KR102461833B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

내부에 전극조립체를 수용하는 전극수용부(122)와, 상기 전극수용부(122)의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부(123)와, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극리드(126)를 각각 포함하는 파우치형 배터리 셀(120)이 복수 개 적층되어 형성된 셀 적층체(110); 상기 셀 적층체(110)를 내부에 수용하는 모듈 하우징(150); 상기 전극리드(126)와 전기적으로 연결되는 전기 전도성의 버스바(141)를 갖는 버스바 조립체(140, 140'); 및 이웃하는 배터리 셀(120)의 실링부(123) 사이에 각각 위치하는 실링보호부재(130);를 포함하며, 상기 실링보호부재(130)는 상기 실링부(123)와 접촉하도록 배치되는 배터리 모듈(100)이 제공된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 이차전지로 구성되는 복수의 파우치형 배터리 셀을 구비하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치의 내부에 전극조립체가 수용된 파우치형(pouch type) 배터리 셀이나 강성을 가진 각형 또는 원통형의 캔형(can type) 배터리 셀로 제조되어 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 널리 사용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우 배터리 전체의 용량 및 출력을 높이기 위하여 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결되어 사용된다. 이를 위하여 복수의 배터리 셀을 모듈화한 배터리 모듈이 많이 사용되고 있다.
도 1은 종래기술에 의한 파우치형 배터리 셀(10)을 구비하는 배터리 모듈(20)의 일 예를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 파우치형 배터리 셀(10)의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 파우치형 배터리 셀(10)을 구비하는 종래기술에 의한 배터리 모듈(20)은 모듈 하우징(21, 25) 내부에 복수 개의 파우치형 배터리 셀(10)이 적층된 상태로 배치된다. 모듈 하우징(21, 25)은 바닥부(22)와 측벽부(23)으로 구성되어 일측(예를 들어, 상측)이 개방된 형상을 갖는 하부 플레이트(21)와, 하부 플레이트(21)의 개방된 일측을 덮는 커버 플레이트(25)를 포함할 수 있다. 모듈 하우징(21, 25)은 양단이 개방된 관 형상을 가질 수 있으며, 개방된 양단은 엔드 플레이트(26)에 의해 덮이는 구조를 가질 수 있다. 엔드 플레이트(26)와 배터리 셀(10)의 적층체 사이에는 버스바 조립체(30)가 구비될 수 있다. 버스바 조립체(30)는 배터리 셀(10)의 전극리드(15)가 전기적으로 연결되는 버스바(미도시)와, 버스바에 전기적으로 연결되고 외부와의 전기적 접속을 위한 접속단자(32)를 구비할 수 있다. 그리고, 엔드 플레이트(26)에는 접속단자(32)를 외부로 노출시키기 위한 개구부(27)가 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 파우치형 배터리 셀(10)은 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체(미도시) 및 전극조립체를 감싸는 파우치(외장재)(11)를 포함할 수 있다. 파우치(11)는 전극조립체를 수용하는 부분을 형성하는 전극수용부(12)와, 전극조립체의 둘레 중 적어도 일부를 따라 파우치(11)의 주변부가 접합되어 형성된 실링부(13; 13a, 13b)를 포함한다.
또한, 파우치형 배터리 셀(10)은 전극조립체의 전극판(양극판, 음극판)와 연결되어 배터리 셀(10)의 폭방향(길이방향)(도 2에서 좌우방향) 양단에서 파우치(11)의 외측으로 돌출된 전극리드(15)와, 실링부(13; 13a, 13b) 중에서 전극리드(15)가 인출되는 위치에서 파우치(11)의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보할 수 있는 절연부(15a)를 포함하는 형태를 갖는다.
종래기술에 의한 파우치형 배터리 셀(10)은 폭방향(길이방향) 양단(양측 측부)에 제1 실링부(13a)가 형성되고 제1 실링부(13a) 외부로 전극리드(15)가 연장되는 구조를 갖는다. 배터리 셀(10)의 상부에는 제2 실링부(13b)가 형성된다. 이때, 배터리 셀(10)의 내부에서 발생하는 압력에 충분히 견디고 밀봉구조를 유지할 수 있도록 실링부(13; 13a, 13b)는 일정한 폭 및 길이 이상으로 유지할 필요가 있다. 이를 위하여, 종래기술에 의한 파우치형 배터리 셀(10)은 실링부(13; 13a, 13b)의 폭(W)를 적어도 10~15mm 이상으로 넓게 설정하고 있다.
한편, 제2 실링부(13b)는 밀봉도(밀봉성능) 향상을 위하여 절곡된 형상을 가질 수 있지만, 제1 실링부(13a)는 버스바에 연결되는 전극리드(15)가 외부로 노출되므로 제1 실링부(13a)에는 밀봉도 향상을 위한 절곡부를 형성할 수 없다. 따라서, 종래기술에 의한 파우치형 배터리 셀(10)은 배터리 셀(10)의 내부 압력 상승에 따라 적어도 일부의 배터리 셀(10)에서 제1 실링부(13a)의 밀봉이 해제되어 파우치(11) 내부에 수용된 전해액 등이 외부로 누출되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위하여 제1 실링부(13a)의 밀봉도 향상을 위해 제1 실링부(13a)의 폭을 더욱 크게 하는 경우에는 동일한 체적의 모듈 하우징(21, 25)에 장착되는 배터리 셀(10)의 전극 크기가 감소하여 배터리 셀의 용량이 감소하고, 배터리 모듈(20)의 에너지 밀도가 감소한다는 문제점이 있다.
본 발명은 일 측면으로서, 배터리 셀의 밀봉을 안정적으로 유지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 배터리 셀의 내부에서 발생하는 압력에 충분히 저항할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 일 측면으로서 배터리 셀의 실링부의 폭을 감소시키면서도 배터리 셀의 밀봉을 유지하고 배터리 셀 내부의 압력에 저항할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 일 측면으로서 모듈 하우징의 내부공간을 효과적으로 사용하여 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 일 측면으로서, 셀 적층체를 버스바 조립체에 연결할 때 실링부가 벤딩되는 현상을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은, 내부에 전극조립체를 수용하는 전극수용부와, 상기 전극수용부의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부와, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극리드를 각각 포함하는 파우치형 배터리 셀이 복수 개 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징; 상기 전극리드와 전기적으로 연결되는 전기 전도성의 버스바를 갖는 버스바 조립체; 및 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이에 각각 위치하는 실링보호부재;를 포함하며, 상기 실링보호부재는 상기 실링부와 접촉하도록 배치되는 배터리 모듈을 제공한다.
여기서, 상기 실링부는 상기 전극리드가 외부로 노출되는 영역에 형성된 제1 실링부와, 상기 전극리드가 외부로 노출되지 않는 영역에 형성된 제2 실링부를 포함하며, 상기 실링보호부재는 상기 제1 실링부와 접촉할 수 있다. 이때, 상기 제1 실링부는 상기 배터리 셀의 폭방향 양측 측부에 형성되며, 상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 폭방향 양측에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제2 실링부는 상기 배터리 셀의 상부와 하부 중 적어도 하나에 형성되며, 적어도 1번 절곡된 절곡부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2 실링부는 상기 배터리 셀의 상부와 하부 중 어느 하나에 형성되며, 적어도 1번 절곡된 절곡부를 포함하고, 상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 외부에서 상기 절곡부가 형성되지 않은 부분을 통해 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이로 삽입될 수 있다.
