KR-102961118-B1 - BATTERY MODULE

Abstract

본 발명의 일 실시예와 관련된 배터리모듈은, 단자부를 갖는 복수의 배터리셀, 각각의 배터리셀이 안착되는 복수의 안착부를 갖고, 복수 개의 배터리셀이 수용되는 수용공간을 갖는 케이스, 각각의 배터리셀의 직경보다 큰 직경을 갖는 복수의 지지홀을 갖고, 상기 케이스 내 수용공간을 냉각수가 수용되는 냉각 공간 및 각각의 배터리셀의 단자부가 위치하는 단자 노출 공간으로 구획하도록 상기 케이스에 장착되는 중간 프레임 및 상기 단자 노출 공간에서, 상기 배터리셀의 단자부 및 상기 중간 프레임의 일면을 둘러싸도록 마련된 제1 영역 및 상기 제1 영역과 연결되고, 각각의 배터리셀과 지지홀 사이 공간으로 충진된 제2 영역을 갖는 포팅부를 포함한다.

Inventors

• 정민용
• 최범
• 정재헌
• 김인혁

Assignees

• 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240528

Priority Date

20230531

Claims (16)

1. 단자부를 갖는 복수의 배터리셀; 각각의 배터리셀이 안착되는 복수의 안착부를 갖고, 복수 개의 배터리셀이 수용되는 수용공간을 갖는 케이스; 각각의 배터리셀의 직경보다 큰 직경을 갖는 복수의 지지홀을 갖고, 상기 케이스 내 수용공간을 냉각수가 수용되는 냉각 공간 및 각각의 배터리셀의 단자부가 위치하는 단자 노출 공간으로 구획하도록 상기 케이스에 장착되는 중간 프레임; 및 상기 배터리셀의 단자부 및 상기 중간 프레임의 일면을 둘러싸도록 상기 단자 노출 공간에 마련된 제1 영역, 상기 제1 영역과 연결되고 각각의 배터리셀과 지지홀 사이의 틈새 공간으로 충진되어 각각의 배터리셀과 지지홀 사이의 틈새를 밀봉하도록 마련된 제2 영역, 및 상기 중간 프레임과 상기 케이스 사이의 틈새에 충진되도록 마련된 제3 영역을 갖는 포팅부를 포함하고, 상기 포팅부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역, 및 상기 제3 영역이 일체로 형성된, 배터리모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 포팅부는 제2 영역이 상기 지지홀과 상기 배터리셀 사이의 틈새 공간을 전체적으로 둘러싸도록 마련된 배터리모듈.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 단자노출공간에서 상기 배터리셀의 단자부에 전기적으로 연결된 버스바를 추가로 포함하고, 상기 포팅부는 상기 단자 노출 공간에서 상기 배터리셀의 단자부 및 상기 버스바를 둘러싸도록 마련된, 배터리모듈.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 단자부는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하며, 상기 양극 단자 및 음극 단자는 상기 단자 노출 공간에서 각각 양극 버스바 및 음극 버스바와 전기적으로 연결된 배터리 모듈.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 포팅부는 상기 단자 노출 공간에 방수 접착제가 도포 및 경화되어 제1 영역과 제2 영역이 형성된 배터리 모듈.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 방수 접착제는 제1 점도를 갖는 에폭시 계열의 주제 및 제1 점도와 다른 제2 점도를 갖는 경화제가 혼합된, 배터리모듈.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 방수 접착제는 25,000cp 내지 30,000cp의 범위의 점도를 갖는, 배터리모듈.
