KR101747397B1 - 댐핑 구조가 형성되어 있는 전극리드를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

댐핑 구조가 형성되어 있는 전극리드를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 댐핑 구조가 형성되어 있는 전극리드를 포함하는 전지모듈에 관한 것으로, 상하 또는 좌우 방향으로 인접하여 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층체를 형성하는 외장부재들을 포함하고 있고, 상기 전지셀들은 각각 전지셀 내부의 전극조립체와 전기적으로 연결되어 있는 전극리드가 전지셀 케이스 외측으로 돌출되어 있으며, 상기 전지셀 적층체에서 전지셀들의 전극리드들이 용접에 의해 상호 결합되어 전극리드 결합부를 형성하며, 상기 전극리드 결합부 또는 전극리드 중에서 전극리드 결합부를 제외한 나머지 부위에는 전지모듈에 인가된 외력 또는 용접 과정의 진동을 흡수 및 완충할 수 있는 댐핑(damping) 구조가 형성되어 있는 전지모듈을 제공한다.

Description

댐핑 구조가 형성되어 있는 전극리드를 포함하는 전지모듈{Battery Module Having Electrode Lead with Damping Structure}
본 발명은 외부 충격 및 진동에 대한 댐핑 구조가 형성되어 있는 전극리드를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있고, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈이 사용된다.
전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
도 1에는 종래의 전지모듈에 포함되는 파우치형 전지셀의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 파우치형 전지셀은 전지셀(10)은 전극리드들(양극리드: 11, 음극리드: 12)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(10)로서, 파우치형 전지셀 케이스(20)의 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되되록 용접되어 있는 두 개의 전극리드(11, 12)가 외부로 노출되도록 열융착에 의해 실링부(14)가 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
도 3에는 파우치형 전지셀들을 전기적으로 연결한 구조의 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 도 2와 함께 참조하면, 인접한 3개의 파우치형 전지셀들(10a, 10b, 10c)의 전극리드들(11a, 11b, 11c)이 상호 결합되어 전기적으로 접속되어 있다. 전지셀 케이스의 외측으로 돌출된 전극리드들(11a, 11c)는 인접한 전지셀(10b)의 전극리드(11b)와 접속되기 위해 절곡되어 있으며, 전극리드들(11a, 11b, 11c)을 중첩시킨 상태에서 초음파 용접을 수행하여 이들을 전기적 및 물리적으로 결합하는 구조로 이루어져 있다.
그러나, 높은 에너지의 초음파 용접을 실행하게 되면, 초음파 용접에 따른 진동이 전극 탭들(31, 32)과 전극리드(11, 12) 사이의 용접부의 강도를 감소시켜, 전지셀(10)의 전극 탭들(31, 32)과 전극리드(11, 12)가 단전 내지 단락되는 경우가 발생할 수 있으며, 전지셀(10)의 다른 부위에도 초음파에 따른 진동이 전달되어 전기적으로 전지셀이 손상될 수 있다.
또한, 전지모듈의 조립 공정 중, 또는 전지모듈이 디바이스에 장착되었을 때, 여러가지 경우에서 발생하는 외력의 인가에 따라 전극리드 부위가 파손됨으로써, 안전성에 큰 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 전지모듈의 운송 과정, 또는 전기 자동차 등의 디바이스에 상기 전지모듈이 장착되었을 때, 전지모듈에 대한 외부충격 또는 진동의 인가에 의해 전극 탭들과 전극리드의 결합부위가 손상되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 외력의 인가 시, 또는 초음파 용접에 의한 진동에 의해 발생하는 전극리드 부위의 단전, 단락 및 손상을 방지할 수 있는 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 외부충격, 전지모듈의 조립, 또는 용접 등에서 발생하는 외력의 인가, 진동에 의한 전극 탭과 전극리드의 결합부위의 손상을 최소화하여 단락 내지 단전을 방지함으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
상하 또는 좌우 방향으로 인접하여 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층체를 형성하는 외장부재들을 포함하고 있고,
상기 전지셀들은 각각 전지셀 내부의 전극조립체와 전기적으로 연결되어 있는 전극리드가 전지셀 케이스 외측으로 돌출되어 있으며,
상기 전지셀 적층체에서 전지셀들의 전극리드들이 용접에 의해 상호 결합되어 전극리드 결합부를 형성하며,
상기 전극리드 결합부 또는 전극리드 중에서 전극리드 결합부를 제외한 나머지 부위에는 전지모듈에 인가된 외력 또는 용접 과정의 진동을 흡수 및 완충할 수 있는 댐핑(damping) 구조가 형성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은 전극리드에 가해지는 진동 또는 외부충격이 댐핑 구조에 의해 흡수되거나 분산되어 전극 탭들과 전극리드 결합부의 단전, 단락, 또는 손상을 방지함으로써 안전성을 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명에서, 전극리드 결합부는 전지셀들의 전극리드들을 직렬 또는 병렬로 결합하기 위하여 적층시킨 부위를 의미하며, 상기 전극리드 결합부에 초음파 용접 등으로 융착부를 형성시켜 전극리드들을 전기적 및 물리적으로 결합한다.
