KR101261766B1 - 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

전지 모듈(1A)은 전지 셀과 케이스(C)를 구비한다. 케이스(C)는 전지 셀(23)을 수용한다. 케이스(C)는 제1 주면, 제2 주면, 제1 전지 모듈 결합 구조물(13A) 및 제1 탄성 변형 구조물(15A)을 구비한다. 제1 전지 모듈 결합 구조물(13A)은 제1 주면 위에 제1 추가 전지 모듈(1X)을 유지하도록 배열 및 구성된다. 제1 탄성 변형 구조물(15A)은, 제1 추가 전지 모듈(1X)이 제1 전지 모듈 결합 구조물(13A)에 의해 케이스(C)의 제1 주면에 유지되는 동안 제1 추가 전지 모듈(1X)을 제1 주면 상에 적층할 때 제2 주면을 향해서 내측으로 탄성 변형하도록 제1 주면에 대해 배열 및 구성된다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
(관련 출원에 대한 상호-참조)
본 출원은 2009년 9월 11일자로 출원된 일본 특허출원 제2009-210059호에 대해 우선권을 주장한다. 일본 특허출원 제2009-210059호의 전체 내용은 본 명세서에 원용된다.
본 발명은 일반적으로 전지 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 상호 적층되는 전지 모듈에 관한 것이다.
전지 모듈은 간혹, 전지 모듈 클러스터 또는 조립체를 형성하기 위해 전지 모듈 스택의 양 단부에 제공되는 단부 판과 적층 배열된다. 단부 판은 대개, 전지 모듈에 균일한 면압이 인가되도록 체결용 볼트 및 너트 장치를 구비하는 체결구에 의해 네 코너의 각각에 체결된다. 이 형태의 장치의 일 예가 일본 특허 공개공보 제2007-66625호에 개시되어 있다.
전술한 종래의 전지 모듈에서, 체결용 볼트 및 너트 장치는 균일한 면압을 인가하기 위한 별도 부품이다. 따라서, 부품 개수 증가와 비용 상승이 우려된다.
공지된 기술의 상태를 감안하여, 본 발명의 일 태양은 부품 개수를 증가시키지 않고 균일한 면압을 인가할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
상기 태양은, 기본적으로 전지 셀과 케이스를 포함하는 전지 모듈을 제공함으로써 달성될 수 있다. 케이스는 전지 셀을 수용한다. 케이스는 제1 주면(main face), 제2 주면, 제1 전지 모듈 결합 구조물 및 제1 탄성 변형 구조물을 구비한다. 제1 전지 모듈 결합 구조물은 제1 주면 위에 제1 추가 전지 모듈을 유지하도록 배열 및 구성된다. 제1 탄성 변형 구조물은, 제1 추가 전지 모듈이 제1 전지 모듈 결합 구조물에 의해 케이스의 제1 주면에 유지되는 동안 제1 추가 전지 모듈을 제1 주면 상에 적층할 때 제2 주면을 향해서 내측으로 탄성 변형하도록 제1 주면에 대해 배열 및 구성된다.
이제 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부도면에 대해 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 단일 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전지 모듈의 코너 부분의 확대 부분 사시도이다.
도 3은 도 1의 단면 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라서 바라본 도 1의 전지 모듈의 종단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 다수의 전지 모듈을 포함하는 전지 모듈 클러스터 또는 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 전지 모듈 중 한 쌍의 인접한 전지 모듈 사이의 결합 구조를 도시하는 확대 사시도이다.
도 6은 상호 적층되는 도 1에 도시된 전지 모듈을 포함하는 전지 모듈 클러스터의 일부의 종단면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 단일 전지 모듈의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 전지 모듈의 코너 부분의 확대 부분 사시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 다수의 전지 모듈을 포함하는 전지 모듈 클러스터 또는 조립체의 사시도이다.
도 10은 적층 상태에 있는 또 다른 도시된 실시예에 따른 다수의 전지 모듈을 포함하는 전지 모듈 클러스터 또는 조립체의 일부의 종단면도이다.
이제 선택된 실시예를 도면을 참조하여 설명할 것이다. 실시예에 대한 하기 설명은 단지 예시적으로 제공되는 것이지 청구범위 및 그 균등물에 의해 한정되는 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아님은 당업자에게 자명할 것이다.
먼저 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 단일 전지 모듈(1A)이 도시되어 있다. 도 1은 단일 전지 모듈(1A)의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 전지 모듈(1A)의 코너 부분의 확대 부분 사시도이다. 도 3은 도 1의 단면 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라서 바라본 도 1의 전지 모듈(1A)의 종단면도이다.
본 실시예에서, 도 4에 도시하듯이, 전지 모듈(1A)은, 전지 모듈 클러스터 또는 조립체(1M)를 형성하도록 상호 적층되는 추가 전지 모듈(1B 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)과 적층된다. 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)은 도 4에 도시하듯이 전지 모듈 적층 방향으로 중첩되는 주면을 갖는다. 이 실시예에서, 전지 모듈 클러스터(1M)는 열두 개의 전지 모듈을 구비한다. 그러나, 필요에 따라서는 전지 모듈 클러스터를 형성하기 위해 더 많거나 더 적은 개수의 전지 모듈이 사용될 수 있다. 전지 모듈 클러스터 또는 조립체(1M)는 차량의 구동 모터용 전원 소스로서 작용한다. 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)의 각각은 양극(예를 들면, 도 4에서 상부 극) 및 음극(예를 들면, 도 4에서 하부 극)을 가지며, 이들은 케이스(C)의 주면 사이에서 케이스(C)의 하나의 에지면 상에 위치한다.
