KR20160028847A

KR20160028847A - 이차 전지용 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈

Info

Publication number: KR20160028847A
Application number: KR1020140117921A
Authority: KR
Inventors: 권기영; 성다영; 이영진; 임예훈; 장민철
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-03-14
Also published as: KR101754947B1

Abstract

본 발명은 높은 온도에서 작동하거나 그 성능이 향상되는 이차 전지의 안정적인 작동 성능을 확보할 수 있는 신규한 구조의 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 하나 이상의 이차 전지; 및 상기 이차 전지의 적어도 일부분이 안착되고, 적어도 일 방향으로 적층 가능하게 구성되며, 단열 부재를 구비하는 카트리지를 포함한다.

Description

이차 전지용 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈{Cartridge for secondary battery and battery module including the same}

본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 주변 온도 조건을 일정 수준 이상으로 확보할 수 있는 배터리 모듈 및 이에 사용되는 카트리지에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등 다양한 분야 및 장치에 널리 사용되고 있다. 현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있으며, 금속 공기 전지나 전고체 전지, 나트륨 계열 전지, 마그네슘 전지 등이 차세대 전지로서 관심 및 개발이 증대되고 있다.

이러한 여러 이차 전지 중, 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다

이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 그리고, 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판 및 음극판과 함께 전해질을 케이스에 수납하는 형태로 구성되는데, 여기서 전해질은 액체 상태의 전해질이 대표적으로 이용되며, 이를 전해액이라고도 한다.

액체 상태의 전해질로 이루어진 이차 전지의 경우, 취급 및 제조가 용이하고, 상온에서의 전기 전도도가 양호하여 상온에서도 안정적인 성능이 확보되는 등, 여러 장점으로 인해 널리 이용되고 있다. 그러나, 이러한 액체 전해질 전지의 경우, 전해액이 누액되거나 가스가 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인해 폭발이나 발화, 유해 가스 유출과 같은 이차 전지의 안전성을 크게 떨어뜨릴 수 있다.

이러한 상황에서, 고체 상태의 전해질을 이용함으로써, 전해액의 누액이나 가스 발생과 같은 문제를 방지하고, 안전성이 확보될 수 있는 전고체 전지에 대한 관심 및 개발이 증대되고 있다. 특히, 전기 자동차나 전력 저장 장치, 이를테면 전기 자동차의 전기 충전소나 스마트 그리드에 이용되는 전력 저장 장치 등의 경우, 대량의 이차 전지가 사용될 수 있다는 점에서, 안정적인 전고체 전지에 대한 기대감은 더욱 높다고 할 수 있다. 그런데, 이와 같은 전고체 전지의 경우, 상온에서 이온 전도도가 낮으므로 액체 전해질 전지에 비해 작동 온도가 상대적으로 높다고 할 수 있다. 따라서, 전고체 전지를 이용하여 배터리 모듈을 구성하는 경우, 온도 조건을 액체 전해질 전지에 비해 높여 주어야 할 필요가 있다.

하지만, 종래 배터리 모듈의 경우, 대체로 액체 전해질 전지를 대상으로 하고 있기 때문에, 고체 전해질 전지를 이용하는 경우에는 적합하지 않은 구조를 갖고 있다.

특히, 배터리 모듈의 경우, 다수의 파우치형 이차 전지를 용이하게 적층 및 수납하고, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하며 유동을 방지하기 위한 구성으로서, 카트리지를 이용하는 경우가 많다. 이러한 카트리지는, 적층용 프레임과 같은 다른 다양한 용어로 표현될 수 있는데, 대체로 일방향, 이를테면 상하 방향으로 적층 가능하게 구성되며, 적층 시 형성된 내부 공간에 이차 전지가 수납되도록 구성될 수 있다. 그런데, 이러한 카트리지는, 수납된 이차 전지의 온도를 낮추기 위한 여러 구성을 구비하는 경우가 많다. 예를 들어, 카트리지는, 플레이트 형태로 구성된 냉각 핀을 구비하거나, 상호 적층 시 외부 공기가 유입될 수 있도록 개구부가 형성될 수 있다. 이처럼, 카트리지가 이차 전지를 냉각시키기 위한 구성을 포함하는 이유는, 배터리 모듈에 포함된 액체 전해질 이차 전지의 경우, 상온보다 온도가 크게 높아지면 성능이 저하될 뿐 아니라, 폭발이나 발화와 같은 안전성 심각한 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

하지만, 전고체 전지와 같은 이차 전지의 경우, 오히려 상온에서는 전지의 성능이 제대로 발휘되지 않고, 상온보다 높은 온도에서 전지의 성능이 향상될 수 있다. 따라서, 이러한 전고체 전지를 이용하면서 종래 카트리지 등 종래 배터리 모듈의 구성을 그대로 차용하기에는 적합하지 않다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 비수 전해액 리튬 전지와 같은 액체 전해질 이차 전지에 비해 높은 온도에서 작동하거나 그 성능이 향상되는 이차 전지의 안정적인 작동 성능을 확보할 수 있는 신규한 구조의 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈과 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 하나 이상의 이차 전지; 및 상기 이차 전지의 적어도 일부분이 안착되고, 적어도 일 방향으로 적층 가능하게 구성되며, 단열 부재를 구비하는 카트리지를 포함한다.

바람직하게는, 상기 이차 전지는, 전고체 전지이다.

또한 바람직하게는, 상기 카트리지는, 적층에 의해 내부 공간이 한정되며, 상기 한정된 내부 공간에 상기 이차 전지를 수납한다.

또한 바람직하게는, 상기 카트리지는, 상기 이차 전지의 하부가 안착되는 안착부, 및 상기 안착부의 테두리에 세워진 형태로 구성된 측면부를 구비한다.

또한 바람직하게는, 상기 측면부의 상단 및 하단에는, 상호 결합 가능한 형태로 요철부가 형성된다.

