KR102023733B1 - 배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩 - Google Patents

배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 모듈 케이스 내부에 수용되는 배터리 셀은, 적어도 하나 이상으로 구비되어 모듈 케이스 내부에 수용되며, 모듈 케이스 내부의 데드 스페이스 형성을 방지할 수 있게 모듈 케이스의 내부 공간에 대응되는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩{BATTERY CELL, BATTERY MODULE AND BATTERY PACK COMPRISING THE SAME}
본 발명은 배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 들어, 자동차 시장에서는 화석 연료 대신에 충방전을 수행할 수 있는 이차 전지를 전원으로 이용할 수 있는 전기 자동차나 하이브리드 자동차가 주목 받고 있다.
이러한 전기 자동차나 하이브리드 자동차에는, 일반적으로, 1회 충전 거리를 늘릴 수 있는 충분한 전지의 용량 확보를 위해, 이차 전지인 적어도 하나의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈의 적어도 하나 이상의 집합체로 이루어진 배터리 팩이 장착된다.
그러나, 차량에 장착되는 배터리 팩은 차량의 부속품으로 장착되는 바, 차량의 설계 구조나 차량 제조사의 요구 등에 따라, 배터리 모듈의 모듈 케이스의 사이즈나 개수에서 제약을 가질 수 밖에 없다. 이에 따라, 충분한 전지 용량 확보를 위해서는 제한된 사이즈의 모듈 케이스 내에서 이차 전지의 용량을 최대한으로 확보하는 것이 필요하다.
종래, 배터리 모듈의 경우, 배터리 모듈의 모듈 케이스에는 대략 직육면체 형상의 이차 전지를 수용할 수 있게 이에 대응되는 형상의 내부 수용 공간을 갖는다. 아울러, 모듈 케이스에는 배터리 팩의 팩 케이스와의 결합을 위해 모듈 케이스 밖으로 돌출되며 서로 이격 배치되는 복수 개의 마운팅부들이 구비된다. 이에 따라, 모듈 케이스의 복수 개의 마운팅부들 사이에는 필연적으로 빈 공간이 형성되게 된다.
그러나, 종래 배터리 모듈에서, 이러한 빈 공간은 배터리 팩의 팩 케이스 내에 장착되더라도 그대로 남아 있어, 전지 용량 확보와는 무관한 불필요한 사이즈 증대 인자로만 작용하게 된다.
그러므로, 제한된 모듈 케이스의 사이즈 내에서 배터리 셀의 용량을 최대로 증대시킬 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 제한된 모듈 케이스의 사이즈 내에서 용량을 최대로 증대시킬 있는 배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈의 모듈 케이스 내부에 수용되는 배터리 셀로서, 상기 배터리 셀은, 적어도 하나 이상으로 구비되어 상기 모듈 케이스 내부에 수용되며, 상기 모듈 케이스 내부의 데드 스페이스 형성을 방지할 수 있게 상기 모듈 케이스의 내부 공간에 대응되는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀을 제공한다.
상기 배터리 셀은, 상기 모듈 케이스의 내부 공간 용적에 대응되는 체적을 가질 수 있다.
상기 배터리 셀은, 상기 모듈 케이스의 내부 공간에 수용되는 메인 셀부; 및 상기 메인 셀부로부터 돌출되게 연장되며, 상기 모듈 케이스의 내부 공간과 상기 메인 셀부 사이의 빈 공간을 채울 수 있게 배치되는 보조 셀부;를 포함할 수 있다.
상기 보조 셀부는, 사각 형상, 사다리꼴 형상, 반원 형상 및 반타원 형상 중 적어도 하나의 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 배터리 셀은, 요철 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지 및 캔형 이차 전지 중 적어도 하나로 구비될 수 있다.
상기 모듈 케이스에는, 적어도 둘 이상의 내벽에서 상기 배터리 셀을 마주하게 배치되며, 배터리 팩의 팩 케이스와 결합되는 적어도 하나의 마운팅부가 구비될 수 있다.
상기 모듈 케이스의 일측에는, 상기 배터리 셀의 전극 리드들이 안착되는 리드 안착부가 형성되며, 상기 모듈 케이스의 타측에는, 상기 적어도 하나의 마운팅부가 형성될 수 있다.
