KR102253784B1 - Battery Module with Improved Stability in Long-Term Use - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 셀 모듈 복수개가 적층된 구조인 모듈 적층체의 상단과 하단에 각각 제 1 및 제 2 엔드 플레이트가 지지되어 있는 구조이고; 상기 제 1 및 제 2 엔드 플레이트의 모서리들에는 압축 스프링이 장착되어있는 제 1 관통구들이 형성되어 있으며; 상기 카트리지에는 상기 제 1 관통구들과 상호 연통되는 위치에 제 2 관통구들이 형성되어 있고; 봉상의 체결 부재가 제 1 관통구들과 제 2 관통구들에 연속적으로 삽입되고 볼트에 결합되어 있는 한편, 제 1 관통구들에 장착된 압축 스프링을 경유하는 형태로 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들을 일체로 결합시키고 있으며; 상기 모듈 적층체에서 전지셀들의 부피가 팽창하면, 상기 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.The present invention is a structure in which first and second end plates are supported respectively at the top and bottom of a module stack, in which a plurality of cell modules in which a battery cell is mounted on a cartridge are stacked; First through holes to which compression springs are mounted are formed at corners of the first and second end plates; The cartridge has second through holes formed at positions in communication with the first through holes; The rod-shaped fastening member is continuously inserted into the first through holes and the second through holes and coupled to the bolt, while the module stack and the first and second ends in the form via a compression spring mounted on the first through holes. Integrally joining the plates; When the volume of the battery cells in the module stack is expanded, the compression spring is elastically deformed to offset an increase in the thickness of the module stack in the stacking direction.
Description
본 발명은 장시간 사용에 대한 구조적 안정성이 향상된 전지모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module with improved structural stability against long-term use.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 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 주목받고 있다.Recently, a secondary battery capable of charging and discharging has been widely used as an energy source or auxiliary power device of a wireless mobile device. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), hybrid electric vehicle (HEV), and plug-in hybrid electric vehicle that is proposed as a solution to the air pollution of conventional gasoline vehicles and diesel vehicles that use fossil fuels. It is also attracting attention as a power source such as (Plug-In HEV).
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 보조 전력장치 또는 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈이 사용된다.In small mobile devices, one or two or three battery cells per device are used, whereas in medium- to large-sized devices such as auxiliary power devices or automobiles, due to the necessity of high power and large capacity, a battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected is used. .
전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 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 as much as possible, prismatic batteries and pouch-type batteries that can be charged with a high degree of integration and have a small weight to capacity are mainly used as battery cells (unit cells) of medium and large battery modules. . In particular, pouch-type batteries using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member are attracting a lot of attention due to advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy shape transformation.
전지모듈은 단독으로도 사용이 가능하지만, 둘 이상을 조합하여 전지팩을 구성할 수도 있는데, 이 경우 각각의 전지모듈은 균일한 치수로 제작되는 것이 중요하다. The battery module may be used alone, but two or more may be combined to form a battery pack. In this case, it is important that each battery module is manufactured with uniform dimensions.
각각의 전지모듈이 균일한 치수를 갖지 못하는 경우, 즉, 치수 안정성이 유지되지 않으면 외부로부터 강한 충격이나 진동이 가해질 경우, 전지팩의 내부에서 전지모듈이 고정되지 않아 전지팩의 내구성 또는 안전성 등에 문제를 일으킬 수 있다.When each battery module does not have uniform dimensions, that is, when dimensional stability is not maintained, when a strong shock or vibration is applied from the outside, the battery module is not fixed inside the battery pack, so there is a problem in the durability or safety of the battery pack. Can cause.
이러한 치수 안정성이 유지된다면, 각 치수에 맞도록 구성하여 외부 충격 또는 진동으로부터 전지팩의 내구성 또는 안전성을 도모할 수 있을 것이다. If such dimensional stability is maintained, it is possible to achieve durability or safety of the battery pack from external shock or vibration by configuring to fit each dimension.
일반적으로 전지모듈은 다수의 전지셀들을 적층한 뒤 봉상의 체결 부재를 사용하여 고정하는 방법을 사용하여 왔다. In general, battery modules have used a method of stacking a plurality of battery cells and fixing them using a rod-shaped fastening member.
