KR20210037359A - 베이스 절연 부재가 구비된 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해액 누액시, 외부로 전해액이 유출되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 각각이 전극 리드를 구비하고 일방향으로 적층된 복수의 이차 전지를 구비하는 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리의 하부에 위치되고 상기 셀 어셈블리의 하부를 지지하도록 수평 방향으로 연장된 베이스 플레이트; 및 상기 셀 어셈블리와 상기 베이스 플레이트 사이에 개재되고 상기 셀 어셈블리의 일부분을 수용하도록 하부 방향으로 오목하게 형성된 수용부를 구비한 적어도 하나 이상의 베이스 절연 부재를 포함한다.

Description

베이스 절연 부재가 구비된 배터리 모듈 {Battery Module Comprising Base Insulation Member}
본 발명은 베이스 절연 부재가 구비된 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 모듈의 사용 중에 전해액 누액시, 외부로 전해액이 유출되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 파우치 외장재를 구비한다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 이차전지, 및 이러한 이차전지를 내부에 수용한 배터리 모듈 및 배터리 관리 시스템(BMS)을 구비한 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이러한 배터리 팩은, 복수의 이차전지를 외부 충격으로부터 보호하거나 수납 보관하기 위해서 금속 재질의 외부 하우징을 구비하는 것이 일반적이었다. 한편, 최근 고용량의 배터리 팩이 수요가 높아지고 있다.
그러나, 종래기술의 배터리 랙은 복수의 배터리 모듈을 구비하였다. 각각의 배터리 모듈에는 다수의 이차전지가 구비될 수 있다. 이때, 다수의 이차전지의 충방전 시, 이차전지의 부피가 팽창과 수축이 반복되고 또한 이차전지의 이상 거동으로 인해 내부의 전해액이 외부로 누액되는 경우가 발생되었다. 이렇게 누액된 전해액은 인접한 다른 이차전지의 전극단자에 접촉할 경우, 다수의 이차전지 간의 단락이 발생되어, 배터리 모듈의 열폭주 내지 화재가 발생될 위험이 있었다.
더욱이, 전해액은 인간의 건강에 치명적인 위험물질로, 전해액이 상기 배터리 모듈 외부로 유출될 경우, 인명 피해가 발생될 수 있는 위험성이 컸다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 사용 중에 전해액 누액시, 외부로 전해액이 유출되는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 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 발명에 따른 배터리 모듈은,
각각이 전극 리드를 구비하고 일방향으로 적층된 복수의 이차 전지를 구비하는 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리;
상기 셀 어셈블리의 하부에 위치되고 상기 셀 어셈블리의 하부를 지지하도록 수평 방향으로 연장된 베이스 플레이트; 및
상기 셀 어셈블리와 상기 베이스 플레이트 사이에 개재되고 상기 셀 어셈블리의 일부분을 수용하도록 하부 방향으로 오목하게 형성된 수용부를 구비한 적어도 하나 이상의 베이스 절연 부재를 포함한다.
또한, 상기 셀 어셈블리의 상부에 탑재되고 상기 셀 어셈블리의 상부를 커버하도록 수평 방향으로 연장된 탑 플레이트; 및
상기 셀 어셈블리와 상기 탑 플레이트 사이에 개재되고 상기 셀 어셈블리의 일부분을 수용하도록 상부 방향으로 오목하게 형성된 수용부를 구비한 적어도 하나 이상의 탑 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 베이스 플레이트에는 상기 셀 어셈블리의 하단의 좌우 방향의 양 외측 각각에 상부 방향으로 돌출된 구획부가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 베이스 절연 부재는, 상기 수용부로부터 좌우 방향으로 연장되고 상기 베이스 플레이트의 구획부를 감싸도록 적어도 1회 이상 절곡 연장된 고정부를 구비할 수 있다.
