KR20170038300A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20170038300A
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Abstract

하나 이상의 단위 셀이 배열되는 이차 전지 모듈의 배열방향 측에 배치되는 냉각판; 냉각판의 외측에 마련되고, 이차 전지 모듈의 팽창을 단계적으로 수용하는 적어도 하나의 탄성 부재;를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
저탄소 녹색성장이 전 세계의 글로벌 이슈로 등장함에 따라 그린에너지 산업이 큰 관심을 받고 있다. 최근에 들어서는 화석 연료 고갈, 이산화탄소 감소 목적으로 전기자동차 또는 신재생 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장장치의 개발이 큰 관심을 받고 있다.
전기자동차는 엔진 없이 배터리를 통한 전기에너지를 주 동력원으로 구동하기 때문에 배출가스가 발생하지 않는다. 전기에너지를 이렇게 배터리만으로 자동차를 구동하므로 배터리가 차지하는 부피/무게 대비 에너지 밀도가 높아야 한다. 이에 따라, 전기자동차에 들어가는 이차 전지의 높은 밀도의 에너지를 내기 위한 기술 개발이 요구되고 있다. 또한, 최근에는 이러한 이차 전지의 수명을 늘이는 것에 대한 요구가 강할 뿐만 아니라, 장시간 고온에 노출되더라도 전지의 성능이 유지될 수 있도록 하는 기술에 대한 필요성이 점차 높아지고 있다.
전기자동차용 배터리는 제품 공급 형태에 따라 셀, 모듈, 팩으로 분류되는데 최근에는 부품공급 모듈화 추세에 맞춰 배터리 공급 형태도 팩 비중이 높이지는 추세이다. 팩은 기본 배터리(셀) 10여개를 케이스에 넣은 모듈이 여러 개 모여 BMS(Battery Management System), 냉각장치 등과 결합된 형태이다.
전기자동차에 들어가는 리튬 이온 전지의 경우, 전기 에너지를 충전, 방전해 사용할 수 있으며 양극, 음극, 분리막, 전해액으로 구성되어 있는 파우치형 형상으로 제조된다. 파우치형 리튬 이온 전지는 기본단위인 전지 셀(Cell)을 외부 충격과 열, 진동 등으로부터 보호하기 위해 일정한 개수(5~6셀, 많게는 20~30셀)로 묶어 전지 모듈을 구성한다. 모듈 구성 시, 높은 밀도의 에너지를 내기 위해 빈 공간을 최소화하고 컴팩트한 배터리로 설계되어야 한다. 이 때, 고려되어야 할 점이 팽창력이다. 배터리의 충전과 방전 시, 배터리에 발생되는 팽창력과 배터리의 열화에 따라 배터리의 두께가 증가하는 추가 팽창력이 발생된다. 따라서, 증가되는 팽창력을 예상하여 모듈을 구성해야 한다.
한국등록특허공보 제10-0590050(2006.06.08)
본 발명의 일 실시예들은 이차 전지의 충전 및 방전시 발생되는 팽창을 억제할 수 있는 탄성 부재를 포함한 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예들은 탄성 부재는 이차 전지의 팽창정도에 따라 상이한 압력(또는 힘)으로 팽창을 수용하는 이차 전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 하나 이상의 단위 셀이 배열되는 이차 전지 모듈의 배열방향 측에 배치되는 냉각판; 상기 냉각판의 외측에 마련되고, 상기 이차 전지 모듈의 팽창을 단계적으로 수용하는 적어도 하나의 탄성 부재;를 포함한다.
여기서, 상기 탄성 부재는 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재를 포함하고, 상기 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재는 상기 단위 셀 또는 상기 이차 전지 모듈의 팽창을 순차적으로 수용할 수 있다.
또한, 상기 탄성 부재는 상기 단위 셀 또는 상기 이차 전지 모듈의 팽창 정도에 따라 상기 단위 셀 또는 상기 이차 전지 모듈에 대한 저항력이 상이할 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성 부재는 상기 제2 탄성 부재보다 길 수 있다.
나아가, 상기 탄성 부재는 스프링 또는 고무일 수 있다.
여기서, 상기 스프링은 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하며, 상기 제1 스프링의 내부에 상기 제2 스프링을 위치될 수 있다.
