KR20220114801A - Battery module - Google Patents

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KR20220114801A
KR20220114801A KR1020210018269A KR20210018269A KR20220114801A KR 20220114801 A KR20220114801 A KR 20220114801A KR 1020210018269 A KR1020210018269 A KR 1020210018269A KR 20210018269 A KR20210018269 A KR 20210018269A KR 20220114801 A KR20220114801 A KR 20220114801A
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battery
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battery module
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KR1020210018269A
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Inventor
문신영
황창묵
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에스케이온 주식회사
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Abstract

A battery module according to an embodiment of the present invention includes: a cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; at least one buffer pad interposed between the battery cells; and a heat transfer layer that is disposed on at least one surface of both sides of the buffer pad and comes in surface-contact with the battery cells, wherein the heat transfer layer includes a graphite material and can be formed in a thickness of 0.05 mm or more and 0.1 mm or less.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE} Battery module{BATTERY MODULE}

본 발명은 방열 성능이 개선된 배터리 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module with improved heat dissipation performance.

이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.Unlike primary batteries, secondary batteries can be charged and discharged, so they can be applied to various fields such as digital cameras, mobile phones, laptops, and hybrid vehicles. Examples of the secondary battery include a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, a nickel-hydrogen battery, and a lithium secondary battery.

이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 연구가 폭넓게 이루어지고 있다. 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type) 배터리 셀을 다수 개를 연결한 배터리 모듈이나 배터리 팩의 형태로 이용되고 있다.Among these secondary batteries, research on lithium secondary batteries having high energy density and discharge voltage has been widely conducted. Recently, lithium secondary batteries have been used in the form of a battery module or battery pack in which a plurality of flexible pouched type battery cells are connected.

한편, 배터리 모듈은 장시간 사용될 경우, 배터리로부터 열이 발생하게 되고, 특히 충전 시에는 내부의 온도가 급격히 상승하게 되며, 이와 같은 배터리의 온도 상승은 배터리의 수명을 단축시키게 되고, 배터리의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 최악의 경우 발화되거나 폭발할 수 있다.On the other hand, when the battery module is used for a long time, heat is generated from the battery, and in particular, the internal temperature rises rapidly during charging. In the worst case, it can ignite or explode.

따라서 배터리 모듈에는 내부에 수용되는 배터리 셀을 냉각시키는 냉각 시스템이 요구되고 있다. 그런데 종래의 경우, 배터리 셀들에서 발생되는 열을 효과적으로 배출하지 못하여 냉각 효율이 매우 낮다는 문제가 있다.Therefore, a cooling system for cooling the battery cells accommodated therein is required for the battery module. However, in the conventional case, there is a problem that the cooling efficiency is very low because the heat generated from the battery cells cannot be effectively discharged.

본 발명의 목적은 배터리 셀의 열을 효과적으로 방출할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a battery module capable of effectively dissipating heat from a battery cell.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀을 적층한 셀 적층체, 상기 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나의 완충 패드, 및 상기 완충 패드의 양면 중 적어도 한 면에 배치되어 상기 배터리 셀과 면접촉하는 열 전달층을 포함하고, 상기 열 전달층은 그라파이트(graphite) 재질을 포함하며 0.05mm 이상, 0.1mm 이하의 두께로 형성될 수 있다.The battery module according to an embodiment of the present invention is disposed on at least one side of a cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, at least one buffer pad interposed between the battery cells, and both surfaces of the buffer pad, so that the battery and a heat transfer layer in surface contact with the cell, wherein the heat transfer layer includes a graphite material and may be formed to a thickness of 0.05 mm or more and 0.1 mm or less.

본 실시예에 있어서, 상기 열 전달층에 연결되어 상기 열 전달층의 열을 흡수하는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, a cooling device connected to the heat transfer layer to absorb heat from the heat transfer layer may be further included.

본 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀 동작 시 상기 냉각 장치의 온도와 상기 배터리 셀의 온도 차는 0.12℃ 이하일 수 있다.In this embodiment, the difference between the temperature of the cooling device and the temperature of the battery cell during operation of the battery cell may be 0.12° C. or less.

본 실시예에 있어서 상기 배터리 셀은, 상기 냉각 장치와 상기 셀 적층체 사이에 배치되는 열전달 부재를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, the battery cell may further include a heat transfer member disposed between the cooling device and the cell stack.

본 실시예에 있어서 상기 열전달 부재는, 써멀 그리스, 열전도성 접착제, 및 방열 패드로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 형태로 형성될 수 있다.In this embodiment, the heat transfer member may be formed in at least one shape selected from the group consisting of thermal grease, a heat conductive adhesive, and a heat dissipation pad.

본 실시예에 있어서 상기 완충 패드는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도하나의 재질로 형성될 수 있다.In this embodiment, the buffer pad may be formed of at least one material selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and polyurethane.

본 실시예에 있어서 상기 완충 패드는, 탄성 압축되는 폼(foam)의 형태로 형성될 수 있다.In this embodiment, the buffer pad may be formed in the form of an elastically compressed foam.

또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 배터리 셀을 적층한 셀 적층체, 상기 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나의 완충 패드, 및 상기 완충 패드의 양면 중 적어도 한 면에 배치되며 상기 배터리 셀과 면접촉하는 열 전달층을 포함하고, 상기 완충 패드는 열전도성 파우더가 혼합된 실리콘 수지로 형성되며, 상기 열 전달층은 반고형(半固形) 형태로 형성되고, 상기 완충 패드는 0.3mm 이상, 1mm 이하의 두께로 형성될 수 있다.In addition, the battery module according to an embodiment of the present invention is disposed on at least one side of a cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, at least one buffer pad interposed between the battery cells, and both surfaces of the buffer pad. a heat transfer layer in surface contact with the battery cell, the buffer pad is formed of a silicone resin mixed with thermal conductive powder, the heat transfer layer is formed in a semi-solid shape, and the buffer pad is 0.3 It may be formed to a thickness of mm or more and 1 mm or less.

본 실시예에 있어서 상기 열 전달층은, 0.1mm 이상, 0.5mm 이하의 두께로 형성될 수 있다.In this embodiment, the heat transfer layer may be formed to a thickness of 0.1 mm or more and 0.5 mm or less.

본 실시예에 있어서 상기 열 전달층은, 열전도성 필러(filler)를 함유하는 실리콘 컴파운드(silicone compound) 또는 실리콘 그리스(silicone grease)로 형성될 수 있다.In the present embodiment, the heat transfer layer may be formed of a silicone compound containing a thermally conductive filler or silicone grease.

본 실시예에 있어서, 상기 열 전달층에 연결되어 상기 열 전달층의 열을 흡수하는 냉각 장치를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, a cooling device connected to the heat transfer layer to absorb heat from the heat transfer layer may be further included.

본 실시예에 있어서 상기 완충 패드는 0.5mm 이상, 1mm 이하의 두께로 형성되고, 상기 배터리 셀 동작 시 상기 냉각 장치의 온도와 상기 배터리 셀의 온도 차는 3.5℃ 이하일 수 있다.In this embodiment, the buffer pad may be formed to have a thickness of 0.5 mm or more and 1 mm or less, and a temperature difference between the temperature of the cooling device and the battery cell during operation of the battery cell may be 3.5° C. or less.

본 실시예에 있어서 상기 배터리 셀은, 상기 냉각 장치와 상기 셀 적층체 사이에 배치되는 열전달 부재를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, the battery cell may further include a heat transfer member disposed between the cooling device and the cell stack.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀의 열을 빠르게 방출하여 배터리 셀의 동작 온도를 낮출 수 있어 배터리 셀의 수명을 연장시킬 수 있으며, 이에 배터리 모듈의 에너지 효율을 높일 수 있다. The battery module according to an embodiment of the present invention can reduce the operating temperature of the battery cell by rapidly dissipating heat from the battery cell, thereby extending the lifespan of the battery cell, thereby increasing the energy efficiency of the battery module.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 에 따른 단면도.
도 4는 열 전달층의 두께를 다르게 하여 배터리 셀의 열 전도율을 측정한 데이터.
도 5는 도 4에 도시된 각 비교예들에 대해 충방전 테스트를 실시하여 측정한 그래프.
도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 열 전도율을 측정한 데이터.
도 7은 도 6에 도시된 각 비교예들에 대해 충방전 테스트를 실시하여 측정한 그래프.1 is a perspective view schematically illustrating a battery cell according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1 ;
Fig. 3 is a cross-sectional view taken along II' of Fig. 1;
4 is data obtained by measuring the thermal conductivity of the battery cell by varying the thickness of the heat transfer layer.
5 is a graph measured by performing a charge/discharge test for each comparative example shown in FIG.
6 is data obtained by measuring the thermal conductivity of a battery module according to another embodiment of the present invention.
7 is a graph measured by performing a charge/discharge test for each comparative example shown in FIG. 6 .

