KR20170065864A - 그립핑부가 구비되어 있는 카트리지를 포함하고 있는 전지모듈 - Google Patents

그립핑부가 구비되어 있는 카트리지를 포함하고 있는 전지모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수의 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서, 양측에 전지셀들이 장착되는 프레임 부재로 이루어져 있고, 엣지들에는 인접 배열된 카트리지들과의 결합에 의해 카트리지 어셈블리를 형성하기 위한 체결부들이 형성되어 있는 복수의 카트리지들; 최외곽 카트리지들을 감싸는 구조로 카트리지 어셈블리의 양측 외면들에 장착되는 한 쌍의 엔드 플레이트들; 및 전지셀 전극단자들의 전기적 연결을 위한 버스 바들을 포함하고 있고, 카트리지 어셈블리의 일면에 장착되는 버스 바 어셈블리;를 포함하고 있으며, 상기 카트리지는, 전지셀들이 열전도를 위해 양면에 접촉되며 일측 단부가 카트리지 외부로 노출되어 있는 방열핀(cooling fin)이 수직 단면 상에서 중앙에 장착되어 있고, 전지셀의 정위치 장착을 위한 그립핑부들(gripping parts)이 프레임 부재의 내측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

그립핑부가 구비되어 있는 카트리지를 포함하고 있는 전지모듈 {Battery Module Comprising Cartridge Having Gripping Part}
본 발명은 전지셀의 정위치 장착을 위한 그립핑부들이 프레임 부재의 내측면에 형성되어 있는 카트리지를 포함하고 있는 전지모듈에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 또한, 이차전지는 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 주목받고 있다.
따라서, 이차전지 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 이차전지와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.
이러한 이차전지가 자동차의 동력원으로 이용되는 경우, 상기 이차전지는 다수의 전지모듈들 내지 전지모듈 어셈블리를 포함하는 전지팩의 형태로 이용된다.
전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 동일한 용량 조건에서 가능한 한 소형이면서 경량의 전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다. 또한, 전기자전거, 전기자동차 등과 같이 외부로부터 많은 충격, 진동 등을 받는 디바이스들은 전지모듈을 구성하는 요소들간의 전기적 연결상태와 물리적 결합상태가 안정적이어야 하며, 다수의 전지들을 사용하여 고출력 및 대용량을 구현하여야 하기 때문에 안전성 측면도 중요시 되고 있다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지셀 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장 부재로 사용하는 파우치형 전지셀은 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
구체적으로, 파우치형 전지셀은 기계적 강도가 떨어지므로 다수의 전지셀들을 적층하여 모듈을 제작함에 있어서 안정적인 결합과 조립 상태를 유지하기 위한 별도의 부재들이 요구된다. 따라서, 파우치형 전지셀을 모듈로 제조함에 있어서, 일반적으로는 하나 또는 둘 이상의 단위로 전지들을 장착하는 카트리지 등의 별도의 장착 부재가 사용되고 이들을 적층하여 모듈을 제조하고 있다.
그러나, 전지셀이 카트리지에 정위치 장착되지 못하거나 디바이스에 가해진 외력에 의해 안정적 장착 상태를 유지하지 못하는 경우에는 단전, 단락 등 다양한 문제들이 유발될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지모듈의 조립시 전지셀의 안정적인 정위치 장착을 담보하고, 진동 등과 같은 외력에 의해서도 안정적인 결합 및 조립 상태를 유지할 수 있는 특정한 구조의 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
복수의 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서,
양측에 전지셀들이 장착되는 프레임 부재로 이루어져 있고, 엣지들에는 인접 배열된 카트리지들과의 결합에 의해 카트리지 어셈블리를 형성하기 위한 체결부들이 형성되어 있는 복수의 카트리지들;
최외곽 카트리지들을 감싸는 구조로 카트리지 어셈블리의 양측 외면들에 장착되는 한 쌍의 엔드 플레이트들; 및
전지셀 전극단자들의 전기적 연결을 위한 버스 바들을 포함하고 있고, 카트리지 어셈블리의 일면에 장착되는 버스 바 어셈블리;
를 포함하고 있으며,
상기 카트리지는, 전지셀들이 열전도를 위해 양면에 접촉되며 일측 단부가 카트리지 외부로 노출되어 있는 방열핀(cooling fin)이 수직 단면 상에서 중앙에 장착되어 있고, 전지셀의 정위치 장착을 위한 그립핑부들(gripping parts)이 프레임 부재의 내측면에 형성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 상기와 같은 특정한 구조의 카트리지에 의해, 카트리지들 상호 간의 결합 상태가 안정적이고, 전지셀의 방열을 효과적으로 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 카트리지에 대한 전지셀의 안정적인 장착 상태를 제공할 수 있다.