이에 대해서는 도 1에 종래 기술에 따른 전지모듈의 구조를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1에 따른 전지모듈(10)은 카트리지(1)에 장착된 전지셀들(도시하지 않음)이 적층된 상태에서, 적층체의 상단과 하단에 강성 보강을 위한 엔드 플레이트들(2, 3)이 배열되어 있고, 봉상의 체결 부재(4)에 의해 엔드 플레이트(2, 3)와 카트리지(1)가 일체로 결합된 구조로 이루어져 있다.This will be described in detail with reference to the structure of the battery module according to the prior art in FIG. The
다만, 전지셀의 경우 반복적인 충방전에 의해 그것의 부피가 부풀어오르는 이른바 스웰링 현상이 유발되는데, 이에 따라 도 1에 따른 전지모듈은 전지셀들의 적층 높이가 증가되는 형태로 변형된다. However, in the case of a battery cell, a so-called swelling phenomenon in which the volume of the battery cell swells is caused by repeated charging and discharging, and accordingly, the battery module according to FIG. 1 is deformed in a form in which the stacking height of the battery cells is increased.
이 경우, 팽창에 따른 압력이 엔드 플레이트에서 체결 부재에 의해 고정되어 있는 부위를 제외한 나머지 부위, 즉, 엔드 플레이트의 중심 부위로 집중되면서 엔드 플레이트가 우그러지는 문제가 있다.In this case, there is a problem in that the pressure due to the expansion is concentrated to the rest of the end plate except for the portion fixed by the fastening member, that is, the central portion of the end plate, and the end plate is distorted.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 새로운 조립 구조의 전지모듈 개발의 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for developing a battery module having a new assembly structure to solve the above problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and technical problems that have been requested from the past.
구체적으로 본 발명의 목적은, 봉상의 체결 부재가 압축 스프링을 경유하는 형태로 모듈 적층체와 엔드 플레이트들을 결합시키는 구조에 기반하여, 전지셀들의 부피가 팽창하더라도 상기 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시켜, 엔드 플레이트들의 변형과 파손이 방지된 구조의 전지모듈을 제공하는 것이다. Specifically, an object of the present invention is based on a structure in which a rod-shaped fastening member connects a module stack and end plates in a form via a compression spring, and the compression spring is elastically deformed even if the volume of the battery cells is expanded, and the stacking direction By offsetting the increase in the thickness of the module stack, it is to provide a battery module having a structure in which deformation and damage of the end plates are prevented.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은, The battery module according to the present invention for achieving this purpose,
전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 셀 모듈 복수개가 적층된 구조인 모듈 적층체의 상단과 하단에 각각 제 1 및 제 2 엔드 플레이트가 지지되어 있는 구조이고;A structure in which first and second end plates are supported respectively at the top and bottom of the module stack, in which a plurality of cell modules in which the battery cells are mounted on the cartridge are stacked;
상기 제 1 및 제 2 엔드 플레이트의 모서리들에는 압축 스프링이 장착되어있는 제 1 관통구들이 형성되어 있으며; First through holes to which compression springs are mounted are formed at corners of the first and second end plates;
상기 카트리지에는 상기 제 1 관통구들과 상호 연통되는 위치에 제 2 관통구들이 형성되어 있고; The cartridge has second through holes formed at positions in communication with the first through holes;
봉상의 체결 부재가 제 1 관통구들과 제 2 관통구들에 연속적으로 삽입되고 볼트에 결합되어 있는 한편, 제 1 관통구들에 장착된 압축 스프링을 경유하는 형태로 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들을 일체로 결합시키고 있으며;The rod-shaped fastening member is continuously inserted into the first through holes and the second through holes and coupled to the bolt, while the module stack and the first and second ends in the form via a compression spring mounted on the first through holes. Integrally joining the plates;
상기 모듈 적층체에서 전지셀들의 부피가 팽창하면, 상기 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시키는 것을 특징으로 한다.When the volume of the battery cells in the module stack is expanded, the compression spring is elastically deformed to offset an increase in the thickness of the module stack in the stacking direction.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은, 봉상의 체결 부재가 압축 스프링을 경유하는 형태로 모듈 적층체와 엔드 플레이트들을 결합시키는 구조에 기반하여, 전지셀들의 부피가 팽창하더라도 상기 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시켜, 엔드 플레이트들의 변형과 파손이 방지될 수 있는 구조이다.That is, the battery module according to the present invention is based on a structure in which a rod-shaped fastening member connects the module stack and end plates in a form via a compression spring, and the compression spring is elastically deformed even if the volume of the battery cells expands. It is a structure in which deformation and damage of the end plates can be prevented by offsetting the increase in the thickness of the module stack in the stacking direction.
