KR20170078013A - 배터리 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 내부 공간을 제공하는 케이스, 상기 케이스의 내부 공간에 배치되는 다수의 배터리 셀, 및 상기 배터리 셀들 사이에 개재되어 상기 배터리 셀들과 면접촉하며 상기 배터리 셀들로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 적어도 하나의 냉각부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 모듈 및 그 제조 방법{BATTERY MODULE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 모듈 및 그 제조 방법 에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)의 배터리 셀로 제조되어 다수개를 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.
이러한 배터리 모듈은 온도에 따라서 효율 및 성능이 크게 좌우된다. 예를 들어, 고온에서 방전을 하면 배터리 모듈의 수명이 현저히 저하되는 문제가 발생한다.
이에 당 기술분야에서는 보다 효율적인 냉각 구조를 가지면서 부피도 최소화할 수 있는 배터리 모듈과 그 제조 방법이 요구되고 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 내부 공간을 제공하는 케이스, 상기 케이스의 내부 공간에 배치되는 다수의 배터리 셀, 및 상기 배터리 셀들 사이에 개재되어 상기 배터리 셀들과 면접촉하며 상기 배터리 셀들로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 적어도 하나의 냉각부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 냉각부는, 양면이 상기 배터리 셀들과 면접촉하도록 배치되는 냉각 플레이트 및 상기 냉각 플레이트와 연결되며 상기 케이스의 외부에 배치되는 방열 부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 케이스는, 양 측면이 개방된 메인 프레임 및 상기 메인 프레임의 개방된 양 측면에 결합되어 상기 내부 공간을 완성하는 사이드 커버를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 메인 프레임은, 상기 메인 프레임의 중심에 배치되는 2장의 완충 플레이트를 포함하며, 상기 2장의 완충 플레이트는 일정 간격 이격 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 완충 플레이트는 일측으로 돌출되는 돌출부를 구비하며, 상기 2장의 완충 플레이트는 상기 돌출부들이 서로 접촉하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀이 면접촉하는 부분에서 상기 배터리 셀의 외형을 따라 배치되는 다수의 셀 가이드를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 셀 가이드는, 선형 부재의 양단이 직각을 이루도록 상기 선형 부재의 중심을 절곡한 ′ㄱ′ 형상으로 형성되어 상기 배터리 셀의 각 모서리 부분에 접촉하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 셀 가이드는, 상기 완충 플레이트와, 상기 냉각부 중 상기 배터리 셀들 사이에 배치되는 냉각 플레이트에 배치되는 배터리 모듈.
본 실시예에 있어서 상기 메인 프레임과 상기 사이드 커버는 모두 수지 재질로 형성되며, 레이저 용접에 의해 상호 접합될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 케이스는, 상기 메인 프레임과 상기 사이드 커버가 결합된 부분에 덧대는 형태로 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐하는 적어도 하나의 밀폐 커버를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 밀폐 커버는, 상기 메인 프레임 및 상기 사이드 커버와 접촉하는 부분이 탄성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 밀폐 커버는, 상기 케이스 내부에서 발생된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출구를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 사이드 커버는, 배터리 커버와 면접촉하는 커버 플레이트 및 상기 커버 플레이트의 둘레를 따라 배치되며 상기 메인 프레임에 접합되는 사이드 프레임을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 커버 플레이트는, 금속 재질로 형성되며, 내부에는 일측으로 돌출되는 돌출부를 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 방열 부재와 상기 케이스 사이에 개재되는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 내부 공간을 제공하는 케이스, 상기 케이스의 내부 공간에 배치되는 다수의 배터리 셀, 및 2개의 상기 배터리 셀들 사이에 개재되며, 서로 이격 배치되는 2개의 완충 플레이트를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 내부 공간을 제공하는 케이스 및 상기 케이스의 내부 공간에 배치되는 다수의 배터리 셀을 포함하며, 상기 케이스는 양 측면이 개방된 메인 프레임, 상기 메인 프레임의 개방된 