KR101038627B1

KR101038627B1 - 배터리 모듈

Info

Publication number: KR101038627B1
Application number: KR1020070127273A
Authority: KR
Inventors: 에쯔오 오가미; 노부히로 시라이시; 류우이찌 아마가이
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2011-06-03
Also published as: DE602007009630D1; JP4379467B2; CN101202333A; US20080138698A1; US9236617B2; CN101202333B; EP1936717B1; KR20080053888A; JP2008147045A; EP1936717A1

Abstract

배터리 모듈은 다수의 평탄형 셀과 다수의 니핑판을 포함한다. 각각의 평탄형 셀은 셀 본체와 적어도 하나의 전극 탭을 구비한다. 셀 본체는 패키지 부재에 밀봉되는 전력 생성 소자를 포함한다. 전극 탭은 전력 생성 소자에 전기적으로 연결되어 셀 본체로부터 외측으로 돌출된다. 평탄형 셀은 전극 탭이 적층 방향으로 전기적으로 연결될 수 있게 서로 적층된다. 적층 방향으로의 니핑판들 중 인접 니핑판들은 적층 방향을 따라 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 2개의 대향 측면들로부터 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 셀 본체의 일부와 전극 탭을 니핑시킨다.

배터리 모듈, 니핑판, 전극 탭, 평탄형 셀, 전지

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}

<관련 출원의 상호 참조>

본 출원은 2006년 12월 11일자로 출원된 일본 공개 특허 공보 제2006-333693호의 우선권을 주장하는 출원이다. 상기 일본 공개 특허 공보 제2006-333693호의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명은 두께 방향으로 서로 적층된 다수의 박형 셀(thin cell)들을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

적층 필름 혹은 다른 패키지 부재에 밀봉되는 전력 생성 소자로 이루어진 셀 본체와, 전력 생성 소자에 전기적으로 연결되어 셀 본체로부터 외부로 이어지게 구성되는 박판형(thin plate-shaped) 전극을 포함하는 박형 전지(셀)에 대한 기술이 공지되어 있다. 일본 공개 특허 공보 제2001-256934호는, 고출력 및 고용량을 갖는 배터리 모듈을 얻을 수 있도록 박형 전지들이 두께 방향으로 적층되어 (즉, 적층 방향이 두께 방향에 해당할 수 있게 서로의 상단에 적층되어) 함께 전기적으로 연결되는 배터리 모듈 케이스를 개시하고 있다.

이러한 점에서 볼 때, 본 명세서로부터 본 기술분야의 숙련자에게 향상된 배 터리 모듈의 필요성이 존재함은 명백할 것이다. 본 발명은 이러한 본 기술분야의 필요성을 해소할 수 있을 뿐만 아니라 본 명세서로부터 본 기술분야의 숙련자에게 명백한 여타 다른 필요성들도 해소할 수 있다.

배터리 모듈이 일례로 차량에 설치되는 경우에, 배터리 모듈의 전체 크기를 보다 소형으로 형성시키기 위해서 박형 셀들 간의 간격을 최대한 작게 할 필요가 있다. 박형 셀의 전극은 박판형 형태를 갖기 때문에, 배터리 모듈이 진동을 받을 때, 전극과 셀 본체는 별도로 진동한다. 결과적으로, 전극과 셀 본체 사이의 경계부에 응력이 집중될 수 있다. 이러한 응력 집중으로 인해, 경계부에서의 피로가 유발되어, 경계부의 강도가 저하될 수 있다. 따라서, 진동에 의한 영향이 덜한 배터리 셀 구조체에 대한 필요성이 대두된다.

따라서, 본 발명의 목적은 진동의 입력에 의해 쉽게 영향 받지 않으면서 소형 크기로 제조될 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 배터리 모듈은 다수의 평탄형 셀과 다수의 니핑판(nipping plate)을 포함한다. 각각의 평탄형 셀은 셀 본체와 적어도 하나의 전극 탭을 구비한다. 셀 본체는 패키지 부재에 밀봉되는 전력 생성 소자를 포함한다. 전극 탭은 전력 생성 소자에 전기적으로 연결되어 셀 본체로부터 외측으로 돌출된다. 평탄형 셀은 전극 탭이 적층 방향으로 전기적으로 연결되도록 서로 적층된다. 니핑판들 중 적층 방향으로 인접 니핑판들은 적층 방향을 따라 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 2개의 대향 측면들로부터 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 셀 본체의 일부와 전극 탭을 니핑시킨다.

본 기술분야의 숙련자에게 이러한 본 발명의 목적, 특징, 태양 및 이점과 여타 다른 목적, 특징, 태양 및 이점은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 개시하는 이하의 상세히 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명에 의하면, 진동에 의해 쉽게 영향 받지 않으면서 소형 크기로 제조될 수 있는 배터리 모듈이 제공된다.

이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 선정된 실시예들을 설명한다. 본 기술분야의 숙련자라면, 이하에 제시되는 본 발명의 실시예는 단지 예시적으로 제시되는 실시예로서 본 발명을 이러한 실시예로 한정하고자 함이 아니며, 본 발명은 첨부된 특허청구범위와 그 동등물에 의해 한정되는 점을 명확하게 파악할 수 있을 것이다.

도1 내지 도4를 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(50)이 도시되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(50)의 전체 사시도이다. 도2는 도1에 도시된 배터리 모듈(50)의 분해 사시도이다. 도3은 배터리 모듈(50)의 셀 유닛(60)의 사시도로서, 셀 유닛(60)을 내장하는 케이스(70)로부터 셀 유닛(60)이 제거된 상태를 보여주는 사시도이다. 도4는 셀 유닛(60)을 형성하는 다수의 박형 셀(101 내지 108)(평탄형 셀)들의 사시도이다. 이하의 설명에서, 관찰자에게 보다 근접한 배터리 모듈(50)의 단측(short side)을 "전측(front side)"이라 부르고, 보다 떨어진 단측을 "후측(rear side)"이라 부른다. 또한, 이하의 설명에서, 박형 셀(101 내지 108)은 간단하게 "셀"이라 부른다.

도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(50)은 케이스(70) 내에 내장된 셀 유닛(60)을 포함한다. 이러한 본 발명의 예시된 실시예에서, 셀 유닛(60)은 8개의 셀(101 내지 108)을 포함한다. 배터리 모듈(50)은 차량, 일례로 자동차나 기차 내에 설치될 수 있게 배치되며, 이러한 차량에서는 진동이 발생되어 셀 유닛(60)으로 전달된다.

도면에 도시하지는 않았지만, 소망하는 전류, 전압 및 용량 특성을 갖는 배터리 팩을 형성시킬 수 있게 하기 위해서, 임의 개수의 배터리 모듈(50)이 적층되어 직렬 혹은 병렬로 함께 연결될 수 있다. 수개의 배터리 모듈(50)이 직렬 혹은 병렬로 연결될 때, 적절한 연결 부재, 일례로 버스바(bus bar)가 사용된다. 배터리 모듈(50)은 공냉되며, 하나 이상의 배터리 모듈(50)이 적층될 때 에어 갭을 형성시킬 수 있게 하기 위해서 칼라(collar)가 배터리 모듈(50)들 사이에 삽입된다. 이러한 에어 갭은 냉기가 각각의 배터리 모듈(50)을 통해 유동하여 냉각시킬 수 있도록 하는 냉기 통로의 역할을 한다. 냉기를 송풍시켜 배터리 모듈(50)을 냉각시킴으로써, 배터리 온도를 저하시킬 수 있으며, 충전 효율과 같은 특성의 저하를 억제할 수 있다.

배터리 모듈(50)은 전기적으로 함께 연결된 수개의 셀(101 내지 108)들을 포함한다는 점에서 일종의 배터리 팩(즉, 함께 연결된 배터리 유닛들 혹은 단일 셀들의 조립체를 구비한 배터리)이다. 하지만, 본 설명에서, "배터리 모듈"이라는 용어는 배터리 팩을 조립하기 위한 기본 유닛을 지칭하는 데 사용되며, 다수의 셀들이 케이스 내에 저장된 유닛의 형태를 갖는다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 케이스(70)는, 개구(71a)를 구비한 박스형 하부 케이스(71)와, 하부 케이스(71)의 개구(71a)를 밀폐시키는 뚜껑의 역할을 하는 상부 케이스(72)를 포함한다. 상부 케이스(72)의 가장자리부(72a)는 하부 케이스(71)의 개구(71a)를 밀폐시킬 수 있도록 하부 케이스(71)의 둘레벽(surrounding wall)(71b)의 가장자리부 둘레에 클림프(crimp)로 형성된다. 하부 케이스(71)와 상부 케이스(72)는 소정의 형상으로 프레스 성형된 비교적 박형의 강재 혹은 알루미늄 판금으로 제조된다. 둘레벽(71b)은 냉기가 케이스(70) 내로 유입되도록 하는 다수의 통기구(71g)들을 구비한다.

