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WO2020054955A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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WO2020054955A1
WO2020054955A1 PCT/KR2019/008157 KR2019008157W WO2020054955A1 WO 2020054955 A1 WO2020054955 A1 WO 2020054955A1 KR 2019008157 W KR2019008157 W KR 2019008157W WO 2020054955 A1 WO2020054955 A1 WO 2020054955A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
casing
transfer material
heat transfer
battery
battery module
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/008157
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이태규
이석훈
최범
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP19859454.1A priority patent/EP3686986B1/en
Priority to PL19859454.1T priority patent/PL3686986T3/pl
Priority to CN201980005078.3A priority patent/CN111226344B/zh
Priority to US16/756,362 priority patent/US11621449B2/en
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module and a battery pack including the same that can improve heat dissipation characteristics.
  • Lithium secondary batteries with high energy density are being used because charging and discharging are free, and self-discharge rate is very low.
  • the lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • the lithium secondary battery includes a secondary battery cell in which the positive electrode plate and the negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and an exterior material for sealingly storing the secondary battery cell together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • the lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte interposed therebetween, and a lithium ion battery (Lithium Ion Battery, LIB), a lithium polymer battery (Polymer Lithium Ion Battery) depending on which positive electrode active material and negative electrode active material are used. , PLIB).
  • LIB lithium Ion Battery
  • PLIB lithium polymer battery
  • the electrodes of these lithium secondary batteries are formed by applying a positive electrode or a negative electrode active material to a current collector such as aluminum or copper sheet, mesh, film, or foil and drying the electrode.
  • the battery module or the battery pack is manufactured in a form in which a plurality of battery cells are concentrated in a narrow space, it is important to easily discharge heat generated from the battery cells to the outside, but in the case of a battery module or battery pack of the prior art There is a problem that the heat dissipation is insufficient and the capacity of the battery module or the battery pack is reduced due to heat generation.
  • a technical problem to be achieved by the present invention is to provide a battery module having improved heat dissipation characteristics and a battery pack including the same.
  • At least one battery cell at least one battery cell; A casing provided to surround the battery cell and having at least one opening formed therein; And a thermal interface material (TIM) interposed between the casing and the battery cell and exposed to the outside of the casing through the opening of the casing.
  • TIM thermal interface material
  • the opening is provided in plural, the casing is provided with a support located between any one opening and another neighboring opening, and a round may be formed in the contact portion of the support contacting the heat transfer material. You can.
  • the support portion is located on the same plane as the heat transfer material, and the support portion and the heat transfer material may be exposed to the outside of the casing together.
  • the support portion is located on a different plane from the heat transfer material, and the support portion is buried in the heat transfer material so that the heat transfer material excluding the support portion can be exposed outside the casing.
  • the battery cell is a cylindrical battery cell formed in a cylindrical shape
  • the heat transfer material may be formed in a shape corresponding to the shape of the cylindrical battery cell to be in close contact with the cylindrical battery cell.
  • the casing can be made of heat-conducting plastic.
  • the casing may be provided with a heat dissipation groove in which the depth of the groove is deeper toward the center from the edge portion.
  • a heat dissipation member coupled to the casing and contacting the heat transfer material exposed to the outside of the casing through the opening of the casing may be further included.
  • an accommodation groove in which the heat transfer material is accommodated may be formed on at least one side of the heat dissipation member.
  • a battery pack including the above-described battery module may be provided.
  • the contact area between the case and the fluid is increased, thereby improving the heat dissipation characteristics.
  • FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a battery module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing the inside of the casing in which the opening is formed in the battery module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the outside of the casing in which the opening is formed in the battery module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a view showing a state in which the heat transfer material is exposed through the opening of the casing in the battery module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a modified embodiment of part A in the casing of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a view illustrating a state in which the heat transfer material is exposed through the opening of the casing in the modified embodiment of FIG. 6.
  • FIG 8 is a view showing a state in which the battery cell is in contact with the heat transfer material in the battery module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a battery module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a battery module according to a third embodiment of the present invention.
