KR20210041952A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20210041952A
KR20210041952A KR1020190124814A KR20190124814A KR20210041952A KR 20210041952 A KR20210041952 A KR 20210041952A KR 1020190124814 A KR1020190124814 A KR 1020190124814A KR 20190124814 A KR20190124814 A KR 20190124814A KR 20210041952 A KR20210041952 A KR 20210041952A
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안지명
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 내구성을 높여 작동 수명을 늘린 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 각각이 음극 단자 및 양극 단자가 구비되고 수평 방향으로 배열된 복수의 원통형 전지셀; 및 상부 및 하부에는 상기 복수의 원통형 전지셀의 음극 단자 또는 양극 단자가 외부로 노출되도록 개구된 복수의 접속구, 및 상기 복수의 접속구 중, 적어도 일부에 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 하부 방향 또는 상부 방향으로 가압하도록 구성된 가압부가 구비된 셀 프레임을 포함하고, 상기 가압부에는 상기 접속구의 테두리로부터 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면의 일부위를 커버하도록 연장된 본체; 및 상기 본체의 내측면에 위치하고 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 가압 돌기가 구비된다.

Description

배터리 모듈 {Battery Module}
본 발명은 가압부를 구비한 셀 프레임을 포함한 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진동에 대한 내구성을 높여 작동 수명을 늘린 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 외장재를 구비한다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 복수의 이차전지가 구비된 배터리 모듈이 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다.
특히, 이러한 중대형 장치에는 안정성이 높은 원통형 전지 캔을 외장재로 구비한 원통형 전지셀이 많이 이용되고 있다. 예를 들면, 전기 자동차에는 많은 수의 배터리 모듈이 내부에 구비될 수 있다. 이때, 배터리 모듈은 전기 자동차의 이동 중에 발생하는 잦은 진동이나 충격에 영향 받기 쉽다. 이러한 지속적인 진동 또는 충격에 영향을 받은 배터리 모듈은, 내부 구성이 파손되는 것에 의해, 단선되거나, 전기적 단락이 발생될 수 있는 위험성이 있었다.
예를 들면, 이러한 복수의 이차전지를 전기적으로 연결하는 버스바를 구비한 배터리 모듈은, 잦은 진동으로 이차전지와 버스바 간의 접합 부분이 피로가 누적되어 파괴되는 것에 의해 단선의 위험이 컸다. 즉, 배터리 모듈의 내부에 수납된 복수의 원통형 전지셀의 경우, 수납 공간 내부에서, 외부 충격이나 진동에 의해 복수의 원통형 전지셀이 유동 또는 진동이 발생될 경우, 원통형 전지셀이 내부 구성과 지속적으로 충돌하여 손상되는 것에 의해, 배터리 모듈의 내구성이 떨어지는 등의 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 진동에 대한 내구성을 높여 작동 수명을 늘린 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 음극 단자 및 양극 단자가 구비되고 수평 방향으로 배열된 복수의 원통형 전지셀; 및
상부 및 하부에는 상기 복수의 원통형 전지셀의 음극 단자 또는 양극 단자가 외부로 노출되도록 개구된 복수의 접속구, 및 상기 복수의 접속구 중, 적어도 일부에 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 하부 방향 또는 상부 방향으로 가압하도록 구성된 가압부가 구비된 셀 프레임을 포함하고,
상기 가압부에는
상기 접속구의 테두리로부터 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면의 일부위를 커버하도록 연장된 본체; 및
상기 본체의 내측면에 위치하고 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 가압 돌기가 구비된다.
또한, 상기 가압부는,
상기 본체 및 상기 가압 돌기를 구비한 제1 가압부; 및
상기 본체 및 상기 가압 돌기를 구비하고, 상기 접속구의 테두리에서 상기 제1 가압부의 위치의 반대편 위치에 형성된 제2 가압부를 구비한다.
더욱이, 상기 셀 프레임의 접속구에는 상기 접속구의 테두리로부터 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면의 일부위를 내측 방향으로 지지하도록 연장된 스토퍼가 구비되며,
상기 제1 가압부 및 상기 제2 가압부 각각의 본체와 상기 스토퍼 간의 연결 부분에는 소정 길이로 절취된 형태의 슬릿이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가압부는 상기 복수의 접속구 중, 상기 음극 단자가 노출된 접속구에만 구비될 수 있다.
