plurality of heat dissipation plates having a refrigerant moving portion in which a moving space is formed so that the refrigerant moves at a front end, a top end, a bottom end, and a rear end of the cell assembly;
  • a bus bar assembly having a bus bar frame formed therein; An end cover coupled to an outer surface of the bus bar assembly and having a vent hole communicating with the refrigerant moving portion so that the refrigerant flows from the outside or is discharged from the inside to the outside;
  • a plurality of side plates configured to surround respective side surfaces in
  • the secondary battery may further include: an electrode assembly having a positive electrode plate and a negative electrode plate sandwiching the separator therebetween; And a case for housing the electrode assembly together with the electrolytic solution in a sealed manner, and the case may include an outer case disposed in a manner erected so as to face both sides.
  • the heat dissipation plate may include: a base plate configured to face a side surface of the storage portion of the secondary battery; And a sidewall extending in a direction in which the secondary battery is located to surround the front end, the top end, the bottom end, and the rear end of the secondary battery at the outer periphery of the base plate.
  • the refrigerant moving unit may be formed at a space between the front end, the upper end, the lower end, and the rear end of the storage unit and the side wall of the heat dissipation plate.
  • the side wall of the heat dissipation plate may include a front side wall, a rear side wall, a top side wall, and a bottom side wall.
  • the corner portions may be formed in the upper and lower portions of the inner surface of the front end sidewall or the rear end sidewall in a direction in which the plurality of secondary cells are arranged.
  • corner portion may have an inclined surface extending from the front end side wall or the rear end side wall to the upper side wall or the lower side wall.
  • the corner portion may have a fastening protrusion protruding in a direction in which the other one of the heat dissipation plates is located.
  • an insertion groove may be formed in the heat dissipation plate so as to insert a fastening protrusion formed on the other heat dissipation plate.
  • the side plate of the heat dissipation plate may be formed with a grip portion extending obliquely from the base plate to closely support the outer surface of the secondary battery.
  • the grip portion may be provided with at least two base protrusions protruding upward or downward to support and fix the inner surface of the upper side wall or the lower side wall of the side plate.
  • the electrode lead may be inserted into the insertion hole of the bus bar assembly, and the end of the electrode lead may be bent to the left or the right to contact the bus bar.
  • a leaf spring may be mounted on the inner surface of the end cover so as to press the end of the electrode lead on the bus bar in a direction in which the bus bar is located.
  • the end cover may have a honeycomb structure on at least a part of the opposite surface of the one surface on which the leaf spring is mounted.
  • the bus bar frame may be provided with a stopper protruding in a direction in which the receiving portion of the secondary battery is positioned so as to prevent the secondary battery from moving forward or backward.
  • the stopper may be in the form of a plate having left and right side surfaces that are wider than the upper and lower surfaces of the stopper, and a left or right side surface of the stopper may have an induction projection for guiding the refrigerant introduced into the insertion port to be vertically dispersed .
  • a battery module comprising:
  • a plurality of secondary batteries arranged in the left-right direction, and an inlet portion and an outlet portion interposed between the plurality of secondary batteries, the inlet portion and the outlet portion being filled with refrigerant from the outside or discharged to the outside,
  • a plurality of heat dissipating plates having a refrigerant moving portion in which a moving space is formed to allow the refrigerant to move;
  • a plurality of bus bars located in front of or behind the cell assemblies and electrically connected to the electrode leads of each of the plurality of secondary cells and an insertion hole for inserting the electrode leads of the secondary battery,
  • a bus bar assembly having a bus bar frame formed thereon, and a sensing circuit board mounted on the bus bar frame and electrically connected to the plurality of bus bars;
  • An end cover coupled to one side of the bus bar assembly and having a vent hole communicating with the refrigerant moving part to allow the refrigerant to flow in from the outside or from the inside to the outside;
  • the battery pack according to the present invention may include at least one battery module.
  • a device according to the present invention may include the battery pack.
  • a battery module includes: a heat dissipation plate having a heat dissipation plate formed therein to accommodate the secondary battery;
  • the secondary battery housed inside can be effectively cooled.
  • both side surfaces of the base plate formed on the heat dissipating plate are configured to face the accommodating portions of the two secondary batteries, whereby heat generated in the secondary battery of the cell assembly is conducted to the heat radiating plate at a high conductivity And the heat thus conducted can radiate heat to the open upper side or the lower side of the heat dissipation plate, and can have an effective cooling effect.
  • the present invention it is possible to induce the refrigerant to move from the front end portion to the upper end portion or the lower end portion of the secondary battery by using the inclined surface of the corner portion of the heat radiation plate, And the cooling efficiency of the battery module can be improved.
  • a stopper formed in a bus bar frame effectively prevents a plurality of secondary batteries located inside a battery module from being moved forward or backward, thereby preventing the connection between the electrode lead of the secondary battery and the bus bar It is possible to effectively prevent damage to the structure or damage to the internal structure of the secondary battery.
  • the guide protrusion formed on the stopper can effectively guide the refrigerant introduced into the battery module into the refrigerant moving portion, so that the refrigerant can move smoothly without stagnation of refrigerant movement, The module can be effectively cooled.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating separate configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a secondary battery, which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing a secondary battery and a heat dissipating plate, which are a part of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a secondary battery and a heat dissipation plate, which are components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a rear perspective view schematically showing an end cover which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a front view schematically showing an end cover which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view schematically illustrating some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view schematically illustrating separate configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a perspective view schematically illustrating a secondary battery, which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module 200 includes a cell assembly 100, a bus bar assembly 220, an end cover 230, and a side plate 240 .
  • the cell assembly 100 may include a plurality of secondary batteries 110 arranged in the left-right direction.
  • the secondary battery 110 may be a pouch type secondary battery 110.
  • the pouch type secondary battery 110 may include an electrode assembly, an electrolyte, and a pouch.
  • the pouch may be composed of two pouches, a left pouch and a right pouch, each having a concave shaped storage part 115 formed therein.
  • Each of the pouches includes an outer insulating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer, and the inner adhesive layer is fusion-bonded to the edge of the pouch to form the sealing portion 116.
  • the electrode assembly and the electrolytic solution can be hermetically sealed in the housing part 115.
  • the secondary battery 110 may be disposed so as to be erected in the cell assembly 100 such that the receiving part 115 faces both sides in the left and right direction.
  • the electrode assembly may be an assembly of an electrode and a separator, in which at least one positive electrode plate and at least one negative electrode plate are disposed with a separator interposed therebetween.
  • the first electrode plate of the electrode assembly may include a first electrode tab, and at least one first electrode tab may be connected to the first electrode lead 111A.
  • the first electrode lead 111A has one end connected to the first electrode tab and the other end exposed to the outside of the pouch, and the exposed portion is connected to an electrode terminal of the secondary battery 110, for example, And can function as a positive terminal of the secondary battery 110.
  • the second electrode plate of the electrode assembly may have a second electrode tab, and one or more second electrode tabs may be connected to the second electrode lead 111B.
  • the second electrode lead 111B has one end connected to the second electrode tab and the other end exposed to the outside of the pouch.
  • the exposed portion of the second electrode lead 111B is electrically connected to the electrode terminal of the secondary battery 110, And can function as a negative terminal of the battery 110.
  • the first electrode tab and the second electrode tab included in the secondary battery 110 may be a positive electrode tab or a negative electrode tab
  • the first electrode lead 111A and the second electrode lead 111B may be a positive electrode tab or a negative electrode tab, Or a cathode lead.
  • the first electrode lead 111A and the second electrode lead 111B may be electrode leads 111 having polarities different from each other.
  • the first electrode lead 111A may be a positive electrode lead
  • the second electrode lead 111B may be a negative electrode lead.
  • each of the secondary batteries 110 may have a first electrode lead 111A and a second electrode lead 111B protruding forward and backward.
  • the area of the electrode lead 111 can be widened, The welding process and the welding process between the electrode lead 111 and the bus bar 221 can be performed more easily.
  • the first electrode lead 111A and the second electrode lead 111B may be formed in a plate shape. Particularly, the first electrode lead 111A and the second electrode lead 111B protrude horizontally in a state in which the wide surface faces the left and the right, and the end of the electrode lead 111 moves leftward or rightward As shown in Fig.
  • the plurality of secondary batteries 110 are included in the battery module 200 and arranged in one direction.
  • a plurality of pouch-shaped secondary batteries 110 may be stacked in a horizontal direction.
  • the two large surfaces are respectively located on the right and left sides, and the sealing parts 116 May be disposed so as to be substantially perpendicular to the paper surface.
  • the secondary battery 110 may be configured to be erected in the vertical direction.
  • the configuration of the pouch-type secondary battery 110 described above is obvious to those skilled in the art to which the present invention belongs, so that a detailed description thereof will be omitted.
  • Various secondary batteries 110 known at the time of filing of the present invention may be employed in the battery module 200 according to the present invention.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing a secondary battery and a heat dissipating plate, which are a part of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a secondary battery and a heat dissipation plate, which are components of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the cell assembly 100 may further include a plurality of heat dissipation plates 130.
  • the heat dissipation plate 130 may be interposed between the plurality of secondary batteries 110.
  • the heat dissipation plate 130 may accommodate at least a part of the secondary battery 110 therein.
  • the secondary battery 110 may be closely attached to at least one of left and right side surfaces of the heat dissipation plate 130.