나아가, 상기 베이스 플레이트의 내측에는 상기 베이스 절연 부재의 수용부의 전방 외측 또는 후방 외측 각각을 내측 방향으로 지지하도록 돌출 형성된 스토퍼가 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈은, 상기 셀 어셈블리의 좌측 또는 우측에 위치되고, 적어도 하나 이상의 전극 리드가 관통되어 돌출되도록 관통구가 형성된 버스바 프레임, 및 상기 버스바 프레임의 좌우 방향의 외측면에 탑재되고 상기 복수의 이차 전지를 전기적으로 연결하도록 전도성 금속을 가진 버스바를 구비한 버스바 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 베이스 절연 부재에는 상기 베이스 플레이트의 상기 구획부 상에 위치하고 상기 버스바 프레임에 접촉하도록 돌출 연장된 방지벽이 구비될 수 있다.
나아가, 상기 배터리 모듈은 둘 이상의 셀 어셈블리가 구비되고,
상기 베이스 절연 부재에는 둘 이상의 셀 어셈블리 사이에 개재되도록 돌출 형성된 격벽이 구비될 수 있다.
또한, 상기 베이스 플레이트에는 하부 방향으로 내입된 수용홈이 구비되고,
상기 베이스 절연 부재에는 상기 수용홈 내부에 삽입되도록 내입된 내장홈이 구비될 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 랙은, 적어도 둘 이상의 배터리 모듈, 및 상기 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스를 포함한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 배터리 랙을 적어도 둘 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 셀 어셈블리의 하부에 위치한 베이스 플레이트, 및 셀 어셈블리와 베이스 플레이트 사이에 개재되고 셀 어셈블리의 일부분을 수용하도록 하부 방향으로 오목하게 형성된 수용부를 구비한 적어도 하나 이상의 베이스 절연 부재를 포함하므로 써, 베이스 플레이트와 셀 어셈블리 사이를 효과적으로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 더욱이, 베이스 절연 부재에 구비된 수용부는 배터리 모듈이 충방전 중에 이상 거동되어 전해액 누수가 발생될 경우, 유출된 전해액이 배터리 모듈 외부로 흘러나오는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 사용 안전성을 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 일측면에 의하면, 본 발명은, 셀 어셈블리와 탑 플레이트 사이에 개재되고 셀 어셈블리의 일부분을 수용하도록 상부 방향으로 오목하게 형성된 수용부를 구비한 적어도 하나 이상의 탑 절연 부재를 포함하므로 써, 탑 플레이트와 셀 어셈블리 사이를 효과적으로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 더욱이, 베이스 절연 부재에 구비된 수용부는 배터리 모듈이 충방전 중에 이상 거동되어 전해액 누수가 발생될 경우, 유출된 전해액이 배터리 모듈의 상부로 흘러나와 주변으로 흩어지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 사용 안전성을 크게 높일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 베이스 절연 부재는, 수용부로부터 좌우 방향으로 연장되고 베이스 플레이트의 구획부를 감싸도록 적어도 1회 이상 절곡 연장된 고정부를 구비함으로써, 베이스 절연 부재를 베이스 플레이트 상에 안정적으로 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 제조 효율을 높이고 베이스 절연 부재가 베이스 플레이트로부터 이탈되지 않도록 도울 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 베이스 절연 부재에는 베이스 플레이트의 구획부 상에 위치하고 버스바 프레임에 접촉하도록 돌출 연장된 방지벽이 구비됨으로써, 베이스 절연 부재에 구비된 수용부에 1차적으로 셀 어셈블리로부터 유출된 전해액이 모이고, 수용부에 수용된 전해액이 넘치거나 외부 충격으로 인해 외부로 유실되는 것을 방지벽에 의해 막을 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 사용 안전성을 크게 높일 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들의 분리된 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 이차전지를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 일부 확대도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 일부 정면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 베이스 절연 부재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 베이스 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 베이스 절연 부재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
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 안 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 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.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들의 분리된 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 이차전지를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(100), 베이스 플레이트(210), 및 적어도 하나 이상의 베이스 절연 부재(230)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 셀 어셈블리(100)는 전후 방향으로 적층된 복수의 이차전지(110)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 이차전지(110)는 파우치형 이차전지(110)일 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 셀 어셈블리(100) 각각은 다수의 파우치형 이차전지(110)가 전후 방향(y 방향)으로 나란하게 상호 적층된 형태로 구성될 수 있다.