본 발명의 전지모듈에 사용되는 전지셀은 다양할 수 있으며, 예를 들어, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있고, 외주변에 열융착 잉여부가 형성되어 있는 전지셀일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 카트리지의 프레임 부재는 양측에 장착된 전지셀들을 감싸는 외벽이, 수직 단면 상에서 방열핀을 기준으로 상하 방향으로, 외주변을 따라 연장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 구조에 의해, 전지셀들은 프레임 부재의 양측에 더욱 안정적으로 장착될 수 있다. 프레임 부재의 상기 외벽은 예를 들어 전지셀의 높이에 대응하는 높이를 가질 수 있다.
상기 구조에서, 상기 프레임 부재의 외벽 내면에는 일측 방향으로 인접한 프레임 부재와의 결합을 위한 체결 돌기가 외향 돌출되어 있고, 상기 체결 돌기에 대응하여 타측 방향으로 체결 홈이 형성되어 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 프레임 부재의 체결부는 프레임 부재의 외주변으로부터 외향 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 중앙에 체결공이 천공되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조는, 이후에 설명하는 바와 같이, 프레임 부재들 상호 간의 결합 뿐만 아니라, 전지팩의 제작을 위해 베이스 플레이트 상에 전지모듈을 장착할 때 견고한 결합 상태를 제공하면서 조립이 용이한 이점을 제공한다.
상기 프레임 부재는, 예를 들어, 평면상으로 4각형 형상으로 이루어져 있고, 각각의 체결부는 각각의 엣지에 인접한 2개의 외주변들로부터 외향 연장되어 평면상으로 4각형 형상을 이루고 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 그립핑부들은, 전지셀의 전극단자들이 위치하는 프레임 부재의 내측면 부위에 형성된 제 1 그립핑부와, 전극단자가 위치하지 않는 프레임 부재의 내측면 부위에 형성된 적어도 하나의 제 2 그립핑부를 포함할 수 있다.
상기 구조에서, 제 1 그립핑부는 전지셀의 전극단자들 사이에 대응하는 프레임 부재의 내측면 부위에 형성되어 있고, 대면하는 전지셀 쪽으로 돌출된 돌기를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 그립핑부의 돌기는 전지셀의 전극조립체 수납부의 외측면에 밀착되는 구조로 형성되어 있을 수 있다. 이로 인해, 카트리지의 프레임 부재에 대한 전지셀의 장착은 외력에 대해서도 더욱 안정적인 상태가 보장될 수 있다.