양 측면에 결합되어 상기 내부 공간을 완성하는 사이드 커버 및 상기 메인 프레임과 상기 사이드 커버가 결합된 부분에 덧대는 형태로 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐하는 적어도 하나의 밀폐 커버를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법은, 내부에 완충 플레이트가 구비된 메인 프레임의 개방된 양 측면 각각 내측 배터리 셀들 결합하는 단계, 상기 내측 배터리 셀들의 외측에 각각 냉각부를 결합하는 단계, 상기 냉각부의 외측에 각각 외측 배터리 셀을 결합하는 단계, 및 상기 외측 배터리 셀의 외측에 사이드 커버를 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 사이드 커버를 결합하는 단계는, 상기 메인 프레임에 형성된 돌기가 상기 사이드 커버에 형성된 홈에 삽입되도록 결합하는 단계 및
레이저를 상기 돌기에 조사하여 상기 사이드 커버를 상기 메인 프레임에 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 적어도 하나의 밀폐 커버를 상기 메인 프레임과 상기 사이드 커버가 결합된 부분에 결합하여 상기 배터리 셀이 배치된 내부 공간을 밀폐하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 모듈은 배터리 셀들 사이에 냉각 플레이트를 배치하고 외부로 노출된 방열 부재를 통해 열을 외부로 방출하는 간접 냉각 방식을 이용한다. 따라서 배터리 모듈의 부피를 최소화하면서 효과적으로 배터리 셀들의 열을 방출시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 배면 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 메인 프레임을 확대하여 도시한 사시도.
도 5는 도 3에 도시된 사이드 커버를 확대하여 도시한 사시도.
도 6은 도 3에 도시된 냉각부를 확대하여 도시한 사시도.
도 7은 도 1의 I-I′에 따른 단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 도 3에 도시된 제2 밀폐 커버를 확대하여 도시한 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 배면 사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 다수의 배터리 셀(10), 배터리 셀(10)을 복수개 수납하는 케이스(50) 및 배터리 셀들(10)을 냉각 시키는 냉각부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 셀(10)은 충방전이 가능한 리튬 이차전지 또는 니켈-수소 이차전지 등의 이차전지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 니켈-수소 이차전지는 양극에 니켈, 음극에 수소흡장합금, 전해질로 알카리 수용액을 사용한 이차전지로서 단위부피당 용량이 크므로 전기자동차(EV)나 하이브리드자동차(HEV) 등의 에너지원으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 저장용도 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 셀 케이스(11)의 양측으로 돌출되는 전극 탭(12)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(10)은, 예를 들어, 파우치형(pouched type) 구조를 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
셀 케이스(11)는, 예를 들어, 알루미늄으로 이루어지는 금속층에 그 표면을 절연처리하여 사용될 수 있다. 절연처리는 폴리머수지인 변성 폴리프로필렌, 예를 들어, CPP(Casted Polypropylene)가 열융착층을 이루며 도포되어 있고, 그 외측면에 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 형성될 수 있다.
전극 탭(12)은 양극 탭과 음극 탭을 포함하며, 상기 양극 탭과 음극 탭은 셀 케이스(11)의 양 측면상에서 돌출되어 상호 이격되어 있는 구조로 배치될 수 있다. 양극 및 음극 탭은 셀 케이스(11) 내부에 배치되는 전극 조립체(미도시)와 연결된다.
양극 및 음극 탭은 얇은 판상의 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 양극 탭은 알루미늄(Al) 소재로 이루어지고, 음극 탭은 구리(Cu) 소재로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배터리 셀(10)은 각 배터리 셀(10)의 전극 탭(12)이 동일한 방향을 향하도록 배열된다. 그리고, 복수의 배터리 셀(10)은 각 배터리 셀(10)의 전극 탭(12)을 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
케이스(50)는 메인 프레임(60)과 사이드 커버(70)를 포함한다.
도 4는 도 3에 도시된 메인 프레임을 확대하여 도시한 사시도이고, 도 5는 도 3에 도시된 사이드 커버를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 메인 프레임(60)은 배터리 모듈(1)의 중심에 배치되어 배터리 모듈(1)의 뼈대를 구성한다.
메인 프레임(60)은 배터리 셀(10)의 크기에 대응하여, 배터리 셀(10)이 내부에 수용될 수 있는 크기로 형성되며, 배터리 셀(10)의 둘레를 따라 배터리 셀(10)을 감싸는 형태로 형성된다.