도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 셀 유닛(60)은, 셀 그룹(100)(다수의 평탄형 셀들)과, 다수의 판형 스페이서(110)(니핑판)들과, 양극 출력 단자(140) 및 음극 출력 단자(150)와, 홀더(180)를 포함한다. 셀 유닛(60)은 또한 전압 검출 단자판(160)(도12, 도13a, 도13b 및 도14a에 상세히 도시함)을 구비한다. 셀 그룹(100)은, 두께 방향으로 적층되어 전기적으로 직렬로 연결되는 8개의 셀(101 내지 108)로 구성된다. 각각의 판형 스페이서(110)는 셀(101 내지 108)들의 적층에 사용되는 니퍼판(nipper plate)에 해당한다. 전압 검출 단자판(160)은 셀(101 내지 108)들 각각의 전압을 검출하는 데 사용된다(아래에 설명하는 도7a 참조). 홀더(180)는 스페이서(110)에 설치되며, 전압 검출 커넥터(170)를 유지시킬 수 있게 형성된다(아래에 설명하는 도18 내지 도20 참조). 이러한 커넥터(170)는 하네스(harness)(171)(도18 참조)를 통해 전압계(172)에 연결되며, 셀(101 내지 108)들의 전압을 검출할 수 있게 하기 위해서 전압 검출 단자판(160)에 전기적으로 연결된다. 셀(101 내지 108)들의 전압은 배터리 모듈(50)의 충전 및 방전을 관리하기 위해 검출된다. 최상부 셀(108)의 상부면에 부착된 스페이서(110)는 도2에 도시된 바와 같은 발포재(foamed material)(116)로 코팅된다. 따라서, 셀 유닛(60)의 높이의 불균일성이 발포재(116)의 탄성 변형에 의해 조절된다.

도2에 도시된 바와 같이, 양극 출력 단자(140)와 음극 출력 단자(150)는 하 부 케이스(71)의 둘레벽(71b) 일부에 형성된 수개의 노치(71d, 71e)를 통해 케이스(70)의 외부로 지나간다. 케이스(70)의 내부에 배치된 홀더(180)의 개구는 둘레벽(71b)의 일부에 형성된 삽입 개구(71f) 혹은 노치와 대면한다. 이러한 삽입 개구(71f)는 커넥터(170)가 케이스(70)의 외부로부터 홀더(180) 내로 삽입될 수 있도록 한다. 볼트(미도시)가 케이스(70)의 4개의 코너부를 관통할 수 있게 하기 위해서, 볼트 구멍(73)들이 각각의 하부 케이스(71) 및 상부 케이스(72)의 4개의 코너부에 구비되며, 볼트 구멍(111)들이 각각의 스페이서(110)의 2개의 횡방향 가장자리부에 구비된다. 도2에 도시된 바와 같이, 각각의 스페이서(110)의 볼트 구멍(111) 내에 슬리브(74)가 삽입된다.

스페이서(110)의 위치는 하부 케이스(71) 및 상부 케이스(72)의 볼트 구멍(73)과 슬리브(74)를 통해 볼트를 관통시킴으로써 케이스(70)에 대해 고정된다. 스페이서(110)가 셀(101 내지 108)에 부착되기 때문에, 스페이서(110)의 위치를 고정시키게 되면, 케이스(70)에 대한 셀(101 내지 108)의 위치를 정할 수 있게 된다.

이제 도4를 참조하여 8개의 셀(101 내지 108)의 구조에 대해 설명한다. 설명을 보다 쉽게 하기 위해서, 셀(101 내지 108)을 적층 방향(도2 및 도3의 수직 방향)을 따라 하단으로부터 상단 순으로 제1 셀(101), 제2 셀(102), 제3 셀(103), 제4 셀(104), 제5 셀(105), 제6 셀(106), 제7 셀(107) 및 제8 셀(108)이라 부른다. 도4를 보면, 관찰자에게 보다 근접한 우측은 전측(front side)이고, 관찰자로부터 보다 떨어진 좌측은 후측(rear side)이다. 도4에서, 최하부의 제1 셀(101)은 하단 좌측에 도시되어 있으며, 최상부의 제8 셀(108)은 상단 우측에 도시되어 있다.

제1 셀(101) 내지 제8 셀(108)의 각각은, 셀 본체(100b)와, 셀(101 내지 108)을 함께 연결시키기 위한 한 쌍의 제1 전극(양극 및 음극)과, 전압 검출 단자판(160)에 연결시키기 위한 제2 전극을 포함한다. 도4를 보면, 제1 셀(101) 내지 제8 셀(108)은 각각 양극 탭(101p, 102p, 103p, 104p, 105p, 106p, 107p, 108p)과 음극 탭(101n, 102n, 103n, 104n, 105n, 106n, 107n, 108n)을 포함한다. 양극 탭(101p 내지 108p)과 음극 탭(101n 내지 108n)은 제1 전극에 해당한다. 반면에, 제1 셀(101) 내지 제8 셀(108)은 각각 제2 전극에 해당하는 전극 탭(101v, 102v, 103v, 104v, 105v, 106v, 107v, 108v)을 포함한다. 탭(101v 내지 108v)은 양극측과 음극측 중 일측에 배치된다. 예를 들어, 도4에 도시된 바와 같이, 제1 셀(101)의 탭(101v)은 음극 탭(101n)과 동일측에 배치된다. 또한, 탭(101v 내지 108v)은 양극 탭(101p 내지 108p) 및 음극 탭(101n 내지 108n)보다 작다. 예시된 실시예에 대한 이하의 설명에서, 제1 전극에 해당하는 양극 탭(101p 내지 108p) 및 음극 탭(101n 내지 108n)은 "탭(100t1)"이라 부르고, 제2 전극에 해당하는 전극 탭(101v 내지 108v)은 "탭(100t2)"이라 부른다. 제1 전극과 제2 전극 간의 구별 없이 전극을 보다 일반적으로 부르고자 할 때에는, "탭(100t)"이라는 용어를 사용한다.

또한, 예시된 실시예에 대한 설명에서, "전극 탭"은 셀 본체(100b)로부터 외부로 이어지는 부분으로 정의된다. 다시 설명하면, "전극 탭"이라는 용어는 셀 본체(100b)의 외부에서 인식될 수 있는 전극 부분만을 말한다. 박판형 전극의 일단부가 전력 생성 소자에 직접 연결되고 타단부가 셀 본체의 외부로 이어지는 박형 셀의 경우에, "전극 탭"은 셀 본체의 가장자리부로부터 전극의 타단부로 연장되는 전극 부분, 즉 셀 본체 외부에 노출되는 전극 부분이다. 이와 유사하게, 박판형 전극의 일단부가 전도성 부재를 통해 전력 생성 소자에 연결되고 타단부가 셀 본체의 외부로 이어지는 박형 셀의 경우에, "전극 탭"은 셀 본체의 가장자리부로부터 전극의 타단부로 연장되는 전극 부분, 즉 셀 본체의 외부에서 노출되는 전극 부분이다.

도4에 이점쇄선에 의해 박스로 도시한 바와 같이, 8개의 셀(101 내지 108)은 3개의 별도의 부조립체, 즉 제1 부조립체(81), 제2 부조립체(82) 및 제3 부조립체(83)로서 조립된다. 제1 부조립체(81)는 제2 셀(102)을 제1 셀(101)의 상단면에 적층시켜 제1 셀(101) 및 제2 셀(102)을 함께 직렬로 연결시킴으로써 형성된다. 제2 부조립체(82)는 제3 셀(103), 제4 셀(104) 및 제5 셀(105)을 서로의 상단면에 적층시켜 제3 셀(103), 제4 셀(104) 및 제5 셀(105)을 함께 직렬로 연결시킴으로써 형성된다. 제3 부조립체(83)는 제6 셀(106), 제7 셀(107) 및 제8 셀(108)을 서로의 상단면에 적층시켜 제6 셀(106), 제7 셀(107) 및 제8 셀(108)을 함께 직렬로 연결시킴으로써 형성된다.