특히, 이러한 파우치형 이차전지(110)는, 전극 조립체(도시하지 않음), 전해액(도시하지 않음) 및 파우치(116)를 구비할 수 있다.
상기 각각의 이차전지(110)는, F 방향(도 1에 도시함)으로 바라봤을 때, 2개의 넓은 면이 전후방향에 각각 위치하고, 상, 하, 좌, 우 방향에는 실링부가 위치하도록 대략 지면에 수직하게(z 방향) 세워지는 형태로 배치될 수 있다. 다시 말해, 각 이차전지(110)는 상하 방향으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 한편, 본 명세서에서는, 특별한 설명이 없는 한, 상, 하, 전, 후, 좌, 우 방향에 대하여, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 한다.
여기서, 상기 파우치는 오목한 형태의 수용부(115)가 형성되어 있는 파우치(116)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 수용부(115)에는 전극 조립체 및 전해액이 수납될 수 있다. 그리고, 각각의 파우치는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하며, 파우치의 테두리 부위에는 내부 접착층이 서로 유착됨으로써, 실링부가 형성될 수 있다. 더욱이, 도 1의 F 방향으로 바로 보았을 때, 상기 이차전지(110)의 양극 리드(111A) 및 음극 리드(111B)가 형성된 좌우 방향의 단부 각각에 테라스부(S)가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 전극 조립체는, 전극활물질이 도포된 전극판과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체의 양극판에는 양극 탭이 구비되며, 하나 이상의 양극 탭이 양극 리드(111A)와 연결될 수 있다.
여기서, 상기 양극 리드(111A)는, 일단이 상기 양극 탭에 연결되고 타단이 파우치의 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차전지(110)의 전극 단자, 예를 들면, 이차전지(110)의 양극 단자로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체의 음극판에는 음극 탭이 구비되며, 하나 이상의 음극 탭이 음극 리드(111B)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 음극 리드(111B)는, 일단이 상기 음극 탭에 연결되고 타단이 파우치의 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차전지(110)의 전극 단자, 예를 들면 이차전지(110)의 음극 단자로서 기능할 수 있다.
더욱이, 도 3에서와 같이, 도 1의 F 방향으로 바로 보았을 때, 상기 양극 리드(111A)와 상기 음극 리드(111B)는, 이차전지(110)의 중심을 기준으로 서로 반대 방향(x 방향)의 좌우 방향의 단부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 양극 리드(111A)는 상기 이차전지(110)의 중심을 기준으로 일단부(우단부)에 구비될 수 있다. 또한, 상기 음극 리드(111B)는 이차전지(110)의 중심을 기준으로 타단부(좌단부)에 구비될 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 각각의 이차전지(110)는 양극 리드(111A)와 음극 리드(111B)가 좌우 방향으로 돌출되게 구성될 수 있다.
여기서, 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어는 관측자의 위치나 대상의 놓여진 형태에 따라 달라질 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 하여, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 방향을 구분하여 나타내도록 한다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 이차전지(110)에서, 양극 리드(111A)와 음극 리드(111B) 간의 간섭이 없게 되어, 전극 리드의 면적을 넓힐 수 있다.
또한, 상기 양극 리드(111A) 및 상기 음극 리드(111B)는 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 특히, 상기 양극 리드(111A) 및 상기 음극 리드(111B)는, 넓은 면이 전후 방향을 향하도록 세워진 상태로 수평 방향으로 돌출될 수 있다.
여기서 수평 방향이란, 배터리 모듈(200)을 지면에 놓았을 때 지면에 평행한 방향을 의미한다고 할 수 있으며, 상하 방향에 수직하는 평면상의 적어도 한 방향이 라고도 할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에는, 앞서 설명한 파우치형 이차전지(110)로만 한정되는 것은 아니고 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차전지(110)가 채용될 수 있다.
