KR20210115177A - 조립이 용이한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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KR20210115177A
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Abstract

본 발명은 조립이 용이한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 전지셀(700); 및 전지셀(700)을 수납하며, 서로 인접하여 위치하는 한 쌍의 셀 카트리지(600)를 포함하되, 한 쌍의 셀 카트리지(600)는 외형과 크기가 동일한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.

Description

조립이 용이한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{Easy assembling battery module and battery pack including the same}
본 발명은 조립이 용이한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 전지 셀 수납시 상단부와 측면부의 결합력이 향상된 결합구를 가지고 있는 외형과 크기가 동일한 한 종류의 셀 카트리지를 사용하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량의 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈이 사용된다.
전지 모듈은 다수의 이차전지, 즉 전지 셀이 용량과 출력을 향상시키기 위해 직렬 또는 병렬로 연결되어 있으며, 이러한 전지 셀들은 셀 카트리지에 수납된 후, 고정됨으로써 전지 셀의 유동을 방지하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 셀 카트리지들의 적층 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 셀 카트리지는 외형이 상이한 제1 카트리지(10)와 제2 카트리지(20)로 이루어져 있다. 즉, 종래의 셀 카트리지는 다수개의 제1 카트리지(10)를 적층하고, 제1 카트리지(10)의 일측 최외곽에 제2 카트리지(20)를 적층하여 하나의 카트리지 스택을 형성한다.
일 예로, 제1 카트리지(10)는 일측면에 4개의 돌출부가 형성되고, 타측면에 4개의 함입부가 구비되어 있는 형상이며, 제2 카트리지(20)는 제1 카트리지(10)의 돌출부가 형성되어 있는 일측면에 결합한다. 이를 위해 제2 카트리지(20)는 타측면에만 4개의 함입부가 형성되어 있는 형상이다.
이와 같이 여러 종류의 셀 카트리지를 사용할 경우, 생산비용이 증가할 뿐만 아니라 카트리지 스택 조립 시 공정이 복잡하다는 단점이 있다. 물론 외면에 돌출부가 없는 한 종류의 셀 카트리지를 사용할 수도 있지만, 이 경우 카트리지들이 단순히 나열된 것에 불과하므로 이들 사이의 결합력이 약하다는 문제점이 있다.
대한민국공개특허공보 제2019-0010193호에는 거울상으로 체결 후크를 두어 카트리지의 결합력을 향상시켰으나, 여전히 두 종류의 셀 카트리지를 사용하고 있어 카트리지 생산과 조립시의 단점을 극복하지 못하고 있다.
한편, 전지 모듈은 소정 형상의 하우징에 수납되어 전지 팩을 이루게 되는데, 이때 하우징 내부에서 전지 모듈이 유동하지 못하도록 확실하게 고정해야 한다.
대한민국공개특허공보 제2019-0010193호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 전지 모듈 조립 시, 한 종류의 셀 카트리지만을 사용함으로써 카트리지 제작 단계부터 전지 모듈 형성까지의 과정을 단순화할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 셀 카트리지들의 결합력이 우수한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
게다가 본 발명에서는 하우징 안에 수납되는 전지 모듈의 유동을 억제하고 전지 팩의 조립이 용이한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(700); 및 상기 전지셀(700)을 수납하며, 서로 인접하여 위치하는 한 쌍의 셀 카트리지(600)를 포함하되, 상기 한 쌍의 셀 카트리지(600)는 외형과 크기가 동일한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 셀 카트리지(600)는 소정 거리 이격된 채 서로 마주 보는 한 쌍의 수직프레임(610)과, 상기 한 쌍의 수직프레임(610) 상단부와 하단부를 각각 연결하는 한 쌍의 수평프레임(620)을 포함하고, 상기 수직프레임(610)에는, 일측 방향을 향해 제1 결합구(611)와 제2 결합구(612)가 소정거리 이격된 채 구비되되, 상기 제1 결합구(611)와 제2 결합구(612)는 상기 한 쌍의 수직프레임(610)에서 서로 대각방향에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 결합구(611)는, 상기 수직프레임(610)의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 제1 결합용 돌기(611(a))와, 상기 제1 결합용 돌기(611(a)) 외측면에 소정 깊이 함몰된 제1 결합용 밀착홈(611(b))이 형성되고, 상기 제2 결합구(612)는, 상기 수직프레임(610)의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 상태로 상기 제1 결합용 밀착홈(611(b))에 안착되는 제2 결합용 돌기(612(a))와, 상기 제1 결합용 돌기(611(a))를 수용하는 제2 결합용 