  • the side plates 240 may be positioned on the left and right sides of the cell assembly 100, respectively.
  • the heat dissipation plate 130 may have an inlet 131A and an outlet 131B to allow the refrigerant to flow from the outside or to be discharged to the outside.
  • an inlet 131A may be formed at a front end of the heat dissipating plate 130, the inlet 131A being partially recessed toward the right of the remaining portion.
  • a discharge portion 131B may be formed at a rear end portion of the heat dissipation plate 130. The discharge portion 131B is partially recessed rightward than the remaining portion.
  • the heat dissipation plate 130 can be supplied with the refrigerant from the outside through the inflow portion 131A formed at the front end portion, and the introduced refrigerant is discharged to the outside through the discharge portion 131B formed at the rear end portion .
  • the heat dissipation plate 130 moves the refrigerant to the front end 110a, the upper end 110c, the lower end 110d, and the rear end 110b of the secondary battery 110,
  • the refrigerant moving part 132 may be formed with a moving space so as to be in contact with the refrigerant.
  • the refrigerant moving unit 132 moves the front end 110a, the upper end 110c, the lower end 110d, and the rear end 110b of the heat discharging plate 130 and the rechargeable battery 110 by a predetermined distance Lt; / RTI > structure.
  • the refrigerant moving unit 132 sequentially moves the refrigerant flowing into the inlet 131A through the front end 110a, the upper end 110c and the rear end 110b of the secondary battery 110, And can be discharged to the outside through the opening 131B.
  • the refrigerant moving unit 132 sequentially moves the refrigerant flowing into the inlet 131A through the front end 110a, the lower end 110d and the rear end 110b of the secondary battery 110, And can be discharged to the outside through the opening 131B.
  • the heat dissipation plate 130 can be formed by forming the refrigerant moving part 132 in the interior of which the secondary battery 110 is accommodated,
  • the secondary battery 110 can be effectively cooled without forming a separate space for movement.
  • the present invention is characterized in that the refrigerant is supplied to the front end 110a, the upper end 110c, the lower end 110d, and the rear end 110b of the secondary battery 110,
  • the secondary battery 110 is directly cooled to maximize the cooling rate and efficiency.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the bus bar assembly 220 may be positioned in front of or behind the cell assembly 100.
  • the bus bar assembly 220 may include a plurality of bus bars 221 electrically connected to the electrode leads 111 of each of the plurality of secondary cells 110.
  • the bus bar 221 may be made of an electrically conductive material having a relatively high electrical conductivity. Therefore, the bus bar 221 having such a configuration is in contact with at least one of the first electrode lead 111A and the second electrode lead 111B of the plurality of secondary batteries 110, Can be electrically connected.
  • the bus bar 221 may contact a plurality of electrode leads 111 of the same polarity or a plurality of electrode leads 111 of different polarities to electrically connect the secondary batteries 110.
  • the bus bar 221 may have a metal plate shape.
  • the metal plate may have a bar shape elongated in one direction.
  • the metal may be, for example, an alloy including copper, aluminum, nickel, and the like.
  • the bar shape of the bus bar 221 may have a structure bent at least once.
  • the bus bar 221 may have a rectangular frame shape.
  • One end of the bus bar 221 may be electrically connected to the sensing circuit board 250.
  • the sensing circuit board 250 may include a measuring device for measuring voltages, currents, and the like of the plurality of secondary batteries 110.
  • the bus bar assembly 220 may further include a bus bar frame 225.
  • the bus bar frame 225 may include an electrically insulating material.
  • the bus bar frame 225 may be formed of a plastic material such as polyvinyl chloride.
  • bus bar frame 225 may be mounted on the outer side of the bus bar 221.
  • the bus bar 221 is fixed to the bus bar frame 225 through a fastening bolt or a fitting groove 225H is formed on an outer surface of the bus bar frame 225, It can be inserted and fixed.
  • the bus bar frame 225 may have an insertion hole H1 for inserting the electrode lead 111 of the secondary battery 110 into the bus bar frame 225.
  • the electrode lead 111 is inserted into the insertion hole H1 so as to protrude forward or backward and then the end of the electrode lead 111 is bent in a leftward or rightward direction, Can be brought into contact with the side surface.
  • the insertion port H1 may serve as a passage through which the refrigerant introduced from the outside can move to the inlet 131A of the heat dissipating plate 130.
  • the refrigerant discharged from the discharge portion 131B may be discharged to the outside Can be used.
  • the end cover 230 may be coupled to an outer surface of the bus bar assembly 220.
  • the end cover 230 positioned at the front of the battery module 200 may be coupled to the front of the bus bar assembly 220 located at the front and the end cover 230 positioned at the rear of the battery module 200 May be coupled to the rear surface of the bus bar assembly 220 located at the rear side.
  • the coupling method may be a bolt coupling and / or a hook coupling method.
  • a vent hole H2 is formed in the end cover 230 so that the coolant flows into the battery module 200 from the outside or is discharged from the inside to the outside .
  • the vent hole H2 may be communicated with an inlet H1 formed in the bus bar frame 225 of the bus bar assembly 220 coupled to the end cover 230.
  • the vent hole H2 of the end cover 230 May have a structure connected to the inlet portion 131A of the heat dissipating plate 130 to allow the refrigerant to flow to the refrigerant moving portion 132 formed in the heat dissipating plate 130.
  • a plurality of the side plates 240 may be provided.
  • the plurality of side plates 240 may be configured to enclose each side surface in the left-right direction of the cell assembly 100.
  • the side plate 240 can serve as a casing of the battery module 200. Accordingly, the side plate 240 protects the components housed inside the battery module 200, such as the cell assembly 100, from other external physical elements such as impacts and materials, It plays a role.
  • the side plate 240 may be made of a metal material such as stainless steel, steel, or aluminum.
  • the heat generated in the cell assembly 100 can be effectively discharged to the outside of the side plate 240 by utilizing high thermal conductivity of aluminum.
  • the battery module 200 of the present invention is provided with two side plates 240, and each of the side plates 240 is disposed so as to surround each side in the lateral direction of the cell assembly 100 .
  • the heat dissipation plate 130 may include a base plate 133 and side walls 135 extending from the base plate 133.
  • the base plate 133 may be configured to face one side of the secondary battery 110 where the receiving portion 115 is formed.
  • the base plate 133 may be disposed so as to face the right and left side surfaces of the secondary battery 110. 2 and 4, the left side surface of the base plate 133 faces the receiving portion 115 of the rechargeable battery 110 accommodated in the heat dissipation plate 130, for example, Lt; / RTI > The right side surface of the base plate 133 may be configured to face the receiving portion 115 of the adjacent one of the rechargeable batteries 110.
  • both side surfaces of the base plate 133 formed on the heat dissipating plate 130 are configured to face the receiving portions 115 of the two secondary batteries 110, 100 can be conducted to the heat radiating plate 130 at a high conductivity.
  • the heat thus conducted may radiate heat to the open top or bottom of the heat radiation plate 130. Accordingly, the heat dissipation plate 130 can improve the cooling effect of the cell assembly 100.
  • the side wall 135 of the heat dissipation plate 130 is formed on the outer periphery of the base plate 133 such that the front end 110a, the upper end 110c, the lower end 110d, 110b so that the secondary battery 110 is positioned.
  • the side wall 135 is formed at least partially on the front end portion 115a, the upper end portion 115c, the lower end portion 115d, and the rear end portion 115b of the storage portion 115 of the secondary battery 110, A space separated by a distance can be formed.
  • an end portion of the side wall 135 in the extended direction may be spaced apart from the receiving portion 115 of the secondary battery 110.
  • the refrigerant moving unit 132 moves the front end 115a, the upper end 115c, the lower end 115d and the rear end 115b of the accommodating unit 115 and the side wall 115b of the heat radiating plate 130 135, respectively.
  • the refrigerant moving unit 132 moves the refrigerant sequentially to the front end portion 115a, the upper end portion 115c and the rear end portion 115b of the receiving portion 115,
  • a moving space may be formed to move to the front end portion 115a, the lower end portion 115d, and the rear end portion 115b.
  • the side wall 135 of the heat dissipation plate 130 includes a front side wall 135a, a rear side wall 135b, a top side wall 135c, and a bottom side wall 135d .
  • the front end sidewall 135a, the rear sidewall 135b, the upper sidewall 135c and the lower sidewall 135d are spaced apart from each other by a predetermined distance such that the front end 115a, the lower end 115d,
  • the refrigerant moving part 132 can be formed apart from the rear end part 115b.
  • the heat dissipation plate 130 is formed by forming the refrigerant moving part 132 such that the refrigerant moves on the outer periphery of the accommodating part 115 of the secondary battery 110,
  • the storage portion 115 of the secondary battery 110 in which the generation is concentrated can be directly cooled, and the refrigerant can move without receiving a large resistance. Accordingly, the battery module 200 can be effectively cooled.
  • the corner portions 136 protruded in the direction in which the plurality of secondary batteries 110 are arranged are formed at upper and lower portions of the inner surfaces of the front end side wall 135a or the rear end side wall 135b of the heat dissipation plate 130 .
  • the corner portion 136 may be formed at each of the front end and the rear end of the inner surface of the heat dissipating plate 130.
  • the corner portion 136 may be formed at each corner of the rectangle.