또한 바람직하게는, 상기 단열 부재는, 상기 측면부에 구비된다.

또한 바람직하게는, 적어도 일부가 단열 재질로 구성되며, 가장 하부에 적층된 카트리지의 하부에 결합되는 하부 커버를 더 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 단열 부재는, 상기 안착부에 더 구비된다.

또한 바람직하게는, 적어도 일부가 단열 재질로 구성되며, 가장 상부에 적층된 카트리지의 상부에 결합되는 상부 커버를 더 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 카트리지는, 적층 시 하부에 적층된 카트리지의 측면 외부를 적어도 일부 감싸도록 구성된 하층 커버부를 더 구비한다.

또한 바람직하게는, 상기 카트리지는, 수평 방향으로 배치된 다수의 이차 전지를 수납하고, 상기 수평 방향으로 배치된 다수의 이차 전지 사이에 상하 방향으로 세워진 형태의 격벽부를 구비하며, 상기 격벽부는 단열 부재를 구비한다.

또한 바람직하게는, 상기 단열 부재는, 상기 카트리지의 내측 표면에 구비된다.

또한 바람직하게는, 상기 단열 부재는, 상기 카트리지의 내부에 구비된다.

또한 바람직하게는, 상기 단열 부재는, 적어도 일부 상기 카트리지에서 착탈 가능하게 구성된다.

또한 바람직하게는, 상기 카트리지는, 단열 부재로만 구성된다.

또한 바람직하게는, 상기 단열 부재는, 글라스울, EPS, XPS, 폴리우레탄 폼, 수성 연질 폼, 우레아 폼, 진공 단열 패널, PVC 및 열반사 단열재 중 적어도 하나의 재질을 포함한다.

또한 바람직하게는, 내부 공간을 구비하여, 상기 내부 공간에 다수의 이차 전지 및 다수의 카트리지를 수납하고, 적어도 일부가 단열 재질로 구성된 케이스를 더 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지 적층용 카트리지는, 이차 전지의 하부가 안착되는 안착부; 및 상기 안착부의 테두리에 세워진 형태로 구성된 측면부를 포함하여 적어도 일 방향으로 적층 가능하게 구성되고, 상기 안착부 및 상기 측면부 중 적어도 일부에 단열 부재를 구비한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 기존의 비수 전해액 리튬 전지보다 높은 온도에서 안정적인 작동 성능을 갖는 이차 전지를 활용한 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 고체 전해질을 사용하는 전고체 전지를 이용하여 배터리 모듈을 구성할 때, 전고체 전지의 주변 온도를 높여 전고체 전지의 작동 성능이 향상되도록 할 수 있다.

더욱이, 이러한 전고체 전지의 경우 전해질 누출 및 가스 발생 염려가 적기 때문에, 이를 이용하여 배터리 모듈을 구성하는 경우 발화나 폭발, 유해 가스 발생과 같은 문제가 발생하지 않을 수 있으며, 이로 인해 안전성이 크게 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 카트리지 자체에 단열 부재가 구비됨으로써, 카트리지를 적층하면서 그 내부 공간에 이차 전지를 수용시키기만 하면, 이차 전지 주변에 단열 부재가 자연스럽게 위치하게 되며, 이차 전지의 단열을 위한 별도의 구성을 필요로 하지 않으며, 이러한 단열을 위한 구성을 마련하기 위해 다른 장착 및 조립 공정을 거치지 않을 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지에서 발생하는 열이 카트리지 외부로 빠져 나가지 않고, 카트리지가 적층된 내부 공간에 거의 그대로 존재할 수 있다. 따라서, 이차 전지 주변의 온도가 높은 상태로 안정적으로 유지될 수 있으며, 이로 인해 전고체 전지와 같은 이차 전지의 작동 성능이 안정적으로 확보될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지에서 자체적으로 발생된 열을 이용하여 보온하므로, 열을 공급하기 위한 별도의 장치를 구비하지 않을 수 있다.

그러므로, 본 발명에 의하면, 별도의 단열 및 가열을 위한 구성으로 인한 공간 증가나 하중 증대를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전해질이 고체 상태인 전고체 리튬 이차 전지 이외에도 상온보다 높은 온도에서 작동하거나 성능이 향상되는 다른 다양한 이차 전지에도 적용될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 일 측면에 의하면, 단열재 재질에 따라 구동 온도 조절이 가능하므로, 이차 전지에 따라 최적의 온도 조건을 제공하여 안정적인 성능을 발휘하도록 할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 배터리 모듈에서 하나의 카트리지 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 2의 A-A'선에 대한 단면도이다.
도 4는, 도 3에 도시된 카트리지가 2개 상하 방향으로 적층되고, 그 내부 공간에 이차 전지가 수납된 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 도 3의 카트리지가 다수 적층된 배터리 모듈에서 열이 이동하는 형태를 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 이차 전지용 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은, 도 7의 카트리지가 다수 적층된 배터리 모듈에서 열이 이동하는 형태를 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은, 도 9의 카트리지를 상하 방향으로 적층한 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 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 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이차 전지(200) 및 카트리지(100)를 포함한다.

상기 이차 전지(200)는, 배터리 모듈에 하나 이상 포함된다. 특히, 상기 이차 전지(200)는 배터리 모듈에 다수 포함될 수 있는데, 이 경우, 다수의 이차 전지(200)는 일 방향, 이를테면 도면에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.

상기 이차 전지(200)는, 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 이차 전지(200)는 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태가 사각 형태로 구성될 수 있다. 이때, 이차 전지(200)의 케이스는 금속층이 폴리머층 사이에 개재된 파우치 형태로 구성될 수 있으며, 중앙 부분에 전극 조립체 및 전해질이 수납된 상태에서 테두리부가 실링되어 밀봉되는 형태로 구성될 수 있다. 또는, 이차 전지(200)의 케이스는 금속 재질의 캔 형태로 구성될 수 있으며, 그러한 캔의 내부 공간에 전극 조립체 및 전해질이 수납된 상태에서 캡 조립체가 결합되어 밀봉되는 형태로 구성될 수 있다.