또한, 상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 상하방향으로 연장된 몸체부를 포함하며, 상기 몸체부에는 상기 실링부가 삽입되도록 상기 몸체부의 일측으로부터 상하방향으로 복수의 삽입홈이 형성되며, 상기 몸체부의 일측은 상기 삽입홈에 의해 분할된 구조를 가지고, 타측은 일체로 연결된 구조를 가질 수 있다.
그리고, 상기 실링보호부재는 상기 제1 실링부와 접촉하는 접촉부를 포함하며, 상기 배터리 셀의 상하방향에 수직한 단면에서 상기 접촉부가 상기 제1 실링부와 접촉하는 폭은 상기 배터리 셀의 폭방향을 기준으로 3mm 이상의 값을 갖고 상기 제1 실링부의 폭보다 작은 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 접촉부는 상기 제1 실링부 중에서 상기 전극리드가 외부로 노출되는 부분에 대응하는 영역을 포함하는 영역에 배치될 수 있다. 이때, 상기 배터리 셀의 폭방향에 수직한 단면에서 상기 접촉부가 상기 제1 실링부와 접촉하는 높이는 상기 제1 실링부의 높이의 50% 이상의 값을 갖고 상기 제1 실링부의 전체 높이보다 작은 값을 가질 수 있다.
그리고, 상기 실링보호부재는 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이에서 상기 실링부와 밀착하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 실링보호부재 중에서 상기 셀 적층체의 두께 방향 최외측에 배치되는 실링보호부재는 상기 버스바 조립체의 내부면 또는 상기 모듈 하우징의 내부면에 의해 지지될 수 있다.
또한, 상기 실링보호부재는 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이에 억지끼움될 수 있다.
한편, 상기 실링보호부재는 적어도 외부면이 절연재질로 이루어지거나 절연코팅될 수 있다.
그리고, 상기 셀 적층체는 이웃하는 배터리 셀의 전극수용부 사이에 배치되는 완충패드를 포함하며, 상기 실링보호부재는 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이의 거리에 각각 대응하는 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 상하방향으로 연장된 몸체부와, 상기 몸체부의 두께방향 양단에서 상기 실링부와 접촉하는 접촉부를 포함하며, 상기 접촉부는 상기 배터리 셀의 폭방향을 따라 이격된 2개 이상의 부분으로 구성되어 상기 실링부와 2개 이상의 부분에서 접촉할 수 있다. 그리고, 상기 몸체부에는 상하방향으로 상기 몸체부보다 강성이 큰 삽입부재가 삽입될 수 있다.
한편, 상기 버스바에는 상기 전극리드가 관통하여 결합하는 결합홀이 형성되며, 상기 버스바 조립체는 상기 전극수용부와 전기 전도성의 상기 버스바 사이에 배치되어 상기 버스바를 지지하며 상기 전극리드가 관통하는 삽입홀이 형성된 전기 절연성의 지지 플레이트를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 실링보호부재는 상기 지지 플레이트와 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전극리드는 끝단이 절곡되지 않은 일자 형상을 가지며, 상기 버스바 조립체와 상기 셀 적층체는 상기 배터리 셀의 폭방향으로 상대 이동하여 상기 버스바와 상기 전극리드 사이의 결합이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 실링보호부재가 배터리 셀의 실링부와 접촉하도록 구성함으로써 배터리 셀의 내부에서 발생하는 압력에 의해 실링부에 변형이나 밀봉 해제가 되는 현상을 방지하고, 이에 따라 배터리 셀의 밀봉을 안정적으로 유지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실링보호부재가 배터리 셀의 실링부를 지지하거나 밀착하여 지지하므로 배터리 셀의 내부에서 발생하는 압력에 충분히 저항할 수 있다는 효과가 있게 된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실링보호부재를 실링부와 접촉하도록 구성함으로써 배터리 셀의 실링부의 폭을 감소시키면서도 배터리 셀의 밀봉을 유지하고 배터리 셀 내부의 압력에 저항할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 실링부의 폭 감소에 따라 동일한 크기를 갖는 모듈 하우징의 내부 공간에 배치되는 전극조립체의 부피를 증가시킬 수 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모듈 하우징의 내부공간을 효과적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 모듈의 에너지 밀도를 높일 수 있다는 효과가 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실링보호부재가 실링부 사이의 공간을 채우는 구조를 가지므로 셀 적층체를 버스바 조립체에 연결할 때 전극리드가 버스바의 결합홀에 결합되는 과정에서 실링부에 외력이 작용하여 실링부가 벤딩되는 현상을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 파우치형 배터리셀을 구비하는 배터리 모듈의 일 예를 도시한 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 파우치형 배터리 셀의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 파우치형 배터리 셀의 사시도.
도 6은 도 4에 도시된 셀 적층체와 실링보호부재 사이의 결합관계를 도시한 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 셀 적층체와 실링보호부재가 결합된 상태에서 셀 적층체의 길이방향에 수직한 평면상에서 바라본 정면도.
도 8은 도 4에 도시된 버스바 조립체, 셀 적층체 및 실링보호부재를 도시한 사시도.
도 9는 도 8의 I-I' 선에 따른 단면도.
도 10은 도 9의 변형예를 도시한 단면도.
도 11은 도 6에 도시된 실링보호부재의 변형예를 도시한 사시도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 실링보호부재가 셀 적층체에 결합된 상태를 도시한 사시도.
도 13은 도 12의 II-II' 선에 따른 단면도.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 실링보호부재가 셀 적층체에 결합된 상태를 도시한 사시도.
도 15는 도 14의 III-III' 선에 따른 단면도.
도 16은 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 분해 사시도
도 17은 도 16의 IV-IV' 선에 따른 단면도.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
먼저, 도 3 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 배터리 모듈(100)의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 파우치형 배터리 셀(120)의 사시도이고, 도 6은 도 4에 도시된 셀 적층체(110)와 실링보호부재(130) 사이의 결합관계를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 셀 적층체(110)와 실링보호부재(130)가 결합된 상태에서 셀 적층체(110)의 길이방향에 수직한 평면상에서 바라본 정면도이다. 또한, 도 8은 도 4에 도시된 버스바 조립체(130), 셀 적층체(110) 및 실링보호부재(130)를 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 I-I' 선에 따른 단면도이고, 도 10은 도 9의 변형예를 도시한 단면도이며, 도 11은 도 6에 도시된 실링보호부재(130)의 변형예를 도시한 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은 복수의 파우치형 배터리 셀(120)이 적층되어 형성된 셀 적층체(110)와, 셀 적층체(110)를 내부에 수용하는 모듈 하우징(150)과, 전기 전도성의 버스바(141)를 갖는 버스바 조립체(140)와, 이웃하는 배터리 셀(120)의 실링부(123) 사이에 각각 위치하는 실링보호부재(130)를 포함할 수 있다.
