KR101615941B1 - Battery Module Having Structure for Prevention of Coolant and Venting Gas Mixing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들과 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 카트리지들을 포함하는 전지모듈로서, 상기 카트리지는 전지셀과 접하는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고, 상기 냉각 핀은 2장의 냉각 플레이트들로 이루어져 있고, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로가 형성하기 위해 상호 이격된 상태로 카트리지 프레임에 장착되어 있고, 상기 카트리지 프레임에는 냉각 플레이트들의 냉매 유로와 연통되는 개구가 천공되어 있으며, 상기 카트리지 프레임과 전지셀에 의해 설정된(defined) 공간이 냉매 유로로부터 격리되도록, 하나의 카트리지 및 그것과 인접한 카트리지 사이의 적층 계면에는 실링부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.The present invention relates to a battery module comprising at least two battery cells stacked and arranged in a stacked manner and capable of charging and discharging and cartridges each forming a battery cell laminate structure by fixing the battery cells, Wherein the cooling fins are made of two cooling plates and the two cooling plates are mounted on the cartridge frame so as to be spaced apart from each other to form a coolant flow passage, The cartridge frame is provided with an opening communicating with the refrigerant flow path of the cooling plates. The cartridge frame and the cartridge frame are separated from each other so that a space defined by the cartridge frame and the battery cell is isolated from the refrigerant passage. Characterized in that a sealing member is provided A battery module is provided.
Description
본 발명은 냉매 및 배기 가스의 혼합을 방지하는 구조를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들과 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 카트리지들을 포함하는 전지모듈로서, 상기 카트리지는 전지셀과 접하는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고, 상기 냉각 핀은 2장의 냉각 플레이트들로 이루어져 있고, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로가 형성하기 위해 상호 이격된 상태로 카트리지 프레임에 장착되어 있고, 상기 카트리지 프레임에는 냉각 플레이트들의 냉매 유로와 연통되는 개구가 천공되어 있으며, 상기 카트리지 프레임과 전지셀에 의해 설정된(defined) 공간이 냉매 유로로부터 격리되도록, 하나의 카트리지 및 그것과 인접한 카트리지 사이의 적층 계면에는 실링부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module including a structure for preventing mixing of a refrigerant and an exhaust gas, and more particularly, to a battery module having a structure in which two or more battery cells, A battery module comprising cartridges forming a laminated structure, the cartridge including a cooling fin in contact with a battery cell, and a cartridge frame fixing the cooling fin, the cooling fin comprising two cooling plates, Wherein the two cooling plates are mounted on the cartridge frame so as to be spaced apart from each other to form a coolant passage, and an opening communicating with the coolant channel of the cooling plates is perforated in the cartridge frame, In order to isolate the defined space from the refrigerant channel, And is layered between it and the adjacent cartridges of the battery module, it characterized in that a sealing member is interposed.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈이 사용된다.In a small mobile device, one or a few battery cells are used per device, while a large and medium-sized device such as an automobile uses a battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected to each other due to the necessity of a high output large capacity.
전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.Since the battery module is preferably manufactured with a small size and weight, a prismatic battery, a pouch-shaped battery, or the like, which can be charged with high integration density and have a small weight to capacity, is mainly used as a battery cell (unit cell) of a battery module. In particular, a pouch-shaped battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has recently attracted a lot of attention due to its advantages such as small weight, low manufacturing cost, and easy shape deformation.
이러한 전지모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로, 이와 같은 고출력 대용량 이차전지는 충방전 과정에서 다량의 열을 발생시킨다. 특히, 상기 전지모듈에 널리 사용되는 파우치형 전지의 라미네이트 시트는 열전도성이 낮은 고분자 물질로 표면이 코팅되어 있으므로, 전지셀 전체의 온도를 효과적으로 냉각시키기 어렵다.Since the battery cells constituting the battery module are composed of a rechargeable secondary battery, such a high output large capacity secondary battery generates a large amount of heat in the charging and discharging process. Particularly, since the laminate sheet of the pouch-type battery widely used in the battery module is coated with a polymer material having a low thermal conductivity, it is difficult to effectively cool the entire battery cell.
