KR101696314B1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조립성이 좋고 냉각 유로의 밀폐성이 안정적으로 확보될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 일 방향으로 적층된 다수의 카트리지 및 상기 적층된 카트리지의 내부 공간에 수납된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하는 상부 엔드 플레이트; 상기 셀 어셈블리의 하부에 위치하는 하부 엔드 플레이트; 상기 셀 어셈블리의 일 측면에 위치하여 상기 셀 어셈블리의 일 측면을 커버하고, 유입구가 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 유체가 상기 셀 어셈블리의 일 측면으로 유입되도록 구성되며, 상단부가 상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부에 후크 고정되고, 하단부가 상기 하부 엔드 플레이트의 일측 단부에 후크 고정된 유입 덕트; 및 상기 셀 어셈블리의 타 측면에 위치하여 상기 셀 어셈블리의 타 측면을 커버하고, 유출구가 형성되어 상기 셀 어셈블리로부터 배출된 유체가 상기 유출구를 통해 외부로 유출되도록 구성되며, 상단부가 상기 상부 엔드 플레이트의 타측 단부에 후크 고정되고, 하단부가 상기 하부 엔드 플레이트의 타측 단부에 후크 고정된 유출 덕트를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module and battery pack including the same}
본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립성이 좋고 냉각 유로의 밀폐성이 안정적으로 확보될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차, 그리고 이러한 배터리 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
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.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 이차 전지가 포함되며, 이러한 다수의 이차 전지들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다. 배터리 모듈은 이처럼 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다수의 이차 전지가 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미한다고 할 수 있다.
이와 같은 배터리 모듈을 구성할 때, 주요 이슈 중 하나가 냉각의 문제라 할 수 있다. 이차 전지는 충방전을 반복하는 과정에서 자체적으로 열을 발생시킬 수 있으며, 배터리 모듈은 다수의 이차 전지가 좁은 공간에 밀집되어 있기 때문에 배터리 모듈은 사용 중에 온도가 크게 상승할 수 있다. 더욱이, 자동차나 전력저장장치 등과 같은 중대형 장치는 실외에서 사용되는 경우가 많으므로 여름과 같은 고온 상황에서는 이에 장착된 배터리 모듈의 온도는 더욱 크게 상승할 수 있다. 그런데, 배터리 모듈에 포함된 이차 전지는 그 온도가 적정 온도보다 높아지는 경우 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 따라서, 배터리 모듈을 구성함에 있어서 냉각 성능을 확보하는 것은 매우 중요한 문제이다.
배터리 모듈의 냉각 방식에는 크게 공냉식과 수냉식, 두 가지를 들 수 있는데, 누전이나 이차 전지의 방수 문제 등으로 인해 공냉식이 널리 이용되고 있다. 이러한 공냉식의 냉각 방식은 이차 전지 주변에 냉각 핀이라고도 불리는 냉각 플레이트를 위치시키고, 이러한 냉각 플레이트 주변에 냉각 유로를 형성하여, 냉각 유로로 공기와 같은 냉각 유체가 유입되도록 함으로써, 냉각 유체가 이차 전지와 열교환을 수행할 수 있도록 하는 것이 일반적이다.
그런데, 종래 배터리 모듈 구성에 의하면, 냉각 유로의 밀폐성이 제대로 확보되지 못하는 문제가 있다. 이처럼, 냉각 유로의 밀폐성이 제대로 확보되지 못하면, 냉각 유체가 냉각 유로로 제대로 유입되지 못하게 되어 냉각 효율이 크게 떨어질 수 있어 이차 전지의 성능이 저하되거나, 이차 전지의 발화 또는 폭발과 같은 사고를 일으킬 수 있다. 또한, 냉각 유로의 밀폐성이 제대로 확보되지 못하는 경우, 이차 전지 등에서 발생한 유해 가스가 냉각 유로로 유입될 수 있고, 냉각 유로로 유입된 유해 가스는 사용자, 이를테면 자동차의 탑승자에게 전달될 수 있어, 사용자의 건강에 이상을 일으키는 것은, 자동차 사고 등을 유발할 수 있어 문제가 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 냉각 유로의 밀폐성을 향상시켜 냉각 성능을 안정적으로 확보하는 한편, 냉각 유로로 유해 가스가 유입되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈과 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차, 그리고 이러한 배터리 모듈 제조 방법을 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, 일 방향으로 적층된 다수의 카트리지 및 상기 적층된 카트리지의 내부 공간에 수납된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하는 상부 엔드 플레이트; 상기 셀 어셈블리의 하부에 위치하는 하부 엔드 플레이트; 상기 셀 어셈블리의 일 측면에 위치하여 상기 셀 어셈블리의 일 측면을 커버하고, 유입구가 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 유체가 상기 셀 어셈블리의 일 측면으로 유입되도록 구성되며, 상단부가 상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부에 후크 고정되고, 하단부가 상기 하부 엔드 플레이트의 일측 단부에 후크 고정된 유입 덕트; 및 상기 셀 어셈블리의 타 측면에 위치하여 상기 셀 어셈블리의 타 측면을 커버하고, 유출구가 형성되어 상기 셀 어셈블리로부터 배출된 유체가 상기 유출구를 통해 외부로 유출되도록 구성되며, 상단부가 상기 상부 엔드 플레이트의 타측 단부에 후크 고정되고, 하단부가 상기 하부 엔드 플레이트의 타측 단부에 후크 고정된 유출 덕트를 포함한다.