  • a portion of the inner surface of the base plate 133 is formed at a corner between the front-end side wall 135a and the upper-side side wall 135c of the heat dissipation plate 130,
  • the corner portions 136 raised in the direction in which the plurality of secondary batteries 110 are arranged (left-right direction) can be formed.
  • the corner portion 136 may have an inclined surface 136S extending from the front side wall 135a or the rear side wall 135b to the upper side wall 135c or the lower side wall 135d. Specifically, the corner 136 may have an inclined surface 136S to guide the refrigerant to move from the front end 110a of the secondary battery 110 to the upper end 110c or the lower end 110d.
  • the corner portion 136 formed on the upper portion of the front-end side wall 135a of the heat-radiating plate 130 extends from the front-end side wall 135a to the upper-side side wall 135c, for example, As shown in Fig.
  • the corner portion 136 formed in the lower portion of the front side wall 135a of the heat dissipation plate 130 may have a slope 136S extending from the front side wall 135a to the lower side wall 135d.
  • the corner portion 136 formed on the upper portion of the rear side wall 135b of the heat dissipation plate 130 may have a slope 136S extending from the rear side wall 135b to the upper side wall 135c.
  • the corner portion 136 formed on the lower side of the rear side wall 135b of the heat dissipation plate 130 may have a slope 136S extending from the rear side wall 135b to the lower side wall 135d.
  • the corner portion 136 has the inclined surface 136S so that the refrigerant flows from the front end portion 110a of the secondary battery 110 to the upper end portion 110c or the lower end portion 110d So that the refrigerant can be moved in an intended direction without a large resistance. Accordingly, the present invention can reduce the cooling effect due to the refrigerant stagnation and improve the cooling efficiency of the battery module 200.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the corner portion 136 may have a fastening protrusion 136P protruding in a direction in which the other heat dissipating plate 130 is located.
  • the fastening protrusion 136P may protrude from the raised upper surface of the corner portion 136 at least partially.
  • four fastening protrusions 136P may protrude from the respective corner portions 136 on the left side of the heat dissipating plate 130. As shown in FIG.
  • the heat dissipation plate 130 may be formed with an insertion groove 136H for inserting a fastening protrusion 136P formed in the other heat dissipation plate 130.
  • the inner shape of the insertion groove 136H may be formed in a shape such that the fastening protrusion 136P can be inserted and fixed.
  • FIG. 5 For example, as shown in FIG. 5, four insertion grooves 136H may be formed on the right side surface of the heat dissipation plate 130.
  • FIG. 1 and 2 the six heat dissipation plates 130 may be stacked in such a manner that the fastening protrusions 136P are inserted into the insertion grooves 136H.
  • the plurality of heat dissipation plates 130 can be easily aligned while being fastened to each other by using the fastening protrusions 136P and the insertion grooves 136H, The manufacturing efficiency can be increased.
  • a grip portion 137 may be formed on the side wall 135 of the heat dissipating plate 130 so that at least a portion of the side wall 135 closely contacts the outer surface of the secondary battery 110. Further, the grip portion 137 may have a shape in which a part of the side wall 135 is inclined and convexly extended from the base plate 133 in the outward direction.
  • the front side sidewall 135a, the upper sidewall 135c, the lower sidewall 135d, and the rear sidewall 135b of the heat dissipation plate 130 are connected to the base plate 133
  • a grip portion 137 extending in an outward direction from the grip portion 137 may be formed.
  • the heat dissipation plate 130 stably and closely receives the storage portion of the secondary battery 110 by the inner surface of the grip portion 137 and the heat dissipation plate 130 and the secondary battery 110 can be increased to increase the cooling effect of the secondary battery 110.
  • the grip portion 137 may be formed with at least two base protrusions 137T protruding upward or downward.
  • the support jaw 137T supports the inner surface of the upper side wall (FIG. 1, 240a) or the lower side wall (FIG. 1, 240b) of the side plate 240 mounted on the outer surface of the heat dissipation plate 130 Is a structure formed by being raised to be fixed.
  • the support tab 137T may have a horizontal outer surface from the grip portion 137 And may be formed in an upward or downward direction.
  • eleven guide tabs 137T may be formed on the outer surface of the upper sidewall 240a of the heat dissipating plate 130 in an upward direction from the grip portion 137, Eleven support tabs 137T may be formed on the outer surface of the lower sidewall 240b of the heat dissipation plate 130 in a downward direction from the grip portion 137.
  • the support tab 137T formed on the grip portion 137 is configured to easily mount and fix the side plate 240 coupled with the heat dissipation plate 130, Efficiency can be increased.
  • FIG. 8 is a rear perspective view schematically showing an end cover which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a front view schematically showing an end cover which is a part of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a leaf spring 232 may be mounted on the inner surface 230a of the end cover 230.
  • the leaf spring 232 may be positioned to press the end of the electrode lead 111 on the bus bar 221 in the direction in which the bus bar 221 is located.
  • the leaf spring 232 may be a plate extending elongated in the vertical direction. The upper and lower ends of the leaf spring 232 may be inserted into the end cover 230 and fixed. Further, the central portion of the plate spring 232 may be curved in the forward and backward directions so as to have elasticity capable of exerting a pressing force in the forward and backward directions.
  • seven leaf springs 232 may be mounted on the inner surface 230a of the end cover 230. As shown in FIG. Each of the seven leaf springs 232 can press and fix the outer surface of the electrode lead 111 contacting the bus bar 221.
  • the welding process for electrical connection between the electrode lead 111 and the bus bar 221 can be omitted, and the end cover 230 can be connected to the bus bar assembly 220, It is possible to maintain a reliable connection state. Accordingly, the present invention has the effect of shortening the manufacturing process of the battery module 200 and reducing the manufacturing cost.
  • a hook structure 233 for coupling with the bus bar assembly 220 may be formed at both ends of the end cover 230 in the right and left direction.
  • fasteners H3 can be formed on both sides of the bus bar frame 225 in the left and right direction to fasten the hook structure 233 of the end cover 230 have.
  • the end cover 230 can be fastened to the bus bar frame 225 only by pressing the end cover 230 inwardly on the bus bar assembly 220 Therefore, there is an advantage that the assembling process can be carried out simply and quickly.
  • the end cover 230 may be formed of a honeycomb structure 234 on at least a part of the outer surface 230b.
  • the honeycomb structure 234 may be formed on the opposite surface of the one surface on which the leaf spring 232 is mounted. That is, in the end cover 230, when the end cover 230 is engaged with the bus bar assembly 220, collision between the leaf spring 232 and the bus bar 221 occurs, So that the end cover 230 may be damaged.
  • the honeycomb structure 234 is formed on the opposite surface 230b (outer surface) of the inner surface 230a of the end cover 230 on which the leaf spring 232 is mounted, It is possible to effectively prevent the end cover 230 from being damaged due to the process of fastening the end cover 230 or the collision of an external object with the end cover 230.
  • FIG. 10 is a plan view schematically illustrating some configurations of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a stopper 235 protruding in a direction in which the receiving portion 115 of the secondary battery 110 is located is formed in the bus bar frame (225 of FIG. 6) of the bus bar assembly 220 . Furthermore, the stopper 235 may be formed so as to prevent the secondary battery 110 from moving forward or backward. The end of the stopper 235 in the extending direction may be positioned to face the front end or the rear end of the storage portion 115 of the secondary battery 110.
  • stoppers 235 may be formed on the inner surface of the bus bar frame of the bus bar assembly 220, (115) of the housing (110).
  • the stopper 235 is urged by the external force to the front or rear of the battery module 200 so that a plurality of secondary
  • the connection structure between the electrode lead 111 of the secondary battery 110 and the bus bar 221 may be damaged by effectively preventing the battery 110 from being moved forward or backward, It is possible to effectively prevent the configuration from being damaged.
  • the stopper 235 may be in the form of a plate having lateral sides 235a of a larger area than upper and lower surfaces.
  • An induction protrusion 235P may be formed on the left side or the right side of the stopper 235 to guide the refrigerant introduced into the insertion hole (H1 in FIG. 6) of the bus bar frame 225 in the intended direction.
  • the guide protrusion 235P may be configured to distribute the refrigerant introduced into the insertion hole H1 of the bus bar assembly 220 of the bus bar assembly 220 in the vertical direction.
  • the guide protrusion 235P may have a bar 235P1 extending in the front-rear direction and a bar 235P2 extending in the vertical direction. That is, the guide protrusion 235P may be a 'T' shape that is laid horizontally.
  • a 'T' (235P) may be formed on the right side 235a of each of the six stoppers 235 formed on the bus bar frame of the bus bar assembly 220. That is, the guide protrusion 235P guides the refrigerant introduced from the outside into the upper and lower ends of the receiving portion 115 of the secondary battery 110 accommodated in the heat dissipating plate 130, Can be induced to move.
  • the guide protrusion 235P can effectively guide the refrigerant introduced into the battery module 200 to the refrigerant moving part 132,
  • the plurality of secondary batteries 110 of the battery module 200 can be effectively cooled.
  • the sensing circuit board 250 may be formed with a connection hole H4 so as to be electrically connected to the plurality of bus bars 221.
  • the connection protrusion 235P may be formed at one end of the bus bar 221 so as to be inserted into the connection hole H4 formed in the sensing circuit board 250.
  • the sensing circuit board 250 may be mounted on the lower end of the outer surface of the bus bar assembly 220.
  • connection protrusions 235P for connecting the connection holes H4 formed in the sensing circuit board 250 may be formed on the lower ends of the four bus bars 221, respectively.