특히, 본 발명에 있어서, 이차 전지(200)는 상온보다 높은 온도에서 작동하거나 성능이 최적화되는 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 이차 전지(200)는 전고체 전지이다. 여기서, 전고체 전지는, 전해질이 고체 상태로 구성된 전지로서, 통상적인 액체 상태의 전해질로 구성된 이차 전지와 대비되는 개념이라 할 수 있다. 예를 들어, 상기 이차 전지(200)는, 리튬 전고체 전지일 수 있다. 이 경우, 리튬 이온은 고체 상태의 전해질을 통해 양극과 음극 사이에서 이동할 수 있다. 이러한 전고체 전지는, 액체 전해질 이차 전지에 비해, 누액의 문제가 없어 안전성이 우수하고, 플렉서블 형상을 구현하는데 용이할 수 있다. 또한, 전고체 전지는, 이차 전지의 두께를 최소화하고 고전압 및 고밀도 배터리를 구현하는데 용이할 수 있다.

이러한 전고체 전지는, 고체 상태의 전해질이라는 특성 상, 상온에서 이온 전도도가 크지 않아 작동이 제대로 이루어지지 않거나 제 성능이 발휘되지 않을 수 있다. 따라서, 전고체 전지가 제 성능을 발휘하기 위해서는 상온보다 높은 온도의 고온 환경에서 구동되는 것이 좋다. 예를 들어, 전고체 전지는 50℃ 내지 200℃의 온도 환경에서 작동이 가능하거나 최적의 성능을 발휘할 수 있다. 이와 같은 특성 상, 전고체 전지는 통상적인 상태의 배터리 모듈에서는 쉽게 사용되기 어렵겠지만, 본 발명에 따른 배터리 모듈에서는 사용 가능할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이러한 전고체 전지의 사용이 가능한 형태의 카트리지(100)를 포함하고 있다.

도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈에서 하나의 카트리지(100) 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 A-A'선에 대한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 카트리지(100)는, 이차 전지(200)를 수납하고 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 이차 전지(200)의 조립을 가이드할 수 있다. 특히, 상기 카트리지(100)는, 내부 공간이 형성될 수 있으며, 이러한 내부 공간에 이차 전지(200)를 수납할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 I로 표시된 바와 같이, 카트리지(100)는 하부 및 측부가 제한되고 상부가 개방된 형태로 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 상부의 개방 부분을 통해 이러한 내부 공간에 이차 전지(200)가 삽입되어 수용될 수 있다.

또한, 상기 카트리지(100)는, 수납된 이차 전지(200)의 적어도 일 부분이 안착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 실링부를 구비하는 파우치형 이차 전지의 경우, 이차 전지(200)의 실링부, 즉 테두리 부분이 카트리지(100)에 안착되거나, 이차 전지(200)의 하부에 위치하는 평평한 부분이 전체적으로 카트리지(100)에 안착될 수 있다.

상기 카트리지(100)는, 하나 이상의 이차 전지(200)를 적층하는데 이용되는 구성요소로서 적어도 일 방향으로 적층 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 카트리지(100)는 상하 방향으로 적층 가능하게 구성될 수 있다. 이 경우, 카트리지(100)는 적층 시 인접하는 카트리지(100)와 접촉되는 부분이 대체로 평평하게 형성될 수 있다. 그러면, 이와 같이 평평하게 형성된 부분이 상호 접촉하여, 카트리지(100)는 지면에 수직한 방향으로 용이하게 적층될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 카트리지(100)는, 단열 부재(110)를 구비한다.

상기 단열 부재(110)는, 열의 이동을 차단 내지 감소시키는 재질 또는 구조로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 단열 부재(110)는, 이차 전지(200)가 위치한 카트리지(100) 내부에서 외부로의 열손실을 줄이거나 없애도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 카트리지(100)는, 이러한 단열 부재(110)로 인해 내부 공간의 온도를 일정 범위 이내, 특히 상온보다 높은 온도 범위 이내로 유지시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어 상기 카트리지(100)는 내부 공간의 온도를 50℃ 내지 200℃의 온도가 유지되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 카트리지(100) 구성에 의해, 본 발명에 따른 배터리 모듈에는 상온보다 높은 온도에서 작동하거나 성능이 향상되는 이차 전지가 채용될 수 있다. 특히, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 이차 전지(200)는, 전고체 전지일 수 있다. 이러한 전고체 전지는 상온에서의 전기 전도도가 낮아 제 성능을 내기 어렵기 때문에 통상적인 배터리 모듈에 채용되기는 어렵다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 경우, 상기와 같이 단열 부재(110)가 구비된 카트리지(100)를 포함하고 있으며, 이러한 카트리지(100)의 내부 공간에 전고체 이차 전지가 수납됨으로써, 통상적인 배터리 모듈에 비해 이차 전지 주변의 온도가 상대적으로 높게 유지될 수 있다.

특히, 이차 전지(200)는 동작 중에 열이 발생할 수 있으며, 이러한 열은 단열 부재(110)에 의해 카트리지(100)의 외부 공간으로 빠져나가지 않고, 이차 전지(200)가 위치한 카트리지(100)의 내부 공간에 보유될 수 있다. 따라서, 카트리지(100) 내부 공간의 온도는, 일정 수준 이상으로 유지될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 배터리 모듈에는 전고체 전지를 비롯하여 통상적인 이차 전지보다 높은 온도에서 성능이 향상되는 이차 전지에 용이하게 적용될 수 있다.