상기 전극리드에 형성되는 댐핑 구조의 위치는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 전극리드 중에서도 전지셀 케이스의 외측으로 돌출된 부위에 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 댐핑 구조는 전극리드들이 상호 결합되는 전극리드 결합부에 형성될 수 있지만 상기 전극리드 결합부를 제외한 나머지 전극리드 부위에도 형성될 수 있다.
상기 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 장방형의 판상형 전지셀로 이루어질 수 있으며, 상기 판상형 전지셀이 일면 또는 양면이 인접한 전지셀에 대면하도록 적층 배열되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있다.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.
구체적으로, 상기 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어질 수 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어질 수 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성될 수 있다.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조 등을 들 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다. 그러나, 전지케이스가 1 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조일 수도 있음은 물론이다.
상기 판상형 전지셀은 외주면의 일측에 양극리드 및 음극리드가 돌출되어 있는 구조이거나, 또는 외주면의 일측에 양극리드가 돌출되어 있고 대향 측에 음극리드가 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
상기 전지셀들의 전극리드들은 용접을 비롯한 다양한 방법 중 하나에의해 결합되어 전극리드 결합부를 형성할 수 있으며, 결합 방법의 하나의 예로, 초음파 용접을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
상기 전극리드 결합부는 전지셀 적층체를 형성하는 전지셀들 중 상하로 인접한 2개 또는 3개의 전지셀들의 전극리드들이 상호 결합되어 직렬 또는 병렬로 연결된 구조일 수 있다. 그러나, 필요에 따라 4개 이상의 전지셀들의 전극리드들이 상호 결합되어 있는 구조로도 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지모듈은 상하 또는 좌우 방향으로 인접한 제 1 전지셀 및 제 2 전지셀을 포함하며, 제 2 전지셀의 전극리드는, 제 1 전지셀의 전극리드에 근접하도록 제 1 전지셀의 전극리드 방향으로 절곡되어 있는 제 1 절곡부, 상기 제 1 절곡부로부터 연장되어 있는 경사부, 및 상기 경사부로부터 연장되어 있고 제 1 전지셀의 전극리드와 접속되도록 수평 절곡되어 있는 제 2 절곡부를 포함할 수 있다.
즉, 제 2 전지셀의 전극리드는 제 1 전지셀의 전극리드와 접속되도록 제 1 절곡부 및 제 2 절곡부가 형성되어 있고, 제 1 절곡부와 제 2 절곡부 사이에는 경사부가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 구조에 의하여 제 2 전지셀의 전극리드는 제 1 전지셀의 전극리드와 중첩되어 면접촉을 이루고, 중첩된 부위는 용접에 의해 상호 결합되어 전기적으로 접속될 수 있다.
이 때, 상기 제 2 절곡부는 제 1 절곡부보다 상대적으로 전지셀의 본체 방향으로 위치하는 구조일 수 있다. 이러한 구조는 제 1 절곡부의 절곡 각도가 90도를 초과하도록 형성함으로써 달성될 수 있으며, 그 형상은 예를 들어 수직 단면상으로 대략 ‘Z’ 자 형으로 이루어질 수 있다. 또한, 제 2 절곡부도 제 1 전지셀의 전극리드와 접속되도록 수평 절곡을 이루기 위해서 90도를 초과하는 절곡 각도를 형성한 구조로 이루어질 수 있다.