전지 모듈(1A). 도 4에 도시된 다른 열두 개의 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)의 각각은 동일한 구조를 갖는다. 도 4에 도시된 열두 개의 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)이 모두 동일한 구조를 가지므로, 이제는 도 4에서 왼쪽에서 두 번째 위치에 있는 전지 모듈(1A)을 다른 전지 모듈(1B 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y) 전부를 대표하는 예로서 설명할 것이다. 더욱이, 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)의 대응 부분은 동일한 숫자와 특정 전지 모듈의 위치에 대응하는 문자로 지칭된다. 예를 들어, 전지 모듈(1A)은 제1 케이스 피스(11A)와 제2 케이스 피스(12A)로 형성되는 케이스(C)를 기본적으로 구비하며, 제2 케이스 피스(12A)는 기본적으로 케이스 피스(11A)와 대칭적이다. 따라서, 예를 들어, 전지 모듈(1X)은 대응하는 제1 케이스 피스(11X)와 제2 케이스 피스(12X)를 갖는다. 일부 경우에, 다른 전지 모듈의 대응 부분은 간명함을 위해 도면에서 생략되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시하듯이, 예를 들어, 두 개의 케이스 피스(11A, 12A)는 그 사이의 분할선이 케이스(C)의 측면의 중앙 부분에 위치하도록 함께 조립된다. 케이스 피스(11A, 12A)의 각각은 플라스틱 수지 재료로 만들어진다. 두 개의 케이스 피스(11A, 12A)가 함께 조립될 때, 이들 케이스 피스는 케이스(C)를 형성한다. 제1 케이스 피스(11A)는 각 단부에 제1 전지 모듈 결합 구조물(13A)을 구비하고, 제2 케이스 피스(12A)는 각 단부에 제2 전지 모듈 결합 구조물(14A)을 구비한다. 제1 및 제2 전지 모듈 결합 구조물(13A, 14A)은 케이스 피스(11A, 12A)를 하나의 유닛으로서 유지하기 위해 함께 교합된다. 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y) 각각의 케이스(C)는, 단일의 전지 셀로 구성되거나 전지 셀의 두께 또는 적층 방향으로 상호 적층되고 적층 방향으로 상호 접촉하는 다수의 얇은 전지 셀로 구성되는 단일의 적층된 전지 셀 보디(23A)를 수용한다.
도 1 및 도 3에 도시하듯이, 전지 모듈(1A)은 제1 케이스 피스(11A)에 형성되는 제1 탄성 변형 구조물(15A), 및 제2 케이스 피스(12A)에 형성되는 제2 탄성 변형 구조물(16A)을 갖는다. 제1 케이스 피스(11A)의 제1 전지 모듈 결합 구조물(13A)은 대향 코너에 배치되는 한 쌍의 제1 완충부(17A)(예를 들면, 고무 접촉부)를 구비하며, 제2 케이스 피스(12A)의 제2 전지 모듈 결합 구조물(14A)은 대향 코너에 배치되는 한 쌍의 제2 완충부(18A)(예를 들면, 고무 접촉부)를 구비한다. 도 6에 도시하듯이, 탄성 변형 구조물(15A, 16A)은 제1 완충부(17A) 중 대응 완충부가 제2 완충부(18A) 중 대응 완충부와 접촉하는 상태에서 전지 모듈(1A)이 전지 모듈(1X, 1B)에 결합될 때 탄성 변형된다. 그 결과, 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)을 적층하기 위한 별도의 부분이 필요치 않고, 탄성 변형 구조물(15A, 16A)의 탄성 변형에 의해 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)에 균일한 면압이 인가될 수 있다.
특히, 도시된 실시예에서, 제1 케이스 피스(11A)는 제1 돌출부(151A), 다수(네 개)의 제1 돌출 비드 또는 리브(152A), 다수(네 개)의 제1 오목부(19A)를 구비한다. 제1 돌출부(151A)는 제1 케이스 피스(11A)의 주면의 중심부에 일체로 형성된다. 제1 돌출부(151A)는, 제1 돌출부(151A)로부터 제1 케이스 피스(11A)의 네 코너를 향해서 연장되는 제1 돌출 비드(152A)의 교차부에 배치된다. 도 3에 도시하듯이, 제1 돌출부(151A)는 제1 돌출 비드(152A)로부터 외측으로 돌출하고 제1 돌출 비드(152A)에 대해 높이(H1)를 갖는다. 제1 케이스 피스(11A)의 주면의 외주는 제1 돌출 비드부(152A)와 동일한 높이를 갖도록 형성된다. 제1 오목부(19A)는 제1 돌출 비드(152A)보다 낮은 높이를 갖는다. 제1 오목부(19A)는 외주와 제1 돌출 비드(152A)에 의해 둘러싸이도록 주면에 형성된다. 제1 돌출부(151A), 제1 돌출 비드(152A) 및 제1 오목부(19A)는 함께 제1 탄성 변형 구조물(15A)을 구성한다.
제2 케이스 피스(12A)는 기본적으로 측면의 중간에 있는 분할선에 대해 제1 케이스 피스(11A)에 대칭적이다. 제2 케이스 피스(12A)는 또한 제2 돌출부(161A), 다수(네 개)의 제2 돌출 비드 또는 리브(162A), 다수(네 개)의 제2 오목부(20A)를 구비한다. 이들 특징부는 도 1 및 도 2에서 은폐되어 있지만, 도 3의 단면도에는 도시되어 있다. 제2 돌출부(161A)는 제2 케이스 피스(12A)의 주면의 중심부에 일체로 형성된다. 제2 돌출부(161A)는, 제2 돌출부(161A)로부터 제2 케이스 피스(12A)의 네 코너를 향해서 연장되는 제2 돌출 비드(162A)의 교차부에 배치된다. 도 3에 도시하듯이, 제2 돌출부(161A)는 제2 돌출 비드(162A)로부터 외측으로 돌출하고 제2 돌출 비드(162A)에 대해 높이(H1)를 갖는다. 제2 케이스 피스(12A)의 주면의 외주는 제2 돌출 비드부(162A)와 동일한 높이를 갖도록 형성된다. 제2 오목부(20A)는 제2 돌출 비드(162A)보다 낮은 높이를 갖는다. 제2 오목부(20A)는 외주와 제2 돌출 비드(162A)에 의해 둘러싸이도록 주면에 형성된다. 제2 돌출부(161A), 제2 돌출 비드(162A) 및 제2 오목부(20A)는 함께 제2 탄성 변형 구조물(16A)을 구성한다.
