KR20160046597A - 이차 전지용 프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프레임유닛에 이차전지셀의 팽창시의 압력을 완충할 수 있는 팽창완충부가 형성되어 프레임유닛의 파손 내지 손상을 방지할 수 있는 이차 전지용 프레임을 개시한다. 본 발명에 따른 이차 전지용 프레임은, 이차전지셀에 결합되어 상기 이차전지셀을 지지하는 프레임유닛; 및 상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 상기 이차전지셀의 팽창을 완충하기 위해 상기 프레임유닛에 형성되는 팽창완충부를 포함한다.

Description

이차 전지용 프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈{Frame for secondary battery and battery module including the same}
본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이차전지셀의 팽창시의 압력을 완충할 수 있도록 마련되는 프레임유닛의 팽창완충부에 의해 프레임유닛의 파손 내지 손상을 방지할 수 있는 이차 전지용 프레임 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 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. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.
하지만, 파우치형 이차 전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 따라서, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해, 적층용 프레임을 이용하는 경우가 많다. 이러한 적층용 프레임은, 카트리지 등과 같은 다양한 용어로 불리기도 한다.
한편, 리튬 이차 전지는, 이차 전지의 충전과 방전시, 이차 전지가 팽창 및 수축되는 스웰링(swelling)현상이 반복하여 발생될 수 있는데, 이러한 스웰링현상의 반복으로 인해 배터리 모듈에 변형이 발생될 수 있다.
종래 기술의 경우, 스웰링현상에 의한 배터리 모듈의 변형을 방지하기 위해 볼트 및 너트를 포함하는 체결부재가 프레임을 체결하여 이차 전지를 가압하는 방식이 사용되었었다.
하지만, 종래 기술의 경우, 이차 전지 팽창시의 압력이 프레임에 그대로 전달되므로 프레임의 파손 내지 손상의 위험이 존재하였으며, 체결부재가 추가적으로 필요하므로 상대적으로 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 이차 전지의 팽창시 체결부재의 체결부분 일부가 체결해제되면 작업자의 수작업을 통해 다시 체결을 강화해야하므로, 관리시간 및 관리비용이 증가하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차전지셀의 팽창시의 압력을 완충할 수 있도록 마련되는 프레임유닛의 팽창완충부에 의해 프레임유닛의 파손 내지 손상을 방지할 수 있는 이차 전지용 프레임과 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차를 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 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 프레임은, 이차전지셀에 결합되어 상기 이차전지셀을 지지하는 프레임유닛; 및 상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 상기 이차전지셀의 팽창을 완충하기 위해 상기 프레임유닛에 형성되는 팽창완충부를 포함한다.
또한, 상기 프레임유닛은, 상호 대향되도록 배치되는 한 쌍의 제1단위프레임유닛; 상기 한 쌍의 제1단위프레임유닛 각각을 연결하며, 상호 대향되도록 배치는 한 쌍의 제2단위프레임유닛; 및 상기 한 쌍의 제1단위프레임유닛과, 상기 한 쌍의 제2단위프레임유닛을 각각 연결하는 바닥유닛을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 팽창완충부는 상기 바닥유닛에 절개되어 형성되는 절개부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 팽창완충부는 상기 이차전지셀에 접촉되며, 상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 상기 이차전지셀이 접촉되어 있는 일측으로부터 상기 일측의 반대측인 타측을 향해 움직이도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 팽창완충부는 탄성이 구비되어 상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 탄성적으로 움직이도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 팽창완충부는 일측이 고정단이고, 타측이 자유단으로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 팽창완충부는 상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 상기 이차전지셀의 손상을 방지하기 위해 일측 단부에 라운드가 형성될 수 있다.
또한, 상기 팽창완충부는 사출성형에 의해 형성되는 사출리브로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 팽창완충부 측단면의 상하방향 길이는 상기 바닥유닛 측단면의 상하방향 길이보다 작은 범위를 가지도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 팽창완충부는 한 쌍으로 마련되며, 상기 한 쌍의 팽창완충부 각각은 상호 반대되는 방향을 향해 움직이도록 마련될 수 있다.
