KR101730576B1 - 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 단위 셀 및 상기 단위 셀을 감싸는 셀 커버를 포함하며 서로 마주보도록 위치하는 복수개의 단위 모듈을 구비하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 단위 셀은, 본체 및 상기 본체로부터 인출되는 전극 탭을 포함하는 전극조립체; 상기 전극 탭과 결합하며 상기 전극조립체의 외측 방향으로 연장되는 전극 리드; 및 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극조립체를 수용하며 테두리를 따라 일정 두께로 형성된 융착 라인을 구비하는 파우치 케이스를 포함하며, 상기 복수개의 단위 모듈 중 어느 하나의 단위 모듈의 셀 커버는, 상기 단위 셀의 테두리 영역과 대응되는 영역 내에 형성되어 상기 어느 하나의 단위 모듈과 인접한 단위 모듈을 향하는 방향으로 연장되는 적어도 하나의 파단 돌기; 및 상기 인접하는 단위 모듈의 파단 돌기가 삽입되는 수용 홀을 포함하며, 상기 파단 돌기는 상기 인접하는 단위 모듈의 셀 커버에 형성된 상기 수용 홀을 관통하여, 상기 인접한 단위 모듈의 셀 커버의 내측 면과 단위 셀 사이에 이르도록 연장되고, 상기 파단 돌기는 상기 본체와 상기 파우치 케이스의 모서리 사이의 영역과 대응되는 영역 내에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단위 셀의 내부에 발생하는 가스를 외부로 신속하게 방출하는 것이 가능해 짐으로써 배터리 셀 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단위 셀의 내부에 발생하는 가스를 외부로 신속하게 방출하는 것이 가능해 짐으로써 배터리 셀 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.
Description
본 발명은 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 사용상의 안전성을 확보할 수 있는 구조를 갖는 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용량이 증가하고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이러한 각형 또는 원통형 이차전지는 부피를 줄이는 데 어려움이 있을뿐만 아니라, 내부 단락 등의 비정상적인 상황에서 가스 발생으로 인한 내부 압력 상승에 따라 폭발 및/또는 발화의 위험이 있다.
따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 파우치형 이차전지는 내부 압력 상승 시에 파우치가 부풀다가 실링부에서 밴팅(venting)이 일어남으로써 파우치 내부의 가스를 방출하게 된다.
다만, 파우치형 이차전지에 있어서 파우치의 밴팅 시점은 실링부의 접착력에 따라 달라지게 되는데, 정상적인 사용 상태에서는 실링부의 접착력이 강한 것이 바람직하다. 이에 따라 실링부가 강하게 접착된 이차전지는 이상 상황 발생으로 인해 파우치 내부에 가스가 발생한 경우에 있어서, 적절한 시점에 파우치의 밴팅이 일어나지 않음으로써 사용상의 안전성이 확보되기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 기술을 고려하여 창안된 것으로서, 이차전지의 내부 압력 상승 시에 파우치 내부에 생성되는 가스를 신속하게 방출해줄 수 있는 구조를 갖는 배터리 셀 및 이를 적용한 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 단위 셀 및 상기 단위 셀을 감싸는 셀 커버를 포함하며 서로 마주보도록 위치하는 복수개의 단위 모듈을 구비하는 배터리 셀 및 상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 상기 단위 셀은, 본체 및 상기 본체로부터 인출되는 전극 탭을 포함하는 전극조립체, 상기 전극 탭과 결합하며 상기 전극조립체의 외측 방향으로 연장되는 전극 리드, 및 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극조립체를 수용하며 테두리를 따라 일정 두께로 형성된 융착 라인을 구비하는 파우치 케이스를 포함하며, 상기 복수개의 단위 모듈 중 어느 하나의 단위 모듈의 셀 커버는, 상기 단위 셀의 테두리 영역과 대응되는 영역 내에 형성되어 상기 어느 하나의 단위 모듈과 인접한 단위 모듈을 향하는 방향으로 연장되는 적어도 하나의 파단 돌기 및 상기 인접하는 단위 모듈의 파단 돌기가 삽입되는 수용 홀을 포함하며, 상기 파단 돌기는 상기 인접하는 단위 모듈의 셀 커버에 형성된 상기 수용 홀을 관통하여, 상기 인접한 단위 모듈의 셀 커버의 내측 면과 단위 셀 사이에 이르도록 연장되고, 상기 파단 돌기는 상기 본체와 상기 파우치 케이스의 모서리 사이의 영역과 대응되는 영역 내에 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 파단 돌기는, 그 단부가 뾰족한 형상을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 파단 돌기는, 상기 셀 커버에서 상기 인접하는 단위 모듈을 향하는 방향으로 수직하게 돌출되어 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 파단 돌기는 금속 재질을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 단위 셀은 상기 전극 리드에 부착되며 적어도 일부가 상기 융착 라인과 겹쳐지도록 위치하는 절연 테이프를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 단위 모듈 각각은 상기 외장 케이스 내에 고정될 수 있다.
