WO2022260409A1 - 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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윤현기
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얀케얀
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and to a battery pack and a vehicle including the same, and more specifically, an insulating coolant flowing into a module housing flows through a space between a cell wing portion of a battery cell and a module housing, thereby damaging the battery cells. It relates to a battery module having a cooling structure, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • cooling performance is limited because the cooling water does not directly contact the battery cells but indirectly contacts them through a module housing accommodating the battery cells.
  • a cooling device such as a separate heat sink must be provided outside the module housing to form a flow path for cooling, the overall volume of the battery module inevitably increases, resulting in loss in terms of energy density.
  • the present invention has been devised in consideration of the above-described problems, and has a structure in which an insulated coolant flows into a battery module and contacts a battery cell to realize efficient cooling.
  • One object is to provide a battery module having a structure that can flow smoothly.
  • another object of the present invention is to prevent a sensing line and a temperature sensor provided for sensing the voltage and temperature of a battery cell from being damaged by an insulating coolant flowing inside a battery module, and to enable accurate temperature measurement as well.
  • a battery module for solving the above problems includes a sub-module including a cell stack assembly having a plurality of battery cells and cooling fins interposed between adjacent battery cells; a module housing accommodating the sub-module; a front sealing plate covering an opening on one side of the module housing in the longitudinal direction and having an inlet; a rear sealing plate covering an opening on the other longitudinal side of the module housing and having an outlet; and a sensing assembly configured to sense a voltage of the battery cell.
  • the sensing assembly may be disposed on top of the submodule.
  • the sensing assembly may include a sensing line electrically connected to the plurality of battery modules and extending from one end of the battery cell to the other end of the battery cell in the longitudinal direction.
  • the sensing line may be interposed between a cell body portion of the battery cell and a cell wing portion folded toward the cell body portion.
  • the sensing assembly may further include a temperature sensor mounted on the sensing line.
  • the temperature sensor may be interposed between a cell body portion of the battery cell and a cell wing portion folded toward the body.
  • the cooling fin may include a body contact portion interposed between adjacent battery cells; and a wing cover portion bent at either the top or bottom of the body contact portion to cover the cell wing portion of the battery cell.
  • the sub-module may include a front bus bar frame assembly coupled to one side of the cell stack assembly in the longitudinal direction; and a rear bus bar frame assembly coupled to the other longitudinal side of the cell stack assembly.
  • the front bus bar frame assembly and the rear bus bar frame assembly are formed at positions corresponding to the coolant passages formed between the module housing and the cell wing portion of the battery cell and between the wing cover portion and the cell wing portion of the battery cell.
  • a plurality of A cooling liquid hole may be provided.
  • the insulated cooling liquid introduced into the module housing through the inlet may pass through a cooling liquid hole formed in the front bus bar frame assembly and flow into the cooling liquid passage.
  • the insulation cooling liquid passing through the cooling liquid passage may pass through the cooling liquid hole formed in the rear bus bar frame assembly and may be discharged to the outside of the module housing through the outlet.
  • a battery pack and a vehicle according to an embodiment of the present invention for solving the above problems include a battery module according to the present invention.
  • efficient and rapid cooling is possible because the insulating cooling liquid flows into the battery module and contacts the battery cells, and the cooling liquid flowing into the battery module flows smoothly.
  • the sensing line and the temperature sensor provided for sensing the voltage and temperature of the battery cell from being damaged by the insulating coolant flowing inside the battery module, and to measure the temperature of the battery cell. Therefore, accurate temperature measurement is also possible by minimizing the influence of the insulating cooling liquid.
  • FIG. 1 is a complete perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a cross section taken along line A-A' of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a view showing a state in which the front end plate and the front sealing plate are removed in the battery module shown in FIG. 1 .
  • 5 and 6 are views showing the flow of an insulating cooling liquid for cooling.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams illustrating a coupling relationship between a cooling fin and a battery cell according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a cooling fin according to the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a coupling structure between a bus bar frame assembly and cooling fins according to the present invention.
  • 11 and 12 are views showing a specific structure of a terminal assembly according to the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing the arrangement structure of the sensing assembly according to the present invention.
  • a battery module includes a sub module 100, a module housing 200, a front sealing plate 300, a rear sealing plate 400 and A sensing assembly 800 is included.
  • the battery module may further include a front end plate 500 and/or a rear end plate 600 and/or a pair of terminal assemblies 700 in addition to the components described above.
  • the sub module 100 includes a cell stack assembly 110.
  • the sub module 100 includes a front bus bar frame assembly 120A and a rear bus bar frame assembly 120B.
  • the cell stack assembly 110 includes a plurality of battery cells 111 .
  • the cell stack assembly 110 includes at least one cooling fin 112 interposed between adjacent battery cells 111 and/or at least one buffer pad 113 interposed between adjacent battery cells 111. ) may be further included.
  • the plurality of battery cells 111 are stacked in an erected form substantially perpendicular to the ground (a plane parallel to the X-Y plane) to form one cell stack assembly 110 .
  • the cooling fins 112 and/or buffer pads 113 are included together with the plurality of battery cells 111.
  • the cell stack assembly 110 is formed by being stacked in an erected form substantially perpendicular to the ground (a surface parallel to the X-Y plane).
  • a pouch-type battery cell having a pair of electrode leads 111a drawn out in opposite directions along the longitudinal direction (direction parallel to the X-axis) may be used.
  • the cooling fin 112 is bent at either the top or bottom of the body contact portion 112a interposed between adjacent battery cells 111 and the body contact portion 112a.
  • a wing cover portion 112b covering the cell wing portion W of the battery cell 111 is included.
  • the cooling fin 112 may further include a pair of fixing parts 112c formed at both ends of the wing cover part 112b in the longitudinal direction (direction parallel to the X-axis).
  • an area in which an electrode assembly (not shown) is accommodated is defined as a cell body portion B, and is formed around the cell body portion B.
  • an area extending along the length direction (direction parallel to the X axis) of the battery module may be defined as the cell wing portion (W).
  • the body contact portion 112a is interposed between the cell body portions B of each of the pair of adjacent battery cells 111 and directly contacts the cell body portions B of the battery cells 111 .
