KR101029837B1 - 신규한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 - Google Patents
신규한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101029837B1 KR101029837B1 KR1020100000681A KR20100000681A KR101029837B1 KR 101029837 B1 KR101029837 B1 KR 101029837B1 KR 1020100000681 A KR1020100000681 A KR 1020100000681A KR 20100000681 A KR20100000681 A KR 20100000681A KR 101029837 B1 KR101029837 B1 KR 101029837B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- battery
- module
- case
- battery module
- cell
- Prior art date
Links
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 9
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 8
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 7
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 7
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 3
- 235000001674 Agaricus brunnescens Nutrition 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000011076 safety test Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
- H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
- H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
본 발명은 다수의 전지셀 또는 단위모듈(단위 셀)들이 상호 밀착 또는 인접한 상태로 직렬 연결되어 모듈 케이스 내부에 장착되어 있는 고출력 대용량의 전지모듈로서, 상기 다수의 단위 셀들 중 최외각 단위 셀의 전극단자에는 외부 입출력 단자와의 전기적 연결을 위한 버스 바가 연결되어 있고, 상기 버스 바는 모듈 케이스에 정위치 고정되어 있으며, 상기 모듈 케이스는, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정값 이상일 때, 상기 전기적 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어질 수 있도록, 상기 전기적 연결부위에 대응하는 모듈 케이스 부위가 상기 최외각 단위 셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 구조로 이루어진 전지모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 신규한 구조의 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 전지셀 또는 단위모듈(단위 셀)들이 상호 밀착 또는 인접한 상태로 직렬 연결되어 모듈 케이스 내부에 장착되어 있는 고출력 대용량의 전지모듈로서, 상기 다수의 단위 셀들 중 최외각 단위 셀의 전극단자에는 외부 입출력 단자와의 전기적 연결을 위한 버스 바가 연결되어 있고, 상기 버스 바는 모듈 케이스에 정위치 고정되어 있으며, 상기 모듈 케이스는, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정값 이상일 때, 상기 전기적 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어질 수 있도록, 상기 전기적 연결부위에 대응하는 모듈 케이스 부위가 상기 최외각 단위 셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 구조로 이루어진 전지모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, PDA, 노트북 등의 모바일, 와이어리스 전자기기뿐만 아니라 전기자전거(E-bike), 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용됨에 반하여, 노트북, 전기자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들(이하에서는, 때때로 "멀티-셀"로 칭하기도 함)을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.
그러나, 리튬 이차전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.
따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과방전, 과전류시 전류를 차단하는 보호회로, 온도 상승시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient Element), 가스 발생에 따른 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트 등의 안전 시스템이 구비되어 있다. 예를 들어, 원통형의 소형 이차전지에서는 원통형 캔에 내장되어 있는 양극/분리막/음극의 전극조립체(발전소자) 상부에 PTC 소자 및 안전벤트가 통상 설치되어 있고, 각형 또는 파우치형의 소형 이차전지에서는 발전소자가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 각형 캔 또는 파우치형 케이스의 상단에 보호회로 모듈, PTC 소자 등이 일반적으로 탑재되어 있다.
리튬 이차전지의 안전성 문제는 멀티-셀 구조의 중대형 전지팩에서 더욱 심각하다. 멀티-셀 구조의 전지팩에서는 다수의 전지셀들이 사용됨으로 인해 일부 전지셀에서의 작동 이상은 다른 전지셀들로 연쇄반응을 유발할 수 있고 그로 인한 발화 및 폭발은 자칫 대형 사고를 초래할 수 있기 때문이다. 따라서, 중대형 전지팩에는 과방전, 과충전, 과전류 등으로부터 전지 셀을 보호하기 위한 퓨즈, 바이메탈, BMS (Battery Management System) 등의 안전 시스템이 구비되어 있다.
그러나, 리튬 이차전지는 계속적인 사용, 즉, 계속적인 충방전 과정에서 발전소자, 전기적 연결부재 등이 서서히 열화되는 바, 예를 들어, 발전소자의 열화는 전극재료, 전해질 등의 분해에 의해 가스 발생을 유발하며, 그로 인해 전지셀(캔, 파우치형 케이스)은 서서히 팽창하게 된다. 또한, 정상적인 상태에서는 안전 시스템인 BMS가 과방전, 과충전, 과전류 등을 탐지하고 전지팩을 제어/보호하고 있으나, 비정상적인 상황에서 BMS가 작동되지 않으면 위험성이 커지고 안전을 위한 전지팩 제어가 어려워진다.
또한, 중대형 전지팩은 일반적으로 다수의 전지셀들이 일정한 케이스 내에 고정된 상태로 장착되어 있는 구조로 되어 있으므로, 각각의 팽창된 전지셀들은 한정된 케이스 내에서 더욱 가압되고, 비정상적인 작동 조건 하에서 발화 및 폭발의 위험성이 크게 높아진다.
한편, 중대형 전지팩에서 과충전 발생시 전지팩과 외부 디바이스와의 전기적 연결을 차단하는 방법으로는 BMS(Battery Management System)를 이용한 차단방식 및 PRA(Power Relay Assembly)를 이용한 릴레이 차단방식과 같은 CID(Current Interrupt Device) 방식이 주로 사용되고 있다.
그러나, 상기 전기 차단 방식은 전지팩의 최외각에 위치한 전지모듈에서만 과충전 방지 기능을 제공할 수 있으므로, 개별 전지모듈 별로는 과충전 방지 기능을 제공할 수 없는 문제점이 있다.
