KR102618649B1 - A battery module comprising a device for applying pressure to a battery cell stack and a battery pack thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 배터리 셀의 변형과 압력 변화에 대한 취약성을 보완할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈과 이를 구비한 배터리 팩을 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예는 배터리 모듈에 배치된 셀에 작용하는 압력 변화와 변형에 대응하여 셀에 일정한 압력을 인가할 수 있는 장치가 구비된 배터리 모듈과 이를 포함한 배터리 팩을 제공함으로써 배터리의 충방전 효율과 수명을 향상시킬 수 있고 발화 등의 화재 위험을 예방할 수 있다.
The purpose of the present invention is to provide a battery module with a structure that can compensate for the vulnerability of battery cells to deformation and pressure changes and a battery pack including the same.
An embodiment of the present invention provides a battery module equipped with a device capable of applying a constant pressure to the cells in response to pressure changes and deformation acting on the cells arranged in the battery module, and a battery pack including the same, thereby improving the charging and discharging efficiency of the battery. It can improve the lifespan and prevent fire hazards such as ignition.

Description

배터리 셀 적층체에 압력을 가하는 장치를 포함하는 배터리 모듈과 이를 구비한 배터리 팩{ A battery module comprising a device for applying pressure to a battery cell stack and a battery pack thereof}A battery module comprising a device for applying pressure to a battery cell stack and a battery pack thereof}

본 발명은 2차 전지 리튬 배터리 셀의 성능과 안전성을 개선시키는 장치에 관한 것으로 특히, 전기 자동차용 배터리의 고용량화 요구에 따라 리튬 배터리 셀의 적층 개수가 증가하면서 발생할 수 있는 기계적 취약성으로부터 셀을 보호하여 배터리의 효율과 수명을 개선할 수 있는 셀 적층체 가압 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device that improves the performance and safety of secondary lithium battery cells. In particular, the present invention relates to a device that improves the performance and safety of secondary battery lithium battery cells. In particular, it protects the cells from mechanical vulnerabilities that may occur as the number of lithium battery cells stacked increases in accordance with the demand for high capacity of batteries for electric vehicles. This relates to a cell stack pressurization device that can improve the efficiency and lifespan of batteries.

최근의 2차 전지 리튬 배터리는 고용량화 요구에 따라서 배터리 셀의 적층 개수가 증가하고 있다.In recent secondary lithium batteries, the number of stacked battery cells is increasing in response to demands for higher capacity.

이러한 셀 적층 개수가 증가하면서 배터리 모듈 또는 팩에 셀의 점적률을 높이면서도 셀의 성능과 안전성을 개선시킬 수 있는 적층 방법이 중요한 기술 과제가 되고 있다. As the number of cells stacked increases, a stacking method that can improve cell performance and safety while increasing the cell loading ratio in a battery module or pack has become an important technical task.

적어도 2개 이상의 배터리 셀의 공간 점적률을 높이기 위해서는 셀 적층체가 압축력을 받게 된다In order to increase the space coverage of at least two or more battery cells, the cell stack is subjected to compressive force.

Cannarella 등이 리튬-이온 파우치 셀의 용량에 미치는 압축력의 영향을 발표하였고 액체 전해질 리튬 메탈 배터리 셀과 고체 전해질 리튬 메탈 배터리 셀에서도 압축력이 셀 용량에 영향을 끼친다는 많은 연구 결과가 발표되고 있다.Cannarella et al. reported the effect of compression force on the capacity of lithium-ion pouch cells, and many research results have been published showing that compression force affects cell capacity in liquid electrolyte lithium metal battery cells and solid electrolyte lithium metal battery cells.

셀의 용량은 충방전 주기가 거듭될수록 감소하는데, 많은 연구들은 압력이 가해지지 않은 상태에서의 셀의 용량 감소 속도보다 적절한 압축력이 가해진 상태에서의 셀의 용량 감소 속도가 느리다는 결과를 발표하고 있다. The capacity of a cell decreases with repeated charge and discharge cycles, and many studies have published results showing that the rate of decrease in cell capacity when an appropriate compression force is applied is slower than the rate of decrease in cell capacity in a state where no pressure is applied. .

그러나 압축력이 어느 값 이상으로 크게 되면 셀의 용량 감소 속도가 오히려 가속되는 나쁜 결과를 초래한다.However, if the compression force increases beyond a certain value, the negative result is that the rate of cell capacity decrease is accelerated.

미국특허 US2019/0027797A1은 셀 적층체 종단부에 판 스프링을 배치하여 셀에 압축력을 작용하게 하는 방법을 고안하였고 대한민국 등록특허 10-2229410는 셀 적층체 에 복수의 코일 스프링으로 마련된 탄성부재를 배치하여 셀에 압축력을 작용하는 방법을 제시한다.US Patent US2019/0027797A1 devised a method of applying compressive force to the cells by placing leaf springs at the ends of the cell stack, and Korean Patent No. 10-2229410 arranged an elastic member made of a plurality of coil springs in the cell stack. A method of applying compressive force to cells is presented.

유럽특허 EP3886202A1는 셀 적층체에 유체 스프링을 배치하여 셀에 압축력을 작용하는 방법을 제시한다.European patent EP3886202A1 proposes a method of applying compressive force to cells by placing a fluid spring in a cell stack.

상기의 방법들은 충전과 방전 주기에 따라서 셀 적층체의 팽창과 수축이 반복되면서 스프링 탄성력이 대응하여 셀 적층체에 압력을 작용하면서 셀 팽창과 수축을 제한하는 효과가 있다.The above methods have the effect of limiting cell expansion and contraction by applying pressure to the cell stack in response to the spring elastic force as expansion and contraction of the cell stack are repeated according to the charging and discharging cycle.

그러나, 충전과 방전 주기에 따라서 적층체 내부의 적어도 하나 이상의 셀이 가스가 발생하는 등의 이상 현상에 의해 압력이 급격히 증가하면서 스웰링(swelling) 같은 부피 팽창이 적층체에 결속된 상기 특허들의 탄성부재에 작용할 경우에 탄성부재는 적층체의 팽창을 억제하면서 이상 팽창 대응력을 급격하게 적층체에 가하게 되어 결국에는 적층체 내의 셀은 셀의 변형에 제약이 없는 방향, 예를 들어 스웨링 팽창 방향 즉 셀 두께 방향을 z 방향이라고 할 때, x 또는 y 방향으로 변형 응력이 집중되면서 파우치 셀의 열융착부, 각형의 접합부 등의 취약한 곳에서 파손이 시작되면서 큰 사고로 이어질 수도 있다.However, according to the charging and discharging cycle, the pressure increases rapidly due to abnormalities such as gas generation in at least one cell inside the laminate, and volume expansion such as swelling occurs due to the elasticity of the above patents bound to the laminate. When acting on a member, the elastic member suppresses the expansion of the laminate and rapidly applies an abnormal expansion response force to the laminate, ultimately causing the cells in the laminate to expand in a direction that has no restrictions on cell deformation, for example, the swing expansion direction. When the cell thickness direction is referred to as the z-direction, deformation stress is concentrated in the x- or y-direction, causing damage at vulnerable places such as the heat-sealed portion of the pouch cell or the square joint, which may lead to a serious accident.