상기 마운팅부는, 한 쌍으로 구비되며, 상기 한 쌍의 마운팅부는, 상기 모듈 케이스의 타측 양단부에 각각 형성되며, 서로 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 배터리 셀은, 상기 모듈 케이스의 내부 공간에 수용되며, 일측에 상기 전극 리드들이 구비되는 메인 셀부; 및 상기 메인 셀부의 타측에서 연장되어 돌출되며, 상기 모듈 케이스의 내부 공간 내에서 상기 한 쌍의 마운팅부 사이에 배치되는 보조 셀부;를 포함할 수 있다.
상기 메인 셀부는, 사각 형상의 단면을 가지며, 상기 보조 셀부는, 상기 메인 셀부보다 작은 사각 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 메인 셀부의 일측과 타측을 연결하는 상기 메인 셀부의 양측 단부는, 적어도 1회 폴딩될 수 있다.
상기 메인 셀부의 양측 단부는, 2회 폴딩될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 셀; 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 제한된 모듈 케이스의 사이즈 내에서 용량을 최대로 증대시킬 있는 배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예들에 따라 모듈 케이스의 마운팅부 사이의 공간을 셀 유닛의 수용 공간으로 활용할 수 있고, 이러한 수용 공간에 대응되는 형상을 갖는 배터리 셀의 구조를 통해, 제한된 모듈 케이스의 사이즈 내에서 배터리 셀의 용량을 최대로 증대시킬 수 있다.
또한, 본 실시예들에 따라, 적어도 세 모서리의 실링부를 적어도 1회 폴딩할 수 있는 배터리 셀을 통해 모듈 케이스 내에 보다 더 큰 용량을 갖는 배터리 셀을 수용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 배터리 모듈의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 배터리 셀의 다양한 폴딩 구조들을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2의 배터리 모듈의 모듈 케이스를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(1)은 팩 케이스(10) 및 배터리 모듈(20)을 포함한다. 이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차 등의 차량에 장착될 수 있고, 특히, 최근 들어, 이를 차량의 배터리로 사용하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 등에 주로 장착될 수 있다.
상기 팩 케이스(10)는 상기 배터리 팩(1)의 외관을 형성하며, 후술하는 하나 또는 그 이상의 배터리 모듈(20)을 수용한다. 상기 배터리 모듈(20)을 수용한 상기 팩 케이스(10)는 상기 배터리 모듈(20)를 덮는 팩 커버(미도시) 등과 결합하여 상기 배터리 모듈(20)을 내부에 패키징할 수 있다.
상기 배터리 모듈(20)은 상기 팩 케이스(10) 내에 수용되며, 상기 팩 케이스(10)와 결합되어 상기 팩 케이스(10) 내에서 고정될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 모듈(20)은 스크류부재(30)를 통해 상기 팩 케이스(10)와 결합되어 상기 팩 케이스(10) 내에 고정될 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20)에 대해 더 자세히 살펴 본다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 배터리 모듈의 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이며, 도 5 및 도 6은 도 3의 배터리 셀의 다양한 폴딩 구조들을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 2의 배터리 모듈의 모듈 케이스를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은 셀 유닛(100) 및 모듈 케이스(200)를 포함한다.
상기 셀 유닛(100)은 적어도 하나의 배터리 셀(100) 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀들(100)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 셀 유닛(100)은 하나의 배터리 셀이거나 또는 복수 개의 배터리 셀들의 적층으로 이루어진 배터리 셀들의 집합체일 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100A)들은 개별 카트리지에 각각 장착된 후 개별 카트리지들의 적층을 통해 셀 유닛(100)을 이룰 수도 있다.
그리고, 상기 셀 유닛(100)은 복수 개의 배터리 셀들의 집합체 대신 단일의 배터리 셀로 구비되는 것도 가능함은 물론이다. 한편, 본 실시예에서 복수 개의 배터리 셀들로 이루어지거나 또는 단일의 배터리 셀로 이루어 질 수 있는 셀 유닛(100)은 "이차 전지" 또는 "배터리 셀"로도 지칭될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 "셀 유닛", "이차 전지" 및 "배터리 셀"은 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 의미의 용어로 이해될 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 후술하는 모듈 케이스(200) 내부에 수용되며, 상기 모듈 케이스(200) 내부의 데드 스페이스 형성을 방지할 수 있게 상기 모듈 케이스(200)의 내부 공간에 대응되는 형상을 갖게 형성될 수 있다. 아울러, 상기 배터리 셀(100)은 상기 모듈 케이스(200) 내부 공간 용적에 대응되는 체적을 가질 수 있으며, 이와 같은 형상 및 체적을 통해 상기 모듈 케이스(200) 내부에 수용 시, 상기 모듈 케이스(200) 내부 공간에 빈 공간이 발생되지 않게 상기 모듈 케이스(200) 내부에 장착될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)의 상기 모듈 케이스(200) 내부 장착 시, 상기 배터리 모듈(20)의 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 배터리 셀(100)의 면적 및 체적을 최대한 확보할 수 있기에, 동일 사이즈의 배터리 모듈에서 배터리 셀의 용량을 최대한 확보할 수 있다.