여기서, 상기 단열 부재는, 열 전도율이 상온 기준으로 0.1 W/mk 이하인 것이 좋다. 바람직하게는, 상기 단열 부재는, 열 전도율이 0.05 W/mk 이하일 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 단열 부재는, 글라스울(glasswool), EPS(Expanded Polystyrene), XPS(Extruded Polystyrene Sheet), 폴리우레탄 폼(Polyurethane Foam), 수성 연질 폼, 우레아 폼(Urea Foam), 진공 단열 패널(Vacuum Insulation Panel), PVC(Polyvinyl chloride) 및 열반사 단열재 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 특히, 이러한 단열 부재(110)들의 경우, 전고체 전지의 작동 온도 범위에서의 보온에 보다 용이할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 이러한 단열 부재(110)의 종류나 배치 형태, 두께 등을 조절함으로써 카트리지(100) 내부 공간의 온도 제어가 가능할 수 있다.

바람직하게는, 상기 카트리지(100)는, 적층에 의해 내부 공간이 한정될 수 있다. 그리고, 이러한 한정된 내부 공간에는 이차 전지(200)가 수납될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는, 도 3에 도시된 카트리지(100)가 2개 상하 방향으로 적층되고, 그 내부 공간에 이차 전지(200)가 수납된 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 4를 참조하면, 하부에 적층된 카트리지(100)의 내부 공간은 다른 카트리지(100)가 상부에 적층됨으로써 상부의 개방 부분이 막혀질 수 있으며, 이로 인해 하층의 카트리지(100) 내부 공간은, 하면부 및 측면부 뿐 아니라, 상부가 한정될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 구성을 살펴보면, 카트리지(100)의 내부 공간(I)은, 상부가 개방된 형태로 형성되어 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이 상부 방향에 다른 카트리지(100)가 적층되는 경우, 이러한 카트리지(100)의 내부 공간 상부의 개방된 부분은 커버될 수 있다. 그리고, 이와 같이 한정된 공간에 이차 전지(200)가 수납됨으로써 이차 전지(200)의 상하, 좌우 및 전후 방향은 전체적으로 커버되고 카트리지(100)의 내부 공간에서 외부 공간으로의 열 전달이 감소될 수 있다.

바람직하게는, 상기 카트리지(100)는, 도면에 도시된 바와 같이, 안착부(130) 및 측면부(120)를 구비할 수 있다.

상기 안착부(130)는, 카트리지(100)에서 이차 전지(200)의 적어도 일부분이 안착되는 구성요소이다. 특히, 상기 안착부(130)는, 이차 전지(200)의 하부가 안착될 수 있으며, 이를 위해 상면은 이차 전지(200)의 하부에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이차 전지(200)의 하부가 평평한 형태로 형성되는 경우, 안착부(130)의 상면 역시 평평한 형태로 형성될 수 있다. 다른 예로, 원통형 이차 전지와 같이 이차 전지(200)의 하부가 곡선 형태로 형성되는 경우, 안착부(130)는 이러한 원통형 이차 전지가 안착될 수 있도록 반원 형태의 홈이 오목하게 형성된 형태로 구성될 수도 있다.

상기 측면부(120)는, 안착부(130)의 테두리, 즉 외주부에 상하 방향으로 세워진 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바를 참조하면, 카트리지(100)가 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태로 대략 직사각형 형태로 형성된 경우, 측면부(120)는 직사각형의 변에 해당하는 부분에 지면에서 수직한 형태로 형성될 수 있다. 이러한 측면부(120)는, 카트리지(100)의 내부 공간에 이차 전지(200)가 수납되는 경우, 이차 전지(200)의 측면에 위치하여, 이차 전지(200)의 측면을 커버할 수 있다.

여기서, 상기 측면부(120)의 상단 및 하단에는, 상호 결합 가능한 형태로 결합부, 특히 요철부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 P로 표시된 바와 같이, 측면부(120)의 상부에는 볼록한 형태의 돌기가 형성될 수 있다. 그리고, 도 3에서 H로 표시된 바와 같이, 카트리지(100)의 측면부(120) 하단에는, 상단의 돌기에 대응되는 위치 및 형태로 홈이 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 카트리지(100)를 상하 적층하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부에 적층된 측면부(120)의 돌기는 상부에 적층된 측면부(120)의 홈에 삽입될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 돌기 및 홈이 카트리지(100) 간 상하 방향 적층을 가이드하여 카트리지(100) 간 적층 위치를 쉽게 알 수 있고, 적층된 카트리지(100)의 수평 방향 유동을 방지할 수 있다.

한편, 상기 단열 부재(110)는, 카트리지(100)의 내측 표면에 구비될 수 있다. 여기서, 내측 표면이란 이차 전지(200)가 위치하는 측 표면을 의미하는 것으로, 내부 공간을 형성하는 표면이라 할 수도 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 카트리지(100)에 단열 부재(110)를 구비하는 공정이 쉽게 수행될 수 있다. 예를 들어, 단열 부재(110)는, 카트리지(100)의 내측 표면에 접착제나 볼트와 같은 체결 부재 등을 통해 부착되는 방식으로 구비될 수 있다. 또한, 이러한 실시예에 의하면, 열이 카트리지 자체로전달되는 것을 차단하기 때문에, 내부 공간에서의 열 보유 능력이 향상될 수 있다.

특히, 상기 실시예와 같이, 카트리지(100)가 안착부(130) 및 측면부(120)를 구비하는 경우, 단열 부재(110)는, 이러한 안착부(130) 및/또는 측면부(120)의 내측 표면에 전체적으로 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 단열 부재(110)는, 카트리지(100)의 측면부(120)에 구비될 수 있다. 다수의 카트리지(100)가 상하 방향으로 적층된다 하더라도, 측면부(120)의 외부에는 다른 카트리지(100)가 위치하지 않고, 측면부(120)의 외부 공간은 곧 배터리 모듈의 외부 공간이 될 수 있다. 따라서, 측면부(120)를 통한 카트리지(100) 내부에서 외부로의 열 이동은 곧바로 열 손실을 가져오므로, 이러한 측면부(120)에 단열 부재(110)를 구비하는 경우 측면부(120)를 통한 열 손실을 방지할 수 있다.