충방전 과정에서 발생한 전지모듈의 열이 효과적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지모듈의 열화를 촉진하며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발을 유발할 수 있다. 따라서, 고출력 대용량의 전지모듈에는 그것에 내장되어 있는 전지셀들을 냉각시키는 냉각 시스템이 필요하다.If the heat of the battery module generated during the charging and discharging process can not be effectively removed, heat accumulation may occur, thereby accelerating the deterioration of the battery module and possibly causing ignition or explosion. Therefore, a high-capacity, large-capacity battery module requires a cooling system that cools the battery cells built therein.
이러한 냉각 시스템은 주로 냉매를 전지모듈의 내부로 강제 순환시켜 전지셀로부터 열을 제거하는 방식, 즉, 전지모듈을 구성하는 전지셀 또는 단위모듈의 표면에 대한 냉매의 접촉식 냉각 방식을 취하고 있다. 냉매로는 주로 공기와 같은 기체가 사용되므로, 전체적으로 접촉식 공냉 냉각 방식으로 이루어져 있다.Such a cooling system mainly adopts a method of forcibly circulating a refrigerant to the inside of the battery module to remove heat from the battery cell, that is, a contact type cooling method of the refrigerant on the surface of the battery module or the unit module constituting the battery module. As the refrigerant mainly uses air such as air, it is formed as a whole by the contact type air cooling method.
그러나, 전지모듈의 냉각 시스템은 전지모듈을 구성하는 각각의 전지셀들로 냉매가 고르게 효율적으로 도달할 수 있도록 구성되어야 하므로, 냉각 효율을 높일 수 있는 다수의 부재를 사용하여 전지모듈을 제조하는 경우, 전지모듈의 크기와 제조비용의 증가를 유발하는 주요 요인이 된다. 또한, 전지모듈과 같은 크기가 큰 전지 시스템은 EV, HEV 등과 같이 한정된 탑재 공간에 적용되기가 용이하지 않으므로, 더욱 콤팩트하면서 높은 냉각 효율을 제공할 수 있는 냉각 시스템에 대한 필요성이 높은 실정이다. However, since the cooling system of the battery module must be configured so that the refrigerant can reach the respective battery cells constituting the battery module evenly and efficiently, when the battery module is manufactured using a plurality of members capable of increasing the cooling efficiency , Which leads to an increase in the size and manufacturing cost of the battery module. In addition, since the battery system having the same size as the battery module is not easily applied to a limited space such as EV, HEV, etc., there is a high need for a cooling system capable of providing a more compact and high cooling efficiency.
또한, 고온의 환경에 노출되거나 또는 오작동 등에 의하여 전지셀에서 내부 단락이 발생하면, 양극 계면에서 전해액의 분해 반응이 일어나게 되고 그로 인해 가스가 다량 발생하여 결국 내압의 증가로 전지케이스가 파열되어 전지셀 외부로 배출된다. 일반적으로 이러한 내부 가스는 일산화탄소 등과 같은 인체에 해로운 유독 성분을 포함하고 있으며, 전지셀로부터 배출된 가스와 전지모듈 내부에 흐르는 냉매가 혼합되면 냉각 효율이 떨어짐과 동시에, 안전성에 관한 문제가 유발된다. 예를 들어, 차량의 경우, 전지셀에서 발생한 내부 가스가 냉매의 순환 과정에서 탑승 공간으로 유입되어 인체에 해를 초래할 수도 있다.In addition, when an internal short circuit occurs in the battery cell due to exposure to a high temperature environment or malfunction, a decomposition reaction of the electrolyte occurs at the positive electrode interface, thereby generating a large amount of gas. As a result, And is discharged to the outside. Generally, such an internal gas contains poisonous components harmful to the human body such as carbon monoxide. When the gas discharged from the battery cell and the refrigerant flowing in the battery module are mixed, the cooling efficiency deteriorates, and safety problems arise. For example, in the case of a vehicle, internal gas generated in the battery cell may flow into the passenger compartment during the circulation of the refrigerant, resulting in damage to the human body.