따라서 메인 프레임(60)은 양 측면이 개방된 사각의 링 형태로 형성될 수 있다.
또한 메인 프레임(60)의 내부 공간(S)에는 다수의 배터리 셀(10)이 모두 수용된다. 이에 메인 프레임(60)의 두께는 배터리 모듈(1)의 전체 두께를 규정한다.
메인 프레임(60)의 내부에는 완충 플레이트(65)가 배치된다.
도 7은 도 1의 I-I′에 따른 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 함께 참조하면, 완충 플레이트(65)는 메인 프레임(60)의 중심에서 메인 프레임(60)의 내부 공간(S)을 완전히 막는 형태로 배치되며, 2개가 나란하게 서로 이격 배치된다.
완충 플레이트(65)는 얇고 강성이 있는 재질로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 금속 판재를 이용하여 형성된다. 완충 플레이트(65)는 외부면이 배터리 셀(10)과 접촉하도록 배치된다. 또한, 완충 플레이트(65)의 내부에는 부분적으로 절곡되어 일측으로 돌출된 돌출부(65a)가 형성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 2개의 완충 플레이트(65)에서 돌출된 각각의 돌출부(65a)는 서로 접촉하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 돌출부(65a)의 돌출 거리만큼, 2개의 완충 플레이트(65)는 상호 간의 이격 거리를 유지하게 된다.
이러한 완충 플레이트(65)는 배터리 셀(10)의 팽창에 대비하여 구비된다. 일반적으로 배터리 셀(10)은 사용 과정에서 팽창하는 경우가 종종 발생하는데, 이때 케이스(50) 내부에 여유 공간이 없으면 배터리 셀(10)의 팽창에 의해 케이스(50)가 변형되어 파손될 여지가 있다.
따라서 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 2개의 완충 플레이트(65)를 이용하여 메인 프레임(60)의 중심에 버퍼 공간(B)을 형성한다.
이에 배터리 셀(10)이 팽창하게 되면, 완충 플레이트(65)가 가압되며 배터리 셀(10)이 팽창한 만큼 상기한 버퍼 공간(B)이 축소된다. 따라서, 배터리 셀(10)이 팽창하더라도 케이스(50)나 배터리 모듈(1)의 외형은 변형되거나 파손되지 않는다.
완충 플레이트(65)의 돌출 거리는 배터리 셀(10) 두께(T1)의 10%로 설정될 수 있다. 따라서 버퍼 공간(B)의 간격은 배터리 셀(10) 두께(T1)의 20%로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
사이드 커버(70)는 메인 프레임(60)의 개방된 측면에 결합된다. 따라서 메인 프레임(60)의 양 측면에 각각 결합되기 위해 2개가 구비된다.
사이드 커버(70)가 메인 프레임(60)에 결합되면, 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)의 내부에는 내부 공간(S)이 형성되며, 이러한 내부 공간(S)은 배터리 셀(10)과 후술되는 냉각부(30)가 배치되는 공간으로 이용된다.
사이드 커버(70)는 배터리 셀(10)과 면접촉하여 외부에서 가해지는 압력을 배터리 셀(10)의 전면에 균일하게 분산시킬 수 있다. 즉 사이드 커버(70)는 배터리 셀(10)을 보호하는 한편 외부에서 가해지는 충격을 완화시키는 완충 부재로서 기능 할 수 있다.
사이드 커버(70)는 전체적으로 편평한 판 형태로 형성되며, 사이드 플레이트(75)와, 사이드 프레임(72)을 포함하여 구성될 수 있다.
사이드 플레이트(75)는 배터리 셀(10)과 면접촉하도록 배치되며, 사이드 프레임(72)은 사이드 플레이트(75)의 둘레를 따라 배치된다. 따라서 사이드 프레임(72)은 내부가 빈 사각의 틀로 형성되며, 사이드 플레이트(75)는 사이드 프레임(72)의 내부에 삽입 배치된다.
