KR102160275B1 - 셀 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 셀 카트리지는, 실링부의 외측으로 연장된 제1 고정부를 구비하는 제1 파우치 셀; 실링부의 외측으로 연장된 제2 고정부를 구비하는 제2 파우치 셀; 및 상기 제1 파우치 셀 및 제2 파우치 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체를 수용하는 카트리지;를 포함하며, 상기 제1 고정부는 상기 제2 파우치 셀을 향하는 방향으로 밴딩되어 상기 제2 파우치 셀의 움직임을 제한하고, 상기 제2 고정부는 상기 제1 파우치 셀을 향하는 방향으로 밴딩되어 상기 제1 파우치 셀의 움직임을 제한한다.

Description

셀 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈{Cell cartridge and battery module including same}
본 발명은, 파우치 셀 상호간의 움직임이 방지될 수 있는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 개개의 셀 카트리지에 포함되는 한 쌍의 파우치 셀 상호간의 움직임이 방지될 수 있도록 파우치 셀 상호간이 결속된 구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
종래의 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들을 적층하여 이루어진 적층체를 고정시키는데 있어서, 적층체의 넓은 양 면을 커버하는 엔드 플레이트를 이용하여 적층체의 양 면을 가압하여 배터리 셀의 적층 방향과 나란한 방향을 따라 배터리 셀이 움직이는 것을 방지하는 구조를 가질 뿐이었다.
그러나, 이러한 종래의 배터리 모듈 구조는, 배터리 셀들의 적층 방향과 수직한 방향으로의 움직임에는 취약할 수 밖에 없었다. 이는, 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스의 내벽과 배터리 셀 사이에 존재하는 미세한 공간에 의해서도 배터리 셀의 유동이 발생될 수 있기 때문이다.
이처럼 모듈 케이스 내에서 배터리 셀의 유동이 발생되는 경우에는, 배터리 모듈의 사용 과정에서 배터리 셀의 파손이 발생될 수 있으며, 이로 인한 안전성 및 제품 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 배터리 모듈 내에서 배터리 셀들의 적층 방향과 수직한 방향으로 배터리 셀들이 유동되는 것을 방지할 수 있도록 하는 결속 구조의 적용이 요구된다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내에서 파우치 셀들의 적층 방향과 수직한 방향으로 파우치 셀들이 유동되는 것을 방지할 수 있도록 하는 결속 구조를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 카트리지는, 실링부의 외측으로 연장된 제1 고정부를 구비하는 제1 파우치 셀; 실링부의 외측으로 연장된 제2 고정부를 구비하는 제2 파우치 셀; 및 상기 제1 파우치 셀 및 제2 파우치 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체를 수용하는 카트리지;를 포함하며, 상기 제1 고정부는 상기 제2 파우치 셀을 향하는 방향으로 밴딩되어 상기 제2 파우치 셀의 움직임을 제한하고, 상기 제2 고정부는 상기 제1 파우치 셀을 향하는 방향으로 밴딩되어 상기 제1 파우치 셀의 움직임을 제한한다.
상기 제1 고정부 및 제2 고정부는 각각 복수개 구비될 수 있다.
복수개의 제1 고정부는 상기 제1 파우치 셀의 둘레를 따라 상호 이격되어 구비되고, 복수개의 제2 고정부는 상기 제2 파우치 셀의 둘레를 따라 상호 이격되어 구비될 수 있다.
상기 제1 고정부는 상기 제1 파우치 셀의 전극 리드가 인출된 영역을 제외한 영역에 형성되고, 상기 제2 고정부는 상기 제2 파우치 셀의 전극 리드가 인출된 영역을 제외한 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 고정부 및 제2 고정부는 상기 셀 적층체의 둘레를 따라 교호적으로 배치될 수 있다.
상기 제1 고정부는 상기 제2 파우치 셀의 수용부까지 연장되어 상기 제2 파우치 셀에 부착되고, 상기 제2 고정부는 상기 제1 파우치 셀의 수용부까지 연장되어 상기 제1 파우치 셀에 부착될 수 있다.
상기 제1 고정부 및 제2 고정부는 각각 상기 제1 파우치 셀의 실링부 및 제2 파우치 셀의 실링부와 일체로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 셀 카트리지가 복수개 적층되어 형성된 셀 카트리지 적층체; 및 상기 셀 카트리지 적층체의 양 면을 커버하는 한 쌍의 엔드 플레이트;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 한 쌍의 파우치 셀이 카트리지 내에서 파우치 셀의 적층 방향과 수직한 방향을 따라 움직이는 것을 방지할 수 있게 되며, 이로써 카트리지 내에서 한 쌍의 파우치 셀 상호간의 움직임으로 인한 파우치 셀 파손 및 그에 따른 배터리 모듈 불량 발생 및 배터리 모듈 사용 상의 위험을 줄일 수 있게 된다.