도4에 도시된 바와 같이, 양극 출력 단자(140)는 제1 부조립체(81)에 설치되고, 음극 출력 단자(150)는 제3 부조립체(83)에 설치된다. 제1 부조립체(81) 및 제2 부조립체(82)는 제1 부조립체(81)의 음극 탭(102n)을 제2 부조립체(82)의 양극 탭(103p)에 접합시킴으로써 전측에서 함께 전기적으로 연결된다. 제2 부조립체(82) 및 제3 부조립체(83)는 제2 부조립체(82)의 음극 탭(105n)을 제3 부조립체(83)의 양극 탭(106p)에 접합시킴으로써 후측에서 함께 전기적으로 연결된다. 따라서, 제1 셀(101) 내지 제8 셀(108)은 직렬로 전기적으로 연결된다. 제1 부조립체(81)의 제2 셀(102)은 제2 부조립체(82)의 제3 셀(103)에 접합되고 그들 사이에 양면테이프를 개재시켜 접합되며, 제2 부조립체(82)의 제5 셀(105)은 제3 부조립체(83)의 제6 셀(106)에 접합되고 그들 사이에 양면테이프를 개재시켜 접합된다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 양극 출력 단자(140)는, 제1 셀(101)의 양극 탭(101p)을 중첩시키게 배치된 판형 버스바(bus bar)와, 버스바의 단부에 구비된 단자 영역을 덮는 수지 커버(142)를 포함한다. 음극 출력 단자(150)는, 제8 셀(108)의 음극 탭(108p)을 중첩시키도록 배치된 판형 버스바(bus bar)와, 버스바의 단부에 구비된 단자 영역을 덮는 수지 커버(152)를 포함한다.

일례로 초음파 용접법 혹은 레이저 용접법과 같은 공지된 방법이, 각각의 전극 탭(100t1)들 간의 접합부, 각각의 전극 탭(100t2)과 전압 검출 단자판(160) 간의 접합부, 양극 탭(101p)과 버스바 간의 접합부, 그리고 음극 탭(108n)과 버스바 간의 접합부를 형성시키는 데 사용된다.

도5는 셀(101 내지 108)들 중 하나의 일례로서 제2 셀(102)을 도시한 확대 사시도이다. 도6a는 적층형 셀의 개략적인 단면도이며, 도6b는 쌍극성 셀(bipolar cell)의 개략적인 단면도이다.

도5에 도시된 바와 같이, 셀(102)은 일례로 셀 본체(100b), 양극 탭(102p) 및 음극 탭(102n)을 구비한 평탄형 리튬 이온 이차 전지이다. 셀 본체(100b)는 적층 필름 등으로 제조된 패키지 부재(100a) 내에서 밀봉되는 적층형 전력 생성 소자(100e)를 포함한다. 양극 탭(102p)과 음극 탭(102n)은 박형으로서 도5에 도시된 바와 같이 판형이다. 양극 탭(102p)과 음극 탭(102n)은 전력 생성 소자(100e)(전력 저장 소자 혹은 전력 공급 소자)에 전기적으로 연결되며, 셀 본체(100b)의 외부로 이어지게 배치된다. 양극 탭(102p)과 음극 탭(102n)은 셀(102)의 단측(short side)(전측 및 후측)으로부터 연장된다. 셀(101 내지 108)[적층형 전력 생성 소자(100e)를 구비한 셀]에서, 셀(101 내지 108)들 간의 간격을 일정하게 유지시켜 셀(101 내지 108)의 성능을 유지시키기 위해서, 전력 생성 소자(100e)에 적층 방향으로 압력을 인가시킬 필요가 있다. 따라서, 셀(101 내지 108)은 서로를 향해 가압되도록 케이스(70) 내에 내장된다.

도6a는 적층된 전력 생성 소자(100e)를 구비한 제1 예의 셀(102)을 도시하고 있다. 본 발명을 쉽게 이해할 수 있게 하기 위해서, 적층형 셀(102)의 적층 구조를 개략적으로 그리고 과장시켜 도6a에 도시하였다. 적층형 셀(102)의 전력 생성 소자(100e)는, 다수의 양극(301)과, 다수의 격리체(separator)(302)에 의해 분리된 다수의 음극(303)을 포함한다. 각각의 양극(301)은 한 쌍의 양극 활성 물질층(positive electrode active material layer)(301b, 301c)이 양측에 형성된 집전체(current collector)(301a)를 포함한다. 각각의 음극(303)은 한 쌍의 음극 활성 물질층(negative electrode active material layer)(303b, 303c)이 양측에 형성된 집전체(303a)를 포함한다. 격리체(302)는 망상형(mesh-like) 절연체로 제조되며, 패키지 부재(100a)에 의해 둘러싸인 적층형 셀(102)의 내부 공간을 충진시키는 전해액과 함께 전해질 층을 형성한다. 양극 활성 물질층(301b)과 음극 활성 물질층(303c)을 교번하여 배치시키되, 그들 사이에 전해질 층을 배치시켜 그 전해질 층 과 일반적으로 서로 평행하게 대면하도록 배치시킴으로써, 전력 생성 소자(100e)(전력 저장 소자 혹은 전력 공급 소자)를 형성시킨다.

양극(301)의 집전체(301a)와 음극(303)의 집전체(303a)는 각각 양극 탭(102p)과 음극 탭(102n)에 용접된다. 도6a에 도시된 실시예를 보면, 서로의 상단면에 교번하여 적층되어 적층형 셀(102)의 내부에서 병렬로 연결되는 3개의 양극(301)과 4개의 음극(303)이 있다.

전력 생성 소자(100e)는 패키지 부재(100a)로 밀봉되어 셀(102)의 셀 본체(100b)를 형성한다. 도6a에 도시된 적층형 셀(102)에서, 양극 탭(102p)은, 셀 본체(100b)의 내부에서 연장되어 셀 본체(100b)의 외부로 이어지는 박판 형상을 갖는다. 음극 탭(102n)은, 셀 본체(100b)의 내부에서 연장되어 셀 본체(100b)의 외부로 이어지는 박판 형상을 갖는다.

도6b는 적층된 전력 생성 소자(100e')를 구비한 쌍극성 셀로서 배치되는 또 다른 구조의 셀(102')을 도시하고 있다. 본 발명을 쉽게 이해할 수 있게 하기 위해서, 적층형 셀(102')의 적층 구조를 개략적으로 그리고 과장시켜 도6b에 도시하였다. 쌍극성 셀(102')의 전력 생성 소자(100e')는 다수의 쌍극성 전극(202)과 그들 사이에 교번하여 배치된 다수의 전해질 층(203)의 적층체를 포함한다. 각각의 쌍극성 전극(202)은 양극 활성 물질층(205)이 일측에 형성되고 음극 활성 물질층(206)이 타측에 형성되는 집전체(204)를 포함한다. 양극 활성 물질층(205), 전해질 층(203) 및 음극 활성 물질층(206)은 단일 셀 층(207)을 구성한다. 인접 집전체(204)에 대한 절연을 위해서, 각각의 단일 셀 층(207)의 외주 주위에 절연 층(208)이 구비된다. 도면에서 전력 생성 소자(100e')의 상단면에 있는 최외부 집전체(204a)는 단지 양극 활성 물질층(205)만을 구비하며, 도면에서 전력 생성 소자(100e')의 하단면에 있는 최외부 집전체(204b)는 단지 음극 활성 물질층(206)만을 구비한다. 전력 생성 소자(100e')는 패키지 부재(100a)로 밀봉되어 셀 본체(100b)를 형성한다. 도6b에 도시된 쌍극성 셀(102')에서, 단지 양극 활성 물질층(205)만을 구비한 최외부 집전체(204a)는, 셀 본체(100b) 내부에서 연장되어 셀 본체(100b) 외부로 이어지는 박판형 양극 탭(102p)을 형성한다. 단지 음극 활성 물질층(206)만을 구비한 최외부 집전체(204b)는, 셀 본체(100b) 내부에서 연장되어 셀 본체(100b) 외부로 이어지는 음극 탭(102n)을 형성한다.