따라서, 콤팩트한 구조를 가지고, 냉각 효율이 우수하며, 단위전지에서 발생하는 가스와 냉매 유로를 따라 흐르는 냉매가 서로 혼합되는 것을 방지하는 구조로 이루어진 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a battery module having a compact structure, excellent cooling efficiency, and a structure for preventing gas generated in the unit cell and refrigerant flowing along the refrigerant channel from being mixed with each other.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지모듈에서 발생하는 가스와 냉매 유로를 따라 흐르는 냉매가 서로 혼합되는 것을 차단함으로써 수명과 안전성이 향상된 전지모듈을 제공하는 것이다. Specifically, it is an object of the present invention to provide a battery module with improved lifetime and safety by blocking the gas generated in the battery module and the refrigerant flowing along the refrigerant channel from being mixed with each other.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,According to an aspect of the present invention,
적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들과 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조를 형성하는 카트리지들을 포함하는 전지모듈로서, 1. A battery module comprising: at least two battery cells stacked and arranged to be chargeable and dischargeable and a plurality of cartridges each of which is fixed to form a battery cell laminate structure,
상기 카트리지는 전지셀과 접하는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고;Wherein the cartridge includes a cooling fin in contact with the battery cell, and a cartridge frame for fixing the cooling fin;
상기 냉각 핀은 2장의 냉각 플레이트들로 이루어져 있고, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로가 형성하기 위해 상호 이격된 상태로 카트리지 프레임에 장착되어 있고;Wherein the cooling fins are composed of two cooling plates, and the two cooling plates are mounted on the cartridge frame so as to be spaced apart from each other to form a refrigerant passage;
상기 카트리지 프레임에는 냉각 플레이트들의 냉매 유로와 연통되는 개구가 천공되어 있으며;Wherein the cartridge frame is provided with an opening communicating with the refrigerant passage of the cooling plates;
상기 카트리지 프레임과 전지셀에 의해 설정된(defined) 공간이 냉매 유로로부터 격리되도록, 하나의 카트리지 및 그것과 인접한 카트리지 사이의 적층 계면에는 실링부재가 개재되어 있는 구조로 형성될 수 있다. A sealing member may be interposed between one cartridge and a cartridge adjacent thereto so that a space defined by the cartridge frame and the battery cell is isolated from the refrigerant passage.
상기 카트리지 프레임과 전지셀에 의해 설정된(defined) 공간은, 예를 들어 카트리지 프레임들 사이에 전지셀을 고정하였을 때, 카트리지 프레임과 전지모듈 사이의 공간을 의미할 수 있다. 따라서, 전지셀에서 가스가 누출될 때 상기 설정된 공간으로 가스가 배출되며, 본 발명의 전지모듈에서는 상기 설정된 공간을 냉매 유로로부터 격리시키기 위하여 카트리지 프레임들의 적층 계면에 실링부재를 개재한 구조를 포함함으로써, 전지셀로부터 발생한 가스와 냉매 유로를 따라 흐르는 냉매가 서로 혼합되는 것을 방지하여 전지의 수명을 연장하고 안전성을 담보하는 효과를 제공한다.The space defined by the cartridge frame and the battery cell may mean a space between the cartridge frame and the battery module, for example, when the battery cell is fixed between the cartridge frames. Accordingly, when the gas leaks from the battery cell, the gas is discharged to the predetermined space. In the battery module of the present invention, a sealing member is interposed at the interface between the cartridge frames to isolate the predetermined space from the refrigerant passage , The gas generated from the battery cell and the refrigerant flowing along the refrigerant passage are prevented from being mixed with each other, thereby prolonging the service life of the battery and securing safety.
하나의 구체적인 예에서, 상기 실링부재는 카트리지 프레임의 개구가 형성되어 있는 일측 방향, 및 그 대향측 방향의 적층 계면에 개재될 수 있다. 상기 카트리지 프레임의 개구는 냉매가 냉각 플레이드들 사이의 냉매 유로로 유입되거나 외부로 배출되는 냉매 유입구 또는 배출구 역할을 수행하며, 이러한 개구와 인접한 카트리지 프레임들의 적층 계면 사이를 통해 냉매가 유입되는 것을 방지하도록 실링부재를 카트리지 프레임들의 적층 계면에 개재시킨 구조로 이루어질 수 있다. In one specific example, the sealing member may be interposed in one direction in which the opening of the cartridge frame is formed, and in the lamination interface in the opposite direction. The opening of the cartridge frame serves as a refrigerant inlet or outlet for the refrigerant to flow into or out of the refrigerant channel between the cooling plates and to prevent the refrigerant from flowing through the space between the openings of the cartridge frame A sealing member may be interposed between the lamination interfaces of the cartridge frames.