또한, 상기 적어도 둘 이상의 셀 어셈블리(100)는 전후 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 셀 어셈블리(100)는 전후 방향으로 배열되어 있고, 2개의 셀 어셈블리(100) 사이는 소정의 이격된 거리를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 베이스 플레이트(210)는 상기 셀 어셈블리(100)의 하부에 위치될 수 있다. 즉, 상기 베이스 플레이트(210)는 상기 적어도 둘 이상의 셀 어셈블리(100)를 상부에 탑재하도록 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(100)의 하면 크기보다 큰 면적을 가질 수 있다. 상기 베이스 플레이트(210)는 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상일 수 있다.
여기서, 상기 베이스 플레이트(210)는 기계적 강성이 우수한 금속 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속은 알루미늄 합금, 스테인리스, 또는 강철 등일 수 있다.
또한, 상기 베이스 절연 부재(230)는 상기 셀 어셈블리(100)와 상기 베이스 플레이트(210) 사이에 개재될 수 있다. 상기 베이스 절연 부재(230)는 전기 절연성 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 베이스 절연 부재(230)는 폴리카보네이트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 베이스 절연 부재(230)는 상기 셀 어셈블리(100)의 일부분을 수용하도록 하부 방향으로 오목하게 형성된 수용부(232)를 구비할 수 있다. 상기 수용부(232)는 상기 셀 어셈블리(100)의 하부를 감쌀 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 수용부(232)에는 7개의 셀 어셈블리(100)가 탑재될 수 있다. 상기 수용부(232)에는 전측벽, 후측벽, 좌측벽 및 우측벽이 구비될 수 있다. 상기 베이스 절연 부재(230)는 진공 금형을 사용하여 제조될 수 있다. 상기 진공 금형 방법은 절연 부재의 재료에 열을 가한 후, 금형에 씌우고 금형에 뚫린 구멍으로 공기를 흡입하여 형상을 만들고, 그 후 냉각, 탈형, 여분의 부분을 트리밍하는 방법이 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 셀 어셈블리(100)의 하부에 위치한 베이스 플레이트(210), 및 상기 셀 어셈블리(100)와 상기 베이스 플레이트(210) 사이에 개재되고 상기 셀 어셈블리(100)의 일부분을 수용하도록 하부 방향으로 오목하게 형성된 수용부(232)를 구비한 적어도 하나 이상의 베이스 절연 부재(230)를 포함하므로 써, 상기 베이스 플레이트(210)와 상기 셀 어셈블리(100) 사이를 효과적으로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 더욱이, 상기 베이스 절연 부재(230)에 구비된 수용부(232)는 상기 배터리 모듈(200)이 충방전 중에 이상 거동되어 전해액 누수가 발생될 경우, 유출된 전해액이 배터리 모듈(200) 외부로 흘러나오는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 사용 안전성을 크게 높일 수 있다.
한편, 다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은 탑 플레이트(220) 및 탑 절연 부재(240)를 더 포함할 수 있다. 상기 탑 플레이트(220)는 상기 셀 어셈블리(100)의 상부에 탑재되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 탑 플레이트(220)는 상기 셀 어셈블리(100)의 상부를 커버하도록 수평 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다.
여기서, 상기 탑 플레이트(220)는 기계적 강성이 우수한 금속 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속은 알루미늄 합금, 스테인리스, 또는 강철 등일 수 있다.
또한, 상기 탑 절연 부재(240)는 전기 절연성 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 탑 절연 부재(240)는 폴리카보네이트를 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 탑 절연 부재(240)는 상기 셀 어셈블리(100)와 상기 탑 플레이트(220) 사이에 개재될 수 있다. 상기 탑 절연 부재(240)는 상기 셀 어셈블리(100)의 상부의 일부분을 수용하도록 상부 방향으로 오목하게 형성된 수용부(242)를 구비할 수 있다. 상기 수용부(242)에는 전측벽, 후측벽, 좌측벽 및 우측벽이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 셀 어셈블리(100)와 상기 탑 플레이트(220) 사이에 개재되고 상기 셀 어셈블리(100)의 일부분을 수용하도록 상부 방향으로 오목하게 형성된 수용부(242)를 구비한 적어도 하나 이상의 탑 절연 부재(240)를 포함하므로 써, 상기 탑 플레이트(220)와 상기 셀 어셈블리(100) 사이를 효과적으로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 더욱이, 상기 베이스 절연 부재(230)에 구비된 수용부(242)는 상기 배터리 모듈(200)이 충방전 중에 이상 거동되어 전해액 누수가 발생될 경우, 유출된 전해액이 배터리 모듈(200)의 상부로 흘러나와 주변으로 흩어지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 사용 안전성을 크게 높일 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 일부 확대도이다.