더욱이, 단열 부재(110)는, 카트리지(100)의 측면부(120)에만 구비되고 카트리지(100)의 안착부(130)에는 구비되지 않을 수 있다. 다수의 카트리지(100)가 상하 방향으로 적층되는 경우, 카트리지(100)의 안착부(130) 외부에는 다른 카트리지(100)에 의한 내부 공간이 위치할 수 있다. 따라서, 안착부(130) 부분에 단열 부재(110)가 구비되지 않아 카트리지(100) 내부 공간의 열이 안착부(130)를 통과하여 카트리지(100)의 외부 공간으로 유출된다 하더라도, 이와 같이 유출된 열은 그 하부에 적층된 다른 카트리지(100)로 유입될 수 있다. 그러므로, 배터리 모듈의 전체 관점에서 볼 때는, 내부에서의 열 이동일 뿐이므로, 열 손실은 아니라고 할 수 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 단열 부재(110)의 형성 공간을 줄여 구조를 간단하게 하고, 공정의 편의성을 증대시키며 비용을 감소시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상기와 같은 실시예에 의하면, 상하 방향으로 적층된 카트리지(100) 간 열 교환이 가능하므로, 배터리 모듈에 포함된 전체 이차 전지(200)에 대한 주변 온도 불균형을 해소할 수 있다. 즉, 배터리 모듈에 포함된 다수의 이차 전지(200) 중, 일부 이차 전지에 대한 주변 온도가 상대적으로 낮은 경우, 안착부(130)를 통한 상하부 간 열교환이 가능해지므로, 특정 층의 카트리지(100)에 위치한 이차 전지의 주변 온도가 낮은 경우, 다른 층의 여러 카트리지(100)에 위치한 이차 전지로부터 열이 이동하여 해당 이차 전지의 주변 온도는 상승할 수 있다.

특히, 전력 저장 장치용 배터리 모듈이나 자동차용 배터리 모듈의 경우, 실외에 놓여지는 경우가 많은데, 겨울철과 같이 주변 온도가 많이 낮은 경우, 가장 상부 또는 가장 하부에 적층된 카트리지(100)의 온도가 상대적으로 낮을 수 있다. 따라서, 상기 실시예와 같이, 적층된 카트리지(100) 간 열교환이 용이하게 일어나도록 하는 경우, 주변 온도가 낮은 이차 전지(200)의 성능이 크게 저하하는 것을 방지할 수 있다.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 이하에서는, 도 2에 도시된 카트리지(100)와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하고, 도 2의 구성에 대한 설명이 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

도 5를 참조하면, 도 2에 도시된 카트리지(100)와 마찬가지로, 카트리지(100)가 안착부(130) 및 측면부(120)를 구비한다. 다만, 도 5의 구성에 있어서, 안착부(130)는, V로 표시되어 있는 바와 같이, 적어도 일부분, 특히 중앙 부분이 뚫려 있는 형태로 구성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 이차 전지(200)의 테두리 부분이 안착부(130)에 안착될 수 있고, 안착부(130)의 중앙 부분을 통해서는 열이 이동할 수 있다. 따라서, 상하로 적층된 카트리지(100) 간 열 이동이 보다 자유롭게 이루어질 수 있으며, 이로 인해 상하로 적층된 이차 전지(200)의 주변 온도 간 열적 평형이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

도 6은, 도 3의 카트리지(100)가 다수 적층된 배터리 모듈에서 열이 이동하는 형태를 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 다수의 카트리지(100)가 상하 방향으로 적층되며, 적층된 카트리지(100)의 내부 공간에는 이차 전지(200)가 수납되어 있다. 그리고, 각 카트리지(100)의 측면부(120)에는 단열 부재(110)가 구비되어, 소정 온도까지는 열이 측면부(120)를 거의 통과하지 않고 실질적으로 차단될 수 있다. 따라서, 측면부(120)를 통한 열 유출은 이루어지지 않을 수 있다. 반면, 카트리지(100)의 안착부(130)에는 단열 부재(110)가 구비되어 있지 않으므로, 상하 적층된 카트리지(100) 간에는 열이 이동될 수 있다. 따라서, 이러한 구성에 있어서, 열은 화살표로 표시된 바와 같은 흐름 양상을 보일 수 있다.

이러한 열 이동의 형태는, 도 5에 도시된 카트리지(100)를 다수 적층하는 경우에도 유사하게 이루어질 수 있다.

한편, 최하부에 적층된 카트리지(100)의 경우, 카트리지(100)의 안착부(130)를 통해 외부로 열이 유출되면, 이는 곧 배터리 모듈 외부로 열이 유출되는 것일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 커버(300)를 더 포함할 수 있다.

상기 하부 커버(300)는, 상하 방향으로 적층된 다수의 카트리지(100) 중, 가장 하부에 위치하는 카트리지(100)의 하부에 결합되는 구성요소이다. 예를 들어, 상기 하부 커버(300)는 상부에 돌기가 구비되어, 최하층에 위치한 카트리지(100)의 하부 홈(H)에 이러한 돌기가 결합되도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 하부 커버(300)는, 적어도 일부가 단열 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 커버(300)는 전체적으로 글라스울이나 EPS, 또는 XPS와 같은 단열 재질로 구성될 수 있다. 또는, 상기 하부 커버(300)는 적어도 상부면에 글라스울이나 EPS, XPS와 같은 재질의 단열 부재(110)를 구비할 수 있다.