그리고, 상기 한 쌍의 팽창완충부 중 하나의 팽창완충부가 상기 바닥유닛 측단면의 일측의 상측에서 상기 바닥유닛에 결합되는 경우, 상기 한 쌍의 팽창완충부 중 다른 팽창완충부는 상기 바닥유닛 측단면의 타측의 하측에서 상기 바닥유닛에 결합될 수 있다.
또한, 상기 이차전지셀이 복수로 마련되며, 상기 복수의 이차전지셀이 상기 바닥유닛의 상측과 하측에 각각 결합될 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 프레임을 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 프레임을 포함한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 프레임을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 이차전지셀의 팽창시의 압력을 완충할 수 있도록 마련되는 프레임유닛의 팽창완충부에 의해 프레임유닛의 파손 내지 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 체결부재 등의 추가적인 구성이 필요없으므로 상대적으로 비용이 감소하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 이차전지셀이 팽창 후 다시 수축하게 되면 팽창완충부가 원상회복되어 작업자의 별도의 관리가 필요 없으므로, 관리시간 및 관리비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임의 개략적인 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임의 개략적인 측단면도이다.
도 3은, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임에서 이차전지셀의 팽창시의 팽창완충부의 작용을 도시한 측단면도이다.
도 4는, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임에서 팽창완충부의 확대도이다.
도 5는, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 분리사시도이다.
도 6은, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 결합사시도이다.
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.
본 명세서에서 사용되는 '일측'과 '타측'의 용어는 특정된 측면을 의미할 수도 있고, 또는, 특정된 측면을 의미하는 것이 아니라 복수의 측면 중 임의의 측면을 일측이라 지칭하면, 이에 대응되는 다른 측면을 타측이라 지칭하는 것으로 이해되어질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함될 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)은, 다수의 이차전지셀(400)을 적층 및 패키징하여 배터리 모듈을 구성할 때 이용되는 것으로, 이차전지셀(400)을 홀딩하여 그 유동을 방지하고 이차전지셀(400)의 조립을 가이드할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)의 개략적인 사시도이고, 도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)의 개략적인 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 프레임유닛(200)은 이차전지셀(400)에 결합되어 이차전지셀(400)을 지지하도록 마련된다.
즉, 전술한 바와 같이, 이차전지셀(400)이 파우치형 이차 전지로 마련되는 경우, 전지 케이스의 기계적 강성이 크지 않아서 이차전지셀(400)을 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해 프레임유닛(200)이 이용될 수 있는데, 여기서, 프레임유닛(200)은 이차전지셀(400)의 외주부를 감싸는 형태로 이차전지셀(400)에 결합되어 이를 지지하게 된다.
도 1을 참조하면, 프레임유닛(200)은 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)과, 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)과, 바닥유닛(230)을 포함할 수 있다.
한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)은, 길이방향으로 마련되는 한 쌍의 길이부재가 이격되어 상호 대향되도록 배치될 수 있다. 그리고, 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220) 역시 길이방향으로 마련되는 한 쌍의 길이부재가 이격되어 상호 대향되도록 배치될 수 있는데, 하나의 제2단위프레임유닛(220)은 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210) 각각을 서로 연결하도록 마련될 수 있다.
여기서, 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)은 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)에 비해 큰 길이를 가지도록 마련될 수 있다. 다만, 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)은 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)과 동일한 길이를 가지도록 마련될 수도 있다.
한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)과 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)이 직접 연결되는 경우 프레임유닛(200)은 사각형의 형상을 가질 수 있다. 하지만, 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)과 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)이 다른 부재를 통해 간접적으로 연결되는 경우에는 프레임유닛(200)이 다양한 형상을 가질 수 있다.
그리고, 바닥유닛(230)은 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)과, 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)을 각각 연결하도록 마련된다.
즉, 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)과, 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)이 상호 연결되어 프레임유닛(200)의 테두리를 형성한다면, 바닥유닛(230)은 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)과, 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)의 하측에서 한 쌍의 제1단위프레임유닛(210)과, 한 쌍의 제2단위프레임유닛(220)을 각각 연결하도록 마련된다.