더욱 구체적인 예에서, 상기 전지모듈은 상기 제 1 전지셀을 기준으로 제 2 전지셀에 대향하여 제 1 전지셀에 인접한 제 3 전지셀을 포함하며, 상기 제 3 전지셀의 전극리드는, 제 1 전지셀의 전극리드에 근접하도록 제 1 전지셀의 전극리드 방향으로 절곡되어 있는 제 1 절곡부, 상기 제 1 절곡부로부터 연장되어 있는 경사부, 및 상기 경사부로부터 연장되어 있고 제 1 전지셀의 전극리드와 접속되도록 수평 절곡되어 있는 제 2 절곡부를 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
즉, 제 1 전지셀의 전극리드에 제 2 전지셀 및 제 3 전지셀의 전극리드가 각각 제 1 절곡부 및 제 2 절곡부를 형성하면서 제 1 전지셀의 전극리드에 접속되고, 이러한 접속된 부위는 용접 등에 전기적 및 물리적으로 결합되는 구조로 형성될 수 있다.
한편, 상기 경사부에는 전극리드의 강성을 향상시키는 비드들이 형성될 수 있다. 상기 비드들은 예를 들어 제 1 절곡부 및 제 2 절곡부 방향으로 길게 연장된 돌출 또는 오목 구조로 형성될 수 있다. 이러한 비드들은 상기 경사부 상에서 일정한 간격으로 다수개가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 상기 비드들은 외력 또는 진동에 대해 전극리드의 변형을 방지한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 댐핑 구조는 전극리드 결합부가 절곡되어 형성된 요철 구조일 수 있다.
상기 요철 구조는 외부충격 또는 진동 등을 흡수할 수 있는 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 상기 전극리드 결합부의 수직 단면 상에서 돔 형상, 또는 삼각형 형상, 또는 사각형 형상으로 절곡된 구조로 형성될 수 있다. 이러한 요철 구조는 전극리드가 돌출되어 있는 방향에 평행한 방향으로의 외력 또는 진동을 흡수하여 전극 탭들과 전극리드의 결합부가 손상되는 것을 방지한다.
상기 요철 구조의 길이와 높이는, 지나치게 작은 경우 요철 구조의 역할을 제대로 수행할 수 없으며, 이와 반대로 요철 구조의 길이와 높이가 지나치게 큰 경우, 전극 탭 또는 외부 디바이스와의 용접시 전체적으로 부피가 증가하여 콤팩트한 구조를 이룰수 없으므로 바람직하지 않다.
하나의 예로, 상기 요철 구조는 전극리드 결합부의 길이를 기준으로 10 내지 50%의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 요철 구조는 전극리드 결합부의 두께를 기준으로 최대 높이가 30 내지 300%의 크기로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 댐핑 구조는 전극리드 결합부를 상하로 관통하는 하나 이상의 관통구로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 전극리드 결합부는 초음파 용접에 의해 전극리드들이 상호 결합된 구조로 형성될 수 있으며, 상기 초음파 용접에 의한 진동이 분산되도록, 상기 초음파 용접에 의한 융착부와 전지셀 케이스 사이에 상기 관통구가 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 초음파 용접은 전극리드를 중첩시킨 상태에서 둘 이상의 위치에 수행되어 융착부들을 형성할 수 있으며, 상기 관통구는 상기 융착부들에 각각 대응하도록 형성시킴으로써 초음파 융착 과정에서 발생하는 진동이 대응하는 관통구에 의해 분산되는 구조로 형성될 수 있다.
구체적으로, 전극리드가 돌출되어 있는 방향을 기준으로 평면상 수직 방향으로 융착부들이 배열되도록 초음파 용접이 수행될 수 있으며, 상기 관통구들은 각각의 융착부들과 전지셀 사이에 위치하도록 형성될 수 있다. 따라서, 융착부 및 관통구의 개수는 동일하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기에서는 전극리드 결합부에 요철을 형성시키거나, 관통구를 형성하여 외부충격이나 진동을 흡수하여 안전성을 향상시키는 구조를 개시하였으나, 댐핑 구조의 예로서 이들에 한정되지 않으며, 또 다른 예로서, 전극리드에 비드들을 형성시켜 강성을 향상시킴으로써, 외부충격이나 진동이 전극 탭-전극리드 결합부에 전달되는 것을 방지하는 구조로 이루어질 수 도 있다.
