WO2018008866A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 - Google Patents

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WO2018008866A1
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김태근
박진우
이복건
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a plurality of secondary batteries, a battery pack including the same, and an automobile, and more particularly, to a battery module capable of cooling a battery cell, a battery pack including the same, and an automobile.
  • Secondary batteries are highly applicable to various product groups and have electrical characteristics having high energy density. Such secondary batteries are applied to electric vehicles or hybrid vehicles, power storage devices, and the like, which are driven by electric driving sources as well as portable electronic devices.
  • the battery pack applied to an electric vehicle has a structure in which a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are connected to obtain high power.
  • each battery cell is an electrode assembly, and may be repeatedly charged and discharged by an electrochemical reaction between components, including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, an electrolyte, and the like.
  • the battery pack of the multi-module structure is manufactured in a form in which a plurality of secondary batteries are concentrated in a narrow space, it is important to easily release heat generated in each secondary battery.
  • heat is generated by an electrochemical reaction. If the heat of the battery module generated during the charging and discharging process is not effectively removed, thermal accumulation may occur. In addition, deterioration of the battery module is promoted, and in some cases, fire or explosion may occur.
  • a high output large capacity battery module and a battery pack to which it is mounted require a cooling device for cooling the battery cells embedded therein.
  • cooling fins are available in aluminum. Cooling fins that absorb heat from each battery cell are connected to one cooling plate to transfer heat to the cooling plate. The cooling plate transfers the heat transferred from the cooling fins back to the heat sink and the heat sink is cooled by the coolant or cooling air.
  • the above-described cooling method of the battery cell has a problem in that heat generated at an edge portion of the battery cell may not be cooled by cooling only heat generated from the surface of the cell.
  • the present invention is to provide a battery module, a battery pack including the same, and a vehicle having improved cooling efficiency to solve the above problems.
  • the present invention provides a battery module having a plurality of secondary batteries.
  • the battery module may include a plurality of battery cells arranged in parallel in one direction, contacting the battery cells, and transmitting the heat generated from the battery cells to the outside.
  • a heat sink disposed below and heat-exchanging with the cooling member to release heat transferred from the cooling member to the outside, wherein the cooling member has an empty space formed therein to accommodate the battery cell;
  • a plurality of cooling fins coupled to the cooling frame to separate internal spaces of the cooling frame and positioned between the plurality of battery cells so as to face each other with the battery cells. It may be bonded to the first thermal adhesive member.
  • the cooling frame is located on top of the battery cell and the pair of side frame and the pair of side frame and the surface of the battery cell located in the outermost of the battery cells, the pair of the side frame An upper frame coupled to an upper end and a lower frame positioned opposite to the upper frame, coupled to a lower end of the pair of side frames, and positioned adjacent to a lower portion of the battery cell, wherein the first thermal adhesive member includes:
  • the lower frame may be positioned between the lower part of the battery cell.
  • a plurality of the cooling fins are located side by side in one direction in the cooling frame, a plurality of battery cells are located between the adjacent cooling fins, the cooling fins are adjacent to the adjacent battery cells Face-to-face contact.
  • the lower frame is located between a plurality of horizontal parts and horizontal parts adjacent to each other, and includes a plurality of protrusions provided to protrude in an upward direction, the horizontal portion and the protrusions provided in the same thickness Can be.
  • the cooling frame and the plurality of cooling fins may be made of aluminum.
  • the cooling frame and the heat sink may be bonded by a second heat adhesive member.
  • the upper surface of the heat sink may be provided in a shape corresponding to the shape of the lower frame.
  • the cooling frame may be provided in an open shape on both sides.
  • the cooling frame and the plurality of cooling fins may be integrally formed.
  • the present invention provides a battery pack including the battery module described above.
  • the present invention provides an automobile including the battery pack described above.
  • the cooling fins which face-to-face contact with the battery cell, the lower part of the battery cell and the cooling frame are combined with a heat-adhesive member, and heat generated from the surface and the edge of the battery cell to the outside. It is possible to improve the cooling efficiency of the battery cell.
  • the cooling fins and the cooling frame are integrally formed, and the battery cells are easily bonded to the heat-adhesive member to manufacture the battery module.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the battery cell of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a combined perspective view illustrating the battery cell of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a front view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a side view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 5 viewed from the A-A direction.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating the cooling member of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a front view of the cooling member of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a front view showing a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 9.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 10 has a plurality of battery cells 100.
  • the battery cell 100 may be provided as a secondary battery.
  • the battery cell 100 may be provided as a pouch type secondary battery.
  • the battery cell 100 of the present invention will be described with an example of being provided as a pouch type secondary battery.
  • the battery module 10 includes a battery cell 100, a cooling member 200, a first heat adhesive member 400, a heat sink 300, and a second heat adhesive member 500.
  • a plurality of battery cells 100 are provided.
  • the plurality of battery cells 100 are arranged side by side in a direction in which respective surfaces thereof face each other.
  • the plurality of battery cells 100 are positioned to face each other.
  • a direction in which the plurality of battery cells 100 are arranged side by side is referred to as a first direction 12.
  • the direction perpendicular to the first direction 12 is referred to as the second direction 14.
  • the direction perpendicular to both the first direction 12 and the second direction 14 is called a third direction 16.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating the battery cell of FIG. 1
  • FIG. 3 is a combined perspective view illustrating the battery cell of FIG. 2.
  • the battery cell 100 includes a pouch case 110, an electrode assembly 120, an electrode tab 130, and an electrode lead 140.
  • the pouch case 110 has an inner space 101. In the pouch case 110, an electrode assembly 120 and an electrolyte, which will be described later, are positioned. The central region of the pouch case 110 protrudes in the vertical direction.
  • the pouch case 110 includes an upper case 111 and a lower case 112.
  • the upper case 111 and the lower case 112 are combined with each other to form an inner space 101.
  • the central region of the upper case 111 has a concave shape protruding upward.
  • the lower case 112 is positioned below the upper case 111.
  • the central area of the lower case 112 has a concave shape protruding downward.
  • the inner space 101 of the pouch case 110 may be formed only in any one of the upper case 111 or the lower case 112.
  • the upper case 111 and the lower case 112 each have a sealing portion 160.
  • the sealing part 160 of the upper case 111 and the sealing part 160 of the lower case 112 may be provided to face each other.
