KR20160077451A - 배터리 셀 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈은 복수개의 벽면으로 형성되는 수용공간을 구비하는 케이스하우징과 상기 벽면에 각각 제공되는 보강유닛을 구비하는 배터리 셀 케이스 및 상기 배터리 셀 케이스에 수용되는 배터리 셀을 포함하여 구성되는 단위 모듈;을 복수개 포함하여 상기 단위 모듈이 상호 접촉되어 구성되되, 상기 단위 모듈의 접촉으로 냉각유로가 형성될 수 있다.

Description

배터리 셀 모듈{Cell module for battery}

본 발명은 배터리 셀 모듈에 관한 것이다.

통상의 배터리 셀은 일측에 전극이 구비되며, 내부에 충전전류를 저장하고 있는 물질이다. 도 1에 보이듯이, 배터리 셀(1)은 안전, 기술상의 이유로 배터리 셀 케이스(2)에 수용되어 사용되는 것이 일반적이다.

특히, 최근에는 환경보호 및 에너지 절감에 관한 관심이 높아지면서, 이와 같은 배터리 셀(1)을 포함하는 배터리 모듈을 장착한 전기자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

전기자동차(EV; Electric vehicle)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 배터리에 충전된 전류를 통해 자동차를 움직이게 할 수 있다.

이와 같은 전기자동차에 전류를 공급하는 배터리 모듈을 구성하는 경우, 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하므로, 이러한 부재들을 조립하는 과정은 매우 복잡하다.

더욱이, 기계적 체결 및 전기적 접속을 위한 다수의 부재들의 결합, 용접, 솔더링 등을 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 시스템 전체의 크기는 커지게 될 뿐만 아니라 다수의 부재들이 들어가면서 배터리 모듈의 중량이 함께 증가하게 된다는 문제가 있다.

그런데, 이와 같은 중량의 증가는 갈수록 증대되고 있는 경량화와 고기능화에 대한 사용자의 요구에 상반된 것이며, 전기자동차의 경우 자동차의 연비가 나빠지게 되는 문제가 발생한다.

게다가, 배터리 셀(1)의 내부에서는 다양한 용매를 사용하게 되는데, 이러한 용매는 고온에서 가스 등이 차오르는 일종의 부품현상인 스웰링(swelling)현상이 발생할 가능성이 내재되어 있다.

이러한 스웰링 현상은 배터리 모듈에서 전기적 쇼트현상을 야기시킬 수 있음은 물론, 부푼 상태에서 외부 충격이 가해지면 스파크 등이 발생하여 발화될 수 있어 더욱 위험할 수 있다.

특히, 고온에서 오랜 시간 동안 구동을 유지하여야 전기자동차의 경우에는 이러한 위험성은 더욱 높다고 할 수 있으며, 이차전지로 구성되는 배터리의 오동작은 이를 사용하는 사용자에게도 치명적인 위험요소가 될 수 있다.

본 발명은 에너지 효율이 증가되고, 안전성의 확보가 가능한 배터리 셀 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

구체적으로, 자체 중량 감소 및 냉각 효율의 증가를 통한 에너지 효율의 증가를 도모한다.

또한, 배터리 셀 케이스의 강성 및 내구성을 증대시켜, 스웰링 현상을 방지한다.

본 발명은 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 본 발명에 따른 배터리 셀 모듈은 복수개의 벽면으로 형성되는 수용공간을 구비하는 케이스하우징과 상기 벽면에 각각 제공되는 보강유닛을 구비하는 배터리 셀 케이스 및 상기 배터리 셀 케이스에 수용되는 배터리 셀을 포함하여 구성되는 단위 모듈;을 복수개 포함하여 상기 단위 모듈이 상호 접촉되어 구성되되, 상기 단위 모듈의 접촉으로 냉각유로가 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 보강유닛은, 상기 벽면 상에서 상기 벽면의 두께방향으로 돌출되어 형성되는 복수개의 보강돌부; 및 평탄하게 형성되고, 상기 벽면 상에서 상기 보강돌부의 사이사이에 배치되는복수개의 플랫부;를 포함할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 냉각유로는, 일 벽면의 상기 보강돌부와 타 벽면의 상기 플랫부의 접촉으로 상기 단위 모듈 간의 접촉부에 형성되되, 상기 보강돌부의 외주와, 상기 플랫부의 외주에 의해 형성되는 틈새공간일 수 있다.