먼저, 셀 적층체(110)는 배터리 셀(120)이 복수 개 적층되어 구성된다. 본 실시예에서 배터리 셀(120)은 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층된다. 그러나 필요에 따라 배터리 셀(120)을 상하 방향으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.
각각의 배터리 셀(120)은 파우치(외장재)(121) 내에 전극조립체(미도시)가 수용된 파우치형(pouch type) 이차전지, 즉 파우치형 배터리 셀로 구성될 수 있다. 파우치형 배터리 셀(120)은 내부에 전극조립체를 수용하는 전극수용부(122)와, 전극수용부(122)의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부(123)와, 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극리드(126)를 각각 포함할 수 있다.
전극조립체(미도시)는 다수의 전극판 및 전극탭을 구비하며 파우치(121) 내에 수납된다. 여기서, 전극판은 양극판과 음극판으로 구성되며, 전극조립체는 양극판과 음극판의 넓은 면이 서로 마주보도록 한 상태에서 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 구성될 수 있다. 양극판과 음극판은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 또한 전극조립체는 다수의 양극판과 다수의 음극판이 좌우 방향(또는 수평 방향)으로 적층될 수 있다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극탭이 구비되며, 각각의 전극탭은 서로 동일한 극성끼리 접촉하도록 전극리드(126)에 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 배터리 셀(120)의 경우 2개의 전극리드(126)가 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 동일한 방향을 향하되 서로 높이를 달리 하여 배치되는 것도 가능하다.
그리고, 파우치(121)는 용기 형태로 형성되어 전극조립체 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 파우치(121)는 전극수용부(122)와 실링부(123)로 구분될 수 있다. 전극수용부(122)는 용기 형태로 형성되며 전극조립체 및 전해액이 수용되는 일정한 형상의 내부 공간을 제공한다. 실링부(123)는 파우치(121)의 일부분이 접합되어 형성되며, 전극수용부(122)의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 부분이다. 따라서 실링부(123)는 용기 형태로 형성되는 전극수용부(122)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성되며, 전극수용부(122)의 외곽을 따라 배치된다. 실링부(123) 형성을 위한 파우치(121)의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
전극조립체의 전극리드(126)는 일부가 실링부(123)의 외부로 노출될 수 있다. 본 실시예에서 실링부(123)는 전극리드(126)가 배치되는 제1 실링부(124)와, 전극리드(126)가 배치되지 않는 제2 실링부(125)로 구분될 수 있다. 이때, 전극리드(126)가 인출되는 위치에서 제1 실링부(124)의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보할 수 있도록 전극리드(126)는 절연부(127)에 의해 덮인 상태를 가질 수 있다.
또한, 도 9 및 도 10을 참조하면, 절연부(127) 또는 전극리드(126)에는 굴곡을 갖는 벤딩부가 형성될 수 있다. 이러한 벤딩부는 용접을 통해 전극리드(126)가 버스바(141)와 결합한 상태에서 외부 진동 또는 충격이 발생한 경우에 충격을 흡수할 수 있다. 따라서, 벤딩부는 전극리드(126)와 버스바(141) 간의 결합 상태의 손상 또는 전극리드(126) 자체의 손상을 최소화할 수 있다.
본 실시예에서 파우치(121)는 한 장의 외장재를 포밍(forming)하여 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 한 장의 외장재에 하나 또는 두 개의 수납부를 포밍하여 형성한 후, 수납부가 하나의 공간{즉 전극수용부(122)}을 형성하도록 외장재를 접어 파우치(121)를 완성할 수 있다.
본 실시예에서 전극수용부(122)는 사각 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 전극수용부(122)의 외곽에는 외장재가 접합되어 형성되는 실링부(123)가 구비된다. 그러나 상기한 바와 같이, 외장재가 접히는 면에는 실링부(123)를 형성할 필요가 없다. 따라서 본 실시예에서 실링부(123)는 전극수용부(122)의 외곽에 형성되되, 전극수용부(122)의 4면 중 3면에만 구비되며, 전극수용부(122)의 외곽 중 어느 한 면(도 5에서 하부면)에는 실링부(123)가 배치되지 않을 수 있다.
본 실시예에서 전극리드(126)는 서로 반대 방향을 향하도록 배치되므로, 2개의 전극리드(126)는 서로 다른 변에 형성된 실링부(123)에 배치된다. 따라서, 본 실시예의 실링부(123)는 전극리드(126)가 배치되는 2개의 제1 실링부(124), 그리고 전극리드(126)가 배치되지 않는 1개의 제2 실링부(125)로 구성된다. 도 5에서는 제2 실링부(125)가 파우치(121)의 상면에 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 제2 실링부(125)는 파우치(121)의 하면에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예의 배터리 셀(120)은 실링부(123)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(123)의 면적을 최소화하기 위해, 실링부(123)는 적어도 한 번 접힌 형태로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 실링부(123) 중 전극리드(126)가 배치되지 않는 제2 실링부(125)는 2회 접힌 후 접착 부재(AD)에 의해 고정되어 절곡부(125a)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 실링부(125)는 제1 절곡선(C1)을 따라 180° 접힌 후, 제2 절곡선(C2)을 따라 접힐 수 있다. 이때, 제2 실링부(125)의 내부에는 접착 부재(AD)가 충진될 수 있으며, 제2 실링부(125)는 접착 부재(AD)에 의해 2회 접힌 형상이 유지될 수 있다. 접착 부재(AD)는 열전도도가 높은 접착제로 형성될 수 있다. 예컨대 접착 부재(AD)는 에폭시나 실리콘으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(120)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 배터리 셀(120)은 도 5에 도시된 한 장의 외장재를 접어 3면에 실링부(123)가 형성되는 3면 실링 구조를 갖는 파우치형 이차전지에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 배터리 셀(120)은 2장의 외장재를 겹쳐 전극수용부(122)를 형성하고, 전극수용부(122) 둘레의 4면 모두에 실링부(123)가 형성되는 파우치형 이차전지로 구성되는 것도 가능하다. 4면 실링 구조의 경우 실링부(123)는 전극리드(126)가 배치되는 2개의 제1 실링부(124), 그리고 전극리드(126)가 배치되지 않는 2개의 제2 실링부(125)로 구성될 수 있다. 이때, 2개의 제2 실링부(125)에는 밀봉도 향상을 위하여 각각 절곡부(125a)가 형성될 수 있다.
한편, 셀 적층체(110)의 형상을 유지하기 위하여 이웃하는 배터리 셀(120)은 양면테이프(미도시)에 의해 서로 부착될 수 있다. 양면테이프는 배터리 셀(120)의 측면(넓은 면)에 부착되어 복수의 배터리 셀(120)을 상호 고정하게 된다.
