KR102115511B1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 구조의 배터리 모듈을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 전지 셀; 및 하나 이상의 전지 셀을 내부에 수용하고, 내부에 수용된 상기 하나 이상의 전지 셀의 양면을 커버하며, 외면으로 돌출된 복수의 비드를 구비하는 셀커버 유닛;을 포함하고, 상기 셀커버 유닛은 복수개가 일방향으로 적층된 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module and battery pack including the same}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 전지 셀의 팽창에 불구하고 배터리 모듈의 치수 안정성을 확보할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

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.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 전지 셀이 포함되며, 이러한 다수의 전지 셀들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다.

이와 같이 다수의 전지 셀들을 전기적으로 연결하면서도 구조적으로 안정되게 모듈화하기 위해 셀커버 또는 카트리지와 같은 패키징 부재를 이용하여 전지 셀들을 패키징한다. 그런데, 전지 셀은, 사용과정에서 스웰링 현상 등으로 인해 팽창될 수 있어, 전지 셀의 팽창에 의해 모듈화된 배터리 모듈의 형상 및/또는 치수가 변경될 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지 셀의 팽창에 불구하고, 배터리 모듈의 치수 안정성을 확보할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 일 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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 모듈은 다음과 같다.

(1). 복수의 전지 셀; 및 하나 이상의 전지 셀을 내부에 수용하고, 내부에 수용된 상기 하나 이상의 전지 셀의 양면을 커버하며, 외면으로 돌출된 복수의 비드를 구비하는 셀커버 유닛;을 포함하고, 상기 셀커버 유닛은 복수개가 일방향으로 적층된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.

(2). (1) 에 있어서, 상기 셀커버 유닛은, 내부에 수용된 상기 하나 이상의 전지 셀의 일면과 타면을 각각 커버하는 한쌍의 셀커버를 구비하고, 상기 복수의 비드는, 상기 한쌍의 셀커버의 외면에 구비되며, 일방향으로 적층된 셀커버 유닛의 일면에 구비된 비드는, 인접한 셀커버 유닛의 타면에 구비된 비드와 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.

(3). (2) 에 있어서, 상기 한쌍의 셀커버는, 각각 양측단이 수직으로 절곡된 플레이트로 구성되고, 수직으로 절곡된 양측단부에 서로 대응되는 돌기 또는 홈이 형성되어 상기 한쌍의 셀커버가 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.

(4). (2) 또는 (3) 에 있어서, 상기 비드는, 상기 셀커버의 적어도 일부가 외면 방향으로 만입된 형태인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.

본 발명의 일 측면에 따르면, 셀커버 유닛에 형성된 복수의 비드가 배터리 모듈의 치수를 확보하는데 기여할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 셀커버 유닛에 수용된 전지 셀이 팽창할 경우, 셀커버 유닛에 형성된 복수의 비드가 팽창력에 순응하여 자연스럽게 무너지게 된다. 그 결과, 전지 셀의 팽창에 불구하고, 배터리 모듈이 치수를 유지할 수 있다. 따라서, 고가의 폼 패드 등을 구비하지 않고도 배터리 모듈의 치수 안정성을 확보할 수 있다.

이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해 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 아니된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀커버 유닛과 셀커버 유닛에 전지 셀이 수용되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀커버 유닛 내에 전지 셀이 수용된 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀커버의 정면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 측면도이다.
도 5은, 전지 셀의 팽창에 불구하고 배터리 모듈의 치수가 유지되는 모습을 개략적으로 나타낸 참고도이다.

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. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

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 셀커버 유닛과 셀커버 유닛에 전지 셀이 수용되는 모습을 나타낸 도면이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀커버 유닛 내에 전지 셀이 수용된 모습을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2을 참조하면, 전지 셀(120) 및 셀커버 유닛(100)이 도시되어 있다.

상기 전지 셀(120)은, 상기 셀커버 유닛(100)에 수용될 수 있다. 도 1 및 도 2는, 2개의 전지 셀(120)이 셀커버 유닛(100) 내에 수용되는 실시예를 도시하고 있으나, 셀커버 유닛(100)에 수용되는 전지 셀(120)의 수는 이에 제한되지 않는다. 셀커버 유닛(100) 내에 하나의 전지 셀(120)만이 수용될 수도 있고, 3개 이상의 전지 셀(120)이 셀커버 유닛(100) 내에 적층된 상태로 수용될 수도 있음은 물론이다. 상기 전지 셀(120)은, 파우치형 전지 셀인 것이 바람직하다.

