KR20170036639A - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강도 및 강성이 안정적으로 확보되고, 실링성 및 조립성이 우수하며, 생산성이 향상된 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 일 방향으로 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 판상으로 구성되며, 상기 셀 어셈블리의 하부에 배치되어, 상기 셀 어셈블리가 안착되는 쿨링 플레이트; 상기 셀 어셈블리의 전단부를 커버하고, 하부가 상기 쿨링 플레이트에 용접된 프론트 커버; 상기 셀 어셈블리의 후단부를 커버하고, 하부가 상기 쿨링 플레이트에 용접된 리어 커버; 상기 셀 어셈블리의 좌측면을 커버하고, 하단부가 상기 쿨링 플레이트에 용접되며, 전단부가 상기 프론트 커버에 용접되고, 후단부가 상기 리어 커버에 용접된 좌측 사이드 커버; 상기 셀 어셈블리의 우측면을 커버하고, 하단부가 상기 쿨링 플레이트에 용접되며, 전단부가 상기 프론트 커버에 용접되고, 후단부가 상기 리어 커버에 용접된 우측 사이드 커버; 및 상기 셀 어셈블리의 상부를 커버하고, 좌측 단부가 상기 좌측 사이드 커버에 용접되며, 우측 단부가 상기 우측 사이드 커버에 용접된 어퍼 플레이트를 포함한다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}
본 발명은 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정성이 우수하고 높은 실링 성능이 확보되며 부품 개수를 줄일 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
이처럼, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하는 배터리 모듈의 경우, 외부의 충격이나 진동 등에도 파손되지 않도록 기계적 강도, 즉 강성이 일정 수준 이상 확보될 필요가 있다. 또한, 배터리 모듈의 경우, 수분 등의 외부 이물질이 쉽게 침투하지 않도록 안정적인 실링 성능을 가질 필요가 있다. 뿐만 아니라, 배터리 모듈은, 생산성을 높이기 위해 조립성이 좋아야 하고 부품의 개수는 가급적 적은 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 강도 및 강성이 안정적으로 확보되고, 실링성 및 조립성이 우수하며, 생산성이 향상된 배터리 모듈과 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 일 방향으로 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 판상으로 구성되며, 상기 셀 어셈블리의 하부에 배치되어, 상기 셀 어셈블리가 안착되는 쿨링 플레이트; 상기 셀 어셈블리의 전단부를 커버하고, 하부가 상기 쿨링 플레이트에 용접된 프론트 커버; 상기 셀 어셈블리의 후단부를 커버하고, 하부가 상기 쿨링 플레이트에 용접된 리어 커버; 상기 셀 어셈블리의 좌측면을 커버하고, 하단부가 상기 쿨링 플레이트에 용접되며, 전단부가 상기 프론트 커버에 용접되고, 후단부가 상기 리어 커버에 용접된 좌측 사이드 커버; 상기 셀 어셈블리의 우측면을 커버하고, 하단부가 상기 쿨링 플레이트에 용접되며, 전단부가 상기 프론트 커버에 용접되고, 후단부가 상기 리어 커버에 용접된 우측 사이드 커버; 및 상기 셀 어셈블리의 상부를 커버하고, 좌측 단부가 상기 좌측 사이드 커버에 용접되며, 우측 단부가 상기 우측 사이드 커버에 용접된 어퍼 플레이트를 포함한다.
여기서, 상기 쿨링 플레이트, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 좌측 사이드 커버, 상기 우측 사이드 커버 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 일부 사이는, 마찰 교반 용접 방식으로 용접될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 플레이트는 알루미늄을 포함하는 재질로 구성되고, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 좌측 사이드 커버, 상기 우측 사이드 커버 및 상기 어퍼 플레이트는 스틸을 포함하는 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 좌측 사이드 커버, 상기 우측 사이드 커버 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나는, 내측면의 적어도 일부에 전기적 절연성 재질로 구성된 절연코팅층이 형성되거나 전기적 절연성 재질로 구성된 절연시트가 구비될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 플레이트와 상기 셀 어셈블리 사이에는 열전달 물질이 개재될 수 있다.
또한, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나와, 모서리가 연속적으로 맞대어져 용접될 수 있다.
여기서, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나와의 용접부가 일단에서 타단까지 하나의 직선 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나와의 용접부가, 일단에서 타단까지 불연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 전단부, 후단부, 상단부 및 하단부의 용접 라인이 링 형태를 형성하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 프론트 커버 및 상기 리어 커버 중 적어도 하나는, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버 중 적어도 하나의 단부가 외측에서 내측 방향으로 삽입되어 안착될 수 있도록 단차가 형성될 수 있다.
또한, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버 중 적어도 하나의 단부가 외측에서 내측 방향으로 삽입되어 안착될 수 있도록 단차가 형성될 수 있다.
또한, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트와의 이음부가 모두 측면으로 노출되도록 구성될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 좌측 사이드 커버, 상기 우측 사이드 커버 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나의 용접부와 상기 셀 어셈블리 사이에, 외측에서 내측 방향으로 열이 이동하는 것을 방지하는 열 차단부가 구비될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 실링성이 우수하게 확보될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈의 경우, 높은 압력에도 실링성이 안정적으로 유지될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 외부의 수분이나 먼지와 같은 이물질이 배터리 모듈 내부로 쉽게 침투하지 못하므로, 이들로 인한 배터리 모듈의 고장 내지 파손이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 강성이 안정적으로 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈의 조립이 용이하게 수행될 수 있어, 공정성이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 오링과 같은 실링 부품이나 쿨링 핀과 같은 냉각 부품, 엔드플레이트나 카트리지와 같은 보강 내지 고정 부품 등을 포함하지 않을 수 있어, 배터리 모듈의 부품 수가 감소할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 제조 비용 및 시간, 무게 등을 줄일 수 있어 배터리 모듈의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 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 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 도 1의 A1-A1'선에 대한 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 어셈블리와 쿨링 플레이트가 분리된 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 프론트 커버가 용접된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 사이드 커버가 결합되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 어퍼 플레이트가 결합되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성에 대하여, 용접 부분을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 1의 A2-A2'선에 대한 단면의 일 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 10은, 도 3의 B1 부분을 각각 확대하여 나타낸 도면이다.
도 11은, 도 3의 B3 부분을 각각 확대하여 나타낸 도면이다.
도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 용접 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분에 대한 단면도이다.
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 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다. 또한, 도 3은 도 1의 A1-A1'선에 대한 단면도이다. 즉, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 수직 단면도라 할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 셀 어셈블리(100), 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700)를 포함할 수 있다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 이차 전지(110)를 구비할 수 있다. 특히, 이차 전지(110)는, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 상기 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체, 전해액 및 파우치 외장재를 구비할 수 있다.
여기서, 전극 조립체는, 전극과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드는, 파우치 외장재 사이에 개재되어 일단이 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차 전지(110)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
파우치 외장재는, 전극 조립체와 함께 전해액을 내부 공간에 수납할 수 있다. 그리고, 파우치 외장재는 테두리부가 열융착 등의 방식으로 실링되는 형태로 구성될 수 있다. 파우치 외장재는 좌측 파우치와 우측 파우치로 구성될 수 있으며, 각 파우치는 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하여, 내부 접착층이 상호 융착될 수 있다.
이러한 이차 전지(110)의 구성에 대해서는, 본원발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 모듈에는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차 전지가 채용될 수 있다.
