KR20160080358A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지 셀의 전극 리드간의 단락을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차를 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드를 구비한 전지 셀; 상기 전지 셀이 안착된 상태로 적층가능하게 마련되는 카트리지; 및 인접한 두 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 사이에 개재되어 상기 인접한 두 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 상호간의 접촉을 방지하는 절연재질의 리드 커버 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{Battery module and battery pack including the same}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 셀의 리드 간 단락을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

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 충방전이 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. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 전지 셀이 포함되며, 이러한 다수의 전지 셀들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다.

한편, 이처럼 다수의 전지 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 배터리 모듈을 사용함에 있어서, 안전성 확보는 매우 중요하다. 특히, 사람이 탑승하는 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 경우 안전 사고의 발생은 인명 피해로 직결될 우려가 있다.

이와 같은 배터리 모듈로부터 발생될 수 있는 안전 사고의 원인 중 하나로 배터리 모듈에 구비된 전지 셀들 사이의 단락을 꼽을 수 있다. 전지 셀들에 구비된 전극 리드 사이에 전기적 접촉이 일어나 단락이 발생할 경우 과전류가 흐르게 되며, 이로 인해 인접한 다른 전지 셀까지 과열되거나 폭발하는 등 안전 사고가 발생할 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전지 셀의 전극 리드간의 단락을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩과 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 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 전극 리드를 구비한 전지 셀; 상기 전지 셀이 안착된 상태로 적층가능하게 마련되는 카트리지; 및 인접한 두 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 사이에 개재되어 상기 인접한 두 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 상호간의 접촉을 방지하는 절연재질의 리드 커버 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 리드 커버 유닛은, 상기 카트리지에 결합될 수 있으며, 상기 카트리지는, 메인 프레임의 일측면에 상기 리드 커버 유닛을 결합시키는 결합부를 구비할 수 있다.

상기 리드 커버 유닛은, 상기 카트리지의 적층 방향을 따라 상기 카트리지의 상기 결합부에 결합될 수 있다.

상기 리드 커버 유닛은, 상기 전극 리드의 폭방향을 따라 길게 형성된 커버 본체 및 상기 커버 본체의 일단부로부터 상기 커버 본체의 길이 방향을 따라 연장 형성된 커버 머리를 구비하고, 상기 결합부에는, 상기 커버 머리가 상기 카트리지의 적층 방향을 따라 삽입되도록 상기 커버 머리와 대응되는 형상의 요홈이 형성되고, 상기 요홈의 일측면에는, 상기 커버 머리와 상기 커버 본체를 연결하는 커버 목이 통과할 수 있는 개구부가 형성될 수 있다.

상기 리드 커버 유닛은, 상기 커버 본체의 타단부로부터 상기 커버 본체의 길이 방향에 수직하게 돌출되되, 단부가 절곡된 체결 후크를 더 구비하고, 상기 결합부는, 상기 체결 후크가 체결되도록 하는 체결 걸림턱이 형성될 수 있다.

상기 리드 커버 유닛은, 상기 커버 본체의 길이 방향에 수직하게 돌출되되, 상기 체결 후크에 이격 배치된 가압 돌기를 더 구비할 수 있다.

상기 리드 커버 유닛은, 상기 커버 본체의 길이 방향에 수직하게 돌출된 적어도 하나의 돌기를 더 구비하고, 상기 리드 커버 유닛의 상기 돌기와 대응되는 형상의 만입홈이 형성될 수 있다.

상기 카트리지는, 상기 전지 셀의 제1 전극 리드가 안착되는 제1 리드부 및 상기 전지 셀의 제2 전극 리드가 안착되는 제2 리드부를 구비하고, 상기 제1 리드부 및 상기 제2 리드부 중 어느 하나에 상기 결합부가 형성될 수 있다.