또한, 외부로부터의 진동 또는 충격이 상기 탄성부에 가해지는 경우, 진동 에너지와 충격 에너지가 그대로 적층체에 전달되어 셀에 작용하는 압력에 중첩되어 과도한 압력이 가해지고 셀의 성능 악화를 초래하여 셀 안전성에 심각한 문제를 야기할 수 있다. In addition, when vibration or impact from the outside is applied to the elastic unit, the vibration energy and impact energy are directly transferred to the laminate and overlap with the pressure acting on the cell, resulting in excessive pressure and deterioration of cell performance. It can cause serious safety problems.

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미국특허 US2019/0027797A1US Patent US2019/0027797A1 대한민국 등록특허 10-2229410Republic of Korea registered patent 10-2229410 유럽특허 EP3886202A1European Patent EP3886202A1

1. "Stress evolution and capacity fade in constrained lithium-ion pouch cells", John Cannarella, Craig B. Arnold, Journal of Power Sources, Vol 245, 2014, Pages 745-751.1. “Stress evolution and capacity fade in constrained lithium-ion pouch cells”, John Cannarella, Craig B. Arnold, Journal of Power Sources, Vol 245, 2014, Pages 745-751. 2. "Analysis of the effect of applying external mechanical pressure on next2. "Analysis of the effect of applying external mechanical pressure on next generation silicon alloy lithium-ion cells", Gert Berckmans et al, Electrochimica Acta, Volume 306, 20 May 2019, Pages 387-395generation silicon alloy lithium-ion cells", Gert Berckmans et al, Electrochimica Acta, Volume 306, 20 May 2019, Pages 387-395 3. "Editors’ Choice-Methods-Pressure Control Apparatus for3. “Editors’ Choice-Methods-Pressure Control Apparatus for Lithium Metal Batteries", Bingyu Lu et al, Journal of The Electrochemical Society, 2022 169 070537Lithium Metal Batteries", Bingyu Lu et al, Journal of The Electrochemical Society, 2022 169 070537 4. "Volume, Pressure and Thickness Evolution of Li-Ion Pouch Cells with Silicon-Composite Negative Electrodes" A. J. Louli et al, Journal of The Electrochemical Society, 164 (12) A2689-A2696 (2017)4. “Volume, Pressure and Thickness Evolution of Li-Ion Pouch Cells with Silicon-Composite Negative Electrodes” A. J. Louli et al, Journal of The Electrochemical Society, 164 (12) A2689-A2696 (2017) 5. "Stress evolution and thickness change of a lithium-ion pouch cell under 5. "Stress evolution and thickness change of a lithium-ion pouch cell under various cycling conditions" Congrui Jin et al, Journal of Power Sources Advances Volume 16, August 2022, 100103various cycling conditions" Congrui Jin et al, Journal of Power Sources Advances Volume 16, August 2022, 100103

따라서, 본 발명의 목적은 충전과 방전 주기에 따라서 발생하는 정상적인 배터리 셀의 팽창과 수축에 대응하여 적층체에 일정한 압력을 작용할 뿐만 아니라 스웰링 등, 적층체 내부로부터의 비정상적 팽창에서도, 또한 외부로부터의 진동과 충격에서도 배터리 셀에 급격하게 과도한 압력이 가해지지 않도록 하여 배터리 셀의 성능수명 및 안전성을 개선할 수 있는 적층체 가압장치를 제공하고 이를 장착한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공함에 있다.Therefore, the purpose of the present invention is to apply a certain pressure to the laminate in response to the normal expansion and contraction of battery cells that occur during charging and discharging cycles, as well as to prevent abnormal expansion from inside the laminate, such as swelling, and from the outside. To provide a laminate pressurizing device that can improve the performance life and safety of battery cells by preventing excessive pressure from being suddenly applied to battery cells even in vibration and impact, and to provide battery modules equipped with the same and battery packs containing the same. there is.

상기와 같은 과제의 해결 수단으로서, 본 발명에 따른 2차 전지의 배터리 모듈로서, 복수의 2차 전지 셀(10)이 넓은 면을 대하면서 일 방향으로 적층된 상기셀(10)들의 적층체(20);As a means of solving the above problem, a battery module of a secondary battery according to the present invention includes a stack of the cells 10 in which a plurality of secondary battery cells 10 are stacked in one direction while facing a wide surface ( 20);

상기 셀(10)의 넓은 면과 수평을 이루는 상기 적층체(20)의 양 끝단면과 각각 대면하는 2개의 엔드 플레이트(30a), (30b);Two end plates (30a) and (30b) respectively facing both end surfaces of the laminate 20, which are parallel to the wide surface of the cell 10;

상기 엔드 플레이트의 하나(30a)와 배터리 모듈 케이스의 일 면(70a) 사이에 구비되는 압력 인가 장치(40);A pressure applying device (40) provided between one of the end plates (30a) and one side (70a) of the battery module case;

상기 적층체(20), 엔드플레이트(30a), (30b), 압력 인가 장치(40)를 수납하는 배터리 모듈 케이스(70a), (70b); 로 구성되고,Battery module cases (70a), (70b) storing the laminate (20), end plates (30a), (30b), and pressure applying device (40); It consists of,

상기 압력 인가 장치(40)는 초탄성 스프링(41)을 포함하고,The pressure applying device 40 includes a superelastic spring 41,

상기 엔드 플레이트(30a), (30b), 배터리 모듈 케이스(70a), (70b)는 탄성 계수가 100GPa 이상의 강성체로 형성되고The end plates (30a), (30b), and battery module cases (70a) and (70b) are formed of a rigid material with an elastic modulus of 100 GPa or more.