바람직하게, 상기 외장 케이스는, 상기 단위 모듈이 삽입되는 슬롯을 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 슬롯은, 상기 배터리 모듈의 두께에 대응하는 폭을 가지며 상기 배터리 모듈의 개수에 대응하는 개수로 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 버스 바와 전기적으로 연결되는 외부 단자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단위 셀의 내부에 발생하는 가스를 외부로 신속하게 방출하는 것이 가능하게 됨으로써 배터리 셀 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 모듈의 평면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 단위 모듈과 인접한 단위 모듈의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 완성 사시도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 모듈의 평면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 단위 모듈과 인접한 단위 모듈의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 완성 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 사시도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 모듈의 평면도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 단위 모듈과 인접한 단위 모듈의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 부분 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 정면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 서로 마주보도록 위치하며 직렬 또는 병렬로 연결된 복수개의 단위 모듈(100A,100B,100C,100D)을 포함한다. 본 발명의 도면에서는 상기 단위 모듈(100A~100D)이 4개인 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 배터리 셀(100)을 구성하는 단위 모듈(100A~100D)의 개수는 이차전지의 적용 분야에 따라 적어도 하나 이상으로 다양하게 적용될 수 있음은 자명한 것이다.
상기 단위 모듈(100A~100D) 각각은 적어도 하나의 단위 셀(110) 및 셀 커버(120)를 포함한다. 하나의 단위 모듈이 복수개의 단위 셀(110)을 포함하는 경우, 단위 셀(110) 상호간은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 본 발명의 도면에서는 하나의 단위 모듈(100A~100D)이 두 개의 단위 셀(110)을 구비하는 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 단위 모듈(100A~100D)을 구성하는 단위 셀(110)의 개수는 이차전지의 적용 분야에 따라 한 개 또는 세 개 이상이 적용되는 경우도 가능함은 자명한 것이다.
상기 단위 모듈(100A~100D) 각각은 동일한 구성요소들을 포함하는 것으로서, 서로 인접하는 단위 모듈 간에 일부 구성요소의 형성 위치만이 다를 뿐이다. 따라서, 상기 단위 모듈(100A~100D)의 구체적인 구성을 설명함에 있어서는 하나의 단위 모듈(100A)을 기준으로 설명하기로 하며, 서로 인접하는 단위 모듈 사이의 작용 관계를 설명함에 있어서는 두 개의 단위 모듈(100A,100B)을 기준으로 설명하기로 한다. 아울러, 설명의 편의를 위해 서로 인접하는 단위 모듈(100A,100B) 사이의 작용 관계를 설명함에 있어서는 두 개의 단위 모듈(100A,100B) 각각을 제1 단위 모듈(100A) 및 제2 단위 모듈(100B)로 칭하기로 한다.
상기 단위 셀(110)은 전극조립체(111), 제1 전극 리드(112a), 제2 전극 리드(112b), 절연 테이프(113) 및 파우치 케이스(114)를 포함한다.
상기 전극조립체(111)는 양극 판, 세퍼레이터 및 음극 판이 순차적으로 적층되어 형성된 것으로서, 본체(111a), 제1 전극 탭(111b) 및 제2 전극 탭(111c)을 포함한다.
상기 본체(111a)는 전극조립체(111) 중 전극 탭(111b,111c)을 제외한 영역, 즉 적층된 전극 판 중 활물질이 코팅된 부분 및 세퍼레이터가 차지하는 영역에 해당한다.
상기 전극 탭(111b,111c)은 본체(111a)의 일측 및 타측으로부터 본체(111a)의 외측 방향으로 연장되어 형성된 것으로서, 양극 판 및 음극 판 중 활물질이 코팅되지 않은 영역에 해당한다. 상기 전극 탭(111b,111c) 각각의 극성은 양극 판 및 음극 판 중 어떤 전극 판으로부터 연장된 것인지에 따라 결정되는 것으로서, 본 발명에서는 제1 전극 탭(111b)이 양극 탭이고 제2 전극 탭(111c)이 음극 탭인 것으로 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전극 탭(111b,111c)의 극성이 서로 반대로 될 수도 있음은 자명한 것이다. 아울러서, 본 발명의 도면에서는 상기 전극 탭(111b,111c)이 본체(111a)로부터 서로 반대 방향으로 연장되는 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 전극 탭(111b,111c)은 배터리 셀(100)에 적용되는 단위 셀(110)의 타입에 따라서 동일한 방향으로 연장될 수도 있음은 자명한 것이다.