또한, BMS 및 PRA와 같은 종래의 CID 차단 방식은 앞서 언급한 바와 같이 BMS나 PRA의 이상 발생시 전지팩을 제어하지 못하므로, 작동 신뢰성 측면에서 문제점이 있고, 그 결과 전지팩의 폭발까지 야기할 수 있는 위험성을 가지고 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하면서 전지팩의 안전성을 근본적으로 담보할 수 있는 신규한 구조의 전지모듈에 관한 기술이 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지모듈에서 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위에 대응하는 모듈 케이스 부위를 최외각 단위 셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격된 구조로 형성하는 경우, 과충전, 과방전, 과전류 등 전지모듈의 비정상적인 작동 또는 장기간의 충방전에 따른 열화로 전지셀이 팽창할 때, 상기 이격 부위로 팽창에 따른 응력이 집중되도록 하여 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위가 파열 및 단전되도록 함으로써, 전지모듈의 안전성을 소망하는 수준으로 담보할 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 안전성을 향상시킬 수 있는 특정 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
다수의 전지셀 또는 단위모듈(단위 셀)들이 상호 밀착 또는 인접한 상태로 직렬 연결되어 모듈 케이스 내부에 장착되어 있는 고출력 대용량의 전지모듈로서,
상기 다수의 단위 셀들 중 최외각 단위 셀의 전극단자에는 외부 입출력 단자와의 전기적 연결을 위한 버스 바가 연결되어 있고,
상기 버스 바는 모듈 케이스에 정위치 고정되어 있으며,
상기 모듈 케이스는, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정값 이상일 때, 상기 전기적 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어질 수 있도록, 상기 전기적 연결부위에 대응하는 모듈 케이스 부위가 상기 최외각 단위 셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 구조로 이루어져 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 전지셀 또는 단위모듈들이 적층된 구조의 전지모듈은, 과충전, 과방전, 과전류 등 전지모듈의 비정상적인 작동 또는 장기간의 충방전에 따른 열화로 인해 전지셀이 팽창하는 스웰링 현상에 의해 전지셀이 팽창하게 되고, 이러한 팽창은 전지모듈의 발화 및 폭발을 유발하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은 최외각 단위셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결 부위에 대응하는 모듈 케이스의 부위를 최외각 단위셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격시킨 구조로 형성함으로써, 스웰링 부피가 한계치인 소정값 이상에 도달하면, 모듈 케이스의 이격 구조에 의해 최외각 단위셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결 부위로 팽창 응력이 집중되도록 하여, 전기적 연결 부위가 물리적 변형에 의해 파열되도록 유도한다. 전기적 연결부위의 이러한 파열에 의해, 전지모듈 내부의 전기적 연결이 끊어져 충방전 과정이 중지됨으로써, 전지셀 또는 단위모듈의 스웰링 부피가 더 이상 증가하는 것을 억제하여, 전지모듈의 발화 또는 폭발을 방지하고 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 충적되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 판상형 전지셀일 수 있다. 그러한 바람직한 예로는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장된 상태에서 외주면이 열융착 밀봉되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 이러한 구조의 이차전지를 '파우치형 전지셀'로 칭하기도 한다.
이 경우, 상기 전지셀의 양극 단자와 음극 단자는 전지셀의 양 단부에 각각 형성되어 있는 구조일 수 있다.
참고로, 본 명세서에서 사용된 용어 "전지모듈"은 둘 또는 그 이상의 충방전 전지셀들 또는 단위모듈들을 기계적으로 체결하고 동시에 전기적으로 연결하여 고출력 대용량의 전기를 제공할 수 있는 전지 시스템의 구조를 포괄적으로 의미하므로, 그 자체로서 하나의 장치를 구성하거나, 또는 대형 장치의 일부를 구성하는 경우를 모두 포함한다. 예를 들어, 소형 전지모듈을 다수 개 연결한 대형 전지모듈의 구성도 가능하고, 전지셀들을 소수 연결한 구조의 단위모듈을 다수 개 연결한 구성도 가능하다.
한편, 상기 단위모듈의 구조는 다양한 구성으로 이루어질 수 있으며, 바람직한 예를 하기에서 설명한다.
단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 셀 커버를 포함하는 구조로 구성될 수 있다.
이러한 전지셀들은 둘 또는 그 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성할 수 있는 바, 상기 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 전지모듈의 제조가 가능해진다.
단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 예를 들어, 전지셀들을 그것의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서 전극단자들을 결합시킨 뒤, 둘 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 접고 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다.
경우에 따라서는, 둘 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 셀 커버에 의해 감싸 단위모듈을 제조하고, 그러한 단위모듈 다수 개를 상호 충적시킨 후, 서로 대면하는 전극단자들을 직렬 방식으로 결합시키는 방식을 취할 수도 있다.
상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.
전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들은, 바람직하게는, 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착되어 장방형 전지모듈을 구성할 수 있다.
단위모듈과 이러한 단위모듈 다수 개를 사용하여 제조되는 장방형 전지모듈의 더욱 구체적인 내용은 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-45443호와 제2006-45444호에 개시되어 있으며, 상기 내용은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.