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors should develop their own inventions in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be appropriately defined as a concept of a term for explanation. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that the same components in the accompanying drawings are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 I-I' 에 따른 단면도이다.1 is a perspective view schematically illustrating a battery cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1 , and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 1 .

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(10)을 다수 개 적층한 셀 적층체(1)와, 모듈 케이스(30), 버스바 조립체(70), 및 냉각 부재(95)를 포함할 수 있다. 1 to 2 , the battery module 100 of this embodiment includes a cell stack 1 in which a plurality of battery cells 10 are stacked, a module case 30 , a bus bar assembly 70 , and A cooling member 95 may be included.

셀 적층체(1)는 다수의 배터리 셀들(10)을 적층하여 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 배터리 셀들(10)을 적층하는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 상하 방향으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.The cell stack 1 may be formed by stacking a plurality of battery cells 10 . In the present embodiment, the case where the battery cells 10 are stacked in the left-right direction (or in the horizontal direction) is taken as an example, but it is also possible to configure the battery cells 10 to be stacked in the up-down direction if necessary.

각각의 배터리 셀들(10)은 파우치형(pouched type) 이차전지일 수 있으며, 전극 리드(15)가 외부로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(10)은 파우치(pouch) 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 형태로 구성될 수 있으며, 전극 조립체는 파우치 내에 수납되어 전극 리드(15)에 연결될 수 있다.Each of the battery cells 10 may be a pouched type secondary battery, and may have a structure in which the electrode lead 15 protrudes to the outside. For example, the battery cell 10 may be configured in a form in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in a pouch, and the electrode assembly may be accommodated in the pouch and connected to the electrode lead 15 .

보다 구체적으로, 배터리 셀(10)은 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 수용부와, 수용부를 밀봉하는 실링부(202)로 구분될 수 있다.More specifically, the battery cell 10 may be divided into an accommodating part in which the electrode assembly and the electrolyte are accommodated, and a sealing part 202 sealing the accommodating part.

수용부(204)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공할 수 있다. 수용부(204)의 내부 공간에는 전극 조립체 및 전해액이 수용될 수 있다. The accommodating part 204 may be formed in a container shape to provide an inner space of a rectangular shape. An electrode assembly and an electrolyte may be accommodated in the inner space of the accommodating part 204 .

실링부(202)는 파우치(11)의 일부가 접합되어 수용부(204)의 둘레를 밀봉하는 부분이다. 따라서 실링부(202)는 용기 형태로 형성되는 수용부(204)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 이에 실링부(202)는 수용부(204)의 외곽을 따라 배치될 수 있다. The sealing portion 202 is a portion to which a portion of the pouch 11 is joined to seal the circumference of the receiving portion 204 . Therefore, the sealing part 202 is formed in the form of a flange extending outward from the receiving part 204 formed in the container shape, and thus the sealing part 202 may be disposed along the outer edge of the receiving part 204 .

본 실시예의 각 배터리 셀들(10)은 2개의 전극 리드(15)가 서로 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. Each of the battery cells 10 of the present embodiment may be disposed such that the two electrode leads 15 face each other in opposite directions. However, the present invention is not limited thereto.

이와 같이 구성되는 배터리 셀(10)은 충전 및 방전이 가능한 전지일 수 있고, 구체적으로는 리튬 이온(Li-ion) 전지 또는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지일 수 있다.The battery cell 10 configured as described above may be a battery capable of charging and discharging, and specifically, a lithium ion (Li-ion) battery or a nickel metal hydride (Ni-MH) battery.

모듈 케이스(30)는 배터리 모듈(100)의 외형을 규정하며, 셀 적층체(1)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀들(10)을 보호할 수 있다.The module case 30 defines the external appearance of the battery module 100 , and may be disposed outside the cell stack 1 to protect the battery cells 10 from the external environment.

본 실시예의 모듈 케이스(30)는 셀 적층체(1)의 일측에 배치되는 제1 플레이트(50), 셀 적층체(1)의 타측에 배치되는 제2 플레이트(40), 그리고, 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 측면에 배치되는 측면 커버(60)를 포함할 수 있다. The module case 30 of this embodiment includes a first plate 50 disposed on one side of the cell stack 1 , a second plate 40 disposed on the other side of the cell stack 1 , and battery cells ( 10) may include a side cover 60 disposed on the side on which the electrode leads 15 are disposed.

제1 플레이트(50)는 셀 적층체(1)의 하부에 배치되어 셀 적층체(1)의 하부면을 지지하는 하부 플레이트(52)와, 셀 적층체(1)의 측면을 지지하는 측면 플레이트(58)를 포함할 수 있다. The first plate 50 is disposed under the cell stack 1 to support a lower surface of the cell stack 1 and a lower plate 52 and a side plate for supporting the side of the cell stack 1 . (58) may be included.

본 실시예에서는 하부 플레이트(52)와 측면 플레이트(58)는 하나의 판형 부재를 절곡하여 형성할 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 측면 플레이트(58)와 하부 플레이트(52)를 독립적인 구성 요소들로 구성하는 것도 가능하다. In this embodiment, the lower plate 52 and the side plate 58 may be formed by bending one plate-shaped member. However, the configuration of the present invention is not limited thereto, and if necessary, it is possible to configure the side plate 58 and the lower plate 52 as independent components.

하부 플레이트(52)는 배터리 모듈(100)의 바닥면을 형성한다. 따라서 하부 플레이트(52)는 편평한 형태로 구성될 수 있다. The lower plate 52 forms a bottom surface of the battery module 100 . Accordingly, the lower plate 52 may be configured in a flat shape.

측면 플레이트(58)는 하부 플레이트(52)의 양 측에서 연장되어 셀 적층체(1)를 지지하도록 형성될 수 있다. 측면 플레이트(58)와 셀 적층체(1) 사이에는 방열 부재나 완충 부재가 개재될 수 있다.The side plate 58 may be formed to extend from both sides of the lower plate 52 to support the cell stack 1 . A heat dissipation member or a buffer member may be interposed between the side plate 58 and the cell stack 1 .

제1 플레이트(50)는 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 플레이트(50)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다. The first plate 50 may be made of a material having high thermal conductivity, such as metal. For example, the first plate 50 may be made of an aluminum material. However, the present invention is not limited thereto, and various materials may be used as long as the material has similar strength and thermal conductivity, even if it is not a metal.

제2 플레이트(40)는 배터리 셀(10)의 상부에 배치되어 셀 적층체(1)의 상면에 결합될 수 있다. 또한 제2 플레이트(40)는 제1 플레이트(50)의 측면 플레이트(58) 상단에 체결될 수 있다. 따라서 제2 플레이트(40)가 제1 플레이트(50)에 체결되면, 제2 플레이트(40)와 제1 플레이트(50)는 내부가 빈 관형 부재의 형상을 가질 수 있다.The second plate 40 may be disposed on the battery cell 10 and coupled to the upper surface of the cell stack 1 . In addition, the second plate 40 may be fastened to the upper end of the side plate 58 of the first plate 50 . Accordingly, when the second plate 40 is fastened to the first plate 50 , the second plate 40 and the first plate 50 may have the shape of a hollow tubular member.