다시 도 1 및 도 2과 함께 도 4를 참조하면, 상기 베이스 플레이트(210)에는 상기 셀 어셈블리(100)의 하단의 좌우 방향의 양 외측 각각에 상부 방향으로 돌출된 구획부(214)가 구비될 수 있다. 상기 구획부(214)는 상기 베이스 플레이트(210)의 전단에서 후단까지 연장된 형태일 수 있다. 상기 구획부(214)는 요철 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 구획부(214)는 상부로 절곡된 내측벽(214a), 좌우 방향으로 연장된 상벽(214b), 및 다시 하부 방향으로 절곡된 외측벽(214c)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 베이스 플레이트(210)의 좌우 방향의 외주부에는 상부 방향으로 돌출된 외주벽(216)이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은 상기 베이스 플레이트(210)에는 상기 셀 어셈블리(100)의 하단의 좌우 방향의 양 외측 각각에 상부 방향으로 돌출된 구획부(214)가 구비됨으로써, 상기 베이스 플레이트(210)에 탑재되는 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향의 이동을 제한할 수 있다. 이에 따라, 상기 셀 어셈블리(100)가 유동되지 않고 상기 베이스 플레이트(210)에 안정적으로 탑재된 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(200)의 제조 효율 및 안정성을 높일 수 있다.
또한, 상기 탑 플레이트(220)에는 상기 셀 어셈블리(100)의 상단의 좌우 방향의 양 외측 각각에 하부 방향으로 돌출된 구획부(224)가 구비될 수 있다. 상기 구획부(224)는 상기 탑 플레이트(220)의 전단에서 후단까지 연장된 형태일 수 있다. 상기 구획부(224)는 요철 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 구획부(224)는 하부로 절곡된 내측벽, 좌우 방향으로 연장된 하벽, 및 다시 하부 방향으로 절곡된 외측벽을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 탑 플레이트(220)의 좌우 방향의 외주부에는 하부 방향으로 돌출된 외주벽(226)이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은 상기 탑 플레이트(220)에는 상기 셀 어셈블리(100)의 상단의 좌우 방향의 양 외측 각각에 하부 방향으로 돌출된 구획부(224)가 구비됨으로써, 상기 탑 플레이트(220)가 셀 어셈블리(100)의 상단부의 좌우 방향의 이동을 제한할 수 있다. 이에 따라, 상기 셀 어셈블리(100)가 유동되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(200)의 안정성을 높일 수 있다.
다시 도 4을 참조하면, 상기 베이스 절연 부재(230)는 상기 베이스 플레이트(210)에 구비된 구획부(214)와 고정되도록 구성된 고정부(234)를 구비할 수 있다. 상기 고정부(234)는 상기 수용부(232)로부터 좌우 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 고정부(234)는 상기 베이스 플레이트(210)의 구획부(214)를 감싸도록 적어도 1회 이상 절곡 연장될 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 절연 부재(230)의 고정부(234)는 상기 베이스 플레이트(210)의 구획부(214)의 상벽(214b)을 감싸도록 좌 방향으로 연장된 연장 구조(234a), 다시 상기 연장 구조로부터 하부 방향으로 절곡된 절곡 구조(234b), 및 상기 절곡 구조(234b)로부터 상기 베이스 플레이트(210)의 외면을 따라 수평 방향으로 연장된 말단 구조(234c)를 구비할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 베이스 절연 부재(230)는, 상기 수용부(232)로부터 좌우 방향으로 연장되고 상기 베이스 플레이트(210)의 구획부(214)를 감싸도록 적어도 1회 이상 절곡 연장된 고정부(234)를 구비함으로써, 상기 베이스 절연 부재(230)를 상기 베이스 플레이트(210) 상에 안정적으로 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 제조 효율을 높이고 상기 베이스 절연 부재(230)가 상기 베이스 플레이트(210)로부터 이탈되지 않도록 도울 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 탑 절연 부재(240)는 상기 탑 플레이트(220)에 구비된 구획부(224)와 고정되도록 구성된 고정부(244)를 구비할 수 있다. 상기 고정부(244)는 상기 수용부(232)로부터 좌우 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 고정부(244)는 상기 탑 플레이트(220)의 구획부(224)를 감싸도록 적어도 1회 이상 절곡 연장될 수 있다.