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 나타내는 완성 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 카트리지를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는, 본 발명에 적용되는 제1 파우치 셀의 평면도이다.
도 5는, 본 발명에 적용되는 제2 파우치 셀의 평면도이다.
도 6은, 본 발명에 적용되는 제1 파우치 셀 및 제2 파우치 셀이 결속된 상태를 타나내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명에 적용되는 제1 파우치 셀 및 제2 파우치 셀이 결속된 상태를 타나내는 사시도로서, 도 6에 도시된 것과는 다른 결속 형태를 나타내는 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 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 완성 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 카트리지를 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 셀 카트리지(100)가 적층되어 형성된 셀 카트리지 적층체 및 셀 카트리지 적층체의 양 면을 커버하는 한 쌍의 엔드 플레이트(200, 300)를 포함한다.
상기 셀 카트리지(100)는, 한 쌍의 파우치 셀(10,20)이 적층되어 형성되는 셀 적층체 및 이를 수용하는 카트리지(50)를 포함하며, 상기 카트리지(50)는 셀 적층체의 일측 면으로부터 결합되는 제1 카트리지(30) 및 셀 적층체의 타측 면으로부터 결합되는 제2 카트리지(40)를 포함한다.
한편, 상기 셀 카트리지(100)를 구성하는 한 쌍의 제1 카트리지(30) 및 제2 카트리지(40), 그리고 엔드 플레이트(200,300)는 상단부 양 측 코너 영역에 형성되는 체결홀(H)을 구비한다. 이러한 체결홀(H)들에 체결 볼트(B)를 삽입함으로써 제1 카트리지(30) 및 제2 카트리지(40) 간의 체결과 복수의 셀 카트리지(100)들 상호간의 체결이 이루어진다. 한편, 한 쌍의 엔드 플레이트(200,300) 각각의 하단 중심부에는 체결 클립(C)이 장착되어 엔드 플레이트(200,300) 간의 결속력을 더욱 견고하게 유지시킬 수 있다.
또한, 이러한 볼트(B) 및 클립(C)를 이용한 체결에 의해 셀 카트리지 적층체와 엔드 플레이트(200,300) 간의 체결 역시 이루어지게 되며, 이로써 엔드 플레이트(200,300)가 셀 카트리지 적층체를 가압하여 복수의 셀 카트리지(100)들 간의 움직임이 발생되는 것을 방지하게 된다.
본 발명의 도면에서는, 하나의 배터리 모듈 내에 세 개의 셀 카트리지(100)가 포함되는 경우만이 도시되어 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 요구되는 배터리의 전압 및/또는 용량 등에 따라 더 적은 개수 또는 더 많은 개수의 셀 카트리지(100)가 적용될 수 있음은 물론이다.
다음은, 도 3과 함께 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 카트리지(100)에 대해서 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 적용되는 제1 파우치 셀의 평면도이고, 도 5는 본 발명에 적용되는 제2 파우치 셀의 평면도이고, 도 6은 본 발명에 적용되는 제1 파우치 셀 및 제2 파우치 셀이 결속된 상태를 타나내는 사시도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 셀 카트리지(100)를 구성하는 제1 파우치 셀(10)은, 전극 조립체(미도시), 한 쌍의 전극 리드(11), 파우치 케이스(12) 및 복수의 제1 고정부(15)를 포함한다.
도면에 도시되지는 않았으나, 상기 전극 조립체는, 교호적으로 반복 적층된 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 형태를 가지며, 양 측 최 외각에는 절연을 위해 세퍼레이터가 각각 위치하는 것이 바람직하다.
상기 양극판은, 양극 집전체 및 적어도 그 일 면 상에 코팅되는 양극 활물질 층으로 이루어지며, 일측 단부에는 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 양극 무지부 영역은 전극 리드(15)와 연결되는 양극탭으로서 기능한다.
마찬가지로, 상기 음극판은 음극 집전체 및 적어도 그 일 면 상에 코팅되는 음극 활물질 층으로 이루어지며, 일측 단부에는 음극 활물질 층이 코팅되지 않은 무지부 영역이 형성되는데, 이러한 무지부 영역은 전극 리드(15)와 연결되는 음극탭으로서 기능한다.
