KR20200058136A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20200058136A
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주용규
오종렬
정준혁
임진솔
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀이 적층되어 구성되는 배터리 셀 조립체; 배터리 셀 조립체의 일단에 인접하게 배치되는 엔드 플레이트; 및 배터리 셀 조립체의 일단과 엔드 플레이트 사이에 개재되는 완충 부재를 포함하고, 완충 부재는 복수의 섬유로 이루어진 직물 또는 부직포일 수 있다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근, 노트북, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터와 같은 휴대용 전자 기기의 수요가 증대됨에 따라, 반복적으로 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
또한, 휴대용 전자 기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차, 로봇, 위성과 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 화석 연료의 고갈 및 환경 오염에 대한 관심이 높아지면서, 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서의 가장 핵심적 부품은 모터로 전력을 공급하는 배터리 팩이다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차의 경우, 배터리 팩으로부터 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 내연 기관 만을 사용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 이점을 갖는다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 포함하며, 복수의 배터리 셀이 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결됨에 따라, 배터리 모듈의 용량 및 출력이 증대된다.
배터리 모듈의 내부에는 복수의 배터리 셀이 밀접하게 구비되므로, 외부 충격에 대한 안전성을 확보할 필요가 있다. 배터리 모듈의 낙하와 같은 다양한 원인으로 인해 배터리 셀에 물리적인 충격이 가해지는 경우, 배터리 셀이 손상되면서 배터리 셀 내부의 전해액이 외부로 누출될 수 있다. 또한, 물리적인 충격에 의해 복수의 배터리 셀이 손상되면서 복수의 배터리 셀 사이에서 외부 단락이 발생되어 배터리 모듈의 발화 또는 폭발을 초래할 수 있다.
따라서, 배터리 모듈에 충격이 가해지는 경우에도, 복수의 배터리 셀 사이의 외부 단락을 방지할 수 있는 구성이 요구된다.
본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 배터리 모듈에 물리적인 충격이 가해지는 경우에도 복수의 배터리 셀 사이의 외부 단락을 방지할 수 있도록 구성되는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀이 적층되어 구성되는 배터리 셀 조립체; 배터리 셀 조립체의 일단에 인접하게 배치되는 엔드 플레이트; 및 배터리 셀 조립체의 일단과 엔드 플레이트 사이에 개재되는 완충 부재를 포함할 수 있고, 완충 부재는 복수의 섬유로 이루어진 직물 또는 부직포일 수 있다.
섬유는 아라미드계 전기 절연성 섬유일 수 있다.
완충 부재는 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 돌출하는 돌출부를 구비할 수 있다.
돌출부는 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 그 폭이 점차 감소하도록 형성될 수 있다.
돌출부는 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 예각을 갖는 선단을 가질 수 있다.
완충 부재에 대향하는 엔드 플레이트의 표면에는 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 돌출하는 돌기가 구비될 수 있다.
돌기는 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 그 폭이 점차 감소하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀 조립체를 감싸도록 수용하는 프레임을 더 포함할 수 있고, 엔드 플레이트는 프레임에 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 따르면, 배터리 셀 조립체와 엔드 플레이트 사이에 복수의 섬유로 이루어지는 완충 부재가 삽입된다. 따라서, 배터리 모듈의 낙하 등으로 인해, 엔드 플레이트에 외력이 가해져 엔드 플레이트가 변형되는 경우, 완충 부재를 이루는 복수의 섬유가 복수의 배터리 셀 사이로 침투한다. 따라서, 엔드 플레이트가 외부 충격에 의해 변형되는 경우에도, 복수의 배터리 셀 사이의 외부 단락 및 배터리 셀과 주변 도체 사이의 외부 단락을 방지할 수 있고, 복수의 배터리 셀의 변형을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈이 개략적으로 도시된 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부가 개략적으로 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부가 개략적으로 도시된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈이 개략적으로 도시된 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부가 개략적으로 도시된 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀(110)이 적층되어 구성되는 배터리 셀 조립체(100)와, 배터리 셀 조립체(100)를 감싸도록 수용하는 프레임(200)과, 배터리 셀 조립체(100)의 양단에 인접하게 배치되는 엔드 플레이트(300)와, 배터리 셀 조립체(100)의 양단과 엔드 플레이트(300) 사이에 개재되는 완충 부재(400)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 배터리 셀(110)은 파우치형 배터리 셀일 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(110)은 전극 조립체 및 전극 조립체를 수용하는 파우치를 구비할 수 있다. 전극 조립체는 복수의 전극판(양극판, 음극판)과 복수의 분리막이 조립되어 구성될 수 있다. 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되며, 복수의 전극 탭이 전극 리드(111)와 연결될 수 있다. 전극 리드(111)는 파우치로부터 외부로 노출되며, 전극 리드(111)의 노출된 부분은 배터리 셀(110)의 전극 단자로서 기능할 수 있다.