삽입홈(612(b))으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제1 결합용 돌기(611(a))와 제2 결합용 삽입홈(612(b)), 및 제1 결합용 밀착홈(611(b))과 제2 결합용 돌기(612(a))는 각각 외형이 동일한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 한 쌍의 수평프레임(620) 중에서 상대적으로 아래에 위치하는 수평프레임(620)에는, 일측 방향을 향해 소정 거리 이격된 채 제3 결합구(621)와 제4 결합구(622)가 구비되되, 상기 제3 결합구(621)는, 상기 수평프레임(620)의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 제3 결합용 돌기(621(a))와, 상기 제3 결합용 돌기(621(a)) 외측면에 소정 깊이 함몰된 제3 결합용 밀착홈(621(b))이 형성되고, 상기 제4 결합구(622)는, 상기 수평프레임(620)의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 상태로 상기 제3 결합용 밀착홈(621(b))에 안착되는 제4 결합용 돌기(622(a))와, 상기 제3 결합용 돌기(621(a))를 수용하는 제4 결합용 삽입홈(622(b))으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 한 쌍의 수직프레임(610) 상단부와 수평프레임(620)이 만나는 모서리 부근에는 상부를 향해 소정 높이 연장된 한 쌍의 제2 체결구(630)가 더 구비되며, 상기 제2 체결구(630)에는 체결봉(800)이 관통할 수 있도록 수평 방향으로 제2 체결홀(631)이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 체결구(630)에는, 제2 체결홀(631)의 외경을 따라 소정 길이 외측으로 연장된 제5 결합용 돌기(632)가 일측에 형성되고, 타측에는 상기 제5 결합용 돌기(632)를 수용할 수 있도록 상기 제2 체결홀(631) 외측에 단차부(633)가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 제2 체결구(630)에는, 수직 방향으로 제3 체결홀(634)이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 상기 하나의 셀 카트리지(600)에는 2개의 전지셀(700)이 수납되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 엔드 플레이트(400), 전지셀(700), 셀 카트리지(600), 전지셀(700), 전지셀(700), 셀 카트리지(600), 전지셀(700) 및 엔드 플레이트(400) 순으로 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에서, 엔드 플레이트(400), 절연시트(500), 전지셀(700), 전지셀(700), 셀 카트리지(600), 전지셀(700), 전지셀(700), 셀 카트리지(600), 전지셀(700), 전지셀(700), 절연시트(500) 및 엔드 플레이트(400) 순으로 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 팩은, 전술한 전지 모듈이 수납된 전지 팩으로서, 상기 전지 팩은, 하부 하우징(100), 및 상기 하부 하우징(100) 상부에 결합되는 상부 하우징(200)을 포함하되, 상기 상부 하우징(200) 내면에는 상기 셀 카트리지(600)의 제3 체결홀(634)에 삽입되어 셀 카트리지(600)를 고정하기 위한 체결 돌기(210)가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지 팩은, 전술한 전지 모듈이 수납된 것을 특징으로 한다.
본원발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합할 수 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈에 의하면, 한 종류의 셀 카트리지만을 사용하기 때문에 셀 카트리지 제조 비용을 줄일 수 있고, 또 셀 카트리지 적층 시 적층 순서에 구애받지 않아 조립 시간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 전지 모듈에 의하면, 셀 카트리지의 가장 자리에 복수개의 결합구가 구비되어 있어 셀 카트리지 간의 결합력이 향상된다는 이점이 있다.
게다가 본 발명에 따른 전지 팩에 의하면, 상부 하우징 내측면의 체결돌기와 셀 카트리지 상단의 제2 체결홀이 강재 압입식으로 고정되기 때문에 전지 모듈의 유동을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전지 팩의 조립이 간편하다는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 셀 카트리지들의 적층 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지 팩의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전지 팩의 분해 사시도이다.
도 4(a)는 본 발명에 따른 하부 하우징과 이에 수납된 전지 모듈의 평면도이고, 도 4(b)는 상부 하우징의 저면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 셀 카트리지를 일측에서 바라본 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 셀 카트리지를 타측에서 바라본 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 셀 카트리지를 상측면에서 바라본 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 셀 카트리지의 상부 확대도이다.