  • the sealing part 160 of the upper case 111 and the sealing part 160 of the lower case 112 may be adhered to each other by an inner adhesive layer located inside.
  • the interior space 101 may be sealed through adhesion of the sealing unit 160.
  • the electrolyte and the electrode assembly 120 are accommodated in the inner space 101 of the pouch case 110.
  • the pouch case 110 may have an outer insulating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer.
  • the external insulating layer can prevent the external moisture, gas and the like from penetrating into the interior.
  • the metal layer may improve the mechanical strength of the pouch case 110.
  • the metal layer may be provided with aluminum.
  • the metal layer may be provided with any one selected from iron, carbon, chromium, manganese alloys, alloys of iron nickel and nickel, aluminum or equivalents thereof. When the metal layer uses a material containing iron, the mechanical strength can be increased. If the metal layer is made of aluminum, the ductility may be good.
  • Aluminum may be provided as a preferred embodiment of the metal layer.
  • the outer insulating layer and the inner adhesive layer may be provided with a polymer material.
  • the electrode assembly 120 includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator.
  • the electrode assembly 120 may be provided in a form in which one or more positive electrode plates and one or more negative electrode plates are disposed with a separator therebetween.
  • the electrode assembly 120 may be provided in a form in which a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates are alternately stacked. Alternatively, one positive electrode plate and one negative electrode plate may be provided in a wound form.
  • the electrode plates of the electrode assembly 120 include a current collector and an active material slurry coated on one or both surfaces of the current collector.
  • the active material slurry may be formed by stirring with a solvent such as a granular active material, an auxiliary conductor, a binder, and a plasticizer.
  • Each of the electrode plates may have a plain portion corresponding to a region where the active material slurry is not applied.
  • An electrode tab 130 corresponding to each electrode plate may be formed in the uncoated portion.
  • the electrode tab 130 extends in a form protruding from the electrode assembly 120.
  • the electrode tab 130 includes a positive electrode tab 131 and a negative electrode tab 132.
  • the positive electrode tab 131 may extend from the uncoated portion of the positive electrode plate, and the negative electrode tab 132 may extend from the uncoated portion of the negative electrode plate.
  • Each of the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132 may be provided in the battery cell 100.
  • a plurality of positive electrode tabs 131 and negative electrode tabs 132 may be provided.
  • one positive electrode tab 131 and one negative electrode tab 132 may be included.
  • a plurality of positive electrode tabs 131 and negative electrode tabs 132 may be included.
  • the electrode assembly 120 includes a plurality of positive and negative plates, respectively, a plurality of positive electrode tabs 131 and negative electrode tabs 132 may also be included, and electrode tabs 130 may be provided for each electrode plate. .
  • the electrode lead 140 may electrically connect the battery cell 100 with other external devices.
  • the electrode lead 140 may include a positive lead 141 and a negative lead 142.
  • the electrode lead 140 may be provided to extend from the inside to the outside of the pouch case 110. Some regions of the electrode lead 140 may be interposed between the sealing portions 160.
  • the electrode lead 140 is connected to the electrode tab 130.
  • the electrode lead 140 of the present invention may be provided with a positive electrode lead 141 on one side of the pouch case 110 and a negative electrode lead 142 on the other side. Alternatively, both the positive lead 141 and the negative lead 142 may be provided on one side of the pouch case 110.
  • the battery cell 100 has an accommodating part 150 and a sealing part 160.
  • the accommodating part 150 is a part in which the electrode assembly 120 is accommodated in the battery cell 100.
  • the sealing unit 160 is a portion of the pouch case 110 that is sealed to four sides surrounding the storage unit 150.
  • the sealing unit 160 may be provided in a folded form.
  • FIG. 4 is a front view of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 5 is a side view of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 5 viewed from AA direction
  • FIG. 7 is a view showing the cooling member of FIG. 1.
  • 8 is a perspective view
  • FIG. 8 is a front view of the cooling member of FIG.
  • the cooling member 200 may transfer heat of the battery cell 100 to release heat generated from the battery cell 100 to the outside.
  • the cooling member 200 may transfer heat generated from the battery cell 100 to the heat sink 300.
  • the cooling member 200 includes a cooling frame 210 and a cooling fin 230.
  • the cooling frame 210 and the cooling fins 230 of the cooling member 200 may be integrally formed.
  • the cooling member 200 may be integrally manufactured through an extrusion process.
  • the cooling frame 210 and the cooling fins 230 may be provided with the same metal material.
  • the cooling frame 210 and the cooling fins 230 may be made of aluminum.
  • the cooling frame 210 may receive heat from the battery cells 100 and transfer heat to the heat sink 300 at the bottom.
  • the cooling frame 210 may be provided in a form in which both sides of the second direction 14 are open.
  • the cooling frame 210 may be provided in a tubular shape of a hexahedron as a whole.
  • the cooling frame 210 may form an empty space therein.
  • the battery cell 100 may be stored in an empty space inside the cooling frame 210.
  • the cooling frame 210 includes an upper frame 211, a side frame 213 and a lower frame 215.
  • the upper frame 211 is positioned above the third direction 16 of the battery cells 100.
  • the upper frame 211 may be provided as a plate having a generally rectangular shape.
  • the upper frame 211 may be provided with a metal material.
  • the metal material may include an aluminum material.
  • the upper frame 211 may be provided with a metal material having good thermal conductivity.
  • the pair of side frames 213 may be provided.
  • the pair of side frames 213 may be positioned to face each other along the second direction 14.
  • An upper end of the side frame 213 may be combined with the upper frame 211.
  • the side frame 213 and the upper frame 211 may be integrally formed.
  • the side frame 213 may face-to-face contact with the battery cell 100 positioned at the outermost of the plurality of battery cells 100.
  • the pair of side frames 213 and the battery cells 100 may be arranged side by side along the first direction 12.
  • the side frame 213 may be provided as a plate having a generally rectangular shape.
  • the side frame 213 may be provided with a metal material.
  • the metal material may include an aluminum material.
  • the side frame 213 may be provided with a metal material having good thermal conductivity.
  • the lower frame 215 may be located below the third direction 16 of the battery cells 100.
  • the lower frame 215 and the upper frame 211 may be positioned to face each other along the third direction 16.
  • the battery cells 100 may be positioned between the lower frame 215 and the upper frame 211.
  • the lower frame 215 may be provided as a plate having a generally rectangular shape.