상기 전지셀은 전지모듈 및 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 이차전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력저장 장치일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당 업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 전극리드에 가해지는 진동 또는 외부충격이 댐핑 구조에 의해 흡수되거나 분산되어, 전극 탭들과 전극리드 결합부의 단전, 단락, 또는 손상을 방지함으로써 안전성을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 전지모듈에 포함되는 파우치형 전지셀의 사시도이다;도 2는 도 1의 분해 사시도이다;
도 3은 파우치형 전지셀들을 전기적으로 연결한 구조의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극리드들에 댐퍼 구조가 형성되어 있는 전지모듈의 측면에 관한 사시도이다;
도 5는 도 4의 전극리드 부위에 관한 모식도이다;
도 6은 도 4 및 도 5의 전극리드의 경사부에 비드를 형성한 구조에 관한 모식도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 댐퍼 구조가 형성되어 있는 전극리드 부위에 관한 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 댐퍼 구조가 형성되어 있는 전극리드 결합부 부위에 관한 모식도이다;
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 댐퍼 구조가 형성되어 있는 전극리드 결합부 부위에 관한 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극리드들에 댐퍼 구조가 형성되어 있는 전지모듈의 측면에 관한 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 전극리드의 결합 부위에 관한 모식도가 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀들(110a, 110b, 110c)이 상하 방향으로 인접하여 적층 배열되어 있고, 외장부재로서 카트리지들(130)이 전지셀들(110a, 110b, 110c)을 각각 고정하여 전지셀 적층체를 형성하고 있다.
전지셀들(110a, 110b, 110c)은 도 1에 도시된 바와 같이 외주면의 일측에 양극리드(112) 및 음극리드(113)가 돌출되어 있는 장방형의 판상형 구조로 이루어져 있다.
상하로 적층된 전지셀들(110a, 110b, 110c)은 3개가 하나의 단위로서 전극리드들(112a, 112b, 112c)이 상호 결합되어 있으며, 이러한 결합은 초음파 용접으로 수행된다. 전극리드들(112a, 112b, 112c)이 상호 결합되어 있는 3개의 전지셀들(110a, 110b, 110c) 중 상부에 위치한 전지셀(110a)의 전극리드(112a) 및 하부에 위치한 전지셀(110c)의 전극리드(112c)는 그것들 사이에 위치한 전지셀(110b)의 전극리드(112b)와 접속되어 결합되기 위하여 절곡되어 있다.
구체적으로 상부에 위치한 전지셀(110a)을 제 2 전지셀(110a), 하부에 위치한 전지셀(110c)을 제 3 전지셀(110c), 제 2 및 제 3 전지셀들(110a, 110c) 사이에 위치한 전지셀(110b)을 제 1 전지셀(110b)이라고 할 때, 제 2 및 제 3 전지셀들(110a, 110c)의 전극리드들(112a, 112c)은 제 1 전지셀(110b)의 전극리드(112b)에 근접하도록 제 1 전지셀(110b)의 전극리드(112b) 방향으로 절곡되어 있는 제 1 절곡부(114a, 114c), 제 1 절곡부(114a, 114c)로부터 연장되어 있는 경사부(116a, 116c), 및 경사부(116a, 116c)로부터 연장되어 있고 제 1 전지셀(110b)의 전극리드(112b)와 접속되도록 수평 절곡되어 있는 제 2 절곡부(118a, 118c)를 포함하고 있다.
따라서, 제 2 전지셀(110a) 및 제 3 전지셀(110c)의 전극리드들(112a, 112c)은 제 1 전지셀(110b)의 전극리드(112b)와 중첩되어 면접촉을 이루고, 중첩된 부위는 용접에 의해 상호 결합되어 전기적으로 접속된다.
이러한 구조에서, 전극리드들(112a, 112b, 112c)의 돌출 방향에서 외력 또는 진동이 인가되는 경우 제 1 절곡부(114a, 114c) 및 제 2 절곡부(118a, 118c)를 포함하는 절곡 구조가 외력 및 진동을 흡수 또는 완충하는 댐핑 역할을 수행하도록 형성되어 있어서 전지셀들(110a, 110b, 110c) 내의 전극 탭-전극리드 결합부위가 손상되는 것을 방지하는 구조로 이루어져 있다.