상기 인접하게 적층된 2개의 카트리지에는, 2개의 전지 셀이 수용되고, 상기 리드 커버 유닛은, 상기 카트리지에 수용된 2개의 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 사이에 개재될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈을 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 자동차는 상술한 배터리 모듈을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 인접한 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 사이에 절연재질의 리드 커버 유닛이 개재되므로 전극 리드 간 접촉을 방지할 수 있다. 따라서, 전극 리드 간의 접촉으로 인한 단락 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 리드 커버 유닛은 카트리지에 조립 체결되도록 구성되어, 장착 및 분리가 용이할 뿐만 아니라 손쉽게 교체가 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 리드 커버 유닛은, 작업자가 손쉽게 장착 및 분리할 수 있지만, 외부의 진동이나 충격에 의해서는 쉽게 분리되지 않는 장점이 있다.

이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 커버 유닛이 인접한 두 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 사이에 개재되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 커버 유닛을 나타낸 도면이다.
도 5는, 카트리지에 전지 셀이 안착된 상태에서 리드 커버 유닛이 결합되기 전의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은, 카트리지에 전지 셀이 안착된 상태에서 리드 커버 유닛이 결합된 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 확대 사시도이다.
도 8은, 도 7의 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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

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

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 전지 셀(100), 카트리지(200) 및 리드 커버 유닛(300)을 포함한다.

상기 전지 셀(100)은, 전극 리드(110)를 구비할 수 있으며, 이러한 전극 리드(110)에는 양극 리드 및 음극 리드가 포함될 수 있다. 여기서, 각각의 전극 리드(110)는, 플레이트 형태로 구성되어 파우치 외장재의 외부로 연장된다. 한편, 도 1 및 도 2의 실시예에서, 2개의 전극 리드(110)는, 전지 셀(100)의 일측면, 즉 동일한 방향으로 돌출되도록 구비되어 있으나, 이와 달리, 2개의 전극 리드(110)는 다른 방향으로 돌출되도록 구비될 수도 있다.

또한 각 전지 셀(100)의 전극 리드(110)는, 수평 방향으로 연장되다가 단부가 상방향 또는 하방향으로 절곡될 수 있으며, 지그재그 형태로 절곡될 수도 있다.

한편, 이와 같이 절곡된 부분은, 필요에 따라 다른 전지 셀(100)의 전극 리드(110)의 절곡 부분과 맞닿게 될 수 있다. 그리고, 이와 같이 맞닿은 2개의 전극 리드(110)는 서로 용접 등을 통해 고정될 수 있으며, 이를 통해 배터리 모듈 내부의 전지 셀(100) 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 이와 같이, 인접한 전지 셀(100)에 구비된 전극 리드(110)는, 직렬 또는 병렬 연결을 구성하기 위해 필요에 따라 접촉될 수 있다.

그러나, 이와 같이 전기적 연결이 의도된 전극 리드(110)와 달리, 인접한 전지 셀(100)에 구비된 전극 리드(110) 간에 전기적 연결이 의도되지 않은 경우가 있다. 이와 같이, 전기적 연결이 의도되지 않은 인접한 전극 리드(110) 간에 전기적 연결이 이루어지는 경우 과전류가 발생할 수 있으며, 상기 과전류는 안전 사고를 야기할 수 있다.

한편, 상기 전지 셀(100)은 복수개 구비될 수 있으며, 복수의 전지 셀(100)은 집합체로서 셀 어셈블리를 구성할 수 있다. 즉, 상기 셀 어셈블리에는 전지 셀(100)이 복수 개 포함될 수 있는데, 이러한 복수의 전지 셀(100)은 일 방향, 이를테면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 적층될 수 있다. 이때, 전지 셀(100)은, 후술할 카트리지에 의해 용이하게 적층될 수 있다.

상기 카트리지(200)는 전지 셀(100)을 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 전지 셀(100)을 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 전지 셀(100)의 조립을 가이드할 수 있다. 이러한 카트리지(200)는 메인 프레임(210)을 구비할 수 있다.