  • the body contact portion 112a quickly transfers heat generated from the cell body portion B of the battery cell 111 along the width direction of the cooling fin 112, that is, the height direction of the battery module (parallel to the Z-axis). It conducts and moves toward the wing cover part 112b.
  • the heat conducted toward the wing cover part 112b is transferred through the cooling liquid flow path P formed between the cell wing part W of the battery cell 111 and the wing cover part 112b of the cooling fin 112. It moves along the longitudinal direction of the battery module (direction parallel to the X-axis) and is discharged to the outside of the battery module.
  • the wing cover portion 112b is subjected to an external impact so that the cell stack assembly 110 moves vertically within the module housing 200 (parallel to the Z axis). direction) can also perform the function of absorbing shock when moving along.
  • This shock absorbing function of the wing cover part 112b can help prevent damage to the sensing line 810 and the temperature sensor 820 interposed between the cell wing part W and the cell body part B. Yes (see FIG. 13).
  • the sensing assembly 800 including the sensing line 810 and the temperature sensor 820 will be described later in detail.
  • the fixing part 112c has a shape corresponding to the guide rib 121b to be described later.
  • the fixing part 112c is coupled with the guide rib 121b to guide the fastening between the cell stack assembly 110 including the cooling fin 112 and the bus bar frame assemblies 120A and 120B.
  • the buffer pad 113 may be interposed between adjacent battery cells 111 to absorb volume expansion due to swelling of the battery cells 111 .
  • the front bus bar frame assembly 120A and the rear bus bar frame assembly 120B are coupled to one side and the other side in the longitudinal direction (parallel to the X axis) of the cell stack assembly 110, respectively, to form a plurality of battery cells (111) to be electrically connected between them.
  • the front bus bar frame assembly 120A and the rear bus bar frame assembly 120B has an inner terminal 123 and the rear bus bar frame assembly 120B has an inner terminal 123 ) has substantially the same structure except that it does not have. Accordingly, a detailed description of the specific structure of the rear bus bar frame assembly 120B will be omitted, and a detailed description of the specific structure of the front bus bar frame assembly 120A will be focused.
  • the front bus bar frame assembly 120A includes a bus bar frame 121 and a plurality of bus bars 122.
  • the front bus bar frame assembly 120A may further include a pair of internal terminals 123 in addition to the above-described components.
  • the bus bar frame 121 covers one side of the cell stack assembly 110 in the longitudinal direction (direction parallel to the X axis).
  • the bus bar frame 121 includes a plurality of coolant holes 121a.
  • the cooling liquid hole 121a allows the insulation cooling liquid introduced into the module housing 200 through the inlet P1 provided in the front sealing plate 300 to pass through the bus bar frame 121, and the cell stack assembly ( 110) functions as a passage that allows inflow into the side.
  • the coolant passage P is formed between the module housing 200 and the cell wing portion W.
  • the coolant flow path P is between the module housing 200 and the cell wing portion W, as well as the wing cover portion 112b and the cell wing portion. (W) can also be formed between.
  • the cooling liquid hole 121a may be formed between the module housing 200 and the cell wing portion W.
  • the coolant hole 121a may also be formed at a position corresponding to the coolant flow path P formed between the wing cover part 112b and the cell wing part W.
  • the insulating cooling liquid cools the battery cell 111 by directly contacting the electrode lead 111a and the cell wing portion W of the battery cell 111 .
  • the bus bar 122 is fixed on the bus bar frame 121 and is coupled with an electrode lead 111a drawn out through a lead slit formed in the bus bar frame 121 to electrically connect with
  • the internal terminal 123 is fixed on the bus bar frame 121, and the electrode lead 111a of the battery cell 111 located at the outermost part among the battery cells 111 provided in the cell stack assembly 110 ) is combined with The internal terminal 123 functions as a high potential terminal.
  • the internal terminal 123 located on one side of the longitudinal direction (direction parallel to the Y-axis) of the bus bar frame 121 functions as a positive high potential terminal, and is located on the other side of the longitudinal direction of the bus bar frame 121
  • the internal terminal 123 functions as a negative high potential terminal.
  • the internal terminal 123 is electrically connected to an external terminal 710 (see FIGS. 11 and 12) to be described later.
  • the bus bar frame 121 of the front bus bar frame assembly 120A and the bus bar frame 121 of the rear bus bar frame assembly 120B have lengths at the top and bottom It has a plurality of guide ribs 121b formed along the direction (direction parallel to the Y-axis).
  • the guide rib 121b has a shape extending in a direction toward the cell stack assembly 110 .
  • the guide rib 121b is formed at a position corresponding to the fixing part 112c of the cooling fin 112 .
  • fixing parts 112c having a shape corresponding to the guide rib 121b are formed at both ends of the wing cover part 112b of the cooling fin 112 in the longitudinal direction (direction parallel to the X axis). do.
  • the movement of the cooling fin 112 in the vertical direction (parallel to the Z-axis) and the longitudinal direction (parallel to the X-axis) is restricted by the guide rib 121b and the fixing part 112c. Accordingly, when the front bus bar frame assembly 120A and the rear bus bar frame assembly 120B are coupled to the cell stack assembly 110, the coupling position can be guided, thereby increasing the convenience of assembly. .
  • the module housing 200 includes a cell stack assembly 110, a front bus bar frame assembly 120A, and a rear bus bar frame assembly 120B.
  • the module housing 200 has a shape in which one side and the other side are open in the longitudinal direction (direction parallel to the X axis).
  • the front sealing plate 300 covers an opening formed on one side of the module housing 200 in the longitudinal direction (direction parallel to the X-axis).
  • the front sealing plate 300 includes a cooling liquid inlet P1 for introducing an insulating cooling liquid.
  • a gasket G may be interposed between the rim surface of the front sealing plate 300 and the inner surface of the module housing 200 (see FIG. 12 ).
  • the front sealing plate 300 is a pair of terminals through which parts for electrical connection between the internal terminal 123 provided in the front bus bar frame assembly 120A and the external terminal 710 to be described later can pass.
  • a hole 300a is provided.