한편, 상기 전지 셀(120)에는 전극 리드(121)가 구비되는데, 상기 전지 셀(120)의 전극 리드(121)는 상기 셀커버 유닛(100)의 외부로 노출되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전지 셀(120)은 상기 셀커버 유닛(100) 내에서 나란하게 적층된 형태를 가질 수 있으며, 전지 셀(120)에 구비된 전극 리드(121)들은 동일한 방향으로 노출될 수 있다.

상기 셀커버 유닛(100)은, 상기 전지 셀(120)을 내부에 수용하도록 구성된다. 즉, 상기 셀커버 유닛(100)은, 하나 이상의 전지 셀(120)을 내부에 수용할 수 있다. 상기 셀커버 유닛(100)은, 내부에 수용된 하나 이상의 전지 셀(120)의 양면을 커버할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 셀커버 유닛(100)은, 내부에 수용되는 2개의 전지 셀(120)의 일면과 타면을 커버하도록 구성된다. 상기 셀커버 유닛(100)의 내부에 수용되는 전지 셀(120)의 개수가 하나인 경우, 상기 셀커버 유닛(100)은 하나의 전지 셀(120)의 일면과 타면을 커버하도록 구성된다. 상기 셀커버 유닛(100)의 내부에 수용되는 전지 셀(120)의 개수가 2 이상인 경우, 상기 셀커버 유닛(100)은, 2 이상의 전지 셀(120)로 구성된 셀 어셈블리의 일면과 타면을 커버하도록 구성된다(도 1참조).

또한, 상기 셀커버 유닛(100)은, 복수의 비드(111)를 구비한다. 상기 비드(111)는, 셀커버 유닛(100)의 외면으로 돌출된 형태를 가진다. 여기서, 셀커버 유닛(100)의 외면은, 셀커버 유닛(100)에 수용되는 하나 이상의 전지 셀(120)과 인접한 셀커버 유닛(100)의 내면과 반대되는 의미로 사용된다. 즉, 셀커버 유닛(100)의 외면은, 셀커버 유닛(100)에 수용되는 전지 셀(120)과 마주보는 면의 반대면을 의미한다. 다시 말해, 셀커버 유닛(100)이 외계와 마주하는 면을 의미한다.

상기 복수의 비드(111)는, 셀커버 유닛(100)의 외면에 복수개 구비될 수 있다. 이때, 상기 복수의 비드(111)는, 일정한 규칙 내지 패턴을 가질 수 있다. 그리고, 비드(111)는, 셀커버 유닛(100)의 양면에 서로 대응되게 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 셀커버 유닛(100)은, 한쌍의 셀커버(110)를 구비할 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀커버 유닛(100)은 한쌍의 셀커버(110)가 각각 셀커버 유닛(100)의 내부에 수용되는 하나 이상의 전지 셀(120)의 일면과 타면을 커버하고 있음을 알 수 있다. 그리고, 복수의 비드(111)는, 한쌍의 셀커버(110)의 외면에 각각 구비되어 있고, 한쌍의 셀커버(110)의 외면에 각각 구비된 복수의 비드(111)는 서로 대응되게 배치된다.

한편, 상기 한쌍의 셀커버(110)는, 각각 플레이트형상을 가질 수 있다. 이때, 플레이트의 대부분은 수용되는 전지 셀(120)의 일면 또는 타면을 커버하도록 구성된다. 선택적으로, 플레이트의 측단은 수직으로 절곡될 수 있으며, 수직으로 절곡된 양측단부에는 돌기(113) 또는 홈(112)이 형성될 수 있다. 한쌍의 셀커버(110)는 서로 마주본 상태로 결합할 수 있다. 한쌍의 셀커버(110)의 양측단부의 돌기(113) 또는 홈(112)은 서로 대응되도록 형성되어, 한쌍의 셀커버(110) 양측단부가 돌기(113)와 홈(112)을 공유하여 결합할 수 있다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀커버의 정면도이다.

