KR101827493B1 - 안전성 및 작동 수명이 향상된 배터리 모듈 - Google Patents

안전성 및 작동 수명이 향상된 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 진동 또는 충격으로부터 배터리 셀이 손상되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 개시한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀; 상기 배터리 셀에 인접하게 배치되어 상기 배터리 셀의 일면을 커버하는 제1 커버; 및 상기 배터리 셀과 상기 제1 커버 사이에 개재된 탄성을 가지는 제1 탄성 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

안전성 및 작동 수명이 향상된 배터리 모듈{Battery module with improved safety and life cycle}
본 발명은, 이차 전지에 관한 기술로서, 보다 상세하게는, 하나 또는 그 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2014년 10월 07일 자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2014-0135160호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
한편, 최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치는 고용량 및/또는 고출력의 전원을 필요로 하므로, 이러한 중대형 장치에는, 단일의 이차 전지가 아닌 복수의 이차 전지가 전기적으로 연결된 배터리 모듈이 주로 사용된다. 특히, 이러한 배터리 모듈은, 복수의 이차 전지를 용이하게 적층하기 위해, 주로 파우치형 이차 전지를 구비한다. 이처럼, 배터리 모듈은 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다수의 이차 전지가 직병렬로 연결된 구성요소를 의미한다고 할 수 있다.
한편, 파우치형 이차 전지는, 물리적인 강도가 약하다는 문제점이 있고, 그 자체로는 적층에 적합하지 않다. 이러한 이유로, 파우치형 이차 전지는, 플레이트들 사이에 개재되거나, 카트리지에 삽입되는 등의 형태로 사용되는 경우가 많다. 이러한 플레이트 내지 카트리지 등은, 파우치형 이차 전지의 외면을 둘러싸 파우치형 이차 전지를 보호하거나, 적층이 용이하도록 일정한 형태(예컨대, 직육면체)를 이룰 수 있다.
한편, 휴대형 전자기기나 전기 자동차 등은 이동성을 가지고 있으므로, 이러한 휴대형 전자기기나 전기 자동차 등에 구비된 이차 전지 또한 휴대형 전자기기 나 전기 자동차 등이 이동함에 따라 함께 이동하게 된다. 이와 같은 이동 과정에서, 이차 전지는 유동하게 되고, 이차 전지의 유동으로 인해 이차 전지는 인접한 구성으로부터 물리적인 충격을 받을 수 있다. 예를 들어, 파우치형 이차 전지는, 파우치형 이차 전지의 외면을 커버하는 플레이트나, 파우치형 이차 전지가 삽입된 카트리지와 부딪치거나 마찰되어 손상될 수 있다. 이로 인해 파우치형 이차 전지의 외장재인 파우치가 벗겨지거나 찢어지는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 문제가 발생하는 주된 원인은, 파우치형 이차 전지와 인접한 구성과의 유격 때문이라고 할 수 있다. 그런데, 이러한 유격을 제거하는 것은 쉽지 않으며, 미세한 유격만 있더라도 이와 같은 문제가 발생할 우려가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 진동 또는 충격으로부터 배터리 셀이 손상되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀; 상기 배터리 셀에 인접하게 배치되어 상기 배터리 셀의 일면을 커버하는 제1 커버; 및 상기 배터리 셀과 상기 제1 커버 사이에 개재된 탄성을 가지는 제1 탄성 부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 측면에 따르면, 상기 제1 탄성 부재는, 소정 두께를 가지고 내부에 탄성력을 갖는 탄성체가 구비된 탄성 매트일 수 있다.
상기 탄성 매트는, 내부가 탄성체로 충진될 수 있다.
상기 탄성체는, 부분적으로 밀도를 달리할 수 있다.
상기 탄성체는, 중심부에 밀집되어 상기 탄성 매트의 중심부의 밀도가 상기 탄성 매트의 주변부의 밀도보다 상대적으로 클 수 있다.