상기 이차 전지(110)는, 배터리 모듈에 복수 개 포함되어, 적어도 일 방향으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 파우치형 이차 전지는, 2개의 넓은 면이 좌우 측에 각각 위치하고, 상부와 하부, 전방 및 후방에 실링부가 위치하도록, 대략 지면에 수직하게 세워지는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 세워진 형태의 이차 전지(110)는, 넓은 면이 서로 대면되는 형태로 좌우 방향으로 평행하게 배열될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트(200)는, 셀 어셈블리(100)의 하부에 배치될 수 있다. 따라서, 쿨링 플레이트(200)는, 배터리 모듈의 하부 외측에서 셀 어셈블리(100) 측으로 가해지는 진동이나 수분과 같은 물리적 또는 화학적 요소로부터 셀 어셈블리(100)를 보호할 수 있다.
상기 쿨링 플레이트(200)는, 열 전도성 재질로 구성될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)에서 열이 발생한 경우, 발생된 열은 상기 쿨링 플레이트(200)를 통해 배터리 모듈의 외부로 전달될 수 있다. 예를 들어, 상기 쿨링 플레이트(200)는, 금속 재질로 구성될 수 있다.
특히, 상기 셀 어셈블리(100)는 쿨링 플레이트(200) 상부에서 수평 방향으로 적층되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 각각의 이차 전지(110)가 쿨링 플레이트(200)의 상부에 세워진 형태로 구성되며, 모든 이차 전지(110)는 하부에서 쿨링 플레이트(200)와 인접할 수 있다. 따라서, 각 이차 전지(110)의 열은 쿨링 플레이트(200)로 직접 전달될 수 있다.
상기 쿨링 플레이트(200)는, 대략 판상으로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 쿨링 플레이트(200)의 상부에는 셀 어셈블리(100)가 안착될 수 있다. 즉, 상기 셀 어셈블리(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 쿨링 플레이트(200)의 상부에 직접 접촉될 수 있다. 이 경우, 쿨링 플레이트(200)는, 셀 어셈블리(100)를 상부 방향으로 지지할 수 있다.
본 발명의 배터리 모듈에 있어서, 셀 어셈블리(100)에는 카트리지가 구비될 필요가 없다. 일반적으로, 카트리지는 대략 사각 링 형태로 구비되어 파우치형 이차 전지(110)의 테두리를 감싸는 형태로 구성된다. 카트리지는 내부 공간에 파우치형 이차 전지(110)를 수납하고, 상호 적층됨으로써, 다수의 파우치형 이차 전지(110)가 나란하게 배열되도록 할 수 있다. 하지만, 본 발명의 상기 측면에 따른 배터리 모듈의 경우, 각각의 파우치형 이차 전지(110)는 쿨링 플레이트(200)의 상부에 직접 안착될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈에 카트리지가 구비될 필요가 없다.
이러한 구성에 의하면, 카트리지라는 부품이 감소되므로, 배터리 모듈의 제조 공정이 용이해지고, 부피와 무게 및 비용 등이 감소될 수 있다. 또한, 각각의 파우치형 이차 전지(110)로부터 발생된 열이 쿨링 플레이트(200)로 직접 전도될 수 있으므로, 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 이차 전지(100) 사이 및 이차 전지(100)와 쿨링 플레이트(200) 사이에 쿨링 핀과 같은 플레이트 형태의 냉각 부재를 구비하지 않을 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈의 부피 및 무게, 제조 비용 등이 더욱 감소되고, 조립성은 더욱 좋아질 수 있다.
한편, 상기 쿨링 플레이트(200)는, 상면에 요철 구조가 형성될 수 있다. 즉, 쿨링 플레이트(200)의 상부에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 볼록부 및 오목부가 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각 파우치형 이차 전지(110)의 기립을 용이하게 하고 기립 상태가 안정적으로 유지되도록 할 수 있다. 또한, 이차 전지(110)와 쿨링 플레이트(200) 사이가 보다 가깝게 밀착되고, 접촉 면적이 증대되어 이차 전지(110)와 쿨링 플레이트(200) 사이의 열교환 성능이 증대될 수 있다.
특히, 쿨링 플레이트(200)의 요철부는, 이차 전지(110)의 하부 형태에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 상기 쿨링 플레이트(200)의 오목부는, 이차 전지(110)의 실링부가 폴딩된 형태에 대응되도록 경사면을 가질 수 있다. 또한, 상기 쿨링 플레이트(200)의 볼록부는 상면이 지면에 평행하지 않고 이차 전지(110)의 수납부에 대응되는 기울기로 기울어진 형태의 경사면을 가질 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 어셈블리(100)와 쿨링 플레이트(200)가 분리된 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 쿨링 플레이트(200)와 셀 어셈블리(100) 사이에는, 열전달 물질(Thermal Interface Materials; TIM)이 개재될 수 있다. 특히, 쿨링 플레이트(200)의 상부에는 요철부가 형성될 수 있는데, 이러한 요철부의 상면, 즉 도면에서 I로 표시된 부분에는 열전달 물질이 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 쿨링 플레이트(200)의 상부로 셀 어셈블리(100)가 안착됨으로써, 쿨링 플레이트(200)와 셀 어셈블리(100) 사이에는 열전달 물질이 개재될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 열전달 물질에 의해 이차 전지(110)와 쿨링 플레이트(200) 사이의 열전달 효과가 증대될 수 있다. 특히, 열전달 물질에 의해 이차 전지(110)와 쿨링 플레이트(200) 사이의 공기층이 제거되거나 감소될 수 있으므로, 이차 전지(110)의 열은 쿨링 플레이트(200)로 보다 많은 양이 보다 신속하게 배출될 수 있다. 더욱이, 열전달 물질은, 셀 어셈블리(100)가 안착되기 전에 쿨링 플레이트(200)의 상부에 겔과 같은 형태로 도포될 수 있다. 이 경우, 이차 전지(110)와 쿨링 플레이트(200) 사이의 공기층은 보다 확실하게 제거될 수 있다.
특히, 상기 열전달 물질은, 써멀 본드(thermal bond)일 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 써멀 본드에 의해 열전달 효율이 증대되는 한편, 쿨링 플레이트(200)와 셀 어셈블리(100) 사이의 결합성이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 조립 중에 써멀 본드에 의해 이차 전지(110)의 기립 상태가 안정적으로 유지될 수 있으므로, 배터리 모듈의 조립성이 보다 향상될 수 있다.
상기 프론트 커버(300)는, 셀 어셈블리(100)의 전방에 위치하여 셀 어셈블리(100)의 전단부를 커버할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 전방으로는 각 이차 전지(110)의 전극 리드가 돌출될 수 있으므로, 프론트 커버(300)는, 이러한 전극 리드가 수용될 수 있도록 전방으로 오목한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 프론트 커버(300)는, 대략 판상으로 구성되되, 좌우 측 양단이 대략 직각으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
상기 프론트 커버(300)는, 외부의 물리적 또는 화학적 요소로부터 셀 어셈블리(100)의 전방을 보호할 수 있다. 더욱이, 상기 프론트 커버(300)는, 우수한 강성을 확보하기 위해 스틸과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 스틸의 경우, 비용이 저렴하면서도 기계적 강도가 우수하다고 할 수 있다.