예를 들면, 상기 탑 절연 부재(240)의 고정부(244)는 상기 탑 플레이트(220)의 구획부(224)의 하벽을 감싸도록 좌 방향으로 연장된 연장 구조, 다시 상기 연장 구조로부터 상부 방향으로 절곡된 절곡 구조, 및 상기 절곡부로부터 상기 탑 플레이트(220)의 외면을 따라 수평 방향으로 연장된 말단 구조를 구비할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 탑 절연 부재(240)는, 상기 수용부(232)로부터 좌우 방향으로 연장되고 상기 탑 플레이트(220)의 구획부(214)를 감싸도록 적어도 1회 이상 절곡 연장된 고정부(244)를 구비함으로써, 상기 탑 절연 부재(240)를 상기 탑 플레이트(220) 상에 안정적으로 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 제조 효율을 높이고 상기 탑 절연 부재(240)가 상기 탑 플레이트(220)로부터 이탈되지 않도록 도울 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 베이스 플레이트(210)의 내측에는 상기 베이스 절연 부재(230)의 수용부(232)의 전방 외측 또는 후방 외측 각각을 내측 방향으로 지지하도록 돌출 형성된 스토퍼(217)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(210)의 전단 및 후단 각각에 스토퍼(217)가 구비될 수 있다. 상기 스토퍼(217)는 상기 베이스 플레이트(210)로부터 상부 방향으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 스토퍼(217)는 직립한 형태의 플레이트 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 탑 플레이트(220)의 내측에는 상기 탑 절연 부재(240)의 수용부(242)의 전방 외측 또는 후방 외측 각각을 내측 방향으로 지지하도록 돌출 형성된 스토퍼(227)가 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 베이스 플레이트(210) 및 상기 탑 플레이트(220)의 내측에는 돌출 형성된 스토퍼가 구비됨으로써, 상기 베이스 플레이트(210)에 탑재된 셀 어셈블리(100)가 외부 충격에 의해 전방 또는 후방으로 이동되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 안전성을 효과적으로 높일 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 상기 배터리 모듈(200)은 버스바 어셈블리(280)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바 어셈블리(280)는 상기 복수의 이차전지(110)를 전기적으로 상호 연결하도록 구성된 적어도 하나 이상의 버스바(282) 및 상기 적어도 하나 이상의 버스바(282)를 외측에 탑재하도록 구성된 적어도 둘 이상의 버스바 프레임(286)을 구비할 수 있다. 상기 적어도 둘 이상의 버스바 프레임(286)은 상기 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향의 양측 각각에 구비될 수 있다.
상기 버스바 프레임(286)의 상단부 및 하단부에는 좌우 방향으로 돌출 연장된 커버가 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 버스바(282)는 전도성 금속을 구비할 수 있고, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 니켈 등을 구비할 수 있다.
또한, 상기 버스바 프레임(286)은 전기 절연성 재료를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 버스바 프레임(286)은 플라스틱 재료를 구비할 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 플라스틱 재료는 폴리염화 비닐일 수 있다.
도 5는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 6는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 일부 정면도이다.