  • the terminal hole 300a is formed at a position corresponding to the internal terminal 123 .
  • the rear sealing plate 400 covers the opening on the other side of the module housing 200 in the longitudinal direction (direction parallel to the X-axis) and has a cooling liquid inlet P2 for discharging the insulating cooling liquid. do.
  • a gasket G may be interposed between the edge surface of the front sealing plate 300 and the inner surface of the module housing 200 to prevent leakage of the insulating cooling liquid.
  • the front sealing plate 300 and the rear sealing plate 400 may be made of an insulating resin for electrical insulation.
  • the terminal assembly 700 electrically connects an external terminal 710 located outside the front sealing plate 300 and between the external terminal 710 and the battery cell 111. It includes a stud 720 that does.
  • the stud 720 is fixed to the internal terminal 123 .
  • the stud 720 may pass through the internal terminal 123 and be fixed to the internal terminal 123 by a press fitting method.
  • the stud 720 fixed to the internal terminal 123 is drawn out through the terminal hole 300a formed in the front sealing plate 300 and coupled with the external terminal 710 .
  • the terminal assembly 700 may further include a ring-shaped terminal spacer 730 inserted into the terminal hole 300a formed in the front sealing plate 300 .
  • the terminal spacer 730 may be made of a metal material. When the terminal spacer 730 is provided, the stud 720 penetrates the terminal spacer 730 .
  • the terminal assembly 700 may further include a fastening nut 740 for fastening the external terminal 710 to the stud 720 .
  • the fastening nut 740 is fastened to the stud 720 penetrating the terminal spacer 730 and the fastening part 712 of the external terminal 710, so that the fastening part 712 of the external terminal 710 is connected to the terminal spacer ( 730) so that it is tightly fixed.
  • the internal terminal 123 and the external terminal (external terminal 710 ) are electrically connected to each other through the terminal spacer 730 .
  • the terminal assembly 700 further includes a first O-ring 750 covering the outer circumferential surface of the terminal spacer 730 and interposed between the inner surface of the front sealing plate 300 and the inner terminal 123.
  • a first O-ring 750 covering the outer circumferential surface of the terminal spacer 730 and interposed between the inner surface of the front sealing plate 300 and the inner terminal 123.
  • the first O-ring 750 allows the insulation coolant introduced into the space between the front sealing plate 300 and the bus bar frame 121 to pass through the inner surface of the coolant hole 300a and the terminal. It is prevented from leaking to the outside of the front sealing plate 300 through the space between the spacers 730 .
  • the terminal assembly 700 is press-fitted into the internal terminal 123 and is located around the stud 720 exposed to the space between the internal terminal 123 and the bus bar frame 121, and the internal terminal 123 ) and a second O-ring 760 interposed between the bus bar frame 121 may be further included.
  • the insulating coolant flowing into the space between the front sealing plate 300 and the bus bar frame 121 is transferred to the space between the internal terminal 123 and the stud 720 and the terminal spacer 730. Prevent leakage to the outside of the front sealing plate 300 through the space between the inner surface of the stud 720.
  • the front end plate 500 covers the front sealing plate 300 and is fixed to the module housing 200 .
  • the rear end plate 600 covers the rear sealing plate 400 and is fixed to the module housing 200 .
  • the front end plate 500 has a terminal exposed portion 500a exposing the connection portion 711 of the external terminal 710 to the outside of the front end plate 500 and a coolant inlet P1 to the front end plate 500. It is provided with an inlet exposed portion (500b) to be exposed to the outside of.
  • the rear end plate 600 includes an outlet exposed portion 600b through which the coolant inlet P2 is exposed to the outside of the rear end plate 600 .
  • the joint between the front end plate 500 and the module housing 200, and the rear end plate 600 and the module A gasket may be applied to a coupling portion of the housing 200 to prevent leakage of the insulating cooling liquid.
  • the sensing assembly 800 is disposed on top of the sub-module 100 and senses the voltage of the battery cell 111 .
  • the sensing assembly 800 is electrically connected to the plurality of battery modules 111, and the sensing line 810 extends from one end to the other end in the longitudinal direction (parallel to the X-axis) of the battery cell 111. ).
  • the sensing line 810 is electrically connected to the battery cells 111 at one side and the other side of the cell stack 110 in the longitudinal direction (direction parallel to the X axis). Electrical connection between the sensing line 810 and the battery cell 111 may be implemented by coupling the sensing line 810 to the bus bar 122 .
  • the present invention is not limited thereto, and the sensing line 810 may be directly coupled to the electrode lead 111a of the battery cell 111 .
  • the sensing line 810 may be interposed between the cell body portion B of the pouch type battery cell 111 and the cell wing portion W folded toward the cell body portion B. This is to prevent the sensing line 810 from being damaged by the insulating cooling liquid flowing inside the battery module.
  • the sensing assembly 800 may additionally perform a function of sensing the temperature of the battery cell 111 in addition to sensing the voltage.
  • the sensing assembly 800 may further include at least one temperature sensor 820 mounted on the sensing line 810 .
  • the temperature sensor 820 may be disposed adjacent to the electrode lead 111a having a large calorific value.
  • the temperature sensor 820 may be interposed between the cell body portion B of the battery cell 111 and the cell wing portion W folded toward the cell body portion W. This is to prevent the sensing line 810 from being damaged by the insulating cooling liquid flowing inside the battery module. In addition, this is to accurately sense the temperature of the battery cell 111 by preventing or minimizing contact between the temperature sensor 820 and the insulating cooling liquid.
  • the sensing line 810 and the temperature sensor 820 may be additionally covered by the wing cover part 112b of the cooling fin 112 while being covered by the cell wing part W.
  • the sensing assembly 800 may further include a printed circuit board (PCB) 830 electrically connected to the sensing line 810 in addition to the sensing line 810 .
  • the PCB 830 may be fixed on the bus bar frame 121.
  • a connector assembly (not shown) may be mounted on the PCB 830, and a control device such as a battery management system (BMS) (not shown) may be connected through the connector assembly.