특히, 상기 프론트 커버(300)는, 하부가 쿨링 플레이트(200)에 용접될 수 있다. 이에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 프론트 커버(300)가 용접된 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 셀 어셈블리(100)의 전방에 프론트 커버(300)가 위치하고, 이러한 프론트 커버(300)의 하단이 쿨링 플레이트(200)에 용접될 수 있다. 특히, 프론트 커버(300)는 좌측 및 우측 양단에 절곡부를 구비할 수 있는데, 용접은 프론트 커버(300)의 중앙 부분은 물론이고 양단 절곡부에까지 이루어질 수 있다. 즉, 프론트 커버(300)의 하단은, 도 5에서 W3로 표시된 부분과 같이, 좌측 단부에서 우측 단부에 이르기까지 전체적으로 쿨링 플레이트(200)와 용접될 수 있다. 이 경우, 프론트 커버(300)와 쿨링 플레이트(200) 사이의 용접 라인은, 프론트 커버의 좌측 단부에서 우측 단부에 이르기까지 대략 'C'자 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 프론트 커버(300)가 쿨링 플레이트(200)에 강하게 결합될 수 있고, 프론트 커버(300)와 쿨링 플레이트(200) 사이의 실링성이 안정적으로 확보될 수 있다. 따라서, 프론트 커버(300)를 쿨링 플레이트(200)에 결합시키기 위한 별도의 체결 부재나, 쿨링 플레이트(200)와 프론트 커버(300) 사이를 실링하기 위한 별도의 실링 부재를 배터리 모듈에 포함시킬 필요가 없다.
상기 리어 커버(400)는, 셀 어셈블리(100)의 후방에 위치하여 셀 어셈블리(100)의 후단부를 커버할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 후방으로는 각 이차 전지(110)의 전극 리드가 돌출될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 이차 전지(110)는 전방과 후방 모두에 서로 다른 극성의 전극 리드를 구비할 수 있다. 이 경우, 리어 커버(400)는, 후방으로 돌출된 전극 리드가 수용될 수 있도록, 후방으로 오목한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 리어 커버(400)는, 대략 판상으로 구성되되, 좌우 측 양단이 대략 직각으로 절곡된 형태로 구성될 수 있다.
상기 리어 커버(400)는, 외부의 물리적 또는 화학적 요소로부터 셀 어셈블리(100)의 후방을 보호할 수 있다. 특히, 상기 리어 커버(400)는, 우수한 강성을 확보하기 위해 스틸과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
특히, 상기 리어 커버(400)는, 하부가 쿨링 플레이트(200)에 용접될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 구성을 참조하면, 상기 리어 커버(400)는, 셀 어셈블리(100)가 쿨링 플레이트(200)에 안착된 상태에서, 쿨링 플레이트(200)의 후단부에 배치될 수 있다. 여기서, 리어 커버(400)는, 프론트 커버(300)와 유사하게, 좌측 및 우측 양단에 절곡부를 구비할 수 있는데, 용접은 리어 커버(400)의 중앙 부분과 양단 절곡부에 모두 수행될 수 있다. 즉, 리어 커버(400)의 하단은, 도 5에서 W4로 표시된 부분과 같이, 좌측 단부에서 우측 단부에 이르기까지 전체적으로 쿨링 플레이트(200)와 용접될 수 있다. 이 경우, 리어 커버(400)와 쿨링 플레이트(200) 사이의 용접 라인이 리어 커버의 좌측 단부에서 우측 단부에 이르기까지 대략 'C'자 형태로 형성됨은, 앞선 프론트 커버(300)의 경우에서와 유사하다고 할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 리어 커버(400)와 쿨링 플레이트(200)의 결합이 안정적으로 이루어지는 한편, 이들 사이의 실링성도 확보될 수 있다. 따라서, 리어 커버(400)와 쿨링 플레이트(200)를 상호 결합시키기 위한 체결 부재나, 별도의 실링 부재가 배터리 모듈에 구비될 필요가 없다.
상기 좌측 사이드 커버(500)는, 셀 어셈블리(100)의 좌측에 위치하여 셀 어셈블리(100)의 좌측면을 커버할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 좌측에는 최외곽에 구비된 이차 전지(110)의 평평한 표면이 위치할 수 있으므로, 좌측 사이드 커버(500)는 대략 판상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 좌측 사이드 커버(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형 플레이트 형태로 구성될 수 있다.
특히, 상기 좌측 사이드 커버(500)는, 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)에 용접될 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 사이드 커버가 결합되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 좌측 사이드 커버(500)는, 셀 어셈블리(100)가 쿨링 플레이트(200)의 상부에 안착되고, 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)가 쿨링 플레이트(200)에 각각 용접된 상태에서, 화살표로 표시된 바와 같이 셀 어셈블리(100)의 좌측면으로 접근할 수 있다. 그리고, 좌측 사이드 커버(500)는, 하단부가 쿨링 플레이트(200)의 상부에 안착되고, 전단부와 후단부가 각각 프론트 커버(300)와 리어 커버(400)에 접촉될 수 있다. 그리고, 좌측 사이드 커버(500)는, 이러한 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)와의 접촉 부분이 각각 용접될 수 있다. 즉, 좌측 사이드 커버(500)는, 도 6의 W5로 표시된 부분과 같이, 하단부가 쿨링 플레이트(200)의 좌측부에 용접되고, 전단부가 프론트 커버(300)의 좌측부에 용접되며, 후단부가 리어 커버(400)의 좌측부에 용접될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)와 좌측 사이드 커버(500)가 안정적으로 결합 고정될 수 있으며, 이들 사이의 실링성도 확보될 수 있다. 따라서, 좌측 사이드 커버(500)를 고정하거나 배터리 모듈의 측면을 고정하기 위한 별도의 체결 부재, 또는 좌측 사이드 커버(500)의 테두리 부분을 실링하기 위한 별도의 실링 부재를 배터리 모듈에 포함시킬 필요가 없다.
상기 우측 사이드 커버(600)는, 셀 어셈블리(100)의 우측에 위치하여 셀 어셈블리(100)의 우측면을 커버할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)의 좌측과 마찬가지로 셀 어셈블리(100)의 우측에는 이차 전지(110)의 평평한 표면이 위치할 수 있으므로, 우측 사이드 커버(600) 역시 대략 판상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 우측 사이드 커버(600)는, 도면에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형 플레이트 형태로 구성될 수 있다.
특히, 상기 우측 사이드 커버(600)는, 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)에 용접될 수 있다. 즉, 우측 사이드 커버(600)는, 하단부가 쿨링 플레이트(200)의 상부에 안착되고, 전단부와 후단부가 각각 프론트 커버(300)와 리어 커버(400)에 접촉될 수 있다. 그리고, 우측 사이드 커버(600)는, 도 6에서 W6으로 표시된 부분과 같이, 이러한 접촉 부분이 각각 용접될 수 있다. 즉, 우측 사이드 커버(600)는, 하단부가 쿨링 플레이트(200)의 우측부에 용접되고, 전단부가 프론트 커버(300)의 우측부에 용접되며, 후단부가 리어 커버(400)의 우측부에 용접될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)와 우측 사이드 커버(600)의 결합성 및 실링성이 안정적으로 확보되고, 별도의 체결 부재나 실링 부재가 마련될 필요가 없다.
상기 사이드 커버는, 외부의 물리적 또는 화학적 요소로부터 셀 어셈블리(100)의 측면을 보호할 수 있다. 즉, 상기 좌측 사이드 커버(500)는 셀 어셈블리(100)의 좌측면을 보호하고, 상기 우측 사이드 커버(600)는 셀 어셈블리(100)의 우측면을 보호할 수 있다. 특히, 이러한 사이드 커버는, 우수한 강성을 확보하기 위해 스틸과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
상기 어퍼 플레이트(700)는, 셀 어셈블리(100)의 상부에 위치하여 셀 어셈블리(100)의 상부를 커버할 수 있다. 특히, 셀 어셈블리(100)는 대략 판상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 어퍼 플레이트(700)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형 플레이트 형태로 구성될 수 있다.
상기 어퍼 플레이트(700)는, 외부의 물리적 또는 화학적 요소로부터 셀 어셈블리(100)의 상부를 보호할 수 있다. 특히, 상기 어퍼 플레이는, 스틸과 같은 금속 재질로 구성되어 우수한 강성을 확보할 수 있다.