이러한 상기 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지 및 캔형 이차 전지 중 적어도 하나로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 배터리 셀(100)이 파우치형 이차 전지로 구비된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(100)은, 전극 조립체(101), 전지 케이스(102) 및 전극 리드들(108, 109)을 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(101)는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체(101)은 상기 전지 케이스(102) 내에서 상기 배터리 셀(100)의 외관 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 본 실시예에서 상기 전극 조립체(101)는 상기 배터리 셀(100)의 외관 형상에 대응되는 대략 요철(凸) 형상의 단면을 가지도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 전극 조립체(101)의 일부는 결과적으로 후술하는 상기 모듈 케이스(200) 내의 한 쌍의 마운팅부(250, 260) 사이에 배치될 수 있는 바, 제한된 상기 모듈 케이스(200) 사이즈 내에서 상기 전극 조립체(101)의 용량을 최대한 확보할 수 있다.
상기 전극 조립체(101)는 스택형, 또는 스택형과 폴딩형의 조합형일 수 있다. 제조의 용이성을 고려한다면, 적층으로 이루어지는 스택형이 좀 더 바람직할 수 있다. 상기 전극 조립체(101)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
상기 전지 케이스(103, 104)는 상기 전극 조립체(101)를 패키징하기 위한 것으로서, 후술하는 상기 배터리 셀(100)의 상기 메인 셀부(110) 및 상기 보조 셀부(150)의 외관을 형성할 수 있다.
이러한 상기 전지 케이스(103, 104)는 상부 케이스(103) 및 하부 케이스(104)를 포함할 수 있다. 상기 상부 케이스(103)와 상기 하부 케이스(104)는 상호 결합을 통해 상기 전극 조립체(101)를 내부에 패키징할 수 있다. 그리고, 서로 결합된 상기 상부 케이스(103)와 상기 하부 케이스(104)의 단부는 소정 길이(d)로 돌출되며, 잘 알려진 실링부(S)로서의 역할을 수행할 수 있다.
상기 전극 리드들(108, 109)은 상기 전지 케이스(102)의 외부로 노출되어 전극 단자로서 기능한다. 이러한 상기 전극 리드들(108)은 상기 전극 조립체(101)와 전기적으로 연결되며, 양극 리드(108) 및 음극 리드(109)를 포함할 수 있다. 상기 양극 리드(108) 및 상기 음극 리드(109)로 구성되는 상기 전극 리드들(108, 109)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
이러한 복수 개가 적층되거나 또는 단수 개로 구비되는 상기 배터리 셀(100)은 대략 요철(凸) 형상의 단면을 가지며, 메인 셀부(110) 및 보조 셀부(120)로 이루어질 수 있다.
상기 메인 셀부(110)는 상기 모듈 케이스(200)의 내부 공간에 수용되며, 일측(112)에 상기 전극 리드들(108, 109)을 구비할 수 있다. 이러한 상기 메인 셀부(110)는 대략 사각 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 메인 셀부(110)의 외관은 상기 전지 케이스(103, 104)로 이루어질 수 있으며, 상기 메인 셀부(110)의 테두리 측의 단부는 상기 실링부(S)로 이해될 수 있다. 여기서, 상기 메인 셀부(110)의 일측(112)과 타측(116)을 연결하는 상기 실링부(S)로서의 양측 단부(S1, S2)는 각각 적어도 1회 폴딩되어 구비될 수 있다.
구체적으로 살펴 보면, 상기 메인 셀부(110)의 양측 단부(S1, S2)는 도 5에 개시된 것과 같이 싱글 폴딩으로서 폴딩되지 않을 경우의 실링부(S)의 돌출 길이(d)보다 짧은 돌출 길이(d')를 갖는 1회 폴딩된 실링부(S')로 구비되거나 또는 도 6에 개시된 것과 같이 더블 폴딩으로서 1회 폴딩된 실링부(S')의 돌출 길이(d')보다 짧은 돌출 길이(d")를 갖는 2회 폴딩된 실링부(S")로 구비될 수 있다.