  • BMS battery management system
  • the BMS may measure and/or receive information about the voltage and temperature of the battery cell 111 and control charging and discharging of the battery module by referring to the measured information.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention may include at least one battery module according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the battery pack may include at least one battery module and additional components such as a pack housing and/or a battery management system (BMS).
  • BMS battery management system
  • the battery module may be fastened to the pack housing through fastening holes H formed in the front end plate 500 and/or the rear end plate 600 . That is, the fastening hole H may provide a space into which a fastening means such as a bolt for fastening the pack housing and the battery module is inserted.
  • the battery pack includes a plurality of battery modules
  • the plurality of battery modules may be fastened to each other through fastening holes H formed in the front end plate 500 and/or the rear end plate 600. do.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention may include at least one battery module and/or battery pack as described above.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention may be, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle operated by receiving electric power from the battery module and/or battery pack of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀 및 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 냉각 핀을 구비하는 셀 적층체 어셈블리를 포함하는 서브 모듈; 상기 서브 모듈을 수용하는 모듈 하우징; 상기 모듈 하우징의 길이 방향 일 측 개구부를 커버하며 냉각액 인렛을 구비하는 프론트 실링 플레이트; 상기 모듈 하우징의 길이 방향 타 측 개구부를 커버하며 냉각액 인렛을 구비하는 리어 실링 플레이트; 및 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하는 센싱 어셈블리; 를 포함한다.

Description

배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은, 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 모듈 하우징 내로 유입되는 절연 냉각액이 배터리 셀의 셀 윙부와 모듈 하우징 사이의 공간을 통해 흐르며 배터리 셀들을 냉각시키는 구조를 갖는 배터리 모듈, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 06월 08일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2021-0074425호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
냉각수를 이용한 간접 수냉 방식을 취하는 배터리 모듈의 경우 냉각수가 배터리 셀과 직접 접촉하지 않고 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 통해 간접적으로 접촉하기 때문에 그 냉각 성능에 한계가 있다. 또한, 냉각을 위한 유로 형성을 위해 별도의 히트 싱크 등의 냉각 장치가 모듈 하우징의 외측에 구비되어야 하기 때문에 배터리 모듈 전체의 부피가 커질 수 밖에 없어 에너지 밀도의 측면에서 손실이 발생할 수 밖에 없다.
이러한 간접 수냉 방식의 문제점을 해결하기 위해 냉각을 위한 절연 냉각액이 모듈 하우징 내로 직접 유입되어 배터리 셀과 직접 접촉할 수 있는 냉각 구조를 갖는 배터리 모듈의 개발이 요구된다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 절연 냉각액이 배터리 모듈의 내부로 유입되어 배터리 셀과 접촉하여 효율적인 냉각이 실현될 수 있는 구조를 가지며, 또한 배터리 모듈의 내부로 유입된 냉각액이 원활하게 흐를 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
그 밖에도, 본 발명은, 배터리 셀의 전압 및 온도를 센싱하기 위해 구비되는 센싱 라인 및 온도 센서가 배터리 모듈 내부를 흐르는 절연 냉각액에 의해 파손되지 않도록 하고, 정확한 온도 측정 역시 가능하게 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀 및 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 냉각 핀을 구비하는 셀 적층체 어셈블리를 포함하는 서브 모듈; 상기 서브 모듈을 수용하는 모듈 하우징; 상기 모듈 하우징의 길이 방향 일 측 개구부를 커버하며 인렛을 구비하는 프론트 실링 플레이트; 상기 모듈 하우징의 길이 방향 타 측 개구부를 커버하며 아웃렛을 구비하는 리어 실링 플레이트; 및 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하는 센싱 어셈블리; 를 포함한다.
상기 센싱 어셈블리는, 상기 서브 모듈의 상단에 배치될 수 있다.
상기 센싱 어셈블리는, 상기 복수의 배터리 모듈과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 셀의 길이 방향 일 측 단부로부터 타 측 단부까지 연장되는 센싱 라인을 포함할 수 있다.
상기 센싱 라인은, 상기 배터리 셀의 셀 바디부 및 상기 셀 바디부를 향해 폴딩된 셀 윙부 사이에 개재될 수 있다.
상기 센싱 어셈블리는, 상기 센싱 라인 상에 실장되는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 센서는, 상기 배터리 셀의 셀 바디부 및 상기 바디를 향해 폴딩된 셀 윙부 사이에 개재될 수 있다.
상기 냉각 핀은, 서로 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 바디 접촉부; 및 상기 바디 접촉부의 상단 또는 하단 중 어느 한 곳에서 절곡되어 상기 배터리 셀의 셀 윙부를 커버하는 윙 커버부; 를 포함할 수 있다.
상기 서브 모듈은, 상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 일 측에 결합되는 프론트 버스바 프레임 어셈블리; 및 상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 타 측에 결합되는 리어 버스바 프레임 어셈블리; 를 포함할 수 있다.
상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리 및 리어 버스바 프레임 어셈블리는, 상기 모듈 하우징과 배터리 셀의 셀 윙부 사이 및 상기 윙 커버부와 배터리 셀의 셀 윙부 사이에 형성되는 냉각액 유로와 대응되는 위치에 형성되는 복수의 냉각액 홀을 구비할 수 있다.
상기 인렛을 통해 상기 모듈 하우징 내부로 유입된 절연 냉각액은, 상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리에 형성된 냉각액 홀을 통과하여 상기 냉각액 유로에 유입될 수 있다.