또한, 셀 적층체(110)에는 적어도 하나의 완충패드(도 10의 115)가 배치될 수 있다. 완충패드(215)는 배터리 셀(120)과 모듈 하우징(150)의 측벽부 사이에 배치될 수 있으며, 배터리 셀(120) 사이에도 배치될 수 있다. 이러한 완충패드(115)는 특정 배터리 셀(100)이 스웰링(swelling) 현상에 의해 팽창하는 경우 압축되며 탄성 변형될 수 있으므로, 셀 적층체(110)의 전체의 부피가 팽창하는 것을 억제할 수 있다. 이를 위해 완충패드(115)는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으나 그 재질은 이에 한정되는 것은 아니다.
모듈 하우징(150)은 배터리 모듈(100)의 외관을 형성하며 셀 적층체(110)를 내부에 수용한다. 즉, 모듈 하우징(150)은 셀 적층체(110)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀(120)을 보호한다.
모듈 하우징(150)은 일 예로서 일측이 개방된 단면 형상을 갖는 하우징 몸체(151)와, 하우징 몸체(151)와 합형되어 내부공간을 형성하는 하우징 커버(155)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 모듈 하우징(150)은 하우징 몸체(151)와 하우징 커버(155)에 의해 형성된 내부공간을 덮도록 모듈 하우징(150)의 길이방향 전면과 후면에 엔드 플레이트(156)가 결합되는 구조를 가질 수 있다.
이러한 모듈 하우징(150)의 내부공간에는 셀 적층체(110)가 배치될 수 있다. 모듈 하우징(150)을 구성하는 적어도 일면은 배터리 셀(120)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열 플레이트로서 기능할 수 있다.
하우징 몸체(151)는 일측이 개방된 U형 단면을 형성하기 위하여, 셀 적층체(110)의 하부를 지지하는 하부 플레이트(152)와, 하부 플레이트(152)의 양단에서 상하방향(도 4에서 상측)으로 연장되며 셀 적층체(110)의 측면을 지지하는 측면 플레이트(153)를 포함할 수 있다.
이때, 하우징 몸체(151)는 하부 플레이트(152)와 측면 플레이트(153)가 일체형으로 이루어지는 구조를 가질 수 있다. 또한, 하우징 몸체(151)는 길이방향을 따라 일정한 단면 형상을 가질 수 있으며, 이 경우 하우징 몸체(151)는 압출공정에 의해 제조될 수 있다. 다만, 필요에 따라 측면 플레이트(153)와 하부 플레이트(152)를 독립적인 구성 요소들로 구성한 후 결합/접합하여 하우징 몸체(151)를 구성하는 것도 가능하다.
측면 플레이트(153)는 좌우방향으로 적층 배치된 셀 적층체(110)의 측면(넓은 면)에 대응하여 셀 적층체(110)의 측면을 지지한다. 이때, 배터리 셀(120)의 측면은 측면 플레이트(153)와 직접 접촉할 수도 있으나, 측면 플레이트(153)와 셀 적층체(110)의 측면 사이에 방열 패드나 완충 패드(도 10의 115)가 개재되는 것도 가능하다.
또한, 하우징 커버(155)는 하부 플레이트(152)와 대향하여 배치되며 측면 플레이트(153)의 상측 단부와 연결될 수 있다. 따라서 하우징 커버(155)가 측면 플레이트(153)를 덮는 형태로 하우징 몸체(151)에 결합되면, 하우징 커버(155)와 하우징 몸체(151)는 내부가 빈 관형 부재의 형상을 갖는다.
하우징 몸체(151)는 금속과 같이 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하우징 몸체(151)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 하우징 몸체(151)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 금속과 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다. 또한, 하우징 커버(155)는 하우징 몸체(151)와 마찬가지로 금속과 같이 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 일 예로서, 하우징 커버(155)는 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 그러나 하우징 커버(155)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 금속과 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
그리고, 하우징 몸체(151)와 하우징 커버(155)의 결합은 측면 플레이트(153)와 하우징 커버(155)의 접촉면을 용접(예를 들어, 레이저 용접 등)함으로써 수행될 수 있다. 다만, 하우징 몸체(151)와 하우징 커버(155)의 결합은 전술한 용접 결합에 한정되는 것은 아니며, 슬라이딩 방식이나 본딩으로 결합하거나, 볼트나 나사 등의 고정 부재를 이용하여 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 엔드 플레이트(156)는 배터리 셀(120)의 전극리드(126)가 배치되는 양 측면, 즉 모듈 하우징(150)의 길이방향 전면과 후면에 각각 결합되어 모듈 하우징(150)의 개방된 전면과 후면을 덮도록 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(156)는 하우징 몸체(151)와 하우징 커버(155)에 결합되어 하우징 몸체(151), 하우징 커버(155)와 함께 배터리 모듈(100)의 외관을 형성한다.
엔드 플레이트(156)는 알루미늄과 같은 금속으로 형성될 수 있으며 다이캐스팅이나 압출/프레스 등의 공정으로 제작 가능하다. 또한, 엔드 플레이트(156)는 후술하는 버스바 조립체(140)의 접속 단자(144)를 외부로 노출시키기 위한 관통 구멍(156a)을 구비할 수 있다. 엔드 플레이트(156)는 나사나 볼트와 같은 고정 부재를 통해 하우징 몸체(151) 및 하우징 커버(155)에 결합될 수 있다. 그러나, 엔드 플레이트(156)의 결합방식은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4, 8 내지 10을 참조하면, 엔드 플레이트(156)와 셀 적층체(110) 사이에는 버스바 조립체(140)가 개재될 수 있다. 버스바 조립체(140)는 배터리 셀(120)의 전극리드(126)와 전기적으로 연결되는 전기 전도성의 버스바(141)와 전기 절연성의 지지 플레이트(145)를 구비할 수 있다.
버스바 조립체(140)는 배터리 셀(120)의 전극리드(126)가 배치된 일면 또는 양면에 결합된다. 전극리드(126)는 버스바 조립체(140)의 몸체를 관통하여 버스바 조립체(140)의 외측에서 버스바(141)에 의해 동일한 극성끼리 상호 연결된다. 이를 위해 버스바 조립체(140)에는 전극리드(126)가 관통하여 결합하는 결합홀(143)이 형성될 수 있다. 전극리드(126)와 버스바(141) 사이의 결합은 전극리드(126)가 결합홀(143)을 관통한 상태, 즉 전극리드(126)가 버스바(141)의 외측으로 돌출되도록 한 상태에서 용접에 의해 수행될 수 있다.
또한, 버스바 조립체(140)에는 외부와의 전기적 연결을 위한 접속 단자(144)가 구비될 수 있다. 따라서 배터리 셀(120)은 접속 단자(144)를 통해 외부와 전기적으로 연결되며, 이를 위해 전극리드(126)는 버스바 조립체(140)에 구비되는 회로 배선(미도시)을 통해 접속 단자(144)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 회로 배선은 동 재질로 구성된 버스바(141)를 통해 모듈의 직렬/병렬 연결에 따른 전기적 연결을 수행할 수 있다. 접속 단자(144)는 도 4에 도시된 바와 같이 엔드 플레이트(156)에 형성된 관통구멍(156a)을 통해 외부로 노출된다. 따라서 엔드 플레이트(156)의 관통구멍(156a)은 접속 단자(144)의 크기와 형상에 대응하는 크기로 형성될 수 있다.