상기 탄성체는, 스프링일 수 있다.
상기 스프링은, 2 이상 구비되되, 상기 탄성 매트 내에서 불균일하게 배치될 수 있다.
선택적으로, 상기 스프링들은, 상기 탄성 매트의 중심부에 밀집될 수 있다.
상기 스프링은, 2 이상 구비되되, 상기 스프링들 중 일부는 나머지 스프링들과 탄성계수가 다를 수 있다. 그리고, 상기 스프링들 중 일부는, 나머지 스프링들보다 탄성계수가 상대적으로 크고, 상기 탄성 매트의 중심부에 배치될 수 있다.
상기 탄성 매트에는, 적어도 하나 이상의 삽입 홈이 형성될 수 있다.
상기 삽입 홈은, 상기 배터리 셀, 상기 탄성 매트 및 상기 제1 커버가 적층되는 방향으로 형성될 수 있다.
상기 제1 커버에는, 상기 삽입 홈과 대응되는 위치에 상기 삽입 홈과 대응되는 형상을 갖는 대응 돌기가 형성될 수 있다.
상기 대응 돌기의 크기는, 상기 삽입 홈의 크기 보다 상대적으로 더 커서 상기 대응 돌기는, 상기 삽입 홈에 압입 결합될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제1 탄성 부재는, 일방향으로 볼록하게 휘어진 판 스프링일 수 있다.
상기 판 스프링의 볼록한 부분은 상기 배터리 셀과 마주할 수 있으며, 상기 판 스프링의 볼록한 부분은 상기 배터리 셀의 중심부에 맞닿도록 배치될 수 있다.
상기 제1 커버는, 플레이트 형상을 가지며, 금속 재질일 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 셀에 인접하게 배치되어 상기 배터리 셀의 타면을 커버하는 제2 커버; 및 상기 배터리 셀과 상기 제2 커버 사이에 개재된 탄성을 가지는 제2 탄성 부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 전기 자동차는, 상술한 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 셀의 적어도 일 면에 탄성 부재가 구비되므로, 배터리 셀과 인접한 플레이트 사이의 물리적 충격을 방지하거나 완화할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 배터리 셀의 적어도 일 면에 탄성 부재가 구비되므로, 배터리 셀을 지속적으로 가압할 수 있다. 따라서, 배터리 셀 내부의 이온 전달 효율을 향상시켜 배터리 셀의 작동 수명을 향상시킬 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 탄성 부재를 나타낸 도면이다.
도 3은, 파우치형 이차 전지가 팽창하는 모습을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재를 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재의 분해 사시도이다.
도 6은, 도 5에 도시된 제1 탄성 부재의 결합 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재의 정면도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 제1 커버와 제1 탄성 부재가 결합되기 전의 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는, 도 8의 제1 커버와 제1 탄성 부재가 결합된 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성부재가 배터리 셀과 제1 커버 사이에 개재된 모습을 나타낸 도면이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성부재가 배터리 셀과 제1 커버 사이에 개재된 모습을 나타낸 도면이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀(100), 제1 커버(200) 및 제1 탄성 부재(300)를 포함한다.
상기 배터리 셀(100)은, 충방전을 수행할 수 있는 단위 전지로서, 이러한 배터리 셀(100)은, 전극 조립체, 전해액 및 전지 케이스를 기본 구성으로 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는, 양극탭이 부착된 양극판, 음극탭이 부착된 음극판 및 세퍼레이터를 구비하는 단위 셀로 이루어지거나, 이러한 단위 셀의 집합체로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체는, 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 하나 이상 구비할 수 있다. 또한, 이러한 전극 조립체는, 단위 셀이 순차적으로 적층되거나, 적층 후 권취 또는 폴딩되는 등의 방법에 의해 집합체를 형성할 수 있다.
