KR20150005026A - 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 제1전극판과 제2전극판 사이에 분리막이 개재되며, 상기 제1전극판 및 제2전극판에서 각각 연장되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀; 일면이 개구되어 내부에 상기 배터리셀이 수납되며 둘레면 내면에 돌출편이 형성되는 케이스; 상기 케이스의 개구된 일면을 덮으며 둘레면 외면에 상기 돌출편이 삽입되는 삽입홀이 형성되는 커버;를 포함하며, 상기 돌출편과 커버가 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되어 용착부가 형성된다.

Description

배터리 모듈{THE BATTERY MODULE}

본 발명은 충방전이 가능한 이차전지가 내장되는 배터리 모듈에 관한 것이다.

최근 자동차 기술에 있어서, 화석 연료의 사용량을 줄이기 위하여 전기를 동력원으로 하는 친환경적인 분야에 대한 연구가 꾸준히 늘어나고 있다. 이러한 연구로부터, 완전히 전기만을 동력원으로 하는 전기 자동차나, 화석 연료와 전기를 적절하게 함께 사용하는 하이브리드 자동차 등이 상용화되었다. 이러한 전기 자동차또는 하이브리드 자동차에는, 안정적으로 전기를 공급하기 위한 동력원으로서 일반적으로 이차 전지 등과 같은 전지가 구비된다.

이러한 이차 전지는 일반적으로 전기화학적 반응을 이용하여 전력을 생산하며, 실제 충방전이 일어나는 배터리셀과, 내부에 배터리셀이 수납된 다음, 둘레가 용착되어 용착면이 형성되는 케이스를 포함하여 배터리 모듈로 구성된다. 특히 배터리 모듈이 자동차에 사용되기 위해서는 고용량이 필요하므로, 다수의 배터리 모듈을 모아 패키지화하여 고용량의 배터리 팩이 자동차용으로 널리 사용되고 있다.

그러나 배터리팩은 산업화 요구에 의해, 그 두께가 점점 얇아지고 있으며, 상기 케이스의 용착면도 얇아지게 되어 케이스의 용착면의 용착강도가 약해지는 문제점이 있다.

이와 관련된 기술로서, 한국공개특허 제2012-0115092호는 정극과 부극과 세퍼레이터를 적층한 적층 전극체를 전해액과 함께 외장 부재에 수납하고, 상기 외장 부재의 외주부를 용착하고, 상기 외주부와, 적층 전극체를 덮는 전지 본체부와, 상기 외주부와 상기 전지 본체부 사이의 전해액이 저류된 잉여 전해액부를 갖는 라미네이트형의 2차 전지에 있어서, 외부로부터 잉여 전해액부에 압박 압력을 가하는 가압 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 2차 전지를 제시하고 있다.

그러나 종래기술은 단지 외장부재의 외주부를 용착한 다음, 가압함으로써, 외장부재의 외주부가 얇아지는 경우, 외장부재의 외주부의 용착강도가 현저하게 저하되는 문제점이 있다.

따라서 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 배터리 모듈의 개발이 필요한 실정이다.

한국공개특허 제2012-0115092호(2012.10.17)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 케이스의 두께가 얇아지더라도 용착면의 용착강도가 저하되지 않는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 제1전극판과 제2전극판 사이에 분리막이 개재되며, 상기 제1전극판 및 제2전극판에서 각각 연장되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀; 일면이 개구되어 내부에 상기 배터리셀이 수납되며 둘레면 내면에 돌출편이 형성되는 케이스; 및 상기 케이스의 개구된 일면을 덮으며 둘레면 외면에 상기 돌출편이 삽입되는 삽입홀이 형성되는 커버;를 포함하며, 상기 돌출편과 커버가 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되어 용착부가 형성된다.

또한, 상기 용착부는 상기 케이스의 둘레면 내면을 따라 서로 일정간격 이격되어 다수개 형성될 수 있다.

또한, 상기 커버는 상기 케이스의 둘레면 외면을 덮는 연장바디를 더 포함하며, 상기 연장바디 상에 상기 안착홀이 형성된다.

또한, 상기 케이스는 일면이 개구되어 내부에 상기 배터리셀이 수납되며 둘레면 내면에 걸림부재가 형성되는 제1분리케이스와, 일면이 개구되며 둘레면 내측에 상기 걸림부재가 끼움 결합되는 끼움홀이 형성되며 둘레면 내면에 상기 돌출편이 형성되는 제2분리케이스로 분리될 수 있다.