본 발명에서 상기 압축 스프링은 원뿔 형상을 가지는 코니컬 스프링(conical spring)일 수 있다. 이러한 구조는 체결 부재의 체결 시, 압축 스프링의 수축이 용이한 장점이 있으며, 반대로 모듈 적층체 두께가 증가되면, 압축 스프링이 탄성 변형되기 용이하다.In the present invention, the compression spring may be a conical spring having a conical shape. This structure has the advantage that the compression spring can be easily contracted when the fastening member is fastened. Conversely, when the thickness of the module stack is increased, the compression spring is easily elastically deformed.
상기 압축 스프링은 또한, 강철이 1회 초과 내지 3회 미만으로 권취된 구조일 수 있다.The compression spring may also have a structure in which steel is wound more than once to less than 3 times.
상기 압축 스프링의 권취가 1회 미만으로 이루어진 형태일 경우, 실질적으로 탄성과 복원이 가능한 스프링으로 볼 수 없어 본 발명이 의도한 효과가 달성되기 어렵고, 권취가 3회 초과로 이루어진 형태일 경우, 각 권취 반경마다 형성되는 탄성 계수가 작기 때문에, 수축이 용이하기는 하지만, 통상적인 상태에서 체결 부재와 함께 엔드 플레이트를 가압하는 힘은 낮아 모듈 적층체와 엔드 플레이트들의 결합 상태가 공고하게 유지되기 어려운 문제가 있다.When the compression spring is wound less than one time, it is difficult to achieve the intended effect of the present invention because it cannot be viewed as a spring capable of substantially elasticity and restoration. Since the elastic modulus formed for each winding radius is small, it is easy to shrink, but the force pressing the end plate together with the fastening member in a normal state is low, making it difficult to maintain a firmly coupled state of the module stack and the end plates. There is.
또한, 상기 압축 스프링의 탄성 계수가 과도하게 클 경우, 체결 부재에 의해 강제적으로 수축된 압축 스프링의 압력이 카트리지와 엔드 플레이트에 인가되면서, 전지셀들의 부피가 팽창 시, 제 1 관통구와 제 2 관통구 주변부가 변형될 수 있을 뿐만 아니라, 수축이 원활하게 진행되지 않아 전지셀의 부피 팽창 시, 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시키기 어렵다.In addition, when the elastic modulus of the compression spring is excessively large, the pressure of the compression spring forcibly contracted by the fastening member is applied to the cartridge and the end plate, and when the volume of the battery cells expands, the first through hole and the second penetrate Not only the periphery of the sphere may be deformed, but the shrinkage does not proceed smoothly, so it is difficult to offset the increase in the thickness of the module stack when the battery cell is expanded in volume.
반면, 상기 압축 스프링의 탄성 계수가 너무 작은 경우에는, 상술한 바와 같이, 통상적인 상태에서 체결 부재와 함께 엔드 플레이트를 가압하는 힘은 낮아 모듈 적층체와 엔드 플레이트들의 결합 상태가 공고하게 유지되기 어려운 문제가 있다.On the other hand, when the elastic modulus of the compression spring is too small, as described above, the force pressing the end plate together with the fastening member in a normal state is low, making it difficult to maintain a firmly coupled state of the module stack and the end plates. there is a problem.
이를 고려하여 본 발명에서 압축 스프링의 탄성계수는 (400/n) N/mm 내지 (1300/n) N/mm 일 수 있다. 상기 n은 전지모듈에 장착되는 압축 스프링의 총 개수이며, 상기 개수는 전지모듈의 구조에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 하나의 예로서 2개 이상 내지 30개 이하, 상세하게는 4개 이상 내지 12개 이하, 더욱 상세하게는 4개 이상 내지 8개 이하일 수 있다.In consideration of this, the elastic modulus of the compression spring in the present invention may be (400/n) N/mm to (1300/n) N/mm. Wherein n is the total number of compression springs mounted on the battery module, the number can be appropriately selected according to the structure of the battery module, as an example, 2 or more to 30 or less, in detail 4 or more to 12 It may be less than or equal to 4, more specifically 4 or more to 8 or less.
상기 체결 부재는 미압축 상태에서 압축 스프링의 높이 대비 10% 내지 60%의 높이로 압축 스프링을 가압한 상태로 셀 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들을 일체로 결합시킬 수 있다.The fastening member may integrally couple the cell module stack and the first and second end plates in a state in which the compression spring is pressed to a height of 10% to 60% of the height of the compression spring in an uncompressed state.
