KR102317638B1 - 셀 적층체의 보호 구조를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 이차 전지 셀이 적층되어 구성된 셀 구조체와, 적어도 하나의 개구를 포함하며, 상기 개구를 통해서 내부 공간에 상기 셀 구조체를 수용하도록 구성된 프레임과, 상기 개구를 커버하고, 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 보호 커버를 포함하는 측면 플레이트를 포함하고, 상기 보호 커버는 상기 셀 구조체의 내부를 향해 볼록진 가장자리를 포함한다.

Description

셀 적층체의 보호 구조를 갖는 배터리 모듈{BATTERY MODULE HAVING PROTECTION STRUCTURE OF CELL STACK}
본 개시는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 셀 적층체에 대한 보호 구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 모듈은 복수의 셀이 적층되어 만들어진 적층체가 일정 강도를 갖는 보호 구조체(예: 금속 프레임)에 의해 감싸져 구성된다.
배터리 모듈의 제조 시, 보호 구조체는 셀 적층체와의 결합될 때, 셀 적층체에 손상을 입히지 말아야 배터리 모듈이 양호하게 생산될 수 있다.
전지 모듈의 제조에는 적용 기기(예: 전기 자동차)에서 차지하는 부피를 최적화하기 위해 보호 구조체와 셀 적층체 사이에 긴밀한 결합 관계는 물론, 보호 구조체가 셀 적층체를 안전하게 보호하도록 결합되어야 하는 것이 요구된다.
셀 적층체에 대한 손상을 방지하면서 셀 적층체와 보호 구조체의 결합을 긴밀하게 할 수 있는 배터리 모듈을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
발명의 한 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 이차 전지 셀이 적층되어 구성된 셀 구조체와, 적어도 하나의 개구를 포함하며, 상기 개구를 통해서 내부 공간에 상기 셀 구조체를 수용하도록 구성된 프레임과, 상기 개구를 커버하고, 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 보호 커버를 포함하는 측면 플레이트를 포함하고, 상기 보호 커버는 상기 셀 구조체의 내부를 향해 볼록진 가장자리를 포함한다.
상기 프레임은 제1 개구와 제2 개구가 대향 배치된 박스형의 모노 프레임으로 이루어질 수 있다.
상기 측면 플레이트는 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구를 각각 커버할 수 있다.
상기 보호 커버는, 중심부를 포함하는 제1 부위와, 단부에서 상기 제1 부위의 경계로 이어진 제2 부위를 포함하고, 상기 가장자리는, 상기 제1 부위에 대응하는 부위가 상기 프레임의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 따라 평행하고 상기 제2 부위에 대응하는 부위는 경사진 형상을 가질 수 있다.
상기 프레임의 길이 방향에 따라 상기 제1 부위에 놓이는 가상의 직선과 상기 제2 부위의 가장자리를 따라 놓이는 직선 사이의 각이 예각일 수 있다.
평면 기준으로 상기 가장자리는 대략 V 자 형상이나 원호 형상을 가질 수 있다.
상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함할 수 있으며, 상기 주입홀은 상기 프레임의 길이 방향 및 상기 길이 방향에 수직한 방향을 따라 복수로 배치될 수 있다.
상기 보호 커버와 상기 셀 구조체 사이에 패드가 배치될 수 있다.
상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함할 수 있으며, 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 제1 부위의 길이(X)와 상기 전지 셀의 일 부분 길이(A)가 다음 조건을 만족할 수 있다.
X > 2A
상기에서, X는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 보호 커버의 단부까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리를 나타낸다.
상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함하고, 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 제1 부위의 길이(X)와 상기 프레임의 일 부분 길이(B)가 다음 조건을 만족할 수 있다.
B > X > A
상기에서, X는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 보호 커버의 단부까지의 직선 거리, B는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 주입홀이 위치한 상기 프레임의 내주면까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리를 나타낸다.
상기 제1 개구는 상기 측면 플레이트에 의해 커버되고, 상기 제2 개구는 다른 측면 플레이트에 의해 커버되며, 상기 다른 측면 플레이트는 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 다른 보호 커버를 포함하고, 상기 다른 보호 커버는 상기 보호 커버의 형상과 다른 형상을 가질 수 있다.
상기 전지 셀은 파우치형으로 이루어질 수 있으며, 상기 측면 플레이트는 버스 바 플레이트일 수 있다.