프레임유닛(200)은 고분자 수지 재질로 마련될 수 있는데, 예를 들어, 프레임유닛(200)은 열가소성 수지로 마련될 수 있다.
이와 같이, 프레임유닛(200)이 고분자 수지, 즉 플라스틱 재질로 마련되는 경우, 프레임유닛(200)의 성형이 용이해지는 효과가 있고, 또한, 무게가 가벼우면서도 기계적 강도가 안정적으로 확보되어 외부의 충격으로부터 내부에 위치한 이차전지셀(400) 등의 구성요소를 충분히 보호할 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 프레임유닛(200)에는 2개의 이차전지셀(400a, 400b)이 장착될 수 있다. 즉, 프레임유닛(200)에는 바닥유닛(230)이 중앙 부분에 위치해 있을 수 있으며, 이러한 바닥유닛(230)을 기준으로 2개의 이차전지셀(400a, 400b)이 바닥유닛(230)의 상부와 하부에 각각 위치할 수 있다.
그러므로, 이 경우, 이차 전지용 프레임(100)을 수직 방향으로 다수 개 적층하게 되면, 1개의 이차 전지용 프레임(100)마다 2개의 이차전지셀(400a, 400b)이 수납될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 팽창완충부(300)는 이차전지셀(400)의 스웰링 발생시 이차전지셀(400)의 팽창을 완충하기 위해 프레임유닛(200) 중 바닥유닛(230)에 형성될 수 있다.
여기서, 이차전지셀(400)의 스웰링현상은 이차전지셀(400)의 충전과 방전, 온도변화 등으로 인해 이차전지셀(400)이 팽창 및 수축을 반복하는 현상을 의미하는 것으로, 이차전지셀(400)이 파우치형 이차 전지로 마련되는 경우, 스웰링에 의해 이차전지셀(400)이 팽창하면 프레임유닛(200)을 가압하게 된다.
하지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)의 경우 바닥유닛(230)에 팽창완충부(300)가 형성되어 있으므로, 이차전지셀(400)이 팽창하더라도 이를 완충하게 되어 프레임유닛(200)의 파손 내지 손상을 방지할 수 있게 되는 바, 이하, 이에 대해 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 팽창완충부(300)는 바닥유닛(230)에 절개되어 형성되는 절개부(310)를 포함 수 있다. 여기서, 도 1에서는 팽창완충부(300)가 사각형 형상을 가지도록 도시되어 있지만, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 팽창완충부(300)는 다양한 형상을 가질 수 있다.
그리고, 팽창완충부(300)는 테두리 중 적어도 하나의 부분이 절개되도록 마련될 수 있다. 즉, 도 1의 경우, 팽창완충부(300)가 사각형 형상으로 마련되는 경우 사각형 형상에서 3개의 테두리가 절개되도록 마련될 수 있다. 다만, 팽창완충부(300)는 사각형 형상에서 2개의 테두리가 절개되도록 마련될 수도 있고, 또는, 사각형 형상에서 1개의 테두리가 절개되도록 마련될 수도 있다. 그리고, 팽창완충부(300)는 테두리의 전부 또는 일부가 절개되도록 마련될 수도 있다.
만약, 팽창완충부(300)가 반원 형상으로 마련되는 경우라면, 반원에서 원호부분이 절개되도록 마련될 수도 있다.
도 3은, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)에서 이차전지셀(400)의 팽창시의 팽창완충부(300)의 작용을 도시한 측단면도이다.
여기서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 팽창완충부(300)는 일측이 고정단(320)이고, 타측이 자유단(330)으로 마련될 수 있다.
즉, 팽창완충부(300)가 사각형 형상으로 마련되는 경우(도 1 참조), 절개된 3개의 테두리는 자유단(330)으로 마련되어 이차전지셀(400)의 팽창시의 압력에 의해 상측 또는 하측으로 휘어지도록 마련될 수 있다.
그리고, 팽창완충부(300)에서 절개되지 않은 1개의 테두리는 고정단(320)으로 마련되어 팽창완충부(300)가 바닥유닛(230)에 고정될 수 있게 된다. 즉, 팽창완충부(300)는 고정단(320)이 바닥유닛(230)에 결합되어 고정되며, 자유단(330)은 고정단(320)을 기준으로 상측 또는 하측으로 움직일 수 있게 된다.