상기 제1 전극 리드(112a) 및 제2 전극 리드(112b)는 각각 양극 탭(111b) 및 음극 탭(111c)에 융착되어 결합되며, 전극조립체(111)의 외측 방향으로 연장된다. 상기 전극 리드(112a,112b)의 극성은 전극 탭(111b,111c)의 극성에 따라 달라질 수 있는 것이지만, 본 발명에서는 제1 전극 리드(112a)가 양극 리드이고, 제2 전극 리드(112b)가 음극 리드인 경우로 설명하기로 한다. 결합력 향상 및 접촉 저항 최소화의 측면에서 상기 양극 리드(112a)는 양극 탭(111b) 및 양극 판과 동일한 재질임이 바람직하며, 음극 리드(112b)는 음극 탭(111c) 및 음극 판과 동일한 재질임이 바람직하다. 상기 양극 판 및 음극 판은 각각 알루미늄(Al) 및 구리(Cu) 재질로 이루어지는 것이 일반적이므로, 양극 리드(112a)는 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 상기 음극 리드(112b)는 구리 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질로 이루어짐이 일반적이다.
상기 절연 테이프(113)는 전극 리드(112a,112b) 중 파우치 케이스(114)의 실링부에 대응하는 위치에 부착되는 것으로서, 전극 리드(112a,112b)와 파우치 케이스(114) 사이의 접착성을 향상시키면서도 절연성이 있는 물질이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다.
상기 파우치 케이스(114)는 전극조립체(111)의 일측 면을 덮는 제1 파우치 케이스(114a) 및 타측 면을 덮는 제2 파우치 케이스(114b)를 포함한다. 상기 파우치 케이스(114a,114b) 각각은 다수개의 층(미도시)으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 파우치 케이스(114a,114b)는 최 내층에 해당하는 열 융착층, 중간 층에 해당하는 금속 층 및 최 외층에 해당하는 절연 층을 구비한다. 상기 파우치 케이스(114)는 전극 리드(112a,112b)가 외부로 인출되도록 전극조립체(111)를 수용하며, 파우치 케이스(114a,114b)가 서로 맞닿는 면 사이를 열융착 함으로써 형성되는 융착 라인(WL)을 따라 밀봉된다. 상기 융착 라인(WL)은 소정의 폭을 가지며 절연 테이프(113)의 적어도 일부와 겹쳐진다. 따라서, 상기 파우치 케이스(114)는 전극 리드(112a,112b)가 인출되는 영역에서도 밀봉 상태를 유지할 수 있다. 상기 밀봉된 파우치 케이스(114)의 내부에는 전해질(미도시)이 충진된다.
상기 셀 커버(120)는 단위 셀(110)의 둘레를 감싸는 것으로서, 단위 셀(110)의 테두리 영역과 대응되는 영역 내에 형성되는 적어도 하나의 파단 돌기(121) 및 수용 홀(122)을 구비한다. 여기서, 상기 단위 셀(110)의 테두리 영역이란, 전극조립체(111)의 본체(111a)와 파우치 케이스(114)의 모서리 사이의 영역을 의미한다. 상기 셀 커버(120)는 파우치 타입의 단위 셀(110)을 이용하여 배터리 모듈을 구성하기에 용이하도록 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 일반적이다. 다만, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니며, 파우치 타입의 단위 셀(110)이 형태를 유지하며 충분한 강도를 갖도록 하는 금속 재질이라면 제한 없이 적용될 수 있음은 자명한 것이다.
상기 제1 단위 모듈(100A)의 셀 커버(120)에 형성된 파단 돌기(121)는 이웃하는 제2 단위 모듈(100B)을 향하는 방향으로 돌출되며, 그 단부가 뾰족한 형상을 갖는다. 상기 제1 단위 모듈(100A)의 파단 돌기(121)는 제2 단위 모듈(100B)의 셀 커버(120)에 형성된 수용 홀(122)에 삽입된다. 마찬가지로, 상기 제2 단위 모듈(100B)의 셀 커버(120)에 형성된 파단 돌기(121)는 이웃하는 제1 단위 모듈(100A)을 향하는 방향으로 돌출되며, 그 단부가 뾰족한 형상을 갖는다. 상기 제2 단위 모듈(100B)의 파단 돌기(121)는 제1 단위 모듈(100A)의 셀 커버(120)에 형성된 수용 홀(122)에 삽입된다.