바람직하게는, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트 중 적어도 하나는, 상기 셀 어셈블리의 측면과 볼트 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트 중 적어도 하나는, 좌측 단부 및 우측 단부가 상기 셀 어셈블리의 측면과 볼트 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 셀 어셈블리는, 상기 카트리지에 볼트 체결공이 형성되어, 상기 유입 덕트 또는 상기 유출 덕트를 관통한 볼트가 상기 볼트 체결공에 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부 및 타측 단부는 하부 방향으로 절곡된 형태의 하부 절곡부를 구비하고, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트의 상단부는 내측에 상부 방향으로 절곡된 형태의 상단 수직 절곡부를 구비하여, 상기 하부 절곡부와 상기 상단 수직 절곡부가 상호 후크 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 하부 엔드 플레이트의 일측 단부 및 타측 단부는 상부 방향으로 절곡된 형태의 상부 절곡부를 구비하여, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트의 하단부가 상기 상부 절곡부의 내측에 끼워지는 형태로 후크 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트는 하단부에 셀 어셈블리가 위치하는 측 수평 방향으로 절곡된 형태의 하단 수평 절곡부를 구비하고, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 하부 엔드 플레이트의 상부 사이에는 삽입홈이 구비되어, 상기 하단 수평 절곡부가 상기 삽입홈에 삽입된다.
또한 바람직하게는, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트는, 내측이 상기 셀 어셈블리의 측면에 접촉하여 밀폐되도록 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트는, 상기 셀 어셈블리의 일측면 및 타측면에 각각 둘 이상 포함된다.
또한 바람직하게는, 상기 카트리지는, 둘 이상의 단위 카트리지가 측면이 결합된 형태로 구성되고, 상기 단위 카트리지마다 물리적으로 분리된 별도의 냉각 유로가 형성되어, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트는 상기 냉각 유로마다 각각 1개씩 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 카트리지는, 상부 냉각 플레이트 및 하부 냉각 플레이트를 구비하여 상기 상부 냉각 플레이트와 상기 하부 냉각 플레이트 사이에 냉각 유로가 형성되고, 상기 상부 냉각 플레이트의 상부에 하나의 이차 전지가 수납되며, 상기 하부 냉각 플레이트의 하부에 다른 하나의 이차 전지가 수납되도록 구성된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법은, 다수의 이차 전지 및 카트리지를 구비하는 셀 어셈블리, 상부 엔드 플레이트, 하부 엔드 플레이트, 유입 덕트 및 유출 덕트를 포함하는 배터리 모듈을 제조하는 방법으로서, 상기 하부 엔드 플레이트의 상부에 상기 셀 어셈블리를 안착시키는 단계; 상기 하부 엔드 플레이트의 일측 단부에 상기 유입 덕트의 하단부를 후크 고정시키고, 상기 하부 엔드 플레이트의 타측 단부에 상기 유출 덕트의 하단부를 후크 고정시키는 단계; 및 상기 유입 덕트의 상단부에 상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부를 후크 고정시키고, 상기 유출 덕트의 상단부에 상기 상부 엔드 플레이트의 타측 단부를 후크 고정시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트의 상단부에 상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부 및 타측 단부를 고정시키는 단계 이후에, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트 중 적어도 하나를 상기 셀 어셈블리의 측면에 볼트 결합시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지 사이에 개재된 냉각 플레이트 주변에 형성된 냉각 유로의 밀폐성이 안정적으로 확보될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈의 경우, 유입 덕트나 유출 덕트가 상부 엔드 플레이트 및 하부 엔드 플레이트와 후크 결합에 의해 고정됨으로써, 배터리 모듈의 조립이 간단하게 이루어질 수 있을 뿐 아니라, 이들 사이가 안정적으로 고정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면 유입 덕트나 유출 덕트와 셀 어셈블리가 견고하게 밀착 고정될 수 있어, 유입 덕트나 유출 덕트와 셀 어셈블리 사이의 접촉 부분 사이로 냉각 유체 또는 외부의 유해 가스가 유출입되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 유입 덕트나 유출 덕트가 셀 어셈블리와 볼트 결합 고정됨으로써, 유입 덕트나 유출 덕트와 셀 어셈블리 사이의 실링성이 더욱 좋아질 수 있다.
그러므로, 본 발명에 의하면, 배터리 모듈의 냉각 성능이 개선되는 한편, 이차 전지 등에서 발생한 유해 가스가 냉각 유로로 유입되는 것을 방지하여 자동차 탑승자 등이 냉각 유로를 통해 유입된 유해 가스를 흡입함으로써 인체에 해를 끼치거나 사고를 유발하는 것을 방지할 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 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 3에 도시된 카트리지를 이용하여 이차 전지를 적층하는 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 5는, 도 4에 대한 결합 사시도이다.
도 6은, 도 2의 A-A'선에 대한 단면도이다.
도 7은, 도 6의 B1 부분에 대한 확대도이다.
도 8은, 도 6의 B2 부분에 대한 확대도이다.
도 9는, 도 6의 B3 부분에 대한 확대도이다.
도 10은, 도 6의 B4 부분에 대한 확대도이다.
도 11은, 도 3에 도시된 이차 전지용 카트리지의 분리 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
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 아니되며, 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 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 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성에 대한 결합 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100), 상부 엔드 플레이트(200), 하부 엔드 플레이트(300), 유입 덕트(400) 및 유출 덕트(500)를 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 하나 이상의 이차 전지를 구비한다. 특히, 배터리 모듈에 있어서, 상기 셀 어셈블리(100)는, 다수의 이차 전지를 구비하는 이차 전지의 집합체일 수 있다. 여기서, 셀 어셈블리(100)에 포함되는 이차 전지는 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이 경우, 파우치형 이차 전지는, 일 방향, 이를테면 도면에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.
이러한 이차 전지의 적층을 용이하게 하기 위해, 상기 셀 어셈블리(100)는 카트리지(110)를 포함할 수 있다. 여기서, 카트리지(110)는 이차 전지를 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 적층용 프레임 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지(110)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3에 도시된 카트리지(110)를 이용하여 이차 전지를 적층하는 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이고, 도 5는 도 4에 대한 결합 사시도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 1개의 카트리지(110)는, 냉각 플레이트(111) 및 이러한 냉각 플레이트(111)의 테두리를 따라 배치된 메인 프레임(112)을 구비할 수 있다. 특히, 메인 프레임(112)은 사각 링 형태로 구성되어, 중앙의 빈 부분에 이차 전지(120)가 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 메인 프레임(112)은 상하 방향으로 적층 가능하도록 상부 및 하부에 적층을 위한 돌출부 및 홈 등이 형성될 수 있다. 또한, 냉각 플레이트(111)는 이차 전지(120)와 열교환을 수행하기 위해 알루미늄과 같은 열 전도성 재질로 구성될 수 있다. 특히, 상기 카트리지(110)는, 냉각 플레이트(111) 주변에 냉각 유로(P)가 형성되어 냉각 유로(P)로 냉각 유체가 흐르도록 구성될 수 있다.