나아가, 상기 가압부와 상기 접속구 테두리와의 연결 부분은 상기 본체의 연장 방향의 단부 보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 상기 가압부는 상기 접속구 테두리와의 연결 부분에 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 보강 돌기가 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 셀 프레임에는, 복수의 원통형 전지셀 각각의 적어도 일부위를 감싸도록 구성된 복수의 중공이 구비되고, 상기 복수의 중공 각각의 내면에는 상기 원통형 전지셀의 수평 방향의 측면을 가압하도록 돌출된 볼록부가 구비될 수 있다.
나아가, 상기 셀 프레임의 상면 또는 하면에 탑재되고, 상기 복수의 원통형 전지셀을 전기적으로 연결하도록 상기 음극 단자 또는 상기 양극 단자와 접촉하도록 구성된 접속부, 및 상기 가압부의 외면을 내측 방향으로 지지하도록 내측 방향으로 돌출된 지지부가 구비된 버스바를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상기 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 배터리 모듈은, 복수의 접속구 중, 적어도 일부에 원통형 전지셀 상면 또는 하면을 하부 방향 또는 상부 방향으로 가압하도록 구성된 가압부가 구비됨으로써, 자동차와 같은 배터리 모듈이 진동이 잦은 환경에 처할 경우, 셀 프레임의 수납된 복수의 원통형 전지셀이 유동이 지속적으로 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 가압부는, 복수의 접속구 중, 음극 단자가 노출된 접속구에만 구비됨으로써, 가압부에 의한 원통형 전지셀의 변형이나 고장이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 사용 안전성 및 내구성을 높일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예의 일측면에 의하면, 본 발명은, 가압부는, 접속구 테두리와의 연결 부분에 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 보강 돌기가 더 구비됨으로써, 보강 돌기에 의해 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 가압하는 것이 가능하다.
나아가, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은, 가압부의 외면을 내측 방향으로 지지하도록 내측 방향으로 돌출된 지지부가 구비된 버스바를 더 포함함으로써, 지지부가 상하 방향으로 원통형 전지셀을 가압하도록 가압부를 지지할 수 있는 바, 가압부가 잦은 진동으로 인해 손상이 발생되어 탄성력이 줄어들어 원통형 전지셀에 대한 가압력이 떨이지는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 지지부는 가압부의 가압력을 보조할 수 있어, 더욱 안정적으로 원통형 전지셀을 고정시킬 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 구성들을 분리한 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지셀의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 셀 프레임의 일부 구성의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 셀 프레임의 일부 구성의 모습을 개략적으로 나타내는 저면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 B 영역의 모습을 확대하여 나타낸 부분 확대도이다.
도 7은, 도 1의 A-A' 선을 따라 배터리 모듈을 절단한 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 절단한 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 셀 프레임의 일부 구성의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 저면도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 일부 구성인 버스바의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 일부 구성인 버스바의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 일부 사시도이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 일부 구성인 셀 프레임의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 일부 사시도이다.
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 구성들을 분리한 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전지셀의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 복수의 원통형 전지셀(100), 및 셀 프레임(220)을 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 원통형 전지셀(100)은, 캔형 원통형 전지셀(100)일 수 있다. 여기서, 상기 원통형 전지셀(100)은, 전극 조립체(110), 전지 캔(112) 및 캡 조립체(113)를 구비할 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는, 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태로 권취된 구조를 가질 수 있으며, 양극판에는 양극 탭(114)이 부착되어 캡 조립체(113)에 접속되고, 음극판에는 음극 탭(115)이 부착되어 전지 캔(112)의 하단에 접속될 수 있다.
상기 전지 캔(112)은, 내부에 빈 공간이 형성되어, 전극 조립체(110)를 수납할 수 있다. 특히, 상기 전지 캔(112)은, 원통형 또는 각형으로서, 상단이 개방된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전지 캔(112)은, 강성 등의 확보를 위해 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 전지 캔(112)은, 하단에 음극 탭이 부착되어, 전지 캔(112)의 하부는 물론이고, 전지 캔(112) 자체가 음극 단자(111b)로서 기능할 수 있다.