상기 파단 돌기(121)는 그 단부가 제2 단위 모듈(100B)의 셀 커버(120) 내측 면과 단위 셀(110) 사이에 이르도록 연장됨으로써 배터리 셀(100)의 정상적인 사용 상태에서는 단위 셀(110)과 비접촉 상태를 유지한다. 그러나, 상기 배터리 셀(100)에 과전류가 흐르는 경우 단위 셀(110) 내부에 가스가 발생하여 파우치 케이스(114)가 셀 커버(120) 방향으로 팽창하게 되며, 파단 돌기(121)는 파우치 케이스(114)와 접촉하여 파단을 일으키게 된다.
상기 파단 돌기(121)는 셀 커버(120)와 일체로 형성되거나 별도의 부품으로서 부착될 수 있으며, 강도 높은 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 상기 파우치 케이스(114)가 용이하게 파단되도록 하기 위함이다. 아울러서, 상기 파단 돌기(121)는 본체(111a)의 모서리 중 전극 탭(111b,111c)이 인출되는 모서리 및 융착 라인(WL) 사이의 영역에서 전극 탭(111b,111c) 및 전극 리드(112a,112b)가 차지하는 영역을 제외한 나머지 영역과 대응되는 영역(S) 내에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 영역(S)은 내부에 포집된 가스의 압력에 의해 파우치 케이스(114)가 부풀어 오를 수 있는 영역으로서, 파단 돌기(121)에 의한 파단이 용이할 뿐만 아니라 파단 돌기(121)와 전극조립체(111)와의 접촉에 따른 단락 발생의 위험이 상대적으로 적은 영역이기 때문이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 이상 작동 시에 파우치 케이스(114)가 파단됨으로써 단위 셀(110) 내부에 생성된 가스를 방출할 수 있는 구조를 가짐으로써 사용상의 안정성을 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 필요에 따라 정해진 영역 내에서 파단 돌기(121)의 형성 위치 및 개수를 달리 함으로써 파우치 케이스(114)가 파단되는 시점 및 내부 가스가 방출되는 방향을 조절할 수 있는 효과를 갖는다.
다음은, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀(100')을 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 부분 단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 정면도이다.
상기 배터리 셀(100')은 앞선 실시예에 따른 배터리 셀(100)과 비교할 때, 파단 돌기(121')가 셀 커버(120)의 내측 방향으로 연장된 구조를 갖는다는 점 및 수용 홀(122)이 형성되지 않는다는 점이 다를 뿐 다른 구성요소들은 동일하다. 따라서, 상기 배터리 셀(100')을 설명함에 있어서, 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 하며, 파단 돌기(121')에 대해서 중점적으로 설명하기로 한다.
상기 파단 돌기(121')가 형성되는 영역은 앞선 실시예와 동일하다. 상기 파단 돌기(121')는 단위 셀(110)의 테두리 영역, 즉 전극조립체(111)의 본체(111a)와 파우치 케이스(114)의 모서리 사이의 영역 내에 형성된다. 아울러서, 상기 파단 돌기(121')는 본체(111a)의 모서리 중 전극 탭(111b,111c)이 인출되는 모서리 및 융착 라인(WL) 사이의 영역에서 전극 탭(111b,111c) 및 전극 리드(112a,112b)가 차지하는 영역을 제외한 나머지 영역과 대응되는 영역(S)에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 파단 돌기(121')는 셀 커버(120)의 내측 면으로부터 단위 셀(110)을 향하는 방향으로 돌출되며, 그 단부가 뾰족한 형상을 갖는다. 상기 파단 돌기(121?)는 셀 커버(120)의 내측 면과 단위 셀(110) 사이의 거리보다 짧은 길이로 연장됨으로써 배터리 셀(100')의 정상적인 사용 상태에서는 단위 셀(110)과 비접촉 상태를 유지한다. 그러나, 상기 배터리 셀(100)에 과전류가 흐르는 경우 단위 셀(110) 내부에 가스가 발생하여 파우치 케이스(114)가 셀 커버(120) 방향으로 팽창하게 되며, 파단 돌기(121')는 파우치 케이스(114)와 접촉하여 파단을 일으키게 된다.