  • the battery pack according to the present invention may include at least one battery module 200 according to the present invention.
  • the battery pack according to the present invention may include a pack case for storing the battery module 200, various devices for controlling the charging and discharging of the battery module 200, such as a BMS Management System), a current sensor, a fuse, and the like.
  • the battery pack according to the present invention can be applied to a device such as an energy storage system. That is, the device according to the present invention may include the battery pack according to the present invention.
  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the battery module. Further, the present invention is applicable to an electronic device having a battery module and a battery pack of the present invention, or an energy storage system, or an industry related to an automobile.

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Abstract

본 발명은, 내부에 수용된 복수의 이차 전지의 냉각 효율을 향상시킨 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 이차 전지, 및 복수의 이차 전지 사이에 개재되고 외부로부터 냉매가 유입되거나 외부로 배출되도록 전단부 및 후단부의 적어도 일부위가 만입되어 유입부 및 배출부가 형성되며 상기 이차 전지의 전단, 상단, 하단, 및 후단에 냉매가 이동하도록 이동 공간이 형성된 냉매 이동부가 구비된 복수의 방열 플레이트를 구비한 셀 어셈블리; 상기 복수의 이차 전지 각각에 구비된 전극 리드에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바, 및 상기 전극 리드가 삽입되기 위한 삽입구가 형성된 버스바 프레임을 구비하는 버스바 어셈블리; 냉매가 외부로부터 유입되거나 내부에서 외부로 배출되도록 상기 냉매 이동부와 연통된 벤트홀이 형성된 엔드 커버; 및 복수의 사이드 플레이트를 포함한다.

Description

방열 플레이트를 구비한 배터리 모듈
본 발명은 방열 플레이트를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 수용된 복수의 이차 전지의 냉각 효율을 향상시킨 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 12월 01일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0164183호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 이차 전지들을 포함하는 다수의 배터리 모듈을 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 개개의 이차 전지는 전극 조립체로서, 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
멀티 모듈 구조의 배터리 팩은 다수의 이차 전지가 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에, 각 이차 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출하는 것이 중요하다.
즉, 이차 전지의 충전 또는 방전의 과정은 전기 화학적 반응에 의하여 열이 발생한다. 따라서, 충방전 과정에서 발생한 배터리 모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어날 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 열화가 촉진되고, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다. 따라서, 종래기술에서는 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것에 내장되어 있는 이차 전지들을 냉각시키는 냉각 장치를 적용하였다.
예를 들면, 종래기술의 냉각 장치는, 배터리 모듈 내부에 탑재된 다수의 이차 전지 및 상기 이차 전지를 탑재 시킨 카트리지들 사이를 소정의 거리만큼 이격시켜 냉매가 유통되는 냉각 유로를 별도로 형성시키는 경우가 있었다.
그러나, 배터리 모듈 내부에 다수의 카트리지들 사이에 소정의 이격 거리를 확보할 경우, 배터리 모듈의 부피당 에너지 밀도를 크게 떨어트리는 문제가 있었다.
따라서, 배터리 모듈의 냉각을 효과적으로 수행하여 배터리 모듈의 성능을 높이면서도, 에너지 밀도가 높은 배터리 모듈을 제공할 수 있는 기술이 필요한 상황이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 내부에 수용된 복수의 이차 전지의 냉각 효율을 향상시킨 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,
좌우 방향으로 배열된 복수의 이차 전지, 및 복수의 이차 전지 사이에 개재되고 외부로부터 냉매가 유입되거나 외부로 배출되도록 전단부 및 후단부의 적어도 일부위가 만입되어 유입부 및 배출부가 형성되며 상기 이차 전지의 전단, 상단, 하단, 및 후단에 냉매가 이동하도록 이동 공간이 형성된 냉매 이동부가 구비된 복수의 방열 플레이트를 구비한 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리의 전방 또는 후방에 위치되고, 상기 복수의 이차 전지 각각에 구비된 상기 전극 리드에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바, 및 상기 버스바가 탑재되고 상기 이차 전지의 전극 리드가 삽입되기 위한 삽입구가 형성된 버스바 프레임을 구비하는 버스바 어셈블리; 상기 버스바 어셈블리의 외측면에 결합되고, 냉매가 외부로부터 유입되거나 내부에서 외부로 배출되도록 상기 냉매 이동부와 연통된 벤트홀이 형성된 엔드 커버; 및 상기 셀 어셈블리의 좌우 방향의 양측면 각각을 감싸도록 구성된 복수의 사이드 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이차 전지는, 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 수납부가 형성되고, 상기 수납부가 양측에 향하도록 세워진 형태로 배치된 외장재를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 방열 플레이트는, 상기 이차 전지의 수납부가 형성된 일측면과 대면하도록 구성된 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 외주에서 상기 이차 전지의 전단, 상단, 하단, 및 후단을 감싸도록 상기 이차 전지가 위치한 방향으로 연장된 측벽이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 냉매 이동부는, 상기 수납부의 전단부, 상단부, 하단부, 및 후단부와 상기 방열 플레이트의 측벽 간의 이격 공간에 형성될 수 있다.
나아가, 상기 방열 플레이트의 측벽은, 전단 측벽, 후단 측벽, 상단 측벽, 및 하단 측벽을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전단 측벽 또는 상기 후단 측벽 내면의 상부 및 하부에는 상기 복수의 이차 전지가 배열된 방향으로 융기된 코너부가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 코너부는, 상기 전단 측벽 또는 상기 후단 측벽에서 상기 상단 측벽 또는 하단 측벽으로 연장된 경사면을 가질 수 있다.
그리고, 상기 코너부에는 다른 하나의 방열 플레이트가 위치한 방향으로 돌출된 체결 돌기가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 방열 플레이트에는 다른 하나의 방열 플레이트에 형성된 체결 돌기가 삽입되도록 내입된 삽입홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 방열 플레이트의 측벽에는 상기 이차 전지의 외면을 밀착 지지하도록 상기 베이스 플레이트로부터 경사지게 연장된 그립부가 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 그립부에는, 상기 사이드 플레이트의 상단 측벽 또는 하단 측벽의 내면을 지지 고정하도록 상 방향 또는 하 방향으로 돌출된 적어도 둘 이상의 받침턱이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 전극 리드는, 상기 버스바 어셈블리의 삽입구에 삽입되고, 상기 전극 리드의 단부가 좌 방향 또는 우 방향으로 절곡된 구조로 상기 버스바에 접촉될 수 있다.
나아가, 상기 엔드 커버의 내측면에는, 상기 버스바 상에 접촉된 상기 전극 리드의 단부를 상기 버스바가 위치한 방향으로 가압하도록 판 스프링이 탑재될 수 있다.
또한, 상기 엔드 커버는, 상기 판 스프링이 탑재된 일면의 반대면의 적어도 일부위가 허니콤 구조로 이루어질 수 있다.
더욱이, 상기 버스바 프레임에는, 상기 이차 전지가 전방 또는 후방으로 이동하는 것을 저지하도록 상기 이차 전지의 수납부가 위치한 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 스토퍼는, 상면 및 하면 보다 넓은 면적의 좌우 측면을 가진 플레이트 형상일 수 있고, 상기 스토퍼의 좌측면 또는 우측면에는 상기 삽입구로 유입된 냉매를 상하 방향으로 분산되도록 가이드 하는 유도 돌기가 형성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
좌우 방향으로 배열된 복수의 이차 전지, 및 복수의 이차 전지 사이에 개재되고 외부로부터 냉매가 유입되거나 외부로 배출되도록 만입된 유입부 및 배출부가 형성되며 상기 이차 전지의 전단, 상단, 하단, 및 후단에 냉매가 이동하도록 이동 공간이 형성된 냉매 이동부가 구비된 복수의 방열 플레이트를 구비한 셀 어셈블리;
상기 셀 어셈블리의 전방 또는 후방에 위치되고, 상기 복수의 이차 전지 각각에 구비된 전극 리드에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바, 및 상기 버스바가 탑재되고 상기 이차 전지의 전극 리드가 삽입되기 위한 삽입구가 형성된 버스바 프레임, 및 상기 버스바 프레임에 탑재되고 상기 복수의 버스바와 전기적으로 연결된 센싱 회로기판을 구비하는 버스바 어셈블리;
상기 버스바 어셈블리의 일면에 결합되고, 냉매가 외부로부터 유입되거나 내부에서 외부로 배출되도록 상기 냉매 이동부와 연통된 벤트홀이 형성된 엔드 커버; 및
상기 셀 어셈블리의 좌우 방향의 양측면 각각을 감싸도록 구성된 복수의 사이드 플레이트를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디바이스는, 본 배터리 팩을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈은, 방열 플레이트가 상기 이차 전지를 수용하고 있는 내부에 냉매 이동부를 형성시킴으로써, 셀 어셈블리 내부에 냉매가 이동하기 위한 별도의 공간을 형성시키지 않아도, 배터리 모듈의 내부에 수용된 이차 전지를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 방열 플레이트에 형성된 베이스 플레이트의 양측면은, 2개의 이차 전지의 수납부와 대면하도록 구성됨으로써, 셀 어셈블리의 이차 전지에 발생된 열을 방열 플레이트로 높은 전도율로 전도 시킬 수 있고, 이렇게 전도된 열은, 상기 방열 플레이트의 개방된 상부 또는 하부로 열을 방출 시킬 수 있어, 효과적인 냉각 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일측면에 의하면, 방열 플레이트의 코너부의 경사면을 이용하여, 냉매가 상기 이차 전지의 전단부에서 상단부 또는 하단부로 이동하는 것을 유도할 수 있으므로, 냉매 이동 정체로 인한 냉각 효과의 저하가 적고, 배터리 모듈의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일측면에 의하면, 엔드 커버에 탑재된 판 스프링이 버스바에 접촉된 전극 리드의 외면을 가압 고정함으로써, 전극 리드와 버스바 간의 용접 공정을 생략할 수 있어, 배터리 모듈의 제조 공정을 단축하여 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 버스바 프레임에 형성된 스토퍼는, 배터리 모듈 내부에 위치한 복수의 이차 전지가 전방 또는 후방으로 이동되는 것을 효과적으로 방지함으로써, 상기 이차 전지의 전극 리드와 버스바의 연결 구조에 파손이 발생하거나, 상기 이차 전지의 내부 구성이 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일측면에 의하면, 스토퍼에 형성된 유도 돌기는, 배터리 모듈 내부로 유입된 냉매를 냉매 이동부로 효과적으로 유도 시킬 수 있으므로, 냉매 이동의 정체 없이, 원활하게 냉매가 이동할 수 있어, 상기 배터리 모듈을 효과적으로 냉각시킬 수 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 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 분리된 구성들을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 이차 전지를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들인 이차 전지 및 방열 플레이트를 개략적으로 나타낸 일 측면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들인 이차 전지 및 방열 플레이트를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 엔드 커버를 개략적으로 나타낸 후면 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 엔드 커버를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
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 해석되어야 만 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 나타낸 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 분리된 구성들을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 이차 전지를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(200)은, 셀 어셈블리(100), 버스바 어셈블리(220), 엔드 커버(230), 및 사이드 플레이트(240)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 셀 어셈블리(100)는, 좌우 방향으로 배열된 복수의 이차 전지(110)를 포함할 수 있다.