상기 메인 프레임(210)은 카트리지(200)의 외형을 정의한다. 즉, 상기 메인 프레임(210)은 카트리지(200)의 테두리를 형성하는 구성으로 플라스틱과 같은 재질로 마련되며 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형태로서, 비어 있는 중앙 부분에는 전지 셀(100)이 안착될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 선택적으로 상기 중앙 부분에는 전지 셀(100)과 접하여 상기 전지 셀(100)을 냉각시키는 냉각 플레이트(220)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 메인 프레임(210)은, 냉각 플레이트(220)의 외주부에 위치할 수 있다. 또한, 이러한 메인 프레임(210)은 전지 셀(100)의 측면 외관에 위치하여 외부로부터 전지 셀(100)의 측면 방향을 보호할 수 있다.

한편, 상기 냉각 플레이트(220)는 카트리지(200)의 중앙 부분에 위치하며, 알루미늄과 같은 열 전도성 재질로 구성되어 전지 셀(100)로부터 발생하는 열을 흡수한 다음 공기 등과 같은 냉각 유체로 흡수된 열을 전달할 수 있다.

상기 카트리지(200)에서, 전지 셀(100)의 전극 리드(110)가 안착되는 부분을 리드부라고 지칭할 수 있다. 즉, 2개의 전극 리드(110) 중 어느 하나가 안착되는 부분을 제1 리드부(211)라고 할 수 있으며, 나머지 하나의 전극 리드가 안착되는 부분을 제2 리드부(212)라고 할 수 있다. 한편, 여기서, 제1 리드부(211) 및 제2 리드부(212)는 상호 간을 구별하기 위한 용어로서, 절대적인 위치 등을 의미하는 것은 아니다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 커버 유닛이 인접한 두 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 사이에 개재되는 모습을 나타낸 도면이다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 리드 커버 유닛에 대해 설명하도록 한다.

상기 리드 커버 유닛(300)은, 일방향으로 적층된 전지 셀(100)에 구비된 전극 리드(110) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 적층 방향으로 인접한 두 전지 셀(100)에 각각 구비된 전극 리드(110) 사이에 개재될 수 있다. 이와 같이, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 상하 방향으로 소정 거리 이격 배치된 전극 리드(110) 사이에 개재되어, 전극 리드(110) 상호 간의 접촉을 방지할 수 있다. 바람직하게는, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 절연성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 사출 성형 방식으로 제조될 수 있으며, 플라스틱 사출물로서 절연성을 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 상기 카트리지(200)와 결합할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 상기 카트리지(200)의 메인 프레임(210)의 일측면에 결합될 수 있다. 상기 카트리지(200)는, 카트리지(200)의 메인 프레임(210)의 일측면에 결합부를 구비할 수 있으며, 상기 리드 커버 유닛(300)은 상기 결합부에 결합될 수 있다. 한편, 상기 결합부는, 전극 리드(110)가 안착되는 리드부에 형성될 수 있다. 즉, 전지 셀(100)의 제1 전극 리드가 안착되는 제1 리드부(211) 및 전지 셀(100)의 제2 전극 리드가 안착되는 제2 리드부(212) 중 적어도 하나에 결합부가 형성될 수 있다. 도 3 등의 실시예에서 결합부는, 제2리드부에 형성되어 있다. 한편, 이때, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 카트리지(200)의 적층 방향과 동일한 방향으로 카트리지(200)의 결합부에 결합되는 것이 좋다. 이러한 구성에 의하면, 리드 커버 유닛(300)이 적층되는 카트리지(200) 사이에 개재될 수 있어, 리드 커버 유닛(300)이 카트리지(200) 유닛으로부터 쉽게 분리되지 않는다. 또한, 이러한 구성에 의하면, 리드 커버 유닛(300)은, 전극 리드(110)를 커버한 상태로 카트리지(200)에 결합되므로 전극 리드(110)를 커버할 수 있을 뿐만 아니라 전극 리드(110)의 유동을 방지할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 커버 유닛을 나타낸 도면이고, 도 5는, 카트리지에 전지 셀이 안착된 상태에서 리드 커버 유닛이 결합되기 전의 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은, 카트리지에 전지 셀이 안착된 상태에서 리드 커버 유닛이 결합된 후의 모습을 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 6를 참조하면, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 전극 리드(110)의 폭방향으로 따라 길게 형성된 커버 본체(310)를 구비한다. 또한, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 커버 본체(310)의 일단부로부터 상기 커버 본체(310)의 길이 방향을 따라 연장된 커버 머리(320)를 구비할 수 있다. 여기서, 커버 본체(310)와 상기 커버 머리(320)를 연결하는 부분은 커버 목(330)이라고 지칭될 수 있다. 상기 커버 머리(320)는, 카트리지(200)에 형성된 요홈(230)에 삽입될 수 있다. 상기 커버 머리(320)는, 카트리지(200)의 적층 방향을 따라, 즉 상하 방향을 따라 상기 요홈(230)에 삽입될 수 있다. 한편, 상기 카트리지(200)에 형성된 요홈(230)의 일측면에는 개구부(231)가 형성될 수 있다. 상기 개구부(231)는, 수평 방향으로 개방되어 요홈(230)에 삽입된 커버 머리(320)와 연결된 커버 목(330)이 통과할 수 있는 공간을 제공한다. 상기 커버 머리(320)는 상기 요홈(230)에 상하 방향으로 삽입되거나 상하 방향으로 상기 요홈(230)으로부터 빠져 나올 수 있다. 다만, 상기 커버 머리(320)는, 상기 요홈(230)에 삽입된 이후, 전후 좌우 방향, 즉 수평 방향으로는 빠져나올 수 없다.