이러한 폴딩된 상기 실링부(S', S")로써 상기 메인 셀부(110)의 양측 단부(S1, S2)가 구비될 경우, 상기 메인 셀부(110)의 실링부(S', S")로서의 양측 단부(S1, S2)의 폭을 줄일 수 있다. 이에 따라, 상기 메인 셀부(110)는 상기 모듈 케이스(200) 내에 수용시, 줄어든 양측 단부(S1, S2)의 폭에 해당하는 부피만큼의 면적을 실링부(S', S")를 제외한 부분의 면적에서 확보할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 적어도 1회 이상 폴딩된 상기 메인 셀부(110)의 양측 단부(S1, S2)를 통해 상기 모듈 케이스(200) 내에 수용되는 배터리 셀의 면적을 늘릴 수 있어, 상기 모듈 케이스(200) 내에 수용되는 상기 메인 셀부(110)의 용량을 증대시킬 수 있다. 상기 메인 셀부(110)의 용량이 증대된다는 것은 상기 메인 셀부(110)에 해당하는 상기 전극 조립체(101)의 용량이 증대된다는 것을 의미할 수 있다.
상기 보조 셀부(120)는 상기 메인 셀부(110)의 타측(116)에서 일체로 연장되어 돌출될 수 있으며, 상기 모듈 케이스(200)의 내부 공간과 상기 메인 셀부(110) 사이의 빈 공간을 채울 수 있게 배치될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 보조 셀부(120)의 상기 메인 셀부(110)의 타측(116)의 중앙에서 상기 메인 셀부(110)보다 작은 사각 형상의 단면을 갖는 좌우 대칭인 사각 형상 형태로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 돌출된 상기 보조 셀부(120)의 형상으로 말미암아 상기 배터리 셀(100)은 앞선 대략 요철(凸) 형상을 이루게 된다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 보조 셀부는 사다리꼴 형상, 모따인 사각 형상, 반원 형상 또는 반타원 형상 등 기타 다양한 형태의 돌출 모양을 가지도록 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
이러한 상기 보조 셀부(120)는 상기 모듈 케이스(200) 내에서 후술하는 한 쌍의 마운팅부(250, 260) 사이에 배치될 수 있다. 아울러, 상기 보조 셀부(120)는 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 모듈 케이스(200)와 상기 셀 유닛(100) 사이의 빈 공간이라면 상기 한 쌍의 마운팅부(250, 260) 사이가 아닌 공간에도 배치될 수 있게 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 배터리 셀(100)은 상기 한 쌍의 마운팅부(250, 260) 사이에 배치되는 상기 보조 셀부(120)를 통해 상기 모듈 케이스(200) 내에 수용시, 상기 모듈 케이스(200)의 상기 한 쌍의 마운팅부(250, 260) 사이의 공간 또한 차지하며 배치될 수 있다. 그 결과, 상기 배터리 셀(100)은 셀 유닛 모듈 케이스(200) 내에서 대부분의 부피를 점유하며 배치될 수 있다. 이는 곧 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 배터리 셀(100)의 면적을 최대한으로 확보할 수 있음을 의미하는 바, 제한된 상기 모듈 케이스(200)의 사이즈 내에서 상기 배터리 셀(100)의 용량을 최대로 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 보조 셀부(120)의 선단부(S3)는 상기 메인 셀부(110)의 테두리 측의 양측 단부(S1, S2)와 같이 실링부(S)로 이해될 수 있다. 이러한 상기 보조 셀부(120)의 선단부(S3) 또한 상기 메인 셀부(110)의 양측 단부(S1, S2)와 같이 적어도 1회 이상 폴딩되어 구비될 수 있다.
이때, 상기 보조 셀부(120)의 선단부(S3)는 상기 메인 셀부(110)의 양측 단부(S1, S2)와 이격 배치된다. 따라서, 상기 보조 셀부(120)의 선단부(S3)의 폴딩시, 상기 메인 셀부(110)의 양측 단부(S1, S2)에 의해 방해 받지 않는 용이한 폴딩이 수행될 수 있다.
