KR102472690B1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저의 투과를 방지하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 바닥면 및 양측면으로 형성되어 상기 전지셀 적층체의 하부면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임, 상기 전지셀 적층체의 상부면을 커버하는 상부 프레임 및 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀과 상기 하부프레임 양측면 사이에 위치하는 패드와 대응하도록 상기 상부 프레임으로부터 돌출 형성된 리브를 포함하고, 상기 리브는 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이로 투과되는 레이저를 차단한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저의 투과를 방지하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 하나의 전지 모듈 내부를 보호하는 프레임을 구성함에 있어서, 부품의 품질 이 향상되고, 공간 활용이 증대되며, 써말레진의 사용량이 감소될 수 있는 U-프레임 구조로 형성된 전지 모듈이 연구되었다.
이러한 U-프레임 구조의 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 바닥면 및 양측면으로 형성되어 전지셀 적층체의 하부면 및 양측면을 커버하는 U자형 구조의 하부 프레임, 전지셀 적층체의 상부면을 커버하는 상부 프레임을 포함하여 구성된다.
도 1은 종래 전지 모듈에서의 상하부 프레임 접촉부의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전지 모듈은, 전지셀(10) 적층체, 바닥면 및 양측면으로 형성되어 전지셀 적층체의 하부면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임(20), 전지셀 적층체의 상부면을 커버하는 상부 프레임(30) 및 최외곽 전지셀과 하부 프레임(20) 사이에 형성된 패드(11)로 형성되었다.
이때 하부 프레임(20)과 상부 프레임(30)은 용접을 통해 접합하게 되는데, 도 1의 A 부분 확대도에 도시된 바와 같이 용접시 하부 프레임(30)과 상부 프레임(20)의 사이로 레이저가 투과될 수 있으며, 프레임(20, 30) 내부로 레이저가 투과될 경우 투과된 레이저로 인해 프레임 내부의 전지셀(10)이 손상될 우려가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 프레임 간의 용접시, 용접 구간을 통해 레이저빔이 프레임 내부로 투과되지 않도록 하는 레이저빔 투과 방지 구조를 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를포함하는 전지팩은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 바닥면 및 양측면으로 형성되어 상기 전지셀 적층체의 하부면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임, 상기 전지셀 적층체의 상부면을 커버하는 상부 프레임 및 상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀과 상기 하부프레임 양측면 사이에 위치하는 패드와 대응하도록 상기 상부 프레임으로부터 돌출 형성된 리브를 포함하고, 상기 리브는 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이로 투과되는 레이저를 차단한다.
상기 하부 프레임의 양측면 상부 모서리와 상기 상부 프레임의 하면은 용접으로 결합될 수 있다.
상기 리브는 상기 상부 프레임을 압출하여 형성될 수 있다.
상기 리브는 별도로 가공되어 상기 상부 프레임에 부착될 수 있다.
상기 상부 프레임으로 부터 돌출된 상기 리브의 높이는 1.5mm 이상으로 형성될 수 있다.
상기 하부 프레임은, 상기 리브가 삽입되는 리브 삽입부를 더 포함할 수 있다.
상기 리브 삽입부는 상기 전지셀 적층체와 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 리브의 측면에는 리브 홈이 형성되고, 상기 리브 삽입부에는 상기 리브 홈에 삽입되는 리브 홈 걸림부가 형성되며, 상기 리브 홈 걸림부는 상기 리브 홈에 걸림 결합될 수 있다.
상기 리브 홈은 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향으로 형성되고, 상기 리브 홈 걸림부는 상기 리브 홈에 걸림 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 상부 프레임의 하측에 돌출 형성된 리브를 통해, 상부 프레임과 하부 프레임 간의 용접시 상하부 프레임 사이로 투과되는 레이저를 차단시켜, 레이저를 통한 전지셀의 손상을 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈에서의 상하부 프레임 접촉부의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 프레임에 형성된 리브를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리브의 위치 및 효과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상하부 프레임의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상하부 프레임의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 프레임에 형성된 리브를 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리브의 위치 및 효과를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(100)이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 바닥면 및 양측면의 U자형 구조로 형성되어 전지셀 적층체의 하부면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임(200), 전지셀 적층체의 상부면을 커버하는 상부 프레임(300), 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀과 하부 프레임 양측면 사이에 위치하는 패드(110), 상기 패드(110)와 대응하도록 상부 프레임(300)으로부터 돌출 형성된 리브(310)를 포함한다.
전지셀(100)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(100)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
전지셀 적층체는, 하부면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임(200) 및 상부 면을 커버하는 상부 프레임(300)으로 둘러싸여 형성된다. 이때 하부 프레임(200) 상에 전지셀 적층체가 삽입되고, 그 후 상부 프레임(300)을 통해 전지셀 적층체의 상측면을 커버하는 방법으로 전지셀 적층체가 프레임 내부에 장착될 수 있다.
하부 프레임(200) 및 상부 프레임(300)은 서로 결합되어 프레임 내부에 위치한 전지셀 적층체를 수용한다. 이때 두 프레임은 용접을 통해 서로 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 하부 프레임(200)의 양측면 상부 모서리와 상부 프레임(300)의 양측 하면이 용접을 통해 서로 결합할 수 있다.