또 다른 예에서, 상기 카트리지들이 전지셀들과 함께 적층되어 있는 구조에서, 상기 실링부재는 전지셀들에서 전극단자가 돌출되어 있는 부위를 제외한 카트리지 프레임의 적층 계면에 개재될 수 있다. In another example, in the structure in which the cartridges are stacked together with the battery cells, the sealing member may be interposed in the lamination interface of the cartridge frame except for the portion where the electrode terminals protrude from the battery cells.
즉, 카트리지에 전지셀들이 장착되어 고정되어 있는 구조에서, 전지셀에 냉매가 직접적으로 접촉되는 것을 방지하도록, 전지셀이 장착된 공간과 냉매가 유동하는 공간을 격리하는 구조로서 상기 실링부재는 카트리지 프레임의 적층 계면 중 다양한 위치에서 개재될 수 있다.That is, in a structure in which battery cells are mounted and fixed in a cartridge, a structure for isolating a space in which the battery cell is mounted and a space in which the refrigerant flows, so as to prevent the refrigerant from directly contacting the battery cell, Can be interposed at various positions in the laminated interface of the frame.
이러한 실링부재는 밀봉성이 향상되도록 탄성을 가지는 패드 구조로 이루어질 수 있다. Such a sealing member may be made of a pad structure having elasticity so as to improve the sealing property.
상기 실링부재의 소재는 탄성을 가지는 고무, 실리콘, 또는 탄성 고분자 수지일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. The material of the sealing member may be elastic rubber, silicone, or elastic polymer resin, but is not limited thereto.
상기 카트리지를 구성하는 카트리지 프레임의 내측에는 냉매 유로를 형성하면서 전지셀을 지지하는 둘 이상의 리브(rib)들이 형성될 수 있다. 이러한 리브들은, 예를 들어, 냉매 유로의 방향으로 평행 배열된 구조로 형성될 수 있다. Two or more ribs for supporting the battery cell may be formed inside the cartridge frame constituting the cartridge while forming a coolant passage. These ribs may be formed in a structure arranged in parallel to the direction of the refrigerant flow path, for example.
또한, 상기 카트리지 프레임에 형성되어 있는 개구의 폭은 리브들 사이의 간격에 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 구체적인 예로, 카트리지 프레임에는 리브들 사이의 간격에 대응하는 크기로 개구가 형성될 수 있으며, 이러한 개구는 냉매가 냉매 유로로 유입되거나 또는 배출되는 역할을 수행하므로, 카트리지 프레임의 일측에 냉매가 유입되는 개구들이 형성되고, 타측에 냉매가 배출되는 개구들이 형성될 수 있다. Further, the width of the opening formed in the cartridge frame may be a size corresponding to the interval between the ribs. For example, an opening may be formed in the cartridge frame to a size corresponding to the interval between the ribs, and the opening serves to allow the refrigerant to flow into or out of the refrigerant passage, so that the refrigerant flows into one side of the cartridge frame Openings may be formed and openings through which the refrigerant is discharged to the other side.
상기 냉각 플레이트들은 전지셀과의 접촉 면적을 넓혀 열이 효율적으로 전도되도록 전지셀과 접하는 면이 평평한 형상(flat shape)으로 형성될 수 있다. The cooling plates may be formed in a flat shape so as to contact the battery cells so that heat is efficiently conducted by enlarging a contact area with the battery cells.
하나의 구체적인 예에서, 상기 냉각 플레이트들은 카트리지 프레임의 개구가 형성되어 있는 일측 방향, 및 그 대향측 방향의 양 단부들이 카트리지 프레임과 일체로 장착되어 있는 구조로 형성될 수 있다. In one specific example, the cooling plates may be formed in a structure in which one side in which the opening of the cartridge frame is formed, and both opposite ends in the opposite side are integrally mounted with the cartridge frame.