여기서, 이차 전지(110)는, 파우치형 이차 전지(110)일 수 있다. 특히, 이러한 파우치형 이차 전지(110)는, 전극 조립체, 전해액 및 파우치를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 파우치는, 오목한 형태의 수납부(115) 각각 형성되어 있는 좌측 파우치와 우측 파우치의 2개의 파우치로 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 파우치는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하며, 파우치의 테두리 부위에는 내부 접착층이 서로 융착됨으로써 실링부(116)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 수납부(115)에 전극 조립체 및 전해액을 밀봉 수납할 수 있다. 나아가, 상기 이차 전지(110)는, 셀 어셈블리(100)에서 상기 수납부(115)가 좌우 방향의 양측에 향하도록 세워진 형태로 배치될 수 있다.
그리고, 상기 전극 조립체는, 전극과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체의 제1 전극판에는 제1 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 제1 전극 탭이 제1 전극 리드(111A)와 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극 리드(111A)는, 일단이 상기 제1 전극 탭에 연결되고 타단이 파우치의 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차 전지(110)의 전극 단자, 예를 들면, 이차 전지(110)의 양극 단자로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체의 제2 전극판에는 제2 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 제2 전극 탭이 제2 전극 리드(111B)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제2 전극 리드(111B)는, 일단이 상기 제2 전극 탭에 연결되고 타단이 파우치의 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차 전지(110)의 전극 단자, 예를 들면 이차 전지(110)의 음극 단자로서 기능할 수 있다.
이때, 이차 전지(110)가 구비하고 있는 제1 전극 탭 및 제2 전극 탭은, 양극 탭 또는 음극 탭일 수 있고, 또한, 제1 전극 리드(111A) 및 제2 전극 리드(111B)는 양극 리드 또는 음극 리드일 수 있다. 더욱이, 상기 제1 전극 리드(111A)와 상기 제2 전극 리드(111B)는, 서로 다른 극성의 전극 리드(111)일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극 리드(111A)는 양극 리드이고, 상기 제2 전극 리드(111B)는 음극 리드일 수 있다.
더욱이, 상기 양극 리드와 음극 리드는, 이차 전지(110)의 중심을 기준으로 서로 반대 방향에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 이차 전지(110)는 제1 전극 리드(111A)와 제2 전극 리드(111B)가 전방과 후방으로 돌출되게 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 이차 전지(110)에서, 양극 리드와 음극 리드 사이의 간섭이 없게 되어, 전극 리드(111)의 면적을 넓힐 수 있고, 전극 리드(111) 사이의 용접 공정 및 전극 리드(111)와 버스바(221) 사이의 용접 공정 등이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 리드(111A) 및 상기 제2 전극 리드(111B)는, 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 특히, 제1 전극 리드(111A) 및 제2 전극 리드(111B)는, 넓은 면이 좌측과 우측을 향하도록 세워진 상태로 수평 방향으로 돌출되다가, 전극 리드(111)의 단부가 좌 방향 또는 우 방향으로 절곡될 수 있다.
또한, 상기 복수의 이차 전지(110)는, 배터리 모듈(200)에 복수 포함되어, 일 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 파우치형 이차 전지(110)가 수평 방향으로 나란하게 적층된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 각각의 파우치형 이차 전지(110)는, F 방향(도 1에 도시함)으로 바라봤을 때, 2개의 넓은 면이 좌우 측에 각각 위치하고, 상부와 하부, 전방 및 후방에는 실링부(116)가 위치하도록 대략 지면에 수직하게 세워지는 형태로 배치될 수 있다.
다시 말해, 이차 전지(110)는, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 한편, 본 명세서에서는, 특별한 설명이 없는 한, 상하전후좌우 방향에 대하여, F 방향(도 1에 도시)으로 바라볼 때를 기준으로 한다.
앞서 설명한 파우치형 이차 전지(110)의 구성에 대해서는, 본원발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지(110)가 채용될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들인 이차 전지 및 방열 플레이트를 개략적으로 나타낸 일 측면도이다. 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들인 이차 전지 및 방열 플레이트를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3과 함께 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 셀 어셈블리(100)는, 복수의 방열 플레이트(130)를 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 방열 플레이트(130)는, 복수의 이차 전지(110) 사이에 개재될 수 있다. 또한, 상기 방열 플레이트(130)는, 상기 이차 전지(110)의 적어도 일부를 내부에 수용할 수 있다. 더욱이, 상기 방열 플레이트(130)의 좌우 측면들 중 적어도 하나 이상에는 상기 이차 전지(110)가 밀착되어 위치될 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 7개의 이차 전지(110) 사이에는 6개의 방열 플레이트(130)가 개재될 수 있다. 또한, 상기 셀 어셈블리(100)의 좌우측 각각에는 사이드 플레이트(240)가 위치될 수 있다.
그리고, 상기 방열 플레이트(130)는, 외부로부터 냉매가 유입되거나 외부로 배출되도록 유입부(131A) 및 배출부(131B)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 방열 플레이트(130)의 전단부에는 일부위가 나머지 부위보다 우방향으로 만입된 유입부(131A)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 방열 플레이트(130)의 후단부에는 일부위가 나머지 부위보다 우방향으로 만입된 배출부(131B)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 방열 플레이트(130)는, 전단부에 형성된 유입부(131A)를 통해 외부로부터 냉매가 내부로 유입될 수 있고, 유입된 냉매는 후단부에 형성된 배출부(131B)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
나아가, 상기 방열 플레이트(130)는, 상기 이차 전지(110)의 전단(110a), 상단(110c), 하단(110d), 및 후단(110b)에 냉매가 이동하여 냉매가 상기 이차 전지(110)와 접촉될 수 있도록 이동 공간이 형성된 냉매 이동부(132)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 냉매 이동부(132)는, 상기 방열 플레이트(130)와 상기 이차 전지(110)의 전단(110a), 상단(110c), 하단(110d), 및 후단(110b)이 소정 거리로 이격된 구조를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 냉매 이동부(132)는, 상기 유입부(131A)로 유입된 냉매가 순차적으로 상기 이차 전지(110)의 전단(110a), 상단(110c) 및 후단(110b)을 거쳐 상기 배출부(131B)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 나아가, 상기 냉매 이동부(132)는, 상기 유입부(131A)로 유입된 냉매가 순차적으로 상기 이차 전지(110)의 전단(110a), 하단(110d), 및 후단(110b)을 거쳐 상기 배출부(131B)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 방열 플레이트(130)는, 상기 이차 전지(110)를 수용하고 있는 내부에 냉매 이동부(132)를 형성시킴으로써, 상기 셀 어셈블리(100) 내부에 냉매가 이동하기 위한 별도의 공간을 형성시키지 않아도, 상기 이차 전지(110)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
더욱이, 종래에는 냉매가 방열 플레이트(130)에만 접촉하는 방식이었지만, 본 발명은, 상기 이차 전지(110)의 전단(110a), 상단(110c), 하단(110d), 및 후단(110b)에 냉매가 흐르도록 구성 시킴으로써, 이차 전지(110)의 직접 냉각시켜 냉각 속도 및 효율성을 극대화하였다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2와 함께 도 6을 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(220)는, 상기 셀 어셈블리(100)의 전방 또는 후방에 위치될 수 있다. 또한, 상기 버스바 어셈블리(220)는 상기 복수의 이차 전지(110) 각각에 구비된 상기 전극 리드(111)에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바(221)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 버스바(221)는, 전기 전도율이 비교적 높은 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 구성의 버스바(221)는, 상기 복수의 이차 전지(110)의 제1 전극 리드(111A) 및 제2 전극 리드(111B) 중 적어도 하나 이상과 접촉하여 이차 전지(110)들 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들면, 상기 버스바(221)는, 동일 극성의 복수의 전극 리드(111) 또는 다른 극성의 복수의 전극 리드(111)와 접촉하여 이차 전지(110)들 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
더욱이, 상기 버스바(221)는, 금속 플레이트 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 플레이트 형상은 일방향으로 길게 연장된 바(bar) 형상일 수 있다. 그리고, 상기 금속은, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 니켈 등을 포함하는 합금일 수 있다. 나아가, 상기 버스바(221)의 바 형상은 적어도 1회 이상 절곡된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 버스바(221)는 사각 프레임 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 버스바(221)의 일단부는 상기 센싱 회로기판(250)과 전기적으로 연결될 수 있다. 더욱이, 상기 센싱 회로기판(250)은, 복수의 이차 전지(110)의 전압, 전류 등을 측정하도록 측정 소자를 구비할 수 있다.