도 6에는 도 4 및 도 5의 전극리드의 경사부에 비드를 형성한 구조에관한 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 도 5와 함께 참조하면, 제 2 전지셀(110a) 및 제 3 전지셀(110c)의 전극리드들(112a, 112c)의 경사부들(116a, 116c)에는 외력 또는 진동에 대해 전극리드들(112a, 112c)의 변형을 방지하고 강성을 향상시키는 비드들(132)이 형성되어 있다. 이러한 비드들(132)은 경사부들(116a, 116c) 상에서 일정한 간격으로 다수개가 배열되도록 형성되어 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 댐퍼 구조가 형성되어 있는 전극리드 부위에 관한 모식도가 도시되어 있다.
도 7의 전극리드 부위는 도 6과 비교하여 제 1 절곡부(214a, 214c) 및 제 2 절곡부(218a, 218c)의 절곡 각도가 다른 구조로 형성되어 있다. 구체적으로, 제 2 및 제 3 전지셀(210a, 210c)의 전극리드들(212a, 212c)은 각각 제 1 전지셀(210b)의 전극리드(212b) 방향으로 절곡되어 제 1 절곡부(214a, 214c)를 형성하고 있으며, 이러한 제 1 절곡부(214a, 214c)의 절곡 각도(θ1)는 90도를 초과하도록 형성되어 있다. 이에 따라, 제 2 절곡부(218a, 218c)는 제 1 전지셀(210b)의 전극리드(212b)와 접속되도록 수평 절곡을 이루기 위해서 절곡 각도가 90도를 초과하도록 형성되어 있다.
이러한 구조에 의하여 제 2 및 제 3 전지셀(210a, 210c)의 전극리드들(212a, 212c)은 제 2 절곡부(218a, 218c)가 제 1 절곡부(214a, 214c)보다 상대적으로 전지셀의 본체 방향으로 위치하는 구조로 형성되어 있다.
즉, 전극리드의 돌출 방향에서 외력 또는 진동이 인가되는 경우 제 1 절곡부(214a, 214c) 및 제 2 절곡부(218a, 218c)를 포함하는 절곡 구조가 외력 및 진동을 흡수 또는 완충하는 댐핑 역할을 더욱 효과적으로 수행하도록 형성되어 있어서 전지셀들(210a, 210b, 210c) 내의 전극 탭-전극리드 결합부위가 손상되는 것을 방지하는 구조로 이루어져 있다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 댐퍼 구조가 형성되어 있는 전극리드 결합부 부위에 관한 모식도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 제 1 내지 제 3 전지셀들(310a, 310b, 310c)에서 돌출되어 있는 전극리드들(312a, 312b, 312c)은 적층되어 용접에 의해 상호 결합되어 전극리드 결합부를 형성하고 있고, 전극리드 결합부에는 볼록한 형상의 요철 구조(315)가 형성되어 있다.
이러한 요철 구조(315)는 전극리드들(312a, 312b, 312c)이 돌출되어 있는 방향에서의 외부충격 또는 진동 등을 완충 또는 흡수하며, 특히 전극리드들(312a, 312b, 312c)의 결합을 위한 초음파 용접 과정에서 발생하는 진동을 효과적으로 흡수할 수 있도록 형성되어 있다. 도 7에서는 상부 방향으로 볼록한 형상의 하나의 요철 구조(315)가 형성되어 있는 구조를 도시하였지만, 필요에 따라서 둘 이상의 다수의 요철 구조(315)가 형성될 수 도 있으며, 요철 구조의 형상 또한 반원, 삼각형, 사각형 등 한정되지 않고 다양한 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 댐퍼 구조가 형성되어 있는 전극리드 결합부 부위에 관한 평면 모식도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전극리드들(412)이 상하로 적층되어 결합된 전극리드 결합부(411)를 상하로 관통하는 관통구(415)들이 형성되어 있다. 전극리드 결합부(412)는 초음파 용접에 의해 전극리드들(412)이 상호 결합된 구조로 이루어져 있으며, 초음파 용접에 의한 진동이 분산되도록, 초음파 용접에 의한 융착부(420)와 전지셀 케이스(430) 사이에 관통구들(415)이 형성되어 있다. 따라서, 진동이 융착부(420)에서 전지셀 케이스(430) 방향으로 전달될 때, 관통구들(415)에 의해 진동이 분산되어 전극 탭 및 전극리드 결합부의 단락, 단전, 또는 손상을 방지하는 구조로 이루어져 있다.