예시된 실시예를 보면, 도6a에 도시된 적층형 셀(102)과 도6b에 도시된 쌍극성 셀(102')은 모두 제2 셀(102)의 예들로서 도시되어 있다. 필요로 하는 셀 용량 및 셀 전압에 따라 셀(102 혹은 102')의 유형을 선정할 수 있다.

도7a 및 도7b는 셀(102)의 전측부가 어떠한 방식으로 스페이서(110)에 의해 유지되는지를 도시하고 있다. 도8은 도7b의 선 8-8을 따라 취한 단면도이다. 도9는 양극 출력 단자(140)와 스페이서(110)가 설치된 제1 셀(101)의 평면도이다. 도10a 및 도10b는 양극 출력 단자(140)와 스페이서(110)가 어떠한 방식으로 제1 셀(101)의 전측부에 부착되는지를 도시하고 있다. 도11은 도10b의 선 11-11을 따라 취한 단면도이다. 도12는 전압 검출 단자판(160)과 함께 스페이서(110)[제1 스페이서(121)]의 일례를 도시한 사시도이다. 도13a 및 도13b는 전압 검출 단자판(160)이 어떠한 방식으로 스페이서(110)에 부착되는지를 도시하고 있다. 도14a 는 전압 검출 단자판(160)이 부착된 스페이서(110)를 도시한 평면도이다. 도14b는 도14a의 선 14B-14B를 따라 취한 단면도이다.

셀(101 내지 108)들이 함께 적층되는 경우에 스페이서(110)가 사용된다. 단지 전극 탭(100t)만이 스페이서(110)들 사이에서 압착되거나 니핑(nipping)되면, 셀(101 내지 108)과 스페이서(110)가 탭 부분에서만 연결되는 구조가 형성된다. 결과적으로, 진동에 기인한 변위가 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b) 사이의 경계부에 집중되어, 그 경계부에서 균열 등의 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 예시된 실시예에 따른 배터리 모듈(50)을 보면, 도7a, 도7b 및 도8에 도시된 바와 같이, 스페이서(110)는 판형으로 형성되며, 적층 방향을 따라 양 표면으로부터 전극 탭(100t)과 셀(102)의 셀 본체(100b)의 적어도 일부를 압착 혹은 니핑(유지)시키도록 구성되어 배치된다. 또한, 스페이서(110)는 적어도 전극 탭(100t)과 대면하는 표면에서 전기 절연재로 제조된다. 도7a, 도7b 및 도8에 도시된 실시예를 보면, 스페이서(110) 전체는 바람직하게는 전기 절연재로 제조된다. 스페이서(110)의 재료는 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b)의 일부를 압착하여 유지시키기에 충분한 강도와 전기 절연성을 갖는 한 한정되지 않는다. 예를 들어, 전기 절연성을 갖는 수지 재료가 사용될 수 있다. 슬리브(74)(도2 참조) 삽입용 볼트 구멍(111)이 스페이서(110)의 횡방향(길이 방향) 가장자리부의 각각에 구비되어 스페이서(110)의 상단면으로부터 하단면으로 지나간다.

탭(100t)과 셀 본체(100b)의 일부가 스페이서(110)에 의해 유지되기 때문에, 스페이서(110)와 셀 본체(100b)의 일부가 중첩된 중첩부가 형성된다. 이러한 중첩 부로 인해서, 진동에 기인해 형성되는 굴곡점이 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b) 사이의 경계부로부터 셀 본체(100b) 내의 위치로 이동된다. 그 결과, 전극 탭(100t)에 인가되는 굽힘 하중이 경감된다. 배터리 모듈(50)이 진동을 받으면, 셀 본체(100b)의 일부와 전극 탭(100t)은 단일 유닛으로서 함께 진동하게 되어, 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b) 사이의 경계부에 응력이 집중되지 않게 된다. 그 결과, 전극 탭(100t)의 피로 수명이 향상되어, 배터리 모듈(50)의 내구성이 향상될 수 있게 된다. 진동에 기인한 굴곡점이 셀 본체(100b) 내로 이동된다 하더라도, 셀 본체(100b)가 패키지 부재(100a) 내에 내장되기 때문에 피로 파괴가 초래되지 않아, 진동에 대해 전극 탭(100t)보다 큰 강성을 갖게 된다. 셀 본체(100b)의 일부와 전극 탭(100t)이 스페이서(110)에 의해 유지되기 때문에, 셀(101 내지 108)들 간의 간격, 즉 전극 탭(100t)들 간의 간격이 작은 경우에도 전극 탭(100t)들 간의 단락이 방지될 수 있다. 결과적으로, 셀(101 내지 108)들 간의 간격을 최대한 작게 형성시킬 수 있어, 배터리 모듈(50)의 전체 크기도 보다 소형으로 형성시킬 수 있게 된다. 그 결과, 진동에 의해 쉽게 영향 받지 않으면서 소형 크기로 제조할 수 있는 배터리 모듈(50)이 제공될 수 있다.

예시된 실시예를 보면, 셀(101 내지 108)은 전극 탭(100t)이 적층 방향으로 서로 중첩되게 적층된다. 결과적으로, 전극 탭(100t)들이 초음파 용접법이나 여타 다른 접합법에 의해 직접 함께 연결될 수 있기 때문에, 해당 전극 탭(100t)들을 함께 연결시키기 위한 추가적인 버스바 등이 필요 없어지게 된다. 그 결과, 추가 구조 부품이 전극 탭(100t)에 추가되지 않아, 전극 탭 부분이 보다 가벼워지며, 이는 진동에 대해 유리하다.

함께 연결되지 않은 전극 탭(100t)들을 스페이서(110)가 절연시키는 것이 필요하다. 스페이서(110)가 상술한 바와 같이 셀 본체(100b)에 결합되기 때문에, 추가 구조 부품이 전극 탭(100t)에 부착되지 않아, 전극 탭 부분이 보다 가벼워지며, 이는 진동에 대해 유리하다.

도7a, 도7b 및 도8에 도시된 바와 같이, 스페이서(110)는 일반적으로 제1 스페이서(121)와 제2 스페이서(122)를 포함하는 2개의 형체로 분할된다. 제1 스페이서(121)는 전압 검출 단자판(160)에 부착될 수 있게 형성된다. 제2 스페이서(122)는 전압 검출 단자판(160)에 부착될 수 없게 형성된다. 제1 스페이서(121)의 상세 구조는 도12 내지 도14에 도시되어 있다.

도12 내지 도14에 도시된 바와 같이, 제1 스페이서(121)는 일반적으로 직사각형의 수개의 윈도우형 개구(123)를 구비하며, 이러한 개구는 제1 스페이서(121)의 상단면으로부터 하단면을 통해 적층 방향으로 관통된다. 일반적으로 U자형의 부분(124)(노치)이 제1 스페이서(121)의 길이 방향 중앙부에 구비된다. 2개의 윈도우형 개구(123)가 일반적으로 U자형의 부분(124)의 좌측 및 우측에 각각 배치된다. 한 쌍의 돌출부(125)가 일반적으로 U자형의 부분(124)과 인접 윈도우형 개구(123) 사이에 각각 구비된다. 스페이서(110)에 의해 유지되는 전극 탭(100t)은 일반적으로 윈도우형 개구(123)에서 정렬된다(도7b 참조). 제1 스페이서(121)는 한 쌍의 유지 부재(127)를 추가로 포함하며, 이러한 유지 부재의 각각은 도14b에 가장 잘 도시된 바와 같이 구멍(126)을 구비한다.