사이드 플레이트(75)는 열 전도도가 높은 금속 재질로 형성되며, 내부에는 돌출부(75a)가 형성될 수 있다. 돌출부(75a)를 형성함에 따라, 배터리 셀(10)이 팽창하게 되면, 사이드 플레이트(75)는 배터리 셀(10)의 팽창된 형상에 대응하여 변형될 수 있다.
사이드 프레임(72)은 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 나사나 리벳과 같은 별도의 체결 부재를 통해 사이드 플레이트(75)와 일체로 결합될 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 레이저 용접을 통해 의해 사이드 커버(70)를 메인 프레임(60)에 접합한다. 이를 위해, 사이드 프레임(72)은 레이저가 통과할 수 있는 투명한 재질로 형성된다.
따라서 접합 공정 시, 레이저는 사이드 프레임(72)을 통과하여 사이드 프레임(72)과 메인 프레임(60)이 접촉하고 있는 접촉면에 조사되며, 이에 사이드 프레임(72)과 메인 프레임(60) 간의 플라스틱 용접이 이루어진다.
냉각부(30)는 배터리 셀들(10) 사이에 배치되어 배터리 셀(10)로부터 발생되는 열을 외부로 방출한다.
도 6은 도 3에 도시된 냉각부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 6을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 냉각부(30)는 냉각 플레이트(35)와 냉각 프레임(32), 그리고 방열 부재(37)를 포함한다.
냉각 플레이트(35)는 배터리 셀(10)과 접촉하도록 배치되며, 냉각 프레임(32)의 내부에 배치된다.
냉각 플레이트(35)는 열 전도도가 높은 금속 재질로 형성되며, 배터리 셀(10)과의 접촉면적을 최대한 확보하기 위해, 돌출된 영역이 없는 편평한 면으로 형성된다.
냉각 프레임(32)은 전술한 사이드 프레임(72)과 유사하게 냉각 플레이트(35)의 둘레를 따라 배치된다. 즉, 냉각 프레임(32)은 내부가 빈 사각의 틀로 형성되며, 사이드 프레임(72)의 내부에는 냉각 플레이트(35)가 배치된다.
냉각 프레임(32)은 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 나사나 리벳과 같은 별도의 체결 부재를 통해 냉각 플레이트(35)와 일체로 결합될 수 있다.
방열 부재(37)는 냉각 프레임(32)의 일측에 배치되며, 적어도 일부가 냉각 플레이트(35)와 접촉하도록 냉각 플레이트(35)에 연결된다. 따라서 배터리 셀(10)로부터 냉각 플레이트(35)로 전달된 열은 방열 부재(37)를 통해 외부로 방출된다.
방열 부재(37)는 열을 효과적을 방출하기 위해 넓은 표면적을 갖는 금속 부재가 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 금속 판재를 지그 재그 형태로 절곡하여 방열 부재(37)를 형성한다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 효과적으로 열을 외부로 방출할 수 만 있다면 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 방열 부재(37)로는 일반적인 히트 싱크(heat sink)가 이용될 수도 있다.
케이스(50) 내부 공간(S)의 밀폐를 위해, 방열 부재(37)와 메인 프레임(60) 사이에도 탄성 부재(39)가 개재된다. 탄성 부재(39)는 고무나 실리콘과 같이 탄성력을 가지며, 방열 부재(37)와 메인 프레임(60) 사이를 밀폐시킬 수 있는 재질로 형성된다.
본 실시예에 있어서, 냉각부(30)는 메인 프레임(60)의 양 측에 각각 삽입 배치된다. 또한 냉각부(30)를 중심으로 하여 냉각부(30)의 양 측에는 각각 배터리 셀(10)이 배치된다.
따라서, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 2개의 냉각부(30) 양 측에 각각 2개의 배터리 셀(10)이 배치되므로, 총 4개의 배터리 셀(10)을 포함한다.
그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 2개 이상의 냉각부(30)를 구비하고, 이에 대응하여 더 많은 수의 배터리 셀(10)을 포함하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 필요에 따라 메인 프레임(60)도 다수 개가 구비될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 완충 플레이트(65)나 냉각 플레이트(35)에 다수의 셀 가이드(90)가 배치된다.