  • the lower frame 215 may be coupled to the bottom of the pair of side frames 213.
  • the lower frame 215 may be positioned adjacent to the lower portions of the battery cells 100.
  • the lower frame 215 may be provided as a plate having a generally rectangular shape.
  • the lower frame 215 may be provided in the same shape and size as the upper frame 211.
  • the lower frame 215 may have a horizontal portion 217 and a protrusion 218.
  • the horizontal portion 217 and the protrusion 218 may be provided in plurality.
  • the horizontal portion 217 may be provided to extend along the first direction 12.
  • the horizontal portion 217 may be located between adjacent protrusions 218.
  • the thickness in the vertical direction of the third direction 16 of the horizontal portion 217 may be provided in the same manner.
  • the protrusion 218 may be provided to protrude upward in the third direction 16.
  • the protrusion 218 may be located between the horizontal portions 217 adjacent to each other.
  • a plurality of protrusions 218 may be provided.
  • the thickness of the protrusion 218 in the vertical direction of the third direction 16 may be provided in the same manner.
  • the lower portion of the third direction 16 of the protrusion 218 may be formed as a concave space.
  • the lower space of the protrusion 218 may be filled with a second heat adhesive member 500 to be described later.
  • the thickness of the horizontal portion 217 and the vertical direction of the protrusion 218 in the third direction 16 may be provided to be the same.
  • the lower frame 215 may have a horizontal portion 217 and a protrusion 218 to increase the contact area.
  • heat transferred from the battery cell 100 may be transferred to the heat sink 300. That is, the cooling efficiency of the battery cell 100 can be improved.
  • the upper frame 211 may also be provided in the same shape as the lower frame 215.
  • the upper surface of the upper frame 211 has a wider contact area with the outside, thereby further improving the cooling efficiency of the battery cell 100.
  • the lower surface of the lower frame 215 may be provided in a horizontal form in the first direction 12.
  • the upper surface of the third frame 16 of the lower frame 215 may be provided in the same shape as described above.
  • the thickness in the vertical direction of the third direction 16 of the lower frame 215 may be differently provided in some regions.
  • the cooling fins 230 may face-to-face contact with the battery cells 100 to transfer heat generated from the battery cells 100 to the outside.
  • the cooling fins 230 may be provided in plurality.
  • the plurality of cooling fins 230 may be arranged side by side along the first direction 12.
  • the cooling fins 230 may be combined with the cooling frame 210.
  • the upper portion of the cooling fin 230 may be combined with the upper frame 211.
  • the lower portion of the cooling fin 230 may be combined with the lower frame 215.
  • the plurality of cooling fins 230 may partition an inner space of the cooling frame 210.
  • the cooling fin 230 may be located between the plurality of battery cells 100.
  • the cooling fins 230, the battery cells 100, the battery cells 100, and the cooling fins 230 may be arranged side by side along the first direction 12.
  • the plurality of cooling fins 230 may be located between the pair of side frames 213.
  • the cooling fins 230 may be provided in a plate shape of a rectangular shape.
  • the plurality of cooling fins 230 may all be provided in the same shape and size.
  • the cooling fins 230 may be provided with a metal material.
  • the metal material may include an aluminum material.
  • the cooling fin 230 may be provided with a metal material having good thermal conductivity.
  • the first thermal adhesive member 400 may bond the battery cell 100 and the cooling frame 210 to each other.
  • the first thermal adhesive member 400 may be positioned between the lower portion of the battery cell 100 and the lower frame 215.
  • the first thermal adhesive member 400 may adhere the lower frame 215 to the lower portion of the battery cell 100.
  • the first thermal adhesive member 400 is thermally conductive and may be provided with an adhesive material.
  • the first thermal adhesive member 400 may be provided as a thermal interface material (TIM) including a resin material.
  • the first heat adhesive member 400 may be provided as a heat transfer material having an adhesive material.
  • the heat transfer material may include Al 2 O 3 , AlN, BN, ZnO, ZrO 2 , SiO 2 .
  • the heat transfer material may be provided as a known heat transfer material capable of conducting heat.
  • the first heat adhesive member 400 may be in contact with the sealing part 160 of the lower portion of the battery cell 100 to transfer the heat generated from the sealing part 160 to the heat sink 300. That is, according to the present invention, heat generated from the surface of the battery cell 100 is transferred downward through the cooling fin 230 and the side frame 213, and is generated in the sealing unit 160, which is an edge of the battery cell 100. The heat may be transferred to the heat sink 300 through the first heat adhesive member 400 and the lower frame 215. That is, the cooling efficiency of the battery cell 100 may be improved by transferring heat generated from both sides and side surfaces of the battery cell 100 to the bottom.
  • the first thermal adhesive member 400 is positioned between the lower part of the battery cell 100 and the lower frame 215, but the first thermal adhesive member 400 is different from the battery cell 100. It may also be provided between the top of the 100 and the upper frame 211. In addition, the first thermal adhesive member 400 may be provided both between the lower part and the lower frame 215 of the battery cell 100 and between the upper part and the upper frame 211 of the battery cell 100.
  • the heat sink 300 may heat-exchange with the cooling member 200 to release the heat transferred from the cooling member 200 to the outside.
  • the heat sink 300 may be located below the cooling member 200.
  • the upper surface 310 of the heat sink 300 may be located below the lower frame 215 of the cooling frame 210.
  • the upper surface 310 of the heat sink 300 may be provided in a shape corresponding to the shape of the lower frame 215.
  • the upper surface 310 of the heat sink 300 includes an upper horizontal portion 311 and an upper protrusion 313.
  • the upper horizontal portion 311 and the upper protrusion 313 may be provided in plurality.
  • the upper horizontal portion 311 may be provided to extend in the first direction 12.
  • the upper horizontal part 311 may be located between adjacent upper protrusions 313.
  • the thickness of the upper and lower directions of the third horizontal direction 16 of the upper horizontal part 311 may be provided in the same manner.
  • the upper protrusion 313 may be provided to protrude upward in the third direction 16.
  • the upper protrusion 313 may be located between the upper horizontal parts 311 adjacent to each other.
  • a plurality of top protrusions 313 may be provided.
  • the thickness of the upper protrusion 313 in the vertical direction of the third direction 16 may be provided in the same manner.
  • the lower portion of the third direction 16 of the upper protrusion 313 may be formed as a concave space.