나아가, 상기 버스바 어셈블리(220)는, 버스바 프레임(225)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 버스바 프레임(225)은, 전기 절연성의 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 버스바 프레임(225)은, 폴리염화비닐 등의 플라스틱 소재를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 버스바 프레임(225)은, 상기 버스바(221)가 외측면에 탑재될 수 있다. 또한, 상기 버스바(221)는 상기 버스바 프레임(225)에 체결 볼트를 통해 고정되거나, 상기 버스바 프레임(225) 외측면에 끼움홈(225H)이 형성되어, 상기 버스바(221)를 삽입 고정시킬 수 있다.
또한, 다시 도 3과 함께 도 6을 참조하면, 상기 버스바 프레임(225)에는, 상기 이차 전지(110)의 전극 리드(111)가 삽입되기 위한 삽입구(H1)가 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 전극 리드(111)는, 상기 삽입구(H1)에 삽입되어 전방 또는 후방으로 돌출되다가, 상기 전극 리드(111)의 단부가 좌 방향 또는 우 방향으로 절곡되어 상기 버스바(221)의 외측면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 삽입구(H1)는, 외부에서 유입된 냉매가 상기 방열 플레이트(130)의 유입부(131A)로 이동할 수 있는 이동 통로 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 방열 플레이트(130)의 배출부(131B)에 근접한 버스바 어셈블리(220)의 삽입구(H1)의 경우에는 상기 배출부(131B)로부터 배출된 냉매가 외부로 빠져나갈 수 있는 이동 통로로 이용될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 엔드 커버(230)는, 상기 버스바 어셈블리(220)의 외측면에 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 배터리 모듈(200)의 전방에 위치한 엔드 커버(230)는 전방에 위치한 버스바 어셈블리(220)의 전면에 결합될 수 있고, 상기 배터리 모듈(200)의 후방에 위치한 엔드 커버(230)는 후방에 위치한 버스바 어셈블리(220)의 후면에 결합될 수 있다. 이때, 결합 방식은 볼트 체결 및/또는 후크 결합 방식을 사용할 수 있다.
다시 도 1, 도 2, 및 도 6을 참조하면, 상기 엔드 커버(230)에는, 냉매가 외부에서 배터리 모듈(200)의 내부로 유입되거나 내부에서 외부로 배출되도록 벤트홀(H2)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 벤트홀(H2)은, 상기 엔드 커버(230)와 결합되는 버스바 어셈블리(220)의 버스바 프레임(225)에 형성된 삽입구(H1)와 연통되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 버스바 프레임(225)의 삽입구(H1)는, 상기 방열 플레이트(130)의 유입부(131A) 또는 배출부(131B)와 연통되어 있으므로, 상기 엔드 커버(230)의 벤트홀(H2)은, 상기 방열 플레이트(130)에 형성된 냉매 이동부(132)에 냉매를 유통시킬 수 있도록 상기 방열 플레이트(130)의 유입부(131A)와 연결된 구조를 가질 수 있다.
더욱이, 상기 사이드 플레이트(240)는 복수개 구비될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 사이드 플레이트(240)는 상기 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향의 양측면 각각을 감싸도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 사이드 플레이트(240)는, 배터리 모듈(200)에 있어서, 외장재 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 사이드 플레이트(240)는, 배터리 모듈(200)에 구조적 안정성을 부여하고, 충격이나 물질 등 외부의 다른 물리적인 요소로부터 셀 어셈블리(100)와 같은 내부에 수납된 구성요소들을 보호하는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 사이드 플레이트(240)는, 스테인리스 스틸, 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
특히, 알루미늄을 포함하는 금속 재질로 사이드 플레이트(240)를 구성할 경우, 알루미늄의 높은 열 전도성을 이용하여 셀 어셈블리(100)에서 발생된 열을 사이드 플레이트(240) 외부로 효과적으로 방출할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 모듈(200)에는 2개의 사이드 플레이트(240)가 구비되고, 상기 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향의 양측면 각각을 감싸도록 각각이 배치될 수 있다.
다시 도 2와 함께, 도 4를 참조하면, 상기 방열 플레이트(130)는, 베이스 플레이트(133) 및 상기 베이스 플레이트(133)로부터 연장된 측벽(135)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 베이스 플레이트(133)는, 상기 이차 전지(110)의 수납부(115)가 형성된 일측면과 대면하도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 베이스 플레이트(133)는, 상기 이차 전지(110)의 좌우 측면과 대면하도록 세워진 형태로 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(133)의 좌측면은, 상기 방열 플레이트(130)에 내부에 수용된 이차 전지(110)의 수납부(115)와 대면하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 베이스 플레이트(133)의 우측면은, 인접한 다른 하나의 이차 전지(110)의 수납부(115)와 대면하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 방열 플레이트(130)에 형성된 베이스 플레이트(133)의 양측면은, 2개의 이차 전지(110)의 수납부(115)와 대면하도록 구성됨으로써, 상기 셀 어셈블리(100)의 이차 전지(110)에 발생된 열을 방열 플레이트(130)로 높은 전도율로 전도 시킬 수 있다. 또한, 이렇게 전도된 열은, 상기 방열 플레이트(130)의 개방된 상부 또는 하부로 열을 방출 시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 방열 플레이트(130)는 상기 셀 어셈블리(100)의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 방열 플레이트(130)의 측벽(135)은, 상기 베이스 플레이트(133)의 외주에서, 상기 이차 전지(110)의 전단(110a), 상단(110c), 하단(110d), 및 후단(110b)을 감싸도록, 상기 이차 전지(110)가 위치한 방향으로 연장될 수 있다. 더욱이, 상기 측벽(135)은, 적어도 일부위에 상기 이차 전지(110)의 수납부(115)의 전단부(115a), 상단부(115c), 하단부(115d), 및 후단부(115b)와 소정의 거리로 이격된 공간이 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 측벽(135)의 연장된 방향의 단부는 상기 이차 전지(110)의 수납부(115)와 이격되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 냉매 이동부(132)는, 상기 수납부(115)의 전단부(115a), 상단부(115c), 하단부(115d), 및 후단부(115b)와 상기 방열 플레이트(130)의 측벽(135) 간의 이격 공간으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 냉매 이동부(132)는, 냉매가 순차적으로 상기 수납부(115)의 전단부(115a), 상단부(115c), 및 후단부(115b)로 이동하거나, 상기 수납부(115)의 전단부(115a), 하단부(115d), 및 후단부(115b)로 이동하도록 이동 공간이 형성될 수 있다.
나아가, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방열 플레이트(130)의 측벽(135)은, 전단 측벽(135a), 후단 측벽(135b), 상단 측벽(135c), 및 하단 측벽(135d)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전단 측벽(135a), 후단 측벽(135b), 상단 측벽(135c), 및 하단 측벽(135d)은 소정 거리로 상기 수납부(115)의 전단부(115a), 하단부(115d), 및 후단부(115b)와 이격되어 냉매 이동부(132)를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 방열 플레이트(130)는, 냉매가 상기 이차 전지(110)의 수납부(115)의 외주변을 이동하도록 냉매 이동부(132)를 형성시킴으로써, 실제로 열 발생이 집중되는 이차 전지(110)의 수납부(115)를 직접적으로 냉각시킬 수 있고, 냉매가 큰 저항을 받지 않으면서 이동할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 냉각을 효과적으로 수행할 수 있다.