상기 캡 조립체(113)는, 전지 캔(112)의 상단 개방부에 결합되어, 전지 캔(112)의 개방단을 밀폐시킬 수 있다. 이러한 캡 조립체(113)는, 전지 캔(112)의 형태에 따라 원형 또는 각형 등의 형태를 가질 수 있으며, 탑 캡(C1), 안전 벤트(C2) 및 가스켓(C3) 등의 하위 구성을 포함할 수 있다.
여기서, 탑 캡(C1)은, 캡 조립체(113)의 최상부에 위치하여, 상부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 이러한 탑 캡(C1)은, 원통형 전지셀(100)에서 양극 단자(111a)로서 기능할 수 있다. 따라서, 탑 캡(C1)은, 외부 장치, 이를테면 버스바(도 10, 210) 등을 통해 다른 원통형 전지셀(100)나 부하, 충전 장치와 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 탑 캡(C1)은, 예를 들어 스테인리스 스틸이나 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 안전 벤트(C2)는, 원통형 전지셀(100)의 내압, 즉, 전지 캔(112)의 내압이 일정 수준 이상으로 증가하는 경우, 형태가 변형되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 가스켓(C3)은, 탑 캡(C1) 및 안전 벤트(C2)의 테두리(H1a) 부분이 전지 캔(112)과 절연될 수 있도록 전기 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 캡 조립체(113)는 전류차단부재(C4)를 더 포함할 수 있다. 상기 전류차단부재(C4)는 CID(Current Interrupt Device)라고도 불리며, 가스 발생으로 전지의 내압이 증가하여 안전 벤트(C2)의 형상이 역전되면, 안전 벤트(C2)와 전류차단부재(C4) 사이의 접촉이 끊어지거나, 전류차단부재(C4)가 파손되어, 안전 벤트(C2)와 전극 조립체(110) 사이의 전기적 접속은 차단될 수 있다.
이러한 원통형 전지셀(100)의 구성은, 본 발명의 출원 시점에 당업자에게 널리 알려져 있으므로, 본 명세서에서는 보다 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 3에 원통형 전지셀(100)의 일례를 도시하였으나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)은 특정한 형태의 원통형 전지셀(100)의 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 원통형 전지셀(100)이 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에 채용될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에 적용되는 이차전지는 반드시 원통형 전지셀(100)로만 한정되는 것은 아니고, 각형 전지셀이 적용될 수도 있다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은 좌우 방향(X축 방향) 및 전후 방향(Y축 방향)으로 배열된 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 원통형 전지셀(100)은 상하 방향 및 좌우 방향으로 배열된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 복수의 원통형 전지셀(100)은, 원통형 전지 캔(도 3의 112)에서 관형으로 형성된 부분이 서로 대면하는 형태로 배열될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에 있어서, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)은 수평 방향(X축 방향 및 Y축 방향)으로 배열되고, 각각이 상하 방향(Z축 방향)으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 수평 방향이란, 지면과 평행한 방향을 의미한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 112개 각각의 원통형 전지셀(100)은, 전후 방향으로 길게 연장된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 전체 원통형 전지셀(100)은, 도 1의 F 방향으로 바라볼 경우, 양극 단자(111a) 및 음극 단자(111b)가 전후 방향 각각에 위치할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 기재된 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.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 셀 프레임(220)은, 상기 복수의 원통형 전지셀(100) 각각의 외면의 적어도 일부를 감싸도록 내벽을 가진 삽입부(225)가 구비할 수 있다. 상기 삽입부(225)는 상기 원통형 전지셀(100)의 외측면을 감싸도록 중공(H2)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 삽입부(225)는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)를 제외한 나머지 수평 방향의 외측면의 적어도 일부를 감싸도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 셀 프레임(220)은 전기 절연성의 소재를 구비할 수 있다. 상기 전기 절연성의 소재는 예를 들면 폴리염화 비닐일 수 있다.