상기 냉각 플레이트들은 카트리지 프레임에 일체로 장착되어 있는 구조일 수 있다. 상기 카트리지 프레임에 냉각 플레이트들이 장착되는 구조는 조립, 부착, 또는 인서트 사출 형성 등 다양한 방법으로 형성이 가능하지만 이러한 방법들로 한정되지는 않는다.And the cooling plates may be integrally mounted to the cartridge frame. The structure in which the cooling plates are mounted on the cartridge frame can be formed by various methods such as assembly, attachment, or insert injection formation, but is not limited thereto.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 적층구조는, 하나의 카트리지 및 그것과 인접한 카트리지 사이에 2개의 전지셀들이 장착되어 있는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 카트리지-전지셀-전지셀-카트리지의 반복적인 구조로 형성될 수 있으며, 따라서 인접한 2개의 전지셀 중 하나의 전지셀의 상면이 상부에 위치한 카트리지와 접하고, 다른 하나의 전지셀의 하면은 하부에 위치한 카트리지와 접하는 구조로 형성될 수 있다. In one specific example, the battery cell laminate structure may be formed in a structure in which two battery cells are mounted between one cartridge and an adjacent cartridge. That is, the cartridge-battery cell-the battery cell-can be formed in a repetitive structure of the cartridge, so that the upper surface of one of the two adjacent battery cells is in contact with the upper-positioned cartridge, And may be formed in a structure in contact with the cartridge positioned at the lower side.
상기 전지셀의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 장방형의 폭보다 넓이가 넓은 구조의 판상형 전지셀일 수 있다. 구체적으로 상기 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.The structure of the battery cell is not particularly limited, and may be, for example, a plate-shaped battery cell having a width wider than a width of a rectangular shape. Specifically, the plate-shaped battery cell may be a pouch-shaped battery cell having a structure in which an outer circumferential surface of the cell case is sealed with an electrode assembly embedded in a cell case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
구체적으로는, 상기 판상형 전지셀은 양극, 분리막, 음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.Specifically, the plate-shaped battery cell is a pouch-shaped battery cell in which an electrode assembly having an anode, a separator, and a cathode structure is sealed inside a battery case together with an electrolytic solution, and is a plate-shaped battery cell having a generally rectangular parallelepiped structure . Such a pouch-shaped battery cell is generally composed of a battery case of a pouch type, and the battery case is composed of an outer coating layer made of a polymer resin having excellent durability; A barrier layer made of a metal material exhibiting barrier properties against moisture, air, and the like; And an inner sealant layer composed of a polymer resin that can be thermally fused, are laminated in this order.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조 등을 들 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.The case of the pouch-type battery cell may have a variety of structures. For example, the case may be a two-unit member, which houses the electrode assembly in the housing portion formed on the upper and / or lower inner surface, And a structure for sealing by heat fusion. A pouch-shaped battery cell having such a structure is disclosed in PCT International Application No. PCT / KR2004 / 003312 of the present applicant, which application is incorporated herein by reference.
상기 전지셀은 외주면의 일측에 양극 및 음극 단자가 돌출되어 있거나, 또는 외주면의 일측에 양극 단자가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자가 돌출되어 있는 구조일 수 있다.The battery cell may have a structure in which positive and negative terminals are protruded on one side of the outer circumferential surface or a positive terminal is protruded on one side of the outer circumferential surface and a negative terminal is protruded on the opposite side.
한편, 본 발명에 따른 전지모듈은, 상기 전지셀이 카트리지에 고정되어 상하로 적층되어 있는 전지셀 적층 구조의 상단 및 하단을 각각 지지하는 상단 플레이트 및 하단 플레이트, 및 전지셀들의 전극단자가 돌출되어 있는 일측 및 그 대향측을 각각 감싸도록 장착되어 있는 전면 플레이트 및 후면 플레이트를 추가로 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. The battery module according to the present invention includes an upper plate and a lower plate for respectively supporting upper and lower ends of the battery cell stack structure in which the battery cells are fixed to the cartridge and stacked vertically and electrode terminals of the battery cells are protruded And a front plate and a rear plate which are mounted so as to surround one side and the opposite side thereof, respectively.