다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 2개의 카트리지(110)가 상하 방향으로 적층되는 구성이 도시되어 있으며, 이러한 2개의 카트리지(110) 사이에 2개의 이차 전지(120)가 개재되는 형태가 도시되어 있다. 따라서, 카트리지(110)를 3개 이상으로 상하 방향으로 적층하면, 4개 이상의 많은 이차 전지를 적층시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 셀 어셈블리(100)는, 일 방향으로 적층된 다수의 카트리지(110) 및 이와 같이 적층된 카트리지(110)의 내부 공간에 수납된 다수의 이차 전지를 구비한다고 할 수 있다.
또한, 다수의 카트리지(110)를 적층하여 셀 어셈블리(100)를 구성하는 경우, 이차 전지는 카트리지(110)에 의해 감싸지게 되며, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 리드를 제외하고는 이차 전지가 카트리지(110)의 외부로 노출되지 않도록 구성될 수 있다.
이처럼, 카트리지(110)는, 이차 전지를 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 이차 전지의 조립을 가이드하도록 구성될 수 있다.
한편, 도 5에서, 이차 전지는 상하 방향으로 적층된 형태를 기준으로 도시되어 있으나, 이차 전지는 수평 방향 등 다른 다양한 형태로 적층될 수 있음은 물론이다.
상기 상부 엔드 플레이트(200) 및 상기 하부 엔드 플레이트(300)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 셀 어셈블리(100)의 상부 및 하부에 위치하여 셀 어셈블리(100)와 적어도 일부 접촉하는 구성요소이다. 이러한 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300)는 넓은 면적을 가진 플레이트 형태로 구성되어, 셀 어셈블리(100)의 상부 및 하부를 각각 커버하도록 구성될 수 있다. 이러한 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300)는, 배터리 모듈에 대한 기계적 지지력 및 견고성을 제공하고, 셀 어셈블리(100)의 상부와 하부에서 셀 어셈블리(100)를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300)는 강성이 확보될 수 있도록 스틸 등의 금속 재질로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이러한 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300)의 특정 재질로 한정되는 것은 아니다.
셀 어셈블리(100)는, 이러한 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300) 사이에 개재되는 형태로 구성될 수 있으며, 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300) 사이에서 고정될 수 있다. 이를 위해, 상부 엔드 플레이트(200) 및 하부 엔드 플레이트(300)에는 셀 어셈블리(100)와 결합하기 위한 구성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)에는 테두리에 상하 방향의 삽입홀이 형성될 수 있으며, 이 경우 하부 엔드 플레이트(300)에는 이에 대응되는 위치에 삽입봉(R)이 구비되어, 하부 엔드 플레이트(300)의 각 삽입봉(R)이 셀 어셈블리(100)의 삽입홀에 삽입됨으로써 셀 어셈블리(100)가 하부 엔드 플레이트(300)에 고정되도록 할 수 있다. 그리고, 상부 엔드 플레이트(200)에는 이러한 하부 엔드 플레이트(300)의 삽입봉을 삽입하기 위한 홀이 형성되어 삽입봉이 삽입된 후 너트 등으로 고정되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300) 사이에서 셀 어셈블리(100)는 안정적으로 고정될 수 있다. 더욱이, 셀 어셈블리(100)에 삽입홀이 형성되기 위해, 셀 어셈블리(100)에 구비된 다수의 카트리지(110)에 도 5에서 H1으로 표시된 바와 같은 삽입홀이 형성될 수 있는데, 하부 엔드 플레이트(300)의 동일한 삽입봉(R)이 다수의 카트리지(110)에 형성된 삽입홀(H1)을 모두 삽입 관통됨으로써, 각 카트리지(110) 간 상호 결합 고정력이 보다 강화될 수 있다.
상기 유입 덕트(400)는, 셀 어셈블리(100)의 일 측면에 위치하여 셀 어셈블리(100)의 해당 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유입 덕트(400)는 셀 어셈블리(100)의 네 측면 중, 전방 측에 위치하여 전방 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 이때, 유입 덕트(400)는, 셀 어셈블리(100)의 전방 측면을 커버할 수 있도록 전방 측면에 대응하는 형태 및 크기로 구성될 수 있다.
상기 유입 덕트(400)는, 적어도 일측에 유입구(401)가 형성되어, 이러한 유입구(401)를 통해 배터리 모듈 외부의 유체가 유입되도록 할 수 있다. 그리고, 상기 유입 덕트(400)는, 이와 같이 유입구(401)를 통해 유입된 유체가 셀 어셈블리(100)의 일 측면으로 유입되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 구성에서, 상기 유입 덕트(400)는, 유입구(401)를 통해 전방 측에서 유입된 공기가 후방 측으로 이동되어, 유입 덕트(400)의 후방에 위치한 셀 어셈블리(100)의 전방측으로 유입되도록 구성될 수 있다.
특히, 상기 유입 덕트(400)는, 상단부와 하단부가 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300)에 각각 후크 결합으로 고정되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 6은, 도 2의 A-A'선에 대한 단면도이다. 그리고, 도 7은 도 6의 B1 부분에 대한 확대도이고, 도 8은 도 6의 B2 부분에 대한 확대도이다.