다시 도 2와 함께 도 5 및 도 6를 참조하면, 상기 베이스 절연 부재(230)에는 상기 베이스 플레이트(210)의 상기 구획부(214) 상에 위치하고 상기 버스바 프레임(286)에 접촉하도록 돌출 연장된 방지벽(236)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(210)의 좌우 양측에 구비된 2개의 구획부(214) 각각에는 방지벽(236)이 구비될 수 있다. 상기 방지벽(236)은, 상기 버스바 프레임(286)의 하부와 연결될 수 있도록 상부 방향으로 돌출 연장된 형태를 가질 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 방지벽(236)은, 상기 버스바 프레임(286)의 하부에 위치한 커버(286a)의 하면과 연결될 수 있도록 상부 방향으로 돌출 연장된 형태를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 베이스 절연 부재(230)에는 상기 베이스 플레이트(210)의 상기 구획부(214) 상에 위치하고 상기 버스바 프레임(286)에 접촉하도록 돌출 연장된 방지벽(236)이 구비됨으로써, 상기 베이스 절연 부재(230)에 구비된 수용부(232)에 1차적으로 상기 셀 어셈블리(100)로부터 유출된 전해액이 모이고, 상기 수용부(232)에 수용된 전해액이 넘치거나 외부 충격으로 인해 외부로 유실되는 것을 상기 방지벽(236)에 의해 막을 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 사용 안전성을 크게 높일 수 있다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 베이스 절연 부재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
다시 도 2와 함께 도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(200)은 둘 이상의 셀 어셈블리(100)가 구비될 수 있다. 상기 베이스 절연 부재(230)에는 둘 이상의 셀 어셈블리(100) 사이에 개재되도록 돌출 형성된 격벽(238)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(200)에는 7개의 셀 어셈블리(100)가 구비될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 절연 부재(230)는 상기 7개의 셀 어셈블리(100) 사이에는 개재되는 6개의 격벽(238)이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 베이스 절연 부재(230)에는 둘 이상의 셀 어셈블리(100) 사이에 개재되도록 돌출 형성된 격벽(238)이 구비됨으로써, 상기 격벽(238)을 사용해 복수의 셀 어셈블리(100)가 탑재될 위치를 가이드할 수 있다. 또한, 상기 격벽(238)은 상기 셀 어셈블리(100)로부터 유출된 전해액이 상기 수용부(232) 내에서 빠르게 퍼지는 것을 저지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200) 외부로 전해액이 유출되는 속도를 효과적으로 늦출 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 베이스 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 9은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성인 베이스 절연 부재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8 및 도 9을 참조하면, 상기 베이스 플레이트(210)에는 하부 방향으로 내입된 수용홈(218h)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 플레이트(210)의 전단부 및 후단부 각각에는 하부 방향으로 내입되고 좌우 방향으로 선형 연장된 수용홈(218h)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 베이스 절연 부재(230)에는 상기 수용홈(218h) 내부에 삽입되도록 내입된 내장홈(211h)이 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 절연 부재(230)의 전단부 및 후단부 각각에 좌우 방향으로 선형 연장된 내장홈(211h)이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 베이스 플레이트(210)에는 하부 방향으로 내입된 수용홈(218h)이 구비되고, 상기 베이스 절연 부재(230)에는 상기 수용홈(218h) 내부에 삽입되도록 내입된 내장홈(211h)이 구비됨으로써, 셀 어셈블리(100)의 충방전 시에 이상 거동으로 인해 유출된 전해액을 상기 수용홈(218h)에 수용될 수 있다. 즉, 상기 수용홈(218h)에 의해 셀 어셈블리(100)의 전극 단자 또는 버스바가 위치한 좌우 측으로 전해액이 이동되지 않도록 방지할 수 있다. 유출된 전해액에 의해 셀 어셈블리(100)의 단락이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 추가 사고 발생을 방지할 수 있어, 배터리 모듈(200)의 안전성을 높일 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(500)은 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200), 및 상기 배터리 모듈(200)을 수용하는 랙 케이스(510)를 포함할 수 있다. 상기 랙 케이스(510)는 또한, 복수의 배터리 모듈(200)을 상하 방향으로 적층된 형태로 수용하도록 구성될 수 있다. 상기 랙 케이스(510) 내부에서는 배터리 모듈(200)의 하부면이 수평면에 평행한 형태로 탑재될 수 있다.
여기서 수평 방향이란, 상기 배터리 모듈(200)을 지면에 놓았을 때 지면에 평행한 방향을 의미한다고 할 수 있으며, 상하 방향에 수직하는 평면상의 적어도 한 방향이 라고도 할 수 있다.