이처럼, 적어도 일부가 단열 재질로 구성된 하부 커버(300)의 존재로 인해, 최하층 카트리지(100)의 열은 안착부(130)를 통해 외부로 유출되지 않고 그 내부 공간에 위치할 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 커버(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 커버(400)는, 상하 방향으로 적층된 다수의 카트리지(100) 중, 가장 상부에 위치하는 카트리지(100)의 상부에 결합되는 구성요소이다. 예를 들어, 상기 상부 커버(400)는, 하부에 홈이 형성되어, 이러한 홈에 최상층에 위치한 카트리지(100)의 돌기(P)가 결합되도록 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 상부 커버(400)는, 적어도 일부가 단열 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 커버(400)는 전체적으로, 또는 하부 표면이 글라스울이나 EPS, 또는 XPS와 같은 단열 재질로 구성될 수 있다.

카트리지(100)는, 이차 전지(200)의 삽입을 위해 내부 공간의 상부가 개방된 형태로 구성될 수 있는데, 최상층에 위치한 카트리지(100)에 대하여, 이러한 개방 부분이 그대로 노출되면, 이 부분을 통해 해당 카트리지(100)에 수납된 이차 전지(200)의 열이 외부로 쉽게 유출될 수 있다. 더욱이, 도 6에 도시된 바와 같이, 적층된 카트리지(100) 간 열 이동이 용이하게 이루어지도록 구성된 경우, 이러한 최상층의 개방 부분을 통한 열 유출은 다른 카트리지(100)에 수납된 이차 전지(200)의 주변 온도도 낮출 수 있게 된다. 하지만, 상기 실시예와 같이 최상층에 위치한 카트리지(100)의 상부에 적어도 일부가 단열 재질로 구성된 상부 커버(400)가 결합되는 경우, 배터리 모듈의 상부에서의 열 유출을 방지함으로써, 최상층에 위치한 카트리지(100)는 물론, 다른 층에 위치한 카트리지(100)의 내부 공간 온도가 소정 온도 이하로 낮아지지 않도록 할 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 단열 부재(110)는, 측면부(120)의 상부 특히, 요철부에 구비될 수 있다. 이러한 측면부(120)의 상부는 다른 카트리지(100)와 접촉하여 결합되는 부분으로서 다른 부분에 비해 상대적으로 열이 쉽게 유출될 수 있으나, 이러한 실시예에 의하면, 단열 부재(110)를 통해 실링성 및 단열성이 강화될 수 있다. 따라서, 카트리지(100) 내부 공간의 열 보유성이 보다 향상될 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 요철부는, 측면부(120)에 둘 이상 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 다수의 요철부 결합 구조에 의한 열 유출 경로가 길어지면서 복잡해지므로, 열 유출을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.

한편, 상기 실시예에서는, 단열 부재(110)가 측면부(120)에만 구비되는 구성을 위주로 설명되었으나, 단열 부재(110)는 안착부(130)에 구비될 수도 있다.

도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 이차 전지용 카트리지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 8은 도 7의 카트리지(100)가 다수 적층된 배터리 모듈에서 열이 이동하는 형태를 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.

먼저, 도 7을 참조하면, 측면부(120)와 함께 안착부(130)에도 단열 부재(110)가 구비될 수 있다. 이러한 카트리지(100)의 경우, 측면부(120)를 통한 수평 방향으로의 열 이동이 차단되는 것은 물론, 안착부(130)를 통한 상하 방향으로의 열 이동이 차단될 수 있다.

따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 카트리지(100)를 상하 방향으로 적층하는 경우, 적층된 카트리지(100) 간 열 이동이 차단됨으로써, 각 카트리지(100)의 내부 공간은 서로 열적으로 분리될 수 있다. 그러므로, 열 이동은 도면에서 화살표로 표시된 바와 같이, 각 카트리지(100) 내부에서 서로 분리된 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 일부 카트리지(100)의 온도가 급격하게 낮아져 해당 카트리지(100)에 수납된 이차 전지(200)의 성능이 제대로 발휘되지 않는다 하더라도, 다른 카트리지(100)에 수납된 다른 이차 전지(200)의 주변 온도는 떨어뜨리지 않을 수 있다. 따라서, 일부 카트리지(100)의 손상이나 파괴로 인한 열 유출이 다른 카트리지(100)에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 특히, 이러한 실시예는 배터리 모듈의 손상이나 파손 위험이 높은 경우에 보다 유용하게 적용될 수 있다.

한편, 이러한 구성에 의하면, 최상층에 위치한 카트리지(100)에 대해서는 상부 개방된 부분을 열적으로 차단시키기 위해, 도 6의 실시예에서와 마찬가지로 적어도 일부가 단열 재질로 구성된 상부 커버(400)가 결합될 수 있다.

상기 실시예와 같이, 측면부(120)와 안착부(130)에 모두 단열 부재(110)가 구비되도록 하는 구성에 있어서, 안착부(130)보다는 측면부(120)의 단열 부재(110) 두께를 두껍게 구성하거나, 측면부(120)의 단열 부재(110)에 대하여 안착부(130)보다 단열 성능이 높은, 이를테면 열전도율이 낮은 재질을 이용하도록 구성할 수 있다. 안착부(130)를 통한 열 이동에 비해 측면부(120)를 통한 열 이동은, 곧바로 배터리 모듈의 열 손실을 가져올 수 있기 때문이다.

도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 10은, 도 9의 카트리지(100)를 상하 방향으로 적층한 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 카트리지(100)는, 하층 커버부(140)를 더 구비할 수 있다. 상기 하층 커버부(140)는, 다른 카트리지(100)의 상부에 적층 시, 하부에 적층된 카트리지(100)의 측면 외부를 적어도 일부 감싸도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 카트리지(100)의 하층 커버부(140)는, 그에 의한 내부 공간의 길이가 측면부(120)에 의한 내부 공간의 길이보다 크게 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 카트리지(100)를 상하 방향으로 적층할 때, 상층에 적층된 카트리지(100)의 하층 커버부(140)가 하층에 적층된 카트리지(100)의 측면부(120) 외부를 덮도록 구성될 수 있다. 따라서, 하층 카트리지(100)의 내부 공간을 기준으로 살펴보면, 내부 공간의 측면부(120) 외측에 다시 하층 커버부(140)가 존재하므로, 내부 공간으로부터 수평 방향으로의 열 유출이 더욱 확실하게 차단될 수 있다.

