KR20210133541A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20210133541A
KR20210133541A KR1020200052264A KR20200052264A KR20210133541A KR 20210133541 A KR20210133541 A KR 20210133541A KR 1020200052264 A KR1020200052264 A KR 1020200052264A KR 20200052264 A KR20200052264 A KR 20200052264A KR 20210133541 A KR20210133541 A KR 20210133541A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
cell stack
frame
battery cell
module
Prior art date
Application number
KR1020200052264A
Other languages
English (en)
Inventor
이창훈
성준엽
방석준
김민섭
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020200052264A priority Critical patent/KR20210133541A/ko
Priority to CN202180005436.8A priority patent/CN114424390B/zh
Priority to DE202021004343.8U priority patent/DE202021004343U1/de
Priority to EP21797487.2A priority patent/EP4009428A4/en
Priority to JP2022513967A priority patent/JP7374302B2/ja
Priority to PCT/KR2021/003029 priority patent/WO2021221306A1/ko
Priority to US17/638,311 priority patent/US20220302540A1/en
Publication of KR20210133541A publication Critical patent/KR20210133541A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H01M50/26—Assemblies sealed to each other in a non-detachable manner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H01M50/264—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks for cells or batteries, e.g. straps, tie rods or peripheral frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮는 버스바 프레임, 및 상기 버스바 프레임을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 하부 및 양측면을 덮는 하부 프레임과, 상기 전지셀 적층체의 상부를 덮는 상부 플레이트를 포함하며, 상기 상부 플레이트와 결합하는 상기 하부 프레임의 모서리에는 적어도 하나의 조립 가이드부가 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 조립성이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지 셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 프레임 부재를 포함할 수 있다.
도 1은 종래의 모듈 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 xz평면을 따라 자른 단면도를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 전지 모듈은 복수의 전지셀(11)이 적층되어 형성된 전지셀 적층체(12)를 덮도록 전면과 후면이 개방된 모듈 프레임(10) 및 모듈 프레임(10)의 전면과 후면을 덮는 엔드 플레이트(20)를 포함할 수 있다. 모듈 프레임(10)은 U자형 프레임(10a)과 U자형 프레임(10a)의 개방된 상부를 덮는 상부 플레이트(10b)를 포함할 수 있다. U자형 프레임(10a)은 전지셀 적층체(12)의 하면을 덮는 바닥부(10a1)와, 바닥부(10a1) 양측에서 상향 돌출된 구조인 2개의 측면부(10a2)를 포함할 수 있다. 엔드 플레이트(20)는 모듈 프레임(10)의 일측을 덮는 전면 플레이트(20a)와 모듈 프레임(10)의 다른 일측을 덮는 후면 플레이트(20b)를 포함할 수 있다.
이러한 전지 모듈을 형성하기 위해, 전지셀 적층체(12)가 모듈 프레임(10) 내부에 장착된 상태에서, 모듈 프레임(10)의 U자형 프레임(10a)과 상부 플레이트(10b)를 결합하기 위해 용접 등을 할 수 있다. 이때, U자형 프레임(10a) 위에 상부 플레이트(10b)가 얹어지는 조립 과정에서 조립 불량이 발생할 수 있다. 특히, 상부 플레이트(10b)와 U자형 프레임(10a)의 측면부 사이에 용접부(WP) 형성 시, 조립 정렬을 위한 가이드가 부재하여 불량이 발생할 수 있다. 특히, 도 2에 도시한 바와 같이, 전지셀(11)의 두께 공차로 인해 U자형 프레임(10a)의 측면부(10a2)가 벌어져 조립 불량 발생 가능성이 크다.
따라서, 종래 기술의 이러한 문제를 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 조립성이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임, 상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮는 버스바 프레임, 및 상기 버스바 프레임을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 하부 및 양측면을 덮는 하부 프레임과, 상기 전지셀 적층체의 상부를 덮는 상부 플레이트를 포함하며, 상기 상부 플레이트와 결합하는 상기 하부 프레임의 모서리에는 적어도 하나의 조립 가이드부가 형성된다.
상기 하부 프레임은 상기 전지셀 적층체의 하부를 받치는 바닥부와, 상기 바닥부의 양단부에서 상향 연장된 2개의 측면부를 포함하고, 상기 조립 가이드부는 상기 측면부 상단 모서리에 형성될 수 있다.
상기 조립 가이드부는, 일 방향으로 돌출된 돌기 형상의 지지부를 포함할 수 있다.
상기 상부 플레이트에는 상기 조립 가이드부의 지지부가 조립되는 홈부가 형성될 수 있다.
상기 측면부의 폭은 상기 지지부의 폭보다 넓을 수 있다.
상기 홈부는 상기 상부 플레이트의 가장자리 일측 모서리가 개방된 구조를 가질 수 있다.
상기 지지부는 상기 측면부의 수평 방향으로의 가장자리 일측에 형성될 수 있다.
상기 지지부는 벤딩부를 포함할 수 있다.
상기 벤딩부는 상기 지지부가 돌출된 방향에서 구부러져 상기 측면부와 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩은, 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다.