상기 냉각액 유로를 통과한 절연 냉각액은, 상기 리어 버스바 프레임 어셈블리에 형성된 냉각액 홀을 통과하고, 상기 아웃렛을 통해 상기 모듈 하우징의 외부로 배출될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 및 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 절연 냉각액이 배터리 모듈의 내부로 유입되어 배터리 셀과 접촉하고 또한 배터리 모듈의 내부로 유입된 냉각액이 원활하게 흐를 수 있기 때문에 효율적이고 신속한 냉각이 가능하게 된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 셀의 전압 및 온도를 센싱하기 위해 구비되는 센싱 라인 및 온도 센서가 배터리 모듈 내부를 흐르는 절연 냉각액에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 배터리 셀의 온도를 측정함에 있어서 절연 냉각액에 의한 영향을 최소화 하여 정확한 온도 측정 역시 가능하게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 완성 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 모듈에 있어서, 프론트 엔드 플레이트 및 프론트 실링 플레이트를 제거한 상태를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 냉각을 위한 절연 냉각액의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 냉각 핀 및 배터리 셀의 결합 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 냉각 핀을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 버스바 프레임 어셈블리와 냉각 핀의 결합 구조를 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 단자 어셈블리의 구체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 센싱 어셈블리의 배치 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 서브 모듈(100), 모듈 하우징(200), 프론트 실링 플레이트(300), 리어 실링 플레이트(400) 및 센싱 어셈블리(800)를 포함한다. 상기 배터리 모듈은, 상술한 구성요소들 이 외에도 프론트 엔드 플레이트(500) 및/또는 리어 엔드 플레이트(600) 및/또는 한 쌍의 단자 어셈블리(700)를 더 포함할 수도 있다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 상기 서브 모듈(100)은, 셀 적층체 어셈블리(110)를 포함한다. 상기 서브 모듈(100)은, 셀 적층체 어셈블리(110) 이 외에도 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A) 및 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)를 포함한다.
상기 셀 적층체 어셈블리(110)는, 복수의 배터리 셀(111) 을 포함한다. 상기 셀 적층체 어셈블리(110)는, 그 밖에도 인접한 배터리 셀(111) 사이에 개재되는 적어도 하나의 냉각 핀(112) 및/또는 인접한 배터리 셀(111) 사이에 개재되는 적어도 하나의 완충 패드(113)를 더 포함할 수도 있다. 상기 복수의 배터리 셀(111)은 지면(X-Y 평면에 나란한 면)에 대략 수직하게 기립된 형태로 적층되어 하나의 셀 적층체 어셈블리(110)를 형성한다. 상기 셀 적층체 어셈블리(110)가 냉각 핀(112) 및/또는 완충 패드(113)를 포함하는 경우, 냉각 핀(112) 및/또는 완충 패드(113)는 복수의 배터리 셀(111)과 함께 지면(X-Y 평면에 나란한 면)에 대략 수직하게 기립된 형태로 적층되어 하나의 셀 적층체 어셈블리(110)를 형성한다.
상기 배터리 셀(111)로는 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 인출되는 한 쌍의 전극 리드(111a)를 구비하는 파우치 타입의 배터리 셀이 이용될 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 냉각 핀(112)은, 서로 인접한 배터리 셀(111) 사이에 개재되는 바디 접촉부(112a) 및 바디 접촉부(112a)의 상단 또는 하단 중 어느 한 곳에서 절곡되어 배터리 셀(111)의 셀 윙부(W)를 커버하는 윙 커버부(112b)를 포함한다. 상기 냉각 핀(112)은, 윙 커버부(112b)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 양 측 단부에 형성되는 한 쌍의 고정부(112c)를 더 포함할 수도 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 배터리 셀(111)이 파우치 타입인 경우, 전극 조립체(미도시)가 수용되는 영역을 셀 바디부(B)로 정의하고, 셀 바디부(B)의 둘레에 형성되는 실링 영역 중 배터리 모듈의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 길게 연장된 영역을 셀 윙부(W)로 정의할 수 있다.
상기 바디 접촉부(112a)는, 인접한 한 쌍의 배터리 셀(111) 각각의 셀 바디부(B) 사이에 개재되고, 배터리 셀(111)의 셀 바디부(B)와 직접 접촉한다. 상기 바디 접촉부(112a)는, 배터리 셀(111)의 셀 바디부(B)로부터 발생되는 열을 냉각 핀(112)의 폭 방향, 즉 배터리 모듈의 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 빠르게 전도하여 윙 커버부(112b)쪽으로 이동시킨다. 이처럼 윙 커버부(112b)쪽으로 전도된 열은, 배터리 셀(111)의 셀 윙부(W)와 냉각 핀(112)의 윙 커버부(112b) 사이에 형성된 냉각액 유로(P)를 통해 흐르는 절연 냉각액에 의해 배터리 모듈의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 이동하여 배터리 모듈의 외부로 배출된다.
상기 윙 커버부(112b)는, 상술한 바와 같은 냉각액 유로(P)를 형성하는 것 이 외에도 외부 충격이 가해져 셀 적층체 어셈블리(110)가 모듈 하우징(200) 내에서 상하 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 움직일 때 충격을 흡수하는 기능 또한 수행할 수 있다. 상기 윙 커버부(112b)의 이러한 충격 흡수 기능은, 셀 윙부(W)와 셀 바디부(B) 사이에 개재되는 센싱 라인(810) 및 온도 센서(820)의 파손을 방지하는데 도움을 줄 수 있다(도 13 참조). 상기 센싱 라인(810) 및 온도 센서(820)를 포함하는 센싱 어셈블리(800)에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.
상기 고정부(112c)는, 후술할 가이드 리브(121b)와 대응되는 형상을 갖는다. 상기 고정부(112c)는 가이드 리브(121b)와 결합됨으로써, 냉각 핀(112)을 포함하는 셀 적층체 어셈블리(110)와 버스바 프레임 어셈블리(120A, 120B) 간의 체결을 가이드 한다.
상기 완충 패드(113)는, 인접한 배터리 셀(111) 사이에 개재되어 배터리 셀(111)의 스웰링에 따른 부피 팽창을 흡수할 수 있다.
상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A) 및 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)는, 각각 셀 적층체 어셈블리(110)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측에 결합되어 복수의 배터리 셀(111)들 사이가 전기적으로 연결되도록 한다. 상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A) 및 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)는, 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A)는 내부 단자(123)를 구비하고 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)는 내부 단자(123)를 구비하지 않는다는 점을 제외하면 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 상기 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)의 구체적인 구조에 대한 자세한 설명은 생략하기로 하며, 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A)의 구체적인 구조에 대해서 집중적으로 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 10을 참조하면, 상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A)는, 버스바 프레임(121) 및 복수의 버스바(122)를 포함한다. 상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A)는 상술한 구성요소들 이 외에도 한 쌍의 내부 단자(123)를 더 포함할 수도 있다. 상기 버스바 프레임(121)은, 셀 적층체 어셈블리(110)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측을 커버한다.