한편, 이러한 양극판과 음극판은 각각 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터는, 양극판과 음극판 사이에 배치되어 상기 양극판과 상기 음극판 사이를 절연시키고, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 활물질 이온이 교환될 수 있도록 한다. 상기 양극판 또는 음극판의 외측에 또 다른 세퍼레이터가 위치하여 전극 조립체의 권취시 양극판과 음극판 사이에 절연 상태가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 전지 케이스는, 상기 전극 조립체가 수납되고, 전해액이 주입되는 공간을 제공할 수 있다. 이러한 전지 케이스는 형태에 따라 각형 전지 케이스와 파우치형 전지 케이스로 분류될 수 있다. 이 중에서, 도 1에 도시된 바와 같은 파우치형 전지 케이스는, 오목한 형태의 내부 공간을 구비하며, 이러한 내부 공간에 상기 전극 조립체와 전해액이 수납될 수 있다. 또한, 파우치형 전지 케이스는, 전극 조립체의 수납을 용이하게 하기 위해, 상부 파우치와 하부 파우치로 구성될 수 있다. 이때, 파우치형 전지 케이스는, 도 1과 같이 상부 파우치 및 하부 파우치 모두에 전극 조립체를 수납하기 위한 오목한 형태의 공간이 구비될 수도 있고(이른바, 더블 캡), 상부 파우치 및 하부 파우치 중 어느 하나에만 오목한 형태의 공간이 구비될 수도 있다(이른바, 싱글 캡). 그리고, 상부 파우치와 하부 파우치는 상호 분리되어 있을 수도 있고, 한 변을 공유하여 서로 연결되어 있을 수도 있다.
또한, 이러한 상부 파우치와 하부 파우치는, 내부 수납 공간의 테두리에 실링부를 구비하고, 이러한 실링부가 서로 접착됨으로써, 내부 수납 공간이 밀봉될 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 셀(100)은, 파우치형 이차 전지일 수 있다. 즉, 상기 전지 케이스는, 후술할 제1 탄성 부재(300)에 의해 안정적으로 고정될 수 있는 파우치형 전지 케이스인 것이 좋다.
상기 제1 커버(200)는, 상기 배터리 셀(100)에 인접하게 배치되어 상기 배터리 셀(100)의 일면을 커버할 수 있다. 이때, 상기 제1 커버(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차 전지의 넓은 면을 커버할 수 있다.
상기 제1 커버(200)는, 플레이트 형상일 수 있으며, 금속 재질로 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 커버(200)는, 배터리 셀(100)을 둘러싸는 카트리지의 일부일 수 있고, 다른 예로, 상기 제1 커버(200)는, 배터리 셀(100)을 냉각시키기 위한 냉각 핀일 수도 있으며, 또 다른 예로, 상기 제1 커버(200)는, 배터리 모듈의 케이스의 일부일 수도 있다.
상기 제1 탄성 부재(300)는, 상기 배터리 셀(100)과 상기 제1 커버(200) 사이에 개재되는 구성요소로서, 탄성을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 탄성 부재(300)는, 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이에 개재되어 배터리 셀(100)이 유동하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 제1 탄성 부재(300)가 없을 경우, 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이에 이격 공간이 생기기 쉽다. 이와 같은 이격 공간의 존재로 인해, 배터리 셀(100)이 유동하게 될 경우 배터리 셀(100)과 제1 커버(200)가 부딪쳐 배터리 셀(100)이 손상되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 상기 제1 탄성 부재(300)의 존재로 인해 배터리 셀(100)이 제1 커버(200)와 직접적으로 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 배터리 셀(100)이 유동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제1 탄성 부재(300)는 탄성력을 가지기 때문에 규격에 대한 호환성이 높다. 즉, 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이의 이격 공간의 크기가 다소 달라지더라도, 상기 제1 탄성 부재(300)는 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이에 밀착된 상태로 개재될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(100)이 수축하여 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이의 간격이 넓어지더라도, 제1 탄성 부재(300)는 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이에 밀착된 상태로 개재될 수 있으며, 배터리 셀(100)이 팽창하여 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이의 간격이 좁아지더라도, 제1 탄성 부재(300)는 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이에 밀착된 상태로 개재될 수 있다.