도 11은 본 발명에 따른 절연시트와 엔드 플레이트의 사시도이다.
본 출원에서 "포함한", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 조립이 용이한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전지 팩의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 전지 팩의 분해 사시도, 그리고 도 4(a)는 본 발명에 따른 하부 하우징과 이에 수납된 전지 모듈의 평면도이고, 도 4(b)는 상부 하우징의 저면도이다.
이들 도 2 내지 4를 참조하면서 설명하면, 본 발명에 따른 전지 팩은 하부 하우징(100), 하부 하우징(100)에 결합하는 상부 하우징(200) 및 하부 하우징(100)에 연결된 채 상부 하우징(200)을 관통하여 외부로 돌출되어 전지 팩과 외부 기기를 전기적으로 연결하기 위한 출력단자(300)를 포함한다.
상기 하부 하우징(100)은 하나 이상의 전지 모듈, ICB 어셈블리, BMS 어셈블리를 포함할 수 있고, 전지 모듈은 복수의 전지 셀과 셀 카트리지를 포함하여 구성되는데 전지 모듈과 관련하여서는 후술하기로 한다.
한편, ICB 어셈블리는 내부에 ICB 버스바를 통해 하나 이상의 전지 모듈을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. BMS 어셈블리는 ICB 어셈블리의 상단에 결합하여 전지 팩을 보호하는 역할을 수행하는데, 이들 ICB 어셈블리와 BMS 어셈블리는 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상부 하우징(200)은 도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이, 하나 이상의 전지 모듈, ICB 어셈블리, BMS 어셈블리를 수납하고 있는 하부 하우징(100)의 상부에 결합된다. 상부 하우징(200)의 하면, 즉 상부 하우징(200)의 내측 저면에는 셀 카트리지(600)의 제3 체결홀(643)에 삽입되어 셀 카트리지(600)를 고정하기 위한 체결 돌기(210)가 복수개 구비되어 있다.
구체적으로, 하부 하우징(100)에 상부 하우징(200)을 결합시킬 시, 셀 카트리지(600)의 제3 체결홀(643)에 체결 돌기(210)가 위치할 수 있도록 대응되는 위치에 구비되며, 제3 체결홀(643)과 동일한 개수로 형성되는 것이 바람직하다.
상부 하우징(200)에 구비된 체결 돌기(210)들은 서로 동일한 형상일 수도 있고, 또 서로 다른 형상으로 이루어질 수도 있다. 체결 돌기(210)가 동일한 형상인 경우에는 제작 과정이 쉽다는 장점이 있고, 체결 돌기(210)가 서로 다른 형상일 시에는 각 체결 돌기(210)의 위치에 따른 결합력을 조절할 수 있는 장점이 있을 수 있다.
한편 체결 돌기(210)와 제3 체결홀(643)은 각각 돌기 형상과 홀의 형상일 수 있으나, 그 명칭에도 불구하고 체결 돌기(210)가 홀의 형상이고, 제3 체결홀(643)이 돌기 형상이어도 무방하다.
도 5 및 도6을 참조하면서, 하부 하우징(100)에 수합되어 있는 본 발명에 따른 전지 모듈에 관해서 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명에 따른 전지 모듈의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 전지 모듈은 하나 이상의 전지 셀(700)과 전지 셀(700)들을 내부에 수납하는 셀 카트리지(600)를 포함하는 단위 모듈들이 지면을 기준으로 수평 또는 수직으로 적층되어 있는 단위 모듈 적층체, 단위 모듈 적층체의 최외측에 위치하는 한 쌍의 절연시트(500) 및 한 쌍의 절연시트(500) 외측에 위치하는 한 쌍의 엔드 플레이트(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 전지 모듈은 엔드 플레이트(400), 절연시트(500), 전지 셀(700), 전지 셀(700), 셀 카트리지(600), 전지 셀(700), 전지 셀(700), 셀 카트리지(600), 전지 셀(700), 전지 셀(700), 절연시트(500) 및 엔드 플레이트(400) 순으로 적층될 수 있다.
한편, 전지 셀(700)은 전극 조립체, 전극 조립체에서 돌출되어 있는 전극 리드 및 케이스를 포함할 수 있다.