상기 버스바 프레임(121)은, 복수의 냉각액 홀(121a)을 구비한다. 상기 냉각액 홀(121a)은, 프론트 실링 플레이트(300)에 구비된 인렛(P1)을 통해 모듈 하우징(200)의 내부로 유입된 절연 냉각액이 버스바 프레임(121)을 통과해 셀 적층체 어셈블리(110)쪽으로 유입될 수 있도록 하는 통로로서 기능한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 냉각액 유로(P)는 모듈 하우징(200)과 셀 윙부(W) 사이에 형성된다. 본 발명의 셀 적층체 어셈블리(110)가 냉각 핀(112)을 구비하는 경우, 냉각액 유로(P)는 모듈 하우징(200)과 셀 윙부(W) 사이 이 외에 윙 커버부(112b)와 셀 윙부(W) 사이에도 형성될 수 있다. 이에 따라, 절연 냉각액의 원활한 공급 및 배출을 위해, 상기 냉각액 홀(121a)은, 모듈 하우징(200)과 셀 윙부(W) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 냉각액 홀(121a)은 윙 커버부(112b)와 셀 윙부(W) 사이에 형성되는 냉각액 유로(P)와 대응되는 위치에도 형성될 수 있다.
상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A)에 형성된 냉각액 홀(121a)을 통해 셀 적층체 어셈블리(110)쪽으로 유입된 절연 냉각액은 화살표(도 5 및 도 6 참조)를 따라 냉각액 유로(P)를 통해 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)쪽으로 이동한다. 상기 리어 버스바 프레임(120B)쪽으로 이동한 절연 냉각액은 리어 버스바 프레임(120B)에 형성된 냉각액 홀(121a)을 통해 리어 실링 플레이트(400)쪽으로 유입되고, 리어 실링 플레이트(400)에 구비된 아웃렛(P2)을 통해 배터리 모듈의 외부로 배출된다. 이 과정에서 상기 절연 냉각액은 배터리 셀(111)의 전극 리드(111a) 및 셀 윙부(W)와 직접 접촉하여 배터리 셀(111)을 냉각시킨다.
상기 버스바(122)는, 버스바 프레임(121) 상에 고정되며, 버스바 프레임(121)에 형성된 리드 슬릿을 통해 인출된 전극 리드(111a)와 결합되어 복수의 배터리 셀(111)을 전기적으로 연결시킨다.
상기 내부 단자(123)는, 버스바 프레임(121) 상에 고정되며, 셀 적층체 어셈블리(110)에 구비된 배터리 셀(111)들 중 최 외각에 위치한 배터리 셀(111)의 전극 리드(111a)와 결합된다. 상기 내부 단자(123)는, 고전위 단자로서 기능한다. 상기 버스바 프레임(121)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 일 측에 위치하는 내부 단자(123)는 양극 고전위 단자로서 기능하고, 버스바 프레임(121)의 길이 방향 타 측에 위치하는 내부 단자(123)는 음극 고전위 단자로서 기능한다. 상기 내부 단자(123)는, 후술할 외부 단자(710)(도 11 및 도 12 참조)와 전기적으로 연결된다.
한편, 도 5 내지 도 10을 참조하면, 상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A)의 버스바 프레임(121) 및 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)의 버스바 프레임(121)은, 상단 및 하단에 길이 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 형성된 복수의 가이드 리브(121b)를 구비한다. 상기 가이드 리브(121b)는 셀 적층체 어셈블리(110)를 향하는 방향으로 연장된 형태를 갖는다. 상기 가이드 리브(121b)는 냉각 핀(112)의 고정부(112c)와 대응되는 위치에 형성된다.
상술한 바와 같이, 상기 냉각 핀(112)의 윙 커버부(112b)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 양 측 단부에는 가이드 리브(121b)와 대응되는 형상을 갖는 고정부(112c)가 형성된다. 상기 가이드 리브(121b) 및 고정부(112c)에 의해 냉각 핀(112)은 상하 방향(Z축에 나란한 방향) 및 길이 방향(X축에 나란한 방향)으로의 움직임이 제한된다. 따라서, 이에 따라 셀 적층체 어셈블리(110)에 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A) 및 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)를 결합할 때 결합 위치가 가이드 될 수 있으며, 이로써 조립의 편의성이 증대될 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 모듈 하우징(200)은, 셀 적층체 어셈블리(110), 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A) 및 리어 버스바 프레임 어셈블리(120B)를 포함하는 서브 모듈(100)을 수용한다. 상기 모듈 하우징(200)은, 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측이 개방된 형태를 갖는다.
도 5, 도 6, 도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 프론트 실링 플레이트(300)는 모듈 하우징(200)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측에 형성된 개구부를 커버한다. 상기 프론트 실링 플레이트(300)는, 절연 냉각액의 유입을 위한 냉각액 인렛(P1)을 구비한다. 절연 냉각액이 누유되는 것을 방지하기 위해, 프론트 실링 플레이트(300)의 테두리 면과 모듈 하우징(200)의 내측면 사이에는 가스켓(G)이 개재될 수 있다(도 12 참조).
상기 프론트 실링 플레이트(300)는, 프론트 버스바 프레임 어셈블리(120A)에 구비된 내부 단자(123)와 후술할 외부 단자(710) 사이의 전기적 연결을 위한 부품이 통과될 수 있도록 하는 한 쌍의 단자 홀(300a)을 구비한다. 상기 단자 홀(300a)은 내부 단자(123)와 대응되는 위치에 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 리어 실링 플레이트(400)는, 모듈 하우징(200)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 타 측 개구부를 커버하며, 절연 냉각액의 배출을 위한 냉각액 인렛(P2)을 구비한다. 상기 프론트 실링 플레이트(300)의 경우와 마찬가지로, 절연 냉각액이 누유되는 것을 방지하기 위해, 프론트 실링 플레이트(300)의 테두리 면과 모듈 하우징(200)의 내측면 사이에는 가스켓(G)이 개재될 수 있다.