상기 고무는 상기 이차 전지 모듈 또는 이차 전지 팩에 발생되는 팽창력을 기 결정된 힘 이하로 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이차 전지의 충전 및 방전시 발생되는 팽창을 억제할 수 있는 탄성 부재를 포함한 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 실시예들의 탄성 부재는 이차 전지의 팽창정도에 따라 상이한 압력(또는 힘)으로 팽창을 수용하는 이차 전지를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 팩의 일부 분해도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈, 냉각판 및 스프링의 개략적인 모습을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 탄성 부재의 형상을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 모듈, 냉각판 및 고무의 개략적인 모습을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 셀, 냉각판 및 스프링의 개략적인 모습을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배열된 2개의 단위 셀, 냉각판 및 고무의 개략적인 모습을 도시한 도면.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 이차 전지의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
전기자동차에 사용되는 이차전지는 예를 들면, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지의 파우치형 전지일 수 있다. 이하에서는, 이들을 모두 포함하여 이차 전지라고 지칭한다.
이차 전지는 충전 및 방전 과정에서 단위 셀(30)의 내부에 다량의 가스가 발생될 수 있다. 나아가, 단위 셀(30)에서는 이러한 충전 및 방전 과정 중 열이 발생될 수 있다. 예를 들어, 이차전지의 단위 셀(30)의 충전 과정 중 열이 발생되었다가 방전 과정 중 열이 배출될 수 있다. 열의 발생 및 배출에 의해 이차 전지의 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)은 팽창 및 수축될 수 있으며, 이러한 열에 의한 팽창 및 수축은, 충전 및 방전의 반복에 의해 주기적으로 발생하게 된다.
예를 들면, 전기자동차에 사용될 수 있는 이차 전지인, 리튬 이온 전지는 양극, 음극, 분리막, 전해액 등을 포함할 수 있다. 양극과 음극은 층상구조를 가질 수 있으며, 양극 및 음극간 이온의 이동에 의해 충전 및 방전이 이루어지게 되는데, 이러한 과정에서 발생하는 열에 의해 이차 전지의 팽창 및 수축이 일어날 수 있다. 한편, 각 단위 셀(30)에서 팽창이 발생하는 경우, 이차 전지 모듈(20) 또는 이차 전지 팩(10)에서 발생되는 팽창은 단위 셀(30)의 개수에 따라 비례적으로 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 팩(10)의 일부 분해도 사시도이다. 도 1에는 이차 전지 팩(10)의 하나의 단위 셀(30)과 양쪽에 위치된 냉각판(40)이 도시되어 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에 있어서, 이차 전지 팩(10)은 적어도 하나의 단위 셀(30)이 배열되어 형성된 이차 전지 모듈(20), 냉각판(40), 탄성 부재(50)를 포함할 수 있다. 이차 전지에는 단위 셀(30)이 적어도 한 개가 포함되며, 2개 이상인 경우 인접 배열되어 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 이차 전지 모듈(20)의 배열방향 측 양측에 냉각판(40)이 배치될 수 있다. 냉각판(40)은 이차 전지 모듈(20) 사용중에 발생하는 열을 외부로 배출 시키는 판일 수 있다. 냉각판(40)은 이차 전지 모듈(20)의 배열방향 양측에 배치될 수 있으며, 이차 전지 모듈(20)이 연속적으로 배열되면, 이차 전지 모듈(20) 사이에 배치될 수 있다. 냉각판(40)은 이차 전지 모듈(20)에 인접될 수 있으며, 발생된 열을 이차 전지 모듈(20)의 외측으로 배출하여 이차 전지 모듈(20)을 냉각시킬 수 있다. 한편, 냉각판(40)을 경유하는 유체에 의해 상대적으로 낮은 온도를 유지하며 이차 전지 모듈(20)을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각수와 같은 열교환매체(냉매)는 냉각판(40)의 상측 또는 하측으로 유입되어 열전도를 이용하여 열화된 이차 전지 모듈(20)을 냉각시킬 수 있다.
이를 위해, 냉각판(40)은 편평한 형상의 전도체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 합금으로 형성될 수 있으며, 이와 같은 경우 고온에서 변형이 없기 때문에 이차 전지 모듈(20) 또는 이차 전지 팩(10)의 팽창 시, 성능을 유지시킬 수 있다.