전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)이 도 4에 도시하듯이 상호 적층될 때, 제1 케이스 피스(11A)의 주면에 제공되는 제1 탄성 변형 구조물(15A)의 제1 돌출부(151A)는, 전지 모듈(1A)의 전방에 배열되는 전지 모듈(1X)의 제2 케이스 피스(12X)의 주면에 형성되는 제2 탄성 변형 구조물(16X)의 제2 돌출부(161X)에 대해 맞닿는다. 도 6에 도시하듯이 냉각 공기 통로로서 작용하는 간극(S)을 형성하기 위해 제1 오목부(19A)는 제1 완충부(17A)와 연동하여 동작하고 제2 오목부(20X)는 제2 완충부(18X)와 연동하여 동작한다. 제1 돌출부(151A)로부터 네 개의 코너를 향해서 연장되는 제1 돌출 비드(152A)는 제1 탄성 변형 구조물(15A)의 강성 빔으로서 기능한다. 제1 돌출 비드(152A)는 전체 주면이 탄성 변형을 겪을 때 단일의 적층된 전지 셀 보디(23A)에 균일한 면압이 인가될 수 있게 한다. 나중에 보다 자세히 설명될 이 배치에 의하면, 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)의 전체 스택은 도 6에 도시하듯이 탄성적으로 변형된다. 모듈 클러스터(1M) 내부에 수용된 전지 셀 보디(23A)에 압력을 인가함으로써, 안정적인 충전/방전 성능을 얻을 수 있다.
마찬가지로, 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)이 도 4에 도시하듯이 상호 적층될 때, 도 1에서 볼 수 없는 대향 주면에 제공되는 제2 탄성 변형 구조물(16A)의 제2 돌출부(161A)는, 전지 모듈(1A)의 반대쪽에 배치되는 전지 모듈(1B)의 주면에 형성되는 제1 탄성 변형 구조물(15B)의 제1 돌출부(151B)에 대해 맞닿는다. 제2 돌출부(161A)로부터 네 코너를 향해 연장되는 제2 돌출 비드(162A)는 제2 탄성 변형 구조물(16A)의 강성 빔으로서 기능하며, 전체 주면이 탄성 변형을 겪을 때 전지 셀 보디(23A)에 균일한 면압이 인가될 수 있게 한다. 이 배치에 의하면, 전지 모듈의 전체 스택은 도 6에 도시하듯이 탄성적으로 변형된다[전지 모듈(1B)은 도 6에서 생략되어 있다]. 내부에 수용된 전지 셀 보디(23A)에 압력을 인가함으로써, 안정적인 충전/방전 성능을 얻을 수 있다.
도 4에 도시하듯이, 전지 모듈(1X, 1Y)은 전지 모듈 클러스터(1M)의 단부 부분에 배치되며, 양 단부의 각각에는 단부 판 또는 다른 강성 보디가 제공된다. 전지 모듈 클러스터(1M)(도 4에 전경으로 도시됨)의 단부에는 제1 단부 판이 제공되는 바, 전지 모듈(1X)의 제1 탄성 변형 구조물(15X)의 제1 돌출부(151X)에 대해 맞닿도록 제공된다. 마찬가지로, 전지 모듈 클러스터(1M)의 대향 단부에는 제2 단부 판이 제공되는 바, 전지 모듈(1Y)의 제2 탄성 변형 구조물(16Y)의 제2 돌출부(161Y)에 대해 맞닿도록 제공된다. 그 결과, 전체 클러스터는 도 6에 도시하듯이 탄성 변형을 겪는다. 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)의 각각의 내부에 수용되는 전지 셀 보디(23A)에 압력을 인가함으로써, 안정적인 충전/방전 성능이 얻어질 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 탄성 변형 구조물 중 어느 하나가 변형되면 압력 인가 효과가 얻어지기 때문에, 전지 모듈(1X)의 제1 탄성 변형 구조물(15X) 및 전지 모듈(1Y)의 제2 탄성 변형 구조물(16Y)이 탄성 변형을 겪지 않도록 전지 모듈 클러스터(1M)의 양 단부로부터 단부 판을 생략하는 것이 허용될 수 있다. 제1 탄성 변형 구조물(15X)과 제2 탄성 변형 구조물(16Y)을 모두 생략하는 것도 허용될 수 있다.
