KR20150062942A - 카트리지 적층 구조의 전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 둘 이상의 단위셀들이 카트리지들에 고정되어 적층된 구조의 전지모듈로서, 전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며; 상기 단위셀들은 이들의 측면이 지면에 대해 수평으로 일자 형태를 이루도록 상호 배치된 상태로, 전극단자들이 대면하도록 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 카트리지들에 장착되어 있는 버스 바들에 의해, 대면한 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며; 상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

카트리지 적층 구조의 전지모듈 {Battery Module of Cartridge Stacking Structure}
본 발명은 전지셀이 카트리지에 고정되어 적층된 구조의 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있고, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.
또한, 전기를 저장해 두었다가 필요한 시점에 안정적으로 전력계통에 다시 공급해주는 전력 저장 장치에 관한 기술이 개발되고 있다. 전력 저장 장치는 전력 수요가 적을 때 에너지를 저장하고, 과부하 또는 비상시에 전력을 공급하는 장치로서, 전력 품질 및 에너지 사용 효율을 향상시키는 효과를 제공하고 있다. 특히, 가정용 전력 저장 장치 및 산업용 또는 상업용 중형 전력 저장 장치는 스마트 그리드 기술과 결부되어 시장규모가 급성장하고 있다.
한편, 전지모듈이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 또는 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여 전지모듈을 구성하여야 하고, 전지모듈의 용량이 커질수록 확장성이 용이하고 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
특히, 다수의 전지셀들을 사용하여 전지모듈을 구성하는 경우, 버스 바 또는 전원 연결 케이블과 같이 이들의 기계적 체결 및 전기적 접속을 위해 일반적으로 많은 부재들이 필요하고, 냉각 구조도 포함시켜야 하므로 부품들을 제조하여 조립하는 과정은 매우 복잡하며, 전지모듈을 확장해야 하는 경우, 구조 변경이 용이하지 않을 뿐만 아니라 많은 부품의 추가가 필요하여 제조 비용을 상승시킨다.
또한, 다수의 부품이 포함되어 복잡한 구성을 이루는 전지모듈의 제조 공정상, 오조립을 확인하기 어렵다는 문제점이 있으며, 이러한 오조립은 전지모듈의 안전성 및 신뢰성을 감소시키고 불량률을 상승시키는 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 냉각 구조를 개선하여 냉각 효율을 향상시키고, 제조 공정시 발생하는 오조립을 방지하며, 구조적 안정성이 뛰어난 전지모듈을 제공하는 것이다..
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
둘 이상의 단위셀들이 카트리지들에 고정되어 적층된 구조의 전지모듈로서,
전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며;
상기 단위셀들은 이들의 측면이 지면에 대해 수평으로 일자 형태를 이루도록 상호 배치된 상태로, 전극단자들이 대면하도록 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 카트리지들에 장착되어 있는 버스 바들에 의해, 대면한 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며;
상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있는 구조로 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 전지모듈은 다수의 단위셀들을 병렬 구성하여 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고, 이들을 적층하여 병렬로 연결한 구조를 포함하고 있으므로, 조립이 용이하고, 간단한 과정으로 병렬 구조의 확장이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 전지모듈은 단위셀들이 카트리지 상에 특정하게 배열 장착됨으로써, 전체적으로 콤팩트한 구조를 제공하고 우수한 구조적 안정성을 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단위셀은 장방형의 판상형 전지셀 구조일 수 있다.
상기 판상형 전지셀은, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.
구체적으로, 상기 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 전지셀로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 전지셀은 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.
상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조 등을 들 수 있다. 상기와 같은 구조의 파우치형 전지셀은 본 출원인의 PCT 국제출원 제PCT/KR2004/003312호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다. 그러나, 전지케이스가 1 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 케이스 외주면의 상하부 접촉부위를 열융착하여 밀봉하는 구조일 수도 있음은 물론이다.