상기 단위 셀들은 전극단자들이 전방 및/또는 후방에 위치하도록 세워진 상태로 모듈 케이스 내부에 장착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 모듈 케이스는 다수의 단위 셀들을 내부에 장착하기 위해 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있고, 상부 케이스와 하부 케이스의 계면에는 모듈 케이스를 외부로부터 밀폐하기 위한 절연성 가스켓이 장착되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 외부로부터의 습기가 모듈 케이스 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 구조에서, 하부 케이스의 전후방 내부에는 한 쌍의 체결 홈이 각각 형성되어 있고, 상기 상부 케이스의 전후방 내부에는 상기 하부 케이스의 체결 홈에 대응하는 위한 체결 돌기가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 하부 케이스의 체결 홈에 상부 케이스의 체결 돌기가 삽입되어 상하부 케이스의 기계적 결합이 달성되므로, 전지모듈의 제조 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있고, 조립된 상태에서 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 외력에 대해 전기적 연결부위의 안정적인 접속상태를 담보하면서, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창시 최외각 단위 셀의 전극단자와의 전기적 연결부위가 파열될 수 있기 위해서는, 버스 바가 모듈 케이스의 정위치에 고정되어 있는 것이 필요하다.
이와 같이, 버스 바를 정위치에 고정시키는 구조의 하나의 예로서, 상기 버스 바들 사이에는 버스 바를 정위치에 고정하기 위한 지지 플레이트가 장착되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 예로서, 단위 셀들의 직렬 연결부위에 전압을 검출하기 위한 전압 센싱 단자들이 추가로 설치되어 있어서, 단위 셀들의 전압을 검출하여 BMS와 같은 안전 시스템으로 용이하게 전송하는 구조에서, 상기 버스 바의 정위치 고정이 달성될 수 있다. 구체적으로, 버스 바는 최외각에 위치한 전압 센싱 단자의 일 측면에 결합되어 있는 구조일 수 있다.
상기 구조에 있어서, 하나의 바람직한 예로서, 상기 전압 센싱 단자의 일 측면에는 한 쌍의 탄력적인 체결 돌기가 형성되어 있고, 버스 바는 전압 센싱 단자의 체결 돌기에 대응하는 위치에 상기 체결 돌기를 삽입하기 위한 삽입 홀이 형성되어 있어서, 상기 버스 바와 전압 센싱 단자의 결합은 전압 센싱 단자의 체결 돌기가 버스 바의 삽입 홀에 탄력적으로 삽입되는 구조로 달성될 수 있다.
상기 체결 돌기는 버스 바의 삽입 홀에 탄력적으로 결합될 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 버섯 모양의 형상으로 이루어질 수 있다.
그러나, 모듈 케이스에 대한 버스 바의 정위치 고정 구조가 상기 예들만으로 한정되는 것이 아님은 물론이다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 최외각 단위 셀의 외면에 대면하는 모듈 케이스의 측면은, 상기 전기적 연결부위에 대응하는 부위가 최외각 단위 셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있고 나머지 부위가 최외각 단위 셀의 외면에 인접하도록, 절곡 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 스웰링이 소정값 이상일 때, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력은 최외각 단위 셀의 전극 단자와 버스 바의 전기적 연결부위로 효과적으로 집중될 수 있어서, 단전을 위한 스웰링의 임계값을 높은 신뢰도로 설정할 수 있다.
이 경우, 상기 절곡 구조는 전지모듈의 중심을 기준으로 모듈 케이스의 양 측면에 대칭적으로 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 구체적으로는, 상기 절곡 부위가 모듈 케이스 측면의 중간에 각각 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 최외각 단위 셀의 외면으로부터 모듈 케이스가 이격되어 있는 거리는, 전기적 연결부위의 파열 설정 조건에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 단위 셀의 두께를 기준으로 50 내지 300%의 크기로 이루어질 수 있다.
이러한 설정 범위는 소망하는 전지모듈의 안전성 시험 규격에 따라 달라질 수 있으며, 이격 거리가 단위 셀의 두께를 기준으로 50%의 크기보다 작으면 소망하는 파열 설정 조건을 충족하기 어려울 수 있고, 이격 거리가 단위 셀의 두께를 기준으로 300%의 크기보다 크면 전체 전지모듈의 부피가 커지므로 바람직하지 않다.
본 발명의 또 다른 바람직한 예에서, 상기 모듈 케이스는 외부로부터 밀폐되어 있고, 전지셀들로부터 발생한 가스가 배출되기 위한 가스 배출구가 모듈 케이스의 일 측에 추가로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
일반적으로, 전지셀의 충방전시 발생하거나 전지셀에서의 바람직하지 못한 부반응으로부터 발생한 가스는 유해 성분 및/또는 발화 성분을 포함하는 경우가 많다.
본 발명에 따르면, 이러한 가스가 밀폐된 모듈 케이스 내부에서만 순환하면서 모듈 케이스의 상단 일측에 형성된 가스 배출구를 통해서만 모듈 케이스의 외부로 배출되므로, 가스가 임의로 배출되어 초래될 수 있는 문제점을 사전에 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 배출구가 사람이 접촉하지 않는 외부로 직접 연통되도록 구성할 수도 있고, 가스를 포집하기 위한 특정 구조물에 연통되도록 구성할 수도 있다.
상기 모듈 케이스의 상단에는 단위 셀들을 냉각하기 위한 냉각 장치가 추가로 장착되어 있을 수 있으며, 구체적으로, 상기 냉각 장치는 단위 셀들 사이에 개재되는 다수의 방열부재들과 상기 방열부재들을 일체로 연결한 상태로 모듈 케이스의 상단에 탑재되는 열교환 부재로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 열교환 부재에는 액상 냉매가 통과할 수 있도록 길이 방향으로 냉매 도관이 형성되어 있을 수 있다.