도 5의 확대도에 도시하듯이, 제1 전지 모듈 결합 구조물(13B)은 제1 결합 수용부(acceptor)(131B)를 구비하며, 제2 전지 모듈 결합 구조물(14A)은 제2 결합 돌출부(141A)를 구비한다. 결합 돌출부(141A)는 케이스 피스(12A)의 네 코너의 각각에 형성된다[결합 돌출부(141A)는 도 1에서 은폐되어 있고 도 2에서는 부분 은폐되어 있다]. 결합 수용부(131B)는 케이스 피스(11B)의 네 코너의 각각에 형성된다. 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)이 도 4에 도시하듯이 적층될 때 결합 돌출부(141A)는 인접한 전지 모듈(1B)의 결합 수용부(131B)와 원터치 결합되도록 구성되어 전지 모듈(1A)이 인접한 전지 모듈(1B)에 결합되게 한다. 결합 돌출부(141A)의 각각은 그 선단에 형성되는 키-형상 부분을 갖는다. 이 키-형상 부분은 전지 모듈(1B)의 결합 수용부(131B)의 대응 부분에 형성되는 키-형상 오목부와 결합하도록 구성되어 결합 돌출부(141A)와 결합 수용부(131B)가 함께 결합되게 한다. 도시된 실시예에서, 제1 결합 수용부와 제1 완충부는 일괄해서 제1 전지 모듈 결합 구조물로서 지칭될 수 있으며, 제2 결합 돌출부와 제2 완충부는 일괄해서 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y) 각각에 대한 제2 전지 모듈 결합 구조물로서 지칭될 수 있다.
한편, 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)이 도 4에 도시하듯이 상호 적층될 때, 케이스 피스(11A)의 네 코너에 있는 결합 수용부(131A)는 전지 모듈(1A)과 전지 모듈(1X)이 함께 결합되도록 인접한 전지 모듈(1X)의 결합 돌출부[도 5에 도시된 전지 모듈(1A)의 결합 돌출부(141A)와 동일한 형상을 가짐]와 결합한다.
결합 수용부(131A)는 도 5에 도시된 전지 모듈(1B)의 결합 수용부(131B)와 동일한 형상을 갖는다. 간단히 말해서, 인접한 전지 모듈의 대향 주면에 형성되는 결합 수용부(131)와 대응 결합 돌출부(141)가 상호 결합하여 네 코너에서 인접한 전지 모듈을 함께 결합할 수 있도록 결합 수용부(131A)는 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)의 맨앞쪽 주면의 네 코너에 형성되며 결합 수용부(141A)는 그 반대쪽 주면의 네 코너에 형성된다.
도 1에 도시하듯이, 제1 완충부(17A)는 전지 모듈(1A)의 맨앞쪽 주면의 두 개의 짧은 측부에 형성된다. 도 3에 도시하듯이, 제1 완충부(17A)는 케이스 피스(11A)의 주면으로부터 높이 치수(H2) 만큼 외측으로 돌출한다. 제1 완충부(17A)의 높이 치수(H2)는 제1 돌출부(151A)의 높이 치수(H1)보다 낮다(즉, H2＜H1). 제1 완충부(17A)는 케이스 피스(11A)의 플라스틱 수지 재료보다 낮은 탄성계수를 갖는(탄성적인) 가요성 재료(예를 들면, 탄성중합 재료 - 고무 또는 탄성중합체)로 만들어진다. 이런 식으로, 제1 완충부(17A)의 가요성 재료는 케이스 피스(11A)의 플라스틱 수지 재료에 비해 낮은 표면 경도(낮은 강성)를 갖는 비교적 소프트한 재료이다. 즉, 제1 완충부(17A)는 제1 탄성 변형 구조물(15A)을 형성하는 재료보다 탄성적인 재료로 형성된다. 제1 완충부(17A)는 예를 들어, 케이스 피스(11A)를 형성하는 플라스틱 수지 재료와 제1 완충부(17A)를 형성하는 고무 또는 탄성중합체를 갖는 더블 몰딩 방법을 사용함으로써 케이스 피스(11A)와 일체적인 유닛으로서 형성될 수 있다.
전지 모듈(1A, 1X)의 적층 도중에, 전지 모듈(1A, 1X)의 케이스(C)의 대향 주면의 제1 및 제2 돌출부(151A, 161A)는 제1 및 제2 완충부(17A, 18X)가 상호 접촉하기 전에 초기에 상호 접촉할 것이다. 따라서, 전지 모듈(1A, 1X)의 케이스(C)의 추가 이동은 전지 모듈(1A, 1X)의 케이스(C)의 대향 주면이 전지 셀 보디를 향해서 내측으로 탄성 변형되게 할 것이다. 제1 및 제2 완충부(17A, 18X)가 상호 접촉하면, 제1 및 제2 완충부(17A, 18X)는 케이스 피스(11A)의 결합 돌출부가 케이스 피스(12X)의 결합 수용부와 완전히 교합(결합)되기 전에 압축되기 시작할 것이다. 따라서, 케이스 피스(11A)의 제1 탄성 변형 구조물(15A)은 전지 모듈(1A, 1X)의 적층 및 결합 중에 압축되지 않을 것이지만, 케이스 피스(11A)의 주면은 전지 셀 보디(23A)에 대해 내측으로 굴곡(탄성 변형)될 것이다. 그러나, 제1 및 제2 완충부(17A, 18X)가 케이스 피스(11A)의 결합 돌출부를 케이스 피스(12X)의 결합 수용부와 접촉 상태로 확고하게 유지하기 위해 힘을 가하도록, 완충부(17A)를 압축하기 위한 전체 힘은 제1 탄성 변형 구조물(15A)을 변형시키는데 필요한 전체 힘보다 크다.
전지 모듈(1A)과 전지 모듈(1X)이 함께 결합되도록 전지 모듈(1A)의 결합 수용부(131A)가 전지 모듈(1X)의 결합 돌출부와 결합될 때, 제1 완충부(17A)는 도 6에 도시하듯이 전지 모듈(1X) 상에 형성된 대향 제2 완충부(18X)에 대해 맞닿으며, 탄성 변형이 발생할 때 전지 모듈(1A)의 케이스 피스(11A)의 주면과 전지 모듈(1X)의 케이스 피스(12X)의 주면 사이에는 간극(S)이 개발된다.