  • the upper surface 310 of the heat sink 300 may have an upper horizontal portion 311 and an upper projection 313 to increase the contact area. By increasing the contact area of the upper surface 310 of the heat sink 300, it is possible to effectively transfer the heat transferred from the battery cell 100 to the lower heat sink 300.
  • the lower surface 330 of the heat sink 300 may be provided in a flat shape and may extend in the first direction 12.
  • a flow path may be formed inside the heat sink 300. Cooling fluid may flow through the flow path.
  • the cooling fluid may absorb heat transferred from the upper surface 310 of the heat sink 300 and release the heat to the outside.
  • the cooling fluid may be provided as cooling water.
  • the cooling fluid can be provided with air.
  • the cooling fluid can be provided as a gas with a high heat capacity.
  • the top surface 310 of the heat sink 300 may be provided in a horizontal form, as shown in FIGS. 9 and 10.
  • the second heat adhesive member 500 may be positioned between the cooling frame 210 and the heat sink 300.
  • the second heat adhesive member 500 may bond the cooling frame 210 and the heat sink 300 to each other.
  • the second thermal adhesive member 500 may have the same thickness in the vertical direction of the third direction 16.
  • the second thermal adhesive member 500 may be provided with the same material as the first thermal adhesive member 400.
  • the second heat adhesive member 500 may bond the cooling frame 210 and the heat sink 300, and transfer the heat of the cooling frame 210 to the heat sink 300.
  • all of the heat generated from the surface and the edge of the battery cell 100, the cooling member 200, the first thermal bonding member 400, the heat sink 300 and the first 2 may be released to the outside through the heat adhesive member 500 to improve the cooling efficiency of the battery cell 100.
  • the cooling frame 210 and the plurality of cooling fins 230 of the cooling member 200 can be integrally manufactured through an extrusion process, the manufacturing process of the cooling member 200 is easy. Also. This makes it easy to manufacture the battery module 10.
  • the cooling member 200 may be integrally formed to minimize the contact resistance of the battery cell 100 and the cooling member 200 on a path through which heat is transferred, thereby allowing heat to be transferred well.

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 일방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리 셀, 상기 배터리 셀들과 접촉하며, 상기 배터리 셀에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 냉각 부재 및 상기 냉각 부재의 하부에 위치하며, 상기 냉각 부재와 열교환하여 상기 냉각 부재로부터 전달받은 열을 외부로 방출하는 히트 싱크를 포함하되, 상기 냉각 부재는 내부에 빈 공간이 형성되어, 상기 배터리 셀을 수납하는 냉각 프레임 및 상기 냉각 프레임과 결합되어 상기 냉각 프레임의 내부 공간을 구분하며, 복수개의 상기 배터리 셀들 사이에 위치하여 상기 배터리 셀과 서로 대향되게 위치하는 복수개의 냉각 핀을 포함하며, 상기 배터리 셀과 상기 냉각 프레임은 제1 열접착 부재로 접착되는 배터리 모듈를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
본 발명은 복수개의 이차 전지를 가지는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배터리 셀을 냉각 할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 07월 06일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2016-0085570호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
이차 전지는 다양한 제품군에 적용성이 높고, 높은 에너지 밀도를 가지는 전기적 특성을 가지고 있다. 이러한 이차 전지는 휴대용 전자 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량 또는 하이브리드 차량, 전력 저장 장치 등에 적용되고 있다.
전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 모듈을 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 개개의 배터리 셀은 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. 이차 전지 배터리의 충전 또는 방전의 과정은 전기 화학적 반응에 의하여 열이 발생한다. 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, 고출력 대용량의 배터리 모듈 및 그것이 장착된 배터리 팩에는 그것에 내장되어 있는 배터리 셀들을 냉각시키는 냉각 장치가 반드시 필요하다.
일반적으로 냉각장치에는 대표적으로 공냉식과 수냉식, 두 가지를 들 수 있는데, 누전이나 이차 전지의 방수 문제 등으로 인해 공냉식이 수냉식보다 널리 이용되고 있다.
하나의 이차 전지 셀에 의해 생산할 수 있는 전력은 크지 않으므로 상용화된 배터리 모듈은 일반적으로 모듈 케이스 내에 복수 개의 배터리 셀들을 필요한 수만큼 적층시켜 패키징한다. 그리고 개개의 배터리 셀에서 전기가 생산되는 과정에서 발생된 열을 냉각시켜 이차 전지의 온도를 적정하게 유지하기 위해 배터리 셀들 중간에 방열부재로서 배터리 셀의 면적에 대응되는 복수 개의 냉각 핀들을 삽입한다. 냉각 핀은 알루미늄 재질로 제공된다. 각각의 배터리 셀에서 열을 흡수한 냉각 핀들은 하나의 냉각 플레이트에 연결되어 냉각 플레이트에 열을 전달한다. 냉각 플레이트는 냉각 핀으로부터 전달된 열을 다시 히트 싱크에 그 열을 전달하고 히트 싱크는 냉각수 또는 냉각 공기에 의해 냉각된다.