셀 가이드(90)는 배터리 셀(10)의 위치를 규정하는 부재로, 배터리 셀(10)과 접촉하는 면에서 배터리 셀(10)의 외형을 따라 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 배터리 셀(10)의 모서리에 해당하는 부분에 각각 배치된다.
셀 가이드(90)를 구비함에 따라, 배터리 셀(10)의 결합 위치가 매우 명확해지므로, 배터리 셀(10)을 매우 용이하게 메인 프레임(60)에 결합할 수 있다. 또한 용접이나 조립 과정에서 배터리 셀(10)이 흔들리지 않도록 배터리 셀(10)을 고정시키므로, 제조 과정에서 배터리 셀(10)이 손상되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 셀 가이드(90)는 탄성력을 갖는 고무 재질로 형성될 수 있으며 예를 들어, TPE(Thermoplastic Elastomer) 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 셀 가이드(90)는 선형 부재의 양단이 서로 다른 방향을 향하도록 선형 부재의 중심을 절곡한 형상으로 형성되며, 예를 들어 선형 부재의 중심을 수직하게 절곡한 ′ㄱ′ 형상으로 형성될 수 있다.
배터리 셀(10)의 전체 윤곽을 따라 셀 가이드(90)를 형성하는 경우, 보다 안정적으로 배터리 셀(10)을 고정시킬 수 있으나, 배터리 모듈(1)의 중량이 증가하게 되는 문제가 있다.
따라서 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 셀 가이드(90)의 크기를 최소화하면서, 최대한 안정적으로 배터리 셀(10)을 고정시킬 수 있는 셀 가이드(90)를 제공한다.
본 실시예 따른 셀 가이드(90)는 배터리 셀(10)의 장변을 지지하는 부분의 길이가 배터리 셀(10) 장변의 1/15로 형성된다. 또한 배터리 셀(10)의 단변을 지지하는 부분의 길이는 배터리 셀(10) 단변의 1/9의 길이로 형성된다.
이에 셀 가이드(90)의 크기를 최소화하면서 안정적으로 배터리 셀(10)을 지지할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 배터리 셀(10)의 형상이나 크기에 따라 상기한 길이는 변경될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 케이스(50)는, 메인 프레임(60)과 사이드 커버(70) 상에 결합되어 메인 프레임(60)과 사이드 커버(70)를 상호 고정시키는 적어도 하나의 밀폐 커버(80)를 포함한다.
밀폐 커버(80)는 메인 프레임(60)과 사이드 커버(70)가 결합된 부분에 덧대는 형태로 결합되어 케이스(50)의 내부 공간(S)을 밀폐한다.
밀폐 커버(80)는 메임 프레임의 4면 중, 방열 부재(37)가 배치되지 않는 3면에 각각 결합될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 밀폐 커버(80)는 전면과 후면에 배치되는 제1, 제2 밀폐 커버(80a, 80b), 그리고 하부면에 배치되는 제3 밀폐 커버(80c)를 포함할 수 있다. 여기서, 하부면은 방열 부재(37)가 배치되는 면의 반대 면을 의미한다.
배터리 셀(10)이 수용된 내부 공간(S)을 밀폐시키기 위해, 밀폐 커버(80)는 적어도 일부 또는 전체가 탄성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
도 8은 도 3에 도시된 제2 밀폐 커버를 확대하여 도시한 사시도이다.
이를 참조하면, 본 실시예에서 제2 밀폐 커버(80b)는 전체적으로 수지 재질로 형성되며, 메인 프레임(60)과 접촉하는 부분에만 탄성부(81)로 형성된다. 여기서 탄성부(81)는 고무나 실리콘과 같이 탄성력을 가지며, 메인 프레임(60)과 접촉할 때, 밀폐력을 제공할 수 있는 재질로 형성된다.