특히, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 하층 커버부(140)의 적어도 일부에는 단열 부재(110)가 구비될 수 있다. 이 경우, 하층에 적층된 카트리지(100)의 내부 공간은 하층에 적층된 카트리지(100)의 측면부(120)에 구비된 단열 부재(110)와, 상층에 적층된 카트리지(100)의 하층 커버부(140)에 구비된 단열 부재(110)가 존재하므로, 수평 방향으로 단열 부재(110)가 복수 층을 이루는 형태가 될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 측면 방향으로의 열 손실이 효과적으로 방지될 수 있다.

도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 11을 참조하면, 상기 카트리지(100)는, 다수의 이차 전지(200)를 수납할 수 있으며, 이러한 각각의 이차 전지(200)는 수평 방형으로 상호 간 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 그리고, 상기 카트리지(100)는, 2개의 이차 전지(200) 사이에 격벽부(150)를 구비할 수 있다.

여기서, 격벽부(150)는, 하나의 카트리지(100) 내에서 측면부(120)와 마찬가지로 상하 방향으로 세워진 형태로 구성되되, 측면부(120)와는 달리 카트리지(100)의 중앙 부분에 위치할 수 있다. 그리고, 격벽부(150)는, 상호 소정 거리 이격된 이차 전지(200)의 사이 공간에 위치할 수 있다. 즉, 격벽부(150)가 구비된 카트리지(100)에 대해서는, 격벽부(150) 및/또는 측면부(120)로 한정되는 내부 공간에 다수의 이차 전지(200)가 수평 방향으로 배치된 형태로 수납될 수 있다.

특히, 상기 격벽부(150)는, 단열 부재(110)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예와 같이, 격벽부(150)에 단열 부재(110)가 구비된 경우, 격벽부(150) 및/또는 측면부(120)에 의해 한정된 다수의 내부 공간 사이에서는 열 교환이 감소되거나 차단될 수 있다. 따라서, 각 내부 공간의 열이 다른 내부 공간으로 유출되지 않을 수 있다.

한편, 상기 여러 도면에서는, 단열 부재(110)가 카트리지(100)의 내측 표면에 구비된 형태를 기준으로 도시되어 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 7의 구성에서, 단열 부재(110)는 이차 전지(200)가 위치하는 측면부(120) 및/또는 안착부(130)의 내측 표면에 부착되는 것과 같은 형태로 도시되어 있다. 이러한 실시예에 의하면, 이차 전지(200) 측에서 발산된 열이나 카트리지(100)의 내부 공간에 존재하는 열이 주로 단열 부재(110)에만 닿게 되고 단열 부재(110) 이외의 다른 카트리지(100) 부분, 즉 기재에는 거의 닿지 않을 수 있다. 따라서, 이 경우, 카트리지(100)의 기재를 통한 열의 이동을 차단하여 카트리지(100) 내부 공간의 보온 효과를 강화시킬 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 12를 참조하면, 단열 부재(110)는 카트리지(100)의 내부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 카트리지(100)가 안착부(130) 및 측면부(120)로 구성되고, 측면부(120)에 단열 부재(110)가 구비된 경우, 이러한 단열 부재(110)는 측면부(120)의 외부로, 즉 측면부(120)의 내측이나 외측으로 노출되지 않고, 내부에 매립되는 형태로 구비될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 단열 부재(110)가 카트리지(100)의 외부로 노출되지 않으므로, 단열 부재(110)의 파손 내지 손상 위험이 줄어들 수 있다.

한편, 상기 실시예에서는, 하나의 카트리지(100)에 이차 전지(200)가 1개의 층만 수용되는 구성을 위주로 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 13을 참조하면, 앞선 여러 실시예에서와 마찬가지로 카트리지(100)는 측면부(120) 및 안착부(130)를 구비한다. 그리고, 측면부(120)에는 단열 부재(110)가 구비된다. 다만, 앞선 실시예들과 달리, 안착부(130)는 측면부(120)의 하단이 아닌 측면부(120)의 중앙 부분에 위치한다. 따라서, 도면에서 I1 및 I2로 표시된 바와 같이, 하나의 카트리지(100)에 2개의 내부 공간이 마련되며, 이러한 2개의 내부 공간에는 각각 서로 다른 이차 전지(200)가 수납될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 하나의 카트리지(100)만으로 2개 층의 이차 전지(200)가 수납되므로, 적은 개수의 카트리지(100) 및 보다 적은 카트리지(100) 적층 공정으로도 다수의 이차 전지(200)의 적층이 가능할 수 있다.

한편, 상기 단열 부재(110)는, 적어도 일부에 대하여 카트리지(100)에서 착탈 가능하게 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 14를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 14는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지(100)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 14를 참조하면, 단열 부재(110)는 측면부(120)의 내측 표면과 외측 표면에 모두 구비될 수 있되, 적어도 일부는 착탈 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 화살표로 표시된 바와 같이, 외측 표면의 단열 부재(110)는 측면부(120)의 외측 표면에 부착되는 형태로 고정 가능하도록 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 단열 부재(110)는, 추후에 떼어내는 것이 가능하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 외측 단열 부재(110)가 손상되거나 파손되는 경우, 카트리지(100) 전체를 교체하지 않고 외측 단열 부재(110)만 교체함으로써, 경제적이면서도 용이하게 카트리지(100)의 복구가 가능하고 이로 인해 카트리지(100)의 보온 효과가 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 이러한 실시예에 의하면, 단열 부재(110)의 착탈이나 변경을 통한 카트리지(100)의 내부 온도 조절이 가능할 수 있다. 예를 들어, 평소에는 카트리지(100)에 외측 단열 부재(110)를 구비하지 않다가 카트리지(100)의 내부 온도가 낮다고 판단되는 경우, 외측 단열 부재(110)가 부착되도록 함으로써, 카트리지(100)의 내부 온도를 높일 수 있다. 또는, 카트리지(100)의 내부 온도가 낮다고 판단되는 경우, 보온력이 높은 재질의 단열 부재(110)로 교체함으로써 카트리지(100)의 내부 온도 상승을 꾀할 수도 있다.