다만, 상술한 배터리 셀의 냉각 방식은 셀의 표면에서 발생된 열만을 냉각 시키는 방식으로 배터리 셀의 에지 부위에서 발생된 열은 냉각시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 그리고 자동차를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 복수개의 이차 전지를 가지는 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 모듈은 일방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리 셀, 상기 배터리 셀들과 접촉하며, 상기 배터리 셀에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 냉각 부재 및 상기 냉각 부재의 하부에 위치하며, 상기 냉각 부재와 열교환하여 상기 냉각 부재로부터 전달받은 열을 외부로 방출하는 히트 싱크를 포함하되 상기 냉각 부재는, 내부에 빈 공간이 형성되어, 상기 배터리 셀을 수납하는 냉각 프레임 및 상기 냉각 프레임과 결합되어 상기 냉각 프레임의 내부 공간을 구분하며, 복수개의 상기 배터리 셀들 사이에 위치하여 상기 배터리 셀과 서로 대향되게 위치하는 복수개의 냉각 핀을 포함하며, 상기 배터리 셀과 상기 냉각 프레임은 제1 열접착 부재로 접착될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 냉각 프레임은 상기 배터리 셀들 중 가장 최외곽에 위치하는 배터리 셀과 서로 면대면 접촉하는 한 쌍의 측면 프레임과 상기 배터리 셀의 상부에 위치하며, 한 쌍의 상기 측면 프레임의 상단과 결합되는 상부 프레임 및 상기 상부 프레임과 대향되게 위치하여 한 쌍의 측면 프레임의 하단과 결합되며, 상기 배터리 셀의 하부와 인접하게 위치하는 하부 프레임을 포함하며, 상기 제1 열접착 부재는 상기 하부 프레임과 상기 배터리 셀의 하부 사이에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 복수개의 상기 냉각 핀들은 상기 냉각 프레임 내부에서 일방향으로 나란하게 위치하며, 서로 인접하는 상기 냉각 핀들 사이에는 복수개의 배터리 셀이 위치하고, 상기 냉각 핀들은 인접하는 배터리 셀과 서로 면대면 접촉할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 하부 프레임은 복수개의 수평부 및 서로 인접하는 수평부들 사이에 위치하며, 상부 방향으로 돌출되어 제공되는 복수개의 돌출부를 포함하며, 상기 수평부와 상기 돌출부는 동일한 두께로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 냉각 프레임과 복수개의 냉각 핀들은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 냉각 프레임과 상기 히트 싱크는 제2 열접착 부재로 접착될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 히트 싱크의 상부면은 상기 하부 프레임의 형상과 대응되는 형상으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 냉각 프레임은 양측면이 개방된 형상으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 냉각 프레임과 복수의 상기 냉각 핀은 일체로 형성될 수 있다.
본 발명은 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명은 상술한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀과 면대면 접촉하는 냉각 핀과 배터리 셀의 하부와 냉각 프레임이 열접착 부재로 결합되며, 배터리 셀의 면 및 에지부에서 발생되는 열을 외부로 방출 할 수 있어, 배터리 셀의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 냉각핀과 냉각 프레임을 일체로 형성하며, 배터리 셀과는 열접착 부재로 접착시켜 배터리 모듈의 제조가 쉽다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 셀을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 셀을 보여주는 결합 사시도이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 정면도이다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈의 측면도이다.
도 6은 도 5의 배터리 모듈을 A-A 방향에서 바라본 단면도이다.
도 7은 도 1의 냉각 부재를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 냉각 부재의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 정면도이다.
도 10은 도 9의 배터리 모듈의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 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 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
배터리 모듈(10)은 복수개의 배터리 셀(100)을 가진다. 배터리 셀(100)은 이차 전지로 제공될 수 있다. 일 예로 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지로 제공될 수 있다. 이하, 본 발명의 배터리 셀(100)을 파우치형 이차 전지로 제공되는 것을 예로 들어 설명한다.
배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100), 냉각 부재(200), 제1 열접착 부재(400), 히트 싱크(300) 그리고 제2 열접착 부재(500)를 포함한다.
배터리 셀(100)은 복수개가 제공된다. 복수개의 배터리 셀(100)은 각각의 면들이 마주보는 방향으로 나란하게 배치된다. 복수개의 배터리 셀(100)은 각각 서로 대면하여 위치한다. 이하, 복수개의 배터리 셀(100)이 나란하게 배치되는 방향을 제1방향(12)이라 한다. 상부에서 바라 볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 한다. 제1방향(12) 및 제2방향(14)에 모두 수직한 방향을 제3방향(16)이라 한다.
도 2는 도 1의 배터리 셀을 보여주는 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 배터리 셀을 보여주는 결합 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 배터리 셀(100)은 파우치 케이스(110), 전극 조립체(120), 전극 탭(130) 그리고 전극 리드(140)를 포함한다.
파우치 케이스(110)는 내부 공간(101)을 가진다. 파우치 케이스(110)의 내부에는 후술하는 전극 조립체(120) 및 전해액이 위치한다. 파우치 케이스(110)의 중앙 영역은 상하 방향으로 돌출되어 제공된다. 파우치 케이스(110)는 상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)를 포함한다.
상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)는 서로 조합되어 내부 공간(101)을 형성한다. 상부 케이스(111)의 중앙 영역은 상부 방향으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 하부 케이스(112)는 상부 케이스(111)의 하부에 위치한다. 하부 케이스(112)의 중앙 영역은 하부 방향으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 이와는 달리, 파우치 케이스(110)의 내부 공간(101)은 상부 케이스(111) 또는 하부 케이스(112) 중 어느 하나에만 형성될 수 있다.
상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)는 각각 실링부(160)를 가진다. 상부 케이스(111)의 실링부(160)와 하부 케이스(112)의 실링부(160)는 서로 마주보는 형태로 제공될 수 있다. 상부 케이스(111)의 실링부(160) 및 하부 케이스(112)의 실링부(160)는 내측에 위치한 내부 접착층이 열융착 등에 의해 서로 접착 될 수 있다. 실링부(160)의 접착을 통해서 내부 공간(101)은 밀폐될 수 있다.
파우치 케이스(110)의 내부 공간(101)에는 전해액 및 전극 조립체(120)가 수납된다. 파우치 케이스(110)는 외부 절연층, 금속층, 그리고 내부 접착층을 가질 수 있다. 외부 절연층은 외부의 수분, 가스 등이 내부로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 금속층은 파우치 케이스(110)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 금속층은 알루미늄으로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 금속층은 철, 탄소, 크롬, 망간의 합금, 철 니켈 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나로 제공될 수 있다. 금속층이 철이 함유된 재질을 사용하는 경우, 기계적 강도가 강해질 수 있다. 금속층이 알루미늄 재질로 사용하는 경우 연성이 좋을 수 있다. 금속층의 바람직한 실시예로 알루미늄이 제공될 수 있다. 외부 절연층 및 내부 접착층은 폴리머 재질로 제공될 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극판, 음극판 그리고 분리막을 포함한다. 전극 조립체(120)는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(120)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 형태로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 형태로 제공될 수 있다.
전극 조립체(120)의 전극판들은 집전체 및 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 활물질 슬러리를 포함한다. 활물질 슬러리는 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 그리고 가소제 등의 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 각각의 전극판들은 활물질 슬러리가 도포되지 않는 영역에 해당하는 무지부를 가질 수 있다. 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭(130)이 형성될 수 있다.
전극 탭(130)은 전극 조립체(120)로부터 돌출된 형태로 연장 형성된다. 전극 탭(130)은 양극 탭(131)과 음극 탭(132)을 포함한다. 양극 탭(131)은 양극판의 무지부에서 연장될 수 있으며, 음극 탭(132)은 음극판의 무지부에서 연장될 수 있다.