상기 체결 부재가 압축 스프링을 과도하게 가압시킨 상태로 볼 수 있는 상기 범위의 최소 값 미만에서는, 전지셀의 부피가 팽창 시, 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시키는 정도가 작기 때문에 본 발명에서 의도한 효과가 달성되기 어렵다.If the fastening member is less than the minimum value of the range, which can be seen in a state in which the compression spring is excessively pressed, when the volume of the battery cell expands, the compression spring is elastically deformed to offset the increase in the thickness of the module stack in the stacking direction. Since the degree is small, it is difficult to achieve the intended effect in the present invention.
반면, 상기 체결 부재가 압축 스프링을 느슨하게 가압시킨 상태로 볼 수 있는 상기 범위의 최대 값 초과에서는, 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들의 공고한 결합 상태가 유지되기 어렵고, 예를 들어, 진동이나 충격 시, 상기 압축 스프링의 높이 내에서 모듈 적층체의 카트리지나 엔드 플레이트들이 유동될 수 있다. 이는 모듈 적층체를 구성하는 전지셀들에 직접적인 충격과 진동이 인가될 수 있는 점에서 바람직하지 않다.On the other hand, when the fastening member exceeds the maximum value of the range that can be seen in a state in which the compression spring is pressed loosely, it is difficult to maintain a firm coupling state of the module stack and the first and second end plates, for example, During vibration or impact, cartridges or end plates of the module stack may flow within the height of the compression spring. This is undesirable in that direct shock and vibration can be applied to the battery cells constituting the module stack.
상기 압축 스프링은 제 1 관통구의 주변부와 일체를 이루는 형태로 제 1 관통구에 장착되어 있을 수 있다. 이와는 달리, 상기 압축 스프링이 제 1 관통구로부터 분리 가능한 형태로 장착되어 있을 수도 있다.The compression spring may be mounted on the first through hole in a form integral with the periphery of the first through hole. Alternatively, the compression spring may be mounted in a form detachable from the first through hole.
한편, 상기 체결 부재는 테이퍼 볼트(taper bolt)이고; On the other hand, the fastening member is a taper bolt;
상기 압축 스프링의 최대 내경이 테이퍼 볼트의 최대 외경에 대해 100% 내지 105%일 수 있다.The maximum inner diameter of the compression spring may be 100% to 105% of the maximum outer diameter of the tapered bolt.
상기 범위의 최소값 미만에서는 압축 스프링이 테이퍼 볼트에 고정되면서 탄성 변형이 충분하게 이루어지기 어려운 바, 바람직하지 않고, 상기 범위의 최대값 초과의 경우에는 체결 부재가 체결된 상태에서, 변형 등의 원인으로 압축 스프링이 체결 부재를 통과하여 체결 부재로부터 이탈될 수 있으므로 수 있으므로 바람직하지 않다.If it is less than the minimum value of the above range, it is difficult to sufficiently perform elastic deformation while the compression spring is fixed to the tapered bolt.It is not preferable, and if it exceeds the maximum value of the above range, the fastening member is fastened, due to deformation, etc. It is not desirable because the compression spring may pass through the fastening member and disengage from the fastening member.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 엔드 플레이트와 제 2 엔드 플레이트는 각각, 평면상으로, 장방형으로 이루어져 있고 제 1 관통구가 형성되어 있는 모서리가 외향 돌출된 구조로 이루어질 수 있다.In one specific example, each of the first end plate and the second end plate may have a planar shape and have a rectangular shape, and have a structure in which a corner in which the first through hole is formed protrudes outward.
상기 제 1 엔드 플레이트와 제 2 엔드 플레이트에는 공기의 유동이 가능하고, 플레이트의 강성 보강을 위한 복수의 비드들이 형성되어 있을 수 있다.The first end plate and the second end plate may allow air to flow, and a plurality of beads may be formed to reinforce the rigidity of the plate.
하나의 구체적인 예에서, 상기 카트리지는 평면상으로, 장방형으로 이루어져 있고, 제 2 관통구가 형성되어 있는 모서리가 외향 돌출된 구조로 이루어질 수 있다.In one specific example, the cartridge may be formed in a planar shape, in a rectangular shape, and a corner in which a second through hole is formed protrudes outward.
여기서, 상기 카트리지는 전지셀의 외주를 따라 고정시키는 외주 고정부를 포함하는 링 형상(ring-shaped)의 개방형 카트리지이고;Here, the cartridge is a ring-shaped open cartridge including an outer circumferential fixing portion fixed along the outer circumference of the battery cell;
상기 전지셀이 카트리지에 장착된 상태에서 전지셀의 외면이 카트리지를 통해 노출되며;The outer surface of the battery cell is exposed through the cartridge while the battery cell is mounted on the cartridge;
상기 노출된 전지셀의 외면에 방열핀이 장착될 수 있다.A radiating fin may be mounted on the exposed outer surface of the battery cell.