만약, 배터리 셀이 직사각형 형상일 경우에는 마주보는 양측 단부, 즉, 양측 모서리 영역을 폴딩한 이후 그에 인접한 모서리 영역을 폴딩하고자 할 경우, 기 폴딩된 양측 모서리로 인해 폴딩된 모서리 영역에 인접한 모서리 영역의 폴딩이 힘들게 된다. 결국, 배터리 셀이 직사각형 형상일 때는 폴딩의 어려움으로 인해 사실상 마주보는 모서리만을 폴딩할 수 있는 바, 배터리 셀의 두 모서리에서만 폴딩이 이루어지게 된다.
그러나, 본 실시예에서는, 상기 메인 셀부(110)로부터 돌출된 상기 보조 셀부(120)의 선단부(S3)의 폴딩시, 상기 메인 셀부(110)의 양측 단부(S1, S2)의 영향을 받지 않으므로, 상기 배터리 셀(100)의 적어도 세 모서리(S1, S2, S3)에서 실링부(S)의 폴딩이 수행될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 배터리 셀(100)의 세 모서리(S1, S2, S3)의 실링부(S)가 적어도 1회 폴딩될 수 있어, 상기 모듈 케이스(200) 내에 보다 더 큰 용량을 갖는 상기 배터리 셀(100)이 수용될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는 내부에 수용 공간을 형성하는 대략 직육면체 형상으로써, 상기 배터리 셀(100)을 패키징할 수 있게 상기 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다. 본 실시예에 따른 상기 모듈 케이스(200)는 직육면체 형상의 외관을 갖는 바, 측면 외측으로 돌출된 구조 등을 갖지 않을 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 모듈 케이스(200)가 상기 팩 케이스(10)에 수용 장착될 때, 상기 팩 케이스(10, 도 1 참조)의 내벽에 상기 모듈 케이스(200)의 외측면이 거의 밀착될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 모듈 케이스(200)의 팩 케이스(10)로의 수용시, 상기 팩 케이스(10) 내에서도 불필요한 데드 스페이스로서의 빈 공간이 거의 형성되지 않을 수 있다.
그리고, 이러한 상기 모듈 케이스(200)의 일측(202)에는 상기 배터리 셀(100)의 전극 리드들(108, 109)이 안착되는 상기 리드 안착부(210, 220)가 형성되며, 상기 모듈 케이스(200)의 타측(206)에는 상기 팩 케이스(10)와의 결합을 위한 상기 마운팅부(250, 260)가 구비될 수 있다.
상기 리드 안착부(210, 220)는 상기 배터리 셀(100)의 상기 양극 리드(108)가 안착되는 양극 리드 안착부(210) 및 상기 배터리 셀(100)의 음극 리드(109)가 안착되는 음극 리드 안착부(220)를 포함할 수 있다.
상기 양극 리드 안착부(210)에 안착되는 적어도 하나의 양극 리드(108)는 서로 전기적으로 연결되어 별도의 터미널 부재(미도시) 등을 통해 상기 배터리 모듈(20)의 제어 보드(미도시) 또는 상기 팩 케이스(10)의 전극 단자(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 음극 리드 안착부(220)에 안착되는 적어도 하나의 음극 리드(109)는 상기 양극 리드(108)와 마찬가지로 서로 전기적으로 연결되어 별도의 터미널 부재 등을 통해 상기 배터리 모듈(20)의 제어 보드 또는 상기 팩 케이스(10)의 전극 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 양극 리드 및 음극 리드의 제어 보드와의 전기적인 연결과 이를 위한 구조 등은 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
상기 마운팅부(250, 260)는 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 모듈 케이스(200)에 일체로 형성되거나 또는 별도의 부재로써 모듈 케이스(200)에 장착될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 상기 팩 케이스(10)와의 안정적인 결합을 위해 상기 모듈 케이스(200)에 일체로 형성되는 복수 개의 마운팅부들(250, 260)이 구비된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 마운팅부들(250, 260)은 두 개로 구비될 수 있다. 즉, 한 쌍의 마운팅부(250, 260)로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 마운팅부(250, 260)는 제1 마운팅부(250) 및 제2 마운팅부(260)를 포함한다.
상기 제1 마운팅부(250)는 상기 모듈 케이스(200)의 타측(206)의 일단부에 일체로 형성될 수 있으며, 상기 스크류부재(30)를 체결하기 위한 체결공(252)을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 제1 마운팅부(250)는 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 돌출되지 않는 구조로 상기 모듈 케이스(200)의 타측(206)의 일단부에 형성될 수 있다.