지지 플레이트(145)는 전극수용부(122)와 전기 전도성의 버스바(141) 사이에 배치되어 버스바(141)를 지지하며 전극리드(126)가 관통하도록 형성된다. 즉, 전극리드(126)는 지지 플레이트(145)를 관통한 후 버스바(141)에 형성된 결합홀(143)에 연결될 수 있다. 지지 플레이트(145)에는 버스바(141)의 측면을 지지하는 구획돌기(147)가 형성될 수 있다.
실링보호부재(130)는 이웃하는 배터리 셀(120)의 실링부(123) 사이에 각각 위치하며, 실링보호부재(130)와 접촉하도록 배치된다. 배터리 셀(120)의 실링부(123)는 일측과 타측이 각각 실링보호부재(130)와 접촉하게 된다. 즉, 셀 적층체(110)를 구성하는 복수의 배터리 셀(120)에서 각각의 실링부(123) 사이에는 실링보호부재(130)가 접촉하도록 구성될 수 있다. 따라서, 실링보호부재(130)에 의해 배터리 셀(120)의 내부 압력에 의해 실링부(123)의 융착(밀봉) 부분이 벌어지는 현상을 방지하여 실링부(123)의 밀봉이 해제되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 실링보호부재(130)는 이웃하는 배터리 셀(120)의 실링부(123) 사이에서 실링부(123)와 밀착하도록 배치될 수 있다. 실링보호부재(130)가 실링부(123)와 밀착하는 경우 실링보호부재(130)가 배터리 셀(120)의 실링부(123) 사이에서 실링부(123)와 접촉하는 경우에 비해 실링부(123)의 변형을 보다 확실히 제한할 수 있다.
전술한 바와 같이, 실링부(123)는 전극리드(126)가 외부로 노출되는 영역에 형성된 제1 실링부(124)와, 전극리드(126)가 외부로 노출되지 않는 영역에 형성된 제2 실링부(125)를 포함할 수 있다. 이때, 실링보호부재(130)는 제1 실링부(124)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 실링부(124)가 배터리 셀(120)의 폭방향(길이방향) 양측 측부에 형성되는 경우 실링보호부재(130)는 배터리 셀(120)의 폭방향(길이방향) 양측에서 실링부(123)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 실링보호부재(130)는 전극리드(126)가 외부로 노출되는 제1 실링부(124)와 접촉함으로써 배터리 셀(120)의 내부에서 발생하는 압력에 의해 실링부(123)에 변형이나 밀봉 해제가 되는 현상을 방지하고, 이에 따라 배터리 셀(120)의 밀봉을 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
특히, 제2 실링부(125)는 밀봉도 향상을 위하여 적어도 1번 절곡된 절곡부(125a)를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 3면 실링구조의 경우에는 배터리 셀(120)의 상부와 하부 중 어느 하나에 제2 실링부(125)가 형성되고 제2 실링부(125)에 절곡부(125a)를 형성할 수 있다. 반면에, 제1 실링부(124)는 전극리드(126)로 인하여 절곡부(125a)를 형성할 수 없으므로 상대적으로 밀봉유지에 어려움이 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면 제1 실링부(124)의 양측이 실링보호부재(130)와 접촉하도록 함으로써 제1 실링부(124)의 밀봉도 향상에 기여할 수 있다.
실링보호부재(130)는 배터리 셀(120)의 외부에서 절곡부(125a)가 형성되지 않은 부분을 통해 이웃하는 배터리 셀(120)의 실링부(123) 사이로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 실링부(125) 및 절곡부(125a)가 배터리 셀(120)의 상부에 형성되는 경우 실링보호부재(130)를 배터리 셀(120)의 하부방향에서 상측으로 이동하여 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124) 사이에 배치되도록 구성되거나, 셀 적층체(110)를 하측으로 이동하여 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124) 사이에 실링보호부재(130)가 위치하도록 할 수 있다. 또한, 실링보호부재(130)가 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124) 사이에서 밀착되도록 하기 위하여 실링보호부재(130)는 이웃하는 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124) 사이에 억지끼움될 수 있다.
복수 개의 실링보호부재(130)를 제1 실링부(124) 사이에 한꺼번에 배치하기 위하여 실링보호부재(130)는 지그(미도시)에 의해 고정되거나 지그와 함께 이동하도록 구성될 수 있다. 또한, 복수 개의 실링보호부재(130)의 위치 고정방법은 지그를 사용한 방법뿐만 아니라 점착 테이프 등을 이용한 다양한 방법을 이용할 수 있다.
한편, 배터리 셀(120)과 실링보호부재(130)를 하나씩 차례로 적층하는 방법을 사용하여 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124) 사이에 실링보호부재(130)가 위치하도록 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 4면 실링구조의 경우에는 배터리 셀(120)의 상부와 하부에 각각 제2 실링부(125)가 형성되고 각각의 제2 실링부(125)에 절곡부(125a)가 형성되므로 실링보호부재(130)의 상하방향으로 이동하는 경우 절곡부(125a)와 간섭이 발생하게 된다. 이 경우 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 실링보호부재(130)를 제1 실링부(124) 사이 사이에 한꺼번에 장착할 수 없으므로 배터리 셀(120)과 실링보호부재(130)를 하나씩 적층하는 방법을 사용할 수도 있다.
또한, 도 8 등에 도시된 바와 같이, 실링보호부재(130) 중에서 셀 적층체(110)의 두께 방향 최외측에도 실링보호부재(130)가 배치되며, 최외측의 실링보호부재(130)는 버스바 조립체(140)의 내부면, 즉 지지 플레이트(145)의 내부면에 의해 지지될 수 있다. 이를 위하여 지지 플레이트(145)의 양측 단부에는 최외측 실링보호부재(130)를 수용 및 지지할 수 있는 구조가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 9 및 도 10의 단면에서 지지 플레이트(145)의 좌우 양측 단부는 최외측 실링보호부재(130)를 지지할 수 있도록 실링보호부재(130) 측으로 연장된 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 이웃하는 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124) 사이, 그리고 최외측 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124)와 버스바 조립체(140)의 내부면 사이에 각각 실링보호부재(130)가 접촉하므로 모든 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124)가 양측에서 실링보호부재(130)와 접촉할 수 있다. 즉, 셀 적층체(110)를 구성하는 배터리 셀(120)의 개수를 n개라고 할 때 실링보호부재(130)의 개수는 n+1개로 구성될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124)와 실링보호부재(130)가 버스바 조립체(140)에 결합된 상태에서 일체로 연결되는 형상을 갖는다. 즉, 제1 실링부(124) 사이의 공간을 실링보호부재(130)가 채우는 구조를 갖는다. 따라서, 어느 하나의 배터리 셀(120)에서 제1 실링부(124)가 벌어지려는 변형이 발생하는 경우 변형이 발생하려는 제1 실링부(124)와 직접 접촉하는 실링보호부재(130)뿐만 아니라 이웃하는 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124)와 접촉하는 실링보호부재(130) 등에 의해서도 변형이 제한될 수 있다. 즉, 제1 실링부(124) 사이의 공간이 채워지므로 일체화된 구조와 유사한 형상을 갖게 되고, 이에 따라 제1 실링부(124)의 밀봉이 해제되는 현상을 최소화할 수 있다.