발명의 다른 한 측면에 따른 배터리 팩은, 전술한 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 프레임에 셀 구조체를 삽입하여 전지 모듈을 조립 시, 측면 플레이트에 제공된 보호 커버에 의해 프레임이 셀 구조체의 전지 셀을 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 절연 성능이 우수한 배터리 모듈을 제조할 수 있다.
또한, 보호 커버의 형상에 의해 셀 구조체와 프레임의 결합을 용이하게 이루어 작업 생산성도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리　모듈을 도시한 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 프레임이 분리된 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 셀을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 측면 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 측면 플레이트가 결합된 상태의 평면도이다.
도 6은 도 1의 절단선 VI-VI에 따른 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 측면 플레이트가 결합된 상태의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리　모듈을 도시한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 프레임이 분리된 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 이차 전지 셀(22)이 적층되어 구성된 셀 구조체(20)가 박스 형상의 프레임(30)의 내부 공간에 삽입된 구조로 이루어진다.
셀 구조체(20)는 파우치형 전지 셀(22)이 복수로 적층되어 구성될 수 있으며 이 구조체의 바닥으로는 전지 셀(22)을 지지하기 위한 바닥판(24)이 배치되고, 양단으로는 측면 플레이트(40, 40')가 배치될 수 있는 바, 이 측면 플레이트(40,40')는 복수의 전지 셀(22)의 전기적 연결을 위한 버스 바가 배치되는 버스 바 플레이트일 수 있다.
셀 구조체(20)을 감싸 보호하는 프레임(30)은 적어도 하나의 개구를 가지고 내부 공간을 형성하는 박스형의 모노 프레임(mono frame)으로 구비될 수 있다. 실시예에서 프레임(30)은 양 개구(32,32')가 대향 배치된 직육면체 형상의 모노 프레임으로 구비된다. 이 프레임(30)은 일정 강성을 지니기 위해 금속 재질로 이루어질 수 있으나 반드시 이로 한정되는 것은 아니다.
프레임(30)의 적어도 일면에는 셀 구조체(20)와 프레임(30)의 고정 결합을 위한 접착제(예: 접착성 레진)가 주입될 수 있는 주입홀(34)이 마련될 수 있다. 실시예에서 주입홀(34)은 프레임(30)의 길이 방향(y) 및 이 길이 방향에 수직한 방향(x)을 따라 복수로 마련될 수 있다. 주입홀(34)은 원형으로 이루질 수 있으며, 그 형상이나 배치 상태는 도면과 같은 상태로 반드시 국한되는 것은 아니다.
도 3은 실시예에 따른 전지 셀(22)을 개략적으로 도시한 도면으로서, 전지 셀(22)은 전극 어셈블리(220)가 수용된 파우치(222)를 봉지한 형태로 이루어진다. 도 3에서 확대된 원으로 도시된 바와 같이, 전지 셀(22)은 그 제조 과정에서 제조 공정 조건이나 전지 셀의 구조 등의 이유로 만들어진 단차 영역(224)을 포함할 수 있다. 이 단차 영역(224)의 파우치(222)의 다른 영역에 비해 돌출된 형태를 지닐 수 있다.
이에 따라 셀 구조체(20)에는 복수의 전지 셀(22)이 갖는 저마다의 단차 영역(224)으로 인해 일종의 둔턱이 만들어지게 되는데, 이러한 둔턱은 프레임(30)이 셀 구조체(20)에 끼워질 때, 프레임(30)과의 간섭을 일으킬 여지가 있다. 이들 간에 간섭이 발생되면 해당 파우치(222) 부위가 손상되고 이러한 손상은 전지 셀(22)의 절연 특성을 떨어뜨릴 수 있다.
본 실시예에서는 이를 방지하고자, 측면 플레이트(40,40') 중 적어도 하나에 보호 커버를 마련하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 측면 플레이트를 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 측면 플레이트가 결합된 상태의 평면도이다. 도 6은 도 1의 절단선 VI-VI에 따른 부분 단면도이다.
도 2에 도시한 프레임(30)의 개구 중 제1 개구(32)를 커버하는 측면 플레이트(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 도 2의 제1 개구(32)를 커버하면서 버스 바가 설치되는 몸체(42)와 이 몸체(42)의 일단에서 도 2의 프레임(30)의 길이 방향(y)을 따라 연장되는 보호 커버(44)를 포함한다.