또한, 상기 걸림부재는 상기 제1분리케이스의 둘레면 내측에 형성되는 걸림편과, 상기 걸림편의 단부에서 외측으로 돌출되는 걸림턱을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1분리케이스와 제2분리케이스가 플라스틱 재질로 이루어지고, 상기 커버가 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 배터리 모듈은 상기 제1전극탭 및 제2전극탭의 둘레면을 각각 지지하도록 상기 제1분리케이스의 내부에 설치되는 제1지지부재 및 제2지지부재, 및 상기 제1전극탭 및 제2전극탭과 각각 결합되어 상기 제1분리케이스의 외측으로 노출되는 제1리드탭 및 제2리드탭을 더 포함할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 제1전극판과 제2전극판 사이에 분리막이 개재되며, 제1전극판 및 제2전극판에서 각각 연장되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀; 일면이 개구되어 내부에 배터리셀이 수납되며 둘레면 내면에 돌출편이 형성되는 케이스; 케이스의 개구된 일면을 덮으며 둘레면 외면에 돌출편이 삽입되는 삽입홀이 형성되는 커버;를 포함하며, 돌출편과 커버가 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되어 용착부가 형성됨으로써, 케이스의 두께가 얇아지더라도 용착부의 용착강도가 저하되지 않는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 용착부는 커버의 외측 둘레를 따라 다수개 형성됨으로써, 커버와 케이스가 서로 더욱 단단하게 체결되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 일면이 개구되어 내부에 배터리셀이 수납되며 둘레면 내면에 걸림부재가 형성되는 제1분리케이스와, 일면이 개구되며 둘레면 내측에 걸림부재가 끼움 결합되는 끼움홀이 형성되며 둘레면 내면에 돌출편이 형성되는 제2분리케이스로 분리됨으로써, 커버와 걸림턱이 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되면서 발생하는 진동이 제2분리케이스와 제1분리케이스를 순차적으로 경유하여 완충되어, 초음파 용접에 의한 진동에 의해 배터리셀이 영향을 받는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 돌출편이 커버의 삽입홀에 삽입된 상태를 나타낸 사시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용착부의 초음파 용접을 나타낸 확대사시도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 충방전이 가능한 배터리셀(100)이 내장된 배터리 모듈(1000)에 관한 것으로서, 케이스(200, 300)의 두께가 얇아지는 경우에도 케이스(200, 300)의 용착면의 용착강도가 저하되지 않는 배터리 모듈(1000)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 돌출편이 커버의 삽입홀에 삽입된 상태를 나타낸 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용착부의 초음파 용접을 나타낸 확대사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 배터리셀(100), 케이스(200, 300), 및 커버(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

배터리셀(100)은 제1전극판과 제2전극판 사이에 분리막이 개재되며, 제1전극판 및 제2전극판에서 각각 연장되는 제1전극탭(140) 및 제2전극탭(150)을 포함하여 구성될 수 있다.

제1전극판은 양극판으로서, 도전성이 우수한 금속 박판, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체의 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.

제2전극판은 음극판으로서, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 음극 집전체의 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등 이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.

분리막은 제1전극판과 제2전극판을 분리시키는 구성으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.

제1전극탭(140) 및 제2전극탭(150)은 전원 연결을 위한 구성으로 각각 제1전극판 및 제2전극판에서 연장 형성될 수 있다.

또한, 제1전극탭(140) 및 제2전극탭(150)은 각각 제1전극판 및 제2전극판에 용접될 수 있다.

케이스(200, 300)는 일면이 개구된 판형태로 이루어질 수 있으며 내부에 배터리셀(100)이 수납되며, 둘레면 내면에 돌출편(310)이 형성된다.