이러한 상기 제1 마운팅부(250)는 상기 모듈 케이스(200) 내의 상기 배터리 셀(100)을 수용할 때, 상기 배터리 셀(100)을 마주하며 배치되는 두 개의 내벽(255, 256)을 포함할 수 있다.
상기 두 개의 내벽(255, 256)은 상기 모듈 케이스(200) 내로의 상기 배터리 셀(100)의 수용시, 상기 배터리 셀(100)의 상기 메인 셀부(110)을 마주하게 배치되는 내벽(255) 및 상기 배터리 셀(100)의 상기 보조 셀부(120)를 마주하게 배치되는 내벽(256)으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 마운팅부(260)는 상기 모듈 케이스(200)의 타측(206)의 타단부에 일체로 형성될 수 있으며, 상기 제1 마운팅부(260)와 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 이러한 상기 제2 마운팅부(260) 또한 상기 스크류부재(30)를 체결하기 위한 체결공(262)을 구비할 수 있다. 여기서, 상기 제2 마운팅부(260)는 상기 제1 마운팅부(260)와 같이 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 돌출되지 않는 구조로 상기 모듈 케이스(200)의 타측(206)의 타단부에 형성될 수 있다.
그리고, 이러한 상기 제2 마운팅부(260) 또한 상기 제1 마운팅부(250)와 같이 상기 모듈 케이스(200) 내의 상기 배터리 셀(100)을 수용할 때, 상기 배터리 셀(100)을 마주하며 배치되는 두 개의 내벽(265, 266)을 포함할 수 있다.
상기 두 개의 내벽(265, 266)은 상기 모듈 케이스(200) 내로의 상기 배터리 셀(100)의 수용시, 상기 배터리 셀(100)의 상기 메인 셀부(110)를 마주하게 배치되는 내벽(265) 및 상기 배터리 셀(100)의 상기 보조 셀부(120)를 마주하게 배치되는 내벽(266)으로 이루어질 수 있다.
그리고, 이러한 상기 제1 마운팅부(250) 및 상기 제2 마운팅부(260)가 형성된 상기 모듈 케이스(200)에는 전술한 구조를 통해 내부에 대략적으로 제1 수용공간(A1) 및 제2 수용공간(A2)가 마련될 수 있다.
상기 제1 수용공간(A1)에는 상기 배터리 셀(100)의 상기 메인 셀부(110)가 수용되며, 상기 제1 마운팅부(250)와 상기 제2 마운팅부(260) 사이에 형성되는 상기 제2 수용공간(A2)에는 상기 배터리 셀(100)의 보조 셀부(120)가 수용될 수 있게 된다.
이에 따라, 본 실시예에 따는 상기 배터리 모듈(20)은 상기 모듈 케이스(200)의 상기 마운팅부(250, 260) 사이의 공간(A2), 즉, 상기 제1 및 제2 마운팅부(250, 260) 사이에 형성되는 상기 제2 수용공간(A2)에 상기 배터리 셀(100)의 일부(120)를 수용할 수 있는 바, 데드 스페이스가 될 수 있는 상기 마운팅부(250, 260) 사이의 공간(A2)을 상기 배터리 셀(100)의 수용공간(A2)으로 활용할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20)은 차량 등에 장착되는 상기 배터리 팩(1)의 상기 팩 케이스(10) 또는 상기 배터리 모듈(20)의 상기 모듈 케이스(200)의 사이즈나 개수 제한 등에 따른 제한된 케이스 설계 구조 여건 하에서 종전 빈 공간으로 방치된 마운팅부 사이 공간 또한 상기 배터리 셀(100)의 수용 공간으로 활용할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20), 나아가 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)은, 상기 모듈 케이스(200) 내의 공간을 최대한 배터리 셀(100)의 수용 공간으로 활용할 수 있는 바, 제한된 상기 모듈 케이스(200)의 사이즈 내에서 상기 배터리 셀(100)의 용량, 구체적으로, 상기 전극 조립체(101)의 용량을 최대한 확보할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20)을 적어도 하나 이상 구비하는 상기 배터리 팩(1)이 장착된 자동차, 특히, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차는 제한된 상기 배터리 팩(1)의 사이즈 내에서 최대한의 배터리 용량을 확보할 수 있어, 종전 배터리 팩과 대비하여 동일한 사이즈에서 더 큰 배터리 용량을 갖는 상기 배터리 팩(1)을 구비할 수 있다.