양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 배터리 셀(100)에 각각 하나씩 구비될 수 있다. 이와는 달리 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 복수개 구비될 수도 있다. 일 예로 배터리 셀(100)의 전극 조립체(120)에 양극판과 음극판이 각각 1개만 포함된 경우, 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 각각 1개씩 포함될 수 있다. 이와 달리, 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 각각 다수 포함될 수 있다. 전극 조립체(120)에 양극판과 음극판이 각각 다수 포함된 경우, 양극 탭(131)과 음극 탭(132) 역시 다수 개 포함될 수 있으며, 1개의 전극판마다 각각 전극 탭(130)이 구비될 수 있다.
전극 리드(140)는 배터리 셀(100)을 외부의 다른 장치와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 전극 리드(140)는 양극 리드(141)와 음극 리드(142)를 포함할 수 있다. 전극 리드(140)는 파우치 케이스(110)의 내측에서 외측까지 연장되는 형태로 제공될 수 있다. 전극 리드(140)의 일부 영역은 실링부(160) 사이에 개재될 수 있다. 전극 리드(140)는 전극 탭(130)과 연결된다. 본 발명의 전극 리드(140)는 파우치 케이스(110)의 일측에 양극 리드(141)가 제공되며, 타측에 음극 리드(142)가 제공될 수 있다. 이와는 달리, 양극 리드(141)와 음극 리드(142)는 파우치 케이스(110)의 일측에 모두 제공될 수 있다.
배터리 셀(100)은 수납부(150)와 실링부(160)를 가진다. 여기서, 수납부(150)는 배터리 셀(100)에서 전극 조립체(120)가 수납되는 부분이다. 실링부(160)는 파우치 케이스(110) 중 수납부(150)를 둘러싸는 네 측면으로 실링되는 부분이다. 실링부(160)는 폴딩된 형태로 제공될 수 있다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 정면도이고, 도 5는 도 1의 배터리 모듈의 측면도이고, 도 6은 도 5의 배터리 모듈을 A-A 방향에서 바라본 단면도이고, 도 7은 도 1의 냉각 부재를 보여주는 사시도이고, 도 8은 도 7의 냉각 부재의 정면도이다.
도 1 및 도 4 내지 도 8을 참고하면, 냉각 부재(200)는 배터리 셀(100)에서 발생된 열을 외부로 방출하도록 배터리 셀(100)의 열을 전달할 수 있다. 일 예로 냉각 부재(200)는 배터리 셀(100)에서 발생된 열을 히트 싱크(300)로 전달 할 수 있다.
냉각 부재(200)는 냉각 프레임(210)과 냉각 핀(230)을 포함한다. 냉각 부재(200)의 냉각 프레임(210)과 냉각 핀(230)들은 일체로 형성될 수 있다. 일 예로 냉각 부재(200)는 압출 공정을 통해서 일체로 제작될 수 있다. 냉각 프레임(210)과 냉각 핀(230)은 서로 동일한 금속 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 냉각 프레임(210)과 냉각 핀(230)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다.
냉각 프레임(210)은 배터리 셀(100)들로부터 열을 전달받아, 하부의 히트 싱크(300)로 열을 전달할 수 있다. 냉각 프레임(210)은 제2방향(14)의 양측면이 개방된 형태로 제공될 수 있다. 냉각 프레임(210)은 전체적으로 육면체의 통 형상으로 제공될 수 있다. 냉각 프레임(210)은 내부에 빈 공간을 형성할 수 있다. 냉각 프레임(210)의 내부에 빈 공간에는 배터리 셀(100)을 수납할 수 있다.
냉각 프레임(210)은 상부 프레임(211), 측면 프레임(213) 그리고 하부 프레임(215)을 포함한다.
상부 프레임(211)은 배터리 셀(100)들의 제3방향(16)의 상부에 위치한다. 상부 프레임(211)은 대체로 직사각형 형상의 플레이트로 제공될 수 있다. 상부 프레임(211)은 금속 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 금속 재질은 알루미늄 재질을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 상부 프레임(211)은 열전도도가 좋은 금속 재질로 제공될 수 있다.
측면 프레임(213)은 한 쌍이 제공될 수 있다. 한 쌍의 측면 프레임(213)은 제2방향(14)을 따라 서로 마주보며 위치할 수 있다. 측면 프레임(213)의 상단은 상부 프레임(211)과 결합될 수 있다. 측면 프레임(213)과 상부 프레임(211)은 일체로 형성될 수 있다. 측면 프레임(213)은 복수개의 배터리 셀(100)들 중 가장 최 외곽에 위치하는 배터리 셀(100)과 서로 면대면 접촉할 수 있다. 한 쌍의 측면 프레임(213)과 배터리 셀(100)들은 제1방향(12)을 따라 나란하게 배치될 수 있다. 측면 프레임(213)은 대체로 직사각형 형상의 플레이트로 제공될 수 있다. 측면 프레임(213)은 금속 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 금속 재질은 알루미늄 재질을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 측면 프레임(213)은 열전도도가 좋은 금속 재질로 제공될 수 있다.
하부 프레임(215)은 배터리 셀(100)들의 제3방향(16)의 하부에 위치할 수 있다. 하부 프레임(215)과 상부 프레임(211)은 제3방향(16)을 따라 서로 마주보며 위치할 수 있다. 하부 프레임(215)과 상부 프레임(211) 사이에는 배터리 셀(100)들이 위치할 수 있다. 하부 프레임(215)은 대체로 직사각형 형상의 플레이트로 제공될 수 있다. 하부 프레임(215)은 한 쌍의 측면 프레임(213)의 하단과 결합될 수 있다. 하부 프레임(215)은 배터리 셀(100)들의 하부와 인접하게 위치할 수 있다. 하부 프레임(215)은 대체로 직사각형 형상의 플레이트로 제공될 수 있다. 하부 프레임(215)은 그 형상 및 크기가 상부 프레임(211)과 동일하게 제공될 수 있다.
하부 프레임(215)은 수평부(217)와 돌출부(218)를 가질 수 있다. 수평부(217)와 돌출부(218)는 복수개가 제공될 수 있다.
수평부(217)는 제1방향(12)을 따라 연장된 형태로 제공될 수 있다. 수평부(217)는 인접하는 돌출부(218)들 사이에 위치할 수 있다. 수평부(217)의 제3방향(16) 상하방향의 두께는 동일하게 제공될 수 있다.