상기 엔드 플레이트(30a)는 상기 압력 인가 장치(40)와 기계적으로 연결되고,The end plate (30a) is mechanically connected to the pressure applying device (40),

상기 압력 인가 장치(40)는 상기 배터리 모듈의 케이스의 일 면(70a)에 기계적으로 연결되고,The pressure applying device 40 is mechanically connected to one side 70a of the case of the battery module,

상기 엔드 플레이트의 다른 하나(30b)는 상기 케이스의 일 면(70a)의 반대편 케이스의 일 면(70b)에 고정되어 상기 적층체(20)의 넓은 면과 수직 방향으로부터의 상기 적층체(20)로부터의 압력의 증가 또는 감소에 대항력을 제공하고The other end plate (30b) is fixed to one side (70b) of the case opposite to the one side (70a) of the case, so that the multilayer body (20) is viewed from a direction perpendicular to the wide surface of the multilayer body (20). Provides counterforce to increase or decrease pressure from

상기 엔드 플레이트(30a)는 상기 적층체(20)의 넓은 면과 수직 방향으로부터의 상기 압력의 증가 또는 감소에 따라서 압력 방향에 수평으로 양 방향으로 이동하면서 상기 압력 인가 장치(40) 또는 상기 적층체(20)에 상기 압력 변화를 전달하고.The end plate 30a moves in both directions horizontally to the pressure direction according to the increase or decrease of the pressure from the direction perpendicular to the large surface of the laminate 20, and is connected to the pressure applying device 40 or the laminate. and transmit the pressure change to (20).

상기 압력 인가 장치(40)는 상기 압력 변화를 흡수하여 상기 적층체(20)에 일정한 압력을 인가하고, The pressure applying device 40 absorbs the pressure change and applies a constant pressure to the laminate 20,

상기 케이스(70a)는 상기 압력 인가 장치(40)에 대항력을 제공하여The case 70a provides a counter force to the pressure applying device 40 to

상기 적층체(20) 내의 상기 셀(10)의 압력 변화와 변형량을 관리하는 것을 특징으로 하는 모듈(100) 또는 모듈(200)을 제공한다.A module 100 or module 200 is provided, which manages pressure changes and deformation amounts of the cells 10 within the laminate 20.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩으로서, 한개 이상의 모듈(100); 제어부(93); 배터리 팩 케이스;로 구성되며Additionally, a battery pack according to the present invention includes one or more modules 100; Control unit 93; It consists of a battery pack case;

상기 팩 케이스는 적어도 4개 이상의 벽으로 형성되고,The pack case is formed of at least four walls,

또한, 상기 케이스 안에 한 개 이상의 내벽을 포함할 수 있고,In addition, the case may include one or more inner walls,

또한, 상기 각각의 벽은 상기 한개 이상의 모듈(100)의 케이스로 사용될 수 있고,Additionally, each wall can be used as a case for the one or more modules 100,

또한, 상기 각각의 벽은 자동차의 섀시 또는 차체에 접촉하여 기계적으로 연결될 수 있고,In addition, each of the walls may be mechanically connected by contacting the chassis or body of the automobile,

또한, 자동차의 섀시 또는 차체 그 자체가 상기 케이스의 어느 하나의 벽으로 사용될 수 있는 배터리 팩(1000)을 제공한다.Additionally, a battery pack 1000 is provided in which the chassis or body of the vehicle itself can be used as one wall of the case.

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본 발명의 실시 예는 배터리 모듈에 배치된 셀들의 충전과 방전에 주기에 따라서 발생하는 정상적 팽창과 수축 거동에 적절한 압력을 일정하게 작용케 할 뿐만 아니라 스웰링 등의 셀의 이상 팽창과 적층체 외부로부터의 진동 및 충격에 의한 압력이 셀 적층체에 과도하게 가해지지 않게 하여 배터리의 충방전 효율과 수명을 향상시킬 수 있고 발화 등의 화재 위험을 예방할 수 있다.Embodiments of the present invention not only apply a constant pressure appropriate to the normal expansion and contraction behavior that occurs according to the charging and discharging cycle of cells placed in a battery module, but also prevent abnormal expansion of cells such as swelling and the exterior of the stack. By preventing excessive pressure from vibration and impact from being applied to the cell stack, the charging/discharging efficiency and lifespan of the battery can be improved and fire hazards such as ignition can be prevented.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 인가 장치(40)의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1000)의 구성도이다.
Since these drawings are for reference in explaining exemplary embodiments of the present invention, the technical idea of the present invention should not be interpreted as limited to the attached drawings.
Figure 1 is a diagram schematically showing a cross section of a battery module 100 according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a pressure applying device 40 according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a configuration diagram of a battery pack 1000 according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail according to embodiments.

이에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어 또는 단어는 일반적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 한다Prior to this, the terms or words used in this specification should not be construed as limited to their general or dictionary meaning, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so at the time of filing the present application, various alternatives may be used to replace them. It should be understood that equivalents and variations may exist.

또한, 본 명세서 및 도면에서는 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대하여 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다. 또한, 도면의 각 구성 요소는 설명의 용이화를 위해 적절히 확대 또는 축소되어 있으며, 도면의 각 구성 요소의 크기 및 비율은 실제와는 상이하다.Additionally, in this specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are assigned the same reference numerals, thereby omitting redundant description. In addition, each component in the drawings is appropriately enlarged or reduced for ease of explanation, and the size and ratio of each component in the drawings are different from the actual ones.

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도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 적어도 2개 이상의 복수의 2차 전지 셀(10)이 넓은 면을 대하면서 일 방향으로, 여기서 셀 두께에 수직 방향을 z 방향으로 지칭하면 z 방향으로 적층된 상기 셀(10)들의 적층체(20);Referring to FIGS. 1 to 3, the battery module 100 according to an embodiment of the present invention includes at least two or more secondary battery cells 10 facing a wide surface in one direction, where the cell thickness When the vertical direction is referred to as the z direction, a stack 20 of the cells 10 stacked in the z direction;

상기 적층체(20)의 양 끝단면과 각각 대면하는 2개의 엔드 플레이트(30a), (30b);Two end plates (30a) and (30b) respectively facing both end surfaces of the laminate (20);

상기 적층체(20), 엔드플레이트(30a), (30b)을 수납하는 배터리 모듈 케이스의 양 측면 (70a), (70b); 으로 구성된다.Both sides (70a) and (70b) of the battery module case storing the stacked body (20) and the end plates (30a) and (30b); It consists of

상기 셀 적층체(20)의 양 끝단면과 각각 대면하는 2개의 엔드 플레이트(30a), (30b);Two end plates (30a) and (30b) respectively facing both end surfaces of the cell stack (20);

상기 셀 적층체(20), 엔드플레이트(30a), (30b)을 수납하는 배터리 모듈 케이스의 양 측면 (70a), (70b); 으로 구성된다.Both sides (70a) and (70b) of the battery module case storing the cell stack (20) and end plates (30a) and (30b); It consists of

상기 배터리 모듈 케이스 (70a), (70b)는 강판 등의 일반적인 강성체로 형성될 수 있고, 각형(prismatic type) 케이스의 경우에는 케이스 소재로서 주로 사용되는 알미늄 금속의 탄성계수 값, 약 70GPa보다 큰 100GPa 이상의 탄성계수를 가진 강성체로 형성되는 것이 바람직하다.The battery module cases (70a) and (70b) may be formed of a general rigid material such as a steel plate, and in the case of a prismatic type case, the elastic modulus value of aluminum metal, which is mainly used as a case material, is 100 GPa, which is greater than about 70 GPa. It is preferable that it is formed of a rigid body with an elastic modulus equal to or higher.