상기 모듈 적층체를 구성하는 셀 모듈 중의 적어도 하나는 그것의 카트리지에 체결 돌기부가 형성되어 있고;At least one of the cell modules constituting the module stack has a fastening protrusion formed on its cartridge;
상기 전지모듈은 체결 돌기부를 통해 또 다른 전지모듈 또는 디바이스에 장착될 수 있다.The battery module may be mounted to another battery module or device through a fastening protrusion.
또한, 상기 체결 돌기부에는 제 3 관통구가 형성되어 있을 수 있으며, 상기 제 3 관통구에 또 다른 체결 부재 예를 들어 나사, 볼트, 리벳 등이 체결될 수 있다.In addition, a third through hole may be formed in the fastening protrusion, and another fastening member such as screws, bolts, rivets, etc. may be fastened to the third through hole.
상기 모듈 적층체에서 전지셀들의 전극 단자들은 모듈 적층체의 일측에 배열될 수 있으며, 전지모듈은, 상기와 같이 배열된 전극 단자들이 통과할 수 있는 개구가 구비된 절연 부재와, 절연 부재 상에서 배열된 전극 단자들에 전기적으로 연결되는 버스 바 어셈블리를 더 포함할 수 있다.In the module stack, the electrode terminals of the battery cells may be arranged on one side of the module stack, and the battery module includes an insulating member having an opening through which the electrode terminals arranged as described above can pass, and an insulating member arranged on the insulating member. It may further include a bus bar assembly electrically connected to the electrode terminals.
본 발명에서 상기 전지셀은, 상기 전지셀은 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.In the present invention, the battery cell is a lithium ion (Li-ion) secondary battery, a lithium polymer (Li-polymer) secondary battery, or a lithium ion polymer having advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability. (Li-ion polymer) It may be a lithium secondary battery such as a secondary battery.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector, followed by drying, and if necessary, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 micrometers. These positive electrode current collectors and extended current collectors are not particularly limited as long as they have high conductivity without causing chemical changes to the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum Surface treatment of carbon, nickel, titanium, silver, etc. on the surface of stainless steel may be used. The positive electrode current collector and the extended current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics are possible.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (wherein x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (here, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, A lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like may be mentioned, but the present invention is not limited thereto.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that aids in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such a binder include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butyrene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is selectively used as a component that suppresses the expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical changes to the battery, and examples thereof include olefin-based polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fiber and carbon fiber are used.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and if necessary, components as described above may be optionally further included.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 micrometers. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel For the surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloys, etc. may be used. In addition, like the positive electrode current collector, it is possible to enhance the bonding strength of the negative electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and it may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.Examples of the negative active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite-based carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Al, B, P, Si, elements of
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 micrometers, and the thickness is generally 5 to 300 micrometers. Examples of such a separation membrane include olefin-based polymers such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobic properties; Sheets or non-woven fabrics made of glass fiber or polyethylene are used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrolyte may be a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte, and consists of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like is used, but is not limited thereto.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.As the non-aqueous organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc (franc), 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolone, formamide, dimethylformamide, dioxolone , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid tryster, trimethoxy methane, dioxolone derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyropionate, and ethyl propionate may be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, A polymer or the like containing an ionic dissociating group may be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.As the inorganic solid electrolyte, for example, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 may be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.In addition, in the non-aqueous electrolyte solution, for the purpose of improving charge/discharge characteristics and flame retardancy, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. may be added. have. In some cases, in order to impart non-flammability, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high-temperature storage characteristics, and FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS (Propene sultone), and the like may be further included.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.In one specific example, lithium salts such as LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 are used in the cyclic carbonate of EC or PC as a highly dielectric solvent and DEC, DMC or EMC as a low viscosity solvent. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte can be prepared by adding it to a mixed solvent of linear carbonate.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 봉상의 체결 부재가 압축 스프링을 경유하는 형태로 모듈 적층체와 엔드 플레이트들을 결합시키는 구조에 기반하여, 전지셀들의 부피가 팽창하더라도 상기 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시켜, 엔드 플레이트들의 변형과 파손이 방지될 수 있는 구조이다.As described above, the battery module according to the present invention is based on a structure in which a rod-shaped fastening member connects the module stack and end plates in a form via a compression spring, and the compression spring This elastic deformation offsets the increase in the thickness of the module stack in the stacking direction, thereby preventing the end plates from being deformed and damaged.