이 때, 돌출편(310)은 판형태로 형성될 수 있으나 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

커버(400)는 케이스(200, 300)의 개구된 일면을 덮으며 둘레면 내면에 돌출편(310)이 삽입되기 위한 삽입홀(401)이 형성되며 케이스(200, 300)의 둘레면 외면을 덮는 연장바디(410)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 돌출편(310)과 커버(400)가 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되어 용착부(W)가 형성된다. 여기에서, 초음파 용접은 돌출편(310)과 커버(400)가 서로 접촉된 부위를 가압한 다음, 그 부위에 초음파 진동을 인가하여 발생하는 마찰열을 이용하여 접합시킨다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 커버(400)의 삽입홀(401)이 케이스(200, 300)의 돌출편(310)을 통해 삽입된 상태에서, 커버(400)와 케이스(200, 300)가 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되어 용착부(W)가 형성되어, 케이스(200, 300)와 커버(400)가 서로 더욱 단단하게 체결된다.

한편, 연장바디(410)는 케이스(200, 300)의 둘레면 외면 전부를 덮을 수 있으며, 케이스(200, 300)의 둘레면 외면 일부를 덮을 수 있으나 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 제1전극판과 제2전극판 사이에 분리막이 개재되며, 제1전극판 및 제2전극판에서 각각 연장되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀(100); 일면이 개구되어 내부에 배터리셀(100)이 수납되며 둘레면 내면에 돌출편(310)이 형성되는 케이스(200, 300); 케이스(200, 300)의 개구된 일면을 덮으며 둘레면 외면에 돌출편(310)이 삽입되는 삽입홀(401)이 형성되는 커버(400);를 포함하며, 돌출편(310)과 커버(400)가 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되어 용착부(W)가 형성됨으로써, 케이스(200, 300)의 두께가 얇아지더라도 용착부(W)의 용착강도가 저하되지 않는 장점이 있다.

또한, 용착부(W)는 커버(400)의 둘레면 내면을 따라 서로 일정간격 이격되어 다수개 형성될 수 있다. 이 때, 용착부(W)가 상술한 바와 같이 형성된다는 것은 돌출편(310)이 케이스(200, 300)의 둘레면 내면을 따라 서로 일정간격 이격되어 다수개 형성된다는 것을 의미한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 용착부(W)는 커버(400)의 외측 둘레를 따라 다수개 형성됨으로써, 커버(400)와 케이스(200, 300)가 서로 더욱 단단하게 체결되는 효과가 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 케이스(200, 300)는 제1분리케이스(200)와 제2분리케이스(300)로 분리될 수 있다.

제1분리케이스(200)는 일면이 개구된 판형태로 형성되며, 내부에 배터리셀(100)이 수납되며 둘레면 내면에 걸림부재(210)가 형성된다.

걸림부재(210)는 걸림편(212)과, 걸림턱(214)을 포함하여 구성될 수 있다.

걸림편(212)은 제1분리케이스(200)의 둘레면 내면에서 제1분리케이스(200)의 개구된 일면을 향하는 방향으로 돌출 형성되며 지주형태로 형성될 수 있다.

걸림턱(214)은 걸림편(212)의 단부에서 제1분리케이스(200)의 외측으로 돌출 형성된다.

제2분리케이스(300)는 일면이 개구되며 둘레면 내측에 걸림부재(210)가 끼움 결합되기 위한 끼움홀(301)이 형성되며 둘레면 내면에 돌출편(310)이 형성되어 커버(400)의 삽입홀(401)에 삽입된다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 일면이 개구되어 내부에 배터리셀(100)이 수납되며 둘레면 내면에 걸림부재(210)가 형성되는 제1분리케이스(200)와, 일면이 개구되며 둘레면 내측에 걸림부재(210)가 끼움 결합되는 끼움홀(301)이 형성되며 둘레면 내면에 돌출편(310)이 형성되는 제2분리케이스(300)로 분리됨으로써, 커버(400)와 걸림턱(214)이 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되면서 발생하는 진동이 제2분리케이스(300)와 제1분리케이스(200)를 순차적으로 경유하여 완충되어, 초음파 용접에 의한 진동에 의해 배터리셀(100)이 영향을 받는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 제1지지부재(510), 제2지지부재(520), 제1리드탭(610), 및 제2리드탭(620)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

제1지지부재(510) 및 제2지지부재(520)는 제1전극탭(140) 및 제2전극탭(150)의 둘레면 외면을 각각 지지하도록 제1분리케이스(200)의 내부에 설치되는 구성으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1전극탭(140) 및 제2전극탭(150)의 둘레면 외면 일정 영역을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다.

즉, 제1지지부재(510) 및 제2지지부재(520)는 제1전극탭(140) 및 제2전극탭(150)의 움직임을 최소화 한다.