전지셀 적층체의 전후면에는 각각 버스바 프레임이 형성된다. 버스바 프레임은 버스바 및 셀 연결 보드를 포함하며, 복수개의 전지셀(100)의 전극 리드들을 전기적으로 연결할 수 있도록 전지셀 적층체의 전후면을 커버하여 형성될 수 있다. 버스바 프레임에는 각각 엔드 플레이트가 장착될 수 있다. 엔드 플레이트는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임에 구비된 여러 전장품을 보호하고, 동시에 버스바 프레임과 외부 전원 간의 전기적 연결을 안내할 수 있다. 엔드 플레이트와 버스바 프레임 사이에는 절연 부재가 삽입되어, 버스바 프레임과 외부와의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 버스바 프레임 사이에는 연성회로기판이 구비되어, 전지셀 적층체 전후면의 버스바 프레임을 전기적으로 연결할 수 있다.
리브(310)는 상부 프레임(300)의 하면에 형성된다. 보다 상세하게는, 리브(310)는 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀과 하부 프레임(200)의 양측면 사이에 위치하는 패드(110)와 대응되는 상부 프레임(300)의 하면에서 하측으로 돌출 형성될 수 있다. 따라서 리브(310)는 상부 프레임(300)의 하면 양측에 각각 형성될 수 있다.
리브(310)는 상부 프레임(300)과 하부 프레임(200)의 접합부를 프레임 내측에서 커버하도록 돌출 형성될 수 있다. 따라서 상부 프레임(300)과 하부 프레임(200)을 용접 접할할 시, 리브(310)는 상부 프레임(300)과 하부 프레임(200)의 사이로 투과될 수 있는 레이저빔이 내부로 들어오지 못하도록 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리브(310)의 돌출 높이는 최소 1.5mm 이상으로 형성된다. 리브의 돌출 높이가 너무 낮을 시에는 레이저빔이 하측으로 투과될 수도 있으므로, 레이저빔이 투과되지 않는 최소한의 리브 돌출 높이를 설정하여 접합부를 통해 투과되는 레이저빔을 차단할 수 있다.
리브(310)는 상부 프레임(300)을 압출하여 형성될 수 있다. 또한 리브(310)는 별도로 가공된 후 상부 프레임(300)에 부착될 수도 있다. 리브의 형성 방법은 이에 한정되지 않으며, 다양한 제조 방법을 통해 리브를 형성할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 리브 및 주변 구조를 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상하부 프레임의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상하부 프레임의 연결 구조는, 하부 프레임(200)에 리브 삽입부(210)가 형성되어, 리브(310)가 리브 삽입부(210)에 삽입 결합될 수 있다.
하부 프레임(200)의 경우, 하면 및 양측면의 U자형 구조로 형성되어, 하부 프레임(200)의 양측면 상단 부분은, 하부 프레임(200)에 수용된 복수의 전지셀(100)들에 스웰링 현상 및 패드의 탄성력 등에 의해 모듈의 바깥 방향으로 힘을 받을 수 있다. 이는 상부 프레임(300)과의 용접 접합 부분에서 바깥 방향으로 힘을 받아, 하부 프레임(200)이 상부 프레임(300)으로부터 이탈되는 방향으로 힘이 작용하는 결과가 되므로, 용접 이외에 추가적인 지지 방안이 필요할 수 있다.
이에 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하부 프레임(200)에 리브 삽입부(210)가 형성되고, 리브(310)가 리브 삽입부(210)에 삽입되어, 하부 프레임(200)과 상부 프레임(300)간의 용접 접합 이외에도, 상부 프레임(300)에 형성된 리브(310)를 통해 고정되는 리브 삽입부(210)를 통해 2차적으로 하부 프레임(200)의 이탈을 방지할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리브 및 주변 구조를 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상하부 프레임의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상하부 프레임의 연결 구조는, 리브(310)에 리브 홈(311)이 형성되고, 리브 삽입부(210)에 리브 홈 걸림부(211)가 형성되며, 리브 홈 걸림부(211)는 리브 홈(311)에 걸림 결합되어, 이를 통해 리브(310) 및 리브 삽입부(210)간의 결속을 보다 더 강화할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 전지셀
110: 패드
200: 하부 프레임
210: 리브 삽입부
211: 리브 홈 걸림부
300: 상부 프레임
310: 리브
311: 리브 홈

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    바닥면 및 양측면으로 형성되어 상기 전지셀 적층체의 하부면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임;
    상기 전지셀 적층체의 상부면을 커버하고, 상기 전지셀 적층체의 상기 상부면과 마주하는 하면을 포함하는 평판 형태의 상부 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 최외곽 전지셀과 상기 하부 프레임 양측면 사이에 위치하는 패드와 대응하도록 상기 상부 프레임의 상기 하면으로부터 상기 평판 형태의 연장 방향과 수직한 방향으로 돌출 형성된 리브를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 하부 프레임의 양측면 상부 모서리와 상기 상부 프레임의 상기 하면은 용접으로 결합되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 리브는 상기 상부 프레임을 압출하여 형성되는 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 리브는 별도로 가공되어 상기 상부 프레임에 부착되는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 상부 프레임으로 부터 돌출된 상기 리브의 높이는 1.5mm 이상으로 형성되는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 하부 프레임은, 상기 리브가 삽입되는 리브 삽입부를 더 포함하는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 리브 삽입부는 상기 전지셀 적층체와 이격되도록 형성되는 전지 모듈.
  8. 제6항에서,
    상기 리브의 측면에는 리브 홈이 형성되고, 상기 리브 삽입부에는 상기 리브 홈에 삽입되는 리브 홈 걸림부가 형성되며, 상기 리브 홈 걸림부는 상기 리브 홈에 걸림 결합되는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 리브 홈은 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향으로 형성되고, 상기 리브 홈 걸림부는 상기 리브 홈에 걸림 결합되는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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