9. 제 4 항에 있어서, 각각의 배터리셀은 버스바와 연결되는 단자부의 반대방향에 마련된 벤트부를 갖고, 케이스의 안착부는 배터리셀의 벤트부가 수용되는 안착홈을 포함하는 배터리모듈.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 배터리셀의 벤트부를 상기 안착홈에 접착시키기 위한 접착부를 추가로 포함하는, 배터리모듈.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 케이스는 복수 개의 안착홈이 마련된 바닥부를 갖고, 상기 케이스는 상기 안착홈의 반대측인 상기 바닥부의 외측에 복수의 벤트홈을 갖는 배터리 모듈.
12. 제 11 항에 있어서, 각각의 벤트홈은 중심이 각각의 안착홈의 중심과 동축 상에 위치되게 마련된 배터리모듈.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 케이스는 상기 안착홈과 상기 벤트홈 사이에 마련된 안착 리브를 갖고, 상기 안착 리브는 상기 케이스의 바닥부의 두께보다 얇은 두께를 가지는, 배터리모듈.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 벤트홈을 둘러싸도록 상기 케이스에 연결된 하부 프레임을 추가로 포함하는 배터리 모듈.
15. 제 14 항에 있어서, 배터리셀의 벤트부를 통해 배출된 화염은 벤트홈 및 하부 프레임 사이 공간으로 이동되는 배터리 모듈.
16. 단자부를 갖는 복수의 배터리셀; 각각의 배터리셀이 안착되는 복수의 안착부를 갖고, 복수 개의 배터리셀이 수용되는 수용공간을 갖는 케이스; 각각의 배터리셀의 직경보다 큰 직경을 갖는 복수의 지지홀을 갖고, 상기 케이스 내 수용공간을 냉각수가 수용되는 냉각 공간 및 각각의 배터리셀의 단자부가 위치하는 단자 노출 공간으로 구획하도록 상기 케이스에 장착되는 중간 프레임; 및 상기 배터리셀의 단자부 및 상기 중간 프레임의 일면을 둘러싸도록 상기 단자 노출 공간에 마련된 제1 영역, 상기 제1 영역과 연결되고 각각의 배터리셀과 지지홀 사이의 틈새 공간으로 충진되어 각각의 배터리셀과 지지홀 사이의 틈새를 밀봉하도록 마련된 제2 영역, 및 상기 중간 프레임과 상기 케이스 사이의 틈새에 충진되도록 마련된 제3 영역을 갖는 포팅부를 포함하고, 상기 포팅부는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역, 및 상기 제3 영역이 일체로 형성되며, 상기 케이스의 내면에는 단턱부가 마련되고, 상기 단턱부에 상기 중간 프레임이 안착되며, 상기 중간 프레임은 상기 중간 프레임의 테두리부가 상기 단턱부에 걸리게 상기 케이스의 상기 수용 공간으로 삽입되고, 상기 제3 영역은 상기 중간 프레임과 상기 케이스의 단턱부 사이의 틈새를 밀봉하도록 마련된 배터리 모듈.