다만, 최외측의 실링보호부재(130)가 지지되는 대상은 버스바 조립체(140)에 한정되는 것은 아니다. 즉, 최외측의 실링보호부재(130)는 모듈 하우징(150)의 내부면, 즉 측면 플레이트(153)의 내부면에 의해 지지되는 것도 가능하며, 이 경우에도 제1 실링부(124)와 실링보호부재(130)가 모듈 하우징(150) 내부에서 일체로 연결되는 형상을 가질 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면 셀 적층체(110)에 실링보호부재(130)가 설치된 상태에서 셀 적층체(110)와 버스바 조립체(140)의 결합이 이루어진다. 이때, 실링보호부재(130)가 실링부(123)를 지지하는 역할을 수행한다. 따라서, 실링보호부재(130)는 셀 적층체(110)를 버스바 조립체(140)에 연결할 때 실링부(123)가 밀려서 변형되는 현상을 제한할 수 있다. 즉, 전극리드(126)가 지지 플레이트(145)의 삽입홀(146)을 통과하여 버스바(141)의 결합홀(143)에 결합되는 과정에서 실링부(123)에 외력이 작용하여 실링부(123)가 전극수용부(122) 측으로 밀려 벤딩되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 실링보호부재(130)는 배터리 셀(120)의 상하방향으로 연장된 몸체부(131)와, 제1 실링부(124)와 접촉하는 접촉부(132)를 포함할 수 있다.
접촉부(132)는 일정한 폭(SW)과 높이(SH)를 가지며 폭(SW)과 높이(SH)의 곱에 해당하는 면적에서 제1 실링부(124)와 접촉하게 된다. 접촉부(132)의 폭(SW)은 배터리 셀(120)의 상하방향에 수직한 단면(도 9 및 도 10 참조)에서 제1 실링부(124)와 접촉하는 폭에 대응한다. 접촉부(132)의 높이(SH)는 배터리 셀(120)의 폭방향(길이방향)에 수직한 단면(도 7에 대응하는 단면)에서 접촉부(132)가 제1 실링부(124)와 접촉하는 높이에 대응한다.
이때, 접촉부(132)의 폭(SW)은 배터리 셀(120)의 폭방향(길이방향)을 기준으로 3mm 이상의 값을 갖고 제1 실링부(124)의 폭(W)보다 작은 값을 가질 수 있다. 접촉부(132)의 폭(SW)이 3mm보다 작은 경우에는 접촉부(132)와 제1 실링부(124) 사이의 접촉 또는 밀착되는 부분의 폭이 짧아 배터리 셀(120)의 내압이 큰 경우 제1 실링부(124)의 밀봉해제를 충분히 방지할 수 없게 된다. 또한, 접촉부(132)의 폭(SW)이 제1 실링부(124)의 폭(W) 이상의 값을 갖는 경우 실링보호부재(130)의 설치를 위해 많은 공간이 필요하게 되므로, 실링보호부재(130)의 설치를 통해 제1 실링부(124)의 폭(W)을 작게 하고자 하는 목적에 역행하게 된다.
접촉부(132)의 높이(SH)는 제1 실링부(124)의 높이의 50% 이상의 값을 갖고 제1 실링부(124)의 전체 높이보다 작은 값을 가질 수 있다. 즉, 접촉부(132)는 제1 실링부(124)의 변형방지를 위하여 제1 실링부(124)의 상당부분과 접촉하도록 구성될 수 있다. 이때, 제1 실링부(124)의 높이는 제2 실링부(125)에 절곡부(125a)가 형성된 상태에서 제1 실링부(124)의 하단으로부터 절곡부(125a)까지의 높이로 정의할 수 있다. 만약 접촉부(132)의 높이(SH)가 제1 실링부(124)의 높이의 50%보다 작으면 제1 실링부(124)가 실링보호부재(130)와 접촉하지 않은 부분에서 변형되어 밀봉이 해제되는 문제가 있다. 또한, 접촉부(132)의 높이(SH)는 제1 실링부(124)의 전체 높이 이상인 경우 실링보호부재(130)가 필요 이상으로 길어져 모듈 하우징(150) 내부에서 공간 손실이 발생하게 된다. 일 예로서, 접촉부(132)와 제1 실링부(124) 사이의 접촉면적을 증가시키기 위하여 접촉부(132)의 높이(SH)는 제1 실링부(124)의 높이의 80% 이상(바람직하게는 90% 이상)의 충분한 높이를 가질 수 있다.
또한, 전극리드(126)는 제1 실링부(124)를 통하여 외부로 노출되므로 전극리드(126)가 외부로 노출되는 부분에서 제1 실링부(124)의 밀봉성능이 저하될 수 있다. 이를 감안하여 실링보호부재(130)는 제1 실링부(124) 중에서 전극리드(126)가 노출되는 부분에 대응하는 영역을 포함하는 영역에 배치될 수 있다.
한편, 실링보호부재(130)는 전극리드(126)가 외부로 노출되는 제1 실링부(124)에 설치되므로 절연성능 확보를 위하여 적어도 외부면이 플라스틱 등의 절연재질로 이루어지거나 절연코팅되는 구성을 가질 수 있다. 즉, 실링보호부재(130)는 전체가 절연재질로 이루어지거나 적어도 제1 실링부(124)와 접촉하는 부분이 절연되도록 구성될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 실링보호부재(130)는 이웃하는 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124) 사이의 간격에 대응하는 두께(ST, ST')를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 실링부(124) 사이의 간격이 일정한 경우 실링보호부재(130)의 두께(ST)는 일정한 값을 가질 수 있다. 한편, 도 10에 도시된 바와 같이 배터리 셀(120) 사이에 완충패드(115)가 배치되는 경우 실링보호부재(130)는 완충패드(115)가 배치된 부분의 두께(ST')와 완충패드(115)가 배치되지 않은 부분의 두께(ST)가 서로 다르도록 구성될 수 있다. 또한, 셀 적층체(110)의 최외곽 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124)와 버스바 조립체(140)의 내부면 사이, 또는 제1 실링부(124)와 모듈 하우징(150)의 내부면 사이에 설치되는 실링보호부재(130)의 경우에도 최외곽 배터리 셀(120)의 제1 실링부(124)와 상대 부품 사이의 간격에 대응하는 두께를 가질 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 실링보호부재(130)는 몸체부(131)에 배터리 셀(120)의 실링부(123)가 삽입되도록 몸체부(131)의 일측으로부터 상하방향으로 복수의 삽입홈(136)이 형성되는 구조를 갖는다. 이때, 몸체부(131)의 일측은 삽입홈(136)에 의해 분할된 구조를 가지고, 타측은 연결부(137)에 의해 일체로 연결된 구조를 가질 수 있다. 이와 같이, 실링부(123) 사이에 배치되는 각각의 실링보호부재(130)가 일체화된 경우 셀 적층체(110)를 구성하는 복수의 배터리 셀(120) 사이에 실링보호부재(130)를 한꺼번에 쉽게 설치할 수 있어 조립 작업성이 개선된다는 이점이 있다.