도 1은 종래 기술에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 3은 압축 스프링의 모식도들이다.1 is a schematic diagram of a battery module according to the prior art;
2 is a schematic diagram of a battery module according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram of a compression spring.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈(100)의 모식도가 도시되어 있다.2 is a schematic diagram of a
도 2를 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀(140), 카트리지(130), 제 1 엔드 플레이트(110), 제 2 엔드 플레이트(120), 압축 스프링(160) 및 체결 부재들(170)을 포함하고 있다.2, the
전지셀(140)은 카트리지(130)에 장착되어 있으며 이를 셀 모듈(140)이라 정의한다. 셀 모듈들(140)은 지면에 대해 상향으로 적층 되어 모듈 적층체를 구성한다.The
모듈 적층체의 상단과 하단에는 각각 제 1 엔드 플레이트(110)와 제 2 엔드 플레이트(120)가 배열된다. A
제 1 엔드 플레이트(110)와 제 2 엔드 플레이트(120)는 각각, 평면상으로, 장방형으로 이루어져 있고 모서리가 외향 돌출된 구조로 이루어져 있으며, 돌출된 모서리에 제 1 관통구(101)가 형성되어 있다. 제 1 관통구(101)들에는 압축 스프링(160)이 장착되어 있다.Each of the
제 1 엔드 플레이트(110)와 제 2 엔드 플레이트(120)는 또한, 공기의 유동이 가능하고, 엔드 플레이트들(110, 120)의 강성 보강을 위한 복수의 비드들(103)을 포함한다.The
카트리지(130)는 평면상으로, 장방형으로 이루어져 있고, 모서리가 외향 돌출된 구조로 이루어져 있다. 여기서 카트리지(130)의 모서리들에는 제 2 관통구(102)가 형성되어 있다.The
제 2 관통구(102)와 카트리지(130)의 모서리들은 제 1 엔드 플레이트(110)와 제 2 엔드 플레이트(120)의 모서리들과 제 1 관통구(101)에 대응하는 위치, 즉, 수직 방향에서 일렬을 이루는 위치에서 형성되어 있고, 도 2에서와 같이, 카트리지들(130)과 엔드 플레이트들(110, 120)이 배열되면, 제 1 관통구(101)와 제 2 관통구(102)가 상하에 위치하면서 서로에 대해 연통된다.The corners of the second through
한편, 모듈 적층체를 구성하는 카트리지들(130) 중, 두 개의 카트리지들에는 체결 돌기부(180)가 형성되어 있으며, 체결 돌기부(180)에는 제 3 관통구(182)가 형성되어 있다. 제 3 관통구(182)는 또 다른 전지모듈(100) 또는 디바이스에 체결되기 위한 것이다.Meanwhile, of the
도면에 도시하지는 않았지만, 카트리지(130)는 전지셀(140)의 외주를 따라 고정시키는 외주 고정부를 포함하는 링 형상(ring-shaped)의 개방형 카트리지(130)이다.Although not shown in the drawing, the
이에 따라, 전지셀(140)이 카트리지(130)에 장착된 상태에서 전지셀(140)의 외면이 카트리지(130)를 통해 노출되며, 노출된 전지셀(140)의 외면에 방열핀이 장착된다.Accordingly, while the
이상의 구조의 카트리지들을 포함하는 모듈 적층체는 엔드 플레이트들(110, 120)과 함께 봉상의 체결 부재에 의해 체결된다. The module stack including the cartridges of the above structure is fastened together with the
구체적으로, 봉상의 체결 부재인 테이퍼 볼트(170)가 제 1 관통구(101)들과 제 2 관통구(102)들에 연속적으로 삽입되어 최 하단에 위치한 제 2 엔드 플레이트(120)의 제 2 관통구(102)를 통과하면, 테이퍼 볼트(170)가 너트(172)에 체결되면서 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트(120)들을 일체로 결합시킨다. Specifically, the tapered
여기서, 본 발명에 따른 전지팩은, 압축 스프링(160)을 포함하는 바, 테이퍼 볼트(170)가 제 1 관통구(101)들에 장착된 압축 스프링(160)을 경유한 상태에서, 제 1 엔드 플레이트(110)의 제 1 관통구(101), 카트리지들의 제 2 관통구(102)들 및 제 2 엔드 플레이트(120)의 제 1 관통구(101)를 차례로 통과하게 된다. 이후, 테이퍼 볼트(170)는, 제 2 엔드 플레이트(120)의 제 1 관통구(101)에 장착된 압축 스프링(160)을 통과한 상태에서 너트(172)에 체결되어, 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들(110, 120)을 일체로 결합시킨다.Here, the battery pack according to the present invention includes a
이러한 구조의 장점은, 종래 기술에 따른 도 1의 전지모듈(10)과 비교하여, 모듈 적층체를 이루는 전지셀(140)들의 부피가 팽창하더라도, 엔드 플레이트들(110, 120)에 인가되는 압력이 압축 스프링(160)에도 인가되며, 그 결과 압축 스프링(160)이 수축하는 만큼, 엔드 플레이트들(110, 120)에 인가되는 압력이 감소될 수 있다.The advantage of this structure is that, compared to the