이와 같이, 제1 탄성 부재(300)는, 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이에 밀착된 상태로 개재되기 때문에, 배터리 셀(100)이 유동하는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 제1 탄성 부재(300)는, 배터리 셀(100)을 가압하는 기능을 수행할 수 있다.
제1 탄성 부재(300)가 배터리 셀(100)을 가압함으로써 발휘되는 효과를 설명하기 위해, 배터리 셀(100)의 이온 전달에 대해 설명하도록 한다.
배터리 셀(100)은, 상술한 바와 같이, 활물질, 전극 및 전해액이 함침된 세퍼레이터를 포함한다. 전극과 활물질은 전극 표면에 활물질이 도포되는 등의 방법에 의해 서로 연결되어 있다. 배터리 셀(100)이 작동하는 동안, 양극 활물질에서 나온 이온들이 세퍼레이터와 세퍼레이터의 전해액을 거쳐 음극 활물질로 이동한다. 그런데, 상기 배터리 셀(100)이 노화될수록 양극 활물질과 음극 활물질 사이의 이온 전달 효율이 감소한다. 따라서, 이와 같이 노화에 의해 이온 전달 효율이 감소될 경우, 양극 활물질과 음극 활물질 사이의 거리를 줄여 이온 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 배터리 셀(100)의 측면(넓은 면)에 수직방향의 힘을 가하면, 양극 활물질과 음극 활물질 사이의 거리를 줄일 수 있고, 이를 통해 이온 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 제1 탄성 부재(300)가 제1 커버(200)와 배터리 셀(100) 사이에 개재됨으로써, 제1 탄성 부재(300)는 지속적으로 배터리 셀(100)을 가압할 수 있고, 이를 통해 배터리 셀(100)의 이온 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제1 탄성 부재(300)는, 탄성 매트(M)일 수 있다. 상기 탄성 매트(M)는, 소정 두께를 가지고 있으며, 내부에 탄성체를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 탄성체는 탄성력을 가진 구성요소로서, 공지된 다양한 탄성체가 채용될 수 있다.
그리고, 상기 탄성 매트(M)는, 부분적으로 탄성력을 달리하는 형태로 구성될 수 있다. 선택적으로, 상기 탄성 매트(M)는, 탄성 매트(M)의 중심부의 탄성력이 탄성 매트(M)의 주변부 내지 외곽부의 탄성력보다 상대적으로 크도록 구성되어, 배터리 셀(100)의 중심부를 더 가압할 수 있다.
일 예로, 상기 탄성 매트(M)는, 내부가 탄성체로 충진될 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 탄성 부재를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 제1 탄성 부재(300)는, 도 1의 배터리 모듈에 구비된 제1 탄성 부재(300)의 사시도라고 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 탄성 부재(300)는, 내부가 탄성체로 충진된 탄성 매트(M)이다. 또한, 도 2의 탄성 매트(M)는, 전체가 탄성체로 이루어져 있다. 즉, 도 2의 실시예에서, 상기 탄성 매트(M)는, 동일한 재질의 탄성체로 이루어져 있다.
다시 도 1을 참조하면, 도 2의 제1 탄성 부재(300)가 제1 커버(200)와 배터리 셀(100) 사이에 개재된 모습이 도시되어 있다. 상기 탄성 매트(M)는, 직육면체의 형상으로 구성되어 제1 커버(200)와 배터리 셀(100) 사이에 용이하게 삽입될 수 있다.
한편, 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체을 수용하기 위해 내부에 오목한 공간이 마련된다. 스웰링 현상 등으로 배터리 셀(100)이 팽창할 경우, 상기 오목한 공간은 바깥쪽으로 팽창하게 되는데, 배터리 셀(100)의 중심부에 주로 팽창이 일어나고, 배터리 셀(100)의 주변부의 팽창은 비교적 적은 편이다.