보다 바람직하게, 일 벽면의 상기 보강돌부와 타 벽면의 상기 보강돌부는 상호 엇갈리게 배치되어, 일 벽면의 상기 보강돌부는 타 벽면의 상기 플랫부에 밀착될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 보강돌부는, 상기 벽면 상에서 반원 형상으로 제공되되, 원호가 외측으로 돌출되게 제공되어, 상기 원호가 상기 플랫부에 밀착될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 벽면은, 단일 판으로 구비되며, 상기 보강돌부는 상기 단일 판의 단면 형상을 변화시켜 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면 배터리 셀 모듈의 에너지 효율이 증가되고, 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 강성 및 내구성은 증대되면서도 경량화된 배터리 셀 모듈을 보다 저렴한 비용으로 구축할 수 있다.

도 1은 종래의 배터리 셀 모듈의 정면도이다.
도 2a는 본 발명에 의한 배터리 셀 케이스의 평면도이다.
도 2b는 본 발명에 의한 배터리 셀 케이스의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 배터리 셀 모듈의 사시도이다.

본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

먼저, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 셀 모듈은 도 3에 보이는 것처럼, 배터리 셀 케이스(10)와 상기 배터리 셀 케이스(10)에 수용된 배터리 셀(20)을 포함하는 구성을 하나의 단위 모듈(30)로 한다.

그리고 상기 단위 모듈(30)이 복수개 구비되어, 나란하게 배열됨으로써 본 발명에 의한 배터리 셀 모듈(50)을 형성한다. 이때, 제1 단위 모듈(30a)에는 제2 단위 모듈(30b)이 접촉 또는 밀착되며, 상기 제1 단위 모듈과 상기 제2 단위 모듈에 의해 접촉부(31)가 형성된다.

여기서, 상기 제1 단위 모듈 및 상기 제2 단위 모듈은 복수개의 단위 모듈(30)들 중 상호 접촉 또는 밀착되어 접촉부(31)를 형성하게 제공되는 단위 모듈들을 각각 지칭하는 것이다. 따라서, 이는 설명 상의 편의를 위한 명명일 뿐, 본 발명의 권리 범위를 한정하려는 의도가 아님을 밝혀 둔다.

한편, 도 2a에 보이는 것처럼, 상기 배터리 셀 케이스(10)는 케이스하우징(15)과, 상기 케이스하우징에 구비되는 보강유닛(16)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 케이스하우징(15)은 복수개의 벽면의 결합으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 복수개의 상기 벽면은 상기 케이스하우징(15)의 측벽을 형성하며, 각각 제1,2,3,4벽면(11,12,13,14)으로 제공될 수 있다.

케이스하우징(15)의 측벽을 구성하는 상기 제1,2,3,4벽면에 더하여, 상면 또는 하면을 형성하는 추가적인 벽면(미도시)을 구비할 수도 있으나, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니며 당업자에 의해 적절히 변경 적용 가능한 사항이다.

상기 제1,2,3,4벽면(11,12,13,14)의 결합으로, 상기 벽면들의 내측에는 수용공간(S1)이 형성될 수 있다. 그리고 상기 수용공간(S1)에는 선술한 배터리 셀이 수용된다.

그러면, 상기 케이스하우징(15)의 복수개의 측벽들에 의해 감싸지는 배터리 셀은 외부 충격으로부터 보호될 수 있다. 또한, 상기 측벽들은 상기 배터리 셀의 내부 가스 발생에 의한 스웰링 현상으로부터 사용자 및 다른 부품들을 보호하는 효과가 있다.

이와 같은 내부 가스 압력에 의한 스웰링은 정수압으로 상기 측벽들에 가해진다. 따라서, 상기 측벽들이 이 압력에 대하여 견딜 수 있도록, 상기 측벽들에는 보강유닛(16)이 구비될 수 있다.