특히, 상기 어퍼 플레이트(700)는, 사이드 커버에 용접될 수 있다. 이에 대해서는, 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 어퍼 플레이트(700)가 결합되는 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 어퍼 플레이트(700)는, 화살표로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 상부에서 하부 방향으로 이동함으로써, 셀 어셈블리(100)의 상부에 안착될 수 있다. 특히, 어퍼 플레이트(700)는, 좌측 변과 우측 변이 각각 사이드 커버에 접촉되어 용접될 수 있다. 즉, 어퍼 플레이트(700)는, 도 7에서 W7로 표시된 부분과 같이, 좌측 단부가 좌측 사이드 커버(500)에 용접되고, 우측 단부가 우측 사이드 커버(600)에 용접될 수 있다.
따라서, 어퍼 플레이트(700)는 배터리 모듈에 안정적으로 고정될 수 있고, 배터리 모듈의 상부에 대한 실링성이 확보될 수 있다. 다만, 상기 실시예에서는 어퍼 플레이트(700)가 사이드 커버와만 용접되는 구성이 설명되어 있으나, 어퍼 플레이트(700)는 프론트 커버(300) 및/또는 리어 커버(400)와 용접될 수 있다.
상기 어퍼 플레이트(700)는, 하면에 요철 구조가 형성될 수 있다. 즉, 어퍼 플레이트(700)의 하부에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 쿨링 플레이트(200)의 상부와 유사하게, 볼록부 및 오목부가 형성될 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)에 구비된 파우치형 이차 전지(110)의 기립 상태는 더욱 안정적으로 유지될 수 있고, 배터리 모듈의 충격이나 움직임에도 이차 전지(110)의 유동이 제한되어 이차 전지(110)나 이들 사이의 연결 부분에 대한 손상이 효과적으로 방지될 수 있다. 특히, 어퍼 플레이트(700)의 요철부는, 이차 전지(110)의 상부 형태에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 어퍼 플레이트(700)의 오목부는, 이차 전지(110)의 실링부가 폴딩된 형태에 대응되도록 경사면을 가질 수 있다. 또한, 상기 어퍼 플레이트(700)의 볼록부는 이차 전지(110)의 수납부에 대응되는 기울기로 경사면을 가질 수 있다.
바람직하게는, 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 일부 사이는, 마찰교반용접(Friction Stir Welding) 방식으로 용접될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈의 경우, 이들 사이의 용접 부분에는 모두 마찰교반용접 방식이 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 W3 및 W4로 표시된 부분과 같은 프론트 커버(300)와 쿨링 플레이트(200) 사이 및 리어 커버(400)와 쿨링 플레이트(200) 사이의 결합 부분은, 마찰교반용접 방식에 의해 서로 용접될 수 있다. 또한, 도 6에서 W5로 표시된 부분과 같이, 좌측 사이드 커버(500)와 쿨링 플레이트(200) 사이, 좌측 사이드 커버(500)와 프론트 커버(300) 사이 및 좌측 사이드 커버(500)와 리어 커버(400) 사이는, 마찰교반용접 방식에 의해 용접될 수 있다. 또한, 도 6에서 W6으로 표시된 부분과 같이, 우측 사이드 커버(600)와 쿨링 플레이트(200) 사이, 우측 사이드 커버(600)와 프론트 커버(300) 사이 및 우측 사이드 커버(600)와 리어 커버(400) 사이는, 마찰교반용접방식에 의해 용접될 수 있다. 그리고, 도 7에서 W7로 표시된 부분과 같이, 어퍼 플레이트(700)와 좌측 사이드 커버(500) 사이 및 어퍼 플레이트(700)와 우측 사이드 커버(600) 사이는, 마찰교반용접방식에 의해 서로 용접될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 용접 과정에서 발생하는 열이나 변형으로 인해 배터리 모듈의 내부 구성요소가 손상 내지 파손되는 것을 막을 수 있다. 즉, 셀 어셈블리(100)에 포함된 파우치형 이차 전지(110)의 경우, 일정 수준 이상의 열이 가해지면 파우치 외장재나 전극판, 세퍼레이터 등이 손상될 우려가 있다. 하지만, 마찰교반용접 방식의 경우, 다른 용접 방식에 비해 입열이 높지 않기 때문에, 이러한 이차 전지(110)의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 마찰교반용접방식의 경우, 기존의 용융 용접에 비해 잔류 응력 및 열변형이 최소화되므로, 용접 부위의 기계적 특성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 마찰교반용접방식의 경우, 대략 모재 강도의 90%까지 강도 확보가 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 따른 배터리 모듈의 경우, 배터리 케이스를 구성하는 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700) 간 결합 강도가 안정적으로 확보될 수 있다.
또한 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 실링 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 마찰교반용접 방식의 경우, 두 모재의 금속이 섞여져 용접될 수 있기 때문에, 기밀성이 확보되어 실링 성능이 개선될 수 있다. 따라서, 이 경우, 케이스를 구성하는 각 구성요소 사이의 틈에 오링이나 고무 패드와 같은 실링 부품을 포함시킬 필요가 없고, 실링 성능이 안정적으로 확보될 수 있다.
또한 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 케이스를 구성하는 각 구성요소 간 다른 종류의 금속 재질로 구성되더라도, 용접 강도가 안정적으로 유지될 수 있다. 특히, 쿨링 플레이트(200)는 높은 열전도도를 위해 알루미늄 계열 재질로 구성되고, 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600), 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)는 배터리 모듈의 강성 향상을 위해 스틸 계열 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 쿨링 플레이트(200)와 다른 구성요소 사이는 이종 용접이 이루어질 수 있는데, 마찰교반용접방식의 경우 이러한 이종 용접 시에도 용접의 신뢰성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄-스틸 접합 시, 레이저 용접과 같이 용융하는 용접 방식을 적용할 경우, IMC(Inter Metallic Compound)와 같은 화합물을 발생시켜 용접 강도가 약화될 수 있다. 하지만, 마찰교반용접방식을 이용하는 경우, 두 모재를 녹이지 않고 마찰에 의해 접합하므로, 쿨링 플레이트(200)와 다른 구성요소들 사이의 용접 강도가 거의 약해지지 않고 안정적으로 유지될 수 있다.
또한 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 2개의 판재를 겹치지 않고 용접하는 맞대기 용접이 가능하다. 예를 들어, 사이드 커버와 쿨링 플레이트(200) 사이, 또는 사이드 커버와 어퍼 플레이트(700) 사이는, 단부가 서로 겹쳐지지 않고 모서리가 서로 맞대어진 상태에서 마찰교반용접에 의해 단면이 서로 용접될 수 있다. 또는, 사이드 커버와 프론트 커버(300) 내지 리어 커버(400) 사이 역시 단부가 서로 겹쳐지지 않고 모서리가 서로 맞대어진 상태에서 용접이 이루어질 수 있는데, 이 경우에도 마찰교반용접이 유용하게 적용될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 부피가 감소되고, 에너지 밀도가 높아질 수 있다.