한편, 제1 밀폐 커버(80a)는 탄성부(81)의 구성에 있어서 제2 밀폐 커버(80b)와 동일하게 구성된다. 따라서 제1 밀폐 커버(80a)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이러한 제1, 제2 밀폐 커버(80a, 80b)는 이중 사출 방식을 통해 제조될 수 있다. 즉, 수지 재질의 몸체를 먼저 사출한 후, 이를 다시 금형에 넣어 탄성부(81)를 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 제3 밀폐 커버(80c)는 전체가 고무 재질로 형성된다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 제1, 제2 밀폐 커버(80a, 80b)와 같이 제3 밀폐 커버(80c)의 일부만 탄성부로 형성할 수도 있다. 또한 제1, 제2 밀폐 커버(80a, 80b)를 모두 고무 재질로 형성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
이러한 밀폐 커버(80)는 탄성부로 형성된 부분이 메인 프레임(60) 프레임 또는 사이드 커버(70)와 접촉하며 내부 공간(S)을 밀폐시킨다. 이를 위해, 밀폐 커버(80)는 메인 프레임(60), 사이드 프레임(72)과 끼움 결합될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 밀폐 커버(80)가 결합되지 않는 부분은 전술한 레이저 용접에 의해 사이드 커버(70)가 메인 프레임(60)과 견고하게 접합된다. 따라서 별도의 밀폐 커버(80)가 필요치 않다.
더하여, 본 실시예에 따른 제2 밀폐 커버(80b)는 가스 배출구(85)를 구비한다.
가스 배출구(85)는 제1 밀폐 커버(80a)의 하단 측에 배치된다. 이는 배터리 셀(10)로부터 유출되는 가스를 외부로 배출시키기 위해 구비된다.
이는 배터리 셀(10)로부터 유출되는 가스는 공기보다 무거우므로 내부 공간의 하부에 위치하게 된다. 따라서 가스 배출구(85)는 제1 밀폐 커버(80a)의 하단 측에 배치되어 내부 공간(S)의 하부와 연결된다.
내부를 밀폐 공간으로 형성하고 가스 배출구(85)를 구비함에 따라 배터리 셀(10)로부터 유출되는 가스는 가스 배출구(85)를 통해서만 외부로 배출될 수 있다. 따라서 상기한 가스가 임의로 유출되는 것을 방지하고, 가스의 배출 위치를 특정 위치로 한정할 수 있다.
케이스 내부 공간의 가스가 가스 배출구로 원활하게 유입될 수 있도록, 메인 프레임(60)에는 적어도 하나의 관통공(61)이 형성될 수 있다.
관통공(61)은 가스 배출구(85)와 인접한 위치에 배치되며, 이에 수용 공간 내부에서 발생된 가스는 관통공(61)과 가스 배출구(85)를 통해 원활하게 외부로 배출될 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 배터리 셀(10) 사이에 냉각 플레이트(35)가 배치되고, 냉각 플레이트(35)는 외부로 노출된 방열 부재(37)와 연결된다.
따라서 배터리 셀(10)에서 발생된 열은 냉각 플레이트(35)를 통해 방열 부재(37)로 전달된 후, 방출되는 간접 냉각 방식을 이용한다.
종래의 경우, 배터리 셀(10)들 간에 냉매가 유입될 수 있는 유로를 배치하고 있어, 배터리 모듈(1)의 전체 부피가 커진다는 단점이 있다. 그러나 본 실시예는 배터리 셀(10)들 사이에 얇은 냉각 플레이트(35)만 개재되므로, 배터리 셀(10)들 간의 간격을 최소화할 수 있으며, 이에 전체적인 부피도 줄일 수 있다.
그리고 외부로 노출된 방열 부재(37)를 통해 열을 외부로 방출하므로, 효과적으로 배터리 셀(10)들의 열을 방출시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 레이저 용접과 밀폐 커버(80)를 이용하여 내부 공간(S)을 밀폐시킨다. 따라서 배터리 셀(10)로부터 유출된 유해 가스가 케이스(50)의 외부로 유출되지 않으며, 밀폐 커버(80)에 형성된 가스 배출구(85)를 통해서만 외부로 배출된다.
이에 가스 배출구(85)에 파이프 등을 연결하여 특정 위치로만 배출 가스가 배출되도록 구성할 수 있으므로, 유해 가스의 누출을 방지할 수 있다.
또한, 내구 공간이 완전히 밀폐되므로, 외부의 더운 공기가 내부 공간(S)으로 유입되어 냉각 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 본 실시예에 따른 배터리 모듈의 제조 방법을 설명한다.