더욱이, 상기 셀 프레임(220)은 하부 케이스(222) 및 상부 케이스(221)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 상부 케이스(221)는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)를 제외한 나머지 수평 방향의 외측면의 적어도 일부를 감싸도록 구성된 복수의 중공(H2)을 가진 삽입부(225)를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 하부 케이스(222)는 상기 상부 케이스(221) 하부에 결합될 수 있다. 다시 말해, 상기 하부 케이스(222)의 상단면의 적어도 일부는 상기 상부 케이스(221)의 하단면과 연결될 수 있다. 이때, 상기 상부 케이스(221) 및 상기 하부 케이스(222)는 서로 볼트 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 케이스(222)의 상단면 중, 외주면에 해당되는 부분이 상기 상부 케이스(221)의 하단면 중, 대응되는 외주면과 접촉되도록 구성될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 셀 프레임의 일부 구성의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 셀 프레임의 일부 구성의 모습을 개략적으로 나타내는 저면도이다. 그리고, 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 B 영역의 모습을 확대하여 나타낸 부분 확대도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 셀 프레임(220)은 접속구(H1) 및 상기 접속구(H1)에 위치한 가압부(224)를 구비할 수 있다.
먼저, 상기 접속구(H1)는, 상기 셀 프레임(220)의 상부 및 하부 각각에 구비될 수 있다. 상기 접속구(H1)는 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 음극 단자(111b) 또는 양극 단자(111a)가 외부로 노출되도록 상기 셀 프레임(220)의 상부 또는 하부가 개구된 복수개가 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 셀 프레임(220)에는 154개의 복수의 원통형 전지셀(100)이 삽입 수용되는 중공(H2)이 구비될 수 있다. 그리고, 상기 154개의 복수의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)가 상기 셀 프레임(220)의 접속구(H1)를 통해 외부로 노출될 수 있다. 상기 상부 케이스(221)의 상부 및 하부 케이스(222)의 하부 각각에는 154개의 접속구(H1)가 구비될 수 있다.
상기 복수의 접속구(H1) 중, 적어도 일부에 상기 원통형 전지셀(100) 상면 또는 하면을 하부 방향 또는 상부 방향으로 가압하도록 구성된 가압부(224)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 가압부(224)는 본체(224t), 및 가압 돌기(224p)가 구비될 수 있다. 상기 본체(224t)는 상기 접속구(H1)의 테두리(H1a)로부터 상기 원통형 전지셀(100)의 상면 또는 하면의 일부위를 커버하도록 연장된 형태일 수 있다. 상기 상부 케이스(221)의 상부 및 하부 케이스(222)의 하부 각각에는 복수의 가압부(224)가 구비될 수 있다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 셀 프레임(220)의 상기 상부 케이스(221)에는 중공(H2)과 연통된 접속구(H1)가 복수개 구비되어 있다. 상기 셀 프레임(220)은, 상기 154개의 접속구(H1) 중, 77개에 상기 원통형 전지셀(100) 상면 또는 하면을 하부 방향 또는 상부 방향으로 가압하도록 구성된 가압부(224)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 가압부(224)는, 접속구(H1)의 테두리(H1a)의 좌우 방향의 양측 각각으로부터 수평 방향으로 상기 원통형 전지셀(100)의 상단면의 중심을 향해 연장된 2개의 본체(224t)가 구비될 수 있다. 상기 2개의 본체(224t) 각각의 내측면에는 상기 원통형 전지셀(100)의 상면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 가압 돌기(224p)가 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 복수의 접속구(H1) 중, 적어도 일부에 상기 원통형 전지셀(100) 상면 또는 하면을 하부 방향 또는 상부 방향으로 가압하도록 구성된 가압부(224)가 구비됨으로써, 자동차와 같은 배터리 모듈(200)이 진동이 잦은 환경에 처할 경우, 셀 프레임(220)의 수납된 복수의 원통형 전지셀(100)이 유동이 지속적으로 생기는 것을 방지할 수 있다.
부언하면, 종래기술에서 원통형 전지셀(100)의 수평 방향(X축 방향 및 Y축 방향)의 측면을 가압하는 방식은, 원통형 전지셀(100)의 수납된 상태가 수직 방향(Z축 방향)으로 기립된 상태에 있지 못하고 일측으로 기울어져 배열될 수 있었고, 이에 따라, 기울어진 원통형 전지셀(100)로 인해, 복수의 원통형 전지셀(100)이 수납된 상태에서 셀 프레임(220)의 상부 케이스(221) 및 하부 케이스(222)가 서로 결합되는 것이 불가하거나 또는 매우 어려웠다.