도 3은, 파우치형 이차 전지가 팽창하는 모습을 설명하기 위한 참고도이다. 즉, 도 3은, 배터리 셀(100)이 팽창하는 모습(도 3의 점선 참조)과 팽창의 정도 및 팽창의 방향(도 3의 화살표의 방향 및 크기 참조)을 개략적으로 나타내는 도면이라고 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 파우치형 이차 전지가 팽창할 경우, 배터리 셀(100)의 중심부가 배터리 셀(100)의 주변부 보다 팽창이 큰 것을 알 수 있다. 따라서, 이와 같은 불균일한 팽창을 방지하기 위해서는 파우치형 이차 전지의 중심부를 더 가압할 필요가 있다.
이하, 파우치형 이차 전지의 중심부를 더 가압할 수 있는 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재를 나타낸 도면이다. 본 출원인은, 도 4에서 음영을 통해 탄성체의 밀도차를 개략적으로 나타내었다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재(300)는, 내부가 탄성체로 충진된 탄성 매트(M)이며, 이러한 탄성 매트(M)는, 동일한 재질의 탄성체로 이루어져 있다. 다만, 도 4의 탄성 매트(M)는, 도 2의 탄성 매트(M)와 달리, 내부의 탄성체가 균일한 밀도로 충진되어 있지 않다. 즉, 도 4의 탄성 매트(M)를 이루는 탄성체는 부분적으로 밀도를 달리하여 탄성 매트(M)를 채우고 있다. 특히, 도 4의 실시예에서 탄성체는, 탄성 매트(M)의 중심부의 탄성력이 탄성 매트(M)의 주변부 내지 외곽부의 탄성력보다 상대적으로 크도록, 탄성 매트(M)의 중심부에 밀집되어 있다. 이러한 구조에 의하면, 제1 탄성 부재(300)가 배터리 셀(100)의 중심부를 더 가압할 수 있으므로, 배터리 셀(100)이 불균일하게 팽창하는 것을 억제할 수 있다.
다른 예로 상기 탄성 매트(M)는, 내부에 구비된 탄성체가 스프링으로 구현될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재의 분해 사시도이고, 도 6은, 도 5에 도시된 제1 탄성 부재의 결합 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재(300)는, 내부에 스프링(310)이 구비된 탄성 매트(M)이다. 즉, 상기 탄성 매트(M)는, 내부에 하나 이상의 스프링(310)이 균일하게 배치되어 있고, 상기 스프링(310)은 매트 커버에 의해 둘러싸여 있다. 한편, 상기 매트 커버는, 탄성체인 스프링(310)의 탄성력을 직접 외부로 전달할 수 있도록 부드러운 재질로 구현되는 것이 좋다. 예를 들어, 상기 매트 커버의 재질은, 직물일 수 있다.
또한, 상기 탄성 매트(M)의 내부에는, 상기 스프링(310)들을 지지하고, 상기 스프링(310)의 위치를 고정하기 위한 스프링 프레임(320)이 구비되어 있다. 상기 스프링 프레임(320)은, 상기 스프링(310)을 고정시켜 스프링(310)이 본래의 위치를 이탈하지 않도록 한다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스프링 프레임(320)에는 하나 이상의 홀(320h)이 형성되어, 상기 스프링(310)이 관통될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 상기 스프링 프레임(320)과 상기 매트 커버 사이에는 충진재(330)가 채워져 있다. 상기 충진재(330)는, 예를 들어, 스폰지일 수 있는데, 이러한 충진재(330)는, 돌출된 스프링(310)의 주변부를 메우고, 스프링(310)이 매트 커버와 직접적으로 닿는 것을 방지하는 역할을 하며, 스프링 프레임(320)과 함께 탄성 매트(M)의 형상을 유지하는 역할을 한다.