상기 제 2 그립핑부는, 전지셀의 열융착 잉여부를 지지하는 길이로, 전극단자가 위치하지 않는 프레임 부재의 내측면 부위들에 각각 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 제 1 그립핑부와 제 2 그립핑부의 조합은 카트리지에 대한 전지셀의 정위치 장착을 담보하면서, 충격, 진동 등과 같이 외력에 대해 안정적인 결합 및 조립 상태를 제공해 준다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 방열핀은 인서트 사출 성형(Insert Molding)에 의해 프레임 부재에 일체로 장착되어 있는 구조일 수 있다. 이와 같이, 프레임 부재에 방열핀이 일체화된 구조는 전지모듈의 조립 공정성을 크게 향상시키고, 전지셀에 대한 방열핀의 밀착 상태를 안정적으로 유지시켜줌으로써, 결과적으로 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 방열핀의 소재는 방열 효율을 높일 수 있는 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 금속 소재, 또는 열전도성의 무기 소재 또는 탄소 소재의 플레이트로 이루어질 수 있다. 열전도를 위해 외향 연장된 방열핀의 일측 단부는 프레임 부재에 대한 방열핀의 안정적인 장착과 높은 열전도를 위해, 예를 들어, 프레임 부재의 외측면 형상에 대응하여 수직 단면상으로 T자형 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 전지모듈에 사용되는 엔드 플레이트들은 표면에 비드들이 형성되어 있고, 카트리지의 체결부에 대응하는 위치에 체결공이 천공되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 엔드 플레이트들과 최외측 카트리지들 사이에는 열 절연성의 절연 플레이트가 개재되어 있어서, 최외측 카트리지들에 장착된 전지셀들과 다른 전지셀들의 온도 차에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 엔드 플레이트에는 써미스터가 장착되기 위한 그루브가 형성되어 있어서, 전지셀의 온도를 효과적으로 측정하여 작동을 제어할 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지모듈 하나 이상과, 상기 전지모듈이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트를 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 베이스 플레이트는 평면상으로 각각 직사각형 구조로 이루어진 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트를 포함하고 있으며, 상기 제 2 플레이트는 제 1 플레이트의 외주변들 중에서 상대적으로 긴 길이를 갖는 일측 외주변에 연결되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 베이스 플레이트는 평면상으로 각각 직사각형 구조로 이루어진 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트가 다양한 형상으로 연결되어 있는 구조일 수 있으며, 이에 따라, 상기 베이스 플레이트의 구조를 바탕으로, 보다 다양한 형상으로 전지팩을 구성함으로써, 디바이스 내에서, 상기 전지팩의 탑재 공간에 대한 제약을 보다 용이하게 극복할 수 있다.
이때, 상기 제 2 플레이트는 제 1 플레이트의 외주변들 중에서 상대적으로 긴 길이를 갖는 일측 외주변의 중앙 부위에 연결되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩은 전지모듈에 장착된 전지셀이 베이스 플레이트에 대해 수직인 방향으로 베이스 플레이트 상에 탑재되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전지모듈에서 카트리지들의 상호 인접 배열된 체결부들은 카트리지 어셈블리에서 체결 적층부들을 형성하는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 전지팩은 2개의 체결 적층부들이 홀드-다운 브라켓들(hold-down brackets)에 의해 베이스 플레이트에 결합되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 구조에서, 홀드-다운 브라켓들은, 카트리지 어셈블리의 제 1 체결 적층부를 고정하는 제 1 홀드-다운 브라켓과 제 2 체결 적층부를 고정하는 제 2 홀드-다운 브라켓을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 홀드-다운 브라켓은 용접에 의해 베이스 플레이트에 결합되어 있는 구조로, 제 2 홀드-다운 브라켓은 볼트 또는 나사에 의해 베이스 플레이트에 결합되어 있는 구조로 각각 이루어질 수 있다.
따라서, 전지팩은 상기 전지모듈을 베이스 플레이트에 대해 기울인 상태로 제 1 체결 적층부를 제 1 홀드-다운 브라켓에 삽입하여 고정하고, 전지모듈을 평행하게 베이스 플레이트 상에 밀착시킨 후, 제 2 홀드-다운 브라켓을 베이스 플레이트에 체결하여 제 2 체결 적층부를 고정함으로써, 전지모듈을 베이스 플레이트 상에 더욱 안정적이고 용이한 조립 고정에 의해 장착할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지모듈과 베이스 플레이트의 계면에는 방열핀의 열접촉을 위한 방열 패드(thermal pad)가 개재되어 있을 수 있다.
이러한 구조에 의해, 전지모듈 내의 방열핀은 방열 패드를 경유하여, 예를 들어, 베이스 플레이트 상에 장착된 방열 시스템에 높은 열전도율로 접촉할 수 있어서, 방열 효율이 극대화될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 또는 플러그인 하이브리드 전기자동차로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
따라서, 앞서 설명한 전지모듈의 특정한 구조로 인해, 이를 포함하는 전지팩의 작동시, 디바이스에서 발생한 진동, 디바이스에 전달되는 충격 등과 같은 외력에 대해, 전지모듈은 안정적인 결합 상태를 유지할 수 있다.