상기 엔드 플레이트의 하나(30a)와 배터리 모듈 케이스의 일 면(70a) 사이에 압력 인가 장치(40)를 구비한다.A pressure applying device 40 is provided between one of the end plates 30a and one side 70a of the battery module case.

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상기 압력 인가 장치로서, 탄성체, 유압, 공압, 전기 모터 구동력 등을 이용한 장치 등이 사용될 수 있으나 앞서 설명한 바와 같이 탄성체는 적층체 내외부로부터의 급격한 압력 증가 상태에 대응하기 어려운 단점이 있고 기타 다른 방법들은 비용과 무게 면에서 채택되기가 어렵다.As the pressure applying device, devices using elastic body, hydraulic pressure, pneumatic pressure, electric motor driving force, etc. may be used, but as described above, elastic body has the disadvantage of being difficult to respond to a rapid increase in pressure from inside and outside the laminate, and other methods are It is difficult to adopt in terms of cost and weight.

본 발명에서는 통상적인 탄성체가 가지는 탄성 한계와 탄성 에너지 특징과는 다른 특징을 보이는, 초탄성체(superelastic body)를 구비한 압력 인가 장치를 고안하여 본 발명의 목적이 달성된다.In the present invention, the purpose of the present invention is achieved by designing a pressure application device equipped with a superelastic body, which exhibits characteristics different from the elastic limit and elastic energy characteristics of conventional elastic bodies.

초탄성체는 가해지는 힘에 변형되면서 상변태가 일어나고 가해지는 힘이 제거되면 일정량의 운동량을 열로 발산시키면서 변형량을 탄성적으로 회복하여 변형 전의 상태로 복귀하므로 초탄성체의 외부로부터의 진동 및 충격 에너지를 감쇠시키는 특성이 있다. The superelastic body undergoes a phase transformation as it is deformed by an applied force, and when the applied force is removed, a certain amount of momentum is dissipated as heat, and the amount of deformation is elastically recovered and returned to the state before deformation, thereby attenuating vibration and impact energy from the outside of the hyperelastic body. There is a characteristic that allows it.

초탄성 특성을 나타내는 대표적 물질은 형상기억합금이라고 알려진 니켈-티타늄 합금 및 동(cupper) 합금 등이 있다. 탄성 스프링으로 사용되는 종래의 일반적인 재료는 인장 변형율이 0.5% 이상에서 탄성을 잃는 탄성 한계를 보이는 데 비하여 형상기억합금은 인장 변형율이 5 ~ 10% 이상에서도 탄성을 나타내기 때문에 형상기억합금으로 형성된 초탄성 스프링은 종래의 탄성 스프링보다 탄성 범위가 10배 이상 넓은 특징을 제공할 뿐만 아니라 외부로부터 흡수한 변형 에너지의 일부를 상변태로 사용하면서 원래의 형태로 회복하는 탄성 변형을 하기 때문에 외부의 진동이나 충격 에너지를 감쇠하는 기능을 나타낼 수 있다.Representative materials that exhibit superelastic properties include nickel-titanium alloy and copper alloy, known as shape memory alloys. Conventional materials used as elastic springs show an elastic limit where they lose elasticity when the tensile strain is above 0.5%, whereas shape memory alloys show elasticity even when the tensile strain is above 5 to 10%. Elastic springs not only feature an elastic range that is more than 10 times wider than that of conventional elastic springs, but also use a portion of the strain energy absorbed from the outside as a phase transformation and perform elastic deformation to restore their original form, making them resistant to external vibrations or shocks. It can display the function of attenuating energy.

한편, 상기 엔드 플레이트(30a)의 일 면 또는 상기 엔드 플레이트(30b)의 일 면 또는 엔드 플레이트(30a)와 (30b) 각각의 일 면에 상기 적층체(20)에 미치는 힘을 측정하는 스트레인 게이지 등의 기계적 운동을 전기적 신호로 변환시키는 압력 센서(31)가 설치될 수 있고, 상기 압력 센서(31)의 전기적 신호는 제어부(93)에 전달되어 처리될 수 있다Meanwhile, a strain gauge that measures the force applied to the laminate 20 on one side of the end plate 30a, one side of the end plate 30b, or one side of each of the end plates 30a and 30b. A pressure sensor 31 may be installed that converts the mechanical movement of the back into an electrical signal, and the electrical signal of the pressure sensor 31 may be transmitted to the control unit 93 for processing.

상기 압력 인가 장치(40)는 초탄성 스프링(41)과 상기 스프링의 구조적 안정을 위해 상기 스프링 내경 안에 상기 배터리 모듈의 일 면(70a)에 기계적으로 연결되어 설치된 샤프트(42)와 상기 샤프트 외경에 + 공차의 내경을 가지는 평 와셔(plain washer)(43)로 구성될 수 있다.The pressure application device 40 includes a super-elastic spring 41 and a shaft 42 installed and mechanically connected to one side 70a of the battery module within the inner diameter of the spring for structural stability of the spring and the outer diameter of the shaft. + It may be composed of a plain washer (43) having an inner diameter of tolerance.

한편, 상기 엔드 플레이트(30a)의 일 면 또는 상기 엔드 플레이트(30b)의 일 면 또는 엔드 플레이트(30a)와 (30b) 각각의 일 면에 셀 적층체(20)에 미치는 힘을 측정하는 스트레인 게이지 등의 기계적 운동을 전기적 신호로 변환시키는 압력 센서(31)가 설치될 수 있고, 상기 압력 센서(31)의 전기적 신호는 제어부(93)에 전달되어 처리될 수 있다.Meanwhile, a strain gauge measures the force applied to the cell stack 20 on one side of the end plate 30a, one side of the end plate 30b, or one side of each of the end plates 30a and 30b. A pressure sensor 31 that converts the mechanical movement of the back into an electrical signal may be installed, and the electrical signal of the pressure sensor 31 may be transmitted to the control unit 93 for processing.

또한 전기적으로 연결된 스웰링 감지 기기(44)가 상기 압력 장치 내의 임의의 위치에 설치된 상기 샤프트(42)의 끝단면에 구비될 수 있다.Additionally, an electrically connected swelling detection device 44 may be provided on the end surface of the shaft 42 installed at any location within the pressure device.

상기 스웰링 감지 기기로서, 이미지 센서, 압력 센서, 스트레인 게이지, 리미트 스위치, 적외선 등을 이용한 광학 센서 등의 관측 및 계측기기가 사용될 수 있고, 본 발명의 일 실시예에서의 상기 스웰링 감지 기기는(44)는 설치 면에서 비교적 간단한 리미트 스위치로 구비된다.As the swelling detection device, observation and measurement devices such as image sensors, pressure sensors, strain gauges, limit switches, and optical sensors using infrared rays may be used. The swelling detection device in an embodiment of the present invention is ( 44) is provided with a limit switch that is relatively simple in installation.