따라서, 상기 구조와 같이 단위 셀들로 구성된 전지모듈에서, 모듈 케이스의 상단에 냉매 도관을 포함하는 열교환 부재가 형성되어 있고, 단위 셀들 사이에 다수의 방열부재들을 개재하고 있으므로, 냉매 도관 내부에서 유동되는 액상 냉매에 의해 단위 셀들을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기와 같이 액상 냉매를 사용하는 수냉식 냉각 구조는 종래의 공냉식 냉각 구조와 비교하여 냉각 효율성을 크게 향상시키므로 바람직하다.
본 발명은 또한, 고출력 대용량의 전기를 공급할 수 있도록 상기 구조의 전지모듈 둘 또는 그 이상이 전기적으로 연결되어 있는 중대형 전지팩을 제공한다.
구체적으로는, 둘 이상의 전지모듈들로 구성된 중대형 전지팩에서, 상기 전지모듈의 양 측면은 전지셀의 스웰링시 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위가 파열될 수 있는 이격 공간이 모듈 케이스에 제공되도록 절곡 구조로 이루어져 있고, 둘 이상의 전지모듈들은 상기 절곡 구조를 따라 측면 방향으로 밀착되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 중대형 전지팩은, 상기와 같은 모듈 케이스의 절곡 구조에 의해 둘 이상의 전지모듈들이 측면 방향으로 밀착되어 있으므로, 외부로부터 외력이 중대형 전지팩에 인가되는 경우 각각의 전지모듈들이 정위치로부터 이탈하는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 중대형 전지팩은, 각각의 전지모듈 별로 과충전 방지 기능을 제공할 수 있으므로, 종래의 최외각 전지모듈에만 과충전 방지 기능을 제공하는 CID 방식과 비교하여 안전성 확보 측면에서 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩은 앞서 언급한 바와 같이 전지모듈 별로 과충전 방지 기능을 제공할 수 있으므로, 다양한 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 하이브리드 전기자동차에 비해, 고출력 대용량의 전기용량을 필요로 하고 에너지 밀도가 특히 높은 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 부분 분해도이다;
도 3은 도 1의 수평 단면 모식도이다;
도 4는 도 1의 내부를 나타내는 부분 모식도이다;
도 5는 도 1의 수직 단면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 부분 사시도이다;
도 7은 도 6의 C 부위를 확대한 부분 모식도이다;
도 8은 상부 케이스의 부분 확대도이다;
도 9는 도 8의 D 부위를 확대한 부분 모식도이다;
도 10은 하부 케이스의 평면도이다;
도 11 및 도 12는 가스 배출 흐름을 나타내는 전지모듈의 사시도들이다;
도 13은 파우치형 전지셀의 사시도이다;
도 14는 단위모듈의 구성을 위해 도 13의 전지셀이 장착될 셀 커버의 사시도이다;
도 15는 다수의 단위모듈들이 연결된 단위모듈 적층체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 부분 분해도이다;
도 3은 도 1의 수평 단면 모식도이다;
도 4는 도 1의 내부를 나타내는 부분 모식도이다;
도 5는 도 1의 수직 단면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 부분 사시도이다;
도 7은 도 6의 C 부위를 확대한 부분 모식도이다;
도 8은 상부 케이스의 부분 확대도이다;
도 9는 도 8의 D 부위를 확대한 부분 모식도이다;
도 10은 하부 케이스의 평면도이다;
도 11 및 도 12는 가스 배출 흐름을 나타내는 전지모듈의 사시도들이다;
도 13은 파우치형 전지셀의 사시도이다;
도 14는 단위모듈의 구성을 위해 도 13의 전지셀이 장착될 셀 커버의 사시도이다;
도 15는 다수의 단위모듈들이 연결된 단위모듈 적층체의 사시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것으로 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 부분 분해도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 함께 참조하면, 전지모듈(400)은 8개의 단위모듈들(512)이 상호 밀착된 상태로 직렬 연결되어 모듈 케이스(420)의 내부에 장착되어 있다.
모듈 케이스(420)는 단위모듈들(512)을 내부에 장착하기 위해 상부 케이스(422)와 하부 케이스(424)로 구성되어 있고, 상부 케이스(422)와 하부 케이스(424)의 계면에는 모듈 케이스(420)를 외부로부터 밀폐하기 위한 절연성 가스켓(426)이 장착되어 있다.
또한, 각각의 단위모듈들(512)은 전극단자들(504, 506)이 전방 및 후방에 위치하도록 세워진 상태로 모듈 케이스(420)의 내부에 장착되어 있고, 단위모듈들(512)을 냉각하기 위한 냉각 장치(410)가 모듈 케이스(420)의 상단에 장착되어 있다.
냉각 장치(410)는 단위모듈들(512) 사이에 개재되는 다수의 방열부재들(502)과 방열부재들(502)을 일체로 연결한 상태로 상부 케이스(422)의 상단에 탑재되는 열교환 부재(412)로 이루어져 있고, 열교환 부재(412)에는 액상 냉매가 통과할 수 있도록 모듈 케이스(420)의 길이 방향으로 2개의 냉매 도관(414)이 형성되어 있다.
하부 케이스(424)의 전방 및 후방 내부에는 한 쌍의 체결 홈(428)이 각각 형성되어 있고, 상부 케이스(422)의 전방 및 후방 내부에는 하부 케이스(424)의 체결 홈(428)에 대응하는 위한 체결 돌기(도시하지 않음)가 형성되어 있어서, 상부 케이스(422)의 체결 돌기가 하부 케이스(424)의 체결 홈(428)에 결합됨으로써 상부 케이스(422)와 하부 케이스(424)의 기계적 결합이 용이하게 달성된다.