상술한 바와 같이 상기 배터리 셀(100')은 셀 커버(120)의 내측 방향으로 연장된 파단 돌기(121')를 구비함으로써 서로 이웃하는 단위 모듈 사이의 상호 작용과 무관하게 파우치 케이스(114)를 파단하는 것이 가능하게 한다. 뿐만 아니라, 상기 배터리 셀(100')은 하나의 단위 모듈(100A) 만으로 구성된 경우에도 파우치 케이스(114)의 파단에 의한 안전성 확보가 가능한 효과를 갖는다.
다음은, 도 7 및 도 8을 참조하여 상기 배터리 셀(100,100')을 포함하는 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 완성 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100,100'), 버스 바(200), 외장 케이스(300) 및 외부 단자(311)를 포함한다.
상기 버스 바(200)는 얇은 판상의 금속으로서, 그 일측이 대략 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 형성된 리드 결합부(210) 및 타측에 형성된 단자 홈(220)을 구비한다.
상기 리드 결합부(210)는 배터리 셀(100,100')의 후면부(R) 최 외측에 위치한 단위 셀(110)의 양극 리드(112a) 및 전면부(F) 최 외측에 위치한 단위 셀(110)의 음극 리드(112b)에 결합된다. 상기 단자 홈(220)은 후술할 외부 단자(311)가 삽입되는 공간을 제공한다.
상기 외장 케이스(300)는 배터리 셀(100,100')을 수용하며, 하부 케이스(310) 및 상부 케이스(320)를 포함한다.
상기 하부 케이스(310)는 상향 개방 구조로 형성되어 배터리 셀(100)의 양 측면의 일부 및 하면을 감싸도록 형성되며, 적어도 하나의 하부 슬롯(310a) 및 한 쌍의 슬릿(310b) 을 구비한다.
상기 하부 슬롯(310a)은 하부 케이스(310)의 내측 면에 배터리 셀(100,100?)을 구성하는 단위 모듈(100A~100D)과 대응되는 개수로 형성되며, 단위 모듈(100A~100D) 각각의 두께에 대응되는 폭을 가진다. 상기 하부 슬롯(310a)은 배터리 셀(100,100')이 하부 케이스(310) 내에 수용될 때 단위 모듈(100A~100D)이 삽입되어 고정될 수 있는 공간을 제공한다. 상기 배터리 셀(100)이 복수개의 단위 모듈(100A~100D)을 포함하는 경우에 있어서, 각각의 단위 모듈(100A~100D)은 하부 슬롯(310a) 내에 고정됨으로써 서로 일정 거리를 유지할 수 있다. 따라서, 하나의 단위 모듈(100A)에 형성된 파단 돌기(121, 도 3 및 도 4 참조)와 이웃하는 단위 모듈(100B)의 단위 셀(110) 사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있으며, 배터리 모듈(10)의 정상적인 사용 상태에서 파우치 케이스(114)가 파단되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 슬릿(310b)은 하부 케이스(310)의 일측 면 중 버스 바(200)의 리드 결합부(210)와 대응되는 위치에 형성되어 배터리 셀(100)이 하부 케이스(310) 내에 삽입될 때 리드 결합부(210)가 수용될 수 있는 공간을 제공한다. 따라서, 상기 배터리 셀(100,100')과 버스 바(200)는 상호간에 전기적 연결 상태를 유지하면서 하부 케이스(310)의 내측과 외측에 각각 위치하게 된다.
한편, 상기 하부 케이스(310)의 일측 면 중 버스 바(200)의 단자 홈(220)과 대응되는 위치에는 하부 케이스(310)의 외측 방향으로 돌출되도록 형성된 외부 단자(311)가 구비된다.
상기 외부 단자(311)는 버스 바(200)의 단자 홈(220)과 대응되는 크기 및 형상으로 형성되어 배터리 셀(100,100')이 하부 케이스(310)에 수용될 때 단자 홈(220)에 삽입된다. 상기 외부 단자(311)는 외부 기기(미도시)와 배터리 셀(100) 사이를 전기적으로 연결해주는 역할을 한다. 상기 외부 단자(311)와 버스 바(200)는 접촉 저항의 최소화 및 결합력 향상의 측면에서, 동일한 재질로 이루어지며, 서로 용접에 의해 결합되는 것이 바람직하다.