더욱이, 상기 랙 케이스(510)는 적어도 일측이 개방 가능한 형태로 구성되어, 개방된 측면을 통해 배터리 모듈(200)이 내부 공간으로 인입될 수 있다. 다만, 상기 랙 케이스(510)는, 이러한 개방된 측면이 폐쇄 가능하도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 배터리 랙(500)은, 랙 케이스(510)의 내부 또는 외부에 배터리 관리 장치(Battery Management System; BMS, 300) 등 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.
한편, 다시 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치(600)는 상기 배터리 랙(500)을 적어도 둘 이상 포함할 수 있다. 상기 둘 이상의 배터리 랙(500)은 일방향으로 배열되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 전력 저장 장치(600)는 3개의 배터리 랙(500)이 일방향으로 배열되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 저장 장치(600)는 3개의 배터리 랙(500)의 충방전을 제어할 수 있는 중앙 제어부(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
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.
200: 배터리 모듈 100: 셀 어셈블리
110: 이차전지 210: 베이스 플레이트
220: 탑 플레이트 230: 베이스 절연 부재
232, 242: 수용부 240: 탑 절연 부재
214: 구획부 234: 고정부
217: 스토퍼 280: 버스바 어셈블리
236: 방지벽 238: 격벽
218h: 수용홈 211h: 내장홈
500: 배터리 랙 510: 랙 케이스
600: 전력 저장 장치

Claims (10)

  1. 각각이 전극 리드를 구비하고 일방향으로 적층된 복수의 이차 전지를 구비하는 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리의 하부에 위치되고 상기 셀 어셈블리의 하부를 지지하도록 수평 방향으로 연장된 베이스 플레이트; 및
    상기 셀 어셈블리와 상기 베이스 플레이트 사이에 개재되고 상기 셀 어셈블리의 일부분을 수용하도록 하부 방향으로 오목하게 형성된 수용부를 구비한 적어도 하나 이상의 베이스 절연 부재
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리의 상부에 탑재되고 상기 셀 어셈블리의 상부를 커버하도록 수평 방향으로 연장된 탑 플레이트; 및
    상기 셀 어셈블리와 상기 탑 플레이트 사이에 개재되고 상기 셀 어셈블리의 일부분을 수용하도록 상부 방향으로 오목하게 형성된 수용부를 구비한 적어도 하나 이상의 탑 절연 부재
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에는 상기 셀 어셈블리의 하단의 좌우 방향의 양 외측 각각에 상부 방향으로 돌출된 구획부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스 절연 부재는, 상기 수용부로부터 좌우 방향으로 연장되고 상기 베이스 플레이트의 구획부를 감싸도록 적어도 1회 이상 절곡 연장된 고정부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트의 내측에는 상기 베이스 절연 부재의 수용부의 전방 외측 또는 후방 외측 각각을 내측 방향으로 지지하도록 돌출 형성된 스토퍼가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 셀 어셈블리의 좌측 또는 우측에 위치되고, 적어도 하나 이상의 전극 리드가 관통되어 돌출되도록 관통구가 형성된 버스바 프레임, 및 상기 버스바 프레임의 좌우 방향의 외측면에 탑재되고 상기 복수의 이차 전지를 전기적으로 연결하도록 전도성 금속을 가진 버스바를 구비한 버스바 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 베이스 절연 부재에는 상기 베이스 플레이트의 상기 구획부 상에 위치하고 상기 버스바 프레임에 접촉하도록 돌출 연장된 방지벽이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 둘 이상의 셀 어셈블리가 구비되고,
    상기 베이스 절연 부재에는 둘 이상의 셀 어셈블리 사이에 개재되도록 돌출 형성된 격벽이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에는 하부 방향으로 내입된 수용홈이 구비되고,
    상기 베이스 절연 부재에는 상기 수용홈 내부에 삽입되도록 내입된 내장홈이 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 둘 이상의 배터리 모듈, 및 상기 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제9항에 따른 배터리 랙을 적어도 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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