또한 바람직하게는, 좌측 사이드 커버(500) 및/또는 우측 사이드 커버(600)는, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 쿨링 플레이트(200) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 하나와, 모서리가 연속적으로 맞대어져 용접될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 구성을 참조하면, 상기 좌측 사이드 커버(500)는, 전단 측 모서리가 프론트 커버(300)의 좌측 모서리와 맞대어지고, 이와 같이 맞대어진 부분은 서로 용접될 수 있다. 이때, 좌측 사이드 커버의 전단 측 모서리와 프론트 커버의 좌측 모서리는 각각의 상단에서 하단까지 길게 연장된 형태로 연속적으로 맞대어져 접촉될 수 있다. 따라서, 좌측 사이드 커버는, W5로 표시된 용접부 중, 전단 측 용접부가 프론트 커버(300)와 용접될 수 있는데, 이러한 전단 측 용접부는, 좌측 사이드 커버의 상단에서 하단까지 길게 연장되는 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 좌측 사이드 커버(500)는, 이와 유사한 형태로, 하단 측 모서리가 쿨링 플레이트(200)의 좌측 모서리와 연속적으로 맞대어져 상호 용접될 수 있다. 이 경우, 좌측 사이드 커버의 하단 측 용접부는, 좌측 사이드 커버의 전단에서 후단까지 길게 연장되는 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 좌측 사이드 커버(500)는, 이와 유사한 형태로, 후단 측 모서리가 리어 커버(400)의 좌측 모서리와 연속적으로 맞대어져 상호 용접될 수 있다. 이 경우, 좌측 사이드 커버의 후단 측 용접부는, 좌측 사이드 커버의 상단에서 하단까지 길게 연장되는 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 좌측 사이드 커버(500)는, 이와 유사한 형태로, 상단 측 모서리가 어퍼 플레이트(700)의 좌측 모서리와 연속적으로 맞대어져 상호 용접될 수 있다. 이 경우, 좌측 사이드 커버의 상단 측 용접부는, 좌측 사이드 커버의 전단에서 후단까지 길게 연장되는 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
그리고, 우측 사이드 커버(600) 역시, 상기 좌측 사이드 커버(500)와 유사하게, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 쿨링 플레이트(200) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 하나와, 모서리가 연속적으로 맞대어져 용접될 수 있다.
예를 들어, 우측 사이드 커버(600)는, 전단 측 모서리가 프론트 커버(300), 쿨링 플레이트(200) 및/또는 리어 커버(400)의 우측 모서리와 연속적으로 맞대어져 상호 용접될 수 있다. 이 경우, 우측 사이드 커버는, 전단 측 용접부, 하단 측 용접부 및/또는 후단 측 용접부가, 우측 사이드 커버의 상단에서 하단 또는 전단에서 후단까지 길게 연장되는 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 용접부가 길게 연장되는 형태로 형성될 수 있으므로, 배터리 모듈의 밀폐성이 향상되고, 케이스를 구성하는 각 구성요소 간 결합력이 강화될 수 있다. 또한, 이 경우, 용접 공정의 연속성이 확보되어, 공정상 편의성이 향상될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 좌측 사이드 커버(500) 및/또는 상기 우측 사이드 커버(600)는, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 쿨링 플레이트(200) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 하나와의 용접부가, 일단에서 타단까지 하나의 직선 형태로 연속적으로 형성되게 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 6의 구성에서, 프론트 커버(300)와의 사이에 형성된 좌측 사이드 커버(500)의 전단 측 용접부는, 좌측 사이드 커버의 상단에서 하단까지 하나의 직선을 형성하도록 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 쿨링 플레이트(200)와의 사이에 형성된 좌측 사이드 커버(500)의 전단 측 용접부는, 좌측 사이드 커버의 전단에서 후단까지 하나의 직선을 형성하는 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
그리고, 리어 커버(400)와의 사이에 형성된 좌측 사이드 커버(500)의 후단 측 용접부는, 좌측 사이드 커버의 상단에서 하단까지 하나의 직선을 형성하는 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 어퍼 플레이트(700)와의 사이에 형성된 좌측 사이드 커버(500)의 상단 측 용접부는, 좌측 사이드 커버의 전단에서 후단까지 하나의 직선을 형성하는 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 우측 사이드 커버(600) 역시, 상기 좌측 사이드 커버(600)와 유사하게, 전단 측 용접부, 하단 측 용접부, 상단 측 용접부 및/또는 후단 측 용접부가, 우측 사이드 커버의 상단에서 하단, 또는 우측 사이드 커버의 전단에서 후단까지 하나의 직선을 형성하는 형태로 연속적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈 케이스를 구성하는 2개의 구성요소를 용접하기 위한 용접부가 직선으로 형성되어, 용접 공정이 원활하게 이루어질 수 있다. 특히, 마찰교반용접방식에 의해 각 구성요소 간 용접이 수행되는 경우, 용접유닛의 프루브가 구성요소 간 접합면 사이로 삽입되어 이동하면서 용접이 이루어질 수 있는데, 상기와 같이 용접부가 직선 형태로 이루어진 구성에 의하면, 프루브가 직선으로 이동할 수 있으므로, 용접 공정이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 좌측 사이드 커버(500) 및 상기 우측 사이드 커버(600)는, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 쿨링 플레이트(200) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 하나와의 용접부가, 일단에서 타단까지 불연속적으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 좌측 사이드 커버(500) 및/또는 우측 사이드 커버(600)는, 프론트 커버와의 전단 측 용접부, 쿨링 플레이트와의 하단 측 용접부 및/또는 리어 커버와의 후단 측 용접부가 다수의 용접 포인트를 가지면서 불연속적으로 형성되도록 구성될 수 있다.본 발명의 이러한 구성에 의하면, 용접 부분을 작게 할 수 있으므로, 용접 시간이 보다 단축될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 좌측 사이드 커버(500) 및 우측 사이드 커버(600)는, 전단부, 후단부, 상단부 및 하단부의 용접 라인이 링 형태로 형성될 수 있다. 이러한 구성에 대해서는, 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성에 대하여, 용접 부분을 개략적으로 나타내는 도면이다. 다만, 도 8에서는, 설명의 편의를 위해, 용접 부분이 보이는 부분에 대해서는 쇄선으로 나타내고, 용접 부분이 보이지 않는 부분에 대해서는 파선(숨은선)으로 나타내도록 한다.
도 8을 참조하면, 상기 우측 사이드 커버(600)는, 전단 라인 전체가 프론트 커버(300)에 용접되고, 후단 라인 전체가 리어 커버(400)에 용접될 수 있다. 또한, 상기 우측 사이드 커버(600)는, 상단 라인 전체가 어퍼 플레이트(700)에 용접되고, 하단 라인 전체가 쿨링 플레이트(200)에 용접될 수 있다. 그리고, 4개의 각 용접 라인은 양 단부가 상호 연결되어, 하나의 링 형태를 구성할 수 있다. 즉, 우측 사이드 커버(600)의 용접 라인은, 도 8의 C1으로 표시된 바와 같이, 테두리 부분을 따라, 대략 사각 링 형태로 형성될 수 있다.
또한, 좌측 사이드 커버(500) 역시, 우측 사이드 커버(600)와 마찬가지로, 테두리 부분을 따라, 용접 라인이 대략 사각 링 형태로 형성될 수 있다. 즉, 좌측 사이드 커버(500)는, 상단 및 하단 라인 전체가 어퍼 플레이트(700) 및 쿨링 플레이트(200)에 용접되고, 전단 및 후단 라인 전체가 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)에 용접될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 사이드 커버와 다른 구성요소 사이의 접합 부분에 틈이 생기지 않아, 사이드 커버 주변부에 대한 배터리 모듈의 실링성이 확보될 수 있다. 따라서, 이러한 사이드 커버 주변에서 수분이나 이물질 침투가 효과적으로 방지되고, 배터리 모듈 내부에서 발생된 가스가 외부로 쉽게 유출되지 못하며, 냉각 성능이 향상될 수 있다.