먼저, 도 6 및 도 7을 참조하면, 유입 덕트(400)의 상단부는 상부 엔드 플레이트(200)의 일측 단부, 즉 우측(도 6 및 도 7 기준) 단부에 후크 고정되도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 구성을 위해, 상기 유입 덕트(400)의 상단부는 내측(여기서, 내측이란 셀 어셈블리(100)가 위치하는 측, 도 7의 좌측)에 상부 방향으로 절곡된 형태의 상단 수직 절곡부(410)를 구비할 수 있다. 그리고, 상부 엔드 플레이트(200)의 일측 단부, 즉 우측 단부는 하부 방향으로 절곡된 형태의 하부 절곡부(210)를 구비할 수 있다. 이 경우, 상부 엔드 플레이트(200)의 하부 절곡부(210)는 유입 덕트(400)의 상단 수직 절곡부(410)와 후크 결합될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 유입 덕트(400)의 상단부와 상부 엔드 플레이트(200)가 결합 고정되어 유입 덕트(400)의 좌우 방향 움직임, 특히 유입 덕트(400) 상단부의 좌우 방향 움직임이 제한될 수 있다.
특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 유입 덕트(400)의 상단 수직 절곡부(410)는 좌측 방향, 즉 내측 방향으로 돌출 연장되다가 상부 방향으로 90도 가량 절곡된 형태로 형성되어 홈을 형성할 수 있으며, 이러한 홈에 상부 엔드 플레이트(200)의 하부 절곡부(210)가 삽입될 수 있다. 또한, 상부 엔드 플레이트(200)의 하부 절곡부(210)는 상부 방향으로 절곡되어 돌출되다가 180도 절곡되는 형태로 하부 방향으로 형성되어 상부 방향의 홈을 형성할 수 있으며, 이러한 홈에 유입 덕트(400)의 상단 수직 절곡부(410)가 삽입될 수 있다. 이 경우, 상부 엔드 플레이트(200)의 하부 절곡부(210)는, 유입 덕트(400)의 본체보다는 내측(도 7의 좌측)에 위치하게 되고, 유입 덕트(400)의 상단 수직 절곡부(410)보다는 외측에 위치하게 된다. 또한, 유입 덕트(400)의 상단 수직 절곡부(410)는, 내측과 외측에 모두 상부 엔드 플레이트(200)가 존재하게 된다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 유입 덕트(400)의 상단 수직 절곡부(410)와 상부 엔드 플레이트(200)의 하부 절곡부(210) 사이의 결합 부분에서 내외측 방향(도 7의 좌우측 방향) 움직임이 더욱 강하게 제한되어, 이들 사이의 후크 고정 구성이 보다 견고하고 안정적으로 유지될 수 있다.
다음으로, 도 6 및 도 8을 참조하면, 유입 덕트(400)의 하단부는 하부 엔드 플레이트(300)의 일측 단부, 즉 우측(도 6 및 도 8 기준) 단부에 후크 고정되도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 구성을 위해, 하부 엔드 플레이트(300)의 일측 단부는 상부 방향으로 절곡된 형태의 상부 절곡부(310)를 구비할 수 있다. 그리고, 유입 덕트(400)의 하단부는 이러한 상부 절곡부(310)의 내측에 끼워지는 형태로 후크 결합될 수 있다. 즉, 도 8에서, 하부 엔드 플레이트(300)는 우측 단부가 상부 방향으로 절곡되게 형성되되, 이러한 상부 절곡부(310)와 셀 어셈블리(100) 사이는 소정 거리 이격되게 구성되어 이들 사이에 빈 공간이 형성됨으로써, 이러한 상부 절곡부(310)와 셀 어셈블리(100) 사이의 빈 공간에 유입 덕트(400)의 하단부가 끼워질 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 유입 덕트(400)의 하단부는 내측에 셀 어셈블리(100)가 위치하고 외측에 하부 엔드 플레이트(300)의 일측 단부가 위치하므로, 유입 덕트(400)의 내외측 방향 움직임이 제한될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 유입 덕트(400)는, 하단부에 셀 어셈블리(100)가 위치하는 내측 수평 방향으로 절곡된 형태의 하단 수평 절곡부(420)를 구비할 수 있다. 즉, 유입 덕트(400)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 하단부가 수직 방향으로 형성되다가 좌측 수평 방향으로 대략 90도 절곡되어 하단 수평 절곡부(420)를 형성할 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)의 하부와 엔드 플레이트의 상부 사이에는 도 8의 C로 표시된 바와 같이 삽입홈이 구비되고, 이러한 삽입홈에 하단 수평 절곡부(420)가 삽입될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 유입 덕트(400)의 하단 수평 절곡부(420)는 상부에 셀 어셈블리(100)가 접촉하여 위치하고, 하부에 하부 엔드 플레이트(300)가 접촉하여 위치함으로써, 유입 덕트(400)가 상하 방향으로 움직이는 것이 제한될 수 있다. 그러므로, 유입 덕트(400)와 셀 어셈블리(100) 사이가 더욱 견고하게 결합 고정될 수 있다.
한편, 유입 덕트(400)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 유입구(401)가 형성된 부분이 다른 부분에 비해 상부 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 이러한 유입구(401) 형성 부분은, 상부 엔드 플레이트(200)에 비해서도 상부 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 유입 덕트(400)의 상부에 형성된 유입구(401)를 통해 유입된 공기는 하부 방향으로 이동한 후 셀 어셈블리(100)의 냉각 유로로 유입되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에서, 유입 덕트(400)의 상부 유입구(401)를 통해 우측에서 좌측 방향으로 유입된 공기는, 유입 덕트(400)의 본체 내부 공간을 따라 하부 방향으로 이동한 후, 다시 좌측 방향으로 이동하여 유입 덕트(400)의 개방부를 통해 유출되어 셀 어셈블리(100)의 냉각 유로로 유입될 수 있다.