제2 플레이트(40)는 제1 플레이트(50)와 마찬가지로 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예컨대 제2 플레이트(40)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.Like the first plate 50 , the second plate 40 may be made of a material having high thermal conductivity, such as metal. For example, the second plate 40 may be made of an aluminum material, but is not limited thereto, and various materials may be used as long as the second plate 40 has similar strength and thermal conductivity even if it is not a metal.

제1 플레이트(50)와 제2 플레이트(40)는 용접 등의 방식으로 결합될 수 있다. 그러나 슬라이딩 방식으로 결합하거나, 볼트나 나사 등의 고정 부재를 이용하여 결합하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다. The first plate 50 and the second plate 40 may be coupled by welding or the like. However, various modifications are possible as needed, such as coupling in a sliding manner or coupling using a fixing member such as a bolt or screw.

측면 커버(60)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치되는 양 측면에 각각 결합될 수 있다. The side cover 60 may be coupled to both side surfaces of the battery cells 10 on which the electrode leads 15 are disposed.

측면 커버(60)는 나사나 볼트와 같은 고정 부재를 통해 제1 플레이트(50) 및 제2 플레이트(40)에 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 용접 등의 방식을 통해 결합될 수도 있다.The side cover 60 may be coupled to the first plate 50 and the second plate 40 through a fixing member such as a screw or bolt. However, the present invention is not limited thereto, and may be coupled through a method such as welding.

측면 커버(60)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 접속 단자(72)를 외부로 노출시키기 위한 관통 구멍(62)을 구비할 수 있다. The side cover 60 may be formed of an insulating material such as resin, and may include a through hole 62 for exposing the connection terminal 72 to the outside.

측면 커버(60)와 셀 적층체(1) 사이에는 버스바 조립체(70)가 개재될 수 있다. A bus bar assembly 70 may be interposed between the side cover 60 and the cell stack 1 .

버스바 조립체(70)는 배터리 셀들(10)의 전극 리드들(15)이 배치된 측면에 배치되어 셀 적층체(1)에 결합될 수 있으며, 적어도 하나의 버스바(75)와 절연 커버(77)를 포함할 수 있다. The bus bar assembly 70 may be coupled to the cell stack 1 by being disposed on the side where the electrode leads 15 of the battery cells 10 are disposed, and at least one bus bar 75 and an insulating cover ( 77) may be included.

절연 커버(77)는 버스바(75)와 결합되어 버스바 조립체(70)의 전체적인 외형을 형성할 수 있다. 절연 커버(77)는 절연성 재질로 형성되며, 버스바(75)는 적어도 일부가 절연 커버(77)의 내부에 매립되거나 절연 커버(77)에 접합될 수 있다. The insulating cover 77 may be coupled to the bus bar 75 to form the overall outer shape of the bus bar assembly 70 . The insulating cover 77 may be formed of an insulating material, and at least a portion of the bus bar 75 may be embedded in the insulating cover 77 or bonded to the insulating cover 77 .

절연 커버(77)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(76)이 구비될 수 있다. 또한 절연 커버(77)에는 배터리 셀들(10)을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 접속 단자(72)가 구비될 수 있다. A plurality of through holes 76 into which the electrode leads 15 are inserted may be provided in the insulating cover 77 . In addition, the insulating cover 77 may include a connection terminal 72 for electrically connecting the battery cells 10 to the outside.

접속 단자(72)는 측면 커버(60)에 형성된 관통 구멍(62)을 통해 외부로 노출될 수 있다. 따라서 측면 커버(60)의 관통 구멍(62)은 접속 단자(72)의 크기와 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. The connection terminal 72 may be exposed to the outside through the through hole 62 formed in the side cover 60 . Accordingly, the through hole 62 of the side cover 60 may be formed in a shape corresponding to the size and shape of the connection terminal 72 .

본 실시예에서 접속 단자(72)는 도전성 부재로 구성되며 버스바(75)에 전기적으로 연결되거나 적어도 하나의 버스바(75)에 접합될 수 있다. In this embodiment, the connection terminal 72 is made of a conductive member and may be electrically connected to the bus bar 75 or bonded to at least one bus bar 75 .

버스바(75)는 금속판의 형태로 형성되어 절연 커버(77)의 외부면에 결합될 수 있다. 배터리 셀들(10)은 버스바(75)를 통해 상호 간에 전기적으로 연결되며, 버스바(75)와 접속 단자(72)를 매개로 하여 배터리 모듈(100)의 외부 요소와 전기적으로 연결될 수 있다.The bus bar 75 may be formed in the form of a metal plate and coupled to the outer surface of the insulating cover 77 . The battery cells 10 are electrically connected to each other through the bus bar 75 , and may be electrically connected to an external element of the battery module 100 through the bus bar 75 and the connection terminal 72 .

이를 위해, 버스바(75)에는 전극 리드들(15)이 삽입 배치되는 다수의 관통 홀(76)이 구비될 수 있으며, 전극 리드들(15)은 버스바(75)의 관통 홀(76)에 삽입된 후 용접 등의 방식을 통해 버스바(75)에 접합될 수 있다. 이에 전극 리드(15)의 끝단은 적어도 일부가 버스바(75)를 완전히 관통하여 버스바(75)의 외부로 노출될 수 있다.To this end, a plurality of through-holes 76 into which the electrode leads 15 are inserted may be provided in the bus bar 75 , and the electrode leads 15 are formed through the through-holes 76 of the bus bar 75 . After being inserted into the can be joined to the bus bar 75 through a method such as welding. Accordingly, at least a portion of the end of the electrode lead 15 may completely penetrate the bus bar 75 to be exposed to the outside of the bus bar 75 .

셀 적층체(1)와 제1 플레이트(50) 사이, 셀 적층체(1)와 제2 플레이트(40) 사이 중 적어도 한 곳에는 열전달 부재(90)가 배치될 수 있다. The heat transfer member 90 may be disposed in at least one of between the cell stack 1 and the first plate 50 and between the cell stack 1 and the second plate 40 .

열전달 부재(90)는 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 모듈 케이스(30)로 전달할 수 있다. 이를 위해 열전달 부재(90)는 높은 열전도도를 갖는 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어 열전달 부재(90)는 써멀 그리스(Thermal grease), 열전도성 에폭시 수지와 같은 열전도성 접착제(Thermal adhesive), 및 방열 실리콘 패드와 같은 방열 패드 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The heat transfer member 90 may transfer heat generated from the battery cell 10 to the module case 30 . To this end, the heat transfer member 90 may be made of a material having high thermal conductivity. For example, the heat transfer member 90 may be formed in any one of a thermal grease, a thermal adhesive such as a thermally conductive epoxy resin, and a heat dissipation pad such as a heat dissipation silicone pad, but is limited thereto. it's not going to be

열전달 부재(90)는 패드 형태로 모듈 케이스(30) 내부면에 배치거나, 액상 또는 겔(gel) 상태로 모듈 케이스(30)의 내부면에 도포하여 형성할 수 있다. 본 실시예의 열전달 부재(90)는 높은 절연성을 가지며, 예를 들어, 절연 내력(Dielectric strength)이 10 ~ 30 KV/mm 의 범위인 물질이 이용될 수 있다.The heat transfer member 90 may be disposed on the inner surface of the module case 30 in the form of a pad, or may be formed by coating the inner surface of the module case 30 in a liquid or gel state. The heat transfer member 90 of the present embodiment has high insulation, and for example, a material having a dielectric strength in a range of 10 to 30 KV/mm may be used.

이에 따라, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(10)에서 부분적으로 전기 절연이 파괴되더라도 배터리 셀(10) 주변에 배치된 열전달 부재(90)에 의해 배터리 셀(10)과 모듈 케이스(30) 간의 전기 절연이 유지될 수 있다. Accordingly, in the battery module 100 according to the present embodiment, even if the electrical insulation in the battery cell 10 is partially broken, the battery cell 10 and the module by the heat transfer member 90 disposed around the battery cell 10 . Electrical insulation between the cases 30 may be maintained.

또한 열전도 부재(90)는 배터리 셀들(10)과 케이스(30) 사이 공간을 충진하는 형태로 배치되므로, 배터리 모듈(100)의 전체적인 강성도 보강될 수 있다.In addition, since the heat-conducting member 90 is disposed to fill the space between the battery cells 10 and the case 30 , the overall rigidity of the battery module 100 may be reinforced.