보강유닛(16)은 제1,2,3,4벽면에 모두 형성될 수도 있고, 서로 대응되는 제1벽면(11)과 제3벽면(13)에만 구비될 수도 있으며, 이는, 사용자 및 사용환경에 의해 적절히 변경될 수 있는 사항이다.

다만, 본 발명에서는 바람직하게 상기 제1벽면(11)과 상기 제3벽면(13)에 보강유닛이 구비된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

보강유닛(16)은 상기 벽면들에서 각각 두께방향으로 돌출되어 형성되는 보강돌부(17) 및 평탄하게 형성되는 플랫부(18)를 포함한다. 특히, 상기 보강돌부 및 상기 플랫부는 복수개가 구비되되, 상기 벽면 상에서 순차적으로 배열된다.

또한, 상기 보강돌부(17)는 상기 벽면 상에서 반원 형상으로 제공되되, 원호가 외측으로 돌출되게 제공되어, 상기 원호가 상기 플랫부(18)에 밀착되게 제공된다. 다만, 상기 보강돌부(17) 및 상기 플랫부(18)의 형상은 당업자에 의해 변경 가능한 사항이며, 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니다.

상기 보강돌부(17)를 플랫부(18)에 밀착시키면 두 개의 벽면이 서로 밀착되기 때문에, 내부 가스에 의한 압력을 지지할 수 있는 힘이 하나의 벽면일 때보다 증대되는 효과가 있다.

즉, 일 벽면에 제공되는 상기 보강돌부(17)가 타 벽면에 제공되는 상기 플랫부(18)에 의해 지지되는 효과가 있는 것이다. 다시 말해, 도 2a에서 일 단위 모듈의 수용공간(S1)에서 보강돌부(17)의 외주를 향하여 X축 방향으로 작용하는 내부 압력을 상기 일 단위 모듈에 접촉하는 타 단위 모듈의 플랫부(18)가 함께 지지하여 주기 때문이다.

따라서, 상기 보강돌부(17) 및 상기 플랫부(18)의 밀착으로 인하여 복수개의 벽면이 결합되는 효과가 있으므로, 종래의 벽면보다 그 두께를 얇게 구비하더라도 내부 압력을 지지하는 힘, 즉, 강성은 증가시킬 수 있는 효과가 있는 것이다. 이와 같은 면에서, 본 발명은 경량화를 추구할 수 있는 것이다.

또한, 도 2a에 보이는 것처럼, 제1벽면(11)의 경우 폭방향, 즉, Y축방향으로 보강돌부(17) 및 플랫부(18)가 복수개 구비된다. 그리고 벽면 상에서, 상기 보강돌부 및 상기 플랫부가 서로 번갈아가며 배치된다. 제3벽면(13)의 경우도 마찬가지로 상기 보강돌부 및 상기 플랫부가 서로 번갈아가며 배치된다.

보강돌부(17)는 벽면의 두께방향으로, 즉, 수용공간(S1)의 반대방향으로 돌출되도록 구비될 수 있으며, 플랫부(18)는 평탄하게 구비될 수 있다. 이때, 바람직하게 상기 플랫부(18)의 길이는 상기 보강돌부(17)의 원호의 길이보다 길게 구비될 수 있는데, 이렇게 하면 후술되는 틈새공간(S2)의 형성이 용이한 효과가 있다.

또한 바람직하게, 상기 보강돌부는 상기 벽면에 일체형으로 제공되되, 상기 벽면의 단면 변화로 형성될 수 있다. 그러면, 상기 벽면의 단면이 변화되면서 강성을 확보할 수 있게 될 뿐만 아니라, 추가적인 부품의 결합없이도 강성을 확보할 수 있기 때문에 케이스하우징(10)의 경량화에 기여할 수 있는 효과가 있다.

더하여, 보강돌부(17)의 돌출된 형상이 평평하게 제공되는 플랫부(18)에 접촉되면, 틈새공간(S2)의 형성이 보다 용이하게 하는 효과도 있다.

이와 같은 보강돌부(17) 및 플랫부(18)는 각각의 단위 모듈(20)에서 서로 비대칭되게 구비될 수 있다.

즉, 상호 접촉부(31)를 형성하는 벽면들끼리는 상기 보강돌부와 상기 플랫부가 각각 Y축 방향으로 비대칭되게 배열하면, 상기 틈새공간(S2)을 용이하게 형성할 수 있다.