한편, 프론트 커버(300)는, 도 8의 C2로 표시된 바와 같이, 하단 라인이 전체적으로 쿨링 플레이트(200)와 용접될 수 있다. 그리고, 리어 커버(400) 역시, 도 8의 C3로 표시된 바와 같이, 하단 라인이 전체적으로 쿨링 플레이트(200)와 용접될 수 있다. 이때, C1의 하부 라인은, 일단이 C2 라인에 연결되고, 타단이 C3 라인에 연결될 수 있다. 그리고, 우측 사이드 커버(600)의 하단 라인 역시 C2 라인 및 C3 라인에 연결될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈의 하부 측은 쿨링 플레이트(200)의 테두리를 따라 전체적으로 용접이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 쿨링 플레이트(200)가 대략 사각 플레이트 형태로 구성된 경우, 쿨링 플레이트(200)와 다른 구성요소 사이의 용접 부분은 대략 사각 링 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈 하부에 대한 접합성 및 실링성이 향상될 수 있다. 특히, 배터리 모듈이 차량 등에 장착되는 경우, 배터리 모듈의 하부가 외부 측에 위치할 수 있는데, 상기 구성과 같이 배터리 모듈의 하부 라인이 전체적으로 실링되는 경우, 배터리 모듈의 하부 측에서 수분이나 이물질이 침투하는 것을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 쿨링 플레이트(200)와 프론트 커버(300) 사이의 용접 및 쿨링 플레이트(200)와 리어 커버(400) 사이의 용접은 배터리 모듈의 하부 측에서 수행될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
한편, 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700)는 모두 금속 재질로 구성될 수 있다. 특히, 상기 쿨링 플레이트(200)는 다른 구성요소에 비해 열전도성이 우수한 재질로 구성될 수 있다. 반면, 쿨링 플레이트(200)를 제외한 다른 구성요소, 즉 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700)는 강성이 우수한 재질로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 쿨링 플레이트(200)는, 알루미늄을 포함하는 재질로 구성되고, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700)는 스틸을 포함하는 재질로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈에 대하여 강성을 일정 수준 이상 확보하면서도 우수한 냉각 성능을 갖도록 할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 차량의 하부에 장착되어, 어퍼 플레이트(700)가 차량의 내부 측을 향하고, 쿨링 플레이트(200)가 배터리 모듈의 외부 측을 향하는 형태로 배치될 수 있다. 이 경우, 쿨링 플레이트(200)가 다른 케이스 부분에 비해 열전도성이 우수한 재질로 구성되는 경우 쿨링 플레이트(200)에 의한 열 배출이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 또한, 배터리 모듈의 하부에 냉각 유체, 이를테면 공기나 물이 흐르는 경우, 하부에 위치한 쿨링 플레이트(200)를 통해 이러한 냉각 유체로 배터리 모듈 내부의 열이 배출될 수 있다.
또한, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 하나는, 내측면의 적어도 일부에 전기적 절연성 재질로 구성된 절연코팅층이 형성될 수 있다. 또는, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 하나는, 전기적 절연성 재질로 구성된 절연시트가 내측면의 적어도 일부에 구비될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및/또는 어퍼 플레이트(700)가 금속 재질로 구성되더라도, 셀 어셈블리(100)와의 절연성이 안정적으로 확보될 수 있다.
특히, 이처럼 절연코팅층이나 절연시트가 구비된 구성에 있어서, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700) 사이의 용접은 상술한 마찰교반용접 방식에 의해 수행되는 것이 좋다. 마찰교반용접방식에 의하면 발생되는 열이 많지 않기 때문에, 절연코팅층이나 절연시트의 파손이 방지될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 배터리 모듈의 절연성이 안정적으로 유지될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 프론트 커버(300) 및 상기 리어 커버(400) 중 적어도 하나에는, 단차가 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 9는, 도 1의 A2-A2'선에 대한 단면의 일 부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 즉, 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 수평 단면을 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태의 일부 구성, 특히 프론트 커버(300)의 좌측 모서리 부분을 확대하여 나타낸 도면이라 할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 프론트 커버(300)는, D1으로 표시된 부분과 같이, 좌측 단부, 특히 좌측 절곡부에 내측 방향으로 오목한 형태의 단차가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 단차로 인해 형성된 오목한 부분에는 좌측 사이드 커버(500)의 전단부가 안착될 수 있다. 즉, 판상으로 형성된 좌측 사이드 커버(500)는, 전단부가 배터리 모듈의 외측에서 내측 방향으로 삽입되어 안착될 수 있다. 이때, 프론트 커버(300)에 형성된 단차는 좌측 사이드 커버(500)의 두께와 동일하거나 그에 유사한 크기를 가질 수 있다. 이 경우, 프론트 커버(300)의 외측면과 좌측 사이드 커버(500)의 외측면은 하나의 평평한 표면을 형성할 수 있다.
이와 유사하게, 프론트 커버(300)는, 우측 단부에 내측 방향으로 오목한 형태의 단차가 형성되고, 그러한 단차에는 우측 사이드 커버(600)의 전단부가 외측에서 내측 방향으로 삽입되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 사이드 커버와 프론트 커버(300) 사이의 조립성이 개선될 수 있다. 특히, 프론트 커버(300)에 형성된 단차로 인해 사이드 커버의 조립 위치가 가이드될 수 있으므로, 프론트 커버(300)와 사이드 커버의 조립 공정이 보다 수월하게 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 강성이 보강될 수 있다. 즉, 사이드 커버의 전단부 내측에는 프론트 커버(300)가 위치하므로, 사이드 커버 외측에서 힘이 가해지더라도 프론트 커버(300)가 사이드 커버를 외측 방향으로 지지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 마찰교반용접이 보다 용이하게 수행될 수 있다. 특히, 마찰교반용접 방식에 의하면, T1으로 표시된 부분과 같은 프론트 커버(300)와 사이드 커버의 접합면으로 용접유닛의 프루브가 회전하면서 접촉 및 삽입될 수 있는데, 이 과정에서 프론트 커버(300)와 사이드 커버의 접합면 부근에, 화살표 T1으로 표시된 바와 같이, 내측 방향으로 힘이 가해질 수 있다. 이때, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 프론트 커버(300)의 단차로 인해 형성된 D1 부분이 T1 방향의 압력을 지지할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 상기 단차 형성 구성의 경우, 프론트 커버(300)와 사이드 커버 사이에 마찰교반용접이 수행될 때 보다 바람직하게 적용될 수 있다.
한편, 도 9의 경우, 프론트 커버(300)에 대해서만 도시되어 있으나, 리어 커버(400) 역시 이와 유사하게 단차가 형성되어, 좌측 사이드 커버(500)의 후단부 및 우측 사이드 커버(600)의 후단부가 외측에서 내측 방향으로 삽입되어 안착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 리어 커버(400)의 좌측 단부는, 도 9에 도시된 프론트 커버(300)의 단차 구성과 전후 대칭(도 9에서는 좌우 대칭)되는 형태로, 단차가 형성될 수 있다. 그리고, 리어 커버(400)의 우측 단부 또한 우측 사이드 커버(600)의 후단부가 삽입되어 안착될 수 있도록 단차가 형성될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 쿨링 플레이트(200) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 하나에는, 단차가 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 10 및 도 11을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 10 및 도 11은, 도 3의 B1 및 B2 부분을 각각 확대하여 나타낸 도면이다.
먼저, 도 10을 참조하면, 상기 쿨링 플레이트(200)는, D2로 표시된 부분과 같이, 우측 단부에 내측 방향으로 오목한 형태의 단차가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 단차로 인해 형성된 오목한 부분에는 우측 사이드 커버(600)의 하단부가 외측에서 내측 방향으로 삽입되어 안착될 수 있다. 이때, 쿨링 플레이트(200)에 형성된 단차는 우측 사이드 커버(600)의 두께에 대응되는 크기를 가질 수 있다.