전극 리드(111)는 양극 리드 및 음극 리드를 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는 용접을 통해 서로 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 셀(110)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들면, 복수의 양극 리드는 배터리 셀 조립체(100)의 전방으로 돌출될 수 있고, 복수의 음극 리드는 배터리 셀 조립체(100)의 후방으로 돌출될 수 있다. 이러한 경우 양극 리드와 음극 리드 사이에 간섭이 없다. 다른 예로서, 양극 리드 및 음극 리드가 함께 배터리 셀 조립체(100)의 전방 또는 후방으로 돌출될 수 있다.
프레임(200)은 복수의 배터리 셀(110)을 내부 공간에 수용한다. 프레임(200)은 복수의 배터리 셀(110)의 외측 테두리를 외부로부터 보호하는 역할을 한다. 프레임(200)은 복수의 배터리 셀(110)이 유동하지 않도록 지지하도록 구성된다. 프레임(200)의 양측에 개구가 형성되어, 배터리 셀 조립체(100)의 양단이 프레임(200)의 개구를 통해 외부로 노출될 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 프레임(200)에 볼팅, 용접, 리벳팅 등의 다양한 방법에 의해 결합될 수 있다. 엔드 플레이트(300)는 프레임(200)의 개구를 폐쇄하도록 프레임(200)에 결합될 수 있다. 엔드 플레이트(300)는 배터리 셀 조립체(100)의 양단을 지지하고 배터리 셀 조립체(100)의 팽창으로 인한 배터리 모듈의 외형 변화를 방지하는 역할을 할 수 있다. 엔드 플레이트(300)는 고강성의 금속으로 이루어질 수 있다.
완충 부재(400)는 배터리 모듈에 물리적인 충격이 가해져 엔드 플레이트(300)가 변형되는 경우, 엔드 플레이트(300)의 변형을 일부 흡수하는 역할을 한다. 또한, 완충 부재(400)는 엔드 플레이트(300)가 변형될 때, 복수의 배터리 셀(110) 사이로 침투하여 복수의 배터리 셀(110)을 서로로부터 절연시키는 역할을 한다. 따라서, 배터리 모듈에 물리적인 충격이 가해져 엔드 플레이트(300)가 변형되더라도, 복수의 배터리 셀(110) 사이에 외부 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
완충 부재(400)는 복수의 섬유로 이루어진 직물 또는 부직포일 수 있다. 따라서, 엔드 플레이트(300)가 변형될 때, 완충 부재(400)의 복수의 섬유가 복수의 배터리 셀(110) 사이로 침투할 수 있다. 완충 부재(400)가 복수의 섬유로 구성되므로 완충 부재(400)는 소정의 유연성을 가질 수 있다. 따라서, 복수의 배터리 셀(110) 사이로 용이하게 침투할 수 있다.