상기 리드 커버 유닛(300)은, 커버 본체(310)의 타단부에 체결 후크(340)를 더 구비할 수 있다. 상기 체결 후크(340)는, 상기 커버 본체(310)의 길이 방향에 수직하게 돌출될 수 있다. 보다 상세하게는, 커버 본체(310)의 길이 방향에 수직하면서 카트리지(200)의 적층 방향인 상하 방향으로 돌출될 수 있다. 또한, 상기 체결 후크(340)는, 단부가 절곡된 형태를 가져, 걸림턱에 체결되는 구조를 갖는다. 상기 체결 후크(340)는, 리드 커버 유닛(300)이 카트리지(200)에 상하 방향으로 결합시 카트리지(200)에 형성된 체결 걸림턱(240)에 걸리게 된다.

바람직하게는, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 커버 본체(310)의 길이 방향에 수직하게 돌출되며, 상기 체결 후크(340)에 이격 배치된 가압 돌기(350)를 더 구비할 수 있다. 상기 가압 돌기(350)는, 상기 커번 본체의 길이 방향을 따라 상기 체결 후크(340)로부터 이격 배치되어 체결 후크(340)가 체결 걸림턱(240)에 걸릴 때, 체결 걸림턱(240)의 반대편을 가압하여 체결 후크(340)와 가압 돌기(350) 사이에 체결 걸림턱(240)이 안정적으로 고정되도록 한다. 따라서, 상기 가압 돌기(350)는, 체결 후크(340)보다 짧게 돌출되도록 형성되는 것이 좋으며, 체결 후크(340)와 가압 돌기(350) 사이의 거리는, 체결 걸림턱(240)의 두께를 고려하여 결정될 수 있다.

상기 체결 후크(340) 및 가압 돌기(350)는, 리드 커버 유닛(300)의 상하 방향 유동을 방지한다. 상기 체결 후크(340) 및 가압 돌기(350)는, 리드 커버 유닛(300)이 상하 방향으로 유동하는 것을 방지하고, 상술한 커버 머리(320)는 요홈(230)에 삽입되어, 리드 커버 유닛(300)의 수평 이동 및 회전을 방지한다. 즉, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 카트리지(200)에 결합되면, 작업자가 체결 후크(340)를 해제하지 않는한 쉽게 카트리지(200)로부터 분리되지 않는다.