상기 프론트 실링 플레이트(300) 및 리어 실링 플레이트(400)는, 전기적 절연을 위해 절연성 수지로 이루어질 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 단자 어셈블리(700)는, 프론트 실링 플레이트(300)의 외측에 위치하는 외부 단자(710) 및 외부 단자(710)와 배터리 셀(111) 사이를 전기적으로 연결하는 스터드(720)를 포함한다. 상기 스터드(720)는 내부 단자(123)에 고정된다. 상기 스터드(720)는 내부 단자(123)를 관통하여 압입 방식에 의해 내부 단자(123)에 고정될 수 있다. 상기 내부 단자(123)에 고정된 스터드(720)는 프론트 실링 플레이트(300)에 형성된 단자 홀(300a)을 통해 외부로 인출되어 외부 단자(710)와 결합된다.
상기 단자 어셈블리(700)는, 프론트 실링 플레이트(300)에 형성된 단자 홀(300a)에 삽입되는 링 형상의 단자 스페이서(730)를 더 포함할 수 있다. 상기 단자 스페이서(730)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 단자 스페이서(730)가 구비되는 경우 스터드(720)는 단자 스페이서(730)를 관통하게 된다.
상기 단자 어셈블리(700)는, 외부 단자(710)를 스터드(720)에 체결시키기 위한 체결 너트(740)를 더 포함할 수 있다. 상기 체결 너트(740)는, 단자 스페이서(730) 및 외부 단자(710)의 체결부(712)를 관통한 스터드(720)에 체결되어 외부 단자(710)의 체결부(712)가 단자 스페이서(730)에 밀착 고정되도록 한다. 이로써, 상기 내부 단자(123)와 외부 단자(외부 단자(710)는 단자 스페이서(730)를 통해 상호 전기적으로 연결된다.
상기 단자 어셈블리(700)는, 단자 스페이서(730)의 외주면을 커버하며 프론트 실링 플레이트(300)의 내측면과 내부 단자(123) 사이에 개재되는 제1 오링(O-ring)(750)을 더 포함할 수 있다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제1 오링(750)은, 프론트 실링 플레이트(300)와 버스바 프레임(121) 사이의 공간으로 유입된 절연 냉각액이 냉각액 홀(300a)의 내측면과 단자 스페이서(730) 사이의 공간을 통해 프론트 실링 플레이트(300)의 외측으로 누유되지 않도록 한다.
또한, 상기 단자 어셈블리(700)는, 내부 단자(123)에 압입되어 내부 단자(123)와 버스바 프레임(121) 사이의 공간으로 노출된 스터드(720)의 둘레에 위치하며, 내부 단자(123)와 버스바 프레임(121) 사이에 개재되는 제2 오링(760)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 오링(760)은, 프론트 실링 플레이트(300)와 버스바 프레임(121) 사이의 공간으로 유입된 절연 냉각액이 내부 단자(123)와 스터드(720) 사이의 공간 및 단자 스페이서(730)의 내측면과 스터드(720) 사이의 공간을 통해 프론트 실링 플레이트(300)의 외측으로 누유되지 않도록 한다.
도 1 및 도 2, 그리고 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 프론트 엔드 플레이트(500)는 프론트 실링 플레이트(300)를 커버하며 모듈 하우징(200)에 고정된다. 상기 리어 엔드 플레이트(600)는 리어 실링 플레이트(400)를 커버하며 모듈 하우징(200)에 고정된다.
상기 프론트 엔드 플레이트(500)는 외부 단자(710)의 연결부(711)가 프론트 엔드 플레이트(500)의 외측으로 노출되도록 하는 단자 노출부(500a) 및 냉각액 인렛(P1)이 프론트 엔드 플레이트(500)의 외측으로 노출되도록 하는 인렛 노출부(500b)를 구비한다. 상기 리어 엔드 플레이트(600)는 냉각액 인렛(P2)이 리어 엔드 플레이트(600)의 외측으로 노출되도록 하는 아웃렛 노출부(600b)를 구비한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈에 프론트 엔드 플레이트(500) 및 리어 엔드 플레이트(600)가 적용되는 경우, 프론트 엔드 플레이트(500)와 모듈 하우징(200)의 결합 부위, 그리고 리어 엔드 플레이트(600)와 모듈 하우징(200)의 결합 부위에는 절연 냉각액의 누유 방지를 위한 가스켓이 적용될 수 있다.
도 4, 도 7 및 도 13을 참조하면, 상기 센싱 어셈블리(800)는, 서브 모듈(100)의 상단에 배치되며, 배터리 셀(111)의 전압을 센싱한다. 상기 센싱 어셈블리(800)는, 복수의 배터리 모듈(111)과 전기적으로 연결되며, 배터리 셀(111)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 단부로부터 타 측 단부까지 연장되는 센싱 라인(810)을 포함한다. 상기 센싱 라인(810)은, 셀 적층체(110)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측에서 배터리 셀(111)들과 전기적으로 연결된다. 이러한 센싱 라인(810)과 배터리 셀(111) 간의 전기적 연결은 센싱 라인(810)이 버스바(122)에 결합됨으로써 구현될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 센싱 라인(810)이 배터리 셀(111)의 전극 리드(111a)와 직접 결합되는 것도 가능하다.
상기 센싱 라인(810)은, 파우치 타입 배터리 셀(111)의 셀 바디부(B) 및 셀 바디부(B)를 향해 폴딩된 셀 윙부(W) 사이에 개재될 수 있다. 이는, 상기 배터리 모듈의 내부를 흐르는 절연 냉각액에 의해 센싱 라인(810)이 손상되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 센싱 어셈블리(800)는, 전압의 센싱 이 외에도 배터리 셀(111)의 온도를 센싱하는 기능을 부가적으로 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 센싱 어셈블리(800)는, 센싱 라인(810) 상에 실장되는 적어도 하나의 온도 센서(820)를 더 포함할 수도 있다. 상기 온도 센서(820)는 발열량이 큰 전극 리드(111a)에 인접하도록 배치될 수 있다. 상기 온도 센서(820)는 센싱 라인(810)과 마찬가지로, 배터리 셀(111)의 셀 바디부(B) 및 셀 바디부(W)를 향해 폴딩된 셀 윙부(W) 사이에 개재될 수 있다. 이는, 배터리 모듈의 내부를 흐르는 절연 냉각액에 의해 센싱 라인(810)이 손상되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 이는 상기 온도 센서(820)와 절연 냉각액의 접촉을 방지하거나 최소화 함으로써 배터리 셀(111)의 온도를 정확히 센싱할 수 있도록 하기 위함이다. 한편, 상기 센싱 라인(810) 및 온도 센서(820)는, 셀 윙부(W)에 의해 커버된 상태에서 추가적으로 냉각 핀(112)의 윙 커버부(112b)에 의해 커버될 수도 있다.