이에 의해, 팽창완충부(300)는 이차전지셀(400)의 팽창시의 압력을 완충하며, 프레임유닛(200)에 직접 가압력이 제공되는 것을 방지하여 프레임유닛(200)의 파손 내지 손상을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 팽창완충부(300)는 이차전지셀(400)에 접촉하며, 이차전지셀(400)의 스웰링 발생시 이차전지셀(400)이 접촉되어 있는 일측으로부터 그 반대측인 타측을 향해 움직이도록 마련될 수 있다.
즉, 도 2를 참조하면, 좌측의 팽창완충부(300a)의 경우, 팽창완충부(300a)의 상측에서 이차전지셀(400a)이 팽창완충부(300a)에 접촉되는데, 이때, 도 3에서와 같이 이차전지셀(400a)이 팽창하게 되면 팽창완충부(300a)는 이차전지셀(400a)이 접촉되어 있는 상측으로부터 그 반대측인 하측을 향해 휘어지게 된다.
여기서, 좌측의 팽창완충부(300a)의 경우, 팽창된 이차전지셀(400a)이 수축하게 되면 팽창완충부(300a)는 탄성에 의해 하측으로부터 그 반대측인 상측을 향해 움직여 원상회복될 수 있게 된다.
그리고, 도 2를 참조하면, 우측의 팽창완충부(300b)의 경우, 팽창완충부(300b)의 하측에서 이차전지셀(400b)이 팽창완충부(300b)에 접촉되는데, 이때, 도 3에서와 같이 이차전지셀(400b)이 팽창하게 되면 팽창완충부(300b)는 이차전지셀(400b)이 접촉되어 있는 하측으로부터 그 반대측인 상측을 향해 휘어지게 된다.
여기서, 우측의 팽창완충부(300b)의 경우, 팽창된 이차전지셀(400b)이 수축하게 되면 팽창완충부(300b)는 탄성에 의해 상측으로부터 그 반대측인 하측을 향해 움직여 원상회복될 수 있게 된다.
그리고, 전술한 바와 같이, 팽창완충부(300)는 탄성이 구비될 수 있는데, 여기서, 이차전지셀(400)이 팽창하게 되어 팽창완충부(300)를 가압하는 경우 팽창완충부(300)는 탄성에 의해 부러지지 않고 부드럽게 휘어지면서 이차전지셀(400)의 가압력을 완충하게 되며, 이에 의해, 이차전지셀(400)의 가압력이 프레임유닛(200)에 직접 전달되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 이차전지셀(400)이 수축하게 되면 팽창완충부(300)는 탄성에 의해 다시 원상회복되므로, 작업자의 별도의 관리가 필요 없으며, 이에 의해, 관리시간 및 관리비용이 절감되는 효과가 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 팽창완충부(300) 측단면의 상하방향 길이(A)가 바닥유닛(230) 측단면의 상하방향 길이(B)보다 작게 마련되어 바닥유닛(230)에 결합될 수 있는데, 이에 의해, 결합의 안정성이 확보되고, 또한, 팽창완충부(300)가 바닥유닛(230)에 결합되어 이차전지셀(400)의 팽창시 상측 또는 하측으로 용이하게 이동할 수 있다.
즉, 예를 들어, 도 2의 좌측의 팽창완충부(300a)를 참조하면, 팽창완충부(300a)가 바닥유닛(230)의 상측에 결합되는 경우 팽창완충부(300)의 하측에는 소정의 공간(X)이 마련될 수 있으며, 도 2의 우측의 팽창완충부(300b)를 참조하면, 팽창완충부(300b)가 바닥유닛(230)의 하측에 결합되는 경우 팽창완충부(300b)의 상측에는 소정의 공간(Y)이 마련될 수 있다.
그리고, 이차전지셀(400)의 팽창시, 바닥유닛(230)의 상측에 결합되어 있는 팽창완충부(300a)는 팽창완충부(300a)의 하측에 마련되어 있는 소정의 공간(X)으로 용이하게 휘어질 수 있으며, 바닥유닛(230)의 하측에 결합되어 있는 팽창완충부(300b)는 팽창완충부(300b)의 상측에 마련되어 있는 소정의 공간(Y)으로 용이하게 휘어질 수 있다.