도 3을 참조하면, 셀커버 유닛(100)에 형성되는 비드(111)는, 셀커버(110)의 적어도 일부가 외면 방향으로 리세스된 형태를 갖는 것을 확인할 수 있다. 즉, 비드(111)는, 셀커버(110)의 플레이트가 외면 방향으로 리세스된 형상을 가진다. 바꾸어 말하면, 외부에서 바라볼 때, 셀커버 유닛(100)에는 돌출부가 형성된다. 한편, 셀커버(110)의 플레이트가 외면 방향으로 리세스된 형상을 가지기 때문에, 비드(111)가 형성되는 셀커버(110)의 내면에는 공극이 형성된다. 상기 공극은 서로 맞닿은 비드(111)가 용이하게 무너질 수 있는 여유 공간을 제공한다. 이는 후술하는 설명에 의해 이해될 수 있을 것이다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 측면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 6개의 셀커버 유닛(100)이 일방향으로 적층되어 구성된다. 도 4에서의 셀커버 유닛(100)의 개수는, 하나의 예시에 불과하므로, 셀커버 유닛(100)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 셀커버 유닛(100)은, 인접한 셀커버 유닛(100)과 비드(111)를 통해 접하도록 구성된다. 즉, 셀커버 유닛(100)의 일면에 구비된 비드(111)와 인접한 셀커버 유닛(100)의 타면에 구비된 비드(111)가 서로 접하도록 구성된다. 상기 비드(111)는, 통상의 상태에서는 인접한 비드(111)와 서로 맞닿은 상태로 형태를 유지한다. 따라서, 배터리 모듈은 소정의 규격을 유지할 수 있다. 만약, 전지 셀(120)이 팽창할 경우, 팽창력에 의해 인접한 비드(111)는 서로 압력을 가하게 되고, 임계 압력을 초과하면서, 비드(111)는 압력에 순응하여 점차적으로 무너지게 된다. 그 결과, 배터리 모듈은 비드(111)가 무너진 상태로 기존의 규격을 유지할 수 있다.

도 5는, 전지 셀의 팽창에 불구하고 배터리 모듈의 치수가 유지되는 모습을 개략적으로 나타낸 참고도이다.

도 5를 참조하면, 전지 셀(120)의 팽창에 의해 비드(111)가 무너진 상태가 도시되어 있다. 비록, 비드(111)가 무너졌으나, 비드(111)가 무너짐으로 인해 전체 배터리 모듈은 기존의 규격을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.

한편, 도면의 편의상 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이러한 전지 셀(120) 및 셀커버 유닛(100) 외에 연결보드를 더 포함할 수 있다. 상기 연결보드는, 전지 셀(120)의 전압, 온도 등을 센싱하는 센서, 센싱된 신호를 연산하는 IC 등으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있으며, 유입 덕트, 유출 덕트 및 냉각 팬 등을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 상기 배터리 모듈은, 자동차의 전장품에 전력을 공급하거나, 자동차에 구동력을 제공할 수 있다.

이상과 같이, 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.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100: 셀커버 유닛 110: 셀커버
120: 전지 셀 121: 전극 리드
111: 비드 112: 홈 113: 돌기

Claims (5)

1. 복수의 전지 셀; 및
   하나 이상의 전지 셀을 내부에 수용하고, 내부에 수용된 상기 하나 이상의 전지 셀의 양면을 커버하며, 외면으로 돌출된 복수의 비드를 구비하는 셀커버 유닛;을 포함하고,
   상기 셀커버 유닛은 복수개가 일방향으로 적층된 배터리 모듈로서,
   상기 셀커버 유닛은, 내부에 수용된 상기 하나 이상의 전지 셀의 일면과 타면을 각각 커버하는 한쌍의 셀커버를 구비하고,
   상기 복수의 비드는, 상기 한쌍의 셀커버의 외면에 구비되며,
   일방향으로 적층된 셀커버 유닛의 일면에 구비된 비드는, 인접한 셀커버 유닛의 타면에 구비된 비드와 접하여,
   상기 전지 셀이 팽창하지 않은 통상의 상태에서는 인접한 비드끼리 맞닿은 상태로 형태를 유지하여 상기 배터리 모듈이 소정의 규격을 유지하고,
   상기 비드는, 상기 셀커버의 적어도 일부가 외면 방향으로 리세스된 형태여서 상기 비드가 형성되는 셀커버의 내면에는 공극이 형성되며,
   상기 전지 셀이 팽창할 경우 상기 인접한 비드끼리 서로 압력을 가하게 되며 상기 공극에 의해 제공되는 여유 공간을 통해 상기 비드가 무너지고, 상기 비드가 무너진 상태로 상기 배터리 모듈의 규격을 유지하게 되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
2. 삭제
3. 청구항 1 에 있어서,
   상기 한쌍의 셀커버는, 각각 양측단이 수직으로 절곡된 플레이트로 구성되고, 수직으로 절곡된 양측단부에 서로 대응되는 돌기 또는 홈이 형성되어 상기 한쌍의 셀커버가 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
4. 삭제
5. 청구항 1 또는 청구항 3에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.

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