상기 판상형 전지셀은 전지모듈 또는 전지팩의 구성시 고전압 및 고전류를 제공할 수 있는 전지이면 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 체적당 에너지 저장량이 큰 리튬 이차전지일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 카트리지에는 2개의 단위셀들이 서로 전극단자들이 대면하도록 각각 장착되는 제 1 단위셀 장착부 및 제 2 단위셀 장착부가 형성되어 있고, 상기 제 1 단위셀 장착부 및 제 2 단위셀 장착부는 카트리지를 측면에서 바라볼 때, 상기 제 1 단위셀 장착부의 단부로부터 제 2 단위셀 장착부의 단부까지 일자로 연장된 형태로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제 1 단위셀 장착부 및 2 단위셀 장착부는 각각의 단위셀들을 카트리지에 수용하면서, 이들 두 개의 단위셀들 배열 상태에 대응하는 형태로 카트리지에 형성되어 있다.
상기 카트리지에는 단위셀의 상면 또는 하면에 대응하는 내면 일부에, 냉매 유로를 형성하면서 단위셀을 지지하는 하나 이상의 리브(rib)가 형성될 수 있다. 이러한 리브는, 예를 들어, 냉매 유로의 방향으로 연장된 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 카트리지의 측면에는 냉매 유로와 연통되는 개구들이 천공된 구조일 수 있다. 상기 개구는 예를 들어 슬릿 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 개구를 통해 냉매가 냉매 유로로 유입되거나 또는 배출되므로, 카트리지의 일측에 냉매가 유입되는 개구들이 형성되고, 타측에 냉매가 배출되는 개구들이 형성된 구조일 수 있다.
상기 카트리지에는, 단위셀을 정위치 고정하면서 버스 바에 대한 단위셀 전극단자의 용접시 단위셀의 밀림을 방지하도록, 단위셀의 외주면 일부를 전극단자 방향에서 지지하는 하나 이상의 밀림 방지턱이 형성될 수 있다.
상기 밀림 방지턱은, 예를 들어, 단위셀의 외주면 중에서, 전극단자 방향의 외주면 양단부들과, 단위셀의 양극단자 및 음극단자 사이를 지지하는 구조로 형성될 수 있다.
한편, 상기 카트리지는 인접한 카트리지와 정위치에서 적층되도록, 상부 또는 하부 방향으로 돌출된 하나 이상의 돌기가 형성될 수 있고, 상기 인접 카트리지에는 상기 돌기에 대응하는 하나 이상의 홈이 형성될 수 있다. 즉, 상기 카트리지가 적층되었을 때 상기 돌기가 홈에 삽입되는 구조에 의하여 이들이 정위치에서 결합될 수 있다.
상기 돌기 및 홈은 정위치에서의 적층 여부의 확인이 용이하도록 카트리지의 외주면에 형성될 수 있다.
한편, 상기 카트리지의 표면에는, 단위셀의 정위치 장착을 안내하거나 또는 카트리지 적층 구조의 구성시 카트리지들의 위치 확인을 위한 문자 또는 기호가 표시될 수 있다. 상기 카트리지에 표시된 문자 또는 기호는 전지모듈의 조립시 정확한 조립을 가능하게 하며, 조립된 상태에서 불량의 유무도 용이하게 파악이 가능하다.
이러한 상기 문자 또는 기호는 카트리지의 표면에 인쇄 또는 각인되어 있는 구조로 형성될 수 있으며, 카트리지 상의 단위셀의 위치, 단위셀의 양극과 음극의 위치, 및 카트리지의 전면과 후면 표시 중의 적어도 하나 이상을 나타내는 문자 또는 기호일 수 있다.
한편, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들은 적층된 상태로 고정될 수 있으며, 예를 들어, 상기 단위셀 병렬 연결 구조에 포함되는 카트리지의 양 측면에는 체결홈을 구비한 돌출부들이 형성되어 있고, 상기 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지가 상호 결합될 수 있다. 즉, 카트리지를 적층한 후 상기 카트리지들의 체결홈에 상기 체결부재를 삽입하여 통과시키는 구조로 결합될 수 있다.
이러한 구조에서, 카트리지들 사이에 안정적인 결합 구조를 제공하기 위하여, 상기 카트리지의 양 측면의 돌출부들은 카트리지의 중심을 기준으로 대칭 배열될 수 있다.
경우에 따라서, 상기 카트리지의 중앙에 추가 체결홈이 형성될 수 있으며, 상기 추가 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지들이 상호 결합되는 구조일 수 있다.
상기 단위셀의 전극단자들은 버스 바에 다양한 방법으로 결합될 수 있으며, 예를 들어 용접, 솔더링, 기계적 체결 등으로 결합될 수 있다. 그 중에서도 바람직하게는 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 결합될 수 있다.