도 3에 도시된 바와 같이, 모듈 케이스(30)의 외부면에는 모듈 케이스(30)를 효과적으로 냉각시키기 위해 냉각 장치(20)가 결합될 수 있다.As shown in FIG. 3 , a cooling device 20 may be coupled to the outer surface of the module case 30 to effectively cool the module case 30 .

본 실시예에서 냉각 장치(20)는 모듈 케이스(30)에 일체로 결합되어 배터리 모듈(100)에 포함될 수 있으며, 하부 플레이트(52)의 외부면에 결합되어 하부 플레이트(52)와 일체로 형성될 수 있다. In this embodiment, the cooling device 20 is integrally coupled to the module case 30 to be included in the battery module 100 , and is coupled to the outer surface of the lower plate 52 to be integrally formed with the lower plate 52 . can be

구체적으로, 하부 플레이트(52)는 냉각 유로(22)를 형성하는 구조물로 이용될 수 있다. 따라서 본 실시예의 하부 플레이트(52)는 냉각 장치(20)의 일부로 구성될 수 있으며, 본 실시예의 배터리 모듈은 냉각 장치(20)와 셀 적층체(1) 사이에 열전달 부재(90)만이 배치되는 것으로 이해될 수 있다. Specifically, the lower plate 52 may be used as a structure for forming the cooling passage 22 . Accordingly, the lower plate 52 of this embodiment may be configured as a part of the cooling device 20 , and in the battery module of this embodiment, only the heat transfer member 90 is disposed between the cooling device 20 and the cell stack 1 . can be understood as

그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 모듈이 장착되는 구조물 측에 냉각 장치를 배치하고, 상기 냉각 장치 상에 배터리 모듈을 결합하는 등 배터리 모듈의 하부면이 냉각 장치에 접촉할 수만 있다면 다양한 변형이 가능하다. However, the configuration of the present invention is not limited thereto, as long as the lower surface of the battery module can contact the cooling device, such as by arranging a cooling device on the side of the structure on which the battery module is mounted, and coupling the battery module on the cooling device. Various modifications are possible.

냉각 장치(20)는 후술되는 열 전달층(85)에 연결되어 배터리 셀로(10)부터 열 전달층(85)으로 전달된 열을 흡수할 수 있다.The cooling device 20 may be connected to a heat transfer layer 85 to be described later to absorb heat transferred from the battery cell 10 to the heat transfer layer 85 .

본 실시예의 냉각 장치(20)는 내부에 냉각 유로(22)를 구비하는 수냉식 냉각 장치(20)일 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 공랭식 냉각 장치를 적용하는 것도 가능하다. The cooling device 20 of this embodiment may be a water cooling type cooling device 20 having a cooling passage 22 therein. However, the configuration of the present invention is not limited thereto, and an air-cooled cooling device may be applied if necessary.

또한 본 실시예의 배터리 모듈은 적어도 하나의 완충 패드(80)를 포함할 수 있다. In addition, the battery module of this embodiment may include at least one buffer pad (80).

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 완충 패드(80)는 배터리 셀들(10) 사이에 배치될 수 있으며, 특정 배터리 셀(10)이 팽창하는 경우 압축되며 탄성 변형될 수 있다. 이에 배터리 셀이 팽창하더라도 셀 적층체(1)의 전체 부피가 증가하는 것을 억제할 수 있다. As shown in FIG. 3 , the buffer pad 80 of this embodiment may be disposed between the battery cells 10 , and may be compressed and elastically deformed when a specific battery cell 10 expands. Accordingly, it is possible to suppress an increase in the total volume of the cell stack 1 even when the battery cells are expanded.

본 실시예의 완충 패드(80)는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane) 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있으며, 탄성 압축되는 폼(foam)의 형태로 형성될 수 있다. The buffer pad 80 of this embodiment may be formed of any one material of polyethylene, polypropylene, and polyurethane, and may be formed in the form of an elastically compressed foam. .

이러한 완충 패드(80)는 배터리 셀(10)의 팽창에 대응하여 압축될 수 있으나, 열 전도도가 낮아 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각 장치(20) 측으로 전달하기 어렵다.The buffer pad 80 may be compressed in response to the expansion of the battery cell 10 , but it is difficult to effectively transfer heat generated in the battery cell 10 to the cooling device 20 side due to low thermal conductivity.

이에 본 실시예의 완충 패드(80)는 양면 중 적어도 한 면에 열 전달층(85)이 형성될 수 있다.Accordingly, the heat transfer layer 85 may be formed on at least one of both surfaces of the buffer pad 80 of the present embodiment.

열 전달층(85)은 열 전도도가 높은 물질을 완충 패드(80)에 코팅하여 형성할 수 있다.The heat transfer layer 85 may be formed by coating a material having high thermal conductivity on the buffer pad 80 .

예컨대, 본 실시예에서 열 전달층(85)은 그라파이트(graphite) 재질로 형성된 코팅층일 수 있다. For example, in this embodiment, the heat transfer layer 85 may be a coating layer formed of a graphite material.

열 전달층(85)은 전체가 배터리 셀(10)의 수용부(204)와 면접촉하도록 배치될 수 있다. 따라서 열 전달층(85)은 완충 패드(80)의 일면 중 수용부(204)와 대면하는 영역 전체에 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 열 전달층(85)은 필요에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다.The heat transfer layer 85 may be disposed such that the entirety of the heat transfer layer 85 is in surface contact with the receiving portion 204 of the battery cell 10 . Accordingly, the heat transfer layer 85 may be disposed on the entire area facing the receiving portion 204 among one surface of the buffer pad 80 . However, the present invention is not limited thereto, and the heat transfer layer 85 may be disposed in various shapes as needed.

또한 열 전달층(85)은 전술한 열전달 부재(90)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 따라서 열 전달층(85)은 열전달 부재(90)와 하부 플레이트(52)를 매개로 냉각 장치(20)에 연결될 수 있으며, 배터리 셀(10)에서 발생되는 열은 열 전달층(85)을 통해 냉각 장치(20)로 전달되어 외부로 방출될 수 있다.In addition, the heat transfer layer 85 may be disposed to contact the heat transfer member 90 described above. Accordingly, the heat transfer layer 85 may be connected to the cooling device 20 via the heat transfer member 90 and the lower plate 52 , and the heat generated in the battery cell 10 is transferred through the heat transfer layer 85 . It may be transferred to the cooling device 20 and discharged to the outside.

도 4는 열 전달층의 두께를 다르게 하여 배터리 셀의 열 전도율을 측정한 데이터로, 완충 패드(80)의 양면 중 한 면에만 그라파이트(graphite)로 열 전달층(85)을 형성하여 측정하였다.4 is data obtained by measuring the thermal conductivity of a battery cell by varying the thickness of the heat transfer layer, and the heat transfer layer 85 is formed of graphite on only one surface of both surfaces of the buffer pad 80 and measured.

도 4를 참조하면, 열 전달층(85) 없이 완충 패드(80)만을 구비하는 기준예의 경우, 열 전도율이 2.8W/mk이지만, 열 전달층(85)을 배치한 비교예들의 경우 200W/mk 이상의 열 전도율을 갖는 것으로 측정되어 열 전달층(85)에 의해 열 전도율이 크게 증가하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4 , in the case of the reference example having only the buffer pad 80 without the heat transfer layer 85 , the thermal conductivity is 2.8 W/mk, but in the case of the comparative examples in which the heat transfer layer 85 is disposed, 200 W/mk It can be seen that the thermal conductivity is significantly increased by the heat transfer layer 85 as it is measured to have a higher thermal conductivity.