도 2 및 도 4를 참고하면, 측면 플레이트(40)의 몸체(42)는 제1 개구(32)에 대응하는 셀 구조체(20)의 일단부를 커버하고, 보호 커버(44)는 복수의 전지 셀(22)의 단차 영역(224)이 만드는 둔턱을 커버한다. 또한, 보호 커버(44)는 셀 구조체(20)와 프레임(30)이 결합된 상태를 기준으로, 셀 구조체(20)와 프레임(30) 사이에 배치된다. 실시예에서 보호 커버(44)와 셀 구조체(20) 사이에는 패드(50)가 배치될 수 있다(도 6 참조).
본 실시예에서 셀 구조체(20)의 내부를 향하는 보호 커버(44)의 가장자리 즉, 셀 구조체(20)의 길이 방향(y)에 수직한 방향(x)을 따라 셀 구조체(20)를 가로지르는 가장자리는 셀 구조체(20)의 내부를 향해 볼록진 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 보호 커버(44)는 중심부를 포함하는 제1 부위(440)와, 보호커버(44)의 양 단부에서 제1 부위(440)의 경계로 이어진 제2 부위(442)를 포함한다.
여기서, 제1 부위(440)에 대응하는 보호 커버(44)의 가장자리는 프레임(30)의 길이 방향(y)에 대해 수직한 방향(x)을 따라 평행하게 연장된 직선 형태로 이루어진다. 또한, 제2 부위(442)에 대응하는 보호 커버(44)의 가장자리는 경사진 형태로 이루어질 수 있다.
도 5를 참고하면, 보호 커버(44)의 가장자리는 프레임(30)의 길이 방향(y)을 따라 제1 부위(440)에 놓이는 가상의 직선과 제2 부위(442)의 가장자리를 따라 놓이는 직선 사이의 각(α)이 예각을 이룸으로써, 평면 기준으로 대략 V자 형상을 가지게 된다.
측면 플레이트(40)는 몸체(43)와 보호 커버(44)가 한 몸을 이루도록 사출 성형을 통해 제조될 수 있으며, 일정 절연 기능을 확보할 수 있는 재질(예: Comparative Tracking Index; CTI 등급 3이상의 플라스틱)로 마련될 수 있다.
한편, 실시예에서 프레임(40)의 다른 개구인 제2 개구(32')를 커버하는 다른 측면 플레이트(40')는, 전술한 측면 플레이트(40)와 기본 구성을 같이 하되, 보호 커버(44')의 형상은 전술한 보호 커버(44)의 형상과 다르게 할 수 있다. 즉, 이 다른 보호 커버(44')는 셀 구조체(20)의 내부를 향한 가장자리를 일자형으로서 전체적으로 평탄하게 이룬다(도 5 참조).
이와 달리, 프레임(40)의 제2 개구(32')도 전술한 보호 커버(44)를 포함한 측면 플레이트에 의해 커버될 수 있다.
이와 같은 실시예의 배터리 모듈(100)은, 전술한 바와 같이, 전지 셀(22)의 단차 영역(224)을 보호 커버(44)로 커버한 상태에서 셀 구조체(20)가 프레임(30)의 삽입되므로, 이들의 결합 시, 프레임(30)이 셀 구조체(20)의 전지 셀(22)에 충격을 주어 이를 손상시키게 되는 것을 보호 커버(44)로 인해 미연에 방지할 수 있다.
더욱이, 보호 커버(44)는 프레임의(30)의 길이 방향(y)에 따른 중심부(제1 부위)의 길이에 비해 양 주변부(제2 부위)의 길이가 짧아, 보호 커버(44)가 프레임(30) 내부로 삽입될 때에도 보호 커버(44)가 프레임(30)의 내벽에 간섭될 확률을 낮출 수 있다. 이로 인해 셀 구조체(20)와 프레임(30)의 조립 과정에서 전지 셀(22)에 전달될 충격을 막아 전지 셀에 손상을 입힐 확률을 낮출 수 있고 조립성 또한 용이하게 이룰 수 있다.
한편, 셀 조립체(20)와 프레임(30)은 상호 결합된 상태에서, 프레임(30)의 주입홀(34)을 통해 제공되는 접착성 레진(60)을 통해 서로 고정될 수 있다. 도 6은 접착성 레진(60)에 의해 셀 조립체(20)와 프레임(30)이 고정된 상태를 도시한다.
실시예를 통해 프레임(30)의 길이 방향(y)에 따른 보호 커버(44)의 제1 부위(440)의 길이(X)와 전지 셀(22)의 일 부분 길이(A)는, 전지 셀(22)의 단차 영역(224)이 손상되어 이로부터 전류가 누설되는 것을 방지하기 위해 다음 조건을 만족할 수 있다.