한편, 상기 디바이스 내에서 전지팩은 자동차의 탑승 공간과 격리된 구조로 탑재되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전지팩이 고온의 환경에 노출되거나 또는 오작동을 일으키는 경우, 상기 전지팩을 구성하는 전지셀들에서 내부 단락이 발생하면, 양극 계면에서 전해액의 분해 반응이 일어나게 되고, 그로 인해 가스가 다량 발생하여 결국 내압의 증가로 전지케이스가 파열되어 전지셀 외부로 배출된다.
일반적으로 이러한 내부 가스는 일산화탄소 등과 같은 인체에 해로운 유독 성분을 포함하고 있어서, 안전성에 관한 문제가 유발된다.
반면에, 본 발명에 따른 전지모듈이 포함된 전지팩은 디바이스 내에서 자동차의 탑승 공간과 격리된 구조로 탑재됨으로써, 상기 내부 가스가 자동차의 실내로 유입되는 현상을 방지하고, 이에 따른 안전성의 문제를 해소할 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들의 기타 구성은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 특정한 구조의 카트리지에 의해, 카트리지들 상호 간의 결합 상태가 안정적이고, 전지셀의 방열을 효과적으로 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 카트리지에 대한 전지셀의 안정적인 장착 상태를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 따른 베이스 플레이트 상에 탑재되는 전지모듈들을 포함하는 전지팩의 부분 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 사시도이다;
도 3은 도 2의 전지모듈의 분해 사시도이다;
도 4는 프레임 부재의 사시도이다;
도 5는 전지셀을 프레임 부재에 장착하는 과정을 개략적으로 나타낸 사시도이다;
도 6은 프레임 부재와 방열핀의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈이 베이스 플레이트의 상면에 탑재되어 있는 구조를 나타낸 모식도이다; 및
도 8은 도 7의 전지모듈이 베이스 플레이트의 상면에 탑재되는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 베이스 플레이트 상에 탑재되는 전지모듈들을 포함하는 전지팩을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 베이스 플레이트(110)는 평면상으로 각각 직사각형 구조로 이루어진 제 1 플레이트(111) 및 제 2 플레이트(112)로 구성되어 있으며, 제 2 플레이트(112)는 제 1 플레이트(111)의 외주변들 중에서 상대적으로 긴 길이를 갖는 일측 외주변의 중앙 부위에 연결되어 있다.
베이스 플레이트(110)의 외주변에는, 체결부재를 통해 팩 커버(도시하지 않음)와 결합되는 복수의 제 1 체결공들(113)과, 전지팩(100)을 디바이스(도시하지 않음)에 장착 및 고정하기 위한 복수의 제 2 체결공들(114)이 형성되어 있다.
전지모듈군들(121, 122, 123, 124)은, 전지셀들의 배열 방향이 제 1 플레이트(111)에 대한 제 2 플레이트(112)의 연결 방향에 수직인 제 4 전지모듈군(124)과 제 3 전지모듈군(123), 및 전지셀들의 배열 방향이 제 1 플레이트(111)에 대한 제 2 플레이트(112)의 연결 방향에 평행한 제 1 전지모듈군(121)과 제 2 전지모듈군(122)로 구성되어 있다.
제 4 전지모듈군(124)은 제 2 플레이트(112)의 상에 탑재되어 있고, 제 3 전지모듈군(123)은 제 4 전지모듈군(124)에 대향하는 위치에서 제 1 플레이트(111) 상에 탑재되어 있다.
제 1 전지모듈군(121)과 제 2 전지모듈군(122)은 제 3 전지모듈군(123)의 양측에 상호 분리 배열된 상태로, 제 1 플레이트(111)의 양측 단부 부위에 각각 탑재되어 있다.