이에 따라, 본 발명의 가압부(224)는, 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측부를 가압하는 것이 아닌, 상면 또는 하면을 가압하여, 상기 원통형 전지셀(100)을 고정시키는 방식을 사용함으로써, 상기 셀 프레임(220)의 삽입부(225)에 원통형 전지셀(100)을 수납하여도 수직 방향으로 기립된 상태를 유지할 수 있어, 셀 프레임(220)의 조립 공정이 매우 용이하다.
다시, 도 4 내지 도 6을 참고하면, 상기 가압부(224)는 상기 본체(224t) 및 상기 가압 돌기(224p)를 구비한 제1 가압부(224a), 및 제2 가압부(224b)를 구비할 수 있다. 상기 제2 가압부(224b)는 상기 접속구(H1)의 테두리(H1a)에서 상기 제1 가압부(224a)의 위치의 반대편 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 가압부(224)는 하나의 접속구(H1)에 제1 가압부(224a), 및 제2 가압부(224b)를 구비함으로써, 상기 원통형 전지셀(100)의 상면 또는 하면의 수평 방향의 양측단을 하부 방향 또는 상부 방향으로 가압할 수 있다. 이에 따라, 상기 가압부(224)에 의해 상기 원통형 전지셀(100)이 상기 셀 프레임(220) 내에 완전한 고정이 가능해진다. 상기 배터리 모듈(200)의 내구성을 높일 수 있다.
다시, 도 4 내지 도 6을 참고하면, 상기 셀 프레임(220)의 접속구(H1)에는 상기 원통형 전지셀(100)의 상면 또는 하면의 일부위를 내측 방향으로 지지하도록 구성된 스토퍼(226)가 구비될 수 있다.
상기 스토퍼(226)는 상기 접속구(H1)의 테두리(H1a)로부터 상기 원통형 전지셀(100)의 상면 또는 하면의 중심을 향해 연장된 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 스토퍼(226)는, 상기 복수의 원통형 전지셀(100)이 상기 접속구(H1)를 통해 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 가압부(224a) 및 상기 제2 가압부(224b) 각각의 본체(224t)와 상기 스토퍼(226) 간의 연결 부분에는 소정 길이로 절취된 형태의 슬릿(S1)이 형성될 수 있다. 상기 제1 가압부(224a) 및 상기 제2 가압부(224b) 각각은 상기 슬릿(S1)에 의해 탄력적으로 상기 원통형 전지셀(100)의 상면 또는 하면을 가압할 수 있다. 예를 들면, 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 가압부(224a) 및 상기 제2 가압부(224b) 각각의 본체(224t)의 양측부에 소정 길이로 절취된 형태의 슬릿(S1)이 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 제1 가압부(224a) 및 상기 제2 가압부(224b) 각각의 본체(224t)와 상기 스토퍼(226) 간의 연결 부분에는 소정 길이로 절취된 형태의 슬릿(S1)이 형성됨으로써, 자동차와 같은 배터리 모듈(200)이 진동이 잦은 환경에 처할 경우, 상기 가압부(224)가 탄력적으로 셀 프레임(220)의 수납된 복수의 원통형 전지셀(100)을 가압할 수 있어, 진동에 의해 가압부(224)가 쉽게 부러지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 내구성을 효과적으로 높일 수 있다.
다시 도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 가압부(224)는 상기 복수의 접속구(H1) 중, 상기 음극 단자(111b)가 노출된 접속구(H1)에만 구비될 수 있다. 즉, 상기 음극 단자(111b)는 상기 원통형 전지셀(100)의 전지 캔(112)의 하부일 수 있다.
반면에, 양극 단자(111a)를 외부로 노출 시키는 접속구(H1)에는 가압부(224)가 구비되지 않을 수 있다. 상기 양극 단자(111a)는 전지 캔(112)의 상단 개방부에 결합되는 캡 조립체(113)가 위치하고 있고, 상기 캡 조립체(113)는 탑 캡(C1), 안전 벤트(C2) 및 가스켓(C3) 등의 음극 단자(111b) 대비 기계적 강성에 변형이나 고장이 발생될 수 있는 구성들을 구비하고 있다. 따라서, 상기 가압부(224)가 캡 조립체(113)를 지속적으로 가압할 경우, 캡 조립체(113)의 변형이나 내부 구성의 고장이 발생될 수 있다. 특히, 상기 안전 벤트(C2) 및 가스켓(C3) 등의 안전을 확보하기 위한 구성이 고장 날 경우, 배터리 모듈(200)의 사용 중, 화재나 폭발 등의 사고가 발생될 수 있는 위험이 커질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가압부(224)는, 상기 복수의 접속구(H1) 중, 상기 음극 단자(111b)가 노출된 접속구(H1)에만 구비됨으로써, 상기 가압부(224)에 의한 상기 원통형 전지셀(100)의 변형이나 고장이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 사용 안전성 및 내구성을 높일 수 있다.