또한, 적어도 하나의 탄성 부재(50)가, 냉각판(40)의 외측에 수평방향으로 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용하기 위해 배치될 수 있다. 탄성 부재(50)는 일단이 냉각판(40)에 결합되어 있고, 타단이 단위 셀(30), 이차 전지 모듈(20), 또는 이차 전지 모듈(20)의 케이스(60)에 접촉되어 지지될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 탄성 부재(50)는 일단이 단위 셀(30), 이차 전지 모듈(20), 또는 이차 전지 모듈(20)의 케이스(60) 에 결합되어 있고, 타단이 냉각판(40)에 접촉되어 지지될 수도 있음은 물론이다. 나아가, 탄성 부재(50)는, 단위 셀(30)의 사이, 즉 각 단위 셀(30)의 사이 또는 2개 이상의 단위 셀(30)을 사이에 두고 냉각판(40)이 위치하는 경우, 냉각판(40)에 각각 결합되어 있을 수 있다. 이 경우, 냉각판(40)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 탄성 부재(50)가 위치되어 단위 셀(30)의 열에 의한 팽창 및 수축을 수용할 수 있다. 한편, 탄성 부재(50)는 원형, 타원형 또는 다각 콘형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 원뿔대, 타원뿔대, 삼각뿔 또는 사각뿔대를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 탄성 부재(50)는 이차 전지 모듈(20)의 팽창 정도에 따라 상이한 압력(또는 힘, 이하 같음)으로 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용할 수 있다. 예를 들어, 이차 전지 모듈(20)의 초기 팽창 시에는 낮은 압력으로 이차 전지 모듈(20)을 가압할 수 있고, 이차 전지 모듈(20)의 추가 팽창 시에는 상대적으로 높은 압력으로 이차 전지 모듈(20)을 가압할 수 있다.
이를 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(50)는, 이차 전지 모듈(20)의 팽창 정도에 따라 상이한 압력을 부여하기 위해, 다양하게 형성될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 탄성 계수가 서로 다른 복수의 탄성 부재(50)가 각각 냉각판(40)에 배치될 수 있다. 여기서, 탄성 부재(50)는 코일 스프링, 판 스프링 등 탄성력을 부여할 수 있는 부재는 어떠한 부재라도 사용될 수 있으나, 이하에서는 코일 스프링이 사용된 경우에 대하여 주로 설명한다.
예를 들어, 탄성 계수가 상대적으로 작은 탄성 부재는, 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 1차적으로 수용할 수 있도록 길게 형성될 수 있다. 또한, 탄성 계수가 상대적으로 높은 탄성 부재는, 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)이 추가적으로 팽창하는 경우 2차적으로 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용할 수 있도록 짧게 형성될 수 있다. 도 3a에서는 탄성 부재(50)가 2개 마련되는 경우에 대하여 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 탄성 계수가 서로 다른 3개 이상의 탄성 부재가 마련되어, 단계적으로 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창이 수용될 수 있음은 물론이다.
더욱이, 상기의 기재에서는 도 3(a)에 도시된 복수의 탄성 부재(50)의 탄성 계수가 서로 다른 것으로 설명하였으나, 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 추가적인 팽창 시 복수의 탄성 부재(50)가 동시에 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용할 수 있는 바, 탄성 부재(50)의 탄성 계수가 동일할 수도 있음은 물론이다. 즉, 복수의 탄성 부재(50)는 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창 정도에 따라 증대되는 팽창력을 수용할 수 있으면, 각각의 탄성 계수가 서로 동일할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다. 다만, 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창이 진행됨에 따라 팽창력이 급속히 커지는 경우, 복수의 탄성 부재(50) 중 상대적으로 높은 탄성 계수를 갖는 탄성 부재(50)가 2차적으로 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용하도록 될 수 있다.
한편, 도 3a에서는 복수의 탄성 부재(50)가 각각 이격되어 위치하고 있으나, 복수의 탄성 부재(50)가 서로 중첩된 상태로 위치될 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 복수의 탄성 부재(50) 각각이 서로 다른 지름을 가지며, 탄성 부재(50)로서 코일 스프링이 사용되는 경우, 상대적으로 작은 지름을 갖는 탄성 부재(50)가 상대적으로 큰 지름을 갖는 탄성 부재(50)를 갖는 탄성 부재(50)의 코일 내부에 위치될 수 있다. 이 경우, 냉각판(40)에서 탄성 부재(50)가 차지하는 영역의 넓이를 줄일 수 있다. 또한, 복수의 탄성 부재(50)가 연결되어 있는 경우, 한번의 공정 내지 작업으로 복수의 탄성 부재(50)를 냉각판(40)에 적용할 수 있다. 도 3b에서는 탄성 부재(50)가 2개 마련되는 경우에 대하여 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 탄성 계수가 서로 다른 3개 이상의 탄성 부재가 마련되어, 단계적으로 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창이 수용될 수 있음은 물론이다.