다시 말해, 본 발명에서는 전지셀(140) 팽창으로 인한 압력에 의해, 압축 스프링(160)이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시킴으로써, 플레이트들(110, 120)이 두께 증가분을 견딜 수 있는 것에 주목해야 한다. In other words, in the present invention, the
또한, 이는 팽창에 의한 압력이 전지모듈(100)의 각 모서리들에 위치한 압축 스프링(160)으로 분산되는 것이므로, 엔드 플레이트들(110, 120)의 어느 일 부위, 예를 들어 중심부만 우그러지는 문제가 해소될 수 있음을 이해할 수 있다.In addition, this is because the pressure due to the expansion is distributed to the
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 압축 스프링(160)의 모식도가 도시되어 있다.3 is a schematic diagram of a
도 3을 참조하면, 압축 스프링(160)은 상부에서 하부 방향으로 권취 내경이 작아지는 원뿔 형태의 코니컬 스프링으로 이루어져 있다. 압축 스프링(160)은 또한 대략 2.5회 권취된 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 3, the
이러한 코니컬 스프링은, 수축이 용이한 장점과 함께, 외력의 인가 시, 탄성 변형되기 용이하여, 본 발명에서 의도한 효과 달성에 적합하다.Such a conical spring is suitable for achieving the intended effect in the present invention because it is easy to contract and elastically deform when an external force is applied.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
Claims (15)
전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 셀 모듈 복수개가 적층된 구조인 모듈 적층체의 상단과 하단에 각각 제 1 및 제 2 엔드 플레이트가 지지되어 있는 구조이고;
상기 제 1 및 제 2 엔드 플레이트의 모서리들에는 압축 스프링이 장착되어있는 제 1 관통구들이 형성되어 있으며;
상기 카트리지에는 상기 제 1 관통구들과 상호 연통되는 위치에 제 2 관통구들이 형성되어 있고;
봉상의 체결 부재가 제 1 관통구들과 제 2 관통구들에 연속적으로 삽입되고 볼트에 결합되어 있는 한편, 제 1 관통구들에 장착된 압축 스프링을 경유하는 형태로 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들을 일체로 결합시키고 있으며;
상기 모듈 적층체에서 전지셀들의 부피가 팽창하면, 상기 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시키는 것을 특징으로 하고,
상기 압축 스프링은 코니컬 스프링(conical spring)인 것을 특징으로 하는 전지모듈.As a battery module,
A structure in which first and second end plates are supported respectively at the top and bottom of the module stack, in which a plurality of cell modules in which the battery cells are mounted on the cartridge are stacked;
First through holes to which compression springs are mounted are formed at corners of the first and second end plates;
The cartridge has second through-holes formed at positions in communication with the first through-holes;
The rod-shaped fastening member is continuously inserted into the first through holes and the second through holes and coupled to the bolt, while the module stack and the first and second ends in the form via a compression spring mounted on the first through holes. Integrally joining the plates;
When the volume of the battery cells in the module stack is expanded, the compression spring is elastically deformed to offset an increase in the thickness of the module stack in the stacking direction,
The battery module, characterized in that the compression spring is a conical spring.