제 4 전지모듈군(124)과 제 3 전지모듈군(123)은 하나의 전지모듈로 구성되어 있으며, 제 1 전지모듈군(121)과 제 2 전지모듈군(122)은 각각 3개의 전지모듈들(121a, 121b, 121c, 122a, 122b, 122c)이 인접 배열되어 이루어진 전지모듈 어셈블리로 구성되어 있다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 구조를 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 3은 도 2의 전지모듈의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 전지모듈(121a)은, 복수의 카트리지들에 의해 구성된 카트리지 어셈블리(200), 최외곽 카트리지들(201, 202)을 감싸는 구조로 카트리지 어셈블리(200)의 양측 외면들에 장착되는 한 쌍의 엔드 플레이트들(141, 142), 및 카트리지 어셈블리(200)의 일면에 장착되는 버스 바 어셈블리(130)로 구성되어 있다.
프레임 부재의 측면도가 도시되어 있는 도 4를 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 카트리지 어셈블리(200)는 복수의 카트리지들의 결합으로 이루어져 있고, 상기 카트리지는 전지셀들이 장착되는 프레임 부재(210)로 이루어져 있으며, 엣지들에는 인접 배열된 카트리지들과의 결합에 의해 카트리지 어셈블리(200)를 형성하기 위한 체결부들(211a, 211b, 211c, 211d)이 형성되어 있다.
엔드 플레이트들(141, 142)의 표면에는 비드들(143)이 형성되어 있고, 카트리지의 체결부(211a, 211b, 211c, 211d)에 대응하는 위치에 카트리지 어셈블리와 장착되기 위한 체결공(144a, 144b, 144c, 144d)이 천공되어 있다.
엔드 플레이트들(141, 142)과 최외측 카트리지들(201, 202) 사이에는 열 절연성의 절연 플레이트(146)가 개재되어, 최외측 카트리지들(201, 202)에 장착된 전지셀과 다른 전지셀의 온도 차에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 엔드 플레이트(141)에는 써미스터(150)가 장착되기 위한 그루브(145)가 형성되어 있어서, 전지셀의 온도를 효과적으로 측정하여 작동을 제어할 수 있다.
버스 바 어셈블리(130)는 전지셀의 전극단자들의 전기적 연결을 위한 버스 바들(131)이 절연성 프레임 부재에 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.
도 5에는 전지셀을 프레임 부재에 장착하는 과정을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 프레임 부재와 방열핀의 사시도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 도 4와 함께 참조하면, 프레임 부재(210)는 평면상으로 4각형 형상으로 이루어져 있고, 각각의 체결부(211)는 각각의 엣지에 인접한 2개의 외주변들로부터 외향 연장되어 평면상으로 4각형 형상으로 이루어져 있다. 또한, 프레임 부재(210)는 양측에 장착된 전지셀들(10)을 감싸는 외벽(212)이, 수직 단면 상에서 방열핀(230)을 기준으로 상하 방향으로, 외주변을 따라 연장되어 있어서, 전지셀들(1)은 프레임 부재(210)의 양측에 더욱 안정적으로 장착될 수 있다. 참고로, 도면의 간략화를 위해, 도 5에는 하나의 전지셀 만이 도시되어 있다.
프레임 부재(210)의 외벽(212)의 내면에는 일측 방향으로 인접한 프레임 부재(도시하지 않음)와의 결합을 위한 체결 돌기(213)가 외향 돌출되어 있고, 체결 돌기(213)에 대응하여 타측 방향으로 체결 홈(214)이 형성되어 있다.
프레임 부재(210)의 체결부(211)는 프레임 부재(210)의 외주변으로부터 외향 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 중앙에 체결공(215)이 천공되어 있다.
상기의 구조는 프레임 부재들(210) 상호 간의 결합뿐만 아니라, 전지팩(도 1의 100)의 제작을 위해 베이스 플레이트(도 1의 110) 상에 전지모듈(도 1의 121a)을 장착할 때 견고한 결합 상태를 제공하면서 조립이 용이한 이점을 제공한다.
그립핑부들(216, 217a, 217b, 217c)은 프레임 부재(210)의 내측면에 형성되어 있고, 전지셀(1)의 전극단자들이 위치하는 프레임 부재(210)의 내측면 부위에는 제 1 그립핑부(216)가, 전극단자가 위치하지 않는 프레임 부재의 내측면 부위에는 제 2 그립핑부들(217a, 217b, 217c)가 전지셀(10)의 외주변을 따라 각각 형성되어 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 제 1 그립핑부(216)는 전지셀(10)의 전극단자들 사이에 대응하는 프레임 부재(210)의 내측면 부위에 형성되어 있고, 대면하는 전지셀(10) 쪽으로 돌출된 돌기(216a)로 구성되어 있다. 제 1 그립핑부(216)의 돌기(216a)는 전지셀의 전극조립체 수납부의 외측면에 밀착되는 구조로 형성되어 있다.