이처럼, 상기 유입 덕트(400)는, 배터리 모듈 외부의 유체를 셀 어셈블리(100)로 전달하는 구성요소이므로, 유입구(401)를 통해 유입된 유체가 최대한 셀 어셈블리(100)로 전달되도록 구성되는 것이 좋다. 이를 위해 상기 유입 덕트(400)는, 내측이 셀 어셈블리(100)의 측면에 접촉하여 밀폐되도록 구성되는 것이 좋다. 보다 구체적으로, 상기 유입 덕트(400)는, 유입구(401)를 통해 유입된 유체를 셀 어셈블리(100)로 전달하기 위해, 셀 어셈블리(100)와 대면하는 측에 개방부가 형성될 수 있다. 이때, 셀 어셈블리(100)와 대면하는 개방부의 외주부는 적어도 일부가 셀 어셈블리(100)에 접촉하도록 구성됨으로써, 유입 덕트(400)의 유입구(401)로 유입된 외부 유체가 셀 어셈블리(100)로 최대한 인입되도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에서, 유입 덕트(400)는 셀 어셈블리(100)와 접촉한 좌측 방향이 개방된 형태로 형성되어, 유입구(401)를 통해 우측에서 유입된 공기가 좌측의 개방된 부분을 통해 셀 어셈블리(100)의 냉각 유로로 인입되도록 구성될 수 있다. 이때, 유입 덕트(400)의 좌측 개방 부분의 외주부는 셀 어셈블리(100)와 접촉하여 밀폐되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 이러한 유입 덕트(400)의 외주부에는, 실링 부재가 구비될 수 있다. 즉, 유입 덕트(400)의 개방 부분은 셀 어셈블리(100)와 접촉하도록 구성될 수 있으며, 이러한 유입 덕트(400)의 개방 부분과 셀 어셈블리(100) 사이의 접촉 부분에 실링 부재가 개재되도록 할 수 있다. 이때, 유입 덕트(400)의 내측 개방된 부분의 외주부에 구비되는 실링 부재는, 사각 링과 같은 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에서, 유출 덕트(500)의 개방부 외주부에 사각 링 형태의 실링 부재(S)가 구비될 수 있는데, 이와 유사한 형태로 유입 덕트(400)의 개방부 외주부에도 사각 링 형태의 실링 부재(S)가 구비될 수 있다. 이와 같이 유입 덕트(400)의 외주부에 실링 부재(S)가 구비되는 실시예에 의하면, 유입 덕트(400)와 셀 어셈블리(100)의 접촉 부분에 틈이 형성되는 것을 방지하거나 최소화하여, 이러한 틈을 통해 유체가 빠져나가는 것을 더욱 줄일 수 있다. 따라서, 유입 덕트(400)로 유입된 외부 공기의 대부분이 셀 어셈블리(100)로 인입되도록 함으로써, 셀 어셈블리(100)에 구비된 이차 전지의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 유입 덕트(400) 외부의 유해 가스가 이러한 틈을 통해 냉각 유로로 유입되는 것을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 실시예와 같이, 유입 덕트(400)의 외주부가 셀 어셈블리(100)와 접촉되도록 하는 구성에 의하면, 유입 덕트(400)가 셀 어셈블리(100)에 의해 지지되어, 유입 덕트(400)가 배터리 모듈 내측 방향으로 이동하지 않고 고정되도록 할 수 있다.
상기 유출 덕트(500)는, 셀 어셈블리(100)의 타 측면에 위치하여 셀 어셈블리(100)의 해당 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유출 덕트(500)는 셀 어셈블리(100)의 후방 측에 위치하여 후방 측면을 커버하도록 구성될 수 있다. 이때, 유출 덕트(500)는, 셀 어셈블리(100)의 후방 측을 커버할 수 있도록 후방 측면에 대응하는 형태 및 크기로 구성될 수 있다.
특히, 상기 유출 덕트(500)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)를 기준으로, 유입 덕트(400)와 반대되는 측면에 위치할 수 있다. 이 경우, 유입 덕트(400)로부터 유입된 공기가 셀 어셈블리(100)의 냉각 유로를 전체적으로 통과하면서 셀 어셈블리(100)의 전체 이차 전지와 열교환을 할 수 있고, 셀 어셈블리(100)를 통과하는 공기의 흐름이 직선으로 형성되므로, 배터리 모듈의 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이러한 유출 덕트(500)는, 냉각 유체가 유입되거나 유출된다는 측면 및 위치에서 유입 덕트(400)와 차이가 있을 뿐, 대체적으로는 유입 덕트(400)와 유사하게 구성될 수 있다. 특히, 상기 유출 덕트(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이 유입 덕트(400)의 구성과 전반적으로 대칭되는 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서는 유출 덕트(500)의 구성 중, 유입 덕트(400)의 구성이 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
상기 유출 덕트(500)는, 적어도 일측에 유출구(501)가 형성되어, 이러한 유출구(501)를 통해 배터리 모듈 내부의 유체가 배터리 모듈 외부로 유출되도록 할 수 있다. 즉, 유입 덕트(400)의 유입구(401)를 통해 유입된 유체는 셀 어셈블리(100)의 냉각 유로를 통과하면서 셀 어셈블리(100)의 이차 전지와 열교환을 할 수 있고, 셀 어셈블리(100)를 통과한 유체는 유출 덕트(500)의 유출구(501)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2의 구성에서 상기 유출 덕트(500)는 셀 어셈블리(100)로부터 배출된 유체가 후방측 방향으로 배출되도록 구성될 수 있다.
특히, 상기 유출 덕트(500)는, 상단부와 하단부가 상부 엔드 플레이트(200)와 하부 엔드 플레이트(300)에 각각 후크 결합으로 고정되도록 구성될 수 있다. 이러한 후크 결합 구성에 대해서는 도 6, 도 9 및 도 10을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 9는 도 6의 B3 부분에 대한 확대도이고, 도 10은 도 6의 B4 부분에 대한 확대도이다.
먼저, 도 6 및 도 9를 참조하면, 유출 덕트(500)의 상단부는, 상부 엔드 플레이트(200)의 타측 단부(도 6의 좌측 단부)에 후크 고정될 수 있다.