여기서, 팽창완충부(300)는 필요에 따라 바닥유닛(230)의 상측에만 결합될 수도 있고, 또는 바닥유닛(230)의 하측에만 결합될 수도 있으며, 바닥유닛(230)의 상측과 하측 모두에 결합될 수도 있다.
그리고, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)에서 팽창완충부(300a, 300b)는 한 쌍으로 마련될 수 있는데, 이 경우, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b)는 바닥유닛(230)의 일측과, 일측으로부터 반대되는 타측, 즉, 바닥유닛(230)의 상측과 하측에 각각 결합될 수 있다.
여기서, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b) 중 하나의 팽창완충부(300a)가 바닥유닛(230) 측단면의 일측의 상측에서 바닥유닛(230)에 결합되는 경우, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b) 중 다른 팽창완충부(300b)는 바닥유닛(230) 측단면의 타측의 하측에서 바닥유닛(230)에 결합되도록 마련될 수 있다.
즉, 도 2 및 도 3을 참조하면, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b) 중 좌측의 팽창완충부(300a)는 바닥유닛(230) 측단면의 좌측의 상측에서 바닥유닛(230)에 결합되는데, 이에 의해, 좌측의 팽창완충부(300a)는 상측의 이차전지셀(400a)에 접촉된다.
그리고, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b) 중 우측의 팽창완충부(300b)는 바닥유닛(230) 측단면의 우측의 하측에서 바닥유닛(230)에 결합되는데, 이에 의해, 우측의 팽창완충부(300b)는 하측의 이차전지셀(400b)에 접촉된다.
즉, 이차전지셀(400)이 복수로 마련되어 복수의 이차전지셀(400a, 400b)이 바닥유닛(230)의 상측과 하측에 각각 결합되는 경우, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b)는 복수의 이차전지셀(400a, 400b)의 각각에 접촉될 수 있다.
여기서, 복수의 이차전지셀(400a, 400b)의 팽창시 복수의 이차전지셀(400a, 400b) 모두에 대해 팽창을 완충할 수 있도록, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b) 중 하나의 팽창완충부(300a)는 바닥유닛(230)의 상측에서 바닥유닛(230)에 결합되고 상측의 이차전지셀(400a)에 접촉되어 하측으로 휘어지며, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b) 중 다른 팽창완충부(300b)는 바닥유닛(230)의 하측에서 바닥유닛(230)에 결합되고 하측의 이차전지셀(400b)에 접촉되어 상측으로 휘어지게 된다.
즉, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b) 각각은 바닥유닛(230)의 일측과, 일측으로부터 반대되는 타측, 즉, 바닥유닛(230)의 상측과 하측에 결합되어 상호 반대되는 방향을 향해 움직이도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 3에서와 같이, 좌측의 팽창완충부(300a)는 상측의 이차전지셀(400a)이 팽창함에 따라 하측으로 휘어져 움직이지만, 우측의 팽창완충부(300b)는 하측의 이차전지셀(400b)이 팽창함에 따라 상측으로 휘어져 움직이게 되며, 좌측과 우측의 팽창완충부(300a, 300b), 즉, 한 쌍의 팽창완충부(300a, 300b)는 상측과 하측이라는 상호 반대되는 방향으로 움직이게 된다.
여기서, 팽창완충부(300a, 300b)는 바닥유닛(230)으로부터 상측 또는 하측으로 돌출되도록 마련될 수도 있다. 다만, 좌측 팽창완충부(300a)의 경우, 팽창완충부(300a)의 상측 단부와 바닥유닛(230)의 상측 단부가 동일한 가상의 수평선상에 위치하도록 마련될 수 있으며, 우측 팽창완충부(300b)의 경우, 팽창완충부(300b)의 하측 단부와 바닥유닛(230)의 하측 단부가 동일한 가상의 수평선상에 위치하도록 마련될 수도 있다.