  • the term 'coupled' or 'connected' means that one member is directly coupled to another member, or is directly connected to one member, indirectly coupled to another member through a joint member, or indirectly. It also includes the case where it is connected.
  • FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a battery module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery module according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view showing the outside of the casing in which the opening is formed in the battery module according to the first embodiment of the present invention.
  • 1 is a view of a state in which the heat transfer material is exposed through the opening of the casing in the battery module according to the embodiment
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a modification of part A in the casing of FIG. 2
  • FIG. 7 is a modification of FIG.
  • the heat transfer material is a view of the state exposed through the opening of the casing
  • FIG. 8 is a view showing a state in which the battery cell is in contact with the heat transfer material in the battery module according to the first embodiment of the present invention.
  • the battery module 10 includes a battery cell 100, a casing 200, and a thermal interface material (TIM, 300). Includes.
  • the battery cell 100 may be of a pouch type or a cylindrical type as in FIG. 2.
  • an electrode lead may be provided in the battery cell 100, and the electrode lead provided in the battery cell 100 is a type of terminal that is exposed to the outside and connected to an external device. Can be used.
  • the electrode lead may include a positive electrode lead and a negative electrode lead.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed opposite to each other with respect to the longitudinal direction of the battery cell 100, or the positive electrode lead and the negative electrode lead may be in the same direction with respect to the longitudinal direction of the battery cell 100. It can also be located.
  • the electrode leads can be electrically coupled to the busbar.
  • the battery cell 100 is a battery unit cell (Bi-Cell) arranged in the order of a positive electrode plate-separator-a negative electrode plate unit cell (Unit Cell) or a positive electrode plate-separator-negative electrode plate-separator-positive electrode plate-separator-negative electrode plate It may have a structure in which a plurality of layers are stacked according to a capacity.
  • the battery cell 100 when the battery cell 100 is a cylindrical type, the battery cell 100 includes an electrode assembly, for example, an electrode assembly in the form of a jelly-roll, a cylindrical battery case in which an electrolyte is accommodated with the electrode assembly, and a battery case.
  • a positive electrode terminal formed on the upper portion and a negative electrode terminal formed on the lower portion of the battery case may be included.
  • the electrode assembly may be stacked with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode and wound in a jelly-roll form, and a positive electrode lead is attached to the positive electrode to be connected to, for example, an upper positive terminal of a battery case, and the negative electrode has a negative electrode.
  • a negative lead is attached and connected to the negative terminal of the bottom of the battery case for example.
  • a cylindrical center pin may be inserted into the center portion 228 of the electrode assembly. The center pin can function as a passage for fixing and supporting the electrode assembly, and discharging gas generated by internal reactions during charging and discharging and operation.
  • the lower portion of the top cap may be provided with a safety vent for bursting gas due to the pressure rise inside the battery case.
  • a safety vent for bursting gas due to the pressure rise inside the battery case.
  • the casing 200 is provided to surround the battery cell 100.
  • the casing 200 surrounds the battery cell 100 and thereby protects the battery cell 100 from external vibration or shock.
  • the casing 200 may include, for example, an upper casing 210 and a lower casing 220. However, it is not limited thereto.
  • One or more openings 221 are formed in the casing 200, for example, the lower casing 220 so that the heat transfer material 300 is exposed to the outside.
  • the opening 221 may be formed in the upper casing 210 as necessary.
  • the heat transfer material 300 is exposed to the outside of the casing 200, and the heat transfer material 300 is in contact with a fluid, such as air, to allow heat dissipation.
  • a fluid such as air
  • a plurality of openings 221 may be provided, and the support portion 222 positioned between any one opening 221 and another neighboring opening 221 may be provided in the casing 200.
  • the support part 222 may be formed integrally with the casing 200 or may be formed to be combined with the casing 200 in various ways after being manufactured separately.
  • a round may be formed in the contact portion 223 of the support portion 222 contacting the heat transfer material 300.