이 뿐만 아니라, 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용하기 위한 탄성 부재(50)를 서로 다른 탄성 계수를 갖는 코일 스프링이 연결 결합된 형태로 마련할 수도 있다. 이 경우, 1차적으로 외측(도 3(c)의 오른쪽)의 코일 스프링 부분이 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 상기 팽창을 수용하고(이 경우, 내측(도 3(c)의 왼쪽) 코일 스프링 부분에도 동일하게 팽창을 수용함), 외측의 코일 스프링 부분이 더 이상 수축되어 상기 팽창을 수용하지 못하더라도, 상대적으로 탄성 계수가 큰 내측의 코일 스프링 부분이 추가적으로 수축하며 2차적으로 상기 팽창을 수용할 수 있다.
다만, 이하에서는 도 3(b)에 도시된 탄성 부재(50)가 적용된 경우에 대하여 주로 설명한다,
탄성 부재(50)는 제1 탄성 부재(52)와 제2 탄성 부재(54)를 포함할 수 있다. 서로 다른 지름을 갖는 2개 이상의 탄성 부재(50)로 형성되어 냉각판(40)의 일면 일측에 형성될 수 있다. 구체적으로, 탄성 부재(50)는 상대적으로 지름이 작고 길이가 긴 제1 탄성 부재(52)와, 상대적으로 지름이 크고 길이가 짧은 제2 탄성 부재(54)를 포함할 수 있다. 이로써, 제2 탄성 부재(54)의 내부에 제1 탄성 부재(52)가 삽입한 형태로 마련될 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 3개 이상의 탄성 부재가 연결될 수 있음은 물론이며, 이는 앞서 설명한 바와 같다. 냉각판(40)의 일측면의 중앙부 또는 중앙부로부터 이격되어 하나 또는 두(2)개 이상의 제1 탄성 부재(52) 및 제2 탄성 부재(54)가 배치될 수 있다. 또한, 각각의 단위 셀(30)에 배치된 냉각판(40)의 일측면에도 배치될 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 냉각판(40)은 2개 또는 3개 이상의 복수 개의 단위 셀(30) 배열된 이차 전지에 포함될 수 있다. 탄성 부재(50)는 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)에 발생되는 팽창을 수용할 수 있다. 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)에 발생되는 팽창 정도에 따라 제1 탄성 부재(52)와 제2 탄성 부재(54)의 완충되는 정도가 달라질 수 있으며, 제1 탄성 부재(52)가 1차적으로 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용하고, 제2 탄성 부재(54)가 2차적으로 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용할 수 있다.
제1 탄성 부재(52)와 제2 탄성 부재(54)는 스프링(50a) 또는 고무(50b)일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는, 이차 전지 모듈(20a), 냉각판(40a), 제1 스프링(52a), 제2 스프링(54b) 및 케이스(60)를 포함할 수 있다. 이차 전지 모듈(20a)은 복수의 단위 셀(30)이 인접하여 배치되어 마련된다. 이차 전지 모듈(20a)에 포함되는 단위 셀(30)의 개수는 이차 전지의 용량 및 크기 등에 따라 결정될 수 있다. 냉각판(40a)은 하나 이상의 단위 셀(30a)이 배열되는 이차 전지 모듈(20a)의 배열방향에 배치될 수 있다. 냉각판(30a)의 외측에는 도 2의 수평(좌우)방향으로 이차 전지 모듈(20a)의 팽창을 수용하기 위해 적어도 하나의 스프링(50a)이 마련될 수 있다. 스프링(50a)은 제1 스프링(52a)과 제2 스프링(54a)을 포함할 수 있다. 제1 스프링(52a)은 제2 스프링(54a)에 대해 연장되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 스프링(52a)은 제2 스프링(54a)은 각각 지름이 작고 길이가 긴 제1 스프링(52a)과 지름이 크고 길이가 짧은 제2 스프링(54a)으로, 지름이 큰 제2 탄성 부재(54)의 내부에 지름이 작은 제1 탄성 부재(52)가 삽입한 형태로 마련될 수 있다. 2개의 스프링(50a)이 각각의 냉각판(30a)에 배치되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 적어도 한 개 또는 2개 이상의 스프링(50a)이 냉각판(40a)의 일측면의 일부분 및 중앙부 또는 전체면 걸쳐 배치될 수 있다.