한편, 팽창완충부(300)에는 사출성형에 의해 사출리브 형태로 형성될 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이, 프레임유닛(200)은 플라스틱 재질로 마련될 수 있는데, 플라스틱 재질은 절연성, 내유성 및 내부식성이 뛰어나며, 특히, 성형성이 우수하여 복잡한 형상도 사출성형에 의해 제작될 수 있는 장점이 있다.
여기서, 성형의 용이성, 팽창완충부(300)의 강도 및 탄성을 고려하여 팽창완충부(300)는 플라스틱 재질의 사출성형에 의해 사출리브 형태로 형성될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)에서 팽창완충부(300)의 확대도이다.
도 4를 참조하면, 팽창완충부(300)는 이차전지셀(400)의 스웰링 발생시 이차전지셀(400)이 팽창완충부(300)의 테두리에 접촉되어 손상되는 것을 방지하기 위해 일측 단부에 라운드(340)가 형성될 수 있다.
즉, 팽창완충부(300)에 라운드(340)가 형성되지 않는다면 팽창완충부(300)의 테두리는 날카로운 상태일 수 있으며, 이 경우, 파우치 타입으로 마련되는 이차전지셀(400)이 팽창하면서 팽창완충부(300)의 날카롭게 형성된 테두리에 접촉하여 찢어지거나 훼손될 가능성이 있다.
이를 방지하기 위해, 팽창완충부(300)에는 라운드(340)가 형성될 수 있는데, 여기서, 이차전지셀(400)이 접촉에 의해 손상될 수 있는 부분이라면 팽창완충부(300)의 어느 부분이라도 라운드(340)가 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)에 의해 이차전지셀(400)의 팽창시의 압력을 완충할 수 있도록 마련되는 프레임유닛(200)의 팽창완충부에 의해 프레임유닛(200)의 파손 내지 손상을 방지할 수 있는 작용 및 효과에 대해 설명한다.
이차전지셀(400)에 대해 충전과 방전을 지속적으로 하게 되면 이차전지셀(400)이 팽창 및 수축을 반복하게 되는 스웰링현상이 발생될 수 있다. 이러한 스웰링현상에 의해 이차전지셀(400)이 팽창하게 되면, 이차전지셀(400)을 지지하기 위해 이차전지셀(400)에 결합되는 프레임유닛(200)에 파손 내지 손상이 발생될 수 있다.
여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)은, 프레임유닛(200)의 바닥유닛(230)에 팽창완충부(300)가 형성되는데, 이러한 팽창완충부(300)는 바닥유닛(230)에 절개되어 일측이 고정단(320)으로 마련되고 타측이 자유단(330)으로 마련될 수 있다.
그리고, 자유단(330)은 고정단(320)에 의해 지지되어 상측 또는 하측으로 탄성적인 움직임을 가질 수 있는데, 여기서, 팽창완충부(300)는 이차전지셀(400)에 접촉되므로 이차전지셀(400)이 팽창하는 경우 이차전지셀(400)에 접촉되어 있는 팽창완충부(300)의 자유단(330)이 이차전지셀(400)에 의해 가압되게 된다.
그리고, 이차전지셀(400)로부터 가압되는 자유단(330)은 상측 또는 하측으로 휘어지면서 이차전지셀(400)의 팽창을 완충하게 되는데, 이에 의해 프레임유닛(200)의 파손 내지 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 이차전지셀(400)은 복수로 마련되어 바닥유닛(230)의 상측과 하측에 각각 결합될 수 있는데, 이 경우, 팽창완충부(300)는 한 쌍으로 마련되어 복수로 마련되는 이차전지셀(400)에 각각 결합되며, 복수의 이차전지셀(400)의 팽창에 대해서도 이를 완충할 수 있게 된다.
그리고, 이차전지셀(400)이 수축하게 되면 팽창완충부(300)는 탄성에 의해 원상회복되는데, 이에 의해, 작업자의 별도의 관리가 필요 없으므로, 관리시간 및 관리비용이 절감되는 효과가 있다.