실시예들에 따르면, 모듈 프레임에 슬롯형 조립 가이드 구조를 형성함으로써, 모듈 프레임 조립 시 오정렬이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 조립성 개선을 통해 모듈 프레임 용접 결합 시 용접 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 모듈 프레임을 갖는 전지 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 xz 평면을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함된 하부 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 상부 플레이트를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서, 상부 플레이트와 하부 프레임의 조립부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서, 상부 플레이트와 하부 프레임의 조립부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서, 상부 플레이트와 하부 프레임의 조립부를 나타내는 부분 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 프레임(200), 전지셀 적층체(100)의 전후면에 형성된 버스바 프레임(400), 및 전지셀 적층체(100) 기준으로 버스바 프레임(400)의 외측을 커버하는 엔드 플레이트(600)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수개의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다. 복수개의 전지셀(110)은 각각 전극 조립체, 셀 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
버스바 프레임(400)에는 버스바(411) 및 커넥터(500)가 장착될 수 있다. 커넥터(500)는 버스바 프레임(400)에 장착된 버스바들 또는 써미스터로부터 전압 및 온도를 센싱하여 BMS(Battery Management System)에 전달할 수 있다. 전지셀 적층체(100) 전후면에 형성된 버스바 프레임(400) 중 전지셀 적층체(100)의 전면에 위치하는 버스바 프레임(400)에는 제1 커넥터(510)가 형성되고, 전지셀 적층체(100)의 후면에 위치하는 버스바 프레임(400)에는 제2 커넥터(520)가 형성될 수 있다.
종래에는 전지셀 적층체(100)의 전후면에 형성된 두 버스바 프레임 중 하나의 버스바 프레임 부분에만 커넥터가 형성되고, 커넥터가 형성되지 않은 버스바 프레임 부분은 연성평판케이블을 통해 전지셀 적층체 기준 반대편에 위치한 커넥터로 전압 및 온도 센싱 정보를 전달하였다. 이때 연성평판케이블이 전지셀 적층체의 상측에 위치함으로써 연성평판케이블을 조립하는 공정 및 연성평판케이블을 통한 연결에 문제가 없는지 확인하는 공정이 별도로 필요하였다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지셀 적층체(100)의 전후면에 형성된 버스바 프레임(400) 각각의 일측에 제1,2 커넥터(510, 520)가 별도로 형성됨으로써, 연성평판케이블을 별도로 조립할 필요 없이 각 버스바 프레임(400)에 형성된 커넥터를 통해 센싱된 전압 및 온도를 양방향으로 BMS로 전송할 수 있다. 이를 통해 전지 모듈의 제조 원가를 절감할 수 있고 전지 모듈 구조가 단순화될 수 있다. 또한 연성평판케이블의 조립 공정 및 연결 불량 확인 공정이 삭제되어 전지 모듈 제조 공정이 단순화될 수 있다.
모듈 프레임(200) 내에 전지셀 적층체(100)가 배치된다. 본 실시예에 따르면, 모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(100)의 하면 및 양측면을 커버하는 하부 프레임(210), 전지셀 적층체(100)의 상면을 커버하는 상부 플레이트(220)를 포함할 수 있다.
전지셀 적층체(100)의 전후면에 버스바 프레임(400)이 장착된 상태에서 전지셀 적층체(100)를 하부 프레임(210)에 배치할 수 있다. 이후, 전지셀 적층체(100)의 상부를 덮도록 상부 플레이트(220)를 조립할 수 있다. 이때, 상부 플레이트(220)와 하부 프레임(210)의 고정을 통해 전지셀 적층체(100)가 모듈 프레임(200) 내에서 안정적으로 배치될 수 있도록 한다.
전지셀 적층체(100)를 수납하는 모듈 프레임(200)의 하부 프레임(210)은 U자형 프레임일 수 있다. U자형 프레임(210)은 바닥부(210a) 및 바닥부(210a)의 양 단부에서 상향 연장된 2개의 측면부(210b)를 포함할 수 있다. 바닥부(210a)는 전지셀 적층체(100)의 하면(z축 반대 방향)을 커버할 수 있고, 측면부(210b)는 전지셀 적층체(100)의 양 측면(x축 방향과 그 반대 방향)을 커버할 수 있다.
상부 플레이트(220)는 U자형 프레임(210)에 의해 감싸지는 상기 하면 및 상기 양 측면을 제외한 나머지 상면(z축 방향)을 감싸는 하나의 판상형 구조로 형성될 수 있다. 상부 플레이트(220)와 U자형 프레임(210)은 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등에 의해 결합됨으로써, 전지셀 적층체(100)를 상하좌우로 커버하는 구조를 형성할 수 있다. 상부 플레이트(220)와 U자형 프레임(210)을 통해 전지셀 적층체(100)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 상부 플레이트(220)와 U자형 프레임(210)은 소정의 강도를 갖는 금속 재질을 포함할 수 있다.