도12에 도시된 바와 같이, 전압 검출 단자판(160)은 일반적으로 직사각형의 기부(161)와 그 기부(161)로부터 연장되는 단자부(162)를 구비한 일체형 단일 부재이다. 제1 스페이서(121)에 구비된 돌출부(125)가 끼워 맞추어지게 형성되어 배치되는 관통구(163)가 기부(161)에 형성된다. 기부(161)는 도13b 및 도14에 도시된 바와 같이 관통구(163)를 통해 돌출부(125)들 중 하나를 끼워 맞춤으로써 제1 스페이서(121)에 고정된다. 기부(161)는 제2 전극에 해당하는 전극 탭(101v 내지 108v)에 연결된다. 구멍(126)을 구비한 유지 부재(127)는 그 내부로 단자부(162)가 삽입되도록 한다. 유지 부재(127)들은 제1 스페이서(121)의 길이 방향을 따라 서로로부터 이격되도록 일반적으로 U자형의 부분(124)의 양측에 각각 구비된다. 구멍(126)은 제1 스페이서(121)의 길이 방향을 따라 [즉, 개구가 제1 스페이서(121)의 길이 방향으로 대면하도록] 형성된다. 단자부(162)의 두께 방향으로의 구멍(126)의 크기는, 두께 방향으로 대면하는 단자부(162)의 양측에서 단자부(162)와 유지 부재(127) 사이에 간극(CL)이 형성되도록 단자부(162)의 두께보다 크다(도14b 참조). 간극(CL)은 단자부(162)가 적층 방향으로 이동될 수 있게 제1 스페이서(121)에 의해 유지되도록 한다.

전압 검출 단자판(160)의 단자부(162)가 스페이서(110)에 대해 고정되었다면, 적층 방향으로의 단자부(162)의 위치 및 피치는 셀(101 내지 108)과 스페이서(110)가 함께 적층되었을 때 셀(101 내지 108)의 위치에 따라 정해진다. 결과적으로, 셀(101 내지 108)의 두께 크기의 변동(산란) 및 스페이서(110)의 두께 크기의 변동(산란)은 전체적으로 배터리 모듈(50) 내에서의 단자부(162)의 불균일한 위 치를 초래하게 된다. 커넥터(170)는 전압 검출 단자판(160)의 단자부(162)에 연결되게 형성되는 다수의 연결 단자(173)(도19 참조, 아래에서 상세히 설명함)를 구비하여, 소정의 연결 단자(173)의 위치가 정해진다. 따라서, 단자부(162)의 위치가 불균일하면, 커넥터(170)의 삽입이 어려워지며, 만일 커넥터(170)가 강제적으로 삽입되는 경우에는 연결 단자(173)와 단자부(162) 사이의 접촉 불량을 초래할 수 있다.

따라서, 단자부(162)가 적층 방향으로 이동될 수 있게 [부동 상태(floating state)에서] 제1 스페이서(121)에 의해 유지되도록 부품들을 형성시킴으로써, 셀(101 내지 108)의 두께 크기의 변동 및 스페이서(110)의 두께 크기의 변동이 흡수될 수 있어, 커넥터(170)의 연결 작업이 보다 쉽게 달성될 수 있게 된다.

도13a 및 도13b에 도시된 바와 같이, 전압 검출 단자판(160)이 제1 스페이서(121) 내에 설치되면, 제1 스페이서(121)의 돌출부(125)가 기부(161)의 관통구(163) 내에 끼워 맞추어질 때까지 전압 검출 단자판(160)을 제1 스페이서(121)의 길이 방향으로 이동시킴으로써 단자부(162)가 유지 부재(127)의 구멍(126) 내로 삽입된다. 이러한 방식으로, 전압 검출 단자판(160)의 기부(161)가 제1 스페이서(121)에 고정되며, 전압 검출 단자판(160)의 단자부(162)가 전압 검출 단자판(160)이 적층 방향으로 이동될 수 있게 제1 스페이서(121)에 의해 유지된다. 전압 검출 단자판(160)은 U자형 부분(124)의 일측(좌측 혹은 우측)에서 기부(161)와 함께 제1 스페이서(121)에 설치될 수 있다. 도13b 및 도14는 기부(161)가 U자형 부분(124)의 우측(즉, 도13b 및 도14의 투시 방향의 우측)에 배치되게 전압 검출 단자판(160)이 제1 스페이서(121)에 설치된 상태를 도시하고 있다. 반면에, 도7a 및 도7b는 기부(161)가 U자형 부분(124)의 좌측(즉, 도7a 및 도7b의 투시 방향의 좌측)에 배치되게 전압 검출 단자판(160)이 제1 스페이서(121)에 설치된 상태를 도시하고 있다.

도7a에 도시된 바와 같이, 제2 스페이서(122)는 제1 스페이서(121)의 유지 부재(127)와 중첩되게 배치되는 한 쌍의 리브(128)를 구비한다.

패키지 부재(100a)는 셀 본체(100b)의 전측 및 후측 각각에 형성되는 플랜지부(100d)(접합부)를 형성시킬 수 있게 한 쌍의 시트 부재(100c)의 외부 가장자리부를 함께 접합시켜 형성되는 백(bag) 형상을 갖는다. 전극 탭(100t)은 2개의 시트 부재(100c)들 사이로부터 외측으로 돌출되게 형성되어 배치된다. 스페이서(110)는 적층 방향으로 양면(상단면 및 하단면)으로부터 플랜지부(100d)와 전극 탭(100t)을 압착시키거나 니핑시킬 수 있게 형성된다.

도7a에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(50)은 각각의 셀(101 내지 108)의 플랜지부(100d)를 스페이서(110)의 각각의 쌍의 제1 스페이서(121) 및 제2 스페이서(122)에 결합시키게 배치되는 수개의 결합 부재(190)를 구비한다. 결합 부재(190)는 셀(101 내지 108)이 스페이서(110)에 대해 위치될 수 있도록 한다. 또한, 배터리 모듈(50)이 진동을 받으면, 이러한 진동은 결합 부재(190)를 통해 플랜지부(100d)에서 2개의 시트 부재(100c) 내로 분산될 수 있다. 그 결과, 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b) 사이의 경계부에서의 응력 집중 현상이 더욱 억제되어, 전극 탭(100t)의 피로 수명이 더욱 향상될 수 있게 된다.

각각의 결합 부재(190)는, 셀(101 내지 108) 각각의 플랜지부(100d)를 적층 방향으로 관통하는 관통구(191)와, 제1 스페이서(121)에 구비된 관통구(191) 내로 끼워 맞추어지게 형성되는 체결부(192)를 포함한다. 관통구(191)가 플랜지부(100d)에서 개방되어 전극 탭(100t1)을 관통하지 않기 때문에, 전극 탭(100t1)의 크기는 단지 하나의 전극 탭(100t1)을 다른 전극 탭(100t1)에 연결시키는 데 필요한 표면적에 의해서만 정해질 수 있다. 따라서, 전극 탭(100t1)은 연결에 필요한 크기보다 클 필요가 없다. 전극 탭(100t1)이 보다 작게 제조될 수 있기 때문에, 셀(101 내지 108) 각각의 크기가 보다 소형으로 제조될 수 있어, 전체 배터리 모듈(50)이 보다 소형으로 제조될 수 있게 된다.

체결부(192)는 적층 방향으로 돌출되게 제1 스페이서(121)에 형성되는 핀이다. 체결부(192)는 또한 양각부(embossment)로도 부른다. 각각의 제1 스페이서(121)는 2개의 체결부(192)를 구비하며, 이러한 체결부(192)들 중 하나는 제1 스페이서(121)의 길이 방향 단부 부근에 배치된다. 각각의 제2 스페이서(122)는 삽입할 체결부(192)용으로 배치되는 한 쌍의 관통구(193)(체결 구멍)를 구비한다.

체결부(192)가 관통구(191)와 관통구(193)를 통해 관통된 후에 말단부(distal end)를 압착시킴으로써 체결부(192) 각각의 말단부에 헤드부(194)가 형성된다. 헤드부(194)는 체결부(192)가 관통구(191)의 외부로 이탈되지 않게 방지하는 역할[즉, 체결부(192)를 관통구(193)에서 유지시키는 역할]을 하여, 셀(101 내지 108)과 스페이서(110)를 함께 고정시키는 역할을 한다. 제1 스페이서(121)의 체결부(192)만으로, 또는 제1 스페이서의 체결부(192)와 제2 스페이서(122)의 관통 구(193)에 의해서, 스페이서(110)에 구비되는 결합 구조체가 형성된다.

보다 상세하게 설명하면, 도7a, 도7b 및 도8은 제2 셀(102)의 전측에서 스페이서(110)의 결합 부재(190)를 도시하고 있다. 제1 스페이서(121)의 체결부(192)는 셀(102)의 관통구(191)를 통해 그리고 제2 스페이서(122)의 관통구(193)를 통해 삽입된다. 이어서, 적어도 셀(102)의 관통구(191)의 구멍 직경보다 큰 헤드부(194)를 형성시킬 수 있게 하기 위해서, 체결부(192)의 말단부[팁 단부(tip end)]가 헤드나 초음파를 이용하여 압착(변형)된다. 헤드부(194)는 체결부(192)가 셀(102)의 관통구(191)로부터 탈착되지 않게 하며, 제1 스페이서(121), 셀(102)의 플랜지부(100d) 및 제2 스페이서(122)를 함께 고정 결합시키는 역할을 한다.