상기 단위셀 병렬 연결 구조에서, 버스 바들을 기준으로 단위셀들이 대칭 배열된 상태로 카트리지에 장착되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 상기 버스 바에 전극단자가 연결되어 있는 단위셀의 구조가 상기 버스 바를 중심으로 대칭되도록 배열되는 구조로 형성될 수 있다. 이 때, 단위셀들을 고정하는 카트리지도 상기 단위셀에 대응하여 버스 바를 기준으로 대칭되도록 배열될 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 버스 바들 중 적어도 2개의 버스 바들은 직렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다. 이 때, 상기 버스 바들은 직렬 접속부재에 의해 직렬로 연결되며, 상기 직렬 접속부재는 상기 버스 바와 마찬가지로 일측 단부에 결합구가 형성되어 있고, 상기 버스 바의 결합구와 볼트, 볼트-너트 또는 압입 너트에 의해 전기적 및 기계적으로 체결될 수 있다.
따라서, 상기 단위셀 병렬 연결 구조의 병렬 연결을 통해 전지모듈의 용량을 조절 또는 확장할 수 있을 뿐만 아니라, 일부 단위셀 병렬 연결 구조의 직렬 연결을 통해 전지모듈의 출력 또한 조절 및 확장이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
상기 단위셀 병렬 연결 구조의 직렬 연결에 관한 구체적인 예에서, 상기 병렬 연결용 버스 바들은 제 1 버스 바 및 및 2 버스 바를 포함하며, 상기 제 1 버스 바는 단위셀의 양극단자와 연결되고, 상기 제 2 버스 바는 단위셀의 음극단자와 연결될 수 있다. 이 때, 상기 단위셀 병렬 연결 구조들이 적층되면서, 각각의 카트리지들에서 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 교번 배열되도록 적층되는 구조로 형성될 수 있다.
상기 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 교번 배열되는 구조는 다양한 과정으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 하부의 카트리지가 상부 카트리지에 대해 평면상으로 180도 회전된 상태로 적층하는 과정을 사용하여 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 교번 배열되도록 적층되는 구조를 형성할 수 있다.
즉, 상기와 같이 양극단자와 연결된 제 1 버스 바와 음극단자가 연결된 제 2 버스 바가 교번 배열되어 적층된 구조에서, 상기 직렬 접속부재를 이용하여 상하 적층된 카트리지들에서 제 1 버스 바와 제 2 버스 바를 연결함으로써 직렬 연결이 달성될 수 있다.
상기 버스 바가 장착되는 카트리지 상에는 용접용 개구가 천공되어 있을 수 있다. 즉, 상기 버스 바와 단위셀의 전극단자들이 용접되는 부위에 대응하는 카트리지의 일부 부위에는 용접을 위하여 상기 버스 바의 하면이 노출되도록 하는 개구가 천공되어 있을 수 있다.
상기 버스 바 및 카트리지의 결합은 한정되지 않고 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 하나의 예로, 상기 버스 바에는 체결용 관통구들이 천공되어 있고, 상기 카트리지에는 상기 체결용 관통구들에 삽입되는 체결용 돌기들이 형성되어, 상기 체결용 관통구 및 체결용 돌기의 결합으로 결합될 수 있다.
한편, 상기 버스 바의 일측 단부는 카트리지의 측면으로 절곡 연장될수 있다. 상기와 같이 절곡 연장된 부위에 별도의 접속부재를 연결하여 적층 구조의 상부 또는 하부에 인접한 카트리지, 또는 외부 입출력 단자와 전기적으로 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위모듈로서 상기 전지모듈을 조합하여 제조될 수 있으며, 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은 다수의 단위셀들을 병렬 구성하여 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고, 이들을 적층하여 병렬 또는 직렬로 연결한 구조를 포함하고 있으므로, 조립이 용이하고, 간단한 과정으로 병렬 또는 직렬로 구조의 확장이 가능한 이점이 있다.