일반적으로 배터리 셀(10)은 낮은 온도에서 동작할 때 수명이 증가한다. 예컨대, 배터리 셀(10)에서 발생되는 열을 효율적으로 방출시켜 배터리 셀(10)의 동작 온도를 낮추는 경우, 배터리 셀의 수명은 2배 내지 3배 증가될 수 있다. 따라서 본 실시예와 같이 열 전달층(85)과 열전달 부재(90)로 형성되는 열방출 경로를 포함하는 경우, 배터리 셀(10)의 수명을 크게 증가시킬 수 있다.In general, the lifespan of the battery cell 10 increases when it operates at a low temperature. For example, when the operating temperature of the battery cell 10 is lowered by efficiently dissipating heat generated from the battery cell 10 , the lifespan of the battery cell may be increased by two to three times. Therefore, when the heat dissipation path formed of the heat transfer layer 85 and the heat transfer member 90 is included as in the present embodiment, the lifespan of the battery cell 10 can be greatly increased.

도 4에서 온도 차(ΔT)는 냉각 장치(20)에 의한 배터리 셀(10)의 주변 온도와, 배터리 셀(10) 동작 시 배터리 셀(10)의 온도 사이의 차이를 의미한다. 본 실시예에서는 냉각 장치를 통해 배터리 셀(10)의 주변 온도를 25℃로 유지시키며 배터리 셀(10)의 동작 온도를 측정하였다. 따라서 본 실시예에서 배터리 셀(10)의 주변 온도는 냉각 장치의 온도를 의미할 수 있다.In FIG. 4 , the temperature difference ΔT means a difference between the ambient temperature of the battery cell 10 by the cooling device 20 and the temperature of the battery cell 10 when the battery cell 10 is operating. In this embodiment, the operating temperature of the battery cell 10 was measured while maintaining the ambient temperature of the battery cell 10 at 25° C. through the cooling device. Therefore, in the present embodiment, the ambient temperature of the battery cell 10 may mean the temperature of the cooling device.

기준예의 경우, 배터리 셀(10)의 동작 온도가 40℃ 인 것으로 측정되어, 주변 온도와 15℃의 온도 차(ΔT)가 발생하는 것으로 나타났다. 반면에 비교예1, 2, 3, 5는 배터리 셀(10)의 동작 온도가 25.12℃ 인 것으로 측정되어, 0.12℃의 온도 차(ΔT)가 발생하는 것으로 측정되었고, 비교예4는 배터리 셀(10)의 동작 온도가 29.78℃ 인 것으로 측정되어, 4.78℃의 온도 차(ΔT)가 발생하는 것으로 측정되었다. In the case of the reference example, the operating temperature of the battery cell 10 was measured to be 40° C., and it was found that a temperature difference ΔT between the ambient temperature and 15° C. occurred. On the other hand, in Comparative Examples 1, 2, 3, and 5, the operating temperature of the battery cell 10 was measured to be 25.12°C, and it was measured that a temperature difference (ΔT) of 0.12°C occurred, and Comparative Example 4 was the battery cell ( 10) was measured to be 29.78°C, and it was determined that a temperature difference (ΔT) of 4.78°C occurred.

비교예1, 2, 3, 5는 열 전달층(85)의 두께를 0.1mm 이상으로 형성하였으며, 이 경우 상기한 온도 차(ΔT)가 0.12℃로 측정되었다. 따라서 열 전달층(85)의 두께를 0.1mm 이상으로 형성하게 되면 배터리 셀(10)의 동작 온도가 주변 온도와 유사하게 유지되는 것을 나타났다.In Comparative Examples 1, 2, 3, and 5, the thickness of the heat transfer layer 85 was formed to be 0.1 mm or more, and in this case, the temperature difference (ΔT) was measured to be 0.12°C. Therefore, when the thickness of the heat transfer layer 85 is formed to be 0.1 mm or more, it was shown that the operating temperature of the battery cell 10 is maintained similar to the ambient temperature.

반면에 열 전달층(85)의 두께가 0.01mm인 비교예4의 경우, 얇은 두께로 인하여 다른 비교예들에 비해 열 전달 효율이 다소 저하되는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of Comparative Example 4 in which the thickness of the heat transfer layer 85 is 0.01 mm, it can be seen that the heat transfer efficiency is somewhat lowered compared to other Comparative Examples due to the thin thickness.

또한 비교예1, 2, 3, 5를 참조하면, 열 전달층(85)의 두께가 0.1mm ~0.5mm의 범위에 포함되는 경우, 열 전달층(85)의 두께가 다르더라도 열전도율이 유사한 것으로 나타났다. 다시 말해, 0.1mm를 초과하는 두께로 열 전달층(85)을 형성하더라도 열 전달층(85)의 두께가 0.1mm인 경우에 비해 열 전달 효율이 크게 차이 나지 않는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to Comparative Examples 1, 2, 3, and 5, when the thickness of the heat transfer layer 85 is included in the range of 0.1 mm to 0.5 mm, even if the thickness of the heat transfer layer 85 is different, the thermal conductivity is similar. appear. In other words, even when the heat transfer layer 85 is formed with a thickness exceeding 0.1 mm, it can be seen that the heat transfer efficiency does not differ significantly compared to the case where the thickness of the heat transfer layer 85 is 0.1 mm.

열 전달층(85)의 두께가 증가할수록 셀 적층체(1)의 부피도 증가하게 되므로 셀 적층체(1)의 에너지 밀도는 낮아지게 된다. 따라서 본 실시예의 열 전달층(85)은 얇은 두께로 형성하는 것이 유리하다. 이에 본 실시예에서 열 전달층(85)의 두께는 0.1mm 이하로 형성될 수 있다.As the thickness of the heat transfer layer 85 increases, the volume of the cell stack 1 also increases, so that the energy density of the cell stack 1 is lowered. Therefore, it is advantageous to form the heat transfer layer 85 of this embodiment to have a thin thickness. Accordingly, in the present embodiment, the thickness of the heat transfer layer 85 may be formed to be 0.1 mm or less.

또한 열 전달층(85)의 두께를 0.05mm 이하로 형성하는 경우, 제조 공정에서 균일한 두께로 열 전달층(85)을 형성하기 어렵다.In addition, when the thickness of the heat transfer layer 85 is formed to be 0.05 mm or less, it is difficult to form the heat transfer layer 85 with a uniform thickness in the manufacturing process.

이에 본 실시예에서 열 전달층(85)은 0.05mm 이상, 0.1mm 이하의 두께로 형성될 수 있다.Accordingly, in the present embodiment, the heat transfer layer 85 may be formed to have a thickness of 0.05 mm or more and 0.1 mm or less.

한편, 비교예1, 2, 3, 5를 참조하면, 열 전달층(85)의 두께가 0.1mm 이상인 경우 열 전달층(85)의 두께가 다르더라도 전술한 온도 차(ΔT)가 0.12℃ 이하인 것을 알 수 있다. 이에 본 실시예의 배터리 모듈(100)은 열 전달층(85)의 두께가 0.1mm 이하이며, 배터리 셀(10) 동작 시 주변 온도와 배터리 셀(10)의 온도 차(ΔT)가 0.12℃ 이하로 유지되는 구성으로 규정될 수 있다.On the other hand, referring to Comparative Examples 1, 2, 3, and 5, when the thickness of the heat transfer layer 85 is 0.1 mm or more, even if the thickness of the heat transfer layer 85 is different, the above-described temperature difference (ΔT) is 0.12° C. or less. it can be seen that Accordingly, in the battery module 100 of this embodiment, the thickness of the heat transfer layer 85 is 0.1 mm or less, and the temperature difference (ΔT) between the ambient temperature and the battery cell 10 during operation of the battery cell 10 is 0.12° C. or less. It can be defined as a maintained configuration.

비교예5는 셀 적층체(1)를 체결하는 체결력을 증가시켜 측정한 데이터로, 여기서 셀 적층체(1)의 체결력이란 셀 적층체(1)의 양단에서 셀 적층체(1)를 가압하여 배터리 셀들(10)을 서로 밀착시키는 힘으로 이해될 수 있다.Comparative Example 5 is data measured by increasing the fastening force for fastening the cell stack 1 , where the fastening force of the cell stack 1 is obtained by pressing the cell stack 1 at both ends of the cell stack 1 . It may be understood as a force that adheres the battery cells 10 to each other.