경우에 따라서, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트 중 적어도 하나에는 강성을 향상시키기 위한 둘 이상의 비드(bead)들이 형성되어 있을 수 있다. 이러한 비드들은, 예를 들어 폭 대비 길이가 긴 형상으로 상단 플레이트 또는 하단 플레이트 상에서 돌출되어 있거나 만입되어 있는 구조들이 평행하도록 배열되는 구조로 형성될 수 있다. In some cases, at least one of the upper plate and the lower plate may be formed with two or more beads for improving rigidity. These beads may be formed in such a structure that the structures protruding or recessed on the upper plate or the lower plate in a shape having a length to width ratio, for example, are arranged in parallel.
또한, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트 중 적어도 하나에는, 전지셀들에서 전극단자가 돌출된 일측, 및 그 대향측 방향의 모서리를 경유하도록 수직 절곡된 형상으로 연장되어 있는 구조를 이룰 수 있다. 이러한 수직 절곡된 연장 부위는 상기 전면 플레이트 또는 후면 플레이트와 결합되어 고정될 수 있다. In addition, at least one of the upper plate and the lower plate may have a structure in which the battery cells extend in a vertically bent shape so as to pass through the one side where the electrode terminals protrude from the battery cells and the opposite side edges. The vertical bent extension portion may be fixedly coupled with the front plate or the rear plate.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다. The present invention also provides a battery pack including the battery module as a unit module.
상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The battery pack may be manufactured by assembling the battery module as a unit module according to a desired output and capacity. In consideration of mounting efficiency and structural stability, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, A storage device, etc., but the scope of application is not limited thereto.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장 장치일 수 있다.Accordingly, the present invention provides a device comprising the battery pack as a power source, and the device can be specifically an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle or a power storage device.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure and manufacturing method of such a device are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 카트리지 프레임과 전지셀에 의해 설정된 공간이 냉매 유로와 격리된 구조를 포함함으로써, 전지셀로부터 발생한 가스와 냉매 유로를 따라 흐르는 냉매가 서로 혼합되는 것을 방지하여 전지의 수명을 연장하고 안전성을 담보하는 효과를 제공한다.As described above, the battery module according to the present invention includes a structure in which the space defined by the cartridge frame and the battery cell is isolated from the refrigerant passage, so that the gas generated from the battery cell and the refrigerant flowing along the refrigerant passage are mixed with each other Thereby prolonging the life of the battery and securing safety.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈의 상부 부위가 분해된 구조의 사시도이다;
도 3은 도 2의 카트리지에 전지셀들이 장착된 구조에 관한 모식도이다;
도 4는 도 3의 분해도이다;
도 5는 도 1의 A-A에 관한 단면도이다;
도 6은 도 5의 B 부위에 관한 확대도이다.1 is a perspective view of a battery module according to one embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a perspective view of a structure in which the upper portion of the battery module of FIG. 1 is disassembled; FIG.