단위모듈들(512)의 직렬 연결부위에는 전압을 검출하기 위한 부재(도시하지 않음)가 모듈 케이스(420)의 일 측에 형성되어 있는 전압 센싱 접속부(460)를 통해 외부 제어장치(도시하지 않음)와 연결된다.
도 3에는 도 1의 수평 단면 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 1의 내부를 나타내는 부분 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 최외각 단위모듈들(510, 512)의 전극단자에는 외부 입출력 단자와의 전기적 연결을 위한 버스 바(514)가 연결되어 있고, 버스 바(514)는 모듈 케이스(420)에 정위치 고정되어 있다.
또한, 최외각 단위모듈(512)의 전극단자(506)와 버스 바(514)의 전기적 연결부위(A)에 대응하는 상부 케이스(422)와 하부 케이스(424)의 부위가 최외각 단위모듈(512)의 외면으로부터 단위모듈(512)의 두께(D)를 기준으로 대략 100%의 크기를 가지고 이격(d)되어 있다. 따라서, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 최외각 단위모듈(512)의 전극단자(506)와 버스 바(514)의 전기적 연결부위(A)로 집중되어, 스웰링이 소정값 이상이 될 때, 전기적 연결부위(A)가 파열되면서 단전이 이루어진다.
즉, 최외각 단위모듈들(510, 512)의 외면에 대면하는 상부 케이스(422)와 하부 케이스(424)의 측면은, 전기적 연결부위(A)에 대응하는 부위가 최외각 단위모듈들(510, 512)의 외면으로부터 소정 간격(d)으로 이격되어 있고 나머지 부위는 최외각 단위모듈들(510, 512)의 외면에 인접하도록, 절곡 구조(B)로 이루어져 있다.
이러한 상부 케이스(422)와 하부 케이스(424)의 절곡 구조는 전지모듈(400)의 중심을 기준으로 상부 케이스(422)와 하부 케이스(424)의 양 측면에 대칭적이면서, 모듈 케이스(420) 측면의 중간에 형성되어 있다.
또한, 버스 바들(514, 516)을 정위치에 고정하기 위한 지지 플레이트(517)가 한 쌍의 버스 바들(514, 516) 사이에 장착되어 있다.
도 5에는 도 1의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 모듈 케이스(420)는 외부로부터 밀폐되어 있고, 가스 배출구(450)가 단위모듈(512)의 전지셀들로부터 발생한 가스를 외부로 배출하기 위해 모듈 케이스(420)의 상단 일 측에 형성되어 있다.
따라서, 전지셀들로부터 발생한 가스는 모듈 케이스(420)의 내부에서 화살표 방향과 같이 순환하다가 가스 배출구(450)를 통해서만 외부로 배출된다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지모듈의 부분 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 C 부위를 확대한 부분 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 버스 바(516)는 최외각에 위치한 전압 센싱 단자(515)의 일측면에 결합되어 있다.
또한, 전압 센싱 단자(515)의 일측면에는 한 쌍의 탄력적인 체결 돌기들(518)이 형성되어 있고, 버스 바(516)는 전압 센싱 단자(515)의 체결 돌기들(518)에 대응하는 위치에 체결 돌기들(518)을 삽입하기 위한 삽입 홀(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
따라서, 버스 바(516)와 전압 센싱 단자(515)의 결합은 버섯 모양으로 형성된 전압 센싱 단자(515)의 체결 돌기(518)가 버스 바(516)의 삽입 홀에 탄력적으로 삽입되는 구조로 달성된다.
또한, 버스 바(516)의 일측 단부는 지지 플레이트(517)의 상면에 위치한 외부 입출력 단자(470)에 삽입되어 있다.
도 8에는 상부 케이스의 부분 확대도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 9에는 도 8의 D 부위를 확대한 부분 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 밀폐형 전지모듈에서 필요한 가스 배출 가이드(4222)가 상부 케이스(422)의 내측에 형성되어 있다.
도 10에는 하부 케이스의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 11 및 도 12에는 가스 배출 흐름을 나타내는 전지모듈의 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 하부 케이스(424)의 좌측과 우측에 8개의 가스 포집부들(4242)이 가이드 형상으로 형성되어 있고, 전지셀들의 충방전에 따라 발생한 가스는 화살표 방향을 따라 전지모듈의 외부로 배출된다.
이러한 가스 배출 구조는 파우치형 이차전지들로 구성된 밀폐형 전지모듈에서 소망하는 방향으로 가스를 배출하기 위한 매우 유용한 구조이다.
도 13에는 파우치형 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 13을 참조하면, 파우치형 전지(100)는 두 개의 전극리드(110, 120)가 서로 대향하여 전지 본체(130)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(140)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양 측면(142)과 상단부(141) 및 하단부(143)를 부착시킴으로써 전지(100)가 만들어진다.
외장부재(140)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양 측면(142)과 상단부(141) 및 하단부(143)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양 측면(142)은 상하 외장부재(140)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(141)와 하단부(143)에는 전극리드(110, 120)가 돌출되어 있으므로 전극리드(110, 120)의 두께 및 외장부재(140) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(110, 120)와의 사이에 필름상의 실링부재(160)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.