바람직하게는, 유출 덕트(500)의 상단부는 내측(도 9의 우측)에 상부 방향으로 절곡된 형태의 상단 수직 절곡부(510)를 구비할 수 있다. 그리고, 상부 엔드 플레이트(200)의 타측 단부는 하부 방향으로 절곡된 형태의 하부 절곡부(210)를 구비할 수 있다. 이 경우, 상부 엔드 플레이트(200)의 하부 절곡부(210)는 유출 덕트(500)의 상단 수직 절곡부(510)와 후크 결합될 수 있다. 이 경우, 유출 덕트(500)의 상단 수직 절곡부(510)는 하부 절곡부(210)에 의해 형성된 홈에 끼워지고, 상부 엔드 플레이트(200)의 하부 절곡부(210)는 유출 덕트(500)의 상단 수직 절곡부(510)와 본체 사이의 홈에 끼워지는 형태로 상호 후크 결합될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 유출 덕트(500)의 상단 수직 절곡부(510)와 상부 엔드 플레이트(200)의 하부 절곡부(210) 사이의 결합 부분에서 내외측 방향 움직임이 더욱 강하게 제한되어, 이들 사이의 후크 고정 구성이 보다 견고하고 안정적으로 유지될 수 있다.
다음으로, 도 6 및 도 10을 참조하면, 상기 유출 덕트(500)의 하단부는, 하부 엔드 플레이트(300)의 타측 단부에 후크 고정될 수 있다.
바람직하게는, 하부 엔드 플레이트(300)의 타측 단부는 상부 방향으로 절곡된 형태의 상부 절곡부(310)를 구비할 수 있다. 그리고, 유출 덕트(500)의 하단부는 이러한 상부 절곡부(310)의 내측(도 10의 우측)에 끼워지는 형태로 후크 결합될 수 있다. 이 경우, 하부 엔드 플레이트(300)의 타측 단부가 상부 방향으로 절곡되게 형성되되, 이러한 상부 절곡부(310)와 셀 어셈블리(100) 사이는 소정 거리 이격되게 구성되고, 이러한 이격 공간에 유출 덕트(500)의 하단부가 끼워질 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 유출 덕트(500)의 하단부는 내측에 셀 어셈블리(100)가 위치하고 외측에 하부 엔드 플레이트(300)의 타측 단부가 위치하므로, 유출 덕트(500)의 내외측 방향 움직임이 제한될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 유출 덕트(500)는, 하단부에 셀 어셈블리(100)가 위치하는 내측 수평 방향으로 절곡된 형태의 하단 수평 절곡부(520)를 구비할 수 있다. 즉, 유출 덕트(500)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 하단부가 수직 방향으로 연장 형성되다가 우측 수평 방향으로 대략 90도 절곡되어 하단 수평 절곡부를 형성할 수 있다. 이 경우, 도 10의 D로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 하부와 하부 엔드 플레이트(300)의 상부 사이에는 삽입홈이 구비되고, 이러한 삽입홈에 하단 수평 절곡부(520)가 삽입될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 유출 덕트(500)의 하단 수평 절곡부(520)는 상부에 셀 어셈블리(100)가 접촉하여 위치하고, 하부에 하부 엔드 플레이트(300)가 접촉하여 위치함으로써, 유출 덕트(500)가 상하 방향으로 움직이는 것이 제한될 수 있다. 그러므로, 유출 덕트(500)와 셀 어셈블리(100) 사이가 더욱 견고하게 결합 고정될 수 있다.
한편, 유출 덕트(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 유출구(501)가 형성된 부분이 다른 부분에 비해 상부 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 셀 어셈블리(100)의 냉각 유로로부터 빠져나온 공기는, 유출 덕트(500)의 우측 개방부를 따라 유출 덕트(500) 내부 공간으로 유입된 후, 내부 공간을 따라 상부 방향으로 흐르다가 유출구(501)에 이르러 좌측 방향으로 배출될 수 있다.
이처럼, 상기 유출 덕트(500)는 셀 어셈블리(100) 내부의 유체를 배터리 모듈 외부로 전달하는 구성요소이며, 유출구(501)를 제외한 다른 부분으로 유체가 유출입되지 않도록 하는 것이 좋다. 이를 위해 상기 유출 덕트(500)는, 내측이 셀 어셈블리(100)의 측면에 접촉하여 밀폐되도록 구성되는 것이 좋다. 보다 구체적으로, 상기 유출 덕트(500)는, 셀 어셈블리(100)와 대면하는 개방 부분의 외주부가 셀 어셈블리(100)에 밀착 접촉하도록 구성되고, 셀 어셈블리(100)와 유출 덕트(500) 사이의 접촉 부분에 틈이 생기지 않도록 함으로써, 셀 어셈블리(100)와 유출 덕트(500) 사이의 접촉 부분으로 냉각 유체나 유해 가스 등이 유출입되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 유출 덕트(500)의 개방단 외주부에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실링 부재(S)가 구비될 수 있으며, 이러한 실링 부재(S)는, 유입 덕트(400)에서와 마찬가지로, 사각 링과 같은 형태로 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 유출 덕트(500)와 셀 어셈블리(100)의 접촉 부분에 틈이 형성되는 것을 방지하거나 최소화하여, 냉각 성능을 향상시키고 유해 가스 유입을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 유입 덕트(400)는, 셀 어셈블리(100)의 측면과 볼트 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 유입 덕트(400)는 셀 어셈블리(100)의 전방 측면에 구비되어, 다수의 볼트(V)에 의해 셀 어셈블리(100)와 체결되어 고정될 수 있다.
특히, 유입 덕트(400)는 좌측 단부 및 우측 단부가 셀 어셈블리(100)의 측면과 볼트 결합될 수 있다. 즉, 유입 덕트(400)의 상단부는 상부 엔드 플레이트(200)와 후크 결합에 의해 고정되고, 유입 덕트(400)의 하단부는 하부 엔드 플레이트(300)와 후크 결합에 의해 고정되기 때문에, 유입 덕트(400)의 상단부 및 하단부보다 측면 쪽의 고정력이 상대적으로 약할 수 있다. 하지만, 상기 실시예와 같이, 유입 덕트(400)의 좌측 단부 및 우측 단부가 볼트(V)에 의해 셀 어셈블리(100)와 결합 고정되는 경우, 유입 덕트(400)의 측면도 셀 어셈블리(100)에 밀착된 상태로 강하게 고정될 수 있으므로, 유입 덕트(400)의 개방단의 테두리 전체에 대하여 실링력이 안정적으로 확보될 수 있다.