이차 전지 충전 및 방전시, 이차 전지 모듈(20a) 내에는 열이 발생되거나 소멸될 수 있으며, 이는 이차 전지 모듈(20a)을 구성하고 있는 단위 셀(30a)의 팽창 또는 수축의 발생과 연결된다. 이차 전지 모듈(20a)을 구성하고 있는 단위 셀(30a)의 개수가 많을수록 팽창 또는 수축되는 정도가 달라질 수 있다.
이차 전지 충전 및 방전시, 각각의 단위 셀(30a)은 케이스(60) 방향으로 팽창될 수 있다. 이에 따라, 제1 스프링(52a) 및 제2 스프링(54a)은 케이스(60)의 방향으로 압축될 수 있다. 케이스(60)과 맞닿아 있는 제1 스프링(52a)은 각각의 단위 셀(30a)가 팽창되는 방향으로 1차적으로 압축될 수 있으며 낮은 압력으로 이차 전지 모듈(20a)을 가압할 수 있다. 제1 스프링(52a)은 단위 셀(30a)의 팽창에 대해 반발력을 제공하며 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용할 수 있다. 이 후, 각각의 단위셀(30a)의 팽창이 계속 진행되어, 케이스(60)와 제2 스프링(54a)이 맞닿게 될 수 있다. 이에 따라, 제2 스프링(54a)은 2차 압축이 발생되어, 상대적으로 높은 압력으로 이차 전지 모듈(20a)을 가압할 수 있다. 이에 따라, 제2 스프링(54a)는 추가로 진행되는 단위 셀(30a)의 팽창에 대해 반발력을 제공하며 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 수용할 수 있다. 제1 스프링(52a)과 제2 스프링(54a)이 이차 전지 모듈(20a) 내에 발생되는 팽창력을 수용함으로써, 단위 셀(30a)의 두께가 증가되는 것을 저항하기 때문에 이차 전지 모듈(20a)의 기계적 강성 또는 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 이차 전지 모듈(20b), 냉각판(40b), 제1 고무(52b), 제2 고무(54b), 및 케이스(60b)를 포함할 수 있다. 고무(50b)는 스프링(50a)보다 단위 셀(30b)에 발생되는 팽창을 허용하는 정도가 강할 수 있다. 예를 들어, 고무(50b)는 스프링(50a)과 달리 압축에 따라 압축 방향에 수직인 방향으로 팽창하는 등 일방향이 아닌 다(多)방향으로 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20) 팽창을 지지하게 된다. 이 뿐만 아니라, 고무는 열이 공급되면 수축하는 성질을 가지고 있으므로(고무 탄성, Rubber Elasticity), 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창과 수반되는 열 발생에 의하여 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창을 더 수용할 수 있다. 이로써, 탄성 부재로 고무를 사용하는 경우, 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)이 보다 낮은 팽창력을 유지하며 지지될 수 있다. 예를 들어, 기 정해진 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 규격(크기)에서, 고무를 사용하는 경우, 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 팽창력이 기 결정된 팽창력(예를 들어, 5kN) 이하로 유지되는데 유리하다. 구체적인 예로, 단위 셀(30) 또는 이차 전지 모듈(20)의 형상 및 두께에 따라서 차이가 있으나, 고무(50b)는 이차 전지 모듈(20b)에서 발생되는 팽창력을 8kN 이하에서 5kN 이하로 약 60% 감소시킬 수 있다. 팽창력이 5kN 이상일 경우, 각각의 단위 셀(30b)에 팽창이 진행되어 이차 전지 모듈(20b)의 두께가 증가될 수 있다. 이 경우, 이차 전지는 증가되는 단위 셀(30b)의 두께를 견디지 못하게 되거나, 이차 전지의 크기가 커지게 된다. 고무(50b)는 이차 전지 모듈(20b)에 발생되는 팽창력을, 예를 들어, 5kN 이하로 상대적으로 낮게 제어할 수 있기 때문에, 이차 전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.