다음으로, 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 실링보호부재(130)에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 실링보호부재(130)가 셀 적층체(110)에 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 13은 도 12의 II-II' 선에 따른 단면도이다.
도 12 및 도 13에 도시된 실링보호부재(130)는 배터리 셀(120)의 상하방향으로 연장된 몸체부(131)와, 몸체부(131)의 두께방향 양단에서 실링부(123)와 접촉하는 접촉부(132)를 포함한다는 점에서는 도 3 내지 도 11을 통하여 설명한 실링보호부재(130)와 동일하다. 따라서, 불필요한 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략하고 전술한 기재로 갈음하기로 한다.
도 12 및 도 13에 도시된 실링보호부재(130)의 접촉부(132)는 배터리 셀(120)의 폭방향(길이방향)을 따라 이격된 2개 이상의 부분으로 구성되어 제1 실링부(124)와 2개 이상의 부분에서 접촉하도록 구성될 수 있다. 즉, 몸체부(131)에는 상하방향으로 함몰부(133)가 형성되며 함몰부(133)의 양측으로 접촉부(132)가 형성된다.
이와 같이, 실링보호부재(130)의 접촉부(132)가 2개 이상의 접촉면으로 이루어지는 경우 접촉부(132)가 실링부(123)와 2중으로 또는 그 이상으로 접촉하게 된다. 따라서, 어느 하나의 접촉면에서 접촉이 해제되는 경우라 하더라도 나머지 접촉면을 통하여 접촉을 유지할 수 있으므로, 실링부(123)의 밀봉 해제를 중첩적으로 방지할 수 있게 된다.
다음으로, 도 14 및 도 15를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 실링보호부재(130)에 대해 설명한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 실링보호부재(130)가 셀 적층체(110)에 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 15는 도 14의 III-III' 선에 따른 단면도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 실링보호부재(130)는 배터리 셀(120)의 상하방향으로 연장된 몸체부(131)와, 몸체부(131)의 두께방향 양단에서 실링부(123)와 접촉하는 접촉부(132)를 포함한다는 점에서는 도 3 내지 도 11을 통하여 설명한 실링보호부재(130)와 동일하다. 따라서, 불필요한 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략하고 전술한 기재로 갈음하기로 한다.
도 14 및 도 15에 도시된 실링보호부재(130)는 몸체부(131)에 상하방향으로 몸체부(131)보다 강성이 큰 삽입부재(135)가 삽입되는 구성을 갖는다. 삽입부재(135)는 몸체부(131)에 형성된 구멍에 삽입되는 구조를 갖거나, 인서트 몰딩에 의해 몸체부(131)와 함께 일체로 성형되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 몸체부(131)는 플라스틱과 같은 절연재질로 이루어지고 삽입부재(135)는 플라스틱보다 강성이 큰 금속재질로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 몸체부(131)에 삽입부재(135)를 설치하는 경우 실링보호부재(130)가 보다 큰 강성을 갖게 되어 실링부(123)의 변형에 충분히 저항할 수 있게 된다.
마지막으로, 도 16 및 도 17을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈(100')에 대해 설명한다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 17은 도 16의 IV-IV' 선에 따른 단면도이다.
도 16에 도시된 배터리 모듈(100')은 도 3 내지 도 11을 참조하여 설명한 배터리 모듈(100)과 마찬가지로, 복수의 파우치형 배터리 셀(120)이 적층되어 형성된 셀 적층체(110)와, 셀 적층체(110)를 내부에 수용하는 모듈 하우징(150)과, 전기 전도성의 버스바(141)를 갖는 버스바 조립체(140')와, 이웃하는 배터리 셀(120)의 실링부(123) 사이에 각각 위치하는 실링보호부재(130)를 포함할 수 있다.
다만, 도 16에 도시된 배터리 모듈(100')은 실링보호부재(130)가 버스바 조립체(140')에 일체로 형성된다는 점에서만 차이가 있다. 따라서, 도 3 내지 도 11을 참조하여 설명한 배터리 모듈(100)과 동일 내지 유사한 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략하고 전술한 기재로 갈음하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
도 17을 참조하면, 버스바 조립체(140')는 전극리드(126)가 관통하여 결합하는 결합홀(143)이 형성 전기 전도성의 버스바(141)와, 전극수용부(122)와 버스바(141) 사이에 배치되어 버스바(141)를 지지하며 전극리드(126)가 관통하는 삽입홀(146)이 형성된 전기 절연성의 지지 플레이트(145')를 포함한다.
이때, 실링보호부재(130)는 지지 플레이트(145')와 일체로 형성될 수 있다. 이와 같이, 실링보호부재(130)가 지지 플레이트(145')와 일체로 형성되는 경우 셀 적층체(110)의 실링부(123) 사이 사이에 실링보호부재(130)를 설치하는 공정을 생략할 수 있으므로 배터리 모듈(100')의 조립 작업성이 개선될 수 있다.
또한, 실링보호부재(130)와 지지 플레이트(145')가 일체로 형성되는 경우 버스바 조립체(140')와 셀 적층체(110)는 배터리 셀(120)의 폭방향(길이방향)으로 상대 이동하여 버스바(141)와 전극리드(126) 사이의 결합이 이루어질 수 있다. 도 17을 참조하면, 배터리 셀(120)의 전극리드(126)와 제1 실링부(124)는 실링보호부재(130)의 접촉부(132) 사이의 공간 및 지지 플레이트(145')의 삽입홀(146)을 통과한 후 버스바(141)의 결합홀(143)에 결합되는 구조를 갖는다. 이때, 전극리드(126)는 실링보호부재(130)의 접촉부(132) 사이의 공간을 통과할 수 있도록 도 17에 도시된 바와 같이 끝단이 절곡되지 않은 일자 형상을 가질 수 있다.