상기 상부 케이스(320)는 하향 개방구조로 형성되어 하부 케이스(310)에 삽입된 배터리 셀(100,100')의 양 측면의 일부 및 상면을 감싸도록 형성되며, 상부 슬롯(320a)을 구비한다.
상기 상부 슬롯(320a)은 상부 케이스(310)의 내측 면 중 하부 슬롯(310a)과 대응되는 위치에 대응되는 개수로 형성된다. 상기 상부 슬롯(320a)의 기능은 하부 슬롯(310a)과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 배터리 모듈 100: 배터리 셀
100A~100D: 단위 모듈 110: 단위 셀
111: 전극조립체 111a: 본체
111b: 제1 전극 탭 111c: 제2 전극 탭
112a: 제1 전극 리드 112b: 제2 전극 리드
113: 절연 테이프 114: 파우치 케이스
114a: 제1 파우치 케이스 114b: 제2 파우치 케이스
120: 셀 커버 121: 파단 돌기
122: 수용 홀 200: 버스 바
210: 리드 결합부 220: 단자 홈
300: 외장 케이스 310: 하부 케이스
310a: 하부 슬롯 310b: 슬릿
311: 외부 단자 320: 상부 케이스
320a: 상부 슬롯
100A~100D: 단위 모듈 110: 단위 셀
111: 전극조립체 111a: 본체
111b: 제1 전극 탭 111c: 제2 전극 탭
112a: 제1 전극 리드 112b: 제2 전극 리드
113: 절연 테이프 114: 파우치 케이스
114a: 제1 파우치 케이스 114b: 제2 파우치 케이스
120: 셀 커버 121: 파단 돌기
122: 수용 홀 200: 버스 바
210: 리드 결합부 220: 단자 홈
300: 외장 케이스 310: 하부 케이스
310a: 하부 슬롯 310b: 슬릿
311: 외부 단자 320: 상부 케이스
320a: 상부 슬롯
Claims (10)
- 적어도 하나의 단위 셀 및 상기 단위 셀을 감싸는 셀 커버를 포함하며 서로 마주보도록 위치하는 복수개의 단위 모듈을 구비하는 배터리 셀; 및
상기 배터리 셀을 수용하는 외장 케이스를 포함하는 배터리 모듈에 있어서,
상기 단위 셀은, 본체 및 상기 본체로부터 인출되는 전극 탭을 포함하는 전극조립체; 상기 전극 탭과 결합하며 상기 전극조립체의 외측 방향으로 연장되는 전극 리드; 및 상기 전극 리드가 외부로 인출되도록 상기 전극조립체를 수용하며 테두리를 따라 일정 두께로 형성된 융착 라인을 구비하는 파우치 케이스를 포함하며,
상기 복수개의 단위 모듈 중 어느 하나의 단위 모듈의 셀 커버는, 상기 단위 셀의 테두리 영역과 대응되는 영역 내에 형성되어 상기 어느 하나의 단위 모듈과 인접한 단위 모듈을 향하는 방향으로 연장되는 적어도 하나의 파단 돌기; 및 상기 인접하는 단위 모듈의 파단 돌기가 삽입되는 수용 홀을 포함하며,
상기 파단 돌기는 상기 인접하는 단위 모듈의 셀 커버에 형성된 상기 수용 홀을 관통하여, 상기 인접한 단위 모듈의 셀 커버의 내측 면과 단위 셀 사이에 이르도록 연장되고,
상기 파단 돌기는 상기 본체와 상기 파우치 케이스의 모서리 사이의 영역과 대응되는 영역 내에 형성되며,
상기 외장 케이스는, 상기 단위 모듈이 삽입되는 슬롯을 구비하고,
상기 슬롯은, 상기 단위 모듈의 두께에 대응하는 폭을 가지며 상기 배터리 모듈의 개수에 대응하는 개수로 구비되며,
상기 단위 모듈은, 상기 슬롯 내에 고정되는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 파단 돌기는, 그 단부가 뾰족한 형상을 가지는 배터리 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 파단 돌기는, 상기 셀 커버에서 상기 인접하는 단위 모듈을 향하는 방향으로 수직하게 돌출되어 형성되는 배터리 모듈. - 제3항에 있어서,
상기 파단 돌기는 금속 재질을 포함하는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 단위 셀은,
상기 전극 리드에 부착되며 적어도 일부가 상기 융착 라인과 겹쳐지도록 위치하는 절연 테이프를 더 포함하는 배터리 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스 바를 더 포함하는 배터리 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 버스 바와 전기적으로 연결되는 외부 단자를 더 포함하는 배터리 모듈.
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