도 3을 참조하면, 먼저 메인 프레임(60)의 개방된 양 측면 각각 배터리 셀들(10a, 이하 내측 배터리 셀)을 결합한다. 이때 내측 배터리 셀들(10a)은 메인 프레임(60) 내부에 배치된 완충 플레이트(65)와 면접촉하도록 결합된다.
이어서, 내측 배터리 셀들(10a)의 외측에 각각 냉각부(30)를 결합한다. 이 과정에서 냉각부(30)의 냉각 플레이트(35)는 내측 배터리 셀들(10a)과 면접촉하도록 배치되고, 방열 부재(37)는 메인 프레임(60)의 외부로 노출되도록 배치된다. 또한 방열 부재(37)와 메인 프레임(60) 사이에는 탄성 부재(39)가 개재된다.
이어서, 냉각부(30)의 외측에 각각 배터리 셀들(10b, 이하 외측 배터리 셀)을 결합한다. 이때 외측 배터리 셀들(10b)은 냉각 플레이트(35)와 면접촉하도록 배치된다.
이어서, 외측 배터리 셀(10b)의 외측에 사이드 커버(70)를 결합한다.
본 단계는 먼저 메인 프레임(60)에 형성된 접합용 돌기(도 4의 69)가 사이드 프레임(72)에 형성된 접합용 홈(도 5의 79)에 삽입되도록 사이드 프레임(72)과 메인 프레임(60)을 결합하는 과정이 수행된다.
본 실시예에 따른 접합용 돌기(69)는 접합용 홈(79)의 깊이보다 더 길게 돌출 형성된다. 따라서 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)을 결합하는 경우, 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)은 견고하게 밀착되지 않으며 약간 들뜬 형태를 이루게 된다.
이어서, 접합용 돌기(69)에 레이저를 조사하여 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)에 접합한다. 이 과정에서 접합용 돌기(69)는 끝단의 일부가 용융된다. 따라서 이러한 상태에서 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)을 가압하여 서로 밀착시키면, 상기한 용융된 부분이 뭉개지면서 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)은 견고하게 밀착된다. 그리고 이러한 상태를 유지하며 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)이 접합된다.
이처럼 접합용 돌기(69)를 접합용 홈(79)의 깊이보다 길게 형성하게 되면, 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)은 접합이 제대로 이루어져야만 사이드 커버(70)와 메인 프레임(60)이 긴밀하게 결합된다. 반면에 제대로 접합이 이루어지지 않은 부분이 존재하는 경우, 해당 부분은 접합용 돌기(69)에 의해 들뜬 상태가 유지된다. 따라서, 접합 여부를 용이하게 확인할 수 있다.
이어서, 밀폐 커버(80)를 메인 프레임(60)과 사이드 커버(70)가 결합된 부분에 결합한다. 이에 배터리 셀(10)이 배치된 내부 공간(S)을 완전히 밀폐시킬 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈 제조 방법은 메인 프레임을 중심으로, 메인 프레임의 양 측에 쌍을 이루며 배터리 셀과 냉각부를 교호로 결합한다. 따라서 상하 방향으로 배터리 셀을 적층하는 방식에 비해, 공차를 줄일 수 있으며, 이에 조립 정밀도를 높일 수 있다. 또한 제조가 용이하다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 배터리 모듈
10: 배터리 셀
30: 냉각부
50: 케이스
60: 메인 프레임
70: 사이드 커버
80: 밀폐 커버

Claims (20)

  1. 내부 공간을 제공하는 케이스;
    상기 케이스의 내부 공간에 배치되는 복수의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀들 사이에 개재되어 상기 배터리 셀들과 면접촉하며 상기 배터리 셀들로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 적어도 하나의 냉각부;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각부는,
    양면이 상기 배터리 셀들과 면접촉하도록 배치되는 냉각 플레이트; 및
    상기 냉각 플레이트와 연결되며 상기 케이스의 외부에 배치되는 방열 부재;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 케이스는,
    양 측면이 개방된 메인 프레임; 및
    상기 메인 프레임의 개방된 양 측면에 결합되어 상기 내부 공간을 완성하는 사이드 커버;
    를 포함하는 배터리 모듈.