X > 2A
상기에서, X는 전지 셀(22)의 전극 어셈블리(220) 일단으로부터 보호 커버(44)의 단부까지의 직선 거리를, A는 프레임(20)의 길이 방향에 따른 전지 셀(22)의 단차 영역(224)의 직선 거리를 나타낸다.
또한, 프레임(20)의 길이 방향에 따른 보호 커버(44)의 제1 부위의 길이(X)와 프레임(20)의 일 부분 길이(B)는, 주입홀(34)를 통해 제공되는 접착성 레진(60)의 과주입을 방지하기 위해, 다음 조건을 만족할 수 있다.
B > X > A
상기에서, X는 전지 셀(22)의 전극 어셈블리(220) 일단으로부터 보호 커버(44)의 단부까지의 직선 거리, B는 전지 셀(22)의 전극 어셈블리(220) 일단으로부터 주입홀(34)이 위치한 프레임(20)의 내주면까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 측면 플레이트가 결합된 상태의 평면도이다.
도 7의 실시예는 전술한 실시예의 배터리 모듈과 기본적인 구성을 같이 한다. 다만, 도 7의 실시예에서는 보호 커버(46)의 가장자리가 평면 기준으로 원호 형상을 가지고 구성되는 것이 상이하다.
앞에서 설명한 배터리 모듈은 배터리 팩으로 구성되어 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 배터리 모듈 20: 셀 구조체
22: 전지 셀 30: 프레임
40: 측면 플레이트 44: 보호 커버
224: 단차 영역 34: 주입홀

Claims (15)

  1. 복수의 이차 전지 셀이 적층되어 구성된 셀 구조체;
    적어도 하나의 개구를 포함하며, 상기 개구를 통해서 내부 공간에 상기 셀 구조체를 수용하도록 구성된 프레임;
    상기 개구를 커버하는 몸체 및 상기 몸체의 일단으로부터 상기 프레임의 길이 방향을 따라 연장되고, 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 보호 커버를 포함하는 측면 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 보호 커버는 상기 전지 셀의 단차 영역에 의해 형성되는 상기 셀 구조체의 둔턱을 커버하고,
    상기 보호 커버는 상기 셀 구조체의 내부를 향해 볼록진 가장자리를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 제1 개구와 제2 개구가 대향 배치된 박스형의 모노 프레임인, 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측면 플레이트는 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구를 각각 커버하는, 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 커버는, 중심부를 포함하는 제1 부위와, 단부에서 상기 제1 부위의 경계로 이어진 제2 부위를 포함하고,
    상기 가장자리는, 상기 제1 부위에 대응하는 부위가 상기 프레임의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 따라 평행하고 상기 제2 부위에 대응하는 부위는 경사진 형상을 갖는, 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프레임의 길이 방향에 따라 상기 제1 부위에 놓이는 가상의 직선과 상기 제2 부위의 가장자리를 따라 놓이는 직선 사이의 각이 예각인, 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    평면 기준으로 상기 가장자리가 대략 V 자 형상을 갖는, 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함하는, 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주입홀은 상기 프레임의 길이 방향 및 상기 길이 방향에 수직한 방향을 따라 복수로 배치되는, 배터리 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함하고,
    상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 제1 부위의 길이(X)와 상기 전지 셀의 일 부분 길이(A)가 다음 조건을 만족하는, 배터리 모듈:
    X > 2A
    상기에서, X는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 보호 커버의 단부까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함하고,
    상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 제1 부위의 길이(X)와 상기 프레임의 일 부분 길이(B)가 다음 조건을 만족하는, 배터리 모듈:
    B > X > A
    상기에서, X는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 보호 커버의 단부까지의 직선 거리, B는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 주입홀이 위치한 상기 프레임의 내주면까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 개구는 상기 측면 플레이트에 의해 커버되고, 상기 제2 개구는 다른 측면 플레이트에 의해 커버되며, 상기 다른 측면 플레이트는 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 다른 보호 커버를 포함하고, 상기 다른 보호 커버는 상기 보호 커버의 형상과 다른 형상을 갖는, 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    평면 기준으로 상기 가장자리가 원호 형상을 갖는, 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전지 셀은 파우치형인, 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 측면 플레이트는 버스 바 플레이트인, 배터리 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함한, 배터리 팩.
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