여기에서, 완충 부재(400)를 구성하는 섬유는 아라미드계 전기 절연성 섬유(방탄 재질)인 것이 바람직하다. 완충 부재(400)를 구성하는 섬유가 전기 절연성 섬유로 이루어짐에 따라, 엔드 플레이트(300)가 변형될 때, 완충 부재(400)의 복수의 섬유가 복수의 배터리 셀(110) 사이로 침투하여, 복수의 배터리 셀(110)을 서로로부터 절연할 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀(110)과 외부 도체와의 외부 단락도 방지할 수 있다. 또한, 완충 부재(400)를 구성하는 섬유는 아라미드계 섬유로 이루어지므로, 복수의 배터리 셀(110)의 변형을 최소화할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈에 따르면, 배터리 셀 조립체(100)와 엔드 플레이트(300) 사이에 복수의 섬유로 이루어지는 완충 부재(400)가 삽입된다. 따라서, 배터리 모듈의 낙하 등으로 인해, 엔드 플레이트(300)에 외력이 가해져 엔드 플레이트(300)가 변형되는 경우, 완충 부재(400)를 이루는 복수의 섬유가 복수의 배터리 셀(110) 사이로 침투한다. 따라서, 엔드 플레이트(300)가 외부 충격에 의해 변형되는 경우에도, 복수의 배터리 셀(110) 사이의 외부 단락 및 배터리 셀(110)과 주변 도체 사이의 외부 단락을 방지할 수 있고, 복수의 배터리 셀(110)의 변형을 최소화 할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈에 대하여 설명한다. 본 발명의 제1 실시예의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 완충 부재(400)는 복수의 배터리 셀(110) 사이를 향하여 돌출하는 돌출부(410)를 구비할 수 있다. 돌출부(410)는 복수의 배터리 셀(110) 사이를 향하여 그 폭이 점차 감소하는 쐐기 형상을 가질 수 있다. 돌출부(410)는 예각을 갖는 예리한 선단을 가질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 모듈에 따르면, 완충 부재(400)가 복수의 배터리 셀(110) 사이를 향하여 돌출하는 돌출부(410)를 구비한다. 따라서, 엔드 플레이트(300)가 외력에 의해 변형되는 경우, 완충 부재(400)의 쐐기 형상의 돌출부(410)가 복수의 배터리 셀(110) 사이로 침투하면서, 완충 부재(400)를 이루는 복수의 섬유가 복수의 배터리 셀(110) 사이로 보다 용이하게 침투할 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈에 대하여 설명한다. 본 발명의 제1 및 제2 실시예의 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈에서, 완충 부재(400)에 대향하는 엔드 플레이트(300)의 표면에는 복수의 배터리 셀(110) 사이를 향하여 돌출하는 돌기(310)가 구비될 수 있다. 돌기(310)는 복수의 배터리 셀(110) 사이를 향하여 그 폭이 점차 감소하는 쐐기 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 모듈에 따르면, 완충 부재(400)에 대향하는 엔드 플레이트(300)의 표면에는 복수의 배터리 셀(110) 사이를 향하여 돌출하는 돌기(310)가 구비된다. 따라서, 엔드 플레이트(300)가 외력에 의해 변형되는 경우, 완충 부재(400)가 돌기(310)에 의해 가압되면서 복수의 배터리 셀(110) 사이로 보다 용이하게 침투할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 예시적으로 설명되었으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경될 수 있다.
100: 배터리 셀 조립체
110: 배터리 셀
200: 프레임
300: 엔드 플레이트
310: 돌기
400: 완충 부재
410: 돌출부

Claims (9)

  1. 복수의 배터리 셀이 적층되어 구성되는 배터리 셀 조립체;
    상기 배터리 셀 조립체의 일단에 인접하게 배치되는 엔드 플레이트; 및
    상기 배터리 셀 조립체의 일단과 상기 엔드 플레이트 사이에 개재되는 완충 부재를 포함하고,
    상기 완충 부재는 복수의 섬유로 이루어진 직물 또는 부직포인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬유는 아라미드계 전기 절연성 섬유인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충 부재는 상기 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 돌출하는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 그 폭이 점차 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 예각을 갖는 선단을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충 부재에 대향하는 상기 엔드 플레이트의 표면에는 상기 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 돌출하는 돌기가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 돌기는 상기 복수의 배터리 셀 사이를 향하여 그 폭이 점차 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀 조립체를 감싸도록 수용하는 프레임을 더 포함하고,
    상기 엔드 플레이트는 상기 프레임에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
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