또한, 상기 카트리지의 내측에 냉매 유로를 형성하여 냉각 효율을 향상시킬 뿐 만 아니라, 카트리지에 형성된 문자, 기호, 및 돌기, 홈 구조 등에 의하여 오조립을 방지하여 조립 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전지모듈을 조립할 수 있는 구조를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 2는 도 1의 상부 부위를 분해한 구조의 사시도이다;
도 3은 도 2의 측면도이다;
도 4는 도 1의 전지모듈에서 단위셀을 구성하는 전지셀의 사시도이다;
도 5는 도 1의 카트리지의 사시도이다;
도 6은 도 5의 카트리지에서 버스 바를 분리한 구조의 사시도이다;
도 7은 도 4의 정면도이다;
도 8은 도 4의 후면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
하기 도면에서는 설명의 편의를 위하여 일반적인 전지모듈에 포함되는 모듈 케이스, 외부 입출력 단자, 및 보호회로모듈 등은 생략하였다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)이 일측에 형성되어 있는 단위셀들(110, 110’), 단위셀들(110, 110’)을 각각 고정하는 카트리지(120), 및 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)과 결합되어 단위셀들(110, 110’)을 전기적으로 연결하는 버스 바들(132, 134)을 포함하는 구조로 구성되어 있다.
이러한 단위셀들(110, 110’)은 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)이 대면하도록 카트리지(120)에 장착되어 있으며, 카트리지(120)에 장착되어 있는 버스 바들(132, 134)에 의해 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)이 병렬로 연결되어 카트리지(120)에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하고 있다.
단위셀 병렬 연결 구조는 지면으로부터 높이 방향으로 배열되도록 카트리지들(120)이 상하로 적층된 구조로 형성되어 있다.
도 2에는 도 1의 상부 부위를 분해한 구조의 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 측면도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 도 1과 함께 참조하면, 카트리지(120)에는 양 측면에 체결홈(124)을 구비한 돌출부들(122)이 형성되어 있고, 카트리지들(120) 적층한 후 카트리지들의 체결홈들(124)에 체결부재(도시하지 않음)를 삽입함으로써 카트리지들(120)이 적층된 상태를 고정하는 구조로 이루어져 있다. 카트리지(120)의 돌출부들(122)은 카트리지 중심을 기준으로 대칭 배열된 구조로 형성되어 있다.
도 4에는 도 1의 전지모듈에서 단위셀을 구성하는 전지셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지셀(110)은 전극단자들(양극단자: 112, 음극단자: 113)이 일측 단부에 형성되어 있는 판상형 전지셀(110)이다. 구체적으로 판상형 전지셀(110)은 금속층(도시하지 않음)과 수지층(도시하지 않음)을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스(200)에 전극조립체(도시하지 않음)를 내장하고, 예를 들어, 열융착에 의해 실링부(201)를 형성한 구조이며, 통상적으로 이를 ‘파우치형 전지셀’로 통칭하기도 한다.
도 5에는 도 1의 카트리지의 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 카트리지에서 버스 바를 분리한 구조의 사시도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 도 2와 함께 참조하면, 카트리지(120)는 2개의 단위셀들(110, 110’)이 서로 전극단자들(112, 113, 112’, 113’)이 대면하도록 각각 장착되는 제 1 단위셀 장착부(125a) 및 제 2 단위셀 장착부(125b)가 형성되어 있다.
제 1 단위셀 장착부(125a) 및 제 2 단위셀 장착부(125b)에 단위셀들(110, 110’)이 장착되었을 때, 단위셀의 상면 또는 하면에 대응하는 부위는 상하로 관통되어 있고, 이러한 관통된 부위를 가로지르도록 냉매 유로를 형성하면서 단위셀을 지지하는 리브(126)가 형성되어 있다. 즉, 카트리지(120)의 상부 및 하부에 각각 단위셀이 접하였을 때, 상하로 관통된 부위에 의해 단위셀들 사이에 공간이 형성되며, 이러한 공간은 리브(126)에 의해 구분되어 냉매 유로가 형성된 구조로 이루어져 있다. 또한, 카트리지의 양 측면에는 냉매 유로와 연통되는 개구(127)가 형성되어 있어서, 냉매가 개구(127)를 통해 유입되거나 방출되는 구조로 형성되어 있다.
카트리지(120)의 버스 바(132, 134)가 장착되는 부위에는 용접용 개구(128)가 천공되어 있다. 구체적으로, 버스 바(132, 134)와 단위셀들의 전극단자들이 용접되는 부위에 대응하는 카트리지(120)의 일부 부위에는 용접을 위하여 버스 바(120)의 하면이 노출되도록 개구(128)가 천공되어 있다.