도 7은, 도 1의 A-A' 선을 따라 배터리 모듈을 절단한 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다.
도 6과 함께, 도 7을 참조하면, 도 7의 다른 일실시예에 따른 셀 프레임(220A)의 가압부(224A)는, 도 6의 가압부(224)와 비교하여, 상기 가압부(224A)의 본체(224t)와 상기 접속구(H1)의 테두리(H1a)와의 연결 부분이 더 두껍다는 것을 제외하고, 나머지 구성과 구조는 동일하다.
구체적으로, 상기 가압부(224A)의 접속구(H1) 테두리(H1a)와의 연결 부분은 상기 본체(224t)의 연장 방향의 단부 보다 더 두껍게 형성될 수 있다. 상기 본체(224t)의 연결 부분의 두께(T1)와 단부의 상하 방향의 두께(T2)의 비율은 1.1 내지 1.3일 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 가압부(224A)는 제1 가압부(224a) 및 제2 가압부(224b)를 구비하고, 상기 제1 가압부(224a) 및 제2 가압부(224b) 각각은 상기 접속구(H1)의 테두리(H1a)와의 연결 부분이 상기 본체(224t)의 연장 방향의 단부 보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가압부(224A)의 상기 접속구(H1)의 테두리(H1a)와의 연결 부분은 상기 본체(224t)의 연장 방향의 단부 보다 더 두껍게 형성됨으로써, 자동차와 같은 배터리 모듈(200)이 진동이 잦은 환경에 처할 경우, 상기 가압부(224A)가 지속적인 진동에 의해 상기 접속구(H1)와의 연결 부분이 쉽게 부러지는 것을 방지할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 절단한 모습을 개략적으로 나타낸 부분 단면도이다. 그리고, 도 9는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 셀 프레임의 일부 구성의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 저면도이다.
도 6과 함께 도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8의 또 다른 일실시예에 따른 셀 프레임(220A)의 가압부(224B)는, 도 6의 가압부(224)와 비교하여, 상기 가압부(224B)의 본체(224t)와 상기 접속구(H1)의 테두리(H1a)와의 연결 부분에 보강 돌기(224u) 및 볼록부(H2b)가 더 구비된 것을 제외하고, 나머지 구성과 구조는 동일하다.
구체적으로, 상기 가압부(224B)는 상기 접속구(H1)의 테두리(H1a)와의 연결 부분에 보강 돌기(224u)가 더 구비될 수 있다. 상기 보강 돌기(224u)는 상기 원통형 전지셀(100)의 상면 또는 하면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 가압부(224B)는 제1 가압부(224a) 및 제2 가압부(224b)를 구비하고, 상기 제1 가압부(224a) 및 제2 가압부(224b) 각각의 상기 접속구(H1) 테두리(H1a)와의 연결 부분에는 상기 본체(224t)의 하면으로부터 하부 방향으로 돌출된 보강 돌기(224u)가 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가압부(224B)는, 상기 접속구(H1) 테두리(H1a)와의 연결 부분에 상기 원통형 전지셀(100)의 상면 또는 하면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 보강 돌기(224u)가 더 구비됨으로써, 상기 보강 돌기(224u)에 의해 상기 원통형 전지셀(100)의 상면 또는 하면을 가압하는 것이 가능하다.