선택적으로, 상기 리드 커버 유닛(300)은, 커버 본체(310)의 길이 방향에 수직하게 돌출된 적어도 하나의 돌기(미도시)를 더 구비할 수 있다. 상기 돌기는, 카트리지(200)의 적층 방향인 상하방향으로 돌출되어, 카트리지(200)의 만입홈(미도시)에 결합될 수 있다. 여기서, 카트리지(200)에 형성된 만입홈은, 상기 돌기의 형상과 대응되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 돌기 및 만입홈은, 상기 리드 커버 유닛(300)과 카트리지(200) 간의 결합을 보조할 수 있다.

다시 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 카트리지(200)는 결합부를 구비한다. 구체적으로 상기 결합부는, 리드 커버 유닛(300)의 커버 머리(320)가 삽입되는 요홈(230) 및 리드 커버 유닛(300)의 체결 후크(340)가 체결되는 체결 걸림턱(240)을 포함한다. 상기 요홈(230)은, 상기 리드 커버 유닛(300)의 커버 머리(320)와 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 상기 요홈(230)의 일측면에는 요홈(230)의 크기보다 협소한 개구부(231)가 형성되어, 커버 목(330)이 통과할 수 있도록 하되, 커버 머리(320)는 수평방향으로 통과하지 못하도록 한다. 상기 체결 걸림턱(240)은, 상기 리드 커버 유닛(300)의 체결 후크(340)가 체결될 수 있는 걸림턱을 제공한다.

선택적으로, 상기 카트리지(200)의 결합부는, 상기 리드 커버 유닛(300)의 돌기(미도시)가 삽입되는 만입홈(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 만입홈은, 상기 리드 커버 유닛(300)의 돌기와 대응되는 개수, 위치 및 형상을 가질 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 1개의 카트리지(200), 2개의 전지 셀(100b, 100c) 및 하나의 리드 커버 유닛(300)이 도시되어 있다. 첫번째 전지 셀(100b)은 카트리지(200)의 상부에 안착된다. 상기 전지 셀(100b)이 카트리지(200) 상부에 안착되면, 리드 커버 유닛(300)은, 상기 전지 셀(100b)의 전극 리드(110b)를 커버함과 동시에 카트리지(200)에 결합된다. 이어서, 카트리지(200)의 상부에 두번째 전지 셀(100c)이 적층된다. 한편, 여기서, 리드 커버 유닛(300)은, 도 3의 우측에 배치된 전극 리드 사이(110b, 110c)에만 개재된다. 즉, 도 3의 좌측에 배치된 전극 리드(110b', 110c') 사이에는 상기 리드 커버 유닛이 개재되지 않는다. 도 3의 실시예에서, 우측에 배치된 전극 리드(110b, 110c) 사이는 전기적 접촉이 요구되지 않고, 좌측에 배치된 전극 리드(110b', 110c') 사이는 전기적 접촉이 요구되기 때문이다. 이와 같이, 리드 커버 유닛은, 상호 간의 전기적 접촉이 요구되지 않는 전극 리드 사이에 선택적으로 개재되어 전극 리드 사이의 단락을 방지할 수 있다.

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 확대 사시도이고, 도 8은, 도 7의 단면도이다.

도 7, 도 8, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 7개의 카트리지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e, 200f, 200g)와 13개의 전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l, 100m)과 6개의 리드 커버 유닛(300)을 포함한다.

그리고, 본 실시예에서 최상단의 카트리지(200g)를 제외한 나머지 카트리지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e, 200f)에는 2개의 전지 셀이 안착될 수 있도록 구성된다. 즉, 최상단의 카트리지(200g)를 제외한 나머지 카트리지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e, 200f)의 하부면과 상부면에 전지 셀이 각각 하나씩 안착될 수 있다. 최상단의 카트리지(200g)는, 하부면에 하나의 전지 셀(100m)이 안착되도록 구성된다.