전극 조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기와 같은 전극 조립체는 케이스에 내장되며, 케이스는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴레이트, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
전극 리드는 전극 조립체의 전극 탭들이 전기적으로 연결되어 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어질 수 있고, 상기 전극 탭이 없는 상태에서 전극 리드가 직접 전극 조립체와 케이스 외부를 연결하는 구조일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기와 같은 전지 셀은 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같은 전지 셀(700)은 셀 카트리지(600)를 통해 복수개가 적층될 수 있으며, 셀 카트리지(600)는 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다.
도 7은 본 발명에 따른 셀 카트리지를 일측에서 바라본 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 셀 카트리지를 타측에서 바라본 사시도이다.
본 발명에 따른 전지 모듈에서 상기 셀 카트리지(600)는 외형과 크기가 동일할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 셀 카트리지(600) 각각은 소정 거리 이격된 채 서로 마주 보는 한 쌍의 수직프레임(610), 한 쌍의 수직프레임(610) 상단부와 하단부를 각각 연결하는 한 쌍의 수평프레임(620) 및 한 쌍의 수직프레임(610) 상단부와 수평프레임(620)이 만나는 모서리 부근에는 상부를 향해 소정 높이 연장된 한 쌍의 제2 체결구(630)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 수직프레임(610)에 관해 보다 구체적으로 설명하면, 대략 평판 구조인 수직프레임(610)에는, 일측 방향을 향해 제1 결합구(611)와 제2 결합구(612)가 소정거리 이격된 채 구비되고, 제1 결합구(611)와 제2 결합구(612)는 한 쌍의 수직프레임(610)에서 서로 대각방향에 위치할 수 있다.
즉, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 셀 카트리지(600)는 대각선 방향으로 제1 결합구(611)와 제2 결합구(612)가 위치하여 동일한 종류의 셀 카트리지(600)가 서로 마주보고 결합할 수 있게 한다.
제1 결합구(611)는 수직프레임(610)의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 제1 결합용 돌기(611(a))와, 제1 결합용 돌기(611(a)) 외측면에 소정 깊이 함몰된 제1 결합용 밀착홈(611(b))이 형성되어 있다. 그리고 제2 결합구(612)는 수직프레임(610)의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 상태로 제1 결합용 밀착홈(611(b))에 안착되는 제2 결합용 돌기(612(a))와, 제1 결합용 돌기(611(a))를 수용하는 제2 결합용 삽입홈(612(b))으로 구성될 수 있다.
따라서 셀 카트리지(600)의 수직 및 수평프레임(610, 620)에 의해 형성되는 내측 공간부에 복수개의 전지 셀(700)을 수납시킨 후, 한 쌍의 셀 카트리지(600)를 서로 밀착하면, 제2 결합용 돌기(612(a))는 제1 결합용 밀착홈(611(b))에 안착되는 한편, 제1 결합용 돌기(611(a))는 제2 결합용 삽입홈(612(b))에 삽입됨으로써, 셀 카트리지(600)들의 상하좌우로의 움직임을 억제할 수 있는 단위 모듈 적층체가 얻어질 수 있다.
한편, 한 쌍의 수직프레임(610)과 아래에 위치하는 하나의 수평프레임(620)에는 내측으로 소정길이 연장된 제1 내측 연장부(613)와 제2 내측 연장부(623)가 각각 구비되어 있는데, 이들은 하나의 셀 카트리지(600)에 2개의 전지 셀(700)이 수납될 시, 전지 셀(700)들을 서로 구획하기 위한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 셀 카트리지를 상측면에서 바라본 사시도이다. 셀 카트리지(600)의 결합력을 향상시키기 위해, 수평프레임(620)에는 제3 결합구(621)와 제4 결합구(622)가 추가로 구비될 수 있다. 구체적으로, 이들 제3 결합구(621)와 제4 결합구(622)는 한 쌍의 수평프레임(620) 중에서 상대적으로 아래에 위치하는 수평프레임(620)에 위치하며, 제3 결합구(621)와 제4 결합구(622)는 일측 방향, 보다 상세하게는 제1 결합구(611)와 제2 결합구(612)의 돌출방향과 동일한 방향으로 돌출하고 있으며, 서로 소정 거리 이격된 채 위치하고 있다.