고무(50b)는 적어도 한 개 또는 두(2)개 이상의 냉각판(40b)의 일측면의 일부분 및 중앙부 또는 전체면에 걸쳐 배치될 수 있다. 제1 고무(52b) 및 제2 고무(54b)는 두께를 달리하여 냉각판(40b)에 배치될 수 있다. 제1 고무(52b) 및 제2 고무(54b)의 형상 및 배치는 제1 스프링(52a) 및 제2 스프링(54a)의 경우와 마찬가지인 바, 그 구체적인 설명은 생략한다. 이차 전지 충전 및 방전시 이차 전지 모듈(20b) 내에는 열이 발생되거나 소멸될 수 있으며, 이는 이차 전지 모듈(20b)을 구성하고 있는 단위 셀(30b)의 팽창 또는 수축을 수반한다. 이차 전지 모듈(20b)을 구성하고 있는 단위 셀(30b)의 개수가 많을수록 팽창 또는 수축되는 정도가 달라질 수 있다. 각각의 단위 셀(30b)은 케이스(60b)의 방향으로 팽창될 수 있다. 이에 따라, 제1 고무(52b) 및 제2 고무(54b)는 케이스(60b)의 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 케이스(60b)과 맞닿아 있는 제1 고무(52b)는 각각의 단위 셀(30b)이 팽창되는 방향으로 1차 압축될 수 있으며 단위 셀(30b)의 팽창을 저항할 수 있다. 1차 압축이 발생된 이후에, 각각의 단위 셀(30b)의 팽창 또는 수축이 계속 진행될 수 있다. 이 때, 케이스(60b)과 제2 고무(54b)가 맞닿게 될 수 있다. 이에 따라, 제2 고무(54b)는 2차 압축이 발생되어, 진행되는 각각의 단위 셀(30b)의 팽창을 저항할 수 있다.
도 5는 전술한 바와 같이, 단위 셀(30)에 냉각판(40)과 스프링(50a)이 배치된 형상을 도시한 도면이다. 하나 이상의 단위 셀(30)은 셀 간 탄성 부재를 포함할 수 있다. 도 6은 전술한 바와 같이 2개 이상의 단위 셀(30)에 냉각판(40)과 고무(50b)가 배치된 형상을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 각각의 단위 셀(30) 사이에 냉각판(40)과 스프링(50a) 또는 냉각판(40)과 고무(50b)가 배치될 수 있다. 이는 충전 및 방전 시 이차 전지 모듈(20)에 발생되는 팽창력 저항하는 효과가 더 클 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 이차 전지 팩
20, 20a, 20b : 이차 전지 모듈
30, 30a, 30b : 단위 셀
40, 40a, 40b : 냉각판
50 : 탄성 부재
52 : 제1 탄성 부재
54 : 제2 탄성 부재
50a : 스프링
52a : 제1 스프링
54a : 제2 스프링
50b : 고무
52b : 제1 고무
54b : 제2 고무
60 : 케이스

Claims (7)

  1. 하나 이상의 단위 셀이 배열되는 이차 전지 모듈의 배열방향 측에 배치되는 냉각판;
    상기 냉각판의 외측에 마련되고, 상기 이차 전지 모듈의 팽창을 단계적으로 수용하는 적어도 하나의 탄성 부재;를 포함하는,
    이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성 부재는 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재를 포함하고, 상기 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재는 상기 단위 셀 또는 상기 이차 전지 모듈의 팽창을 순차적으로 수용하는, 이차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 단위 셀 또는 상기 이차 전지 모듈의 팽창 정도에 따라 상기 단위 셀 또는 상기 이차 전지 모듈에 대한 저항력이 상이한, 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 탄성 부재는 상기 제2 탄성 부재보다 긴, 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성 부재는 스프링 또는 고무인 이차 전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스프링은 제1 스프링 및 제2 스프링을 포함하며, 상기 제1 스프링의 내부에 상기 제2 스프링을 위치되는, 이차전지.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 탄성 부재는 고무이고, 상기 고무는 상기 이차 전지 모듈 또는 이차 전지 팩에 발생되는 팽창력을 기 결정된 힘 이하로 제어하는, 이차 전지.
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