이와 유사하게, 쿨링 플레이트(200)의 좌측 단부 역시, 내측 방향으로 오목한 형태의 단차가 형성되어, 좌측 사이드 커버(500)의 하단부가 삽입될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 쿨링 플레이트(200)와 사이드 커버 사이의 조립성이 개선될 수 있다. 즉, 쿨링 플레이트(200)에 형성된 단차로 인해 사이드 커버의 조립 위치가 가이드될 수 있으므로, 쿨링 플레이트(200)와 사이드 커버의 조립 공정이 보다 수월하게 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈의 강성이 보강될 수 있다. 즉, 사이드 커버의 하단부 내측에는 쿨링 플레이트(200)가 위치하므로, 사이드 커버 외측에서 수평 방향으로 힘이 가해지더라도 쿨링 플레이트(200)가 사이드 커버를 외측 방향으로 지지할 수 있다. 또한, 쿨링 플레이트(200)의 단차는, 사이드 커버를 상부 방향으로 지지할 수도 있다.
더욱이, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 마찰교반용접이 보다 용이하게 수행될 수 있다. 특히, 마찰교반용접 방식에 의할 경우, T2로 표시된 부분과 같은 쿨링 플레이트(200)와 사이드 커버 사이의 접합면에 용접유닛의 프루브가 접촉 및 삽입될 수 있는데, 이 과정에서 화살표 T2로 표시된 바와 같이 내측 방향으로 힘이 가해질 수 있다. 하지만, 본 발명의 상기 구성에 의할 경우, 쿨링 플레이트(200)의 단차로 인한 D2 부분이 T2 방향의 압력을 지지할 수 있다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 상기 어퍼 플레이트(700)는, D3로 표시된 부분과 같이, 우측 단부에 내측 방향으로 오목한 형태의 단차가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 단차 부분에는 우측 사이드 커버(600)의 상단부가 외측에서 내측 방향으로 삽입되어 접촉될 수 있다. 또한, 이와 유사하게, 어퍼 플레이트(700)의 좌측 단부 또한, 내측 방향으로 오목한 형태의 단차가 형성되어, 좌측 사이드 커버(500)의 상단부가 삽입될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 쿨링 플레이트(200)에 단차가 형성된 구성과 유사한 장점을 가질 수 있다. 즉, 상기 구성에 의하면, 어퍼 플레이트(700)와 사이드 커버 사이의 조립성이 개선되고, 배터리 모듈의 강성이 보강될 수 있다. 또한, 상기 구성에 의하면, 이들 사이의 마찰교반용접이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 좌측 사이드 커버(500) 및/또는 상기 우측 사이드 커버(600)는, 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 쿨링 플레이트(200) 및 어퍼 플레이트(700)와의 이음부(접합면)가 모두 측면으로 노출되게 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 9의 구성을 참조하면, 상기 좌측 사이드 커버(500)는, 프론트 커버(300)와의 접합면이, 좌측 사이드 커버와 프론트 커버의 외면에 대략 수직이 되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, T1으로 표시된 부분에 위치한 좌측 사이드 커버와 프론트 커버 사이의 접합면의 개구부는, 배터리 모듈의 좌측(도 9에서 상부 측)을 향하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 10의 구성을 참조하면, 상기 우측 사이드 커버(600)는, 쿨링 플레이트(200)와의 접합면이, 우측 사이드 커버의 외면, 다시 말해 배터리 모듈의 외면에 대략 수직이 되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, T2로 표시된 부분에 위치한 우측 사이드 커버와 쿨링 플레이트 사이의 접합면의 개구부는, 배터리 모듈의 우측(도 9에서 우측)을 향하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 11의 구성을 참조하면, 상기 우측 사이드 커버(600)는, 어퍼 플레이트(700)와의 접합면이, 우측 사이드 커버의 외면에 대략 수직이 되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, T3로 표시된 부분에 위치한 우측 사이드 커버와 어퍼 플레이트 사이의 접합면의 개구부는, 배터리 모듈의 우측을 향하도록 구성될 수 있다.
상기와 같이, 좌측 사이드 커버 및 우측 사이드 커버의 다른 구성요소와의 이음부(접합면)의 개구부가 모두 측면으로 노출되도록 구성한 실시예에 의하면, 용접 공정, 특히 마찰교반 용접 공정이 보다 원활하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 구성의 경우, 용접 유닛의 프루브가 배터리 모듈의 좌측이나 우측에서, 도 9 내지 도 11의 화살표 T1~T3로 표시된 바와 같이, 수평 방향으로 전진 이동하여 이음부의 개구부에 삽입될 수 있다. 그리고, 이와 같은 용접 공정이 수행된 후에는, 용접 유닛의 프루브가 다시 수평 방향으로 후퇴 이동하여 배터리 모듈로부터 벗어날 수 있다. 그러므로, 용접 유닛의 프루브의 접합면 삽입 및 이동 공정에 방해되는 구조물이 없으므로, 용접 공정이 효율적으로 이루어질 수 있다.
반면, 용접 부위인 접합면의 개구부가 배터리 모듈의 상방이나 하방을 향하여 노출되는 경우, 용접 유닛의 삽입과 이동이 상하 방향으로 이루어져야 하는데, 이 경우 다른 구조물 등으로 인해 해당 공정이 원활하게 수행되기 어려울 수 있다.
더욱이, 용접을 위한 접합면의 개구부는, 배터리 모듈의 전방이나 후방보다는 배터리 모듈의 우측이나 좌측으로 노출되는 것이 좋다. 배터리 모듈의 전단이나 후단에는 이차 전지의 전극 리드가 존재할 수 있는데, 이러한 구성에 의하면, 전극 리드의 손상 내지 간섭 등을 방지할 수 있다.
한편, 상기 좌측 사이드 커버(500) 및/또는 우측 사이드 커버(600)는, 꼭지점(모서리)이 모따기된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 사이드 커버는, 4개의 변을 갖는 사각 플레이트 형태로 구성될 수 있는데, 2개의 변이 만나는 4개의 꼭지점은 모두 라운드진 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 사이드 커버의 꼭지점은 10mm 이상의 반경을 갖도록 곡선 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 마찰교반용접 시, 공정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 일정 반경 이상을 갖도록 꼭지점이 라운드진 경우, 사이드 커버의 테두리는 연속적으로 용접될 수 있으므로, 용접 라인이 링 형태로 구성되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈에서, 모듈 케이스는 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700)로 구성될 수 있다. 이때, 모듈 케이스를 구성하는 각 구성요소 사이는, 상기 살펴본 바와 같이, 용접에 의해 서로 결합될 수 있다. 이때, 용접 순서는 다양하게 구현될 수 있다.
예를 들어, 먼저 도 4에 도시된 바와 같이 셀 어셈블리(100)가 쿨링 플레이트(200)의 상단에 안착되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 프론트 커버(300)와 리어 커버(400)가 셀 어셈블리(100)의 전단부와 후단부에서 각각 쿨링 플레이트(200)에 접촉하여 용접될 수 있다. 다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 좌측 사이드 커버(500)와 우측 사이드 커버(600)가 셀 어셈블리(100)의 측면으로 위치하여, 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300) 및 리어 커버(400)와 용접될 수 있다. 그리고 나서, 어퍼 플레이트(700)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 상부에 위치하여, 좌측 사이드 커버(500) 및 우측 사이드 커버(600)와 용접될 수 있다.
도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 용접 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 12를 참조하면, 먼저 화살표 S1으로 표시된 바와 같이, 쿨링 플레이트(200)의 상부에 셀 어셈블리(100)가 안착될 수 있다. 다음으로, 어퍼 플레이트(700), 좌측 사이드 커버(500) 및 리어 커버(400)의 조립체가, 화살표 S2로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 상부에서 하부 방향으로 조립될 수 있다. 이때, 어퍼 플레이트(700), 좌측 사이드 커버(500) 및 리어 커버(400)의 조립체는, 어퍼 플레이트(700), 좌측 사이드 커버(500) 및 리어 커버(400)가 상호 용접에 의해 미리 결합된 것일 수 있다. 특히, 이러한 조립체는, 마찰교반용접방식에 상호 접합되어 구성될 수 있다.