이에 따라, 도 9의 가압부(224B)는, 가압 돌기(224p) 및 보강 돌기(224u) 모두를 사용해, 도 6의 가압부(224) 보다, 상기 셀 프레임(220)에 수납된 상기 원통형 전지셀(100)을 좀더 안정적으로 고정시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 내구성을 높일 수 있다. 더욱이, 상기 보강 돌기(224u)는, 상기 가압부(224B)의 본체(224t)와 상기 접속구(H1) 테두리(H1a)와의 연결 부분의 기계적 강성을 보강할 수 있어, 가압부(224B)가 사용 중에 파손되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 복수의 중공(H2) 각각의 내면에는 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 측면을 가압하도록 돌출된 볼록부(H2b)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 중공(H2)의 내면에는 하나의 볼록부(H2b), 및 상기 하나의 볼록부(H2b)의 반대 방향의 중공(H2) 내면에 다른 하나의 볼록부(H2b)가 구비될 수 있다. 이 2개의 볼록부(H2b)는 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 외측벽을 전지 캔(112)의 중심축 방향으로 가압할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 복수의 중공(H2) 각각의 내면에는 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 측면을 가압하도록 돌출된 볼록부(H2b)가 구비됨으로써, 상기 원통형 전지셀(100)의 수평 방향의 유동을 방지할 수 있다. 이에 따라, 원통형 전지셀(100)의 셀 프레임(220)의 수납부 내부에서의 유동으로 인해, 버스바(210)와 연결이 끊어지는 등의 문제 방생을 줄일 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 일부 구성인 버스바의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 일부 구성인 버스바의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 일부 사시도이다. 그리고, 도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성 중, 일부 구성인 셀 프레임의 일부 모습을 개략적으로 나타내는 일부 사시도이다.
도 1과 함께 도 10 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 상기 셀 프레임(220)의 상면 또는 하면에 탑재되는 버스바(210) 복수개 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 원통형 전지셀(100)을 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 버스바(210)는 복수의 원통형 전지셀(100)을 전기적으로 직렬 연결하도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 버스바(210)는 복수의 원통형 전지셀(100)을 전기적으로 병렬 연결하도록 구성될 수 있다. 이러한 버스바(210)는 전기 전도성이 우수한 금속을 구비할 수 있다.
상기 버스바(210)는 수평 방향으로 연장된 플레이트부(211)를 구비할 수 있다. 상기 플레이트부(211)는, 상기 2열로 배열된 복수의 원통형 전지셀(100) 사이에 배치될 수 있다. 상기 플레이트부(211)는, 소정 두께의 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 버스바(210)는 상기 플레이트부(211)의 일측으로부터 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)와 접촉되도록 수평 방향으로 플레이트부(211)의 양측부 각각으로부터 연장 형성된 복수의 접속부(212)가 구비될 수 있다.
예를 들면 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 버스바(210)는, 상기 셀 프레임(220)의 상부 또는 하부에 위치하고 좌우 방향으로 연장된 플레이트부(211) 및 상기 플레이트부(211)의 전후 방향의 양단부 각각으로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장되고, 절곡 연장된 부분이 다시 상기 복수의 원통형 전지셀(100)의 전극 단자(111)와 접촉되도록 수평 방향으로 연장된 22개의 접속부(212)가 구비될 수 있다.
더욱이, 상기 접속부(212)는, 2개로 분지된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 접속부(212)와 전극 단자(111) 간의 용접 공정시, 상기 분지된 구조의 간극을 통해 용접 가열을 위한 열 전도율을 효과적으로 높일 수 있어, 용접 시간을 단축하고 용접 신뢰성을 높일 수 있다.
그리고, 상기 버스바(210)는 상기 가압부(224)의 외면을 내측 방향으로 지지하도록 내측 방향으로 돌출된 지지부(217)가 구비될 수 있다. 여기서, 내측 방향은 상기 셀 프레임(220)에 수납된 상기 원통형 전지셀(100)이 위치한 방향을 의미한다. 상기 지지부(217)는 상기 본체(224t)부의 전후 방향의 단부로부터 하부 방향으로 절곡되어 연장되고, 절곡 연장된 부분이 다시 상기 가압부(224)를 지지하도록 상기 가압부(224)의 외면을 상부 방향 또는 하부 방향으로 지지하도록 수평 방향으로 연장될 수 있다.