또한, 상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재되어 서로 다른 극성을 갖는 전극판끼리 직접 접촉되는 것을 방지하되, 양극판과 음극판 사이에서 전해질을 매개체로 하여 이온의 이동이 가능하도록 하기 위해 다공성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 전극 리드(11)는, 양극탭에 연결되는 양극 리드 및 음극탭에 연결되는 음극 리드로 구분되며, 파우치 케이스(12)의 일 방향으로 나란하게 인출되어 연장된다.
상기 파우치 케이스(12)는, 전극 조립체의 상부를 커버하는 상부 케이스와 하부를 커버하는 하부 케이스로 이루어질 수 있고, 상부 케이스 및 하부 케이스 각각은 제1 수지층/금속층/제2 수지층으로 구성되는 다층의 파우치 필름으로 이루어질 수 있다.
이 경우, 파우치 필름의 최 내측면을 이루는 제1 수지층은, 상/하부 케이스가 맞닿은 상태로 열을 가하였을 때 서로 잘 융착이 될 수 있도록 하기 위해 열 융착성을 갖는 수지로 이루어질 수 있다.
상기 파우치 케이스(21)는 전극 조립체(미도시)를 수용하는 수용부(23) 및 수용부의 둘레 방향으로 연장되어 전극 리드(11)가 외부로 인출된 상태로 열 융착되어 파우치 케이스(12)를 밀봉시키는 실링부(14), 이렇게 두 영역을 포함한다.
상기 제1 고정부(15)는, 상기 제1 파우치 셀(10)의 실링부(14)로부터 외측으로 연장된 형태로 구비되며, 제1 파우치 셀(10)과 대면하여 적층된 제2 파우치 셀(20)을 향하는 방향으로 밴딩되어 제2 파우치 셀(20)의 움직임을 제한한다.
상기 제1 고정부(15)는 복수개 구비되며, 복수개의 제1 고정부(15)들은 상기 제1 파우치 셀(10)의 둘레를 따라 상호 이격되어 형성되되 전극 리드(11)가 인출되는 영역에는 형성되지 않는다.
상기 제2 파우치 셀(20)은 전극 조립체(미도시), 한 쌍의 전극 리드(21), 파우치 케이스(22) 및 복수의 제2 고정부(25)를 포함한다.
상기 제1 파우치 셀(10)과 제2 파우치 셀(20)은, 상술한 제1 파우치 셀(10)과 비교하여 고정부(15, 25)의 형성 위치가 서로 다르다는 점을 제외하면, 나머지 구성요소들은 실질적으로 동일하므로 제2 고정부(25)를 제외한 나머지 구성요소들에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 제2 고정부(25)는, 제2 파우치 셀(20)의 실링부(24)로부터 외측으로 연장된 형태로 구비되며, 제2 파우치 셀(20)과 대면하여 적층된 제1 파우치 셀(10)을 향하는 방향으로 밴딩되어 제1 파우치 셀(10)의 움직임을 제한한다.
상기 제2 고정부(25)는 복수개 구비되며, 복수개의 제2 고정부(25)들은 상기 제2 파우치 셀(20)의 둘레를 따라 상호 이격되어 형성되되 전극 리드(21)가 인출되는 영역에는 형성되지 않는다.
또한, 상기 제2 고정부(25)는, 제1 파우치 셀(10)과 제2 파우치 셀(20)이 적층되었을 때, 제1 고정부(15)가 형성되지 않은 위치에 구비된다. 따라서, 상기 제1 고정부(15) 및 제2 고정부(25)는, 제1 파우치 셀(10)과 제2 파우치 셀(20)이 적층되어 형성되는 셀 적층체의 둘레를 따라 교호적으로 배치된다.
이와 같이 반대편에 위치하는 파우치 셀(20,10)을 향해 밴딩된 고정부(15,25)로 인해 한 쌍의 파우치 셀(10,20) 상호간의 결속력을 높여 카트리지(50) 내에서 제1 파우치 셀(10) 및 제2 파우치 셀(20) 상호 간의 상대적인 움직임이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이러한 고정부(15,25)는 파우치 케이스(12,22)와 일체로 형성되는 것으로서, 실링부(14,24)의 일부가 외측으로 좀 더 길게 연장되어 형성된 것이다.
다음은, 도 7을 참조하여, 본 발명에 적용되는 한 쌍의 파우치 셀(10,20) 간의 결속 형태의 다른 예를 설명하기로 한다.
도 7은, 본 발명에 적용되는 제1 파우치 셀 및 제2 파우치 셀이 결속된 상태를 타나내는 사시도로서, 도 6에 도시된 것과는 다른 결속 형태를 나타내는 사시도이다.
도 7에 도시된 셀 적층체는, 앞서 설명한 도 6에 도시된 셀 적층체와 비교하여 고정부(15,25)가 좀 더 길게 형성되어 셀 적층체의 외측면에 부착된다는 점 외에는 실질적으로 동일하다.