  • the support 222 may be located on the same plane as the heat transfer material 300.
  • part A which is a partially enlarged view in FIG. 2
  • both the support part 222 and the heat transfer material 300 are located on the same plane X1 corresponding to the bottom part of the casing 200 based on FIG. 2.
  • the support 222 and the heat transfer material 300 may be exposed to the outside of the casing 200 as shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 In a modified embodiment, referring to FIG.
  • the support 222 may be located in a different plane from the heat transfer material 300.
  • the heat transfer material 300 is located in the plane X2 corresponding to the bottom of the casing 200 based on FIG. 6, and the support 222 is buried in the heat transfer material 300 to the bottom of the casing 200 It may be provided to be located on the plane (X3) above the portion. Accordingly, as shown in FIG. 7, the support part 222 is not exposed outside the casing 200, and only the heat transfer material 300 excluding the support part 222 may be exposed outside the casing 200.
  • the embodiment of FIG. 5 has a structurally stable effect than the embodiment of FIG. 7, and the embodiment of FIG.
  • the size and position of the support 222 may be appropriately adjusted in consideration of structural stability and heat dissipation efficiency.
  • a heat dissipation groove 229 may be formed in a portion of the casing 200 in which the opening 221 is not formed (see FIG. 4).
  • the heat dissipation groove 229 may be formed outside the casing 200, for example, on the bottom surface of the casing 200.
  • the heat dissipation groove 229 may be formed in various ways, for example, the depth of the groove may be deeper toward the central portion 228 from the edge portion.
  • the heat dissipation groove 229 may be formed by the first inclined portion 225 and the second inclined portion 227. Referring to FIG.
  • the first inclined portion 225 is formed to be inclined toward any one edge portion, for example, the first edge portion 224 toward the center portion 228, and the second inclined portion 227 is different
  • One edge portion for example, is formed to be inclined toward the center 228 from the second edge portion 226 spaced apart from the first edge portion 224, the first slope portion 225 and the second slope portion ( 227) is configured to meet at the central portion 228, whereby a heat dissipation groove 229 may be formed.
  • the heat dissipation groove 229 having such a structure may be formed on the bottom surface of the casing 200, for example, the lower casing 220.
  • the heat dissipation groove 229 is not formed only on the bottom surface of the lower casing 220, may be formed on the side of the lower casing 220, if necessary, or may also be formed on the upper casing 210.
  • the heat dissipation groove 229 is formed in the casing 200 as described above, since the contact area between the casing 200 and the air is wide, the heat dissipation efficiency is improved.
  • the casing 200 may be made of various types of thermally conductive plastics, thereby efficiently dissipating heat generated from the battery cell 100.
  • the heat transfer material 300 is interposed between the casing 200 and the battery cell 100.
  • the heat transfer material 300 is located between the battery cell 100 and the lower casing 220, one side is in contact with the lower casing 220 and the other side of the other side is in contact with the surface of the cylindrical battery cell 100 Can be provided.
  • the heat transfer material 300 may include various materials capable of transferring heat generated from the battery cell 100 to the outside of the battery cell 100.
  • the heat transfer material 300 may be provided, for example, to surround graphite with a foam pad, but is not limited thereto.
  • the heat transfer material 300 is exposed to the outside of the casing 200 through the opening 221 of the casing 200, whereby the exposed portion is in contact with the air to allow heat dissipation.
  • the heat transfer material 300 may be formed in a shape corresponding to the shape of the cylindrical battery cell 100 so as to be in close contact with the cylindrical battery cell 100 as shown in FIG. 8. That is, the heat transfer material 300 may have a circular cross-section.
  • the heat transfer material 300 is arc-shaped when viewed from the front or rear, but may be formed as a straight line in the longitudinal direction when viewed from the side.
  • the shape of the heat transfer material 300 is not limited thereto.
  • the battery module 10 includes a heat transfer material 300 interposed between the cylindrical battery cell 100 and the casing 200, and of the casing 200 of the heat transfer material 300 It may be exposed to the outside through the opening 221 to directly contact the outside air. Thereby, the heat dissipation efficiency can be improved.