상기 압력 인가 장치(40) 내에 구비되는 초탄성 스프링(41)은 적어도 1개 이상의 개수로 제공될 수 있으며 상기 초탄성 스프링 개수 만큼 상기 샤프트(42)를 상기 엔드 플레이트(70a)에 미치는 응력이 균일하게 분포하도록 하여 설치한다.The number of superelastic springs 41 provided in the pressure applying device 40 may be at least one, and the stress exerted on the shaft 42 on the end plate 70a is uniform as much as the number of superelastic springs. Install so that they are evenly distributed.

한편, 상기 초탄성 스프링(41)은 냉간 가공된 와이어(wire)를 스프링 형태로 강제하여 400 ~ 600℃ 에서 형상 기억 열처리를 하여 완성될 수 있다.Meanwhile, the superelastic spring 41 can be completed by forcing a cold worked wire into a spring shape and subjecting it to shape memory heat treatment at 400 to 600°C.

이 때, 스프링 형상으로 가공할 때, 상기 와이어에 적절한 각도의 비틀림을 가하여 스프링의 힘, 속도, 수축률 등을 강화시키는 처리를 할 수 있다At this time, when processing into a spring shape, a twist of an appropriate angle can be applied to the wire to strengthen the force, speed, shrinkage rate, etc. of the spring.

이 때, 상기 와이어를 적어도 2개 이상으로 집합 또는 연합하여 하나의 선 또는 케이블 형태로 만든 후에 스프링 형태로 상기 형상 기억 열처리를 하여 상기 초탄성 스프링(41)으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서의 상기 초탄성 스프링(41)은 코일 스프링 형상으로 제시되어 있지만, 판(plate) 스프링, 리프(leaf) 스프링, 비틀림(torsion) 스프링, 스파이럴(spiral) 스프링 등의 다양한 형태로도 구현될 수 있다
At this time, the wires can be assembled or combined into at least two wires to form a single wire or cable, and then subjected to the shape memory heat treatment to form a spring and used as the superelastic spring 41.
The superelastic spring 41 in one embodiment of the present invention is presented in the shape of a coil spring, but can be used in various forms such as a plate spring, leaf spring, torsion spring, and spiral spring. It can also be implemented in the form

한편, 상기 엔드 플레이트(30a), (30b); 상기 압력 인가 장치(40);를 상기 적층체(20)에 일정한 압력을 인가하는 가압 단위장치로 정의할 때, 상기 가압 단위 장치를 상기 적층체(20) 의 넓은 면에 z 방향의 압력 변화와 변형량을 관리하는 가압 압력 단위를 기본적으로 설치한다. Meanwhile, the end plates (30a) and (30b); When defining the pressure applying device 40 as a pressurizing unit device that applies a constant pressure to the laminate 20, the pressurizing unit device is applied to the wide surface of the laminate 20 for a change in pressure in the z direction and A pressurized pressure unit that manages the amount of deformation is installed by default.

또한 상기 적층체(20) 의 넓은 면에 x 방향 또는 y 방향의 압력 변화와 변형량을 관리하는 가압 압력 단위를 추가로 설치 할 수 있다. 즉 추가되는 상기 가압 단위 장치 내에 구비되는 상기 초탄성 스프링(41)의 변형 방향이 x 또는 y 방향이 될 수 있다.Additionally, a pressing pressure unit that manages pressure changes and deformations in the x-direction or y-direction can be additionally installed on the wide surface of the laminate 20. That is, the deformation direction of the superelastic spring 41 provided in the added pressing unit device may be in the x or y direction.

또한 상기 셀 적층체(20) 의 넓은 면에 x 방향 또는 y 방향의 압력 변화와 변형량을 관리하는 가압 압력 단위를 추가로 설치 할 수 있다. 즉 추가되는 상기 가압 단위 장치 내에 구비되는 상기 초탄성 스프링(41)의 변형 방향이 x 또는 y 방향이 될 수 있다.Additionally, a pressing pressure unit that manages pressure changes and deformations in the x-direction or y-direction can be additionally installed on the wide surface of the cell stack 20. That is, the deformation direction of the superelastic spring 41 provided in the added pressing unit device may be in the x or y direction.

이하에서 상술한 각 구성의 작동 기구를 구체적으로 설명한다.Below, the operating mechanisms of each of the above-described components will be described in detail.

먼저, 각 구성 간의 물리적 및 기계적 연결을 위해, 상기 엔드 플레이트(30a)는 상기 압력 인가 장치(40)와 대면하면서 용접 등의 체결 방법으로 기계적으로 연결되고,First, for physical and mechanical connection between each component, the end plate 30a faces the pressure applying device 40 and is mechanically connected by a fastening method such as welding,

상기 압력 인가 장치(40)는 상기 배터리 모듈의 케이스의 일 면(70a)에 대면하면서 용접이나 볼트 체결 등으로 기계적으로 연결되고,The pressure applying device 40 faces one side 70a of the case of the battery module and is mechanically connected by welding or bolting, etc.,

상기 엔드 플레이트의 다른 하나(30b)는 상기 배터리 케이스의 일 면(70a)의 반대편 케이스의 일 면(70b)에 용접이나 볼트 체결 등으로 기계적으로 연결되어 고정되어서 상기 셀 적층체(20)의 넓은 면과 수직 방향으로부터의 압력의 증가 또는 감소에 대항력을 제공한다.The other end plate (30b) is mechanically connected and fixed to one side (70b) of the case opposite to one side (70a) of the battery case by welding or bolting, etc. to form a wide space of the cell stack (20). It provides a counter force to the increase or decrease in pressure from the direction perpendicular to the surface.

상기 엔드 플레이트의 다른 하나(30b)는 상기 배터리 케이스의 일 면(70a)의 반대편 케이스의 일 면(70b)에 용접이나 볼트 체결 등으로 기계적으로 연결되어 고정되어서 셀 적층체(20)의 넓은 면과 수직 방향으로부터의 압력의 증가 또는 감소에 대항력을 제공한다.The other end plate (30b) is mechanically connected and fixed to one side (70b) of the case opposite to one side (70a) of the battery case by welding or bolting, thereby forming a large surface of the cell stack 20. and provides a counterforce to the increase or decrease in pressure from the perpendicular direction.

최종적으로 상기 엔드 플레이트(70a)와 연결된 압력 인가 장치(40)가 상기 셀 적층체(20)에 임의로 설정된 일정한 압력을 가함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 조립이 완성될 수 있다.Finally, the main assembly of the battery module according to an embodiment of the present invention can be completed by applying an arbitrarily set constant pressure to the cell stack 20 by the pressure applying device 40 connected to the end plate 70a. .