또한, 카트리지(120)에는 체결용 돌기들(129)이 형성되어 있고, 버스 바(132, 134)에는 체결용 돌기(129)에 대응하는 체결용 관통구들(133, 135)이 천공되어 있어서 이들의 결합에 의해 카트리지(120)에 버스 바(132, 134)가 결합되는 구조로 이루어져 있다.
버스 바(132, 134)의 일측 단부는 카트리지(120)의 측면으로 절곡 연장되어 있고, 절곡 연장된 부위에는 체결구(136)가 형성되어 있어서, 카트리지의 적층 구조에서 별도의 접속부재로 상하로 인접한 버스 바들의 체결구들(136)을 연결하여 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있고, 경우에 따라서 외부 입출력 단자와도 연결되는 구조로 형성되어 있다.
카트리지(120)의 양 측면에는 체결홈(124)을 구비한 돌출부들(122)이 카트리지(120) 중심을 기준으로 대칭 배열되어 있으며, 카트리지(120)의 중앙에는 추가 체결홈(124’)이 형성되어 있다. 상하로 적층된 카트리지 구조는 체결홈들(124, 124’)을 각각 관통하는 체결부재(도시하지 않음)에 결합되어 고정되는 구조로 이루어져 있다.
또한, 카트리지(120)는 인접한 카트리지와 정위치에서 적층되도록, 상부 방향으로 돌기(121a)가 형성되어 있고, 하부 방향으로 홈(121b)이 형성되어 있다. 이러한 구조가 적층되었을 때, 돌기(121a)가 홈(121b)에 삽입됨으로써 카트리지들이 정위치에서 결합되는 구조로 이루어져 있다. 이러한 돌기(121a) 및 홈(121b)은 정위치에서의 적층 여부의 확인이 용이하도록 카트리지(120)의 외주면에 형성되어 있다.
한편, 카트리지(120)에는 단위셀의 외주면 중에서, 전극단자 방향의 외주면 양단부들과, 단위셀의 양극단자 및 음극단자 사이를 지지하기 위한 밀림 방지턱들(140, 141, 142)이 형성되어 있다. 이러한 밀림 방지턱들(140, 141, 142)은, 카트리지(120)에 단위셀이 장착될 경우, 단위셀의 전극단자 돌출방향의 외주면들 중, 전극단자 부위를 제외한 나머지 외주면과 밀착하면서 단위셀을 정위치 고정시킨다. 따라서, 밀림 방지턱들(140, 141, 142)은 외력에 의해 단위셀이 카트리지(120) 내에서 유동하는 것을 억제할 수 있고, 결과적으로, 유동에 의해 단위셀들의 용접부위가 단락되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 7 및 도 8에는 각각 도 4의 정면도 및 후면도가 도시되어 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 카트리지(120)에 ‘FR’ 및 ‘RR’과 같이 정면 및 후면을 나타내는 문자들(123a, 123b)이 표시되어 있다. 이러한 문자들(123a, 123b)은 도 1에서와 같이 카트리지가 적층된 구조에서도 식별이 가능하도록 카트리지(120)의 정면 및 후면에 표시되어 있다.
또한, 도 5에 나타난 바와 같이 카트리지(120)에는 제 1 단위셀 장착부 및 제 2 단위셀 장착부에 장착되는 각각의 단위셀을 안내하는 ‘CELL 1’ 및 ‘CELL 2’의 문자들(123c, 123d)이 표시되어 있다.