  • one side of the casing 200 is formed to be inclined toward the central portion 228 from the rim portion, a heat dissipation groove 229 in which the depth of the groove deepens toward the central portion 228 may be formed, and in the heat dissipation groove 229 Thereby, since the contact area between the casing 200 and the air increases, the heat dissipation efficiency increases.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a battery module according to a second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the heat dissipation member 400 is further provided.
  • the heat dissipation member 400 is coupled to the casing 200 and may contact the heat transfer material 300 exposed to the outside of the casing 200 through the opening 221 of the casing 200. . That is, in the first embodiment, the heat transfer material 300 is exposed to the outside of the casing 200 to contact the air outside the casing 200 to radiate air-cooled, but in the second embodiment, the heat dissipation member 400 is casing ( 200) In contact with the heat transfer material 300 exposed to the outside, the heat transfer material 300 may be radiated by the heat dissipation member 400.
  • the heat dissipation member 400 may be provided in various ways.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a battery module according to a third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment of the present invention is different from the first embodiment and the second embodiment in that the receiving groove 410 is formed in the heat dissipation member 400.
  • the heat dissipation member 400 may be provided in various ways, for example, the heat dissipation member 400 may be provided as a cooling plate.
  • the cooling plate may be provided to flow various fluids therein, but is not limited thereto.
  • at least one side of the heat dissipation member 400 may be formed with a receiving groove 410 in which the heat transfer material 300 is accommodated.
  • the heat transfer material 300 is accommodated in the receiving groove 410 formed in the heat dissipation member 400, it is not only structurally stable, but also increases the contact area between the heat transfer material 300 and the heat dissipation member 400, thereby improving heat dissipation efficiency. Can also be increased.
  • a battery pack (not shown) according to an embodiment of the present invention may include one or more battery modules 10 according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the battery pack in addition to the battery module 10, a case for storing such a battery module 10, various devices for controlling charging and discharging of the battery module 10, such as BMS, current Sensors, fuses, and the like may be further included.
  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and is particularly applicable to industries related to secondary batteries.

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Abstract

배터리 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀; 배터리 셀을 감싸도록 마련되며, 적어도 하나의 개구가 형성된 케이싱; 및 케이싱과 배터리 셀 사이에 개재되고, 케이싱의 개구를 통해 케이싱의 외측으로 노출되는 열전달 물질을 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
본 출원은 2018년 09월 12일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2018-0109209호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 방열 특성이 향상될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차전지가 많이 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 이차전지 셀과, 이차전지 셀을 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 배터리 케이스를 구비한다.
리튬 이차전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
한편, 근래 에너지원으로 활용되는 것을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 배터리 셀이 직렬 내지 병렬로 연결된 배터리 모듈 또는 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
다만, 배터리 모듈 또는 배터리 팩은 복수의 배터리 셀이 좁은 공간에 밀집되는 형태로 제조되기 때문에 배터리 셀로부터 발생된 열을 외부로 용이하게 방출하는 것이 중요하지만, 종래 기술의 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 경우 방열이 미흡하여 발열에 의한 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 용량 저하라는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 방열 특성이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 하나의 배터리 셀; 상기 배터리 셀을 감싸도록 마련되며, 적어도 하나의 개구가 형성된 케이싱; 및 상기 케이싱과 상기 배터리 셀 사이에 개재되고, 상기 케이싱의 상기 개구를 통해 상기 케이싱의 외측으로 노출되는 열전달 물질(Thermal Interface Material, TIM)을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다
또한, 상기 개구는 복수로 마련되고, 상기 케이싱에는, 어느 하나의 개구와, 이웃하는 다른 하나의 개구 사이에 위치하는 지지부가 구비되며, 상기 열전달 물질에 접촉되는 상기 지지부의 접촉부에는 라운드가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 지지부는 상기 열전달 물질과 동일 평면에 위치하며, 상기 지지부와 상기 열전달 물질이 함께 상기 케이싱의 외측으로 노출될 수 있다.