돌출부(218)는 제3방향(16)의 상부로 돌출된 형상으로 제공될 수 있다. 돌출부(218)는 서로 인접하는 수평부(217)들 사이에 위치할 수 있다. 돌출부(218)는 복수개 제공될 수 있다. 돌출부(218)의 제3방향(16) 상하방향의 두께는 동일하게 제공될 수 있다. 돌출부(218)의 제3방향(16)의 하부는 오목한 형태의 공간으로 형성될 수 있다. 돌출부(218)의 하부 공간에는 후술하는 제2 열접착 부재(500)가 채워질 수 있다. 수평부(217)와 돌출부(218)의 제3방향(16) 상하방향의 두께는 서로 동일하게 제공될 수 있다.
하부 프레임(215)이 수평부(217)와 돌출부(218)를 가지어, 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 하부 프레임(215)의 접촉면적을 크게 제공하여, 배터리 셀(100)로부터 전달된 열을 히트 싱크(300)로 전달 할 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 예와는 달리, 상부 프레임(211)도 하부 프레임(215)과 동일한 형상으로 제공될 수 있다. 이 경우, 상부 프레임(211)의 상면이 외부와 접촉 면적이 넓어져 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상술한 예와는 달리, 도 9 및 도 10처럼 하부 프레임(215)의 하면은 제1방향(12)으로 수평한 형태로 제공될 수 있다. 하부 프레임(215)의 제3방향(16)의 상면은 상술한 것과 동일한 형상으로 제공될 수 있다. 본 실시 예의 경우, 하부 프레임(215)의 제3방향(16)의 상하방향의 두께는 일부 영역에서 상이하게 제공될 수 있다.
냉각 핀(230)은 배터리 셀(100)과 서로 면대면 접촉하여 배터리 셀(100)에서 발생된 열을 외부로 전달 할 수 있다. 냉각 핀(230)은 복수개 제공될 수 있다. 복수개의 냉각 핀(230)들은 제1방향(12)을 따라 나란하게 배치될 수 있다. 냉각 핀(230)은 냉각 프레임(210)과 결합될 수 있다. 일 예로 냉각 핀(230)의 상부는 상부 프레임(211)과 결합될 수 있다. 냉각 핀(230)의 하부는 하부 프레임(215)과 결합될 수 있다. 복수개의 냉각 핀(230)들은 냉각 프레임(210)의 내부 공간을 구획할 수 있다. 냉각 핀(230)은 복수개의 배터리 셀(100)들 사이에 위치할 수 있다. 일 예로 냉각 핀(230), 배터리 셀(100), 배터리 셀(100) 그리고 냉각 핀(230) 순서로 제1방향(12)을 따라 나란하게 배치될 수 있다. 복수개의 냉각 핀(230)들은 한 쌍의 측면 프레임(213)의 사이에 위치할 수 있다.
냉각 핀(230)은 직사각형 형상의 플레이트 형태로 제공될 수 있다. 복수개의 냉각 핀(230)들은 모두 동일한 형상 및 크기로 제공될 수 있다. 냉각 핀(230)은 금속 재질로 제공될 수 있다. 금속 재질은 알루미늄 재질을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 냉각 핀(230)은 열전도도가 좋은 금속 재질로 제공될 수 있다.
제1 열접착 부재(400)는 배터리 셀(100)과 냉각 프레임(210)을 접착시킬 수 있다. 제1 열접착 부재(400)는 배터리 셀(100)의 하부와 하부 프레임(215)의 사이에 위치할 수 있다. 제1 열접착 부재(400)는 배터리 셀(100)의 하부와 하부 프레임(215)을 접착 시킬 수 있다.
제1 열접착 부재(400)는 열전도성이 있으며, 접착성이 있는 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 제1 열접착 부재(400)는 수지(Resin) 재질을 포함하는 열 전달 물질(TIM: Thermal Interface Material)로 제공될 수 있다. 또한, 제1 열접착 부재(400)는 접착성 재질을 가지는 열 전달 물질로 제공될 수 있다. 일 예로, 열 전달 물질은 Al2O3, AlN, BN, ZnO, ZrO2, SiO2을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 열 전달 물질은 열을 전도할 수 있는 공지의 열 전달 물질로 제공될 수 있다.
제1 열접착 부재(400)는 배터리 셀(100)의 하부 중 실링부(160)와 접촉하여 실링부(160)에서 발생된 열을 히트 싱크(300)로 전달 할 수 있다. 즉, 본 발명은 배터리 셀(100)의 면에서 발생된 열을 냉각 핀(230) 및 측면 프레임(213)을 통해서 하부로 전달되며, 배터리 셀(100)의 에지부인 실링부(160)에서 발생된 열은 제1 열접착 부재(400) 및 하부 프레임(215)을 통하여 히트 싱크(300)로 전달될 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)의 양면 및 측면에서 발생된 열을 하부로 전달하여 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 예에서는 제1 열접착 부재(400)가 배터리 셀(100)의 하부와 하부 프레임(215) 사이에 위치하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이와는 달리, 제1 열접착 부재(400)는 배터리 셀(100)의 상부와 상부 프레임(211) 사이에도 제공될 수 있다. 또한, 제1 열접착 부재(400)는 배터리 셀(100)의 하부와 하부 프레임(215) 그리고 배터리 셀(100)의 상부와 상부 프레임(211) 사이에 모두 제공될 수 있다.
히트 싱크(300)는 냉각 부재(200)와 열교환하여 냉각 부재(200)로부터 전달된 열을 외부로 방출 할 수 있다. 히트 싱크(300)는 냉각 부재(200)의 하부에 위치할 수 있다.
히트 싱크(300)의 상면(310)은 냉각 프레임(210) 중 하부 프레임(215)의 하부에 위치할 수 있다. 히트 싱크(300)의 상면(310)은 하부 프레임(215)의 형상과 대응되는 형상으로 제공될 수 있다.
히트 싱크(300)의 상면(310)은 상면 수평부(311)와 상면 돌출부(313)를 포함한다.
상면 수평부(311)와 상면 돌출부(313)는 복수개가 제공될 수 있다.