이와 같은 실시예에 따르면, 탄성 매트(M)를 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이에 삽입시키기가 용이하다. 뿐만 아니라, 스프링(310)이 충진재 및 매트 커버에 의해 둘러싸이기 때문에 스프링(310)의 단부와 배터리 셀(100)이 직접적으로 닿지 않아 스프링(310)에 의해 배터리 셀(100)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재의 정면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성 부재(300)는, 내부에 스프링(310)이 구비된 탄성 매트(M)이다. 도 7에 도시된 탄성 매트(M)는, 도 5 및 도 6에 도시된 탄성 매트(M)와 비교할 때, 내부에 구비되는 스프링(310)이 불균일하게 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 즉, 도 7의 실시에에서, 스프링(310)들은, 탄성 매트(M)의 중심부에 밀집되는 형태로 배치되어 있다. 그리고, 스프링 프레임(320)은, 스프링(310)들이 이와 같이 탄성 매트(M)의 중심부에 밀집될 수 있도록 구성되어 있다.
이러한 구조에 의하면, 배터리 셀(100)의 중심부를 더 가압할 수 있으므로, 배터리 셀(100)이 불균일하게 팽창하는 것을 억제할 수 있다.
배터리 셀(100)의 중심부를 더 가압할 수 있는 다른 실시예로서, 상기 스프링(310)의 배치를 불균일하게 하는 대신 내부에 배치되는 스프링(310)들의 탄성계수를 달리할 수 있다. 즉, 상기 스프링(310)들 중 일부는, 나머지 스프링(310)들보다 탄성계수가 상대적으로 더 클 수 있다. 그리고, 상대적으로 탄성계수가 큰 하나 이상의 스프링(310)은 탄성 매트(M)의 중심부에 배치될 수 있다.
선택적으로, 상기 제1 탄성 부재(300)는, 제1 커버(200)에 결합될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 구성하는 제1 커버와 제1 탄성 부재가 결합되기 전의 모습을 나타낸 도면이고, 도 9는, 도 8의 제1 커버와 제1 탄성 부재가 결합된 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은, 제1 탄성 부재(300), 제1 커버(200)를 포함하고 있다.
그리고, 제1 탄성 부재(300)는, 탄성 매트(M)로 구현되어 있다. 즉, 도 8 및 도 9의 탄성 매트(M)는, 도 1 및 도 2에 도시된 탄성 매트(M)의 변형예라고 할 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 탄성 매트(M)에는 하나 이상의 삽입 홈(300a)이 형성되어 있다. 그리고, 이러한 삽입 홈(300a)은, 배터리 셀(100), 탄성 매트(M) 및 제1 커버(200)가 적층되는 방향을 따라 형성되어 있다. 다시 말해, 상기 삽입 홈(300a)은, 제1 커버(200), 탄성 매트(M) 및 배터리 셀(100)이 순차적으로 적층되는 방향인 좌우 방향으로 형성되어 있으며, 상기 삽입 홈(300a)은, 제1 커버(200)와 인접한 방향에 형성되어 있다.
그리고, 제1 커버(200)에는, 이러한 삽입 홈(300a)과 대응되는 형상을 갖는 대응 돌기(200a)가 형성되어 있다. 구체적으로 상기 대응 돌기(200a)는 원통 형상이며, 상기 삽입 홈(300a)은, 원통형의 홈으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 대응 돌기(200a)는, 상기 삽입 홈(300a)과 대응되는 위치에 형성되어 있다.