반면에, 도9, 도10a, 도10b 및 도11에 도시된 바와 같이, 제1 셀(101)의 전측에서, 제1 스페이서(121)의 체결부(192)는 셀(101)의 플랜지부(100d)에 형성된 관통구(191)를 통해 관통된다. 이어서, 체결부(192)의 말단부는 헤드부(194)를 형성시킬 수 있게 변형된다. 헤드부(194)는 체결부(192)가 셀(101)의 관통구(191)로부터 탈착되지 않게 하며, 제1 스페이서(121) 및 셀(101)의 플랜지부(100d)를 함께 고정 결합시키는 역할을 한다.

결합 부재(190)는 셀(101 내지 108)과 스페이서(110)를 위치시키는 역할과, 셀(101 내지 108)과 스페이서(110)를 서로 고정시키는 역할을 한다. 이러한 위치 및 고정 역할을 위해 동일한 결합 부재(190)가 사용되기 때문에, 별도의 위치 부재 및 고정 부재가 사용되는 구조에 비해 공간이 절약된다. 따라서, 배터리 모듈(50)은 보다 소형으로 제조될 수 있다. 또한, 셀(101 내지 108)과 스페이서(110)가 분 리되지 않기 때문에, 셀(101 내지 108)과 스페이서(110)는 보다 쉽게 취급될 수 있어, 셀(101 내지 108)의 적층 작업이 보다 쉽게 달성될 수 있게 된다.

셀(101 내지 108) 각각은, 각각의 전압 검출 단자판(160)에 연결시키기 위한 전극 탭(100t2)(101v 내지 108v)과, 셀(101 내지 108)을 함께 연결시키기 위한 전극 탭(100t1)(101p 내지 108p와 101n 내지 108n)을 구비한다. 전극 탭(100t2)은 전극 탭(100t1)으로부터 분리된 독립된 전극 탭이다. 진동이 커넥터(170)를 통해 전압 검출 단자판(160)으로 전달되더라도, 전극 탭(100t1)이 전극 탭(100t2)으로부터 분리된 독립된 전극 탭이기 때문에 진동이 직접 전극 탭(100t1)으로 전달되지 않는다. 그 결과, 전극 탭(100t1)의 내구성이 향상될 수 있게 된다.

셀(101 내지 108)들 중 임의의 하나의 셀 본체(100b)의 일부와 전극 탭(100t)을 압착하여 유지시키는 한 쌍의 스페이서(110)들 중 하나[일례로 제1 스페이서(121) 또는 제2 스페이서(122)]는, 셀(101 내지 108)들 중 다른 하나의 셀 본체(100b)의 일부와 전극 탭(100t)을 압착하여 유지시키는 다른 쌍의 스페이서(110)들 중 하나로서 공유되어 사용된다. 예를 들어, 제1 셀(101)의 전측부는 제1 셀(101)에 부착된 제1 스페이서(121)와 제2 셀(102)(도15 참조)의 저면에 부착된 다른 제1 스페이서(121) 사이에서 압착되어 유지된다. 본 실시예에서, 제2 셀(102)에 부착된 제1 스페이서(121)는, 제2 셀(102)의 셀 본체(100b)의 일부와 음극 탭(102n)을 압착하여 유지시키는 동시에 제1 셀(101)의 셀 본체(100b)의 일부와 양극 탭(101p)을 압착하여 유지시키는 데 사용된다. 이러한 방식으로 스페이서(110)를 공유함으로써, 상부 셀[일례로 제2 셀(102)]의 전극 탭(100t)들 간의 간 격과 하부 셀[일례로 제1 셀(101)]의 전극 탭(100t)들 간의 간격이 줄어들 수 있다. 결과적으로, 셀(101 내지 108)들 간의 간격이 최대한 작게 형성될 수 있어, 배터리 모듈(50)의 전체 크기가 보다 소형으로 형성될 수 있게 된다.

이제 도15 내지 도20을 참조하여 배터리 모듈(50)에 대한 커넥터(170) 및 홀더(180)의 부착 구조를 상세히 설명한다.

도15는 도3의 선 15-15를 따라 취한 배터리 모듈(50) 후측의 부분 단면도이다. 도16a는 홀더(180)가 스페이서(110)에 부착되기 전에 커넥터(170)를 유지시키는 홀더(180)의 사시도이다. 도16b는 홀더(180)가 스페이서(110)에 부착된 후의 홀더(180)의 사시도이다. 도17은 홀더(180)가 스페이서(110)에 부착된 후의 홀더(180)의 정면도이다. 도18a는 커넥터(170)가 배터리 모듈(50) 내로 삽입되기 전의 커넥터(170)를 도시한 평면도이다. 도18b는 커넥터(170)가 배터리 모듈(50) 내로 삽입된 후의 커넥터(170)를 도시한 평면도이다. 도19는 도18a의 선 19-19를 따라 취한 단면도이다. 도20은 도18b의 선 20-20을 따라 취한 단면도이다. 커넥터(170)는 배터리 모듈(50)의 전측 및 후측에 설치되지만, 도15 내지 도20에서는 단지 배터리 모듈(50)의 후측만을 도시하고 있다.

상술한 바와 같이, 전압 검출 단자판(160)의 단자부(162)는 셀의 두께 크기의 변동을 흡수할 수 있게 하기 위해서 스페이서(110)에 의해 부동 가능하게 유지된다. 커넥터(170)의 연결 단자(173)(도19 및 도20 참조)가 소정의 위치에 배치되기 때문에, 커넥터(170)의 연결 작업은 연결 단자(173)의 위치에 따라 단자부(162)를 위치시킴으로써 보다 쉽게 달성될 수 있다.

따라서, 도15에 도시된 바와 같이, 예시된 실시예에 따른 배터리 모듈(50)은 적층 방향으로 단자부(162)의 위치를 정하는 역할을 하는 제한 부재(195)를 구비한다. 따라서, 적층 방향으로의 위치가 제한 부재(195)에 의해 정해져 있는 단자부(162)에 연결 단자(173)를 구비한 커넥터(170)가 연결될 수 있다.

도15 및 도16a에 도시된 바와 같이, 제한 부재(195)는, 스페이서(110)에 설치된 홀더(180)와, 그 홀더(180)에 형성된 수개의 슬릿(181)을 포함한다. 홀더(180)는 커넥터(170)를 유지시킬 수 있게 형성되어 배치된다. 슬릿(181)은 각각의 단자부(162)의 일부가 해당 슬릿(181) 내로 삽입될 수 있게 배치된다. 홀더(180)는 스페이서(110)의 일반적으로 U자형의 부분(124)에 의해 형성된 삽입 개구 내로 삽입된다. 슬릿(181)은 홀더(180)의 삽입시 홀더(180)의 말단부에 대응하는 측에 형성된다. 슬릿(181)은 연결 단자(173)(도19)의 위치에 대응하는 위치에 형성된다. 홀더(180)는 홀더(180)의 외측 대면측에 구비된 수개의 집게형 부재(182)(결합 부재)를 추가로 포함한다. 집게형 부재(182)는 스페이서(110)에 형성된 수개의 체결 구멍(112)과 각각 체결되게 형성되어 배치된다. 집게형 부재(182)가 스페이서(110)의 체결 구멍(112)과 체결되게 홀더(180)가 압입되면, 홀더(180)는 스페이서(110)에 고정 부착된다. 전압 검출 단자판(160)의 단자부(162)가 스페이서(110)에 의해 부동가능하게 유지되기 때문에, 도18a 및 도19에 도시된 바와 같이 단자부(162)가 각각의 슬릿(181) 내로 삽입되면, 단자부(162)의 위치는 커넥터(170)의 연결 단자(173)의 위치에 대응하는 위치로 조절된다.