여기서, 제3 결합구(621)는 수평프레임(620)의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 제3 결합용 돌기(621(a))와, 제3 결합용 돌기(621(a)) 외측면에 소정 깊이 함몰된 제3 결합용 밀착홈(621(b))이 형성되어 있다. 그리고 제4 결합구(622)는 수평프레임(620)의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 상태로 제3 결합용 밀착홈(621(b))에 안착되는 제4 결합용 돌기(622(a))와, 제3 결합용 돌기(621(a))를 수용하는 제4 결합용 삽입홈(622(b))으로 구성되어 있으며, 이들은 전술한 제1 결합구(611) 및 제2 결합구(612)와 외형 및 결합구조가 동일하므로, 추가적인 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명에 따른 셀 카트리지의 상부 확대도이다. 본 발명에 따른 셀 카트리지(600)에서 한 쌍의 제2 체결구(630)는 한 쌍의 수직프레임(610) 상단부와 수평프레임(620)이 만나는 모서리 부근에 위치하며, 상단부의 수평프레임(620)보다 상부로 돌출되어 있다.
한 쌍의 제2 체결구(630)는 셀 카트리지(600) 전후방에 전지 셀(700), 절연시트(500) 및 엔드 플레이트(400)를 적층시킨 상태에서 이들을 서로 고정하기 위한 것이다.
구체적으로, 제2 체결구(630)는 제2 체결홀(631), 제5 결합용 돌기(632), 단차부(633) 및 제3 체결홀(634)을 포함하여 구성될 수 있다.
제2 체결홀(631)은 체결봉(800)이 관통하는 공간을 제공하며, 셀 카트리지(600)의 전방과 후방에 해당되는 수평방향으로 형성되어 있다.
제5 결합용 돌기(632)와 단차부(633)는 한 쌍의 셀 카트리지(600)들이밀착할 때, 서로 간의 결합력을 높이기 위한 것으로, 제5 결합용 돌기(632)는 제2 체결홀(631)의 외경을 따라 소정 길이 외측으로 연장되어 있는 반면, 단차부(633)는 제5 결합용 돌기(632)가 형성된 반대측의 제2 체결홀(631) 외측에 형성되어 있다. 물론, 단차부(633)는 체결봉(800)을 방해하지 않도록 제2 체결홀(631) 보다 내경이 크다.
한편, 제5 결합용 돌기(632)와 단차부(633)는 한 쌍의 제2 체결구(630)에서 서로 반대 방향에 위치한다. 즉, 어느 하나의 제2 체결구(630)에서 제5 결합용 돌기(632)가 전방을 향하고 단차부(633)가 후방을 향하도록 형성될 경우, 나머지 하나의 제2 체결구(630)에는 제5 결합용 돌기(632)는 후방 그리고 단차부(633)는 전방을 향하고 있다.
따라서 한 쌍의 셀 카트리지(600)가 밀착하면, 어느 하나의 셀 카트리지(600)에 형성된 제5 결합용 돌기(632)는 마주 보면서 결합되는 나머지 하나의 셀 카트리지(600)의 제2 체결홀(631)에 삽입된다.
제3 체결홀(634)은 전술한 바와 같이, 상부 하우징(200)의 체결돌기(210)를 수용하기 위한 것으로(도 4 및 9 참조), 제2 체결구(630) 상단, 즉 제2 체결구(630)에 수직방향으로 형성되어 있다.
계속해서, 엔드 플레이트와 절연시트에 관해 설명하기로 한다. 도 11은 본 발명에 따른 엔드 플레이트와 절연시트의 사시도이다.
먼저 엔드 플레이트(400)를 설명하면, 전지 모듈의 양측 최외곽부에 위치하는 대략 평판 구조로서, 제1 융기부(410), 제2 융기부(420), 제3 융기부(430), 양면테이프(440), 수평 굴곡부(450), 수직 굴곡부(460) 및 제1 체결구(470)를 포함하여 구성된다.
제1 융기부(410)는 엔드 플레이트(400)의 상부 엣지 인근에 1개씩 구비되어 있으며, 절연시트(500)와 밀착시 움직임을 최소화할 수 있다.
즉, 제1 융기부(410)는 절연시트(500)가 위치하는 방향으로 돌출하면서 하부에는 턱을 형성하고 있는 형태로 구성되어 있다.
제2 융기부(420)는 수평방향으로 소정 길이를 갖는 긴 바(bar) 형상으로 한 쌍의 제1 융기부(410) 사이에 위치하며, 제1 융기부(410)와 마찬가지로 절연시트(500)가 위치하는 방향으로 융기하도록 형성된다.