Description

배터리모듈{BATTERY MODULE} 본 발명은 배터리모듈에 관한 것이며, 상세하게는 방수 접착제를 이용하여 냉각 공간으로부터 단자 노출 공간을 방수시킬 수 있는 배터리모듈에 관한 것이다. 친환경 차량으로서 기존의 화석 연료를 연소시켜 구동력을 발생시키는 엔진 대신 전기 에너지를 이용하여 구동력을 생성하는 전동기를 적용한 전기 차량, 하이브리드 차량 및 플러그인 하이브리드 차량이 세계적으로 출시되고 있는 상황이다. 이러한 전기 에너지를 이용한 친환경 차량들 중 전기 차량과 플러그인 하이브리드 차량은 계통(grid)에 연결된 외부 충전 설비로부터 전력을 제공받아 차량에 구비된 배터리를 충전하고, 배터리의 충전된 전력을 이용하여 차량 구동에 필요한 운동 에너지를 생산한다 이러한 친환경 차량에 사용되는 배터리는 고출력이 요구되므로 많은 양의 열을 발생시키며 배터리 성능 및 수명을 향상시키기 위해서는 배터리에서 발생하는 열을 효율적으로 배출시켜 배터리가 과열되는 것을 예방하는 것이 매우 중요하다. 종래 배터리의 열을 방출하기 위한 냉각 시스템으로, 공랭 방식 또는 수냉 방식 등이 알려져 있다. 이중, 직접 수냉 방식은 배터리셀을 냉각수에 직접 함침시켜, 배터리셀의 열을 냉각수로 직접 배출시키는 방식이다. 도 1은 종래 기술에 따른 배터리모듈의 구성도를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리셀의 개략도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 직접 수냉 방식의 배터리모듈(10)은 셀 프레임(20)과 셀 프레임(20) 내부에 배열된 복수의 배터리셀(30)을 포함한다. 복수의 배터리셀(30)은 셀 프레임(20) 내에 이격 배치되고, 셀프레임(20)은 내부에 냉각수(W)가 유동 가능한 구조를 갖는다. 상기 셀 프레임(20)은 배터리셀(10)이 삽입되는 조립홀(21)을 갖고, 배터리셀(31)에는 링 형태로 압축 가능한 재질의 테이프(32)가 부착된다. 또한, 튜빙 부재(33)가 배터리셀(30) 및 테이프(32)의 외주면을 둘러싸도록 조립된다. 이때, 상기 튜빙 부재(33)는 배터리셀(30)의 방수 처리를 위한 것으로, 고분자 소재로 형성될 수 있다. 상기 테이프(32)는 배터리셀(31)의 측방향으로 돌출되며, 상기 테이프(32)는 셀 프레임(20)의 조립홀(21)에 억지 끼움된다. 한편, 종래의 배터리모듈(10)에서 방수 구조를 구현하기 위해, 상기 배터리셀(30)에 테이프(32)를 감은 후, 튜빙 부재(33)가 배터리셀(30)의 외면을 둘러싸도록 열처리되었다. 이후, 배터리셀(30)의 테이프(32)가 셀 프레임(20)의 조립홀(21)에 억지 끼움되어, 배터리셀(30)과 셀 프레임(20)의 조립홀(21) 간의 틈새를 밀봉하는 구조를 가졌다. 상기와 같은 조립 과정이 배터리셀(30)마다 진행되는데, 배터리셀(30)의 개수가 많아질수록, 배터리셀(30)과 셀 프레임(20)의 조립홀(21) 간의 조립 불량이 유발될 수 있다. 이에, 배터리셀(30)의 개수가 많아질수록, 배터리셀(30)과 셀 프레임의 조립홀(21) 간의 틈새를 통해, 냉각수(W)가 누설될 가능성이 있다. 또한, 종래의 배터리모듈(10)은 배터리셀(30) 별로 방수를 개별적으로 진행함에 따라, 진동 또는 충격 등의 상황에 의해 셀 프레임(20)과 배터리셀(30) 간의 결합력이 약해질 수 있어, 냉각수(W)가 누설될 가능성이 있다. 또한, 종래의 배터리모듈(10)은 방수 구조를 구현하기 위해, 다수의 부품이 사용되고, 이러한 부품을 조립하는 별도의 공정이 요구되어, 배터리모듈(10)의 조립 공정이 복잡한 문제가 있었다. 도 1은 종래 기술에 따른 배터리모듈의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2는 도 1에 도시된 배터리셀의 개략도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 배터리모듈의 개략도이다. 도 4는 도 3의 선 X-X를 따라 절취한 상태의 단면도이다. 도 5는 도 3에 도시된 배터리 모듈의 각 구성요소가 분리된 상태의 개략도이다. 도 6 내지 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 도 11은 배터리셀의 발화 시, 화염 배출 통로부의 기능을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 대해 설명하기로 한다. 또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 배터리모듈의 개략도이고, 도 4는 도 3의 선 X-X를 따라 절취한 상태의 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 배터리 모듈의 각 구성요소가 분리된 상태의 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈(100)은, 단자부(131)를 갖는 복수의 배터리셀(130)를 포함한다. 상기 배터리 셀(130)은, 이차 전지로서, 원통형, 파우치형, 또는 각형 배터리셀일 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 배터리 셀(130)들이 원통형 배터리 셀인 것을 예로 들어 설명한다. 각각의 배터리 셀(130)에는 가스나 화염 등을 내보내기 위한 벤트부(132)가 구비될 수 있다. 