다음으로, 프론트 커버(300)가, 화살표 S3로 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 전단부에 위치하여, 쿨링 플레이트(200) 및 좌측 사이드 커버(500)와 용접될 수 있다. 그리고 나서, 우측 사이드 커버(600)가, 화살표 S4로 표시된 바와 같이 셀 어셈블리(100)의 우측에 위치하여 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300), 리어 커버(400) 및 어퍼 플레이트(700)와 용접될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 쿨링 플레이트(200), 프론트 커버(300), 리어 커버(400), 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600) 및 어퍼 플레이트(700) 중 적어도 하나의 용접부와 셀 어셈블리(100) 사이에, 열 차단부를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 13을 참조하여, 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부분에 대한 단면도이다. 특히, 도 13은 도 9의 구성에 대한 다른 실시예라 할 수 있다.
도 13을 참조하면, 프론트 커버(300)의 좌측 절곡부 내측에, F로 표시된 바와 같은 열 차단부가 구비될 수 있다. 상기 열 차단부(F)는, 프론트 커버 등의 용접부와 셀 어셈블리 사이에서, 외측에서 내측 방향으로 열이 이동하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 열 차단부(F)는, T1으로 표시된 부분에서, 프론트 커버(300)와 좌측 사이드 커버(500) 사이의 접합면에 용접이 수행될 수 있는데, 이 경우 이러한 접합면을 따라 내측으로 용접열이 전달되는 것을 차단할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 용접 시 발생하는 열에 의해 이차 전지의 파우치 외장재나 전극 리드, 버스바 등과 같이 배터리 모듈의 내부 구성요소가 변형되거나 손상되는 등의 문제를 방지할 수 있다. 더욱이, 마찰교반용접 방식의 경우, 다른 용접 방식에 비해 열 발생률이 적기는 하나, 상기 구성에 의하면, 약간의 발생열이라도 배터리 모듈의 내부 측으로 전달되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
상기 열 차단부(F)는, 열을 효과적으로 차단하기 위해, 배터리 모듈의 케이스를 구성하는 여러 구성요소, 이를테면 프론트 커버(300)보다 열전달율이 낮은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 열 차단부(F)는, 이를테면 폴리이미드 등의 내열성 수지, 유리면이나 암면 등의 섬유질, 및/또는 세라믹 재질을 구비하는 단열재로 구성될 수 있다.
한편, 도 13의 구성에 도시된 바와 같이, 상기 열 차단부(F)는, 프론트 커버(300)의 내측면에 구비될 수 있다. 특히, 프론트 커버(300) 측에는, 전극 리드가 존재할 수 있는데, 상기와 같은 구성에 의하면, 열 차단부(F)로 인해 전극 리드 측으로 용접열 등이 전달되는 것을 감소시키거나 차단시킬 수 있다.
상기 열 차단부(F)는, 프론트 커버(300)나 사이드 커버(500, 600), 리어 커버(400)와 같은 배터리 모듈의 케이스를 구성하는 구성요소의 내측 표면에 코팅되는 형태로 구성되거나, 별도의 시트 형태로 구성되어 프론트 커버 등의 내측에 구비될 수 있다. 또는, 상기 열 차단부(F)는, 프론트 커버나 사이드 커버, 리어 커버와 같은 배터리 모듈의 케이스를 구성하는 구성요소의 내측 표면에서 내측으로 볼록하게 돌출되는 형태로 구성될 수도 있다.
또한, 도 13의 구성에서는, 열 차단부(F)가 프론트 커버(300)에 구비된 구성이 도시되어 있으나, 이러한 열 차단부(F)는, 배터리 모듈의 케이스를 구성하는 다른 구성요소, 즉 좌측 사이드 커버(500), 우측 사이드 커버(600), 리어 커버(400), 쿨링 플레이트(200) 및/또는 어퍼 플레이트(700)의 내측에 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 특히, 자동차의 경우 많은 진동 및 심한 충격에 노출될 수 있으므로 높은 강성이 필요하고, 주로 실외에 위치하므로 수분이나 이물질이 침투하지 않도록 실링성이 확보될 필요가 있다. 본 발명에 따른 배터리 모듈이 이러한 자동차에 적용되는 경우, 배터리 모듈에 대하여 우수한 강도 및 강성과, 높은 실링 성능을 가지며 생산성이 향상되도록 할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 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.
100: 셀 어셈블리
110: 이차 전지
200: 쿨링 플레이트
300: 프론트 커버
400: 리어 커버
500: 좌측 사이드 커버
600: 우측 사이드 커버
700: 어퍼 플레이트

Claims (15)

  1. 적어도 일 방향으로 적층된 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리;
    판상으로 구성되며, 상기 셀 어셈블리의 하부에 배치되어, 상기 셀 어셈블리가 안착되는 쿨링 플레이트;
    상기 셀 어셈블리의 전단부를 커버하고, 하부가 상기 쿨링 플레이트에 용접된 프론트 커버;
    상기 셀 어셈블리의 후단부를 커버하고, 하부가 상기 쿨링 플레이트에 용접된 리어 커버;
    상기 셀 어셈블리의 좌측면을 커버하고, 하단부가 상기 쿨링 플레이트에 용접되며, 전단부가 상기 프론트 커버에 용접되고, 후단부가 상기 리어 커버에 용접된 좌측 사이드 커버;
    상기 셀 어셈블리의 우측면을 커버하고, 하단부가 상기 쿨링 플레이트에 용접되며, 전단부가 상기 프론트 커버에 용접되고, 후단부가 상기 리어 커버에 용접된 우측 사이드 커버; 및
    상기 셀 어셈블리의 상부를 커버하고, 좌측 단부가 상기 좌측 사이드 커버에 용접되며, 우측 단부가 상기 우측 사이드 커버에 용접된 어퍼 플레이트
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 좌측 사이드 커버, 상기 우측 사이드 커버 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 일부 사이는, 마찰 교반 용접 방식으로 용접된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트는 알루미늄을 포함하는 재질로 구성되고, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 좌측 사이드 커버, 상기 우측 사이드 커버 및 상기 어퍼 플레이트는 스틸을 포함하는 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 좌측 사이드 커버, 상기 우측 사이드 커버 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나는, 내측면의 적어도 일부에 전기적 절연성 재질로 구성된 절연코팅층이 형성되거나 전기적 절연성 재질로 구성된 절연시트가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트와 상기 셀 어셈블리 사이에는 열전달 물질이 개재된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나와, 모서리가 연속적으로 맞대어져 용접된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나와의 용접부가, 일단에서 타단까지 하나의 직선 형태로 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나와의 용접부가, 일단에서 타단까지 불연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 전단부, 후단부, 상단부 및 하단부의 용접 라인이 링 형태를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프론트 커버 및 상기 리어 커버 중 적어도 하나는, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버 중 적어도 하나의 단부가 외측에서 내측 방향으로 삽입되어 안착될 수 있도록 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버 중 적어도 하나의 단부가 외측에서 내측 방향으로 삽입되어 안착될 수 있도록 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 좌측 사이드 커버 및 상기 우측 사이드 커버는, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 쿨링 플레이트 및 상기 어퍼 플레이트와의 이음부가 모두 측면으로 노출된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 플레이트, 상기 프론트 커버, 상기 리어 커버, 상기 좌측 사이드 커버, 상기 우측 사이드 커버 및 상기 어퍼 플레이트 중 적어도 하나의 용접부와 상기 셀 어셈블리 사이에, 외측에서 내측 방향으로 열이 이동하는 것을 방지하는 열 차단부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
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