도 2a 및 도 2b에 보이는 것처럼, 상기 틈새공간(S2)은 냉각유로(32)로 제공될 수 있다. 즉, 냉각용 유체, 바람직하게는 공기가 통과할 수 있는 공간이 된다. 이렇게 하면, 상기 냉각유로(32)를 통해 열 방출이 용이하게 수행되고, 외기가 원활하게 순환될 수 있어, 냉각 효율이 증대되는 효과가 있다.

게다가, 별도의 냉각채널을 구비할 필요가 없어 경량화에 기여할 수 있고, 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 상기 보강돌부(17)와 상기 플랫부(18)를 밀착시키면, 단일 벽면의 두께가 아니라 두 개의 벽면의 두께에 의해 지지되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 배터리 셀 케이스(10) 내부에서 발생하는 압력을 버티고, 저항할 수 있는 힘이 하나의 벽면일 때보다 증가된다. 따라서, 스웰링 현상을 보다 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

따라서, 하나의 벽면의 두께를 종래의 절반까지 줄일 수 있어, 모듈의 경량화 및 제조원가 절감에 기여할 수 있다.

특히, 상기 벽면의 재질을 강재(steel)로 구비하고, 보강유닛(16)을 탑재하여 상호 접촉부를 형성하도록 하면, 같은 강성을 갖는 강재 벽면을 기준으로 그 두께를 절반까지 줄일 수 있다.

즉, 열전달 효과가 좋은 알루미늄(Al) 재질로 되어, 그 두께가 1mm에 해당하는 벽면과 동일한 강성과 열전달 효과를 내가 위해서 강재(steel)로 된 벽면은 그 두께가 0.7mm가 되어야 한다. 이러한 경우 알루미늄과 강재 벽면의 무게차이는 대략 2배 정도의 차이가 나게 된다.

그런데 이러한 경우, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 보강유닛(16)을 구비하는 벽면에 의하면, 열전달 효과가 좋은 알루미늄(Al) 재질로 되어, 그 두께가 1mm에 해당하는 벽면과 동일한 강성과 열전달 효과를 내가 위해서 강재로 된 벽면의 두께를 0.35mm까지 줄일 수 있다. 그리하여, 모듈의 경량화 및 제조원가의 절감에 기여할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

10 : 배터리 셀 케이스 20 : 배터리 셀
30 : 단위 모듈 50 : 배터리 셀 모듈

Claims (6)

1. 복수개의 벽면으로 형성되는 수용공간을 구비하는 케이스하우징과 상기 벽면에 각각 제공되는 보강유닛을 구비하는 배터리 셀 케이스 및 상기 배터리 셀 케이스에 수용되는 배터리 셀을 포함하여 구성되는 단위 모듈;을 복수개 포함하여 상기 단위 모듈이 상호 접촉되어 구성되되,
   상기 단위 모듈의 접촉으로 냉각유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 보강유닛은,
   상기 벽면 상에서 상기 벽면의 두께방향으로 돌출되어 형성되는 복수개의 보강돌부; 및
   평탄하게 형성되고, 상기 벽면 상에서 상기 보강돌부의 사이사이에 배치되는복수개의 플랫부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 냉각유로는,
   일 벽면의 상기 보강돌부와 타 벽면의 상기 플랫부의 접촉으로 상기 단위 모듈 간의 접촉부에 형성되되,
   상기 보강돌부의 외주와, 상기 플랫부의 외주에 의해 형성되는 틈새공간인 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
   
4. 제3항에 있어서,
   일 벽면의 상기 보강돌부와 타 벽면의 상기 보강돌부는 상호 엇갈리게 배치되어, 일 벽면의 상기 보강돌부는 타 벽면의 상기 플랫부에 밀착되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 보강돌부는,
   상기 벽면 상에서 반원 형상으로 제공되되, 원호가 외측으로 돌출되게 제공되어, 상기 원호가 상기 플랫부에 밀착되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 벽면은,
   단일 판으로 구비되며, 상기 보강돌부는 상기 단일 판의 단면 형상을 변화시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 모듈.
   
   
   
   
   
   
   

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