또한, 상기 지지부는 상기 열전달 물질과 다른 평면에 위치하며, 상기 지지부가 상기 열전달 물질에 파묻혀 상기 지지부를 제외한 상기 열전달 물질이 상기 케이싱의 외측으로 노출될 수 있다.
그리고, 상기 배터리 셀은 원통 형상으로 형성된 원통형 배터리 셀이며, 상기 열전달 물질은 상기 원통형 배터리 셀에 밀착될 수 있도록 상기 원통형 배터리 셀의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 케이싱은 열전도 플라스틱으로 제작될 수 있다.
그리고, 상기 케이싱에는, 테두리부로부터 중심부로 갈수록 홈의 깊이가 깊어지게 형성되는 방열홈이 마련될 수 있다.
또한, 상기 케이싱에 결합되고, 상기 케이싱의 상기 개구를 통해 상기 케이싱의 외측으로 노출된 상기 열전달 물질에 접촉되는 방열부재를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 방열부재의 적어도 일측에는 상기 열전달 물질이 수용되는 수용홈이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 열전달 물질이 케이싱의 외측으로 노출되어 유체와 직접 접촉이 가능하므로 방열 특성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 케이스와 유체의 접촉 면적이 증가하여 방열 특성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 개구가 형성된 케이싱의 내측을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 개구가 형성된 케이싱의 외측을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 열전달 물질이 케이싱의 개구를 통해 노출된 모습의 도면이다.
도 6은 도 2의 케이싱에서 A 부분의 변형 실시예에 대한 단면도이다.
도 7은 도 6의 변형 실시예에서 열전달 물질이 케이싱의 개구를 통해 노출된 모습의 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 열전달 물질에 배터리 셀이 접촉된 모습을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 개구가 형성된 케이싱의 내측을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 개구가 형성된 케이싱의 외측을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 열전달 물질이 케이싱의 개구를 통해 노출된 모습의 도면이고, 도 6은 도 2의 케이싱에서 A 부분의 변형 실시예에 대한 단면도이며, 도 7은 도 6의 변형 실시예에서 열전달 물질이 케이싱의 개구를 통해 노출된 모습의 도면이고, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에서 열전달 물질에 배터리 셀이 접촉된 모습을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100)과, 케이싱(200)과, 열전달 물질(Thermal Interface Material, TIM, 300)을 포함한다.
배터리 셀(100)은 하나 이상으로 구비될 수 있다. 배터리 셀(100)은 파우치 타입일 수도 있고, 도 2에서와 같이 원통형 타입일 수도 있다. 배터리 셀(100)이 파우치 타입인 경우 배터리 셀(100)에는 전극 리드가 구비될 수 있으며, 배터리 셀(100)에 구비되는 전극 리드는 외부로 노출되어 외부 기기에 연결되는 일종의 단자로서 전도성 재질이 사용될 수 있다. 전극 리드는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 배터리 셀(100)의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있고, 또는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드가 배터리 셀(100)의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치될 수도 있다. 전극 리드는 버스바에 전기적으로 결합될 수 있다. 배터리 셀(100)은 양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열되는 단위 셀(Unit Cell) 또는 양극판-세퍼레이터-음극판-세퍼레이터-양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열된 바이 셀(Bi-Cell)을 전지 용량에 맞게 복수개 적층시킨 구조를 가질 수 있다. 그리고, 배터리 셀(100)이 원통형 타입인 경우 배터리 셀(100)은 전극 조립체, 예를 들어 젤리-롤 형태의 전극 조립체와, 전극 조립체와 함께 전해액이 수용되는 원통형의 배터리 케이스와, 배터리 케이스의 예를 들어 상부에 형성된 양극 단자와, 배터리 케이스의 예를 들어 하부에 형상된 음극 단자를 포함할 수 있다. 전극 조립체는 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 적층되어 젤리-롤 형태로 감긴 구조일 수 있으며, 양극에는 양극 리드가 부착되어 배터리 케이스의 예를 들어 상부의 양극 단자에 접속되고, 음극에는 음극 리드가 부착되어 배터리 케이스의 예를 들어 하부의 음극 단자에 접속된다. 그리고 전극 조립체의 중심부(228)에는 원통형의 센터핀이 삽입될 수 있다. 이러한 센터핀은 전극 조립체를 고정 및 지지하고, 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로 기능할 수 있다. 한편, 배터리 케이스 내부, 예를 들어, 탑캡의 하부에는 배터리 케이스 내부의 압력 상승에 의해 파열되어 가스를 배출시키기 위한 안전벤트가 구비될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 배터리 셀(100)이 원통 형상으로 형성된 원통형의 배터리 셀(100)인 경우를 중심으로 설명한다.