선택적으로 상기 대응 돌기(200a)의 크기는, 상기 삽입 홈(300a)의 크기와 같거나 상기 삽입 홈(300a)의 크기보다 더 클 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 실시예에서, 상기 대응 돌기(200a)의 크기는, 삽입 홈(300a)의 크기보다 상대적으로 더 크게 구성되어 있다. 즉, 상기 대응 돌기(200a)의 직경은 상기 원통형의 홈의 직경 보다 상대적으로 더 크다. 다시 말해, 상기 대응 돌기(200a)의 크기는, 삽임 홈(300a)의 크기보다 비교적 크게 구성되어, 상기 대응 돌기(200a)는 삽입 홈(300a)에 압입 결합될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 탄성 매트(M)는, 삽입 홈(300a) 및 대응 돌기(200a)를 통해 제1 커버(200)와 결합한 후, 제1 커버(200)가 배터리 셀(100)에 인접하게 배치됨으로써 배터리 셀(100)과 제1 커버(200) 사이에 개재될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 제1 탄성 부재(300)는, 판 스프링(P)일 수 있다. 여기서, 판 스프링은, 판상부재가 휘어져 탄성력을 제공하는 구성요소를 의미한다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성부재가 배터리 셀과 제1 커버 사이에 개재된 모습을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 배터리 셀(100), 제1 커버(200) 및 제1 탄성부재(300)가 도시되어 있고, 상기 제1 탄성부재(300)는 판 스프링(P)이다. 상기 판 스프링(P)은 일방향으로 볼록하게 휘어지도록 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 판 스프링(P)은 가운데 부분이 볼록하게 휘어질 수 있다. 그리고, 상기 판 스프링(P)은 볼록한 부분이 배터리 셀(100)과 마주하도록 배치되며, 오목한 부분이 제1커버(200)와 마주하도록 배치된다. 특히, 상기 판 스프링(P)의 볼록한 부분은 배터리 셀(100)의 중심부에 맞닿도록 배치되는 것이 좋다. 바람직하게는, 상기 판 스프링(P)의 양단은 제1 커버(200)에 결합되도록 구성될 수 있다. 도 10의 실시예에서, 판 스프링(P)에 홀(H1)이 형성되고, 제1 커버(200)의 플레이트 측면에 홀(H2)이 형성되어, 판 스프링(P)의 양단이 제1 커버(200)의 측면에 스크류(S) 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 판 스프링(P)과 제1 커버(200)와의 결합이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 탄성부재가 배터리 셀과 제1 커버 사이에 개재된 모습을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 배터리 셀(100), 제1 커버(200) 및 제1 탄성부재(300)가 도시되어 있고, 상기 제1 탄성부재(300)는 판 스프링이다. 도 10과 비교할 때, 도 11의 실시예에 도시된 제1 탄성부재(300)는, 일방향으로 볼록하게 휘어진 2개의 판 스프링(P1, P2)이 서로 마주보는 형태로 결합되어 있다. 따라서, 하나의 판 스프링(P1)의 볼록한 부분은 배터리 셀과 마주하며, 나머지 하나의 판 스프링(P2)의 볼록한 부분은 제1 커버(200)와 마주한다. 도 11의 실시예에서, 2개의 판 스프링(P1, P2)은 결합되어 구성되는데, 판 스프링은, 2개의 판 스프링이 결합된 것과 동일한 형태로 일체로 형성될 수도 있음은 물론이다.
한편, 상술한 설명에서, 배터리 셀(100)의 일면에 제1 커버(200) 및 제1 탄성 부재(300)가 배치되는 것으로 설명하였는데, 배터리 셀(100)의 타면에도 이와 유사하게 제2 커버와 제2 탄성 부재가 배치될 수 있다.
제2 커버는, 배터리 셀(100)에 인접하게 배치되어 배터리 셀(100)의 타면을 커버할 수 있고, 제2 탄성 부재는, 배터리 셀(100)과 제2 커버 사이에 개재된 탄성을 갖는 구성일 수 있다. 이러한 제2 커버 및 제2 탄성 부재에 대해서는, 상술한 제1 커버(200) 및 제1 탄성 부재(300)에 관한 설명이 그대로 적용될 수 있으므로, 반복적인 설명은 생략하도록 한다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은, 제1 탄성 부재(300) 뿐만 아니라, 제2 탄성 부재(500)를 더 포함하고 있다. 그리고, 상기 배터리 셀(100)과 배터리 셀(100) 사이에는, 어느 하나의 배터리 셀(100)을 기준으로는 제1 커버(200)이고, 다른 하나의 배터리 셀(100)을 기준으로는 제2 커버(400)인 플레이트가 구비되어 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 일면이 제1 탄성 부재(300)와 접촉하고, 타면은 제2 탄성 부재(500)와 접촉하여 유동하지 않으며, 양면의 탄성 부재(300, 500)에 의해 가압되어 이온 전달 효율이 향상될 수 있다.