도 4를 참조하면 비교예5는 3000N의 체결력으로 셀 적층체(1)를 체결하였다. 이 경우 완충 패드(80)가 압축되어 완충 패드(80)의 두께가 감소하므로, 완충 패드(80)의 일면에 0.1mm 두께의 열 전달층(85)이 구비되더라도 셀 적층체(1)의 전체적인 부피는 기준예와 동일하게 유지될 수 있다. 즉 열 전달층(85)을 포함하면서 종래와 동일한 부피의 셀 적층체(1)를 제공할 수 있다. Referring to FIG. 4 , in Comparative Example 5, the cell stack 1 was fastened with a fastening force of 3000N. In this case, since the buffer pad 80 is compressed to reduce the thickness of the buffer pad 80 , even if the heat transfer layer 85 having a thickness of 0.1 mm is provided on one surface of the buffer pad 80 , the entire cell stack 1 is The volume may be kept the same as in the reference example. That is, it is possible to provide the cell stack 1 having the same volume as the conventional one while including the heat transfer layer 85 .

비교예5와 같이 체결력을 높이는 경우, 배터리 셀들(10)이 가압되므로 배터리 셀(10)의 수명이 다소 단축될 수 있다. 그러나 열 전도율 증가에 따라 배터리 셀의 동작 온도를 낮출 수 있으므로, 열 전달층(85)을 구비하지 않는 기준예에 비해 배터리 셀(10)의 전체적인 수명은 오히려 증가될 수 있다.When the fastening force is increased as in Comparative Example 5, since the battery cells 10 are pressurized, the lifespan of the battery cells 10 may be somewhat shortened. However, since the operating temperature of the battery cell may be lowered according to the increase in thermal conductivity, the overall lifespan of the battery cell 10 may be rather increased compared to the reference example in which the heat transfer layer 85 is not provided.

한편, 본 실시예에서는 완충 패드(80)의 일면에만 열 전달층(85)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 완충 패드(80)의 양면에 모두 열 전달층(85)을 형성하는 것도 가능하다. Meanwhile, in the present embodiment, the case where the heat transfer layer 85 is formed only on one surface of the buffer pad 80 has been described as an example, but the configuration of the present invention is not limited thereto, and if necessary, It is also possible to form the heat transfer layer 85 on both surfaces.

도 5는 도 4에 도시된 각 비교예들에 대해 충방전 테스트를 실시하여 측정한 그래프로, 충방전 사이클 대비 배터리 셀의 용량 변화를 나타내고 있다. 5 is a graph measured by performing a charge/discharge test for each of the comparative examples shown in FIG. 4 , and shows a change in the capacity of a battery cell compared to a charge/discharge cycle.

도 5를 참조하면, 기준예의 경우, 충방전이 1210회 진행되었을 때 배터리 셀의 용량이 초기 용량 대비 80% 저하되는 것으로 나타났으나, 비교예들의 경우 충방전이 2280회 내지 2630회 진행되었을 때 배터리 셀의 용량이 80%로 저하되는 것으로 나타났다. 따라서 열 전달층(95)을 통해 배터리 셀(10)의 수명이 크게 증가된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 5 , in the case of the reference example, it was found that the capacity of the battery cell was reduced by 80% compared to the initial capacity when charging and discharging was performed 1210 times, but in the case of the comparative examples, when charging and discharging were performed 2280 to 2630 times It was found that the capacity of the battery cell was reduced to 80%. Accordingly, it can be seen that the lifespan of the battery cell 10 is greatly increased through the heat transfer layer 95 .

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다. The present invention is not limited to the above-described embodiment and various modifications are possible.

도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 열 전도율을 측정한 데이터로, 실리콘 재질로 완충 패드(80)를 구성하고, 완충 패드(80)의 양면 중 한 면에만 실리콘 재질의 페이스트를 도포하여 열 전달층(85)을 구성하였다.6 is data obtained by measuring the thermal conductivity of a battery module according to another embodiment of the present invention. The buffer pad 80 is made of a silicon material, and a silicone paste is applied to only one side of both surfaces of the buffer pad 80. The heat transfer layer 85 was formed by coating.

따라서 도 6의 변형예는 열 전달층(85) 없이 실리콘 재질의 완충 패드(80)만이 배터리 셀들(10) 사이에 배치되는 구성을 의미한다.Accordingly, the modified example of FIG. 6 means a configuration in which only the silicon buffer pad 80 is disposed between the battery cells 10 without the heat transfer layer 85 .

본 실시예의 배터리 모듈은 전술한 도 3과 동일하게 구성될 수 있으며, 완충 패드와 열 전달층의 재질과 두께에 있어서만 차이를 가질 수 있다. The battery module of this embodiment may be configured in the same manner as in FIG. 3 described above, and may have a difference only in the material and thickness of the buffer pad and the heat transfer layer.

본 실시예에서 완충 패드(80)는 내열성과 전기절연성이 우수한 실리콘 수지에 열전도성 파우더를 혼합하여 제조될 수 있다. In the present embodiment, the buffer pad 80 may be manufactured by mixing thermally conductive powder with a silicone resin having excellent heat resistance and electrical insulation.

열전도성 파우더는 무기 충전제를 포함할 수 있으며, 예컨대 산화마그네슘, 산화알루미늄, 질화붕소 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The thermally conductive powder may include an inorganic filler, for example, magnesium oxide, aluminum oxide, boron nitride, etc. may be used, but is not limited thereto.

본 실시예의 완충 패드(80)는 6W/mk 이하의 열전도율을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The buffer pad 80 of this embodiment may have a thermal conductivity of 6W/mk or less, but is not limited thereto.

또한 본 실시예에서 열 전달층(85)은 컴파운드(compound)나 그리스(grease)와 같이 반고형(半固形) 또는 페이스트(paste)나 겔(gel) 형태로 형성되어 완충 패드(80)와 배터리 셀(10) 사이의 간극을 메우는 형태로 배치될 수 있다. 이를 위해 본 실시예의 열 전달층(85)은 점착성 및 점도를 갖는 물질로 형성될 수 있다.In addition, in this embodiment, the heat transfer layer 85 is formed in a semi-solid or paste or gel form, such as a compound or grease, and the buffer pad 80 and the battery. It may be arranged in a form to fill the gap between the cells (10). To this end, the heat transfer layer 85 of the present embodiment may be formed of a material having adhesiveness and viscosity.

예컨대, 열 전달층(85)으로는 실리콘 오일에 알루미나와 같은 열전도성 필러를 함유시킨 실리콘 컴파운드(silicone compound)나, 실리콘 그리스(silicone grease) 등이 이용될 수 있다. For example, as the heat transfer layer 85 , a silicone compound containing a thermally conductive filler such as alumina in silicone oil, silicone grease, or the like may be used.

열 전달층(85)이 점착성 및 점도를 갖는 경우, 전술한 완충 패드(80)보다 열전도성 파우더의 함량이 작아 열 전도율이 완충 패드(80)보다 작을 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 열 전달층(85)은 2W/mk 이하의 열전도율을 가질 수 있다. When the heat transfer layer 85 has adhesiveness and viscosity, the content of the thermally conductive powder is smaller than that of the aforementioned buffer pad 80 , so that the thermal conductivity may be lower than that of the buffer pad 80 . For example, the heat transfer layer 85 of the present embodiment may have a thermal conductivity of 2 W/mk or less.

그러나 열 전달층(85)을 구비하는 경우, 열 전달층(85)의 점착력과 점성을 통해 완충 패드(80)와 배터리 셀 사이의 간극을 메울 수 있다. 따라서 완충 패드(80)와 배터리 셀(10) 간의 열 전도 효율을 높일 수 있으므로, 배터리 셀(10)의 열을 효과적으로 낮출 수 있다. However, when the heat transfer layer 85 is provided, the gap between the buffer pad 80 and the battery cell may be filled through the adhesive force and viscosity of the heat transfer layer 85 . Accordingly, since heat conduction efficiency between the buffer pad 80 and the battery cell 10 can be increased, the heat of the battery cell 10 can be effectively reduced.