이러한 벤트부(132)는 배터리 셀(130)의 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께로 형성될 수 있다. 이러한 구조에서, 배터리 셀(130)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하면 벤트부(132)가 우선적으로 파단되어 배터리 셀(130) 밖으로 상기 가스나 화염을 배출하게 된다. 본 문서에서, Y축 방향은 배터리셀의 길이방향을 나타내고, X축 방향은 배터리셀의 반경방향을 나타낸다. 각각의 배터리셀(130)은 길이방향(Y축 방향)에 따른 일 단부에 마련된 단자부(131) 및 타 단부에 마련된 벤트부(132)를 가질 수 있다. 상기 벤트부(132)는 단자부(131)의 반대 방향에 위치한다. 본 문서에서, 단자부(131)는 양극 단자(131a) 및 음극 단자(131b)를 포함하며, 양극 단자(131a) 및 음극 단자(131b)는 각각 양극 버스바(161) 및 음극 버스바(162)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 양극 단자(131a) 및 음극 단자(131b)는 배터리셀(130)의 일 단부에서 각각 양극 버스바(161) 및 음극 버스바(162)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리셀(130)은 길이방향(Y축 방향)을 따라 일 단부에서 단자부(131)가 버스바(160)와 전기적으로 연결되고, 타 단부에 벤트부가(132)가 마련된다. 상기 배터리 모듈(100)은 각각의 배터리셀(130)이 안착되는 복수의 안착부(117)를 갖고, 복수 개의 배터리셀(130)이 수용되는 수용공간(112)을 갖는 케이스(110)를 포함한다. 또한, 상기 케이스(110)는 안착부(117)가 마련된 바닥부(116)를 가지며, 상기 안착부(117)는 상기 바닥부(116)의 내측(116a)에 마련된다. 또한, 상기 배터리 모듈(100)은 각각의 배터리셀(130)의 직경(R2)보다 큰 직경(R1)을 갖는 복수의 지지홀(151)을 갖는 중간 프레임(150)을 포함한다. 상기 배터리셀(130)이 원통형 배터리셀인 경우, 상기 지지홀(151)은 원형 또는 타원형의 홀일 수 있다. 상기 지지홀(151)의 개수는 수용공간(112) 내 배치되는 배터리셀(130)의 개수와 동일하게 마련될 수 있다. 상기 중간 프레임(150)은 케이스(110) 내 복수의 배터리셀(130)의 배열 형태에 맞추어 복수 개의 지지홀(115)을 가질 수 있다. 상기 중간 프레임(150)은 상기 케이스(110) 내 수용공간(112)을 냉각수(W)가 수용되는 냉각 공간(113) 및 각각의 배터리셀(130)의 단자부(131)가 위치하는 단자 노출 공간(114)으로 구획하도록 상기 케이스(110)에 장착된다. 또한, 상기 중간 프레임(150)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 중간 프레임(150)은 단자 노출 공간(114)을 향하는 일면(152) 및 냉각 공간(113)을 향하는 타면(153)을 가질 수 있다. 상기 타면(153)은 케이스(110)의 바닥부(116)와 마주하는 면이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 배터리셀(130)의 단자부(131) 및 상기 중간 프레임(150)의 일면(152)을 둘러싸도록 상기 단자 노출 공간(114)에 마련된 마련된 제1 영역(171) 및 상기 제1 영역(171)과 연결되고, 각각의 배터리셀(130)과 지지홀(151) 사이 공간(틈새)으로 충진된 제2 영역(173)을 갖는 포팅부(170)를 포함한다. 상기 포팅부(170)는 제2 영역(173)이 상기 지지홀(151)과 상기 배터리셀(130) 사이의 틈새 공간의 적어도 일부를 둘러싸도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 포팅부(170)는 제2 영역(173)이 상기 배터리셀(130)의 둘레방향을 따라 상기 지지홀(151)과 상기 배터리셀(130) 사이의 틈새 공간을 전체적으로 둘러싸도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 포팅부(170)는 제1 영역(171)과 제2 영역(173)이 일체로 형성될 수 있고, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 단자노출공간(114)에서 상기 배터리셀(130)의 단자부(131)에 전기적으로 연결된 버스바(160)를 포함한다. 상기 포팅부(170)는 상기 단자 노출 공간(114)에서 상기 배터리셀(130)의 단자부(131) 및 상기 버스바(160)를 둘러싸도록 마련될 수 있다. 상기 버스바(160)는 양극 버스바(161) 및 음극 버스바(162)를 포함하며, 단자부(160)를 구성하는 양극 단자(131a) 및 음극 단자(131b)는 배터리셀(130)의 일 단부에서 각각 양극 버스바(161) 및 음극 버스바(162)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 각각의 배터리셀(130)에서, 양극 단자(131a)와 양극 버스바(161)의 용접 부위 및 음극 단자(131b)와 음극 버스바(162)의 용접 부위는 각각 배터리셀(130)의 일 단부에 위치하며, 각각의 배터리셀(130)에서, 양극 단자(131a)와 양극 버스바(161)의 용접 부위 및 음극 단자(131b)와 음극 버스바(162)의