상기 센싱 어셈블리(800)는, 센싱 라인(810) 이 외에도 센싱 라인(810)과 전기적으로 연결되는 PCB(Printed Circuit Board)(830)를 더 포함할 수도 있다. 상기 PCB(830)는, 버스바 프레임(121) 상에 고정될 수 있다. 상기 PCB(830) 상에는 커넥터 어셈블리(미도시)가 실장될 수 있으며, 이러한 커넥터 어셈블리를 통해 BMS(Battery Management system)(미도시)과 같은 제어 장치가 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 BMS는, 배터리 셀(111)의 전압, 온도 등에 관한 정보를 측정 및/또는 수신하고 이를 참조하여 배터리 모듈의 충방전을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은, 적어도 하나의 배터리 모듈과 함께 팩 하우징 및/또는 BMS(Battery management system) 등의 부가적인 부품을 포함할 수 있다. 상기 배터리 모듈은, 프론트 엔드 플레이트(500) 및/또는 리어 엔드 플레이트(600)에 형성된 체결 홀(H)을 통해 팩 하우징에 체결될 수 있다. 즉, 상기 체결 홀(H)은, 팩 하우징과 배터리 모듈의 체결을 위한 볼트 등의 체결 수단이 삽입되는 공간을 제공할 수 있다. 한편, 상기 배터리 팩이 복수의 배터리 모듈을 포함하는 경우, 복수의 배터리 모듈 상호 간의 체결이 프론트 엔드 플레이트(500) 및/또는 리어 엔드 플레이트(600)에 형성된 체결 홀(H)을 통해 이루어지는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩을 적어도 하나 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 예를 들어, 본 발명의 배터리 모듈 및/또는 배터리 팩에 의해 전력을 공급 받아 동작하는 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차일 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[도면참조부호의 설명]
100: 서브 모듈
110: 셀 적층체 어셈블리
111: 배터리 셀
111a: 전극 리드
112: 냉각 핀
112a: 바디 접촉부
112b: 윙 커버부
112c: 고정부
113: 완충 패드
P: 냉각액 유로
120A: 프론트 버스바 프레임 어셈블리
120B: 리어 버스바 프레임 어셈블리
121: 버스바 프레임
121a: 냉각액 홀
121b: 가이드 리브
122: 버스바
123: 내부 단자
200: 모듈 하우징
300: 프론트 실링 플레이트
300a: 단자 홀
P1: 인렛(inlet)
G: 가스켓
400: 리어 실링 플레이트
P2: 아웃렛(outlet)
500: 프론트 엔드 플레이트
500a: 단자 노출부
500b: 인렛 노출부
600: 리어 엔드 플레이트
600b: 아웃렛 노출부
700: 단자 어셈블리
710: 외부 단자
711: 연결부
712: 체결부
720: 스터드
730: 단자 스페이서
740: 체결 너트
750: 제1 오링(O-ring)
760: 제2 오링(O-ring)
800: 센싱 어셈블리
810: 센싱 라인
820: 온도 센서
830: PCB(Printed Circuit Board)

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀 및 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 냉각 핀을 구비하는 셀 적층체 어셈블리를 포함하는 서브 모듈;
    상기 서브 모듈을 수용하는 모듈 하우징;
    상기 모듈 하우징의 길이 방향 일 측 개구부를 커버하며 인렛을 구비하는 프론트 실링 플레이트;
    상기 모듈 하우징의 길이 방향 타 측 개구부를 커버하며 아웃렛을 구비하는 리어 실링 플레이트; 및
    상기 배터리 셀의 전압을 센싱하는 센싱 어셈블리;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 어셈블리는,
    상기 서브 모듈의 상단에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센싱 어셈블리는,
    상기 복수의 배터리 모듈과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 셀의 길이 방향 일 측 단부로부터 타 측 단부까지 연장되는 센싱 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센싱 라인은,
    상기 배터리 셀의 셀 바디부 및 상기 셀 바디부를 향해 폴딩된 셀 윙부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 센싱 어셈블리는,
    상기 센싱 라인 상에 실장되는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온도 센서는,
    상기 배터리 셀의 셀 바디부 및 상기 바디를 향해 폴딩된 셀 윙부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 핀은,
    서로 인접한 배터리 셀 사이에 개재되는 바디 접촉부; 및
    상기 바디 접촉부의 상단 또는 하단 중 어느 한 곳에서 절곡되어 상기 배터리 셀의 셀 윙부를 커버하는 윙 커버부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 서브 모듈은,
    상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 일 측에 결합되는 프론트 버스바 프레임 어셈블리; 및
    상기 셀 적층체 어셈블리의 길이 방향 타 측에 결합되는 리어 버스바 프레임 어셈블리;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리 및 리어 버스바 프레임 어셈블리는, 상기 모듈 하우징과 배터리 셀의 셀 윙부 사이 및 상기 윙 커버부와 배터리 셀의 셀 윙부 사이에 형성되는 냉각액 유로와 대응되는 위치에 형성되는 복수의 냉각액 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 인렛을 통해 상기 모듈 하우징 내부로 유입된 절연 냉각액은, 상기 프론트 버스바 프레임 어셈블리에 형성된 냉각액 홀을 통과하여 상기 냉각액 유로에 유입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉각액 유로를 통과한 절연 냉각액은, 상기 리어 버스바 프레임 어셈블리에 형성된 냉각액 홀을 통과하고, 상기 아웃렛을 통해 상기 모듈 하우징의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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