또한 열 전달층(85)이 컴파운드 또는 그리스와 같은 반고형 형태로 형성되므로, 배터리 모듈(100) 내에서 배터리 셀에 가해지는 물리적 충격을 완화시키는 기능도 제공할 수 있다. In addition, since the heat transfer layer 85 is formed in a semi-solid form such as a compound or grease, a function of alleviating a physical impact applied to the battery cells in the battery module 100 may be provided.

도 6의 변형예를 참조하면, 열전도성 파우더를 함유하는 실리콘 재질로 완충 패드(80)를 구성하는 경우, 열 전달층(85)이 생략되더라도 열 전도율이 7.9W/mk로 측정되어 도 3의 기준예보다 열 전도율이 크게 증가하는 것을 알 수 있다. Referring to the modified example of FIG. 6 , when the buffer pad 80 is made of a silicon material containing thermally conductive powder, even if the heat transfer layer 85 is omitted, the thermal conductivity is measured to be 7.9 W/mk. It can be seen that the thermal conductivity is significantly increased compared to the reference example.

또한 열 전달층(85)을 함께 포함하는 경우, 완충 패드(80)의 두께가 0.3mm 이상, 1mm 이하인 범위에서 열 전도율이 9W/mk 이상으로 측정되어 더욱 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고 이에 비례하여 배터리 셀의 온도 편차도 크게 감소하는 것을 알 수 있다.In addition, when the heat transfer layer 85 is included together, it can be seen that the thermal conductivity is measured to be 9W/mk or more in the range where the thickness of the buffer pad 80 is 0.3mm or more and 1mm or less, which further increases. In addition, it can be seen that the temperature deviation of the battery cells is also greatly reduced in proportion to this.

따라서 본 실시예에서 완충 패드(80)의 두께는 0.3mm 이상, 1mm 이하의 범위로 형성될 수 있다.Therefore, in the present embodiment, the thickness of the buffer pad 80 may be formed in the range of 0.3 mm or more and 1 mm or less.

한편, 완충 패드(80)의 두께를 1mm로 형성한 비교예6과, 0.5mm로 형성한 비교예7을 비교하면, 열 전도율이 모두 12.22W/mk로, 열 전도율에는 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다. On the other hand, when comparing Comparative Example 6 in which the thickness of the buffer pad 80 was formed to be 1 mm and Comparative Example 7 formed to be 0.5 mm, the thermal conductivity was all 12.22 W/mk, and it was found that there was no significant difference in the thermal conductivity. can

완충 패드(80)의 두께가 증가할수록 셀 적층체(1)의 부피가 증가하여 셀 적층체(1)의 에너지 밀도가 낮아지게 되므로, 본 실시예에서 완충 패드(80)의 두께는 상기 비교예6, 7 중 최소 두께인 0.5mm 이하로 규정하는 것도 가능하다.As the thickness of the buffer pad 80 increases, the volume of the cell stack 1 increases and the energy density of the cell stack 1 decreases. It is also possible to specify the minimum thickness of 0.5mm or less among 6 and 7.

반면에 완충 패드(80)의 두께를 0.3mm로 형성한 비교예8의 경우에는 비교예6, 7에 비해 열 전도율이 감소하여 변형예의 열 전도율에 가까워지는 것을 알 수 있다. 따라서 본 실시예에서 완충 패드(80)의 두께는 0.3mm 보다 크게 형성될 수 있다. On the other hand, in the case of Comparative Example 8 in which the buffer pad 80 was formed to have a thickness of 0.3 mm, the thermal conductivity was decreased compared to Comparative Examples 6 and 7, and it was found that the thermal conductivity was close to the thermal conductivity of the modified example. Therefore, in the present embodiment, the thickness of the buffer pad 80 may be formed to be greater than 0.3mm.

또한 도 6을 참조하면, 열 전달층(85)의 두께를 0.1mm 이상, 0.7mm 이하의 범위로 형성한 경우, 모두 변형예에 비해 열 전도율이 증가하였다. In addition, referring to FIG. 6 , when the thickness of the heat transfer layer 85 is formed in a range of 0.1 mm or more and 0.7 mm or less, thermal conductivity is increased compared to the modified example.

열 전달층(85)이 반고형 형태로 형성됨에 따라, 열 전달층(85)의 두께를 0.1mm 이하로 형성하는 경우, 제조 공정에서 균일한 두께로 열 전달층(85)을 형성하기 어렵다. As the heat transfer layer 85 is formed in a semi-solid form, when the thickness of the heat transfer layer 85 is formed to be 0.1 mm or less, it is difficult to form the heat transfer layer 85 with a uniform thickness in the manufacturing process.

비교예9를 참조하면, 열 전달층(85)의 두께를 0.1mm로 형성하더라도 0.5mm의 두께로 열 전달층(85)을 형성한 비교예6, 7과 유사한 열 전도율을 제공하는 것을 알 수 있다. 이에 본 실시예에서 열 전달층(85)의 최소 두께는 0.1mm으로 규정될 수 있다.Referring to Comparative Example 9, it can be seen that even when the thickness of the heat transfer layer 85 is formed to be 0.1 mm, the thermal conductivity is similar to that of Comparative Examples 6 and 7 in which the heat transfer layer 85 is formed to a thickness of 0.5 mm. have. Accordingly, in the present embodiment, the minimum thickness of the heat transfer layer 85 may be defined as 0.1 mm.

또한, 비교예8을 참조하면, 두께는 열 전달층(85)의 두께를 0.7mm로 형성하더라도 완충 패드(80)의 두께가 얇아지면 열 전달층(85)의 두께를 0.5mm로 형성한 비교예7보다 오히려 열 전도율이 감소하는 것을 알 수 있다.In addition, referring to Comparative Example 8, even if the thickness of the heat transfer layer 85 is formed to be 0.7 mm, when the thickness of the buffer pad 80 is reduced, the thickness of the heat transfer layer 85 is formed to be 0.5 mm. It can be seen that the thermal conductivity decreases rather than 7.

따라서 본 실시예의 열 전달층(85)은 0.5mm의 두께에서 충분한 열전달 효과가 이뤄지는 것으로 판단할 수 있다. 이에 본 실시예에서 열 전달층(85)의 최대 두께를 0.5mm로 규정하는 것도 가능하다.Therefore, it can be determined that the heat transfer layer 85 of the present embodiment has a sufficient heat transfer effect at a thickness of 0.5 mm. Accordingly, in this embodiment, it is also possible to define the maximum thickness of the heat transfer layer 85 as 0.5 mm.

따라서 본 실시예에서 열 전달층(85)은 0.1mm 이상, 0.5mm 이하의 두께로 형성될 수 있다.Therefore, in the present embodiment, the heat transfer layer 85 may be formed to a thickness of 0.1 mm or more and 0.5 mm or less.

한편, 비교예6, 7, 9를 참조하면, 열 전달층(85)의 두께가 0.1mm 이상, 0.5mm 이하이고, 완충 패드(80)의 두께가 0.5mm 이상, 1mm 이하인 범위에서는 열 전달층(85)의 두께가 다르더라도 전술한 온도 차(ΔT)가 3.5℃ 이하인 것을 알 수 있다. On the other hand, referring to Comparative Examples 6, 7, and 9, the thickness of the heat transfer layer 85 is 0.1 mm or more and 0.5 mm or less, and the thickness of the buffer pad 80 is 0.5 mm or more and 1 mm or less in the range, the heat transfer layer Even if the thickness of (85) is different, it can be seen that the above-described temperature difference ΔT is 3.5° C. or less.

이에 본 실시예의 배터리 모듈은 열 전달층(85)의 두께가 0.1mm 이상, 0.5mm 이하이고 완충 패드(80)의 두께가 0.5mm 이상, 1mm 이하인 범위에서 배터리 셀(10) 동작 시 냉각 장치(20)와 배터리 셀(10)의 온도 차(ΔT)가 3.5℃ 이하로 유지되는 구성으로 규정될 수 있다.Accordingly, in the battery module of this embodiment, the thickness of the heat transfer layer 85 is 0.1 mm or more and 0.5 mm or less, and the thickness of the buffer pad 80 is 0.5 mm or more and 1 mm or less. 20) and the temperature difference ΔT between the battery cell 10 may be defined as a configuration that is maintained at 3.5° C. or less.