도 14에는 단위모듈의 구성을 위해 도 13의 전지셀 2 개가 장착될 셀 커버가 사시도로서 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 셀 커버(200)는 도 6에서와 같은 파우치형 전지셀(도시하지 않음) 2 개를 내장하며 그것의 기계적 강성을 보완할 뿐만 아니라 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 하는 역할을 한다. 상기 2 개의 전지셀들은 그것의 일측 전극단자들이 직렬로 연결된 후 절곡되어 상호 밀착된 구조로 셀 커버(200) 내부에 장착된다.
셀 커버(200)는 상호 결합 방식의 한 쌍의 부재들(210, 220)로 구성되어 있으며, 고강도 금속 판재로 이루어져 있다. 셀 커버(200)의 좌우 양단에 인접한 외면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 단차(230)가 형성되어 있으며, 상단과 하단에도 역시 동일한 역할을 하는 단차(240)가 형성되어 있다. 또한, 셀 커버(200)의 상단과 하단에는 폭방향으로 고정부(250)가 형성되어 있어서, 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 한다.
도 15에는 다수의 단위모듈들이 연결된 하나의 예시적인 단위모듈 적층체의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 15를 참조하면, 단위모듈 적층체(300)는 4 개의 단위모듈들(201, 202, 203, 204)로 이루어지고, 각각의 단위모듈들(201, 202, 203, 204) 당 2 개의 전지셀들(도시하지 않음)이 내장되어 있으므로, 전체적으로 총 8 개의 전지셀들이 포함되어 있다. 전지셀 상호간 및 단위모듈 상호간의 전극단자 결합은 직렬 방식이며, 이러한 전극단자 연결부(310)는 단면상으로 'ㄷ' 자 형태로 절곡되어 있고, 그 중 최외각에 있는 단위모듈들(203, 204)의 외측 전극단자들(320, 321)은 다른 전극단자 연결부(310)보다 조금 돌출된 상태에서 안쪽을 향해 단면상으로 'ㄱ' 자 형태로 절곡되어 있다.
경우에 따라서는, 전극단자 연결부(310)가 'ㄷ'자 형태로 절곡하지 않고 서로 밀착된 구조로 결합되어 있는 구조도 가능함은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위에 대응하는 모듈 케이스 부위가 최외각 단위 셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격된 구조로 형성되어 있으므로, 과충전, 과방전, 과전류 등 전지모듈의 비정상적인 작동 또는 장기간의 충방전에 따른 열화로 전지셀이 팽창할 때, 모듈 케이스의 이격 부위로 팽창에 따른 응력이 집중되도록 하여 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위가 파열 및 단전되도록 할 수 있고, 이는 전지모듈의 안전성을 소망하는 수준으로 담보할 수 있다.
또한, 본 발명의 전지모듈을 둘 이상 포함하는 중대형 전지팩은, 각각의 전지모듈 별로 과충전 방지 기능을 제공하므로, 종래의 최외각 전지모듈에만 과충전 방지 기능을 제공하는 CID 방식과 비교하여 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (23)
- 다수의 전지셀 또는 단위모듈(단위 셀)들이 상호 밀착 또는 인접한 상태로 직렬 연결되어 모듈 케이스 내부에 장착되어 있는 고출력 대용량의 전지모듈로서,
상기 다수의 단위 셀들 중 최외각 단위 셀의 전극단자에는 외부 입출력 단자와의 전기적 연결을 위한 버스 바가 연결되어 있고,
상기 버스 바는 모듈 케이스에 정위치 고정되어 있으며,
상기 모듈 케이스는, 전지셀의 스웰링에 의한 팽창 응력이 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정값 이상일 때, 상기 전기적 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어질 수 있도록, 상기 전기적 연결부위에 대응하는 모듈 케이스 부위가 상기 최외각 단위 셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈. - 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장된 상태에서 외주면이 열융착 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀의 양극 단자와 음극 단자는 전지셀의 양 단부에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 셀 커버를 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단위 셀들은 전극단자들이 전방 및/또는 후방의 위치하도록 세워진 상태로 모듈 케이스 내부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 모듈 케이스는 다수의 단위 셀들을 내부에 장착하기 위해 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있고, 상부 케이스와 하부 케이스의 계면에는 모듈 케이스를 외부로부터 밀폐하기 위한 절연성 가스켓이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 7 항에 있어서, 상기 하부 케이스의 전후방 내부에는 한 쌍의 체결 홈이 각각 형성되어 있고, 상기 상부 케이스의 전후방 내부에는 상기 하부 케이스의 체결 홈에 대응하는 위한 체결 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바들 사이에는 버스 바를 정위치에 고정하기 위한 지지 플레이트가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 단위 셀들의 직렬 연결부위에는 전압을 검출하기 위한 전압 센싱 단자가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 10 항에 있어서, 상기 버스 바는 최외각에 위치한 전압 센싱 단자의 일측면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 11 항에 있어서, 상기 전압 센싱 단자의 일 측면에는 한 쌍의 탄력적인 체결 돌기가 형성되어 있고, 버스 바는 전압 센싱 단자의 체결 돌기에 대응하는 위치에 상기 체결 돌기를 삽입하기 위한 삽입 홀이 형성되어 있어서, 상기 버스 바와 전압 센싱 단자의 결합은 전압 센싱 단자의 체결 돌기가 버스 바의 삽입 홀에 탄력적으로 삽입되는 구조로 달성되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 최외각 단위 셀의 외면에 대면하는 모듈 케이스의 측면은, 상기 전기적 연결부위에 대응하는 부위가 최외각 단위 셀의 외면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있고 나머지 부위가 최외각 단위 셀의 외면에 인접하도록, 절곡 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 13 항에 있어서, 상기 절곡 구조는 전지모듈의 중심을 기준으로 모듈 케이스의 양 측면에 대칭적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 14 항에 있어서, 상기 절곡 구조는 모듈 케이스 측면의 중간에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 최외각 단위 셀의 외면으로부터 모듈 케이스가 이격되어 있는 거리는 단위 셀의 두께를 기준으로 50 내지 300%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 모듈 케이스는 외부로부터 밀폐되어 있고, 전지셀들로부터 발생한 가스가 배출되기 위한 가스 배출구가 모듈 케이스의 일 측에 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 모듈 케이스의 상단에는 단위 셀들을 냉각하기 위한 냉각 장치가 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 18 항에 있어서, 상기 냉각 장치는 단위 셀들 사이에 개재되는 다수의 방열부재들과 상기 방열부재들을 일체로 연결한 상태로 모듈 케이스의 상단에 탑재되는 열교환 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 제 19 항에 있어서, 상기 열교환 부재에는 액상 냉매가 통과할 수 있도록 길이 방향으로 냉매 도관이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
- 고출력 대용량의 전기를 공급할 수 있도록 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈 둘 또는 그 이상이 전기적으로 연결되어 있는 중대형 전지팩.