초음파 용접 과정은 전극리드들(412)을 중첩시킨 상태에서 다수의 위치에 수행되어 다수의 융착부들(420)을 형성하며, 관통구들(415)는 융착부들(420)에 각각 대응하도록 형성되어 있어서 초음파 융착 과정에서 발생하는 진동이 대응하는 관통구들(415)에 의해 분산되는 구조로 형성되어 있다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 상하 또는 좌우 방향으로 인접하여 적층 배열되어 있고 충방전이 가능한 둘 이상의 전지셀들, 및 상기 전지셀들을 각각 고정하여 전지셀 적층체를 형성하는 외장부재들을 포함하고 있고,
    상기 전지셀들은 각각 전지셀 내부의 전극조립체와 전기적으로 연결되어 있는 전극리드가 전지셀 케이스 외측으로 돌출되어 있으며,
    상기 전지셀 적층체에서 전지셀들의 전극리드들이 용접에 의해 상호 결합되어 전극리드 결합부를 형성하며,
    상기 전극리드 결합부 또는 전극리드 중에서 전극리드 결합부를 제외한 나머지 부위에는 전지모듈에 인가된 외력 또는 용접 과정의 진동을 흡수 및 완충할 수 있는 댐핑(damping) 구조가 형성되어 있으며,
    상기 댐핑 구조는 전극리드 결합부를 상하로 관통하는 하나 이상의 관통구인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 장방형의 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 외주면의 일측에 양극 및 음극리드가 돌출되어 있거나, 또는 외주면의 일측에 양극리드가 돌출되어 있고 대향 측에 음극리드가 돌출되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀들의 전극리드들은 초음파 용접에 의해 결합되어 전극리드 결합부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전극리드 결합부는 상하로 인접한 2개 또는 3개의 전지셀들의 전극리드들이 상호 결합된 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상하 또는 좌우 방향으로 인접한 제 1 전지셀 및 제 2 전지셀을 포함하며, 제 2 전지셀의 전극리드는, 제 1 전지셀의 전극리드에 근접하도록 제 1 전지셀의 전극리드 방향으로 절곡되어 있는 제 1 절곡부, 상기 제 1 절곡부로부터 연장되어 있는 경사부, 및 상기 경사부로부터 연장되어 있고 제 1 전지셀의 전극리드와 접속되도록 수평 절곡되어 있는 제 2 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 절곡부는 제 1 절곡부보다 상대적으로 전지셀 본체 방향으로 위치해 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 전지셀을 기준으로 제 2 전지셀에 대향하여 제 1 전지셀에 인접한 제 3 전지셀을 포함하며, 상기 제 3 전지셀의 전극리드는, 제 1 전지셀의 전극리드에 근접하도록 제 1 전지셀의 전극리드 방향으로 절곡되어 있는 제 1 절곡부, 상기 제 1 절곡부로부터 연장되어 있는 경사부, 및 상기 경사부로부터 연장되어 있고 제 1 전지셀의 전극리드와 접속되도록 수평 절곡되어 있는 제 2 절곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 경사부에는 강성을 향상시키는 비드들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 댐핑 구조는 전극리드 결합부가 절곡되어 형성된 요철 구조인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 요철 구조는 전극리드 결합부의 수직 단면 상에서 돔 형상, 또는 삼각형 형상, 또는 사각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 요철 구조는 전극리드 결합부의 길이를 기준으로 10 내지 50%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 요철 구조는 전극리드 결합부의 두께를 기준으로 최대 높이가 30 내지 300%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전극리드 결합부는 초음파 용접에 의해 전극리드들이 상호 결합된 구조로 형성되어 있으며, 상기 초음파 용접에 의한 진동이 분산되도록, 상기 초음파 용접에 의한 융착부와 전지셀 케이스 사이에 상기 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 초음파 용접에 의한 융착부는 둘 이상의 개수로 형성되어 있으며, 상기 관통구는 상기 융착부들에 각각 대응하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 케이스와 전극리드 결합부 사이의 전극리드 상에는 강성을 향상시키는 비드들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  20. 제 1 항 내지 제 9 항, 제 11 항 내지 제 14 항 및 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  21. 제 20 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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