전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 셀 모듈 복수개가 적층된 구조인 모듈 적층체의 상단과 하단에 각각 제 1 및 제 2 엔드 플레이트가 지지되어 있는 구조이고;
상기 제 1 및 제 2 엔드 플레이트의 모서리들에는 압축 스프링이 장착되어있는 제 1 관통구들이 형성되어 있으며;
상기 카트리지에는 상기 제 1 관통구들과 상호 연통되는 위치에 제 2 관통구들이 형성되어 있고;
봉상의 체결 부재가 제 1 관통구들과 제 2 관통구들에 연속적으로 삽입되고 볼트에 결합되어 있는 한편, 제 1 관통구들에 장착된 압축 스프링을 경유하는 형태로 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들을 일체로 결합시키고 있으며;
상기 모듈 적층체에서 전지셀들의 부피가 팽창하면, 상기 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시키는 것을 특징으로 하고,
상기 체결 부재는 미압축 상태에서 압축 스프링의 높이 대비 10% 내지 60%의 높이로 압축 스프링을 가압한 상태로 셀 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들을 일체로 결합시키고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.As a battery module,
A structure in which first and second end plates are supported respectively at the top and bottom of the module stack, in which a plurality of cell modules in which the battery cells are mounted on the cartridge are stacked;
First through holes to which compression springs are mounted are formed at corners of the first and second end plates;
The cartridge has second through holes formed at positions in communication with the first through holes;
The rod-shaped fastening member is continuously inserted into the first through holes and the second through holes and coupled to the bolt, while the module stack and the first and second ends in the form via a compression spring mounted on the first through holes. Integrally joining the plates;
When the volume of the battery cells in the module stack is expanded, the compression spring is elastically deformed to offset an increase in the thickness of the module stack in the stacking direction,
The fastening member is characterized in that in an uncompressed state, the cell module stack and the first and second end plates are integrally coupled with the compression spring pressed to a height of 10% to 60% of the height of the compression spring. Battery module.
전지셀이 카트리지에 장착되어 있는 셀 모듈 복수개가 적층된 구조인 모듈 적층체의 상단과 하단에 각각 제 1 및 제 2 엔드 플레이트가 지지되어 있는 구조이고;
상기 제 1 및 제 2 엔드 플레이트의 모서리들에는 압축 스프링이 장착되어있는 제 1 관통구들이 형성되어 있으며;
상기 카트리지에는 상기 제 1 관통구들과 상호 연통되는 위치에 제 2 관통구들이 형성되어 있고;
봉상의 체결 부재가 제 1 관통구들과 제 2 관통구들에 연속적으로 삽입되고 볼트에 결합되어 있는 한편, 제 1 관통구들에 장착된 압축 스프링을 경유하는 형태로 모듈 적층체와 제 1 및 제 2 엔드 플레이트들을 일체로 결합시키고 있으며;
상기 모듈 적층체에서 전지셀들의 부피가 팽창하면, 상기 압축 스프링이 탄성 변형되면서 적층 방향으로의 모듈 적층체 두께 증가분을 상쇄시키는 것을 특징으로 하고,
상기 체결 부재는 테이퍼 볼트(taper bolt)이고;
상기 압축 스프링의 최대 내경이 테이퍼 볼트의 최대 외경에 대해 100% 내지 105%인 것을 특징으로 하는 전지모듈.As a battery module,
A structure in which first and second end plates are supported respectively at the top and bottom of the module stack, in which a plurality of cell modules in which the battery cells are mounted on the cartridge are stacked;
First through holes to which compression springs are mounted are formed at corners of the first and second end plates;
The cartridge has second through holes formed at positions in communication with the first through holes;
The rod-shaped fastening member is continuously inserted into the first through holes and the second through holes and coupled to the bolt, while the module stack and the first and second ends in the form via a compression spring mounted on the first through holes. Integrally joining the plates;
When the volume of the battery cells in the module stack is expanded, the compression spring is elastically deformed to offset an increase in the thickness of the module stack in the stacking direction,
The fastening member is a tapered bolt;
Battery module, characterized in that the maximum inner diameter of the compression spring is 100% to 105% of the maximum outer diameter of the tapered bolt.
상기 카트리지는 전지셀의 외주를 따라 고정시키는 외주 고정부를 포함하는 링 형상(ring-shaped)의 개방형 카트리지이고;
상기 전지셀이 카트리지에 장착된 상태에서 전지셀의 외면이 카트리지를 통해 노출되며;
상기 노출된 전지셀의 외면에 방열핀이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.The method of claim 11,
The cartridge is a ring-shaped open cartridge including an outer circumferential fixing portion fixed along the outer circumference of the battery cell;
The outer surface of the battery cell is exposed through the cartridge while the battery cell is mounted on the cartridge;
A battery module, characterized in that a heat dissipation fin is mounted on an outer surface of the exposed battery cell.
상기 모듈 적층체를 구성하는 셀 모듈 중의 적어도 하나는 그것의 카트리지에 체결 돌기부가 형성되어 있고;
상기 전지모듈은 체결 돌기부를 통해 또 다른 전지셀 또는 디바이스에 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.The method of claim 1,
At least one of the cell modules constituting the module stack has a fastening protrusion formed on its cartridge;
The battery module is a battery module, characterized in that mounted to another battery cell or device through a fastening protrusion.
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