한 쌍으로 이루어진 제3 융기부(430)는 엔드 플레이트(400)의 측부 가장자리를 따라 형성될 수 있고, 예를 들어 엔드 플레이트(400)의 수직 가장자리와 수평 가장자리가 만나는 각 모서리부 인근에 'ㄴ'자 모양으로 형성될 수 있다.
양면테이프(440)는 제2 융기부(420) 인근, 일 예로 제2 융기부(420) 상부에 위치하여 절연시트(500)와의 밀착력을 향상시킨다.
복수개의 수평 굴곡부(450)와 수직 굴곡부(460)는 표면적 증가를 통해 방열효과를 높이는 한편, 좌우 및 상하부 충격시 전지 모듈의 변형을 방지하기 위한 것이다.
제1 체결구(470)는 상부 가장자리 양측에 마련되어 있으며, 체결봉(800)이 관통할 수 있도록 제1 체결홀(471)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 체결구(470)는 절연시트(500)의 상부 가장자리보다 상부로 더 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.
절연시트(500)는 한 쌍의 엔드 플레이트(400) 내측면에 각각 1개씩이 위치하는 대략 평판 구조로서, 일측면은 엔드 플레이트(400)와 밀착하고 타측면은 전지 셀(700)과 접한다.
구체적으로, 절연시트(500)는 제1 수용부(510), 제2 수용부(520) 및 제3 수용부(330)를 포함하여 구성되며, 제1 수용부(510)는 엔드 플레이트(400)의 제1 융기부(410), 제2 수용부(520)는 엔드 플레이트(400)의 제2 융기부(420) 그리고 제3 수용부(330)는 엔드 플레이트(400)의 제3 융기부(430)를 수용한다.
따라서 엔드 플레이트(400)와 절연시트(500)가 밀착시, 상부 가장자리뿐만 아니라 측부 가장자리도 확실하게 밀착될 수 있어, 이들 결합력이 향상될 수 있다.
여기서, 절연시트(500)의 제1 수용부(510), 제2 수용부(520) 및 제3 수용부(330) 각각은 엔드 플레이트(400)의 제1 융기부(410), 제2 융기부(420) 및 제3 수용부(330)와 동일한 형상이고, 비록 수용부라고 표현하고 있으나 융기부를 수용하는 공간에 해당되므로 융기된 상태이다.
한편, 절연시트(500)의 제1 수용부(510), 제2 수용부(520) 및 제3 수용부(330)에 의해 형성되는 공간부에는 전지 셀(700)이 안착될 수 있다.
즉, 'ㄴ'자 모양으로 형성된 한 쌍의 제3 수용부(330)에 의해 전지 셀(700)의 3개 모서리부가 지지되며, 또 한 쌍의 제1 수용부(510)와 제2 수용부(520)에 의해 나머지 하나의 모서리가 지지될 수 있다.
종래에는 전지 셀(700)을 장착하기 위해 셀 카트리지를 필요로 하였지만, 본 발명에 따른 전지 모듈에서는 절연시트(500)의 수용부들을 통해 전지 셀(700)을 추가로 장착하는 것이 가능하기 때문에 에너지 밀도를 높일 수 있다는 이점이 있다.
한편, 체결봉(800)은 엔드 플레이트(400)의 제1 체결홀(471)과 셀 카트리지(600)의 제2 체결홀(631)을 관통한 뒤 고정된다.