3 is a schematic view of a structure in which battery cells are mounted on the cartridge of FIG. 2;
Figure 4 is an exploded view of Figure 3;
5 is a cross-sectional view taken along line AA of Fig. 1;
6 is an enlarged view of a portion B in Fig.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 상부 부위가 분해된 구조의 사시도가 도시되어 있다. FIG. 1 is a schematic view of a battery module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a structure in which the upper portion of FIG. 1 is disassembled.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 적층 구조(110), 하단 플레이트(170), 상단 플레이트(180), 전면 플레이트(192), 및 후면 플레이트(194)를 포함하는 구조로 구성되어 있다. 1 and 2, the
하단 플레이트(170)는 전지셀 적층 구조(110)의 하단을 지지하고, 상단 플레이트(180)는 하단 플레이트(170) 상에 위치한 전지셀 적층 구조(110)의 최상부를 고정하고 있다. 즉, 전지셀 적층 구조(110)의 상부 및 하부에 각각 위치한 상단 플레이트(180) 및 하단 플레이트(170)는 전지셀 적층 구조(110)의 상부 및 하부를 압박하여 고정하는 구조로 이루어져 있다. The
상단 플레이트(180) 및 하단 플레이트(170)에는 강성을 향상시키고 전지셀 적층 구조(110)를 더욱 압박하여 밀착시킬 수 있도록, 다수의 비드들(182)이 형성되어 있다. The
전지셀 적층 구조(110)는 전지셀들(120) 및 카트리지들(130)이 교번 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. 카트리지(130)는 전지셀들(120) 사이에 개재되는 2장의 냉각 플레이트들(134a, 134b), 냉각 플레이트들(134a, 134b)을 고정하는 카트리지 프레임(132)을 포함하고 있으며, 전지셀들(120)을 각각 고정하여 전지셀 적층 구조(110)를 형성하고 있다.The battery
전지셀(120)은 외주면의 일측에 양극 단자(122)가 돌출되어 있고 대향하는 반대측에 음극 단자(124)가 돌출되어 있는 구조의 판상형 파우치형 전지셀(120)로 이루어져 있으며, 인접한 카트리지들(130) 사이에 전지셀(120)이 고정되는 구조로 이루어져 있다.The
카트리지(130)는 전지셀들(120) 사이에 개재되는 2장의 냉각 플레이트들(134a, 134b)로 구성된 냉각 핀, 및 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임(132)을 포함하고 있으며, 내측에 냉매 유로를 형성하고 있다. 또한, 카트리지(130)에는 전지셀(120)의 양극 및 음극 단자(122, 124)가 돌출된 방향과 인접한 양 측면 방향에 냉매 유로와 연통되는 개구들(135)이 천공되어 있다.The
또한, 상단 플레이트(180) 및 하단 플레이트(170)의 외주면 단부에는, 전지셀들(120)에서 전극단자(122, 124)가 돌출된 일측, 및 그 대향측 방향의 모서리를 경유하도록 수직 절곡된 형상으로 단부가 연장되어 있고, 이러한 수직 절곡된 연장 부위(184)는 전면 플레이트(192) 또는 후면 플레이트(194)와 결합되어 고정되는 구조로 이루어져 있다. The upper end of the
도 3에는 도 2의 카트리지에 전지셀들이 장착된 구조에 관한 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 분해도가 도시되어 있다.Fig. 3 is a schematic view showing a structure in which battery cells are mounted on the cartridge of Fig. 2, and Fig. 4 is an exploded view of Fig.
도 3 및 도 4를 참조하면, 카트리지(130)는 전지셀들(120) 사이에 개재되는 냉각 핀(132), 및 냉각 핀(132)을 고정하는 카트리지 프레임(136)을 포함하고 있다. 냉각 핀(132)은 적층된 2장의 냉각 플레이트들(132a, 132b)로 이루어져 있고, 2장의 냉각 플레이트들(132a, 132b)은 냉매 유로가 형성되도록 상호 이격된 상태로 카트리지 프레임에 결합되어 있으며, 카트리지 프레임(136)에는, 냉각 플레이트들(132a, 132b)의 냉매 유로와 연통되는 개구(135)가 천공되어 있다. 3 and 4, the
카트리지 프레임(132)의 내측에는 다수의 리브(rib)들(133)이 평행한 구조로 형성되어 있어서, 리브들(133) 사이의 공간을 통하여 냉매의 흐름을 유도하는 구조로 형성되어 있다. 이 때, 개구(135)의 폭(L1)은 리브들(133) 사이의 간격(L2)에 대응하는 크기로 형성되어 있고, 리브들(133) 사이의 공간들에 대응하도록 각각 개구들(135)이 위치하는 구조로 형성되어 있어서, 개구들(135)은 리브들(133) 사이에 형성된 냉매 유로에 관한 냉매 유입구 및 냉매 배출구의 역할을 수행하는 구조로 이루어져 있다. A plurality of
도 5에는 도 1의 A-A에 관한 단면을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 B 부위에 관한 확대도가 도시되어 있다. Fig. 5 is a schematic view showing a cross section taken along line A-A in Fig. 1, and Fig. 6 is an enlarged view showing a portion B in Fig.