그 결과, 외부 냉각 장치로부터 불어오는 냉각 공기가 전지 모듈(1A, 1X) 사이의 간극(S)을 통과할 수 있으며 전지 모듈(1A, 1X)의 냉각 효율이 증가될 수 있다. 동시에, 제1 완충부(17A)의 탄성력은 결합 돌출부와 결합 수용부 사이의 결합을 강화시키며, 제1 탄성 변형 구조물(15A)의 탄성 변형을 확보한다.
이 실시예에서, 냉각 공기 간극(S)을 형성하기 위해, 제1 및 제2 완충부(17A, 18X)의 높이(H2)는 제1 및 제2 돌출부(151A, 161A)의 높이(H1)보다 작게 설정된다. 이런 식으로, 전지 모듈(1A, 1X)의 적층 도중에, 전지 모듈(1A, 1X)의 케이스(C)의 대향 주면은 전지 셀 보디를 향해서 내측으로 변형되는 반면, 제1 및 제2 완충부(17A, 18X)는 전지 모듈(1A)의 케이스(C)의 주면의 에지를 전지 모듈(1X)의 케이스(C)의 주면의 에지로부터 이격 유지시킨다. 또한, 제1 완충부(17A)는 제1 탄성 변형 구조물(15A)의 탄성보다 더 탄성적이다. 제1 완충부(17A)의 탄성이 제1 탄성 변형 구조물(15A)의 탄성보다 훨씬 작으면, 냉각 공기 간극(S)이 확실하게 얻어질 수 있으며 전지 모듈(1A, 1X)의 결합 돌출부와 결합 수용부 사이의 연결이 강화된다. 또한, 제1 탄성 변형 구조물(15A)의 탄성 변형이 확보될 수 있으면, 제1 완충부(17A)의 높이(H2)는 대안적으로 제1 돌출부(151A)의 높이(H1)와 같거나 그보다 높게 설정될 수 있다.
본 실시예에서 제1 완충부(17A)는 케이스 피스(11A)의 양 짧은 측부에 연속적으로 걸치도록 구성되지만, 냉각 공기 간극(S)이 형성될 수 있는 한 제1 완충부(17A)는 이산된(단속적인) 부분으로서 구성되거나 및/또는 양 긴 측부에 제공되는 것이 허용될 수 있다.
도 1 및 도 2에는 은폐되어 있지만, 전지 모듈(1A)의 다른 측에서 케이스 피스(12A)의 주면의 양 짧은 측부에는 제2 완충부(18A)가 형성된다. 제2 완충부(18A)는 주면으로부터 높이(H2)를 갖고 외측으로 돌출하도록 구성된다. 제2 완충부(18A)의 높이 치수(H2)는 제2 돌출부(161A)의 높이 치수(H1)보다 낮다(즉, H2＜H1). 따라서, 제2 완충부(18A)의 구조와 변형은 제1 완충부(17A)와 동일하다.
전술했듯이, 전지 모듈(1B 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)은 도 1의 전지 모듈(1A)과 동일한 구조를 갖는다. 인접한 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)의 대향 주면에 제공된 결합 돌출부 및 결합 수용부가 도 5에 도시하듯이 상호 결합되도록 전지 모듈(1B 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)은 모두 도 4 및 도 6에 도시하듯이 상호 적층된다. 이런 식으로, 전지 모듈 클러스터(1M)가 형성된다. 후술하는 설명에서, 전지 모듈의 부분을 지칭하기 위해서는 특정 전지 모듈의 부위를 지칭해야 하는 경우가 아니면 영문은 생략하고 숫자만 사용될 것이다.
전지 모듈(1)의 주면의 네 코너에 제공된 결합 돌출부(141) 및 결합 수용부(131)는 원터치 결합 조작에 의해 결합될 수 있도록 구성된다. 그 결과, 별도 부품이 생략될 수 있으며 부품 수의 감소로 인해 비용 절감 효과가 얻어질 수 있다. 하나의 전지 모듈(1)의 제1 완충부(17)가 인접한 전지 모듈(1)의 제2 완충부(18)에 대해 터치되고 완충부(17A, 18A)가 서로에 대해 가압되어 반발력이 생기므로, 결합 돌출부(141)와 결합 수용부(131) 사이의 결합이 더 강화되며 전지 모듈(1)은 전지 모듈 클러스터(1M)가 차량에 탑재될 때 진동으로 인한 분리가 방지될 수 있다.
전지 모듈(1)의 주면의 네 코너가 결합 돌출부(141) 및 결합 수용부(131)를 통해서 결합될 때, 하나의 전지 모듈(1)의 제1 돌출부(151)가 도 6에 도시하듯이 다른 전지 모듈(1)의 제2 돌출부(161)에 대해 터치되고 돌출부(151, 161)가 서로에 대해 가압되어 반발력이 생긴다. 그 결과, 제1 탄성 변형 구조물(15)과 제2 탄성 변형 구조물(16)은 케이스 피스(11, 12)의 탄성 특성으로 인해 도 6에 도시된 화살표 방향으로 탄성 변형되며, 케이스(C) 내부에 저장된 단일의 적층된 셀 보디(23)에 면압이 인가된다.
제1 돌출 비드(152)는 제1 돌출부(151)로부터 외측으로 케이스(C)의 외주를 향해서 연장되며, 제2 돌출 비드(162)는 제2 돌출부(161)로부터 반경방향 외측으로 연장되도록 구성된다. 따라서, 제1 및 제2 돌출 비드(152, 162)는 단일의 적층된 셀 보디(23)에 균일한 면압이 인가되도록 강성 빔 효과를 제공한다.