여기서, 유입 덕트(400)는 볼트가 관통되기 위한 볼트 관통홀(403)이 형성될 수 있다. 그리고, 셀 어셈블리(100)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 카트리지(110) 자체에 볼트가 결합되기 위한 볼트 체결공(H2)이 형성될 수 있다. 따라서, 볼트는, 유입 덕트(400)의 볼트 관통홀(403)을 관통한 후, 카트리지(110)의 볼트 체결공(H2)에 삽입 체결됨으로써 유입 덕트(400)와 셀 어셈블리(100) 사이를 보다 강하게 결합 고정시킬 수 있다.
또한 바람직하게는, 유출 덕트(500)는, 유입 덕트(400)와 마찬가지로 셀 어셈블리(100)의 측면과 볼트 결합되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 구성에서, 유출 덕트(500)는 셀 어셈블리(100)의 후방 측면에 구비되어, 다수의 볼트(V)에 의해 셀 어셈블리(100)와 체결 고정될 수 있다.
특히, 유출 덕트(500)는, 유입 덕트(400)와 마찬가지로 좌측 단부 및 우측 단부가 셀 어셈블리(100)의 측면과 볼트 결합될 수 있다. 또한, 유출 덕트(500)는 볼트가 관통되기 위한 볼트 관통홀(503)이 형성될 수 있다. 그리고, 셀 어셈블리(100)는 유출 덕트(500)의 볼트 관통홀을 관통한 볼트가 삽입 체결되기 위한 볼트 체결공(H2)이 카트리지(110)에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 유입 덕트(400) 및 유출 덕트(500)는, 셀 어셈블리(100)의 일측면 및 타측면에 각각 둘 이상 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 전방 측에 2개의 유입 덕트(400)가 구비되고 셀 어셈블리(100)의 후방 측에 2개의 유출 덕트(500)가 구비될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 셀 어셈블리(100)에 포함된 카트리지(110)는, 둘 이상의 단위 카트리지(110)가 측면이 결합된 형태로 구성될 수 있다. 이에 대해서는 도 10을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 11은, 도 3에 도시된 이차 전지용 카트리지(110)의 분리 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(110)는, 복수의 단위 카트리지(110), 즉 제1 카트리지(E1) 및 제2 카트리지(E2)를 포함한다. 그리고, 이러한 제1 카트리지(E1) 및 제2 카트리지(E2)는 측면 부분이 서로 결합 고정되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 11의 제1 카트리지(E1) 및 제2 카트리지(E2)를 결합시키면, 도 3에 도시된 바와 같은 이차 전지용 카트리지(110)가 구성될 수 있다.
여기서, 제1 카트리지(E1)와 제2 카트리지(E2)는 각각 별도의 냉각 유로가 형성될 수 있다. 즉, 제1 카트리지(E1)에는 도 11에서 P1으로 표시된 바와 같은 냉각 유로가 형성될 수 있고, 제2 카트리지에는 도 11에서 P2로 표시된 바와 같은 냉각 유로가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 카트리지의 냉각 유로와 제2 카트리지의 냉각 유로는 서로 연결되지 않고, 물리적으로 분리된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 제1 카트리지의 냉각 유로로 유입된 유체는 제2 카트리지의 냉각 유로로 유입될 수 없고, 제1 카트리지의 냉각 유로로만 흐를 수 있다.
이처럼, 제1 카트리지와 제2 카트리지에 각각 별도의 냉각 유로가 형성된 구성에 있어서, 유입 덕트(400) 및 유출 덕트(500)는 이러한 냉각 유로마다 각각 1개씩 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 11의 구성에서 제1 카트리지의 냉각 유로(P1)의 정면 측 개구부에는 하나의 유입 덕트(400)가 구비될 수 있고, 제2 카트리지의 냉각 유로(P2)의 정면 측 개구부에는 다른 하나의 유입 덕트(400)가 구비될 수 있다. 또한, 도 11의 구성에서 제1 카트리지의 냉각 유로(P1)의 후면 측 개구부에는 하나의 유출 덕트(500)가 구비될 수 있고, 제2 카트리지의 냉각 유로(P2)의 후면 측 개구부에는 다른 하나의 유출 덕트(500)가 구비될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 셀 어셈블리(100)에 있어서, 카트리지(110)는 상부 냉각 플레이트(111t) 및 하부 냉각 플레이트(111b)를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 상부 냉각 플레이트(111t)와 하부 냉각 플레이트(111b)는 넓은 면이 상호 대면되는 형태로 상호 간 소정 거리 이격되게 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 상부 냉각 플레이트(111t)와 하부 냉각 플레이트(111b) 사이의 이격 공간으로는 냉각 유체가 흐를 수 있어, 상부 냉각 플레이트(111t)와 하부 냉각 플레이트(111b) 사이에 냉각 유로가 형성된다고 할 수 있다.
여기서, 카트리지는, 상부 냉각 플레이트의 상부에 하나의 이차 전지가 수납될 수 있고, 하부 냉각 플레이트의 하부에 다른 하나의 이차 전지가 수납되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바를 참조하면, 2개의 카트리지를 상하 방향으로 적층하는 경우, 2개의 카트리지 사이에는 2개의 파우치형 이차 전지가 수납될 수 있다. 그리고, 상부에 적층된 카트리지의 상부에는 다른 하나의 이차 전지가 수납될 수 있고, 하부에 적층된 카트리지의 하부에는 또다른 하나의 이차 전지가 수납될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각 이차 전지마다 별도의 냉각 플레이트가 존재하고, 이러한 냉각 플레이트 주변에는 냉각 유로가 형성되어, 냉각 성능이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 이때, 배터리 팩에는 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등과 같은 전장품이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈 제조 방법에 의하면, 먼저 하부 엔드 플레이트(300)의 상부에 셀 어셈블리(100)가 안착된다(S110). 그리고, 하부 엔드 플레이트(300)의 일측 단부에 유입 덕트(400)의 하단부가 후크 고정되고, 하부 엔드 플레이트(300)의 타측 단부에 유출 덕트(500)의 하단부가 후크 고정된다(S120). 이러한 S120 단계는, 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같은 구성을 형성하는 형태로 수행될 수 있다.