한편, 상기 여러 실시예에서는, 단열 부재(110)가 카트리지(100)의 표면 또는 내부에 구비되는 형태를 중심으로 설명되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

특히, 상기 카트리지(100)는 단열 부재(110)로만 구성될 수 있다. 예를 들어, 카트리지(100)의 측면부(120) 및 안착부(130)는 모두 EPS로만 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 카트리지(100)가 전체적으로 단열성을 갖게 되므로, 카트리지(100)에 의한 보온성이 향상될 수 있고, 카트리지(100)의 제조가 보다 용이하게 이루어질 수 있다.

또는, 상기 카트리지(100)가 측면부(120) 및 안착부(130)를 구비하는 경우, 어느 하나의 구성, 이를테면 안착부(130)가 단열 부재(110)로만 구성되고, 다른 구성인 측면부(120)는 기재에 단열 부재(110)가 부착 또는 매립된 형태로 구성될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 다수의 카트리지(100)가 적층된 경우 강한 지지력이 수반되어야 하는 측면부(120)에 대해서는 상대적으로 강도가 높은 재질이 기재로서 존재하도록 구성하고, 해당 카트리지(100)의 이차 전지(200)만 지지하면 되는 안착부(130)에 대해서는 강도보다는 보온성이 높은 단열 재질로 구성할 수 있다.

도 15는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이차 전지(200) 및 카트리지(100) 이외에, 케이스(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 케이스(500)는, 내부에 빈 공간을 구비하여, 이러한 내부 공간에 다수의 이차 전지(200) 및 다수의 카트리지(100)를 수납한다.

특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈에 있어서, 상기 케이스(500)는 적어도 일부가 단열 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 케이스(500)는, 도면에 도시된 바와 같이, 내측 표면에 단열 부재(110)가 부착되는 형태로 구성될 수 있다. 또는, 상기 케이스(500)는 단열 부재(110)가 케이스(500)의 외측 표면에 부착되거나 케이스(500)의 내부에 매립되는 형태로 구성될 수도 있다. 또는, 상기 케이스(500)는 전체적으로 단열 재질로 구성될 수도 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 케이스(500)에 의해 카트리지(100)의 내부 공간의 보온 효과는 더욱 향상될 수 있고, 온도 또한 보다 상승할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전력 저장 장치에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 이러한 전력 저장 장치는, 전력 수급 조절을 위한 스마트 그리드 시스템이나 전기 자동차의 충전소 등 여러 분야 및 장소에 적용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100: 카트리지
110: 단열 부재
120: 측면부
130: 안착부
140: 하층 커버부
150: 격벽부
200: 이차 전지
300: 하부 커버
400: 상부 커버
500: 케이스

Claims

하나 이상의 이차 전지; 및
상기 이차 전지의 적어도 일부분이 안착되고, 적어도 일 방향으로 적층 가능하게 구성되며, 단열 부재를 구비하는 카트리지
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 이차 전지는, 전고체 전지인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 카트리지는, 적층에 의해 내부 공간이 한정되며, 상기 한정된 내부 공간에 상기 이차 전지를 수납하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 카트리지는, 상기 이차 전지의 하부가 안착되는 안착부, 및 상기 안착부의 테두리에 세워진 형태로 구성된 측면부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 측면부의 상단 및 하단에는, 상호 결합 가능한 형태로 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 단열 부재는, 상기 측면부에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제6항에 있어서,
적어도 일부가 단열 재질로 구성되며, 가장 하부에 적층된 카트리지의 하부에 결합되는 하부 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제6항에 있어서,
상기 단열 부재는, 상기 안착부에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
적어도 일부가 단열 재질로 구성되며, 가장 상부에 적층된 카트리지의 상부에 결합되는 상부 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 카트리지는, 적층 시 하부에 적층된 카트리지의 측면 외부를 적어도 일부 감싸도록 구성된 하층 커버부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 카트리지는, 수평 방향으로 배치된 다수의 이차 전지를 수납하고, 상기 수평 방향으로 배치된 다수의 이차 전지 사이에 상하 방향으로 세워진 형태의 격벽부를 구비하며,
상기 격벽부는 단열 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 단열 부재는, 상기 카트리지의 내측 표면에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 단열 부재는, 상기 카트리지의 내부에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 단열 부재는, 적어도 일부 상기 카트리지에서 착탈 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 카트리지는, 단열 부재로만 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 단열 부재는, 글라스울, EPS, XPS, 폴리우레탄 폼, 수성 연질 폼, 우레아 폼, 진공 단열 패널, PVC 및 열반사 단열재 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
내부 공간을 구비하여, 상기 내부 공간에 다수의 이차 전지 및 다수의 카트리지를 수납하고, 적어도 일부가 단열 재질로 구성된 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 전력 저장 장치.
이차 전지의 하부가 안착되는 안착부; 및
상기 안착부의 테두리에 세워진 형태로 구성된 측면부
를 포함하여 적어도 일 방향으로 적층 가능하게 구성되고,
상기 안착부 및 상기 측면부 중 적어도 일부에 단열 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 적층용 카트리지.