더욱이, 상기 방열 플레이트(130)의 상기 전단 측벽(135a) 또는 상기 후단 측벽(135b) 내면의 상부 및 하부에는, 상기 복수의 이차 전지(110)가 배열된 방향으로 융기된 코너부(136)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 코너부(136)는, 상기 방열 플레이트(130)의 내면의 전단부 및 후단부 각각에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 방열 플레이트(130)가 측면에서 바라본 형태가 사각형일 경우, 사각형의 각각의 코너에 코너부(136)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방열 플레이트(130)의 상기 전단 측벽(135a)과 상기 상단 측벽(135c) 사이의 코너에는, 상기 베이스 플레이트(133)의 내면의 일부위가 상기 복수의 이차 전지(110)가 배열되는 방향(좌우 방향)으로 융기된 코너부(136)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 코너부(136)는, 상기 전단 측벽(135a) 또는 상기 후단 측벽(135b)에서 상기 상단 측벽(135c) 또는 하단 측벽(135d)으로 연장된 경사면(136S)을 가진 수 있다. 구체적으로, 상기 코너부(136)는, 냉매가 상기 이차 전지(110)의 전단부(110a)에서 상단부(110c) 또는 하단부(110d)로 이동하는 것을 가이드 하도록 경사면(136S)을 가질 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방열 플레이트(130)의 전단 측벽(135a)의 상부에 형성된 코너부(136)는, 상기 전단 측벽(135a)에서 상기 상단 측벽(135c)으로 연장되는 경사면(136S)을 가질 수 있다. 또한, 상기 방열 플레이트(130)의 전단 측벽(135a)의 하부에 형성된 코너부(136)는, 상기 전단 측벽(135a)에서 상기 하단 측벽(135d)으로 연장되는 경사면(136S)을 가질 수 있다.
더욱이, 상기 방열 플레이트(130)의 후단 측벽(135b)의 상부에 형성된 코너부(136)는, 상기 후단 측벽(135b)에서 상기 상단 측벽(135c)으로 연장되는 경사면(136S)을 가질 수 있다. 그리고, 상기 방열 플레이트(130)의 후단 측벽(135b)의 하부에 형성된 코너부(136)는, 상기 후단 측벽(135b)에서 상기 하단 측벽(135d)으로 연장되는 경사면(136S)을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 코너부(136)는 경사면(136S)을 가짐으로써, 냉매가 상기 이차 전지(110)의 전단부(110a)에서 상단부(110c) 또는 하단부(110d)로 이동하는 것을 유도할 수 있어, 냉매를 의도한 방향으로 큰 저항 없이 이동할 수 있게 도울 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 냉매 이동 정체로 인한 냉각 효과의 저하가 적고, 배터리 모듈(200)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4와 함께 도 5 및 도 7을 참조하면, 상기 코너부(136)에는 다른 하나의 방열 플레이트(130)가 위치한 방향으로 돌출된 체결 돌기(136P)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 체결 돌기(136P)는 상기 코너부(136)의 융기된 상면에서 적어도 일부위가 돌출되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방열 플레이트(130)의 좌측면에는 4개의 체결 돌기(136P)가 각각의 코너부(136)에 돌출 형성될 수 있다.
나아가, 상기 방열 플레이트(130)에는 다른 하나의 방열 플레이트(130)에 형성된 체결 돌기(136P)가 삽입되도록 내입된 삽입홈(136H)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 삽입홈(136H)의 내부 형상은 상기 체결 돌기(136P)가 삽입 고정될 수 있는 형상으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 방열 플레이트(130)의 우측면에는 4개의 삽입홈(136H)이 형성될 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 6개의 방열 플레이트(130)는 상기 체결 돌기(136P)가 상기 삽입홈(136H)에 삽입되는 방식으로 적층 배열될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 복수의 방열 플레이트(130)가 체결 돌기(136P) 및 삽입홈(136H)을 이용하여 서로 체결되면서 손쉽게 고른 배열을 이룰 수 있어, 배터리 모듈(200)의 제조 효율성을 높일 수 있다.
또한, 상기 방열 플레이트(130)의 측벽(135)에는, 상기 측벽(135)의 적어도 일부위가 상기 이차 전지(110)의 외면을 밀착 지지하도록 그립부(137)가 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 그립부(137)는 상기 측벽(135)의 일부위가 상기 베이스 플레이트(133)로부터 외측 방향으로 경사지고 볼록하게 연장된 형태일 수 있다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 방열 플레이트(130)의 전단 측벽(135a), 상단 측벽(135c), 하단 측벽(135d), 및 후단 측벽(135b)에는, 상기 베이스 플레이트(133)로부터 외측 방향으로 경사지게 연장된 형태인 그립부(137)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 방열 플레이트(130)는 그립부(137)의 내면에 의해 상기 이차 전지(110)의 수납부를 안정적으로 밀착 수납하고, 상기 방열 플레이트(130)와 이차 전지(110) 간의 접촉 면적을 늘려 이차 전지(110)의 냉각 효과를 높일 수 있다.
그리고, 상기 그립부(137)에는, 상 방향 또는 하 방향으로 돌출된 적어도 둘 이상의 받침턱(137T)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 받침턱(137T)은, 상기 방열 플레이트(130)의 외면에 장착되는 상기 사이드 플레이트(240)의 상단 측벽(도 1, 240a) 또는 하단 측벽(도 1, 240b)의 내면을 지지 고정하도록 융기되어 형성된 구조이다.
즉, 상기 사이드 플레이트(240)의 상단 측벽(240a) 또는 하단 측벽(240b)의 내면이 수평한 면을 가진다면, 상기 받침턱(137T)은, 상기 그립부(137)로부터 수평한 외면을 가지도록 상부 또는 하부 방향으로 융기되어 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 도 5를 참조하면, 상기 방열 플레이트(130)의 상단 측벽(240a)의 외면에는 11개의 받침턱(137T)이 상기 그립부(137)로부터 상부 방향으로 융기되어 형성될 수 있고, 상기 방열 플레이트(130)의 하단 측벽(240b)의 외면에는 11개의 받침턱(137T)이 상기 그립부(137)로부터 하부 방향으로 융기되어 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 이러한 구성에 의하면, 상기 그립부(137)에 형성된 받침턱(137T)은, 상기 방열 플레이트(130)와 결합되는 사이드 플레이트(240)를 손쉽게 탑재 고정할 수 있도록 구성되어 있어, 제조 효율성을 높일 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 엔드 커버를 개략적으로 나타낸 후면 사시도이다. 그리고, 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성인 엔드 커버를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
다시 도 6과 함께, 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 엔드 커버(230)의 내측면(230a)에는 판 스프링(232)이 탑재될 수 있다. 구체적으로, 상기 판 스프링(232)은, 상기 버스바(221) 상에 접촉된 상기 전극 리드(111)의 단부를 상기 버스바(221)가 위치한 방향으로 가압하도록 위치될 수 있다.
또한, 상기 판 스프링(232)은, 상하 방향으로 길게 연장된 플레이트 형상일 수 있다. 그리고, 상기 플레이트 형상의 판 스프링(232)의 상단과 하단이 상기 엔드 커버(230)에 내부에 삽입되어 고정될 수 있다. 나아가, 상기 판 스프링(232)의 중앙 부위는 전후 방향의 가압력을 발휘할 수 있는 탄성을 가지도록 전후 방향으로 휘어진 곡선 형태일 수 있다.
예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 엔드 커버(230)의 내측면(230a)에는 7개의 판 스프링(232)이 탑재될 수 있다. 또한, 7개의 판 스프링(232) 각각은 상기 버스바(221)에 접촉된 전극 리드(111)의 외면을 가압 고정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 전극 리드(111)와 상기 버스바(221) 간의 전기적 연결을 위한 용접 공정을 생략할 수 있고, 상기 엔드 커버(230)를 상기 버스바 어셈블리(220)에 간단히 체결하는 것만으로, 신뢰할 수 있는 접속 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 배터리 모듈(200)의 제조 공정을 단축하여 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 상기 엔드 커버(230)의 좌우 방향의 양 측단부에는 상기 버스바 어셈블리(220)와 결합하기 위한 후크 구조(233)가 형성될 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 버스바 프레임(225)의 좌우 방향의 양측부에는 상기 엔드 커버(230)의 후크 구조(233)가 체결될 수 있는 체결구(H3)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 엔드 커버(230)를 상기 버스바 어셈블리(220) 상에서 내부 방향으로 가압하는 것만으로, 상기 엔드 커버(230)를 상기 버스바 프레임(225)에 체결하는 것이 가능하므로, 조립 공정이 단순하고 빠르게 진행될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 엔드 커버(230)는, 외측면(230b) 적어도 일부위가 허니콤 구조(234)로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 허니콤 구조(234)는, 상기 판 스프링(232)이 탑재된 일면의 반대면에 형성될 수 있다. 즉, 상기 엔드 커버(230)는, 상기 버스바 어셈블리(220)와의 결합 과정에서 판 스프링(232)과 버스바(221)와의 충돌이 발생되고, 이때, 충돌의 힘이 상기 엔드 커버(230)에 전달되어 엔드 커버(230)의 파손을 일으킬 가능성이 있다.