상술한 바와 같이, 배터리 모듈(50)은 셀 그룹(100), 스페이서(110) 및 홀 더(180)를 내장하는 케이스(70)를 구비한다. 케이스(70)는 커넥터(170)가 케이스(70)의 외부로부터 홀더(180) 내로 삽입되게 할 수 있도록 형성되는 삽입 개구(71f)를 구비한다. 도17을 보면, 삽입 개구(71f)가 이점쇄선으로 도시되어 있다. 도16a 및 도16b에 도시된 바와 같이, 홀더(180)는 삽입 개구(71f)를 둘러싸는 벽면의 내측에 접하는 수개의 스토퍼(stopper)(183)를 추가로 포함한다. 스토퍼(183)가 벽면의 내측에 접함으로써, 커넥터(170)의 삽입 후에 커넥터(170)가 홀더(180)의 외부로 이탈되더라도, 홀더(180)가 삽입 개구(71f)의 외부로 이탈되지 않게 된다.

도18b 및 도20에 도시된 바와 같이, 커넥터(170)가 배터리 모듈(50)에 연결되면, 전압 검출 단자판(160)의 단자부(162)와 연결 단자(173)가 쉽게 함께 연결된다. 단자부(162)의 위치가 연결 단자(173)의 위치에 따라 정해지기 때문에, 커넥터의 연결 작업이 비교적 쉽게 달성될 수 있게 된다.

도21a 및 도21b는 상술한 실시예에 따른 스페이서(110) 재료의 제1 예 및 제2 예를 도시한 개략적인 단면도들이다.

도21a에 도시된 바와 같이, 스페이서(110)를 탄성재 부재(113)로 제조할 수 있다. 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b)에 형성되는 응력이 탄성재 부재(113)에 의해 소산되어 저하될 수 있으며, 따라서 전극 탭(100t)의 내구성이 향상될 수 있게 된다. 탄성재 부재(113)는 또한 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b) 사이의 경계부에 존재하는 계단형 윤곽을 완충시키는 역할을 할 수 있다. 탄성재 부재(113)로 사용될 수 있는 재료로서, 클로로프렌 고무(CR), 부틸 고무(IIR), 천연 고무(NR), 부타 디엔 고무(BR) 및 스티렌부타디엔 고무(SBR)를 예로 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 비교적 높은 마찰 계수를 갖는 탄성재 부재(113)를 사용하는 것이 바람직하다. 전극탭(100t)과 셀 본체(100b)는 탄성재 부재(113)의 압착에 의해 생성된 마찰력에 의해서 유지될 수 있다. 탄성재 부재(113)의 가압 방식과 온도에 따라 탄성재 부재(113)의 마찰 계수가 변하지만, 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b)의 이동은 대략 2.0 이상의 마찰 계수를 이용한 마찰력에 의해 제한될 수 있다.

또한, 도21b에 도시된 바와 같이, 탄성재 부재(113)와 비탄성재 부재(114)를 적층시켜 스페이서(110)를 제조할 수 있다. 탄성재 부재(113) 층과 비탄성재 부재(114) 층을 포함하는 적층 구조체를 채택함으로써, 비탄성재 부재(114)에 대한 탄성재 부재(113)의 비율을 변화시켜 스페이서(110)의 압착력을 임의의 소정의 강도로 설정할 수 있게 된다. 이러한 구조를 채택한 스페이서(110)에서는, 셀 본체(100b)의 일부 및 전극 탭(100t)과 대면하는 스페이서(110)의 표면을 탄성재 부재(113)로 제조하는 것이 바람직하며, 이에 따라 충분한 압착력의 획득이 보장되는 것 이외에, 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b)로 전달되는 진동이 경감될 수 있어, 전극 탭(100t)의 내구성이 향상될 수 있게 된다. 상술한 재료들은 탄성재 부재(113)에 사용될 수 있다. 비탄성재 부재(114)로서 폴리카보네이트(PC) 혹은 상술한 탄성재(13)보다 낮은 탄성을 갖는 여타 다른 수지 재료를 예로 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

탄성재 부재(113) 층과 비탄성재 부재(114) 층을 포함하는 적층 구조체를 구비한 스페이서(110)는 도21b에 도시된 2층 구조체로 한정되지 않는다. 예를 들어, 하나의 비탄성재 부재(114) 층이 2개의 탄성재 부재(113) 층 사이에 개재된 3층 구조체가 채택될 수 있다. 또 다른 실시 가능한 구조체를 보면, 비탄성재 부재(114)의 표면을 탄성재 부재(113)로 코팅시켜 비탄성재 부재(114)의 표면상에 탄성재 부재(113)의 필름을 형성시켜서 스페이서(110)를 제조한다.

따라서, 본 발명의 예시된 실시예의 배터리 모듈(50)에 의하면, 배터리 모듈(50)이 진동을 받는 경우에, 전극 탭(100t)과 각각의 셀 본체(100b)의 적어도 일부가 일체형 유닛으로서 진동하기 때문에, 전극 탭(100t)과 셀 본체(100b) 사이의 경계부에 응력이 집중되지 않는다. 그 결과, 전극 탭(100t)의 피로 수명이 향상되어, 배터리 모듈(50)의 내구성이 향상된다.

용어의 일반적인 해석

본 발명의 범위를 파악하는 데 있어서, 본 명세서에 사용되는 "포함(comprising)"이라는 용어와 그 파생어는 지정한 기능부, 부재, 부품, 그룹, 단일체 및/또는 단계의 존재를 특정하긴 하지만 미지정한 기능부, 부재, 부품, 그룹, 단일체 및/또는 단계의 존재도 배제하지 않는 제한 없는 용어이다. 이러한 사항은 일례로 "포함(including)", "구비" 및 그 파생어와 같은 유사한 의미를 갖는 용어에도 적용된다. 또한, "부분(part)", "영역", "부분(portion)", "부재" 혹은 "소자"라는 용어는 단독으로 사용될 때 단일 부재 혹은 다수의 부재들의 이중 의미를 가질 수 있다.

이상 본 발명의 단지 선택된 실시예들만을 선정하여 기재하였지만, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부 특허청구범위에 기재한 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않 고서 본 발명에 여러 가지 변형들 및 수정들을 가할 수 있음을 명확하게 파악할 수 있을 것이다. 예를 들어, 여러 가지 다양한 부품들의 크기, 형상, 위치 혹은 배향은 소망하는 바에 맞게 변경될 수 있다. 서로 직접 연결되거나 접하도록 도시된 부품들은 그들 사이에 배치되는 중간 구조체를 구비할 수 있다. 한 부재의 기능은 2가지로 행해질 수 있으며, 그 역도 가능하다. 한 실시예의 구조 및 기능은 다른 실시예에 적용될 수 있다. 모든 이점들이 특정 실시예에 동시에 존재할 필요는 없다. 종래 기술과는 다른 특유한 모든 특징은 단독으로 혹은 다른 특징과 조합되어 본 출원인에 의한 별도의 추가 발명으로 고려되어야 하며, 이때 이러한 특징에 의해 실시되는 구조적 및/또는 기능적 개념을 포함하여 별도의 추가 발명으로 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들의 상술한 설명은 단지 예시적인 목적으로 제시된 것으로서, 첨부 특허청구범위와 그 동등물에 의해 한정되는 본 발명을 제한하고자 함이 아니다.

본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들에 대한 설명을 이제 참고하면,

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체 사시도.

도2는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 도1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.

도3은 도1 및 도2에 도시된 배터리 모듈의 셀 유닛을 도시한 사시도로서, 이러한 셀 유닛이 본 발명의 예시된 실시예에 따른 배터리 모듈의 케이스로부터 제거된 상태를 보여주는 사시도.

도4는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 도3에 도시된 배터리 모듈의 셀 유닛을 형성하는 다수의 박형 셀들의 사시도.

도5는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 도4에 도시된 박형 셀들 중 하나의 확대 사시도.

도6a는 예시된 실시예에 따른 배터리 모듈(셀)의 박형 셀의 제1 예의 단면을 간략하게 도시한 단면도.

도6b는 상술한 실시예에 따른 배터리 모듈(셀)의 박형 셀의 제2 예의 단면을 간략하게 도시한 단면도.

도7a는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 결합되는 도5에 도시된 박형 셀의 전측부를 도시한 확대 부분 분해도.

도7b는 도7a에 도시된 박형 셀의 전측부가 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 결합된 상태를 보여주는 확대 부분 분해도.

도8은 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 결합된 박형 셀의 전측부를 도7b의 선 8-8을 따라 취한 부분 단면도.