그리고, 본 실시예에서 배터리모듈은 최상단 카트리지를 포함하여 총 7개의 카트리지(200a, 200b, 200c, 200d, 200e, 200f, 200g)를 포함한다. 따라서, 전지 셀(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l, 100m)은 모두 13개가 구비된다. 또한, 카트리지와 카트리지 사이에는 리드 커버 유닛(300)이 하나씩 구비되어 모두 6개의 리드 커버 유닛(300)이 구비된다.

편의상, 최하단에 배치된 카트리지를 제1카트리지(200a)라고 하고 순차적으로 적층된 카트리지를 각각 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7카트리지(200b, 200c, 200d, 200e, 200f, 200g)라고 명명할 수 있다. 먼저, 제1카트리지(200a)의 하부에 1개의 전지 셀(100a)이 안착되고 제1카트리지(200a)의 상부에 1개의 전지 셀(100b)이 안착된다. 제1카트리지(200a)에 안착된 상기 2개의 전지 셀(100a, 100b)의 우측 전극 리드(110a, 110b)는 서로 접촉하도록 구성된다. 이와 달리, 제1카트리지(200a)에 안착된 상기 2개의 전지 셀(100a, 100b)의 좌측 전극 리드(110a', 110b')는 서로 접촉하지 않도록 구성된다. 대신에 제1카트리지(200a)의 상부에 안착된 전지 셀(100b)의 좌측 전극 리드(110b')는, 제2카트리지(200b)의 하부에 안착된 전지 셀(100c)의 좌측 전극 리드(110c')와 접촉하도록 구성된다.

제2카트리지(200b)도 제1카트리지(200a)와 마찬가지로 상부 및 하부에 각각 하나씩 전지 셀(100c, 100d)이 안착된다. 그리고 2개의 전지 셀(100c, 100d)의 우측 전극 리드(110c, 110d)는 서로 접촉하도록 구성된다. 이와 달리 제2카트리지(200b)에 안착된 상기 2개의 전지 셀(100c, 100d)의 좌측 전극 리드(110c', 110d')는 서로 접촉하지 않도록 구성된다. 제2카트리지(200b)의 상부에 안착된 전지 셀(100d)의 좌측 전극 리드(110d')는, 제3카트리지(200c)의 하부에 안착된 전지 셀(100e)의 좌측 전극 리드(110e')와 접촉하도록 구성된다.

제3, 제4, 제5 및 제6카트리지(200c, 200d, 200e, 200f)도 이와 유사한 형태로 구성된다. 다만, 최상부에 적층된 제7카트리지(200g)는 하부에 하나의 전지 셀(100m)이 안착될 뿐 상부에는 전지 셀이 안착되지 않는다. 상기 제7카트리지(200g)의 하부에 안착된 전지 셀(100m)의 우측 전극 리드(110m)는, 배터리 모듈의 다른 전극 리드와 접촉하지 않는다. 상기 제7카트리지(200g)의 하부에 안착된 전지 셀(100m)의 좌측 전극 리드(110m')는, 제6카트리지(200f)의 상부에 안착된 전지 셀(100l)의 좌측 전극 리드(110l')와 접촉한다.

여기서, 우측 전극 리드의 경우, 하나의 카트리지의 상부 및 하부에 각각 안착된 전지 셀들 간에 상호 접촉이 의도된 것인데 반해, 인접한 카트리지의 상부 또는 하부에 안착된 전지 셀들 간에 상호 접촉이 의도된 것이 아니다. 따라서, 두 개의 카트리지 사이에 개재된 전지 셀의 우측 전극 리드는 상호 접촉하여 단락으로 인한 과전류를 유발할 수 있다. 따라서, 상기 리드 커버 유닛은, 두 개의 카트리지 사이에 개재된 전지 셀의 우측 전극 리드 사이에 개재되어 전극 리드 간의 접촉을 방지한다.