예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 2개의 지지부(217)가 상기 접속부(212)의 좌우 방향의 양측에 각각 구비될 수 있다. 즉, 상기 지지부(217)는 상기 접속구(H1)에 구비된 가압부(224)를 하부 방향으로 지지하도록 상기 접속부(212)와 인접하여 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 셀 프레임(220)은, 상기 가압부(224)의 외면을 내측 방향으로 지지하도록 내측 방향으로 돌출된 지지부(217)가 구비된 버스바(210)를 더 포함함으로써, 상기 지지부(217)가 상하 방향으로 상기 원통형 전지셀(100)을 가압하도록 가압부(224)를 지지할 수 있는 바, 상기 가압부(224)가 잦은 진동으로 인해 손상이 발생되어 탄성을 잃어 가압력이 떨이지는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 지지부(217)는 상기 가압부(224)의 가압력을 보조할 수 있어, 더욱 안정적으로 상기 원통형 전지셀(100)을 고정시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(도시하지 않음)은, 상기 배터리 모듈(200)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(200) 이외에, 이러한 배터리 모듈(200)을 수납하기 위한 팩 하우징, 배터리 모듈(200)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System)(도시하지 않음), 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자 디바이스는, 상기 배터리 팩을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 전자 디바이스(도시하지 않음)는, 상기 배터리 팩을 내부에 수용하는 케이스(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 자동차(도시하지 않음)는, 상기 배터리 팩을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 자동차는, 예를 들면, 상기 배터리 팩을 전원으로 하는 전기 모터(도시하지 않음)를 구비한 전기 자동차일 수 있다.
한편, 본 명세서에서 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: 원통형 전지셀
220: 셀 프레임 111a, 111b: 양극 단자, 음극 단자
H1: 접속구 H1a: 테두리
224, 224a, 224b: 가압부, 제1 가압부, 제2 가압부
224t: 본체 224p: 가압 돌기
221, 222: 상부 케이스, 하부 케이스
226: 스토퍼 S1: 슬릿
224u: 보강 돌기 H2: 중공
H2b: 볼록부 210: 버스바
212: 접속부 217: 지지부

Claims (10)

  1. 각각이 음극 단자 및 양극 단자가 구비되고 수평 방향으로 배열된 복수의 원통형 전지셀; 및
    상부 및 하부에는 상기 복수의 원통형 전지셀의 음극 단자 또는 양극 단자가 외부로 노출되도록 개구된 복수의 접속구, 및 상기 복수의 접속구 중, 적어도 일부에 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 하부 방향 또는 상부 방향으로 가압하도록 구성된 가압부가 구비된 셀 프레임을 포함하고,
    상기 가압부에는
    상기 접속구의 테두리로부터 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면의 일부위를 커버하도록 연장된 본체; 및
    상기 본체의 내측면에 위치하고 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 가압 돌기
    가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압부는,
    상기 본체 및 상기 가압 돌기를 구비한 제1 가압부; 및
    상기 본체 및 상기 가압 돌기를 구비하고, 상기 접속구의 테두리에서 상기 제1 가압부의 위치의 반대편 위치에 형성된 제2 가압부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀 프레임의 접속구에는 상기 접속구의 테두리로부터 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면의 일부위를 내측 방향으로 지지하도록 연장된 스토퍼가 구비되며,
    상기 제1 가압부 및 상기 제2 가압부 각각의 본체와 상기 스토퍼 간의 연결 부분에는 소정 길이로 절취된 형태의 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 복수의 접속구 중, 상기 음극 단자가 노출된 접속구에만 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 가압부와 상기 접속구 테두리와의 연결 부분은 상기 본체의 연장 방향의 단부 보다 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 접속구 테두리와의 연결 부분에 상기 원통형 전지셀의 상면 또는 하면을 가압하도록 내측 방향으로 돌출된 보강 돌기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 셀 프레임에는, 복수의 원통형 전지셀 각각의 적어도 일부위를 감싸도록 구성된 복수의 중공이 구비되고, 상기 복수의 중공 각각의 내면에는 상기 원통형 전지셀의 수평 방향의 측면을 가압하도록 돌출된 볼록부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 셀 프레임의 상면 또는 하면에 탑재되고, 상기 복수의 원통형 전지셀을 전기적으로 연결하도록 상기 음극 단자 또는 상기 양극 단자와 접촉하도록 구성된 접속부, 및 상기 가압부의 외면을 내측 방향으로 지지하도록 내측 방향으로 돌출된 지지부가 구비된 버스바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중, 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230075090A (ko) * 2021-11-22 2023-05-31 (주)미섬시스텍 배터리팩용 원통형전지 커넥터

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