제1리드탭(610) 및 제2리드탭(620)는 제1전극탭(140) 및 제2전극탭(150)과 각각 결합되어 제1분리케이스(200) 또는 제2분리케이스(300)의 외측으로 노출되어, 배터리셀(100)이 외부와 전원연결되게 하는 역할을 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 제1분리케이스(200)와 제2분리케이스(300)가 플라스틱 재질로 이루어질 수 있고, 커버(400)가 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

이 때, 커버(400)가 초음파 진동에 의해 발생하는 마찰열에 녹지 않는 알루미늄 재질로 이루어짐으로써, 제2분리케이스(300)가 녹는 것으로 초음파 용접이 용이하게 이루어질 수 있다.

즉, 커버(400)가 초음파 진동에 의해 그 형태가 변화하지 않게 된다.

또한, 커버(400)는 배터리셀(100)의 과충전으로 인해 스웰링 현상이 발생하면 삽입홀(401)이 돌출편(310)에서 배출되면서 배터리셀(100)에서 발생하는 가스가 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1000)은 돌출편(310)의 커버(400)의 삽입홀(401)에 삽입된 상태에서 돌출편(310)에 초음파를 인가하여 발생하는 진동에 의해 커버(400)에 맞닿은 돌출편(310)의 일정 부위가 녹아서 돌출편(310)과 커버(400)가 접합되는 것이다. 이 때, 초음파는 커버(400)의 삽입홀(401)에 근접한 부위에도 인가할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈
100 : 배터리셀
140 : 제1전극탭 150 : 제2전극탭
200 : 제1분리케이스
210 : 걸림부재
212 : 걸림편 214 : 걸림턱
300 : 제2분리케이스
301 : 끼움홀
310 : 돌출편
400 : 커버
401 : 삽입홀
410 : 연장바디
510 : 제1지지부재 520 : 제2지지부재
610 : 제1리드탭 620 : 제2리드탭
W : 용착부

Claims (7)

1. 제1전극판과 제2전극판 사이에 분리막이 개재되며, 상기 제1전극판 및 제2전극판에서 각각 연장되는 제1전극탭 및 제2전극탭을 포함하는 배터리셀;
   일면이 개구되어 내부에 상기 배터리셀이 수납되며 둘레면 내면에 돌출편이 형성되는 케이스; 및
   상기 케이스의 개구된 일면을 덮으며 둘레면 외면에 상기 돌출편이 삽입되는 삽입홀이 형성되는 커버;를 포함하며,
   상기 돌출편과 커버가 서로 접촉된 부위가 초음파 용접되어 용착부가 형성되는 배터리 모듈.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 용착부는
   상기 케이스의 둘레면 내면을 따라 서로 일정간격 이격되어 다수개 형성되는 배터리 모듈.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 커버는
   상기 케이스의 둘레면 외면을 덮는 연장바디를 더 포함하며, 상기 연장바디 상에 상기 안착홀이 형성되는 배터리 모듈.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 케이스는
   일면이 개구되어 내부에 상기 배터리셀이 수납되며 둘레면 내면에 걸림부재가 형성되는 제1분리케이스와, 일면이 개구되며 둘레면 내측에 상기 걸림부재가 끼움 결합되는 끼움홀이 형성되며 둘레면 내면에 상기 돌출편이 형성되는 제2분리케이스로 분리되는 배터리 모듈.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 걸림부재는
   상기 제1분리케이스의 둘레면 내측에 형성되는 걸림편과, 상기 걸림편의 단부에서 외측으로 돌출되는 걸림턱을 포함하는 배터리 모듈.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1분리케이스와 제2분리케이스가 플라스틱 재질로 이루어지고, 상기 커버가 알루미늄 재질로 이루어지는 배터리 모듈.
   
7. 제4항에 있어서, 상기 배터리 모듈은
   상기 제1전극탭 및 제2전극탭의 둘레면을 각각 지지하도록 상기 제1분리케이스의 내부에 설치되는 제1지지부재 및 제2지지부재, 및
   상기 제1전극탭 및 제2전극탭과 각각 결합되어 상기 제1분리케이스의 외측으로 노출되는 제1리드탭 및 제2리드탭을 더 포함하는 배터리 모듈.

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