이러한 문자들(123a, 123b, 123c, 123d)은 카트리지가 정위치에서 적층되었는지의 확인을 용이하도록 하고, 단위셀의 정위치 장착을 안내함으로써, 오조립을 방지하고, 조립된 상태에서 불량의 유무를 용이하게 파악이 가능한 구조를 제공한다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (28)

  1. 둘 이상의 단위셀들이 카트리지들에 고정되어 적층된 구조의 전지모듈로서,
    전극단자들이 일측에 형성되어 있는 단위셀들, 상기 단위셀들을 각각 고정하는 카트리지들, 및 상기 전극단자들과 결합되어 단위셀들을 전기적으로 연결하는 버스 바들을 포함하고 있으며;
    상기 단위셀들은 이들의 측면이 지면에 대해 수평으로 일자 형태를 이루도록 상호 배치된 상태로, 전극단자들이 대면하도록 카트리지들에 장착되어 있고, 상기 카트리지들에 장착되어 있는 버스 바들에 의해, 대면한 전극단자들이 병렬로 연결되어 각각의 카트리지들에서 단위셀 병렬 연결 구조를 형성하며;
    상기 각각의 단위셀 병렬 연결 구조들이 지면으로부터 높이 방향으로 배열하도록 카트리지들이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀은 장방형의 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체를 내장한 후 외주면을 실링한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 판상형 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지에는 2개의 단위셀들이 서로 전극단자들이 대면하도록 각각 장착되는 제 1 단위셀 장착부 및 제 2 단위셀 장착부가 형성되어 있고, 상기 제 1 단위셀 장착부 및 제 2 단위셀 장착부는 카트리지를 측면에서 바라볼 때, 상기 제 1 단위셀 장착부의 단부로부터 제 2 단위셀 장착부의 단부까지 일자로 연장된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지에는 단위셀의 상면 또는 하면에 대응하는 내면 일부에, 냉매 유로를 형성하면서 단위셀을 지지하는 하나 이상의 리브(rib)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 카트리지의 측면에는 냉매 유로와 연통되는 개구들이 천공되어 있는 것을 특징으로하는 전지모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지에는, 단위셀을 정위치 고정하면서 버스 바에 대한 단위셀 전극단자의 용접시 단위셀의 밀림을 방지하도록, 단위셀의 외주면 일부를 전극단자 방향에서 지지하는 하나 이상의 밀림 방지턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 밀림 방지턱은, 단위셀의 외주면 중에서, 전극단자 방향의 외주면 양단부들과, 단위셀의 양극단자 및 음극단자 사이를 지지하는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지에는, 인접 카트리지가 정위치에서 적층되도록, 상부 또는 하부 방향으로 돌출된 하나 이상의 돌기가 형성되어 있고, 상기 인접 카트리지에는 상기 돌기에 대응하는 하나 이상의 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 돌기 및 홈은 카트리지의 외주면에 형성되어있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지의 표면에는, 단위셀의 정위치 장착을 안내하거나 또는 카트리지 적층 구조의 구성시 카트리지들의 위치 확인을 위한 문자 또는 기호가 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 문자 또는 기호는 카트리지의 표면에 인쇄 또는 각인되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 문자 또는 기호는, 카트리지 상의 단위셀의 위치, 단위셀의 양극과 음극의 위치, 및 카트리지의 전면과 후면 표시 중의 적어도 하나 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지의 양 측부에는 체결홈을 구비한 하나 이상의 돌출부가 각각 형성되어 있고, 상기 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지들이 상호 결합되는 구조인 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 양 측부의 돌출부들은 카트리지의 중심을 기준으로 대칭 배열 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지의 중앙에 추가 체결홈이 형성되어 있고, 상기 추가 체결홈을 관통하는 체결부재에 의해 카트리지들이 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀의 전극단자들은 버스 바에 레이저 용접 또는 초음파 용접으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀 병렬 연결 구조에서, 버스 바들을 기준으로 단위셀들이 대칭 배열된 상태로 카트리지에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바들 중의 적어도 2개의 버스 바들은 직렬 접속부재에 의해 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바들은 단위셀의 양극단자와 연결되는 제 1 버스 바, 및 단위셀의 음극단자와 연결되는 제 2 버스 바를 포함하며, 상기 단위셀 병렬 연결 구조의 제 1 버스 바와 제 2 버스 바가 카트리지 단위로 교번 배열되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 버스 바 및 제 2 버스 바가 교번 배열되도록, 하부의 카트리지는 상부 카트리지에 대해 평면상으로 180도 회전된 상태로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바가 장착되는 카트리지 상에는 용접용 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바에는 체결용 관통구들이 천공되어 있고, 상기 카트리지에는 상기 체결용 관통구들에 삽입되는 체결용 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  25. 제 1 항에 있어서, 상기 버스 바의 일측 단부는 카트리지의 측면으로 절곡 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 단위모듈로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  27. 제 26 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 디바이스.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 디바이스는 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 피난설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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