제 2 그립핑부(217a, 217b, 217c)는 전지셀의 열융착 잉여부를 지지하는 길이로 구성되고, 전극단자가 위치하지 않는 프레임 부재의 내측면 부위에 각각 형성되어 있다.
상기의 구조와 같이, 제 1 그립핑부(216)와 제 2 그립핑부(217a, 217b, 217c)의 조합으로 카트리지에 대한 전지셀(10)의 정위치 장착을 담보함과 동시에, 충격, 진동 등과 같이 외부로부터 인가된 외력에 대해 안정적인 결합 및 조립 상태를 제공해 준다.
방열핀(230)은 인서트 사출 성형에 의해 프레임 부재(210)에 일체로 장착되어 있다. 방열핀(230)의 일측 단부(231)는 열전도를 위해 외향 연장되어 카트리지 외부로 노출되어 있고, 방열핀(230)의 안정적인 장착과 높은 열전도를 위해 프레임 부재(210)의 외측면 형상에 대응하여 수직 단면상으로 T자형 구조로 이루어져 있다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈이 베이스 플레이트의 상면에 탑재되어 있는 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 8은 도 7의 전지모듈이 베이스 플레이트의 상면에 탑재되는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 7 및 도 8을 함께 참조하면, 전지모듈(121a)은 전지모듈(121a)에 장착된 전지셀(10)이 베이스 플레이트(110)에 수직인 방향으로 베이스 플레이트(110) 상에 탑재되어 있다.
도 2를 함께 참조하면, 전지모듈(210)에서 카트리지들의 상호 인접 배열된 체결부에는 카트리지 어셈블리에서 형성된 체결 적층부들(201a, 201b, 201c, 201d)이 형성되어 있다.
체결 적층부들 (201a, 201b, 201c, 201d) 중에서 베이스 플레이트(110)에 접하는 체결 적층부들(201b, 201d)은 홀드-다운 브라켓들(301, 302)에 의해 베이스 플레이트(110)에 결합되어 있다.
제 1 홀드-다운 브라켓(301)은 제 1 체결 적층부(201b)를 고정하고, 제 2 홀드-다운 브라켓(302)은 제 2 체결 적층부(201d)를 고정한다. 제 1 홀드-다운 브라켓(301)은 용접에 의해 베이스 플레이트(110)에 결합되어 있고, 제 2 홀드-다운 브라켓(302)은 볼트 또는 나사에 의해 베이스 플레이트(110)에 결합되어 있다.
따라서, 도 8의 (A)와 같이, 전지모듈을 베이스 플레이트에 기울인 상태로 제 1 체결 적층부(201b)를 제 1 홀드-다운 브라켓(301)에 삽입하여 고정하고, 도 8의 (B)와 같이, 전지모듈을 평행하게 베이스 플레이트 상에 밀착시킨 후, 제 2 홀드-다운 브라켓(302)을 베이스 플레이트에 체결하여 제 2 체결 적층부(201d)를 고정한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 복수의 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서,
    양측에 전지셀들이 장착되는 프레임 부재로 이루어져 있고, 엣지들에는 인접 배열된 카트리지들과의 결합에 의해 카트리지 어셈블리를 형성하기 위한 체결부들이 형성되어 있는 복수의 카트리지들;
    최외곽 카트리지들을 감싸는 구조로 카트리지 어셈블리의 양측 외면들에 장착되는 한 쌍의 엔드 플레이트들; 및
    전지셀 전극단자들의 전기적 연결을 위한 버스 바들을 포함하고 있고, 카트리지 어셈블리의 일면에 장착되는 버스 바 어셈블리;
    를 포함하고 있으며,
    상기 카트리지는, 전지셀들이 열전도를 위해 양면에 접촉되며 일측 단부가 카트리지 외부로 노출되어 있는 방열핀(cooling fin)이 수직 단면 상에서 중앙에 장착되어 있고, 전지셀의 정위치 장착을 위한 그립핑부들(gripping parts)이 프레임 부재의 내측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있고, 외주변에 열융착 잉여부가 형성되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지의 프레임 부재는 양측에 장착된 전지셀들을 감싸는 외벽이, 수직 단면 상에서 방열핀을 기준으로 상하 방향으로, 외주변을 따라 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 프레임 부재의 외벽은 전지셀의 높이에 대응하는 높이를 가진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 프레임 부재의 외벽 내면에는 일측 방향으로 인접한 프레임 부재와의 결합을 위한 체결 돌기가 외향 돌출되어 있고, 상기 체결 돌기에 대응하여 타측 