또한, 제1 완충부(17)와 제2 완충부(18)는 인접하는 전지 모듈(1)의 대향 주면 사이에 간극(S)이 형성되게 하므로, 냉각 장치(도시되지 않음)로부터 공급되는 냉각 공기가 간극(S)을 통해서 송풍되어 단일의 적층된 셀 보디(23)를 냉각시킬 수 있다. 단일의 적층된 셀 보디(23)와 접촉하는 케이스 피스(11)의 주면의 부분에 오목부(19, 20)가 형성되므로, 간극(S)은 더 크게 만들어질 수 있는 한편 단일의 적층된 셀 보디(23)와 접촉하는 주면의 두께는 감소될 수 있으며, 따라서 냉각 공기의 냉각 효과가 증대될 수 있다.
이제 도 7 내지 도 9를 참조하여, 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 설명할 것이다. 제1 실시예와 제2 실시예의 유사성을 감안하여, 제1 실시예의 부분과 동일한 제2 실시예의 부분에는 제1 실시예의 부분과 동일한 도면부호가 병기될 것이다. 또한, 제1 실시예의 부분과 동일한 제2 실시예의 부분에 대한 설명은 간명함을 위해 생략될 수 있다. 도 7은 제2 실시예에 따른 단일 전지 모듈의 사시도이다. 도 8은 도 7에 도시된 전지 모듈의 코너 부분의 확대 부분 사시도이다. 도 9는 도 7에 도시된 다수의 전지 모듈을 포함하는 전지 모듈 클러스터의 사시도이다.
본 실시예에서 제1 탄성 변형 구조물(15A)의 제1 돌출 비드 또는 리브(152A)의 형상 및 제1 오목부(19A)의 형상은 모두 이전 실시예의 전지 모듈(1A)과 다르다. 이 실시예에서, 제1 돌출 비드(152A)는 제1 돌출부(151A)로부터 긴 측부를 향해서 연장되는 두 개의 비드를 포함한다. 제1 오목부(19A)는 장방형이며, 제1 돌출 비드(152A)의 좌우에 배열된다.
이 실시예는 또한, 제1 돌출부(151A)보다 낮은 높이를 갖는 제1 돌출 유동 가이드(21A)가 제1 오목부(19A) 각각의 전체에 규칙적인 배열로 형성된다는 점이 이전 실시예와 다르다. 전지 모듈(1A)의 다른 측에 있는 케이스 피스(12A)는 동일한 구조를 가지며, 제2 돌출부, 제2 돌출 비드, 제2 오목부, 및 제2 돌출부보다 낮은 높이를 갖는 제2 돌출 유동 가이드를 구비한다. 그 밖에, 구성 특징부는 제1 실시예와 동일하며 그 설명은 제1 실시예로부터 빌려온다.
제1 실시예와 마찬가지로, 이 제2 실시예의 전지 모듈(1B 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)은 이 제2 실시예의 전지 모듈(1A)과 동일하다. 이 제2 실시예의 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)은 인접하는 전지 모듈(1)의 대향 주면에 제공되는 결합 돌출부(141)와 결합 수용부(131)가 도 5에 도시하듯이 상호 결합되도록 도 9에 도시하듯이 상호 적층된다. 이런 식으로, 전지 모듈 클러스터(1M)가 형성된다.
전지 모듈(1)의 주면의 네 코너에 제공되는 결합 돌출부(141) 및 결합 수용부(131)는 원터치 결합 조작에 의해 결합될 수 있도록 구성된다. 그 결과, 별도 부품이 생략될 수 있으며 부품 수의 감소로 인해 비용 절감 효과가 얻어질 수 있다.
이 제2 실시예의 하나의 전지 모듈(1)의 제1 완충부(17)가 이 제2 실시예의 인접한 전지 모듈(1)의 제2 완충부(18)에 대해 터치되고 완충부(17, 18)가 서로에 대해 가압되어 반발력이 생기므로, 결합 돌출부(141)와 결합 수용부(131) 사이의 결합이 더 강화되며 전지 모듈은 전지 모듈 클러스터(1M)가 차량에 탑재될 때 진동으로 인한 분리가 방지될 수 있다.
이 제2 실시예의 전지 모듈(1)의 주면의 네 코너가 결합 돌출부(141) 및 결합 수용부(131)를 통해서 결합될 때, 하나의 전지 모듈(1)의 제1 돌출부(151)가 (제1 실시예에 관한 도 6에 도시하듯이) 다른 전지 모듈(1)의 제2 돌출부(161)에 대해 터치되고 돌출부(151, 161)가 서로에 대해 가압되어 반발력이 생긴다. 그 결과, 제1 탄성 변형 구조물(15)과 제2 탄성 변형 구조물(16)은 이 제2 실시예의 케이스 피스(11, 12)의 탄성 특성으로 인해 도 6에 도시된 화살표 방향으로 탄성 변형되며, 이 제2 실시예의 케이스(C) 내부에 저장된 단일의 적층된 셀 보디(23)에 면압이 인가된다.
이 제2 실시예의 제1 돌출 비드(152)는 제1 돌출부(151)로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 이 제2 실시예의 제2 돌출 비드는 제2 돌출부로부터 반경방향 외측으로 연장된다. 따라서, 제1 및 제2 돌출 비드(152, 162)는 단일의 적층된 셀 보디(23)에 균일한 면압이 인가되도록 강성 빔 효과를 제공한다.
또한, 제1 완충부(17)와 제2 완충부(18)는 인접하는 전지 모듈(1)의 대향 주면 사이에 간극(S)이 형성되게 하므로, 냉각 장치(도시되지 않음)로부터 공급되는 냉각 공기가 간극(S)을 통해서 송풍되어 단일의 적층된 셀 보디(23)를 냉각시킬 수 있다.
단일의 적층된 셀 보디(23)와 접촉하는 케이스 피스(11)의 주면의 부분에 오목부(19, 20)가 형성되므로, 간극(S)은 더 크게 만들어질 수 있는 한편 단일의 적층된 셀 보디(23)와 접촉하는 주면의 두께는 감소될 수 있으며, 따라서 냉각 공기의 냉각 효과가 증대될 수 있다.