이를 위해, 본 발명은, 상기 판 스프링(232)이 탑재된 상기 엔드 커버(230)의 내측면(230a)의 반대면(230b)(외측면)에 허니콤 구조(234)를 형성시킴으로써, 상기 엔드 커버(230)를 체결하는 과정이나 외부 물체가 상기 엔드 커버(230)와 충돌하는 것으로 인해 상기 엔드 커버(230)가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대한 일부 구성들을 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 10을 참조하면, 상기 버스바 어셈블리(220)의 상기 버스바 프레임(도 6의 225)에는, 상기 이차 전지(110)의 수납부(115)가 위치한 방향으로 돌출된 스토퍼(235)가 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 스토퍼(235)는, 상기 이차 전지(110)가 전방 또는 후방으로 이동하는 것을 저지하도록 돌출 형성될 수 있다. 그리고, 상기 스토퍼(235)의 연장된 방향의 단부는 상기 이차 전지(110)의 수납부(115)의 전단부 또는 후단부와 대면하도록 위치될 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 버스바 어셈블리(220)의 버스바 프레임의 내측면에는 6개의 스토퍼(235)가 형성될 수 있고, 6개의 스토퍼(235) 각각은 상기 이차 전지(110)의 수납부(115)와 마주보도록 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 스토퍼(235)는, 상기 배터리 모듈(200)이 외부 힘에 의해 전방 또는 후방으로 갑작스럽게 힘이 가해져, 상기 배터리 모듈(200) 내부에 위치한 복수의 이차 전지(110)가 전방 또는 후방으로 이동되는 것을 효과적으로 방지함으로써, 상기 이차 전지(110)의 전극 리드(111)와 버스바(221)의 연결 구조에 파손이 발생하거나, 상기 이차 전지(110) 내부 구성이 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 스토퍼(235)는 상면 및 하면 보다 넓은 면적의 좌우 방향의 측면(235a)을 가진 플레이트 형상일 수 있다. 그리고, 상기 스토퍼(235)의 좌측면 또는 우측면에는 상기 버스바 프레임(225)의 삽입구(도6, H1)로 유입된 냉매를 의도된 방향으로 가이드 하도록 유도 돌기(235P)가 형성될 수 있다. 나아가, 상기 유도 돌기(235P)는, 상기 버스바 어셈블리(220)의 상기 버스바 프레임(도 6, 225)의 삽입구(H1)로 유입된 냉매를 상하 방향으로 분산 시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 유도 돌기(235P)는, 전후 방향으로 연장된 바(bar, 235P1) 및 상하 방향으로 연장된 바(235P2)가 결합된 형태일 수 있다. 즉, 상기 유도 돌기(235P)는 수평방향으로 눕혀진 'T'자 형태일 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 버스바 어셈블리(220)의 상기 버스바 프레임에 형성된 6개의 스토퍼(235) 각각의 우측면(235a)에는 수평으로 눕혀진 'T'자형의 유도 돌기(235P)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 유도 돌기(235P)는, 외부에서 유입된 냉매를 상하 방향으로 이동하도록 유도 시킴으로써, 상기 방열 플레이트(130)의 수용된 이차 전지(110)의 수납부(115)의 상단 및 하단으로 냉매가 이동하도록 유도할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 유도 돌기(235P)는, 상기 배터리 모듈(200) 내부로 유입된 냉매를 냉매 이동부(132)로 효과적으로 유도 시킬 수 있으므로, 냉매 이동의 정체 없이, 원활하게 냉매가 이동할 수 있어, 상기 배터리 모듈(200)의 복수의 이차 전지(110)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 상기 센싱 회로기판(250)은 상기 복수의 버스바(221)와 전기적으로 연결되도록 접속홀(H4)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 버스바(221)의 일단부에는 상기 센싱 회로기판(250)에 형성된 접속홀(H4)에 삽입되도록 접속돌기(235P)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 센싱 회로기판(250)은, 상기 버스바 어셈블리(220)의 외측면의 하단에 탑재될 수 있다. 또한, 상기 4개의 버스바(221) 각각의 하단에는 상기 센싱 회로기판(250)의 형성된 접속홀(H4)과 접속하기 위한 접속돌기(235P)가 형성될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)을 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 배터리 팩은, 에너지 저장시스템과 같은 디바이스에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디바이스는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 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.
[부호의 설명]
200: 배터리 모듈, 100: 셀 어셈블리
110: 이차 전지, 115: 수납부
130: 방열 플레이,트 131A: 유입부
131B: 배출부, 132: 냉매 이동부
133: 베이스 플레이,트 135: 측벽
136: 코너,부 136S: 경사면
136P: 체결 돌기, 136H: 삽입홈
137: 그립부, 137T: 받침턱
220: 버스바 어셈블리, 221: 버스바
225: 버스바 프레,임 H1: 삽입구
230: 엔드 커버, 232: 판 스프링
234: 허니콤 구조, 235: 스토퍼
235P: 유도 돌기, H2: 벤트홀
240: 사이드 플레이트, 250: 센싱 회로기판
본 발명은 배터리 모듈 및 그것을 복수개 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 배터리 모듈 및 배터리 팩을 구비한 전자 디바이스, 또는 에너지 저장 시스템, 또는 자동차와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (14)

  1. 좌우 방향으로 배열된 복수의 이차 전지, 및 복수의 이차 전지 사이에 개재되고 외부로부터 냉매가 유입되거나 외부로 배출되도록 전단부 및 후단부의 적어도 일부위가 만입되어 유입부 및 배출부가 형성되며 상기 이차 전지의 전단, 상단, 하단, 및 후단에 냉매가 이동하도록 이동 공간이 형성된 냉매 이동부가 구비된 복수의 방열 플레이트를 구비한 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리의 전방 또는 후방에 위치되고, 상기 복수의 이차 전지 각각에 구비된 전극 리드에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바, 및 상기 버스바가 탑재되고 상기 이차 전지의 전극 리드가 삽입되기 위한 삽입구가 형성된 버스바 프레임을 구비하는 버스바 어셈블리;
    상기 버스바 어셈블리의 외측면에 결합되고, 냉매가 외부로부터 유입되거나 내부에서 외부로 배출되도록 상기 냉매 이동부와 연통된 벤트홀이 형성된 엔드 커버; 및
    상기 셀 어셈블리의 좌우 방향의 양측면 각각을 감싸도록 구성된 복수의 사이드 플레이트
    를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는,
    양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 수납부가 형성되고, 상기 수납부가 양측에 향하도록 세워진 형태로 배치된 외장재를 포함하며,
    상기 방열 플레이트는,
    상기 이차 전지의 수납부가 형성된 일측면과 대면하도록 구성된 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 외주에서 상기 이차 전지의 전단, 상단, 하단, 및 후단을 감싸도록 상기 이차 전지가 위치한 방향으로 연장된 측벽이 형성되고,
    상기 냉매 이동부는, 상기 수납부의 전단부, 상단부, 하단부, 및 후단부와 상기 방열 플레이트의 측벽 간의 이격 공간에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방열 플레이트의 측벽은, 전단 측벽, 후단 측벽, 상단 측벽, 및 하단 측벽을 포함하고,
    상기 전단 측벽 또는 상기 후단 측벽 내면의 상부 및 하부에는 상기 복수의 이차 전지가 배열된 방향으로 융기된 코너부가 형성되며,
    상기 코너부는, 상기 전단 측벽 또는 상기 후단 측벽에서 상기 상단 측벽 또는 하단 측벽으로 연장된 경사면을 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코너부에는 다른 하나의 방열 플레이트가 위치한 방향으로 돌출된 체결 돌기가 형성되고,
    상기 방열 플레이트에는 다른 하나의 방열 플레이트에 형성된 체결 돌기가 삽입되도록 내입된 삽입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 방열 플레이트의 측벽에는 상기 이차 전지의 외면을 밀착 지지하도록 상기 베이스 플레이트로부터 경사지게 연장된 그립부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그립부에는, 상기 사이드 플레이트의 상단 측벽 또는 하단 측벽의 내면을 지지 고정하도록 상 방향 또는 하 방향으로 돌출된 적어도 둘 이상의 받침턱이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 리드는, 상기 버스바 어셈블리의 삽입구에 삽입되고, 상기 전극 리드의 단부가 좌 방향 또는 우 방향으로 절곡된 구조로 상기 버스바에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 엔드 커버의 내측면에는, 상기 버스바 상에 접촉된 상기 전극 리드의 단부를 상기 버스바가 위치한 방향으로 가압하도록 판 스프링이 탑재된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 엔드 커버는, 상기 판 스프링이 탑재된 일면의 반대면의 적어도 일부위가 허니콤 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 버스바 프레임에는, 상기 이차 전지가 전방 또는 후방으로 이동하는 것을 저지하도록 상기 이차 전지의 수납부가 위치한 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상면 및 하면 보다 넓은 면적의 좌우 측면을 가진 플레이트 형상이고,
    상기 스토퍼의 좌측면 또는 우측면에는 상기 삽입구로 유입된 냉매를 상하 방향으로 분산되도록 가이드 하는 유도 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 좌우 방향으로 배열된 복수의 이차 전지, 및 복수의 이차 전지 사이에 개재되고 외부로부터 냉매가 유입되거나 외부로 배출되도록 만입된 유입부 및 배출부가 형성되며 상기 이차 전지의 전단, 상단, 하단, 및 후단에 냉매가 이동하도록 이동 공간이 형성된 냉매 이동부가 구비된 복수의 방열 플레이트를 구비한 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리의 전방 또는 후방에 위치되고, 상기 복수의 이차 전지 각각에 구비된 전극 리드에 전기적으로 접속되는 복수의 버스바, 및 상기 버스바가 탑재되고 상기 이차 전지의 전극 리드가 삽입되기 위한 삽입구가 형성된 버스바 프레임, 및 상기 버스바 프레임에 탑재되고 상기 복수의 버스바와 전기적으로 연결된 센싱 회로기판을 구비하는 버스바 어셈블리;
    상기 버스바 어셈블리의 일면에 결합되고, 냉매가 외부로부터 유입되거나 내부에서 외부로 배출되도록 상기 냉매 이동부와 연통된 벤트홀이 형성된 엔드 커버; 및
    상기 셀 어셈블리의 좌우 방향의 양측면 각각을 감싸도록 구성된 복수의 사이드 플레이트
    를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 따른 배터리 팩을 구비하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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