이 때, 압력 센서(31)로 부터의 압력값을 확인하면서 압력 인가 장치의 장착 작업이 이루어진다.At this time, the pressure applying device is installed while checking the pressure value from the pressure sensor 31.

0.02 MPa 미만의 압력은 상기 적층체(20)를 구성하는 상기 셀(10)의 두께 변화에 미치는 영향이 거의 없고 상기 셀(10) 내에서의 층 박리가 발생하여 상기 셀(10)의 효율 및 수명에 나쁜 결과를 초래할 수 있다. 5 MPa 이상의 압력은 외부 진동 및 충격이 가해질 경우 상기 셀(10)에 과도한 압력이 작용하여 상기 셀(10)의 효율 및 수명에 나쁜 결과를 초래할 수 있다.A pressure of less than 0.02 MPa has little effect on the change in thickness of the cells 10 constituting the laminate 20 and causes layer separation within the cells 10, thereby reducing the efficiency and efficiency of the cells 10. It can have negative consequences on lifespan. A pressure of 5 MPa or more may cause excessive pressure on the cell 10 when external vibration and shock are applied, resulting in adverse results in the efficiency and lifespan of the cell 10.

0.02 MPa 미만의 압력은 상기 셀(10)의 두께 변화에 미치는 영향이 거의 없고 상기 셀(10) 내에서의 층 박리가 발생하여 상기 셀(10)의 효율 및 수명에 나쁜 결과를 초래할 수 있다. 5 MPa 이상의 압력은 외부 진동 및 충격이 가해질 경우 상기 셀(10)에 과도한 압력이 작용하여 상기 셀(10)의 효율 및 수명에 나쁜 결과를 초래할 수 있다.A pressure of less than 0.02 MPa has little effect on the change in thickness of the cell 10 and may cause delamination of layers within the cell 10, resulting in bad results in the efficiency and lifespan of the cell 10. A pressure of 5 MPa or more may cause excessive pressure on the cell 10 when external vibration and shock are applied, resulting in adverse results in the efficiency and lifespan of the cell 10.

이 때, 가해지는 압력의 조절은 상기 압력 센서(31)로 부터의 압력 값을 확인하면서 상기 초탄성 스프링(41)의 선경, 감는 수, 형상 등을 달리 하여 상기 초탄성 스프링(41)의 위치 조절로 가해지는 압력을 조절하는 방법 등 여러가지 방법으로 조절할 수 있고 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 초탄성 스프링(41)의 형상 등의 규격과 위치 등을 정해 놓고 상기 평와셔(43)의 두께를 조절하여 상기 초탄성 스프링(41)의 압력을 조절하는 방법을 사용할 수 있다.At this time, the pressure applied is adjusted by checking the pressure value from the pressure sensor 31 and varying the wire diameter, number of turns, shape, etc. of the superelastic spring 41 to determine the position of the superelastic spring 41. It can be adjusted in various ways, such as by adjusting the pressure applied by adjustment. For example, as shown in FIG. 2, in one embodiment of the present invention, the specifications and location of the superelastic spring 41, etc. It is possible to use a method of adjusting the pressure of the superelastic spring 41 by setting and adjusting the thickness of the flat washer 43.

이 때, 상기 초탄성 스프링(41)의 변형가능 길이는 아래 수학식 1로 정의되는 부등식을 만족하는 값을 갖는 초탄성 스프링을 사용할 수 있다. At this time, the deformable length of the hyperelastic spring 41 may be a hyperelastic spring having a value that satisfies the inequality defined by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

예를 들어 상기 셀(10) 두께가 15mm, 상기 적층체(20) 내의 셀(10) 적층수가 12개 이면, 상기 초탄성 스프링(41)의 변형가능 길이는 1.8mm 보다 길고 90mm 보다 짧아야 한다.For example, if the thickness of the cells 10 is 15 mm and the number of cells 10 in the stack 20 is 12, the deformable length of the superelastic spring 41 must be longer than 1.8 mm and shorter than 90 mm.

초탄성 스프링 변형가능 길이/(셀 적층 개수 x 셀 두께) 값이 0.01보다 작으면, 충전 방전 주기에 따르는 정상적인 셀의 팽창 및 수축 변형량 보다 초탄성 스프링의 변형가능 길이가 짧아 적층체(20)의 정상적인 변형 거동에 급격한 대응력을 작용하게 되어 셀(10)의 성능, 수명 및 안전성에 나쁜 영향을 끼칠 수 있다. If the deformable length of the hyperelastic spring/(number of cells stacked A rapid response force is applied to normal deformation behavior, which may have a negative impact on the performance, lifespan, and safety of the cell 10.

초탄성 스프링 변형가능 길이/(셀 적층 개수 x 셀 두께) 값이 0.01보다 작으면, 충전 방전 주기에 따르는 정상적인 셀의 팽창 및 수축 변형량 보다 초탄성 스프링의 변형가능 길이가 짧아 셀 적층체(20)의 정상적인 변형 거동에 급격한 대응력을 작용하게 되어 셀(10)의 성능, 수명 및 안전성에 나쁜 영향을 끼칠 수 있다. If the deformable length of the hyperelastic spring/(number of cell stacks A rapid response force is applied to the normal deformation behavior of the cell 10, which may adversely affect the performance, lifespan, and safety of the cell 10.

바람직하게는 초탄성 스프링 변형가능 길이/(셀 적층 개수 x 셀 두께) 값이 0.02보다 크고 0.2보다 작게 하여 적층체(20)의 변형량을 제어할 수 있다.Preferably, the amount of deformation of the laminate 20 can be controlled by setting the deformable length of the superelastic spring/(number of cell stacks x cell thickness) value to be greater than 0.02 and less than 0.2.

더 바람직하게는 초탄성 스프링 변형가능 길이/(셀 적층 개수 x 셀 두께) 값이 0.03보다 크고 0.1보다 작게 하여 적층체(20)의 변형량을 정밀하게 제어할 수 있다.More preferably, the deformable length of the superelastic spring/(number of cell stacks

이때, 상기 적층체(20) 내의 상기 셀(10) 사이 공간에 압축 패드, 단열 패드 등의 부속물이 배치될 수도 있는데, 이러한 부속물의 변형 효과는 상기 수학식에 고려하지 않는다.At this time, appendages such as compression pads and insulating pads may be placed in the space between the cells 10 within the laminate 20, but the deformation effect of these appendages is not considered in the above equation.

이때, 셀 적층체 내의 셀 사이 공간에 압축 패드, 단열 패드 등의 부속물이 배치될 수도 있는데, 이러한 부속물의 변형 효과는 상기 수학식에 고려하지 않는다.At this time, appendages such as compression pads and insulating pads may be placed in the spaces between cells in the cell stack, but the deformation effect of these appendages is not considered in the above equation.