한편, 전술한 배터리 모듈은, 케이스 내에 패키징되어 배터리 팩을 구성할 수 있으며, 전기 자동차 또는 ESS 의 일부를 구성할 수도 있다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우, 내, 외 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 설명의 객체가 되는 대상, 관측자의 보는 위치 또는 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
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.
100: 배터리 셀
200: 제1 커버
300: 제1 탄성 부재
M: 탄성 매트
310: 스프링
320: 스프링 프레임
320h: 스프링 프레임에 형성된 홀
330: 충진재
400: 제2 커버
500: 제2 탄성 부재
P, P1, P2: 판 스프링
H1, H2: 홀
S: 스크류

Claims (21)

  1. 배터리 셀;
    상기 배터리 셀에 인접하게 배치되어 상기 배터리 셀의 일면을 커버하는 제1 커버; 및
    상기 배터리 셀과 상기 제1 커버 사이에 개재된 탄성을 가지는 제1 탄성 부재;를 포함하고,
    상기 제1 탄성부재는 상기 배터리 셀에 밀착되어 가압하며, 상기 제1 탄성부재의 중심부의 탄성력이 상기 제1 탄성부재의 주변부의 탄성력보다 상대적으로 크도록 구성되어, 상기 배터리 셀의 중심부를 주변부보다 더 가압하고,
    상기 제1 탄성 부재는, 소정 두께를 가지고, 내부에 탄성력을 갖는 스프링이 구비되며 상기 스프링이 매트 커버에 의해 둘러싸여 있는 탄성 매트이고,
    상기 스프링은, 2 이상 구비되되, 상기 탄성 매트의 중심부에 밀집되며,
    상기 탄성 매트의 내부에는, 상기 스프링을 지지하고, 상기 스프링의 위치를 고정하기 위한 스프링 프레임이 구비되어 있으며, 상기 스프링 프레임에는 하나 이상의 홀이 형성되어, 상기 스프링이 관통될 수 있는 공간을 제공하고, 상기 스프링 프레임과 상기 매트 커버 사이에는 충진재가 채워져 있어, 상기 충진재는 돌출된 스프링의 주변부를 메우고 상기 스프링이 상기 매트 커버와 직접적으로 닿는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 삭제
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  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링들 중 일부는 나머지 스프링들과 탄성계수가 다른 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스프링들 중 일부는, 나머지 스프링들보다 탄성계수가 상대적으로 크고, 상기 탄성 매트의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 매트에는, 적어도 하나 이상의 삽입 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 삽입 홈은, 상기 배터리 셀, 상기 탄성 매트 및 상기 제1 커버가 적층되는 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 커버에는, 상기 삽입 홈과 대응되는 위치에 상기 삽입 홈과 대응되는 형상을 갖는 대응 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 대응 돌기의 크기는, 상기 삽입 홈의 크기 보다 상대적으로 더 커서 상기 대응 돌기는, 상기 삽입 홈에 압입 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 커버는, 플레이트 형상을 가지며, 금속 재질인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀에 인접하게 배치되어 상기 배터리 셀의 타면을 커버하는 제2 커버; 및
    상기 배터리 셀과 상기 제2 커버 사이에 개재된 탄성을 가지는 제2 탄성 부재;를 더 포함하고,
    상기 제2 탄성부재는 상기 배터리 셀에 밀착되어 가압하며 상기 배터리 셀의 중심부를 주변부보다 더 가압하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  21. 삭제
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