케이싱(200)은 배터리 셀(100)을 감싸도록 마련된다. 케이싱(200)은 배터리 셀(100)을 둘러싸며 이에 의해 외부의 진동이나 충격으로부터 배터리 셀(100)을 보호할 수 있다. 여기서, 케이싱(200)은 예를 들어, 상부 케이싱(210)과 하부 케이싱(220)을 포함하여 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 케이싱(200), 예를 들어, 하부 케이싱(220)에는 열전달 물질(300)이 외측으로 노출될 수 있도록 하나 이상의 개구(221, 도 3 및 도 4 참조)가 형성된다. 다만, 필요에 따라 상부 케이싱(210)에 개구(221)가 형성될 수도 있다. 이와 같이 케이싱(200)에 형성된 개구(221)를 통해 열전달 물질(300)이 케이싱(200)의 외측으로 노출되며, 열전달 물질(300)이 공기와 같은 유체에 접촉되어 방열이 가능해진다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 개구(221)는 복수로 마련될 수 있고, 케이싱(200)에는 어느 하나의 개구(221)와 이웃하는 다른 하나의 개구(221) 사이에 위치하는 지지부(222)가 구비될 수 있다. 지지부(222)는 케이싱(200)과 일체로 형성될 수도 있고, 또는 케이싱(200)과 분리 제작 후 다양한 방식으로 결합되도록 형성될 수도 있다. 그리고, 도 2를 참조하면, 열전달 물질(300)에 접촉되는 지지부(222)의 접촉부(223)에는 라운드가 형성될 수 있다. 이와 같이 지지부(222)의 접촉부(223)에 라운드가 형성되면 열전달 물질(300)이 지지부(222)의 접촉부(223)에 접촉되더라도 손상되는 것이 방지될 수 있다. 한편, 도 2를 참조하면, 지지부(222)는 열전달 물질(300)과 동일 평면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 부분 확대도인 A 부분을 참조하면, 지지부(222)와 열전달 물질(300) 모두 도 2를 기준으로 케이싱(200)의 바닥부에 해당되는 동일 평면(X1)에 위치할 수 있으며, 이에 의해, 도 5에서와 같이 지지부(222)와 열전달 물질(300)이 함께 케이싱(200)의 외측으로 노출될 수 있다. 변형 실시예로, 도 6을 참조하면, 지지부(222)는 열전달 물질(300)과 다른 평면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 열전달 물질(300)은 도 6을 기준으로 케이싱(200)의 바닥부에 해당되는 평면(X2)에 위치하고, 지지부(222)는 열전달 물질(300)에 파묻혀 케이싱(200)의 바닥부보다 상측의 평면(X3)에 위치하도록 마련될 수 있다. 이에 의해, 도 7에서와 같이 지지부(222)는 케이싱(200)의 외측으로 노출되지 않고, 지지부(222)를 제외한 열전달 물질(300)만이 케이싱(200)의 외측으로 노출될 수 있다. 도 5의 실시예는 도 7의 실시예보다 구조적으로 안정적인 효과가 있고, 도 7의 실시예는 도 5의 실시예보다 열전달 물질(300)과 공기의 접촉 면적이 넓어져 방열 효율이 좋은 효과가 있다. 즉, 구조적 안정과 방열 효율을 고려하여 지지부(222)의 크기와 위치를 적절히 조절할 수 있다.