상면 수평부(311)는 제1방향(12)을 따라 연장된 형태로 제공될 수 있다. 상면 수평부(311)는 인접하는 상면 돌출부(313)들 사이에 위치할 수 있다. 상면 수평부(311)의 제3방향(16) 상하방향의 두께는 동일하게 제공될 수 있다.
상면 돌출부(313)는 제3방향(16)의 상부로 돌출된 형상으로 제공될 수 있다. 상면 돌출부(313)는 서로 인접하는 상면 수평부(311)들 사이에 위치할 수 있다. 상면 돌출부(313)는 복수개 제공될 수 있다. 상면 돌출부(313)의 제3방향(16) 상하방향의 두께는 동일하게 제공될 수 있다. 상면 돌출부(313)의 제3방향(16)의 하부는 오목한 형태의 공간으로 형성될 수 있다. 상면 돌출부(313)의 상부 공간에는 후술하는 제2 열접착 부재(500)가 채워질 수 있다. 상면 수평부(311)와 상면 돌출부(313)의 제3방향(16) 상하방향의 두께는 서로 동일하게 제공될 수 있다.
히트 싱크(300)의 상면(310)이 상면 수평부(311)와 상면 돌출부(313)를 가지어, 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 히트 싱크(300)의 상면(310)의 접촉면적을 크게하여, 배터리 셀(100)로부터 전달된 열을 하부의 히트 싱크(300)로 효과적으로 전달 할 수 있다.
히트 싱크(300)의 하면(330)은 평평한 형상으로 제공되며, 제1방향(12)으로 연장된 형태로 제공될 수 있다.
히트 싱크(300)의 내부에는 유로가 형성될 수 있다. 유로에는 냉각 유체가 흐를 수 있다. 냉각 유체는 히트 싱크(300)의 상면(310)에서 전달된 열을 흡수하여 외부로 방출 할 수 있다. 일 예로 냉각 유체는 냉각수로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 냉각 유체는 공기로 제공될 수 있다. 선택적으로 냉각 유체는 열용량이 큰 기체로 제공될 수 있다.
상술한 예와는 달리, 히트 싱크(300)의 상면(310)은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 수평한 형태로 제공될 수 있다.
제2 열접착 부재(500)는 냉각 프레임(210)과 히트 싱크(300)의 사이에 위치할 수 있다. 제2 열접착 부재(500)는 냉각 프레임(210)과 히트 싱크(300)를 접착시킬 수 있다. 제2 열접착 부재(500)는 제3방향(16)의 상하 방향의 두께가 동일하게 제공될 수 있다.
제2 열접착 부재(500)는 제1 열접착 부재(400)와 동일한 재질로 제공될 수 있다. 제2 열접착 부재(500)는 냉각 프레임(210)과 히트 싱크(300)를 접착시키고, 냉각 프레임(210)의 열을 히트 싱크(300)로 전달할 수 있다.
상술한 예와는 달리, 도 9 및 도 10처럼, 제2 열접착 부재(500)는 하부 프레임(215)의 하면 및 히트 싱크(300)의 상면(310)이 수평한 형상으로 제공되는 경우, 그 사이에 위치하여 하부 프레임(215)과 히트 싱크(300)를 접착 시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 배터리 셀(100)의 면 및 에지에서 발생된 열을 모두 냉각 부재(200), 제1 열접착 부재(400), 히트 싱크(300) 그리고 제2 열접착 부재(500)를 통해서 외부로 방출하여 배터리 셀(100)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각 부재(200)의 냉각 프레임(210) 및 복수의 냉각 핀(230)을 압출 공정을 통해서 일체로 제작 가능하여, 냉각 부재(200)의 제조 공정이 쉽다. 또한. 이를 통해서 배터리 모듈(10)을 제조가 쉽다. 또한, 냉각 부재(200)를 일체로 형성하여, 열이 전달되는 경로 상에 배터리 셀(100) 및 냉각 부재(200)의 접촉 저항을 최소화하여 열이 잘 전달 될 수 있도록 할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 일방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀들과 접촉하며, 상기 배터리 셀에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 냉각 부재; 및
    상기 냉각 부재의 하부에 위치하며, 상기 냉각 부재와 열교환하여 상기 냉각 부재로부터 전달받은 열을 외부로 방출하는 히트 싱크를 포함하되,
    상기 냉각 부재는,
    내부에 빈 공간이 형성되어, 상기 배터리 셀을 수납하는 냉각 프레임; 및
    상기 냉각 프레임과 결합되어 상기 냉각 프레임의 내부 공간을 구분하며, 복수개의 상기 배터리 셀들 사이에 위치하여 상기 배터리 셀과 서로 대향되게 위치하는 복수개의 냉각 핀을 포함하며,
    상기 배터리 셀과 상기 냉각 프레임은 제1 열접착 부재로 접착되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 프레임은,
    상기 배터리 셀들 중 가장 최외곽에 위치하는 배터리 셀과 서로 면대면 접촉하는 한 쌍의 측면 프레임;
    상기 배터리 셀의 상부에 위치하며, 한 쌍의 상기 측면 프레임의 상단과 결합되는 상부 프레임; 및
    상기 상부 프레임과 대향되게 위치하여 한 쌍의 측면 프레임의 하단과 결합되며, 상기 배터리 셀의 하부와 인접하게 위치하는 하부 프레임을 포함하며,
    상기 제1 열접착 부재는 상기 하부 프레임과 상기 배터리 셀의 하부 사이에 위치하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    복수개의 상기 냉각 핀들은 상기 냉각 프레임 내부에서 일방향으로 나란하게 위치하며, 서로 인접하는 상기 냉각 핀들 사이에는 복수개의 배터리 셀이 위치하고, 상기 냉각 핀들은 인접하는 배터리 셀과 서로 면대면 접촉하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하부 프레임은,
    복수개의 수평부; 및
    서로 인접하는 수평부들 사이에 위치하며, 상부 방향으로 돌출되어 제공되는 복수개의 돌출부를 포함하며,
    상기 수평부와 상기 돌출부는 동일한 두께로 제공되는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 프레임과 복수개의 냉각 핀들은 알루미늄 재질로 제공되는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 냉각 프레임과 상기 히트 싱크는 제2 열접착 부재로 접착되는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 히트 싱크의 상부면은 상기 하부 프레임의 형상과 대응되는 형상으로 제공되는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 프레임은 양측면이 개방된 형상으로 제공되는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 프레임과 복수의 상기 냉각 핀은 일체로 형성되는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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