도 5 및 도 6을 도 2와 함께 참조하면, 카트리지 프레임(132)의 적층 계면에는, 카트리지 프레임(132)과 전지셀(120) 사이의 설정 공간(S)을 냉매 유로로부터 격리하기 위한 실링부재(140)가 개재되어 있다. 이러한 실링부재(140)는 카트리지 프레임(132)의 적층 계면을 통해 냉매가 설정 공간(S)으로 유입되거나, 또는 전지셀(120)에서 발생한 가스가 냉매의 유동 경로로 유입되는 것을 방지하도록 밀봉성을 향상시키는 역할을 수행한다.5 and 6 together with FIG. 2, a sealing member for isolating the set space S between the
2 장의 냉각 플레이트들(134a, 134b)은 전지셀(120)과의 접촉 면적을 넓히기 위하여 전지셀(120)과 접하는 면이 평평한 형상으로 형성되어 있으며, 냉각 플레이트들(134a, 134b)은 카트리지 프레임(132)의 개구(135)가 형성되어 있는 일측 방향, 및 그 대향측 방향의 양 단부들이 카트리지 프레임(132)과 인서트 사출 성형에 의하여 일체로 장착되어 있다. The two
전지셀 적층구조(110)에서, 하나의 카트리지(130) 및 그것과 인접한 카트리지(130) 사이에는 2개의 전지셀들(120)이 장착되어 있다. 즉, 카트리지-전지셀-전지셀-카트리지의 반복적인 구조로 형성되어 있으며, 인접한 2개의 전지셀(120) 중 하나의 전지셀의 상면이 상부에 위치한 카트리지(130)와 접하고, 다른 하나의 전지셀(120)의 하면은 하부에 위치한 카트리지(130)와 접하는 구조로 형성되어 있다.
In the battery
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (23)
상기 카트리지는 전지셀과 접하는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀을 고정하는 카트리지 프레임을 포함하고 있고;
상기 냉각 핀은 2장의 냉각 플레이트들로 이루어져 있고, 상기 2장의 냉각 플레이트들은 냉매 유로가 형성하기 위해 상호 이격된 상태로 카트리지 프레임에 장착되어 있고;
상기 카트리지 프레임에는 냉각 플레이트들의 냉매 유로와 연통되는 개구가 천공되어 있으며;
상기 카트리지 프레임과 전지셀에 의해 설정된(defined) 공간이 냉매 유로로부터 격리되도록, 하나의 카트리지 및 그것과 인접한 카트리지 사이의 적층 계면에는 실링부재가 개재되어 있고;
상기 전지셀이 카트리지에 고정되어 상하로 적층되어 있는 전지셀 적층 구조의 상단 및 하단을 각각 지지하는 상단 플레이트 및 하단 플레이트; 및 전지셀들의 전극단자가 돌출되어 있는 일측 및 그 대향측을 각각 감싸도록 장착되어 있는 전면 플레이트 및 후면 플레이트를 추가로 포함하고 있으며;
상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트 중 적어도 하나에는, 전지셀들에서 전극단자가 돌출된 일측, 및 그 대향측 방향의 모서리를 경유하도록 수직 절곡된 형상으로 연장되어 있고, 상기 수직 절곡된 연장 부위는 상기 전면 플레이트 또는 후면 플레이트와 결합되어 있고,
상기 냉각 플레이트들은 카트리지 프레임의 개구가 형성되어 있는 일측 방향, 및 그 대향측 방향의 양 단부들이 인서트 사출 성형에 의해 카트리지 프레임과 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.1. A battery module comprising: at least two battery cells stacked and arranged to be chargeable and dischargeable and a plurality of cartridges each of which is fixed to form a battery cell laminate structure,
Wherein the cartridge includes a cooling fin in contact with the battery cell, and a cartridge frame for fixing the cooling fin;
Wherein the cooling fins are composed of two cooling plates, and the two cooling plates are mounted on the cartridge frame so as to be spaced apart from each other to form a refrigerant passage;
Wherein the cartridge frame is provided with an opening communicating with the refrigerant passage of the cooling plates;
A sealing member is interposed in a laminated interface between one cartridge and an adjacent cartridge so that a space defined by the cartridge frame and the battery cell is isolated from the refrigerant passage;
An upper plate and a lower plate respectively supporting the upper and lower ends of the battery cell laminate structure in which the battery cells are fixed to the cartridge and stacked up and down; And a front plate and a rear plate mounted to surround one side of the battery cells where the electrode terminals protrude and their opposite sides, respectively;
Wherein at least one of the upper plate and the lower plate extends in a vertically bent shape so as to pass through one side of the battery cells from which the electrode terminal protrudes and the opposite side edge thereof, Coupled to the plate or back plate,
Wherein the cooling plates are integrally mounted to the cartridge frame by insert injection molding in one side direction in which the opening of the cartridge frame is formed and both opposite ends thereof in the opposite side direction.
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