도9는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서와 양극 출력 단자가 박형 셀에 설치된 상태의 도5에 도시된 박형 셀들 중 하나의 평면도.

도10a는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서와 양극 출력 단자에 결합되는 도9에 도시된 박형 셀의 전측부를 도시한 확대 부분 분해도.

도10b는 도10a에 도시된 박형 셀의 전측부가 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서와 양극 출력 단자에 결합된 상태를 보여주는 확대 부분 분해도.

도11은 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서와 양극 출력 단자에 결합된 박형 셀의 전측부를 도10b의 선 11-11을 따라 취한 부분 단면도.

도12는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서(제1 스페이서)와 전압 검출 단자판의 분해 사시도.

도13a는 전압 검출 단자판이 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 부착되기 전의 상태를 보여주는 도12에 도시된 스페이서의 사시도.

도13b는 전압 검출 단자판이 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 부착된 후의 상태를 보여주는 도12 및 도13a에 도시된 스페이서의 사시도.

도14a는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 전압 검출 단자판이 부착된 상태를 보여주는 도12, 도13a 및 도13b에 도시된 스페이서의 평면도.

도14b는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서의 도14a의 선 14B-14B를 따라 취한 단면도.

도15는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 도3에 도시된 셀 유닛의 도3의 선 15-15를 따라 취한 부분 단면도.

도16a는 커넥터를 유지시키는 홀더가 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 부착되기 전의 상태에서, 도3 및 도15에 도시된 셀 유닛의 일부와 홀더를 도시한 부분 사시도.

도16b는 홀더가 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 부착된 후의 상태에서, 셀 유닛의 일부와 홀더를 도시한 부분 사시도.

도17은 홀더가 본 발명의 예시된 실시예에 따른 스페이서에 부착된 후의 도16a 및 도16b에 도시된 셀 유닛과 홀더의 부분 정면도.

도18a는 커넥터가 본 발명의 예시된 실시예에 따른 배터리 모듈 내로 삽입되기 전의 도1에 도시된 배터리 모듈을 커넥터와 함께 도시한 부분 평면도.

도18b는 커넥터가 본 발명의 예시된 실시예에 따른 배터리 모듈 내로 삽입된 후의 도1 및 도18a에 도시된 배터리 모듈의 부분 평면도.

도19는 본 발명의 예시된 실시예에 따른 배터리 모듈과 커넥터의 도18a의 선 19-19를 따라 취한 부분 단면도.

도20은 본 발명의 예시된 실시예에 따른 배터리 모듈과 커넥터의 도18b의 선 20-20을 따라 취한 부분 단면도.

도21a는 상술한 실시예에 따른 스페이서의 예시적인 제1 부재를 도시한 배터리 모듈 및 스페이서의 간략한 부분 단면도.

도21b는 상술한 실시예에 따른 스페이서의 예시적인 제2 부재를 도시한 배터 리 모듈 및 스페이서의 간략한 부분 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50: 배터리 모듈 60: 셀 유닛

70: 케이스 101 내지 108: 셀

110: 스페이서 140: 양극 출력 단자

150: 음극 출력 단자 160: 전압 검출 단자판

170: 전압 검출 커넥터 180: 홀더

Claims

각각이 셀 본체와 적어도 하나의 전극 탭을 구비하는 다수의 평탄형 셀과,

다수의 니핑판을 포함하고,

상기 셀 본체는 패키지 부재 내에 밀봉되는 전력 생성 소자를 포함하며, 상기 전극 탭은 전력 생성 소자에 전기적으로 연결되고 셀 본체로부터 외측으로 돌출되며, 상기 평탄형 셀들은 상기 전극 탭이 적층 방향으로 전기적으로 연결되도록 서로 적층되며,

니핑판들 중 상기 적층 방향으로 인접한 니핑판들은 적층 방향을 따라 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 2개의 대향 측면에서 상기 하나의 해당 평탄형 셀의 셀 본체의 일부와 전극 탭을 니핑시키고,

상기 니핑판은 패키지 부재와 니핑판을 연결하는 결합 구조체를 포함하는, 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 니핑판은 전기 절연재로 제조되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 셀 본체의 패키지 부재의 각각은 패키지 부재의 외부 가장자리부에 배치되는 접합부를 형성시키도록 함께 접합되는 한 쌍의 시트 부재에 의해 형성된 백 형상을 가지며, 상기 전극 탭의 각각은 패키지 부재들 중 해당 패기지 부재의 시트 부재들 사이로부터 외측으로 돌출되며, 상기 니핑판은 적층 방향을 따라 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 대향 측면에서 패키지 부재의 접합부와 전극 탭을 니핑시키는 배터리 모듈.
제3항에 있어서, 상기 니핑판들 중 인접 니핑판들의 적어도 하나는 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 패키지 부재의 접합부와 결합되는 결합 구조체를 구비하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서, 상기 결합 구조체는 니핑판들 중 인접 니핑판들의 하나에 형성된 핀을 포함하며, 상기 핀은 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 패키지 부재의 접합부에 구비된 관통구를 관통하는 배터리 모듈.
제5항에 있어서, 상기 핀은 그 핀을 관통구에 유지시킬 수 있게 핀의 말단부에 형성된 헤드부를 구비하는 배터리 모듈.
제5항에 있어서, 상기 결합 구조체는 니핑판들 중 인접 니핑판들의 다른 하나에 형성된 체결 구멍을 더 포함하여 상기 체결 구멍은 핀이 관통구를 관통한 후에 핀과 체결되는 배터리 모듈.
제7항에 있어서, 상기 핀은 그 핀을 체결 구멍에 유지시킬 수 있게 핀의 말단부에 형성된 헤드부를 구비하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 전극 탭과 대면하는 각각의 니핑판의 일부는 탄성재로 제조되는 배터리 모듈.
제9항에 있어서, 상기 니핑판의 각각은 탄성재 층과 비탄성재 층을 적층시켜 제조되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 전극 탭들 중 하나의 해당 전극 탭과 대면하는 각각의 니핑판의 일부와 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 셀 본체와 대면하는 각각의 니핑판의 일부는 탄성재로 제조되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서, 상기 전극 탭의 각각은, 평탄형 셀들 중 하나를 인접한 평탄형 셀에 연결시키는 제1 전극 탭과, 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 전압을 검출하는 데 사용되는 제2 전극 탭을 포함하는 배터리 모듈.
제12항에 있어서, 상기 제1 전극 탭과 제2 전극 탭은 별개의 독립된 전극 탭인 배터리 모듈.
제13항에 있어서, 상기 니핑판들 중 적어도 하나는 기부와 단자부를 구비한 전압 검출 단자판을 포함하며, 상기 기부는 평탄형 셀들 중 하나의 해당 평탄형 셀의 제2 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 단자부는 적층 방향으로 자유롭게 이동가능한 배터리 모듈.
제14항에 있어서, 상기 니핑판에 부착되어 전압 검출 커넥터를 그에 결합하는 홀더를 더 포함하는 배터리 모듈.
제15항에 있어서, 상기 홀더는 적층 방향으로 전압 검출 단자판의 위치를 제한하는 제한 부재를 구비하는 배터리 모듈.
제16항에 있어서, 상기 홀더의 제한 부재는 홀더에 형성되는 슬릿을 포함하는 배터리 모듈.
제17항에 있어서, 상기 평탄형 셀과 니핑판과, 홀더를 내장하는 케이스를 더 포함하며, 상기 케이스는 전압 검출 커넥터를 케이스의 외부로부터 홀더 내로 삽입하기 위한 삽입 개구를 구비하며, 상기 홀더는 삽입 개구를 둘러싸는 케이스의 벽면의 내측에 접하는 스토퍼를 구비하는 배터리 모듈.
전극 탭이 적층 방향으로 전기적으로 연결될 수 있게 서로 적층되는 셀 본체들 중 하나의 해당 셀 본체로부터 외측으로 전극 탭이 돌출된 전기 에너지 저장용 에너지 저장 수단과,

상기 적층 방향을 따라 평탄형 셀의 대향 측면들로부터 평탄형 셀의 셀 본체와 전극 탭을 니핑시키는 니핑 수단을 포함하고,

상기 니핑 수단은 패키지 부재와 니핑 수단을 연결하는 결합 구조체를 포함하는, 배터리 모듈.