케이싱(200) 중 개구(221)가 형성되지 않은 부분에는 방열홈(229)이 형성될 수 있다(도 4 참조). 방열홈(229)은 케이싱(200)의 외측, 예를 들어, 케이싱(200)의 바닥면에 형성될 수 있다. 방열홈(229)은 다양하게 형성될 수 있으며, 예를 들어, 테두리부로부터 중심부(228)로 갈수록 홈의 깊이가 깊어지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 방열홈(229)은 제1 경사부(225)와 제2 경사부(227)에 의해 형성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 경사부(225)는 어느 하나의 테두리부, 예를 들어 제1 테두리부(224)로부터 중심부(228)를 향해 경사지게 형성되고, 제2 경사부(227)는 다른 하나의 테두리부, 예를 들어, 제1 테두리부(224)로부터 이격된 제2 테두리부(226)로부터 중심부(228)를 향해 경사지게 형성되며, 제1 경사부(225)와 제2 경사부(227)가 중심부(228)에서 만나도록 구성되어 이에 의해 방열홈(229)이 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같은 구조의 방열홈(229)은 케이싱(200), 예를 들어, 하부 케이싱(220)의 바닥면에 하나 이상 형성될 수 있다. 한편, 방열홈(229)은 하부 케이싱(220)의 바닥면에만 형성되는 것은 아니며 필요에 따라 하부 케이싱(220)의 측면에 형성될 수도 있고, 또는 상부 케이싱(210)에도 형성될 수 있다. 이와 같이 케이싱(200)에 방열홈(229)이 형성되면 케이싱(200)과 공기의 접촉 면적이 넓어지므로 방열 효율이 향상되는 효과가 있다. 그리고, 케이싱(200)은 다양한 종류의 열전도 플라스틱으로 제작될 수 있으며, 이에 의해 배터리 셀(100)로부터 발생된 열을 효율적으로 방출시킬 수 있다.
열전달 물질(300)은 도 2 및 도 8을 함께 참조하면, 케이싱(200)과 배터리 셀(100) 사이에 개재된다. 예를 들어, 열전달 물질(300)은 배터리 셀(100)과 하부 케이싱(220) 사이에 위치하며, 일측이 하부 케이싱(220)에 접촉되고 반대편의 타측이 원통형 배터리 셀(100)의 표면에 접촉하도록 마련될 수 있다. 열전달 물질(300)은 배터리 셀(100)로부터 발생된 열을 배터리 셀(100)의 외부로 전달할 수 있는 각종 물질을 포함할 수 있다. 열전달 물질(300)은 예를 들어 그라파이트가 폼패드를 둘러싸도록 마련될 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 열전달 물질(300)은 케이싱(200)의 개구(221)를 통해 케이싱(200)의 외측으로 노출되며, 이에 의해 노출된 부분이 공기와 접촉하여 방열이 가능해진다. 즉, 배터리 셀(100)로부터 발생된 열이 열전달 물질(300)읠 통해 외부로 전달되어 냉각되며 이 과정에서 케이싱(200)의 개구(221)를 통해 외부로 노출된 열전달 물질(300)이 공기를 통해 방열될 수 있다. 열전달 물질(300)은 도 8에서와 같이 원통형 배터리 셀(100)에 밀착될 수 있도록 원통형 배터리 셀(100)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 열전달 물질(300)은 단면이 원호 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열전달 물질(300)은 정면이나 배면에서 바라보면 원호 형상이지만 측면에서 바라보면 길이 방향의 직선으로 형성될 수 있다. 다만, 열전달 물질(300)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 원통형 배터리 셀(100)과 케이싱(200) 사이에 개재되는 열전달 물질(300)을 포함하며, 열전달 물질(300)의 케이싱(200)의 개구(221)를 통해 외부로 노출되어 외부 공기에 직접 접촉될 수 있다. 이에 의해, 방열 효율이 향상될 수 있다. 한편, 케이싱(200)의 일측에는 테두리부로부터 중심부(228)를 향해 경사지게 형성되어 중심부(228)로 갈수록 홈의 깊이가 깊어지는 방열홈(229)이 형성될 수 있으며, 이러한 방열홈(229)에 의해 케이싱(200)과 공기의 접촉 면적이 증가하므로 방열 효율이 상승하는 효과가 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명하되, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에서 설명한 내용과 공통되는 부분은 전술한 설명으로 대체한다.