도 5는, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 모듈(500)의 개략적인 분리사시도이고, 도 6은, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 모듈(500)의 개략적인 결합사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 모듈(500)은, 전술한 제1실시예의 이차 전지용 프레임(100)을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 모듈(500)은, 이차전지셀(400), 즉, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있으며, 이러한 다수의 이차전지셀(400)을 적층 및 수납하기 위해, 전술한 이차 전지용 프레임(100)을 복수 개 포함할 수 있다.
이때, 이차 전지용 프레임(100)은 수직 방향, 즉 상하 방향으로 적층될 수 있으며, 이러한 이차 전지용 프레임(100)의 적층에 의해 형성된 내부 공간에 이차전지셀(400)이 수납되도록 할 수 있다. 특히, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 모듈(500)은, 하나의 이차 전지용 프레임(100)당 2개의 이차전지셀(400)이 수납되도록 마련될 수 있다.
여기서, 배터리 모듈(500)은 상부 내지 하부 중 적어도 하나에 커버(600)가 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 모듈(500)을 하나 이상 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈(500)에는, 전술한 제1실시예의 이차 전지용 프레임(100)이 복수 개 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(500) 이외에, 이러한 배터리 모듈(500)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(500)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
그리고, 본 발명의 제4실시예에 따른 소정의 자동차는 이차 전지용 프레임(100)을 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지용 프레임(100)은, 본 발명의 제4실시예에 따른 소정의 자동차, 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 자동차에 적용될 수 있다.
그리고, 본 발명의 제4실시예에 따른 소정의 자동차는, 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있고, 이러한 배터리 팩에는 본 발명의 제1실시예 에 따른 이차 전지용 프레임(100)이 포함될 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 용어의 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100 : 이차 전지용 프레임
200 : 프레임유닛
210 : 제1단위프레임유닛
220 : 제2단위프레임유닛
230 : 바닥유닛
300 : 팽창완충부
310 : 절개부
320 : 고정단
330 : 자유단
340 : 라운드
400 : 이차전지셀
500 : 배터리 모듈
600 : 커버

Claims (15)

  1. 이차전지셀에 결합되어 상기 이차전지셀을 지지하는 프레임유닛; 및
    상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 상기 이차전지셀의 팽창을 완충하기 위해 상기 프레임유닛에 형성되는 팽창완충부
    를 포함하는 이차 전지용 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임유닛은,
    상호 대향되도록 배치되는 한 쌍의 제1단위프레임유닛;
    상기 한 쌍의 제1단위프레임유닛 각각을 연결하며, 상호 대향되도록 배치는 한 쌍의 제2단위프레임유닛; 및
    상기 한 쌍의 제1단위프레임유닛과, 상기 한 쌍의 제2단위프레임유닛을 각각 연결하는 바닥유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 팽창완충부는 상기 바닥유닛에 절개되어 형성되는 절개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 팽창완충부는 상기 이차전지셀에 접촉되며, 상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 상기 이차전지셀이 접촉되어 있는 일측으로부터 상기 일측의 반대측인 타측을 향해 움직이도록 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 팽창완충부는 탄성이 구비되어 상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 탄성적으로 움직이도록 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 팽창완충부는 일측이 고정단이고, 타측이 자유단으로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 팽창완충부는 상기 이차전지셀의 스웰링 발생시 상기 이차전지셀의 손상을 방지하기 위해 일측 단부에 라운드가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 팽창완충부는 사출성형에 의해 형성되는 사출리브로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 팽창완충부 측단면의 상하방향 길이는 상기 바닥유닛 측단면의 상하방향 길이보다 작은 범위를 가지도록 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 팽창완충부는 한 쌍으로 마련되며, 상기 한 쌍의 팽창완충부 각각은 상호 반대되는 방향을 향해 움직이도록 마련되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 한 쌍의 팽창완충부 중 하나의 팽창완충부가 상기 바닥유닛 측단면의 일측의 상측에서 상기 바닥유닛에 결합되는 경우, 상기 한 쌍의 팽창완충부 중 다른 팽창완충부는 상기 바닥유닛 측단면의 타측의 하측에서 상기 바닥유닛에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이차전지셀이 복수로 마련되며, 상기 복수의 이차전지셀이 상기 바닥유닛의 상측과 하측에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 프레임.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 프레임을 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 프레임을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 프레임을 포함하는 자동차.
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