- 제 21 항에 있어서, 상기 전지모듈의 양 측면은 전지셀의 스웰링시 최외각 단위 셀의 전극단자와 버스 바의 전기적 연결부위가 파열될 수 있는 이격 공간이 모듈 케이스에 제공되도록 절곡 구조로 이루어져 있고, 둘 이상의 전지모듈들은 상기 절곡 구조를 따라 측면 방향으로 밀착되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
- 제 21 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20090000745 | 2009-01-06 | ||
| KR1020090000745 | 2009-01-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100081942A KR20100081942A (ko) | 2010-07-15 |
| KR101029837B1 true KR101029837B1 (ko) | 2011-04-15 |
Family
ID=42642243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100000681A KR101029837B1 (ko) | 2009-01-06 | 2010-01-06 | 신규한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101029837B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014168397A1 (ko) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | 주식회사 엘지화학 | 라운드 코너를 포함하는 전지셀 |
| WO2018128294A1 (ko) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 자동차 |
| WO2018169216A1 (ko) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 |
| US11121429B2 (en) | 2017-01-06 | 2021-09-14 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery module and vehicle including the same |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101277250B1 (ko) * | 2010-10-18 | 2013-06-26 | 주식회사 엘지화학 | 결합부를 포함한 단위모듈 제조용 모듈 하우징 및 이를 포함하는 전지모듈 |
| KR101305215B1 (ko) * | 2011-01-06 | 2013-09-12 | 주식회사 엘지화학 | 삽입 방식의 전지모듈을 포함하는 전지팩 |
| EP2650960B1 (en) * | 2011-01-26 | 2020-01-01 | LG Chem, Ltd. | Cooling element having improved assembly productivity and battery modules including same |
| CN103380534B (zh) | 2011-02-22 | 2016-01-20 | 株式会社Lg化学 | 具有提高的冷却效率的冷却构件和采用该冷却构件的电池模块 |
| KR101276186B1 (ko) | 2011-05-13 | 2013-06-18 | 주식회사 엘지화학 | 전압 센싱 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 |
| CN202308124U (zh) | 2011-10-28 | 2012-07-04 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电池防爆装置及其电池包 |
| KR101535795B1 (ko) * | 2012-01-18 | 2015-07-10 | 주식회사 엘지화학 | 공냉식 구조의 전지팩 |
| KR101487152B1 (ko) * | 2012-04-05 | 2015-01-27 | 주식회사 엘지화학 | 단위모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈 |
| US9099692B2 (en) | 2012-11-07 | 2015-08-04 | Hyundai Motor Company | Rechargeable battery |
| CN104662727B (zh) | 2012-11-21 | 2018-03-13 | 株式会社Lg 化学 | 锂二次电池 |
| KR101570975B1 (ko) | 2012-11-21 | 2015-11-23 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지 |
| KR101441205B1 (ko) * | 2012-12-27 | 2014-09-17 | 에이치엘그린파워 주식회사 | 차량용 배터리의 셀 모듈 조립체 |
| KR101441207B1 (ko) * | 2012-12-27 | 2014-09-17 | 에이치엘그린파워 주식회사 | 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치 |
| KR101572447B1 (ko) * | 2013-03-19 | 2015-11-27 | 주식회사 엘지화학 | 전압 검출부재 및 이를 포함하는 전지모듈 |
| KR101615928B1 (ko) * | 2013-06-04 | 2016-04-27 | 주식회사 엘지화학 | 효율적인 냉각 구조의 중대형 전지팩 |
| KR101686583B1 (ko) | 2013-11-29 | 2016-12-14 | 주식회사 엘지화학 | 카트리지 적층 구조의 전지모듈 |
| KR101664590B1 (ko) | 2014-11-25 | 2016-10-11 | 현대자동차주식회사 | 배터리 시스템의 전류차단구조 |
| KR102026852B1 (ko) * | 2015-09-30 | 2019-09-30 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 모듈 |
| KR102016349B1 (ko) * | 2017-07-06 | 2019-08-30 | 주식회사 성우하이텍 | 전기자동차용 배터리 케이스의 체결장치 |
| CN109428026A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池模组 |
| KR102301195B1 (ko) * | 2017-12-01 | 2021-09-09 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 팩 |
| KR102330378B1 (ko) | 2018-04-20 | 2021-11-22 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 디개싱 유로를 구비한 배터리 팩 |
| KR102660426B1 (ko) | 2018-11-07 | 2024-04-23 | 에스케이온 주식회사 | 배터리 모듈 |
| KR20210122511A (ko) * | 2020-04-01 | 2021-10-12 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 |
| KR20210122512A (ko) * | 2020-04-01 | 2021-10-12 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 |
| KR20210122509A (ko) * | 2020-04-01 | 2021-10-12 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 |
| JP7326502B2 (ja) | 2020-07-10 | 2023-08-15 | 寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司 | 電池、電力消費装置、電池製造方法及び装置 |
| KR102641835B1 (ko) | 2020-07-10 | 2024-02-27 | 컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드 | 전지의 케이스 본체, 전지, 전력사용장치, 전지 제조방법 및 장치 |
| EP3965213B1 (en) | 2020-07-10 | 2023-03-29 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Battery and related apparatus thereof, preparation method and preparation device |
| CN115210948A (zh) * | 2020-11-26 | 2022-10-18 | 株式会社Lg新能源 | 电池模块和包括该电池模块的电池组 |