도 7은 도 6에 도시된 각 비교예들에 대해 충방전 테스트를 실시하여 측정한 그래프로, 충방전 사이클 대비 배터리 셀의 용량 변화를 나타내고 있다. 7 is a graph measured by performing a charge/discharge test for each of the comparative examples shown in FIG. 6 , and shows a change in the capacity of a battery cell compared to a charge/discharge cycle.

도 7을 참조하면, 비교예들의 경우 충방전이 2150회 내지 2380회 진행되었을 때 배터리 셀의 용량이 80%로 저하되는 것으로 나타났다. 따라서 기준예에 비해 배터리 셀의 수명이 크게 증가된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the case of Comparative Examples, it was found that the capacity of the battery cell decreased to 80% when charging and discharging were performed 2150 to 2380 times. Accordingly, it can be seen that the lifespan of the battery cell is significantly increased compared to the reference example.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 완충 패드(80)의 적어도 한 면에 열 전달층(85)이 배치되어 배터리 셀(10)의 열을 빠르게 방출하여 배터리 셀(10)의 동작 온도를 낮출 수 있으며, 주변 온도와의 온도 차도 최소화할 수 있다. 따라서 배터리 셀(10)의 수명을 연장시킬 수 있어 배터리 모듈의 에너지 효율을 높일 수 있다. In the battery module 100 according to the present embodiment configured as described above, the heat transfer layer 85 is disposed on at least one surface of the buffer pad 80 to rapidly dissipate the heat of the battery cell 10 to the battery cell 10 . ) can lower the operating temperature, and the temperature difference with the ambient temperature can be minimized. Accordingly, the lifespan of the battery cell 10 can be extended, thereby increasing the energy efficiency of the battery module.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

예를 들어 전술한 실시예에서는 냉각 장치가 제1 플레이트의 외부에 배치되는 경우를 예로 들었으나, 냉각 장치를 제1 플레이트의 내부에 배치하거나, 제1 플레이트가 냉각 유로를 포함하도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.For example, in the above-described embodiment, a case in which the cooling device is disposed outside the first plate is taken as an example, but the cooling device is disposed inside the first plate or the first plate is configured to include a cooling passage Transformation is possible. Also, each of the embodiments may be implemented in combination with each other.

100: 배터리 모듈
10: 배터리 셀
20: 냉각 장치
30: 케이스
40: 제2 플레이트
50: 제1 플레이트
60: 측면 커버
70: 버스바 조립체
80: 완충 패드
85: 열 전달층100: battery module
10: battery cell
20: cooling device
30: case
40: second plate
50: first plate
60: side cover
70: bus bar assembly
80: buffer pad
85: heat transfer layer

Claims (13)

다수의 배터리 셀을 적층한 셀 적층체;
상기 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나의 완충 패드; 및
상기 완충 패드의 양면 중 적어도 한 면에 배치되어 상기 배터리 셀과 면접촉하는 열 전달층;
을 포함하고,
상기 열 전달층은 그라파이트(graphite) 재질을 포함하며 0.05mm 이상, 0.1mm 이하의 두께로 형성되는 배터리 모듈.
a cell stack in which a plurality of battery cells are stacked;
at least one buffer pad interposed between the battery cells; and
a heat transfer layer disposed on at least one of both surfaces of the buffer pad and in surface contact with the battery cell;
including,
The heat transfer layer includes a graphite material and is formed to a thickness of 0.05 mm or more and 0.1 mm or less.
 제1항에 있어서,
상기 열 전달층에 연결되어 상기 열 전달층의 열을 흡수하는 냉각 장치를 더 포함하는 배터리 모듈.
According to claim 1,
The battery module further comprising a cooling device connected to the heat transfer layer to absorb the heat of the heat transfer layer.
 제2항에 있어서,
상기 배터리 셀 동작 시 상기 냉각 장치의 온도와 상기 배터리 셀의 온도 차는 0.12℃ 이하인 배터리 모듈.
3. The method of claim 2,
A battery module wherein a temperature difference between a temperature of the cooling device and a temperature of the battery cell during operation of the battery cell is 0.12° C. or less.
 제2항에 있어서, 상기 배터리 셀은,
상기 냉각 장치와 상기 셀 적층체 사이에 배치되는 열전달 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
According to claim 2, wherein the battery cell,
The battery module further comprising a heat transfer member disposed between the cooling device and the cell stack.
 제4항에 있어서,
상기 열전달 부재는,
써멀 그리스, 열전도성 접착제, 및 방열 패드로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 형태로 형성되는 배터리 모듈.
5. The method of claim 4,
The heat transfer member,
A battery module formed in at least one shape selected from the group consisting of thermal grease, a thermally conductive adhesive, and a heat dissipation pad.
 제1항에 있어서, 상기 완충 패드는,
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리우레탄으로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재질로 형성되는 배터리 모듈.
According to claim 1, wherein the buffer pad,
A battery module formed of at least one material selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and polyurethane.
 제1항에 있어서, 상기 완충 패드는,
탄성 압축되는 폼(foam)의 형태로 형성되는 배터리 모듈.
According to claim 1, wherein the buffer pad,
A battery module formed in the form of an elastically compressed foam.
 다수의 배터리 셀을 적층한 셀 적층체;
상기 배터리 셀들 사이에 개재되는 적어도 하나의 완충 패드; 및
상기 완충 패드의 양면 중 적어도 한 면에 배치되며 상기 배터리 셀과 면접촉하는 열 전달층;
을 포함하고,
상기 완충 패드는 열전도성 파우더가 혼합된 실리콘 수지로 형성되며,
상기 열 전달층은 반고형(半固形) 형태로 형성되고,
상기 완충 패드는 0.3mm 이상, 1mm 이하의 두께로 형성되는 배터리 모듈.
a cell stack in which a plurality of battery cells are stacked;
at least one buffer pad interposed between the battery cells; and
a heat transfer layer disposed on at least one of both surfaces of the buffer pad and in surface contact with the battery cell;
including,
The buffer pad is formed of a silicone resin mixed with thermal conductive powder,
The heat transfer layer is formed in a semi-solid form,
The buffer pad is a battery module formed to a thickness of 0.3mm or more, 1mm or less.
 제8항에 있어서, 상기 열 전달층은,
열전도성 필러(filler)를 함유하는 실리콘 컴파운드(silicone compound) 또는 실리콘 그리스(silicone grease)로 형성되는 배터리 모듈.
The method of claim 8, wherein the heat transfer layer,
A battery module formed of a silicone compound or silicone grease containing a thermally conductive filler.
 제8항에 있어서, 상기 열 전달층은,
0.1mm 이상, 0.5mm 이하의 두께로 형성되는 배터리 모듈.
The method of claim 8, wherein the heat transfer layer,
A battery module formed with a thickness of 0.1mm or more and 0.5mm or less.
 제10항에 있어서,
상기 열 전달층에 연결되어 상기 열 전달층의 열을 흡수하는 냉각 장치를 더 포함하는 배터리 모듈.
11. The method of claim 10,
The battery module further comprising a cooling device connected to the heat transfer layer to absorb the heat of the heat transfer layer.
 제11항에 있어서,
상기 완충 패드는 0.5mm 이상, 1mm 이하의 두께로 형성되고,
상기 배터리 셀 동작 시 상기 냉각 장치의 온도와 상기 배터리 셀의 온도 차는 3.5℃ 이하인 배터리 모듈.
12. The method of claim 11,
The buffer pad is formed to a thickness of 0.5mm or more, 1mm or less,
A battery module in which a temperature difference between a temperature of the cooling device and a temperature of the battery cell during operation of the battery cell is 3.5° C. or less.
 제11항에 있어서, 상기 배터리 셀은,
상기 냉각 장치와 상기 셀 적층체 사이에 배치되는 열전달 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.12. The method of claim 11, wherein the battery cell,
The battery module further comprising a heat transfer member disposed between the cooling device and the cell stack.
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