따라서, 도 7에 도시된 셀 적층체를 설명함에 있어서는, 차이점이 있는 고정부(15,25)를 중점적으로 설명하기로 하며, 실질적으로 동일한 나머지 구성요소들에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 고정부(15,25)는 각각 반대편의 파우치 셀(20,10)의 수용부(13,23)까지 연장되어 접착제 등에 의해 수용부(13,23) 상에 부착될 수 있으며, 이로써 한 쌍의 파우치 셀(10,20) 상호간의 결속력을 더욱 높여 카트리지(50) 내에서 제1 파우치 셀(10) 및 제2 파우치 셀(20) 상호 간의 상대적인 움직임이 발생하지 않도록 할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 상술한 바와 같은 구조를 가져 결속력이 강화된 셀 적층체는 카트리지(50) 내에 수용된다.
상기 카트리지(50)는 셀 적층체의 일측 면으로부터 결합되는 제1 카트리지(30) 및 셀 적층체의 타측 면으로부터 결합되는 제2 카트리지(40)로 구성되며, 각각의 카트리지(30,40)는 파우치 셀(10,20)이 수용될 수 있는 공간을 제공하는 셀 수용부(41) 및 전극 리드(11,21)가 카트리지(50)의 외측으로 인출될 수 있는 공간을 제공하는 리드 인출부(42)를 구비한다.
복수개의 셀 카트리지(100)가 연결되었을 때, 상기 리드 인출부(42)를 통해 인출된 전극 리드들을 서로 연결하여 복수의 파우치 셀들이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 연결된 배터리 모듈을 구현할 수 있다.
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: 셀 카트리지
10, 20: 파우치 셀
11, 21: 전극 리드
12,22: 파우치 케이스
13,23: 수용부
14,24: 실링부
15,25: 고정부
30: 제1 카트리지
40: 제2 카트리지
41: 셀 수용부
42: 리드 인출부
50: 카트리지
200, 300: 엔드 플레이트

Claims (8)

  1. 실링부의 외측으로 연장된 제1 고정부를 구비하는 제1 파우치 셀;
    실링부의 외측으로 연장된 제2 고정부를 구비하는 제2 파우치 셀; 및
    상기 제1 파우치 셀 및 제2 파우치 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체를 수용하는 카트리지;
    를 포함하며,
    상기 제1 고정부는 상기 제2 파우치 셀을 향하는 방향으로 밴딩되어 상기 제2 파우치 셀의 움직임을 제한하고,
    상기 제2 고정부는 상기 제1 파우치 셀을 향하는 방향으로 밴딩되어 상기 제1 파우치 셀의 움직임을 제한하며,
    상기 제1 고정부는 상기 제1 파우치 셀을 구성하는 파우치 케이스와 일체로 형성되는 것으로서, 상기 제1 파우치 셀을 구성하는 파우치 케이스의 실링부의 일부가 외측으로 더 연장되어 형성된 것이며,
    상기 제2 고정부는 상기 제2 파우치 셀을 구성하는 파우치 케이스와 일체로 형성되는 것으로서, 상기 제2 파우치 셀을 구성하는 파우치 케이스의 실링부의 일부가 외측으로 더 연장되어 형성되는 것인 셀 카트리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정부 및 제2 고정부는 각각 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 셀 카트리지.
  3. 제2항에 있어서,
    복수개의 제1 고정부는 상기 제1 파우치 셀의 둘레를 따라 상호 이격되어 구비되고,
    복수개의 제2 고정부는 상기 제2 파우치 셀의 둘레를 따라 상호 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 셀 카트리지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 고정부는 상기 제1 파우치 셀의 전극 리드가 인출된 영역을 제외한 영역에 형성되고,
    상기 제2 고정부는 상기 제2 파우치 셀의 전극 리드가 인출된 영역을 제외한 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 셀 카트리지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 고정부 및 제2 고정부는 상기 셀 적층체의 둘레를 따라 교호적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 셀 카트리지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정부는 상기 제2 파우치 셀의 수용부까지 연장되어 상기 제2 파우치 셀에 부착되고,
    상기 제2 고정부는 상기 제1 파우치 셀의 수용부까지 연장되어 상기 제1 파우치 셀에 부착되는 것을 특징으로 하는 셀 카트리지.
  7. 삭제
  8. 제1항에 따른 셀 카트리지가 복수개 적층되어 형성된 셀 카트리지 적층체; 및
    상기 셀 카트리지 적층체의 양 면을 커버하는 한 쌍의 엔드 플레이트;
    를 포함하는 배터리 모듈.
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