방향으로 체결 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 부재의 체결부는 프레임 부재의 외주변으로부터 외향 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 중앙에 체결공이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임 부재는 평면상으로 4각형 형상으로 이루어져 있고, 각각의 체결부는 각각의 엣지에 인접한 2개의 외주변들로부터 외향 연장되어 평면상으로 4각형 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 그립핑부들은, 전지셀의 전극단자들이 위치하는 프레임 부재의 내측면 부위에 형성된 제 1 그립핑부와, 전극단자가 위치하지 않는 프레임 부재의 내측면 부위에 형성된 적어도 하나의 제 2 그립핑부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 그립핑부는 전지셀의 전극단자들 사이에 대응하는 프레임 부재의 내측면 부위에 형성되어 있고, 대면하는 전지셀 쪽으로 돌출된 돌기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 그립핑부의 돌기는 전지셀의 전극조립체 수납부의 외측면에 밀착되는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 그립핑부는, 전지셀의 열융착 잉여부를 지지하는 길이로, 전극단자가 위치하지 않는 프레임 부재의 내측면 부위에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 방열핀은 인서트 사출 형성에 의해 프레임 부재에 일체로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 방열핀은 금속 소재, 또는 열전도성의 무기 소재 또는 탄소 소재의 플레이트로 이루어져 있고, 열전도를 위한 외향 연장된 방열핀의 일측 단부는 프레임 부재의 외측면 형상에 대응하여 수직 단면상으로 T자형 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트들은 표면에 비드들이 형성되어 있고, 카트리지의 체결부에 대응하는 위치에 체결공이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트들과 최외측 카트리지들 사이에는 열 절연성의 절연 플레이트가 개재되어 있으며, 엔드 플레이트에는 써미스터가 장착되기 위한 그루브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈 하나 이상과, 상기 전지모듈이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 전지모듈은 전지셀이 베이스 플레이트에 대해 수직인 방향으로 베이스 플레이트 상에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 전지모듈에서 카트리지들의 상호 인접 배열된 체결부들은 카트리지 어셈블리에서 체결 적층부들을 형성하고 있고, 2개의 체결 적층부들이 홀드-다운 브라켓들(hold-down brackets)에 의해 베이스 플레이트에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 홀드-다운 브라켓들은, 카트리지 어셈블리의 제 1 체결 적층부를 고정하는 제 1 홀드-다운 브라켓과 제 2 체결 적층부를 고정하는 제 2 홀드-다운 브라켓을 포함하고 있으며;
    상기 제 1 홀드-다운 브라켓은 용접에 의해 베이스 플레이트에 결합되어 있고, 제 2 홀드-다운 브라켓은 볼트 또는 나사에 의해 베이스 플레이트에 결합되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 전지모듈을 베이스 플레이트에 대해 기울인 상태로 제 1 체결 적층부를 제 1 홀드-다운 브라켓에 삽입하여 고정하고, 전지모듈을 평행하게 베이스 플레이트에 밀착시킨 후, 제 2 홀드-다운 브라켓을 베이스 플레이트에 체결하여 제 2 체결 적층부를 고정함으로써, 전지모듈을 베이스 플레이트 상에 장착하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 전지모듈과 베이스 플레이트의 계면에는 방열핀의 열접촉을 위한 방열 패드(thermal pad)가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  22. 제 16 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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