이 제2 실시예에서, 제1 돌출 유동 가이드(21) 및 제2 돌출 유동 가이드(22)는 상호 대향하도록 간극(S) 내로 돌출한다. 간극(S)에 도입된 냉각 공기는 제1 돌출 유동 가이드(21) 및 제2 돌출 유동 가이드(22)와 충돌하며 따라서 유동은 지그재그형 경로로 조직화된다. 그 결과, 냉각 공기가 접촉하는 면적이 증가하고 냉각 효과가 증대된다.
이제 도 10을 참조하여, 제3 실시예에 따른 전지 모듈을 설명할 것이다. 이전 실시예들과 이 제3 실시예의 유사성을 감안하여, 이전 실시예의 부분과 동일한 제3 실시예의 부분에는 이전 실시예의 부분과 동일한 도면부호가 병기될 것이다. 또한, 이전 실시예의 부분과 동일한 제3 실시예의 부분에 대한 설명은 간명함을 위해 생략될 수 있다. 도 10은 적층 상태에 있는 제3 실시예에 따른 다수의 전지 모듈을 포함하는 전지 모듈 클러스터의 일부의 종단면도이다.
이 제3 실시예에서의 전지 모듈(1A)은, 제2 탄성 변형 구조물(16A)이 제2 돌출부(161A) 대신에 돌출부 수용 오목부(161'A)를 갖고 제1 탄성 변형 구조물(15A)이 인접한 전지 모듈(1X)의 제2 탄성 변형 구조물(16X)의 돌출부 수용 오목부(161'X)와 결합하기에 충분히 길도록 구성되는 제1 돌출부(151'A)를 갖는다는 점에서 이전 실시예들과 다르다. 따라서, 이 제3 실시예에서 전지 모듈(1A)과 인접 전지 모듈(1X)이 함께 적층될 때, 제1 탄성 변형 구조물(15A)의 제1 돌출부(151'A)의 선단은 전지 모듈(1X)의 제2 탄성 변형 구조물(16X)의 돌출부 수용 오목부(161'X)와 결합하며 돌출부 수용 오목부(161'X)에 대해 가압력을 인가한다. 마찬가지로, 이 제3 실시예에서 전지 모듈(1A)과 인접 전지 모듈(1B)이 함께 적층될 때, 전지 모듈(1A)의 제2 탄성 변형 섹션(16A)의 제3 오목부(161'A)는 전지 모듈(1B)의 제1 탄성 변형 구조물(15B)의 제1 돌출부(151'B)의 선단과 결합하며 제1 돌출부(151'B)로부터 가압력을 받는다. 그 밖에, 구성 특징부는 제1 실시예와 동일하다. 제1 실시예와 제3 실시예에서 동일한 특징부의 설명은 간명함을 위해 생략한다.
제1 실시예와 마찬가지로, 이 제3 실시예의 전지 모듈(1B 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)은 이 제3 실시예의 전지 모듈(1A)과 동일하다. 이 제3 실시예의 전지 모듈(1A 내지 1H, 1J, 1K, 1X, 1Y)은 인접하는 전지 모듈(1)의 대향 주면에 제공되는 결합 돌출부(141)와 결합 수용부(131)가 도 5에 도시하듯이 상호 결합되도록 도 9에 도시하듯이 상호 적층된다. 이런 식으로, 전지 모듈 클러스터(1M)가 형성된다.
전지 모듈(1)의 주면의 네 코너가 결합 돌출부(141) 및 결합 수용부(131)를 통해서 결합될 때, 하나의 전지 모듈(1)의 제1 돌출부(151')가 (제1 실시예에 관한 도 10에 도시하듯이) 다른 전지 모듈(1)의 돌출부 수용 오목부(161')와 결합되고 제1 돌출부(151')와 돌출부 수용 오목부(161')가 서로에 대해 가압되어 반발력이 생긴다. 그 결과, 제1 탄성 변형 구조물(15)과 제2 탄성 변형 구조물(16)은 케이스 피스(11, 12)의 탄성 특성으로 인해 동일 도면에 도시된 화살표 방향으로 탄성 변형되며, 내부에 저장된 단일의 적층된 셀 보디(23)에 면압이 인가된다.
하나의 전지 모듈(1)의 제1 돌출부(151')와 다른 인접한 전지 모듈(1)의 돌출부 수용 오목부(161')의 결합은 두 개의 인접한 전지 모듈(1)의 서로에 대한 위치를 고정시키며, 적층된 클러스터를 구성하는 개별 전지 모듈의 시프트가 억제될 수 있게 한다.