도 16 및 도 17에 도시된 실링보호부재(130)는 지지 플레이트(145')와 일체로 형성되므로 외부에서 충격이나 진동이 발생하는 경우 버스바 조립체(140')와 일체로 거동하게 된다. 또한, 실링보호부재(130)는 실링부(123)와 접촉하는 구조를 가지므로 결합홀(143)에 결합된 전극리드(126)와 버스바(141) 사이의 상대이동을 제한하게 된다. 즉, 셀 적층체(110)에 충격이나 진동에 의한 외력이 발생하더라도 이러한 외력은 실링부(123)와 접촉하는 접촉부(132)에 의해 전극리드(126)로의 전파가 제한된다. 따라서, 도 16 및 도 17에 도시된 실시예의 경우에는 절연부(127) 또는 전극리드(126)에 굴곡을 갖는 벤딩부를 형성하지 않더라도 충격이나 진동이 발생하더라도 전극리드(126)와 결합홀(143) 사이의 결합력이 저하되는 현상을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 절연부(127) 또는 전극리드(126)에 벤딩부를 형성하는 공정이 필요하지 않으므로 작업성을 개선할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 실링보호부재(130)를 실링부(123)와 접촉하도록 구성함으로써 배터리 셀(120)의 실링부(123)의 폭을 감소시키면서도 배터리 셀(120)의 밀봉을 유지하고 배터리 셀(120) 내부의 압력에 저항할 수 있게 된다. 또한, 실링부(123)의 폭을 감소시킬 수 있으므로 동일한 크기를 갖는 모듈 하우징(150)의 내부공간에 배치되는 전극조립체의 부피를 증가시킬 수 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면 모듈 하우징(150)의 내부공간을 효과적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 모듈(100, 100')의 에너지 밀도를 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 특히, 도 12 내지 도 17을 통하여 설명한 실시예는 도 3 내지 도 11을 통하여 설명한 실시예의 적어도 일부의 구성과 서로 조합된 형태로 실시될 수 있다.
100, 100'... 배터리 모듈 110... 셀 적층체
115... 완충패드 120... 배터리 셀
121... 파우치 122... 전극수용부
123... 실링부 124... 제1 실링부
125... 제2 실링부 125a... 절곡부
126... 전극리드 127... 절연부
130... 실링보호부재 131... 몸체부
132... 접촉부 133... 함몰부
135... 삽입부재 136... 삽입홈
137... 연결부 140, 140'... 버스바 조립체
141... 버스바 143... 결합홀
144... 접속단자 145, 145'... 지지 플레이트
146... 삽입홀 150... 모듈 하우징
151... 하우징 몸체 152... 하부 플레이트
153... 측면 플레이트 155... 하우징 커버
156... 엔드 플레이트 156a... 관통구멍
AD... 접착부재 C1... 제1 절곡선
C2... 제2 절곡선 SH... 실링보호부재의 높이
ST... 실링보호부재의 두께 SW... 실링보호부재의 폭
W... 실링부의 폭

Claims (19)

  1. 내부에 전극조립체를 수용하는 전극수용부와, 상기 전극수용부의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하는 실링부와, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극리드를 각각 포함하는 파우치형 배터리 셀이 복수 개 적층되어 형성된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체를 내부에 수용하는 모듈 하우징;
    상기 전극리드와 전기적으로 연결되는 전기 전도성의 버스바를 갖는 버스바 조립체; 및
    이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이에 각각 위치하는 실링보호부재;
    를 포함하며,
    상기 실링보호부재는 상기 실링부와 접촉하도록 배치되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 전극리드가 외부로 노출되는 영역에 형성된 제1 실링부와, 상기 전극리드가 외부로 노출되지 않는 영역에 형성된 제2 실링부를 포함하며,
    상기 실링보호부재는 상기 제1 실링부와 접촉하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 실링부는 상기 배터리 셀의 폭방향 양측 측부에 형성되며,
    상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 폭방향 양측에 위치하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 실링부는 상기 배터리 셀의 상부와 하부 중 적어도 하나에 형성되며, 적어도 1번 절곡된 절곡부를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 실링부는 상기 배터리 셀의 상부와 하부 중 어느 하나에 형성되며, 적어도 1번 절곡된 절곡부를 포함하고,
    상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 외부에서 상기 절곡부가 형성되지 않은 부분을 통해 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이로 삽입되는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 상하방향으로 연장된 몸체부를 포함하며,
    상기 몸체부에는 상기 실링부가 삽입되도록 상기 몸체부의 일측으로부터 상하방향으로 복수의 삽입홈이 형성되며,
    상기 몸체부의 일측은 상기 삽입홈에 의해 분할된 구조를 가지고, 타측은 일체로 연결된 구조를 갖는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 상기 제1 실링부와 접촉하는 접촉부를 포함하며,
    상기 배터리 셀의 상하방향에 수직한 단면에서 상기 접촉부가 상기 제1 실링부와 접촉하는 폭은 상기 배터리 셀의 폭방향을 기준으로 3mm 이상의 값을 갖고 상기 제1 실링부의 폭보다 작은 값을 갖는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 상기 제1 실링부와 접촉하는 접촉부를 포함하며,
    상기 접촉부는 상기 제1 실링부 중에서 상기 전극리드가 외부로 노출되는 부분에 대응하는 영역을 포함하는 영역에 배치되는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 폭방향에 수직한 단면에서 상기 접촉부가 상기 제1 실링부와 접촉하는 높이는 상기 제1 실링부의 높이의 50% 이상의 값을 갖고 상기 제1 실링부의 전체 높이보다 작은 값을 갖는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이에서 상기 실링부와 밀착하도록 배치되는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실링보호부재 중에서 상기 셀 적층체의 두께 방향 최외측에 배치되는 실링보호부재는 상기 버스바 조립체의 내부면 또는 상기 모듈 하우징의 내부면에 의해 지지되는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이에 억지끼움되는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 적어도 외부면이 절연재질로 이루어지거나 절연코팅된 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적층체는 이웃하는 배터리 셀의 전극수용부 사이에 배치되는 완충패드를 포함하며,
    상기 실링보호부재는 이웃하는 배터리 셀의 실링부 사이의 거리에 각각 대응하는 두께를 갖는 배터리 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 상하방향으로 연장된 몸체부와, 상기 몸체부의 두께방향 양단에서 상기 실링부와 접촉하는 접촉부를 포함하며,
    상기 접촉부는 상기 배터리 셀의 폭방향을 따라 이격된 2개 이상의 부분으로 구성되어 상기 실링부와 2개 이상의 부분에서 접촉하는 배터리 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 상기 배터리 셀의 상하방향으로 연장된 몸체부와, 상기 몸체부의 두께방향 양단에서 상기 실링부와 접촉하는 접촉부를 포함하며,
    상기 몸체부에는 상하방향으로 상기 몸체부보다 강성이 큰 삽입부재가 삽입되는 배터리 모듈.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 버스바에는 상기 전극리드가 관통하여 결합하는 결합홀이 형성되며,
    상기 버스바 조립체는 상기 전극수용부와 전기 전도성의 상기 버스바 사이에 배치되어 상기 버스바를 지지하며 상기 전극리드가 관통하는 삽입홀이 형성된 전기 절연성의 지지 플레이트를 추가로 포함하는 배터리 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 실링보호부재는 상기 지지 플레이트와 일체로 형성되는 배터리 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전극리드는 끝단이 절곡되지 않은 일자 형상을 가지며,
    상기 버스바 조립체와 상기 셀 적층체는 상기 배터리 셀의 폭방향으로 상대 이동하여 상기 버스바와 상기 전극리드 사이의 결합이 이루어지는 배터리 모듈.
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