그러므로, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)을 구비한 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차는 보다 더 긴 1회 충전 거리를 갖는 차량을 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
1: 배터리 팩 10: 팩 케이스
20: 배터리 모듈 100: 셀 유닛
101: 전극 조립체 103, 104: 전지 케이스
108, 109: 전극 리드 110: 메인 셀부
120: 보조 셀부 200: 모듈 케이스
210, 220: 리드 안착부 250, 260: 마운팅부

Claims (15)

  1. 배터리 모듈의 모듈 케이스 내부에 수용되는 배터리 셀에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    적어도 하나 이상으로 구비되어 상기 모듈 케이스 내부에 수용되며, 상기 모듈 케이스 내부의 데드 스페이스 형성을 방지할 수 있게 상기 모듈 케이스의 내부 공간에 대응되는 형상을 가지며,
    상기 배터리 셀은,
    상기 모듈 케이스의 내부 공간에 수용되며, 일측에 전극 리드들이 구비되는 메인 셀부; 및
    상기 메인 셀부의 전극 리드들의 반대편에서 상기 메인 셀부로부터 돌출되게 연장되며, 상기 모듈 케이스의 내부 공간과 상기 메인 셀부 사이의 빈 공간을 채울 수 있게 배치되는 보조 셀부;를 포함하며,
    상기 메인 셀부의 장변과 상기 보조 셀부의 장변은 상호 간의 간섭이 발생되지 않도록 서로 이격 배치되며,
    상기 모듈 케이스에는,
    적어도 둘 이상의 내벽에서 상기 배터리 셀을 마주하게 배치되고, 배터리 팩의 팩 케이스와 결합되며, 서로 소정 거리 이격 배치되는 한 쌍의 마운팅부가 구비되며,
    상기 모듈 케이스의 일측에는,
    상기 배터리 셀의 전극 리드들이 안착되는 리드 안착부가 형성되며,
    상기 한 쌍의 마운팅부는,
    상기 모듈 케이스의 일측 양단부에는 형성되지 않으며, 상기 모듈 케이스의 타측 양단부에만 형성되며,
    상기 보조 셀부는,
    상기 모듈 케이스의 내부 공간 내에서 상기 한 쌍의 마운팅부 사이에 배치되며,
    상기 메인 셀부는,
    사각 형상의 단면을 가지며,
    상기 보조 셀부는,
    상기 메인 셀부보다 작은 사각 형상의 단면을 가지며,
    상기 메인 셀부의 일측과 타측을 연결하는 상기 메인 셀부의 양측 단부는,
    적어도 1회 폴딩되며,
    상기 메인 셀부의 양측 단부는,
    2회 폴딩되며,
    상기 한 쌍의 마운팅부는,
    상기 모듈 케이스 밖으로 돌출되지 않으며, 상기 모듈 케이스의 타측의 일단부에 형성되는 제1 마운팅부; 및
    상기 모듈 케이스 밖으로 돌출되지 않으며, 상기 모듈 케이스의 타측의 타단부에 형성되는 제2 마운팅부;를 포함하며,
    상기 제1 마운팅부 및 상기 제2 마운팅부는,
    상기 팩 케이스와의 결합을 위한 스크류부재를 체결하기 위한 체결공을 구비하며,
    상기 스크류부재는,
    나사산이 형성되며, 상기 체결공 및 상기 팩 케이스에 스크류 체결되는 소정 길이의 볼트 레그; 및
    상기 나사산부의 단부에 형성되며, 상기 나사산부보다 더 큰 직경을 갖는 볼트 헤드;를 포함하며,
    상기 체결공의 상부에는,
    상기 볼트 헤드가 상기 제1 및 제2 마운팅부 상측으로 돌출되지 않게 상기 볼트 헤드를 수용할 수 있는 볼트 헤드 수용 공간이 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    상기 모듈 케이스의 내부 공간 용적에 대응되는 체적을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 셀부는,
    사각 형상, 사다리꼴 형상, 반원 형상 및 반타원 형상 중 적어도 하나의 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    요철 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    파우치형 이차 전지 및 캔형 이차 전지 중 적어도 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 셀; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제14항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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