  4. 제3항에 있어서, 상기 메인 프레임은,
    상기 메인 프레임의 중심에 배치되는 2장의 완충 플레이트를 포함하며,
    상기 2장의 완충 플레이트는 일정 간격 이격 배치되는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 완충 플레이트는 일측으로 돌출되는 돌출부를 구비하며,
    상기 2장의 완충 플레이트는 상기 돌출부들이 서로 접촉하도록 배치되는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 셀이 면접촉하는 부분에서 상기 배터리 셀의 외형을 따라 배치되는 다수의 셀 가이드를 더 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 셀 가이드는,
    선형 부재의 양단이 직각을 이루도록 상기 선형 부재의 중심을 절곡한 ′ㄱ′ 형상으로 형성되어 상기 배터리 셀의 각 모서리 부분에 접촉하도록 배치되는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서, 상기 셀 가이드는,
    상기 완충 플레이트와, 상기 냉각부에 배치되는 냉각 플레이트에 배치되는 배터리 모듈.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 메인 프레임과 상기 사이드 커버는 모두 수지 재질로 형성되며, 레이저 용접에 의해 상호 접합되는 배터리 모듈.
  10. 제3항에 있어서, 상기 케이스는,
    상기 메인 프레임과 상기 사이드 커버가 결합된 부분에 덧대는 형태로 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐하는 적어도 하나의 밀폐 커버를 더 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 밀폐 커버는,
    상기 메인 프레임 및 상기 사이드 커버와 접촉하는 부분이 탄성을 갖는 재질로 형성되는 배터리 모듈.
  12. 제10항에 있어서, 상기 밀폐 커버는,
    상기 케이스 내부에서 발생된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출구를 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제3항에 있어서, 상기 사이드 커버는,
    배터리 커버와 면접촉하는 커버 플레이트; 및
    상기 커버 플레이트의 둘레를 따라 배치되며, 상기 메인 프레임에 접합되는 사이드 프레임;
    을 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 커버 플레이트는,
    금속 재질로 형성되며, 내부에는 일측으로 돌출되는 돌출부를 구비하는 배터리 모듈.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 방열 부재와 상기 케이스 사이에 개재되는 탄성 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  16. 내부 공간을 제공하는 케이스;
    상기 케이스의 내부 공간에 배치되는 다수의 배터리 셀; 및
    2개의 상기 배터리 셀들 사이에 개재되며, 서로 이격 배치되는 2개의 완충 플레이트;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  17. 내부 공간을 제공하는 케이스; 및
    상기 케이스의 내부 공간에 배치되는 다수의 배터리 셀;
    을 포함하며,
    상기 케이스는,
    양 측면이 개방된 메인 프레임;
    상기 메인 프레임의 개방된 양 측면에 결합되어 상기 내부 공간을 완성하는 사이드 커버; 및
    상기 메인 프레임과 상기 사이드 커버가 결합된 부분에 덧대는 형태로 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐하는 적어도 하나의 밀폐 커버;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  18. 내부에 완충 플레이트가 구비된 메인 프레임의 개방된 양 측면 각각 내측 배터리 셀들 결합하는 단계;
    상기 내측 배터리 셀들의 외측에 각각 냉각부를 결합하는 단계;
    상기 냉각부의 외측에 각각 외측 배터리 셀을 결합하는 단계; 및
    상기 외측 배터리 셀의 외측에 사이드 커버를 접합하는 단계;
    를 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 사이드 커버를 결합하는 단계는,
    상기 메인 프레임에 형성된 돌기가 상기 사이드 커버에 형성된 홈에 삽입되도록 결합하는 단계; 및
    레이저를 상기 돌기에 조사하여 상기 사이드 커버를 상기 메인 프레임에 접합하는 단계;
    를 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    적어도 하나의 밀폐 커버를 상기 메인 프레임과 상기 사이드 커버가 결합된 부분에 결합하여 상기 배터리 셀이 배치된 내부 공간을 밀폐하는 단계를 더 포함하는 배터리 모듈 제조 방법.
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