이상에서 살펴본 바와 같이 상기 압력 인가 장치(40)는 상기 적층체(20)를 구성하는 상기 배터리 셀(10)에 미치는 압력 변화를 초탄성 스프링(41)의 변형과 변형 회복으로 감쇠하여 상기 셀(10)에 미치는 압력을 0.02 MPa ~ 5 Mpa 범위 내에서 임의로 설정된 값으로 일정하게 유지할 수 있고, 또한, 초탄성 스프링 변형가능 길이/(셀 적층 개수 x 셀 두께) 값이 0.02 ~ 0.5 범위 내에서 상기 셀 적층체(20)의 변형량을 제어할 수 있으므로 상기 셀(10) 내부로부터의 팽창 및 수축 뿐만 아니라 외부로부터의 진동, 충격 등의 압력 변화로부터 상기 적층체(20)에 작용하는 압력을 바람직한 범위 내의 일정한 값으로 관리하여 불안정한 압력에 의한 셀(10)의 효율 저하 및 수명 단축 문제를 해결할 수 있다.As discussed above, the pressure applying device 40 attenuates the pressure change on the battery cell 10 constituting the laminate 20 by deformation and deformation recovery of the superelastic spring 41, thereby 10) The pressure applied can be kept constant at an arbitrarily set value within the range of 0.02 MPa to 5 Mpa, and the deformable length of the hyperelastic spring/(number of cells stacked x cell thickness) value is within the range of 0.02 to 0.5. Since the amount of deformation of the cell stack 20 can be controlled, the pressure acting on the stack 20 from pressure changes such as vibration and shock from the outside as well as expansion and contraction from the inside of the cell 10 is within a desirable range. By managing it to a constant value, it is possible to solve the problem of reduced efficiency and shortened lifespan of the cell 10 due to unstable pressure.

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또한, 상기 적층체(20)를 구성하는 어느 하나의 셀 또는 복수의 셀들이 스웰링 또는 과도한 부피 팽창이 발생하면, 상기 엔드 플레이트(70a)에 미치는 압력이 크게 증가하여 따라서 상기 압력 센서(31)에서 측정되고 안전 확보 설정값을 초과하면 배터리 팩 내에 구비된 BMS 등의 제어부(93)는 전원 차단 등 즉시 안전 확보를 위한 대응 조치를 할 수 있게 된다. In addition, when swelling or excessive volume expansion occurs in one cell or a plurality of cells constituting the laminate 20, the pressure on the end plate 70a increases significantly, and thus the pressure sensor 31 If it is measured and exceeds the safety setting value, the control unit 93, such as a BMS provided in the battery pack, can immediately take countermeasures to ensure safety, such as turning off the power.

또한, 상기 셀 적층체(20)의 어느 하나의 셀 또는 복수의 셀들이 스웰링 또는 과도한 부피 팽창이 발생하면, 상기 엔드 플레이트(70a)에 미치는 압력이 크게 증가하여 따라서 상기 압력 센서(31)에서 측정된 압력치가 임의로 설정된, 안전 확보 한계값을 초과하면 배터리 팩 내에 구비된 BMS 등의 제어부(93)는 전원 차단 등 즉시 안전 확보를 위한 대응 조치를 할 수 있게 된다. In addition, when swelling or excessive volume expansion occurs in one cell or a plurality of cells of the cell stack 20, the pressure on the end plate 70a increases significantly, and thus the pressure sensor 31 If the measured pressure value exceeds an arbitrarily set safety threshold, the control unit 93, such as a BMS provided in the battery pack, can immediately take countermeasures to ensure safety, such as turning off the power.

또한, 스웰링 등의 과도한 변형이 발생하면, 상기 초탄성 스프링(41)이 압축되면서 상기 엔드 플레이트(70a)가 상기 압력 인가 장치 내에 스웰링 등의 과도한 변형을 감지할 수 있게 안전을 확보할 수 있는 임의의 안전 한계 위치에 구비된 리미트 스위치(44)를 접촉하여 작동시켜 상기 리미트 스위치(44)가 신호를 발생하면 배터리 팩 내에 구비된 BMS 등의 제어부(93)는 즉시 안전 확보를 위한 대응 조치를 명령할 수 있다.In addition, when excessive deformation such as swelling occurs, the superelastic spring 41 is compressed, thereby ensuring safety by allowing the end plate 70a to detect excessive deformation such as swelling within the pressure applying device. When the limit switch 44 provided at an arbitrary safety limit position is touched and activated and the limit switch 44 generates a signal, the control unit 93, such as a BMS provided in the battery pack, immediately takes countermeasures to ensure safety. You can command.

예를 들면, 상기 셀(10)에 전기 공급을 차단시키거나 도면으로 도시하지는 않았으나, 배터리 팩 내에 구비된 소화 장치를 작동시켜 추가적인 열폭주나 화재를 예방할 수 있다.For example, the electricity supply to the cell 10 can be cut off or, although not shown in the drawing, additional thermal runaway or fire can be prevented by operating a fire extinguishing device provided in the battery pack.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩으로서, 한개 이상의 모듈(100); 제어부(93); 배터리 팩 케이스;로 구성되며,Additionally, a battery pack according to the present invention includes one or more modules 100; Control unit 93; It consists of a battery pack case;

상기 팩 케이스는 적어도 4개 이상의 (70a), (70a), (70c), (70d)의 벽으로 형성되고,The pack case is formed of at least four walls (70a), (70a), (70c), and (70d),

또한, 상기 케이스 안에 한 개 이상의 내벽(70b)을 포함할 수 있고,In addition, the case may include one or more inner walls 70b,

또한, 상기 각각의 벽은 상기 한개 이상의 모듈(100) 또는 모듈(200)의 케이스로 사용될 수 있고,In addition, each wall can be used as a case for one or more modules 100 or modules 200,

또한, 상기 각각의 벽은 자동차의 섀시 또는 차체에 접촉하여 기계적으로 연결될 수 있고,In addition, each of the walls may be mechanically connected by contacting the chassis or body of the automobile,

또한, 자동차의 섀시 또는 차체 그 자체가 상기 케이스의 어느 하나의 벽으로 사용될 수 있는 배터리 팩(1000)을 제공한다.Additionally, a battery pack 1000 is provided in which the chassis or body of the vehicle itself can be used as one wall of the case.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.Although this specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art may make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims described below. It will be possible to implement it. Therefore, if the modified implementation basically includes the elements of the claims of the present invention, it should be considered to be included in the technical scope of the present invention.