한편, 도면의 편의상 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이러한 전지 셀, 카트리지 및 리드 커버 유닛 이외에, 유입 덕트 및 유출 덕트 등을 더 포함할 수 있다.

여기서, 유입 덕트는, 카트리지에 형성된 냉각 유로의 개방 부분에 구비되어 냉각 유로로 유체가 유입되도록 하는 공간 및 통로로서 기능할 수 있다. 그리고, 유출 덕트는, 카트리지에 형성된 냉각 유로의 다른 개방 부분에 구비되어, 냉각 유로로 흐르던 유체가 배터리 모듈 외부로 유출되도록 하는 공간 및 통로로서 기능할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 어셈블리의 카트리지는, 메인 프레임의 측면에 개구부가 형성될 수 있는데, 유입 덕트 및 유출 덕트는 이러한 개구부가 형성된 측에 각각 구비될 수 있다. 한편, 유입 덕트 및 유출 덕트는, 냉각 유체의 유출입을 원활하게 하기 위해 팬을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 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.

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 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100: 전지 셀 110: 전극 리드
200: 카트리지 210: 메인 프레임
211: 제1 리드부 212: 제2 리드부
220: 냉각 플레이트 300: 리드 커버 유닛
310: 커버 본체 320: 커버 머리
330: 커버 목 340: 체결 후크
350: 가압 돌기 230: 요홈
231: 개구부 240: 체결 걸림턱

Claims (12)

1. 전극 리드를 구비한 전지 셀;
   상기 전지 셀이 안착된 상태로 적층가능하게 마련되는 카트리지; 및
   인접한 두 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 사이에 개재되어 상기 인접한 두 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 상호간의 접촉을 방지하는 절연재질의 리드 커버 유닛
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 리드 커버 유닛은, 상기 카트리지에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 카트리지는, 메인 프레임의 일측면에 상기 리드 커버 유닛을 결합시키는 결합부를 구비한 것을 특징으로 배터리 모듈.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 리드 커버 유닛은, 상기 카트리지의 적층 방향을 따라 상기 카트리지의 상기 결합부에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 리드 커버 유닛은, 상기 전극 리드의 폭방향을 따라 길게 형성된 커버 본체 및 상기 커버 본체의 일단부로부터 상기 커버 본체의 길이 방향을 따라 연장 형성된 커버 머리를 구비하고,
   상기 결합부에는, 상기 커버 머리가 상기 카트리지의 적층 방향을 따라 삽입되도록 상기 커버 머리와 대응되는 형상의 요홈이 형성되고, 상기 요홈의 일측면에는, 상기 커버 머리와 상기 커버 본체를 연결하는 커버 목이 통과할 수 있는 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 리드 커버 유닛은, 상기 커버 본체의 타단부로부터 상기 커버 본체의 길이 방향에 수직하게 돌출되되, 단부가 절곡된 체결 후크를 더 구비하고,
   상기 결합부는, 상기 체결 후크가 체결되도록 하는 체결 걸림턱이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 리드 커버 유닛은, 상기 커버 본체의 길이 방향에 수직하게 돌출되되, 상기 체결 후크에 이격 배치된 가압 돌기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 리드 커버 유닛은, 상기 커버 본체의 길이 방향에 수직하게 돌출된 적어도 하나의 돌기를 더 구비하고,
   상기 리드 커버 유닛의 상기 돌기와 대응되는 형상의 만입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 카트리지는, 상기 전지 셀의 제1 전극 리드가 안착되는 제1 리드부 및 상기 전지 셀의 제2 전극 리드가 안착되는 제2 리드부를 구비하고, 상기 제1 리드부 및 상기 제2 리드부 중 어느 하나에 상기 결합부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
10. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접하게 적층된 2개의 카트리지에는, 2개의 전지 셀이 수용되고,
    상기 리드 커버 유닛은, 상기 카트리지에 수용된 2개의 전지 셀에 각각 구비된 전극 리드 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
    
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
    
12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.
    
    

Images