상기와 같은 구성을 갖는 전지 팩은 각종 디바이스, 예를 들어 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
10 : 제1 카트리지
20 : 제2 카트리지
100 : 하부 하우징
200 : 상부 하우징
210 : 체결돌기
300 : 출력단자
400 : 엔드 플레이트
410 : 제1 융기부
420 : 제2 융기부
430 : 제3 융기부
440 : 양면테이프
450 : 수평 굴곡부
460 : 수직 굴곡부
470 : 제1 체결구 471 : 제1 체결홀
500 : 절연시트
510 : 제1 수용부
520 : 제2 수용부
530 : 제3 수용부
600 : 셀 카트리지
610 : 수직프레임
611 : 제1 결합구
611(a) : 제1 결합용 돌기 611(b) : 제1 결합용 밀착홈
612 : 제2 결합구
612(a) : 제2 결합용 돌기 612(b) : 제2 결합용 삽입홈
613 : 제1 내측 연장부
620 : 수평프레임
621 : 제3 결합구
621(a) : 제3 결합용 돌기 621(b) : 제3 결합용 밀착홈
622 : 제4 결합구
622(a) : 제4 결합용 돌기 622(b) : 제4 결합용 삽입홈
623 : 제2 내측 연장부
630 : 제2 체결구
631 : 제2 체결홀 632 : 제5 결합용 돌기
633 : 단차부 634 : 제3 체결홀
700 : 전지 셀
800 : 체결봉

Claims (13)

  1. 복수의 전지셀; 및
    상기 전지셀을 수납하며, 서로 인접하여 위치하는 한 쌍의 셀 카트리지를 포함하되,
    상기 한 쌍의 셀 카트리지는 외형과 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 카트리지는 소정 거리 이격된 채 서로 마주 보는 한 쌍의 수직프레임과, 상기 한 쌍의 수직프레임 상단부와 하단부를 각각 연결하는 한 쌍의 수평프레임을 포함하고,
    상기 수직프레임에는, 일측 방향을 향해 제1 결합구와 제2 결합구가 소정거리 이격된 채 구비되되, 상기 제1 결합구와 제2 결합구는 상기 한 쌍의 수직프레임에서 서로 대각방향에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 결합구는, 상기 수직프레임의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 제1 결합용 돌기와, 상기 제1 결합용 돌기 외측면에 소정 깊이 함몰된 제1 결합용 밀착홈이 형성되고,
    상기 제2 결합구는, 상기 수직프레임의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 상태로 상기 제1 결합용 밀착홈에 안착되는 제2 결합용 돌기와, 상기 제1 결합용 돌기를 수용하는 제2 결합용 삽입홈으로 구성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 결합용 돌기와 제2 결합용 삽입홈, 및 제1 결합용 밀착홈과 제2 결합용 돌기는 각각 외형이 동일한 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 수평프레임 중에서 상대적으로 아래에 위치하는 수평프레임에는, 일측 방향을 향해 소정 거리 이격된 채 제3 결합구와 제4 결합구가 구비되되,
    상기 제3 결합구는, 상기 수평프레임의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 제3 결합용 돌기와, 상기 제3 결합용 돌기 외측면에 소정 깊이 함몰된 제3 결합용 밀착홈이 형성되고,
    상기 제4 결합구는, 상기 수평프레임의 가장 자리보다 소정 길이 돌출한 상태로 상기 제3 결합용 밀착홈에 안착되는 제4 결합용 돌기와, 상기 제3 결합용 돌기를 수용하는 제4 결합용 삽입홈으로 구성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 수직프레임 상단부와 수평프레임이 만나는 모서리 부근에는 상부를 향해 소정 높이 연장된 한 쌍의 제2 체결구가 더 구비되며, 상기 제2 체결구에는 체결봉이 관통할 수 있도록 수평 방향으로 제2 체결홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 체결구에는, 제2 체결홀의 외경을 따라 소정 길이 외측으로 연장된 제5 결합용 돌기가 일측에 형성되고, 타측에는 상기 제5 결합용 돌기를 수용할 수 있도록 상기 제2 체결홀 외측에 단차부가 구비된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 체결구에는, 수직 방향으로 제3 체결홀이 더 구비된 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하나의 셀 카트리지에는 2개의 전지셀이 수납되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    엔드 플레이트, 전지셀, 셀 카트리지, 전지셀, 전지셀, 셀 카트리지, 전지셀 및 엔드 플레이트 순으로 적층되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    엔드 플레이트, 절연시트, 전지셀, 전지셀, 셀 카트리지, 전지셀, 전지셀, 셀 카트리지, 전지셀, 전지셀, 절연시트 및 엔드 플레이트 순으로 적층되는 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
  12. 제8항에 기재된 전지 모듈이 수납된 전지 팩으로서,
    상기 전지 팩은, 하부 하우징, 및 상기 하부 하우징 상부에 결합되는 상부 하우징을 포함하되,
    상기 상부 하우징 내면에는 상기 셀 카트리지의 제3 체결홀에 삽입되어 셀 카트리지를 고정하기 위한 체결 돌기가 구비된 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈이 수납된 전지 팩.
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