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1000: 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩
100: 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩에 구비되는 모듈
200: 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 배터리 팩에 구비되는 모듈
10: 배터리 셀
20: 복수의 2차 전지 셀(10)이 넓은 면을 대하면서 일 방향으로 적층된 상기 셀(10)들의 적층체
30a, 30b: 엔드 플레이트
31: 압력 센서
40: 압력 인가 장치
44: 셀 스웰링 감지 기기
70a, 70b, 70c, 70d: 배터리 팩 벽
93: 배터리 팩 제어부

1000: Battery pack according to an embodiment of the present invention
100: Module provided in a battery pack according to an embodiment of the present invention
200: Module provided in a battery pack according to another embodiment of the present invention
10: battery cell
20: A stack of secondary battery cells 10 in which a plurality of secondary battery cells 10 are stacked in one direction with a wide surface facing them.
30a, 30b: End plate
31: pressure sensor
40: pressure applying device
44: Cell swelling detection device
70a, 70b, 70c, 70d: Battery pack wall
93: Battery pack control unit

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1000: 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩
100: 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩에 구비되는 모듈
200: 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 배터리 팩에 구비되는 모듈
10: 배터리 셀
20: 배터리 셀 적층체
30a, 30b: 엔드 플레이트
31: 압력 센서
40: 압력 인가 장치
44: 셀 스웰링 감지 기기
70a, 70b, 70c, 70d: 배터리 팩 벽
93: 배터리 팩 제어부

1000: Battery pack according to an embodiment of the present invention
100: Module provided in a battery pack according to an embodiment of the present invention
200: Module provided in a battery pack according to another embodiment of the present invention
10: battery cell
20: Battery cell laminate
30a, 30b: End plate
31: pressure sensor
40: pressure applying device
44: Cell swelling detection device
70a, 70b, 70c, 70d: Battery pack wall
93: Battery pack control unit

Claims (7)


배터리 모듈에 있어서,
복수의 2차 전지 셀이 넓은 면을 대하면서 일 방향으로 적층된 상기 셀들의 적층체;
상기 적층체의 양 끝단면과 각각 대면하는 2개의 엔드 플레이트;
상기 엔드 플레이트의 하나와 배터리 모듈 케이스의 일 면 사이에 구비되는 압력 인가 장치;
상기 적층체, 엔드플레이트, 압력 인가 장치를 수납하는 배터리 모듈 케이스; 로 구성되고,
상기 엔드 플레이트의 하나는 상기 압력 인가 장치와 대면하면서 기계적으로 연결되고,
상기 압력 인가 장치는 상기 배터리 모듈의 케이스의 일 면에 대면하면서 기계적으로 연결되고,
상기 엔드 플레이트의 다른 하나는 상기 케이스의 일 면의 반대편 케이스의 일 면에 고정되어 상기 적층체의 넓은 면과 수직 방향으로부터의 상기 적층체로부터의 압력의 증가 또는 감소에 대항력을 제공하고
상기 압력 인가 장치와 대면하는 상기 엔드 플레이트는 상기 적층체의 넓은 면과 수직 방향으로부터의 상기 압력의 증가 또는 감소에 따라서 압력 방향에 수평으로 양 방향으로 이동하면서 상기 압력 인가 장치 또는 상기 적층체에 상기 압력 변화를 전달하고.
상기 압력 인가 장치는 상기 압력 변화를 흡수하여 상기 적층체에 0.02MPa 이상 내지 5MPa 미만의 일정한 압력을 인가하고,
상기 압력 인가 장치는 형상기억합금으로 형성된 초탄성 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 초탄성 스프링의 변형 가능 길이는 아래 수학식 1로 정의되는 값이 0.01 내지 0.5이고,
[수학식]
0.01<초탄성 스프링 변형가능 길이 /(셀 적층 개수 x 셀 두께) < 0.5
상기 압력 인가 장치에 대면하는 상기 케이스는 상기 압력 인가 장치에 대항력을 제공하여 상기 적층체의 압력 변화를 관리하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.

In the battery module,
A stack of cells in which a plurality of secondary battery cells are stacked in one direction with a wide surface facing them;
Two end plates facing each end surface of the laminate;
a pressure applying device provided between one of the end plates and one side of the battery module case;
a battery module case storing the laminate, end plate, and pressure applying device; It consists of,
one of the end plates is mechanically connected to the pressure applying device,
The pressure applying device is mechanically connected while facing one side of the case of the battery module,
The other end plate is fixed to one side of the case opposite the one side of the case to provide a counter force to the increase or decrease in pressure from the laminate in a direction perpendicular to the wide surface of the laminate,
The end plate facing the pressure applying device moves in both directions horizontally to the pressure direction according to the increase or decrease of the pressure from the direction perpendicular to the wide surface of the laminate and is attached to the pressure applying device or the laminate. transmitting pressure changes.
The pressure applying device absorbs the pressure change and applies a constant pressure of 0.02 MPa or more to less than 5 MPa to the laminate,
The pressure applying device is characterized in that it includes a superelastic spring formed of a shape memory alloy,
The deformable length of the hyperelastic spring is defined by Equation 1 below and is 0.01 to 0.5,
[Equation]
0.01<Deformable length of superelastic spring / (Number of cell stacks x Cell thickness) < 0.5
The battery module, characterized in that the case facing the pressure applying device provides a counter force to the pressure applying device to manage pressure changes in the laminate.
제 1항에 있어서, 상기 압력 인가 장치 내에 설치되어 상기 적층체의 스웰링을 감지하는 리미트 스위치 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The battery module according to claim 1, comprising a limit switch device installed within the pressure applying device to detect swelling of the laminate. 제 1항에 있어서, 상기 엔드 플레이트 중 적어도 한 개 이상의 엔드 플레이트의 일 면에 압력 센서가 설치되어 상기 적층체에 작용하는 압력을 측정할 수 있는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
The battery module according to claim 1, wherein a pressure sensor is installed on one surface of at least one of the end plates and includes a device capable of measuring the pressure acting on the laminate.
제 1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈;
제어부; 및 상기 배터리 모듈의 케이스 역할을 하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
At least one battery module according to claim 1;
control unit; and a pack case serving as a case for the battery module.
제 4항에 있어서, 상기 적층체에 작용하는 압력과 변형량이 비정상적으로 증가하여 압력 센서 또는 또는 리미트 스위치가 감지했을 경우에 전원 차단 등 안전 조치를 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
The battery pack according to claim 4, comprising a control unit that takes safety measures such as turning off the power when a pressure sensor or a limit switch detects an abnormal increase in pressure and deformation acting on the laminate.
제 4항에 있어서,
자동차의 섀시 또는 차체가 상기 팩 케이스의 하나의 벽으로 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
According to clause 4,
A battery pack, characterized in that the chassis or body of an automobile is used as one wall of the pack case.
제 4항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
A motor vehicle comprising at least one battery pack according to claim 4.
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