| KR20220105063A (ko) * | 2021-01-19 | 2022-07-26 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 |
| KR20220120002A (ko) * | 2021-02-22 | 2022-08-30 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 |
| KR20220120001A (ko) * | 2021-02-22 | 2022-08-30 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 |
| KR20220125085A (ko) * | 2021-03-04 | 2022-09-14 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 화재 방지 성능이 향상된 배터리 모듈 |
| KR20230069667A (ko) * | 2021-11-12 | 2023-05-19 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 모듈 및 이를 포함한 배터리 팩 |
| KR102622859B1 (ko) * | 2022-05-26 | 2024-01-08 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070099068A (ko) * | 2006-04-03 | 2007-10-09 | 주식회사 엘지화학 | 파우치형 이차전지 |
| KR20070109084A (ko) * | 2006-05-09 | 2007-11-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩 |
| KR20080082089A (ko) * | 2007-03-07 | 2008-09-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 각형 리튬 이온 전지 |
| JP2008218239A (ja) | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池ケース |
-
2010
- 2010-01-06 KR KR1020100000681A patent/KR101029837B1/ko active IP Right Review Request
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070099068A (ko) * | 2006-04-03 | 2007-10-09 | 주식회사 엘지화학 | 파우치형 이차전지 |
| KR20070109084A (ko) * | 2006-05-09 | 2007-11-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩 |
| JP2008218239A (ja) | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池ケース |
| KR20080082089A (ko) * | 2007-03-07 | 2008-09-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 각형 리튬 이온 전지 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014168397A1 (ko) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | 주식회사 엘지화학 | 라운드 코너를 포함하는 전지셀 |
| US9741974B2 (en) | 2013-04-11 | 2017-08-22 | Lg Chem, Ltd. | Battery cell having round corner |
| WO2018128294A1 (ko) * | 2017-01-06 | 2018-07-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전지 모듈 및 이를 포함하는 자동차 |
| US11121429B2 (en) | 2017-01-06 | 2021-09-14 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery module and vehicle including the same |
| WO2018169216A1 (ko) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | 주식회사 엘지화학 | 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 |
| US11024896B2 (en) | 2017-03-15 | 2021-06-01 | Lg Chem, Ltd. | Battery module with cooling unit to cover exposed parts of adjacent battery cell assemblies. Battery pack including battery module, and vehicle including battery pack |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20100081942A (ko) | 2010-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101029837B1 (ko) | 신규한 구조의 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 | |
| KR101447062B1 (ko) | 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩 | |
| JP5748380B2 (ja) | 安全性の向上した電池パック | |
| KR100914839B1 (ko) | 안전성이 향상된 전지모듈 및 이를 포함하는 중대형 전지팩 | |
| KR101169205B1 (ko) | 안전성이 향상된 중대형 전지팩 | |
| EP2725650B1 (en) | Battery module having improved stability | |
| KR101359310B1 (ko) | 안전성이 향상된 전지팩 | |
| KR100881641B1 (ko) | 안전 시스템을 구비한 중대형 전지팩 | |
| KR100870457B1 (ko) | 전지모듈 | |
| KR101161135B1 (ko) | 중대형 전지모듈 | |
| KR101277250B1 (ko) | 결합부를 포함한 단위모듈 제조용 모듈 하우징 및 이를 포함하는 전지모듈 | |
| KR20070112489A (ko) | 중대형 전지모듈 | |
| JP2014533424A (ja) | 安全性の向上した電池パック | |
| US10700321B2 (en) | Electrode lead and secondary battery having same | |
| KR20110034489A (ko) | 이차 전지 및 그 제조 방법 | |
| US11158901B2 (en) | Lithium secondary battery pack including thermal expansion tape fixing pouch type battery cells and method of manufacturing same | |
| KR20120056812A (ko) | 안전성이 향상된 중대형 전지팩 | |
| KR102611921B1 (ko) | 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 | |
| EP3989353A1 (en) | Battery module comprising bus bar plate, battery pack comprising same, and electronic device | |
| KR20140011441A (ko) | 안전성이 향상된 중대형 전지모듈 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| J204 | Request for invalidation trial [patent] | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR INVALIDATION REQUESTED 20110629 Effective date: 20130801 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140318 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170328 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180403 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190401 Year of fee payment: 9 |