다음으로, 유입 덕트(400)의 상단부에 상부 엔드 플레이트(200)의 일측 단부가 후크 고정되고, 유출 덕트(500)의 상단부에 상부 엔드 플레이트(200)의 타측 단부가 후크 고정된다(S130). 이러한 S130 단계는, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같은 구성을 형성하는 형태로 수행될 수 있다.
바람직하게는, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 S130 단계 이후에, 유입 덕트(400) 및 유출 덕트(500) 중 적어도 하나를 셀 어셈블리(100)의 측면에 볼트가 결합되는 단계가 더 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 볼트 결합 단계는, 도 1에 도시된 바와 같은 형태로 구현될 수 있다.
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.
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.
100: 셀 어셈블리
110: 카트리지
200: 상부 엔드 플레이트
210: 하부 절곡부
300: 하부 엔드 플레이트
310: 상부 절곡부
400: 유입 덕트
401: 유입구
500: 유출 덕트
501: 유출구
510: 상단 수직 절곡부
520: 하단 수직 절곡부

Claims (15)

  1. 일 방향으로 적층된 다수의 카트리지 및 상기 적층된 카트리지의 내부 공간에 수납된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하는 상부 엔드 플레이트;
    상기 셀 어셈블리의 하부에 위치하는 하부 엔드 플레이트;
    상기 셀 어셈블리의 일 측면에 위치하여 상기 셀 어셈블리의 일 측면을 커버하고, 유입구가 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 유체가 상기 셀 어셈블리의 일 측면으로 유입되도록 구성되며, 상단부가 상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부에 후크 고정되고, 하단부가 상기 하부 엔드 플레이트의 일측 단부에 후크 고정된 유입 덕트; 및
    상기 셀 어셈블리의 타 측면에 위치하여 상기 셀 어셈블리의 타 측면을 커버하고, 유출구가 형성되어 상기 셀 어셈블리로부터 배출된 유체가 상기 유출구를 통해 외부로 유출되도록 구성되며, 상단부가 상기 상부 엔드 플레이트의 타측 단부에 후크 고정되고, 하단부가 상기 하부 엔드 플레이트의 타측 단부에 후크 고정된 유출 덕트
    를 포함하며,
    상기 카트리지는, 상부 냉각 플레이트 및 하부 냉각 플레이트를 구비하여 상기 상부 냉각 플레이트와 상기 하부 냉각 플레이트 사이에 냉각 유로가 형성되고,
    상기 상부 냉각 플레이트의 상부에 하나의 이차 전지가 수납되며, 상기 하부 냉각 플레이트의 하부에 다른 하나의 이차 전지가 수납되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트 중 적어도 하나는, 상기 셀 어셈블리의 측면과 볼트 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트 중 적어도 하나는, 좌측 단부 및 우측 단부가 상기 셀 어셈블리의 측면과 볼트 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는, 상기 카트리지에 볼트 체결공이 형성되어, 상기 유입 덕트 또는 상기 유출 덕트를 관통한 볼트가 상기 볼트 체결공에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부 및 타측 단부는 하부 방향으로 절곡된 형태의 하부 절곡부를 구비하고, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트의 상단부는 내측에 상부 방향으로 절곡된 형태의 상단 수직 절곡부를 구비하여, 상기 하부 절곡부와 상기 상단 수직 절곡부가 상호 후크 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 엔드 플레이트의 일측 단부 및 타측 단부는 상부 방향으로 절곡된 형태의 상부 절곡부를 구비하여, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트의 하단부가 상기 상부 절곡부의 내측에 끼워지는 형태로 후크 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트는 하단부에 셀 어셈블리가 위치하는 측 수평 방향으로 절곡된 형태의 하단 수평 절곡부를 구비하고, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 하부 엔드 플레이트의 상부 사이에는 삽입홈이 구비되어, 상기 하단 수평 절곡부가 상기 삽입홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트는, 내측이 상기 셀 어셈블리의 측면에 접촉하여 밀폐되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트는, 상기 셀 어셈블리의 일측면 및 타측면에 각각 둘 이상 포함된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 카트리지는, 둘 이상의 단위 카트리지가 측면이 결합된 형태로 구성되고,
    상기 단위 카트리지마다 물리적으로 분리된 별도의 냉각 유로가 형성되어, 상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트는 상기 냉각 유로마다 각각 1개씩 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
  14. 다수의 이차 전지 및 카트리지를 구비하는 셀 어셈블리, 상부 엔드 플레이트, 하부 엔드 플레이트, 유입 덕트 및 유출 덕트를 포함하는 배터리 모듈을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 하부 엔드 플레이트의 상부에 상기 셀 어셈블리를 안착시키는 단계;
    상기 하부 엔드 플레이트의 일측 단부에 상기 유입 덕트의 하단부를 후크 고정시키고, 상기 하부 엔드 플레이트의 타측 단부에 상기 유출 덕트의 하단부를 후크 고정시키는 단계; 및
    상기 유입 덕트의 상단부에 상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부를 후크 고정시키고, 상기 유출 덕트의 상단부에 상기 상부 엔드 플레이트의 타측 단부를 후크 고정시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트의 상단부에 상기 상부 엔드 플레이트의 일측 단부 및 타측 단부를 고정시키는 단계 이후에,
    상기 유입 덕트 및 상기 유출 덕트 중 적어도 하나를 상기 셀 어셈블리의 측면에 볼트 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법.
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