본 발명의 제2 실시예의 경우 방열부재(400)가 더 구비된다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다.
도 9를 참조하면, 방열부재(400)는 케이싱(200)에 결합되고, 케이싱(200)의 개구(221)를 통해 케이싱(200)의 외측으로 노출된 열전달 물질(300)에 접촉될 수 있다. 즉, 제1 실시예의 경우 열전달 물질(300)이 케이싱(200)의 외부로 노출되어 케이싱(200) 외측의 공기와 접촉하여 공냉식으로 방열되지만, 제2 실시예의 경우 방열부재(400)가 케이싱(200) 외부로 노출된 열전달 물질(300)에 접촉되며 방열부재(400)에 의해 열전달 물질(300)이 방열될 수 있다. 여기서, 방열부재(400)는 다양하게 마련될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명하되, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에서 설명한 내용과 공통되는 부분은 전술한 설명으로 대체한다.
본 발명의 제3 실시예의 경우 방열부재(400)에 수용홈(410)이 형성된다는 점에서 제1 실시예 및 제2 실시예와 차이가 있다.
도 10을 참조하면, 방열부재(400)는 다양하게 마련될 수 있으며, 예를 들어, 방열부재(400)는 쿨링 플레이트로 마련될 수 있다. 쿨링 플레이트는 내부에 각종 유체가 유동하도록 마련될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 방열부재(400)의 적어도 일측에는 열전달 물질(300)이 수용되는 수용홈(410)이 형성될 수 있다. 이와 같이, 열전달 물질(300)이 방열부재(400)에 형성된 수용홈(410)에 수용되면 구조적으로 안정할 뿐만 아니라 열전달 물질(300)과 방열부재(400)의 접촉 면적이 증가하므로, 방열 효율도 증대될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 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.
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 특히, 이차전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀을 감싸도록 마련되며, 적어도 하나의 개구가 형성된 케이싱; 및
    상기 케이싱과 상기 배터리 셀 사이에 개재되고, 상기 케이싱의 상기 개구를 통해 상기 케이싱의 외측으로 노출되는 열전달 물질(Thermal Interface Material, TIM)을 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구는 복수로 마련되고,
    상기 케이싱에는, 어느 하나의 개구와, 이웃하는 다른 하나의 개구 사이에 위치하는 지지부가 구비되며,
    상기 열전달 물질에 접촉되는 상기 지지부의 접촉부에는 라운드가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 열전달 물질과 동일 평면에 위치하며, 상기 지지부와 상기 열전달 물질이 함께 상기 케이싱의 외측으로 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 열전달 물질과 다른 평면에 위치하며, 상기 지지부가 상기 열전달 물질에 파묻혀 상기 지지부를 제외한 상기 열전달 물질이 상기 케이싱의 외측으로 노출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 원통 형상으로 형성된 원통형 배터리 셀이며,
    상기 열전달 물질은 상기 원통형 배터리 셀에 밀착될 수 있도록 상기 원통형 배터리 셀의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱은 열전도 플라스틱으로 제작된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱에는, 테두리부로부터 중심부로 갈수록 홈의 깊이가 깊어지게 형성되는 방열홈이 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱에 결합되고, 상기 케이싱의 상기 개구를 통해 상기 케이싱의 외측으로 노출된 상기 열전달 물질에 접촉되는 방열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방열부재의 적어도 일측에는 상기 열전달 물질이 수용되는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
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