본 발명을 예시하기 위해 선택된 실시예들만 선정되었으나, 청구범위에서 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 다양한 부품의 크기, 형상, 위치 또는 배향은 필요에 따라 변경될 수 있다. 상호 직접 연결되거나 접촉되는 부품은 그 사이에 배치되는 중간 구조물을 가질 수 있다. 하나의 요소의 기능은 두 개의 요소에 의해 수행될 수 있으며 그 반대도 가능하다. 일 실시예의 구조와 기능이 다른 실시예에서 채택될 수 있다. 모든 장점이 특정 실시예에 동시에 존재할 필요는 없다. 종래 기술과 다른 모든 특징부는 단독으로 또는 다른 특징부와 조합적으로, 이러한 특징부에 의해 구현되는 구조적 및/또는 기능적 개념을 포함하는 본 출원인에 의한 추가 발명의 별도 설명으로 간주되어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예의 전술한 설명은 단지 예시적으로 제공되는 것이며, 청구범위 및 그 균등물에 의해 한정되는 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

Claims (12)

  1. 전지 모듈이며,
    전지 셀; 및
    상기 전지 셀을 수용하는 케이스를 포함하고,
    상기 케이스는 제1 주면, 제2 주면, 제1 전지 모듈 결합 구조물 및 제1 탄성 변형 구조물을 구비하며,
    상기 제1 전지 모듈 결합 구조물은 상기 제1 주면 위에 제1 추가 전지 모듈을 유지하도록 배열 및 구성되고,
    상기 제1 탄성 변형 구조물은, 제1 추가 전지 모듈이 제1 전지 모듈 결합 구조물에 의해 케이스의 제1 주면에 유지되는 동안 제1 추가 전지 모듈을 제1 주면 상에 적층할 때 제2 주면을 향해서 내측으로 탄성 변형하도록 제1 주면에 대해 배열 및 구성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 케이스는 상기 제1 전지 모듈 결합 구조물에 대해 상보적인 구조를 갖는 제2 전지 모듈 결합 구조물을 구비하고, 상기 제2 전지 모듈 결합 구조물은 전지 모듈의 제2 주면 위에서 제2 추가 전지 모듈에 결합하도록 구성되는 전지 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 케이스는 제1 주면을 향해서 내측으로 탄성 변형하도록 제2 주면에 대해 배열 및 구성되는 제2 탄성 변형 구조물을 구비하며, 상기 제2 탄성 변형 구조물은 제1 탄성 변형 구조물과 동일한 구조를 갖는 전지 모듈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 케이스는 제1 주면을 향해서 내측으로 탄성 변형하도록 제2 주면에 대해 배열 및 구성되는 제2 탄성 변형 구조물을 구비하며, 상기 제2 탄성 변형 구조물은 제1 탄성 변형 구조물의 형상에 대해 교합 구조를 갖는 전지 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 전지 모듈 결합 구조물은 제1 추가 전지 모듈이 제1 전지 모듈 결합 구조물에 의해 케이스의 제 1 주면에 유지되는 동안 전지 모듈의 제1 주면과 제1 추가 전지 모듈의 대응 주면 사이에 배열되도록 제1 주면 상에 배치되는 완충부를 구비하며, 상기 완충부는 제1 탄성 변형 구조물을 형성하는 재료보다 더 탄성적인 재료로 형성되는 전지 모듈.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 탄성 변형 구조물은 전지 모듈 적층 방향으로 제1 주면으로부터 외측으로 돌출하는 제1 돌출부를 구비하고, 상기 제1 탄성 변형 구조물은 전지 모듈 적층 방향으로 제1 돌출부의 최대 높이보다 낮은 최대 높이를 갖는 돌출 비드를 구비하며, 상기 돌출 비드는 제1 주면의 외주를 향하는 방향으로 제1 돌출부로부터 제1 주면을 따라서 연장되는 전지 모듈.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1 탄성 변형 구조물은 전지 모듈 적층 방향으로 제1 주면으로부터 외측으로 돌출하는 제1 돌출부를 구비하고,
    상기 제2 탄성 변형 구조물은 제1 돌출부의 형상에 대해 교합 구조를 갖는 돌출부 수용 오목부를 구비하는 전지 모듈.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 주면은 상기 제1 돌출부 및 상기 돌출 비드로부터 오프셋되는 위치에 배치되는 제1 오목부를 구비하는 전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 주면은 상기 제1 오목부를 규정하는 오목면에 형성되는 돌출 유동 가이드를 구비하고, 상기 돌출 유동 가이드는 전지 모듈 적층 방향으로 상기 오목면으로부터 외측으로 돌출하며, 상기 돌출 유동 가이드는 전지 모듈 적층 방향으로 제1 돌출부의 최대 높이보다 낮은 최대 높이를 갖는 전지 모듈.
  10. 제3항에 있어서, 상기 제1 탄성 변형 구조물은 제1 주면 상에 제공되는 플라스틱 수지 재료로 형성되고,
    상기 제2 탄성 변형 구조물은 제2 주면 상에 제공되는 플라스틱 수지 재료로 형성되는 전지 모듈.
  11. 제5항에 있어서, 상기 완충부는 탄성중합 재료로 형성되는 전지 모듈.
  12. 전지 조립체이며,
    제1 전지 셀을 수용하고 제1 주면과 제2 주면을 갖는 제1 케이스를 구비하는 제1 전지 모듈; 및
    제2 전지 셀을 수용하고 제1 주면과 제2 주면을 갖는 제2 케이스를 구비하는 제2 전지 모듈을 포함하고,
    상기 제1 전지 모듈과 제2 전지 모듈은 제1 전지 모듈의 제1 주면이 제2 전지 모듈의 제2 주면 위에 놓이는 식으로 전지 모듈 적층 방향으로 적층되며,
    상기 제1 케이스와 제2 케이스의 각각은 제1 전지 모듈 결합 구조물, 제2 전지 모듈 결합 구조물, 제1 탄성 변형 구조물, 및 제2 탄성 변형 구조물을 구비하며,
    상기 제1 전지 모듈의 제1 전지 모듈 결합 구조물은 제1 전지 모듈 및 제2 전지 모듈이 제2 전지 모듈의 제2 주면이 제1 전지 모듈의 제1 주면 위에 놓이는 상태로 함께 유지되도록 제2 전지 모듈의 제2 전지 모듈 결합 구조물과 결합되고,
    상기 제1 전지 모듈의 제1 탄성 결합 구조물과 상기 제2 전지 모듈의 제2 탄성 변형 구조물은 상호 접촉하고 전지 모듈 적층 방향으로 제1 전지 셀 및 제2 전지 셀을 향해서 각각 탄성 변형되는 전지 조립체.
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