앞서 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한 바와 같이, 전지셀 적층체(100)가 모듈 프레임(200) 내부에 장착된 상태에서, 모듈 프레임(200)의 U자형 프레임(210)과 상부 플레이트(220)를 결합하기 위해 용접 등을 할 수 있다. 이때, 용접부를 형성하기 위해서는 U자형 프레임(210)의 측면부(210b)와 상부 플레이트(220)의 접합면들이 서로 대응하여 위치하도록 U자형 프레임(210)과 상부 플레이트(220)를 고정시킬 필요가 있다. 다만 U자형 프레임(210)과 상부 플레이트(220)가 서로 면밀하게 대응하도록 고정하는 것에 한계가 있고, 이로 인해 상기 용접이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 용접을 위해 레이저 용접을 실시할 수 있는데, 용접 과정에서 관통된 레이저 자체나 용접 스패터(weld spatter)들로 인해 전지셀들을 비롯한 내부 부품에 손상이 가해질 수 있다. 이때, U자형 프레임(210) 위에 상부 플레이트(220)가 얹어지는 조립 과정에서 조립 불량이 발생하면, 용접 라인 역시 오정렬되어 용접 불량이 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 용접 스패터가 훨씬 많이 전지셀들이 위치하는 전지 모듈 내부로 유입되므로 더 큰 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 줄이기 위해 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 슬롯형 조립 가이드 구조를 갖는 하부 프레임을 포함함으로써, 하부 프레임과 상부 플레이트의 조립성을 개선하고, 이에 따라 용접 불량도 방지할 수 있다. 이에 대해, 도 4 내지 도 6을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함된 하부 프레임을 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 3의 전지 모듈에 포함된 상부 플레이트를 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에서, 상부 플레이트와 하부 프레임의 조립부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 U자형 프레임(210)의 측면부(210b) 상단 모서리에는 조립 가이드부(210G)가 형성될 수 있다. 조립 가이드부(210G)는, U자형 프레임(210)의 측면부(210b) 상단 모서리에 적어도 하나 형성될 수 있다. 복수개의 조립 가이드부(210G)는 일정한 간격을 가지면서 서로 이격되어 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 조립 가이드부(210G)는, z축 방향으로 돌출된 돌기 형상의 지지부(210P)를 포함할 수 있다.
도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 상부 플레이트(220)에는 U자형 프레임(210)에 형성된 조립 가이드부(210G)에 대응하는 홈부(220S)가 형성될 수 있다. 홈부(220S)는, U자형 프레임(210)의 조립 가이드부(210G)가 상부 플레이트(220)와 조립될 수 있도록 상부 플레이트(220)의 양 모서리에 인접한 부분에서 상부 플레이트(220)를 z축 방향으로 관통하는 구조를 가질 수 있다. 홈부(220S)는, 조립 가이드부(210G)의 지지부(210P)에 대응하는 모양으로 형성될 수 있으며, 직사각형, 원형 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 하부 프레임(210)의 측면부(210b)에 형성된 지지부(210P)가 상부 플레이트(220)에 형성된 홈부(220S)에 삽입될 수 있다. 측면부(210b)와 상부 플레이트(220)의 일측면이 일치한 상태에서 조립이 되도록 x축 방향을 따라 정의되는 지지부(210P)의 폭은, x축 방향을 따라 정의되는 하부 프레임(210)의 측면부(210b)의 폭보다 좁을 수 있다. 본 명세서 상에서 사용되는 x축 방향은 도 3의 전지셀(110)이 적층되는 방향과 동일할 수 있고, y축 방향은 전지셀(110)이 적층되는 방향과 수직할 수 있으며, z축 방향은 xy평면에 수직할 수 있다.
본 실시예에 따르면, x축 방향 및 y축 방향으로의 위치 고정을 함으로써, 조립성을 향상시킬 뿐만 아니라 전지 모듈의 내구성도 향상시킬 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 적층체(100)와 같이 적층되는 전지셀(110)의 개수가 도 2에 도시된 전지셀 적층체(12)에서의 전지셀(11) 개수보다 많아지는 대면적 모듈의 경우, 전지 모듈의 수평 방향 길이가 길어지게 된다. 대면적 모듈에서는 전지 모듈의 수평 방향 길이가 길어진 구조이므로, 중심 부위에서의 하중이 커서 휨 변형 가능성이 높아진다. 여기서, 수평 방향 길이란, 전지셀이 적층된 방향으로의 길이를 의미할 수 있다. 상기 휨 변형에 의해 U자형 프레임(210)과 상부 플레이트(220)의 결합 구조가 전지 모듈 사용 조건에 따라 틀어질 수 있으나, 본 실시예에 따르면, x축 방향 및 y축 방향의 양 방향으로의 강한 위치 고정에 의해 U자형 프레임(210)과 상부 플레이트(220)의 결합 유지력을 향상시킬 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈은, 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(600)를 더 포함할 수 있다. 앞에서 설명한 모듈 프레임(200)을 통해 내부에 배치된 전지셀 적층체(100)를 물리적으로 보호할 수 있다. 엔드 플레이트(600)는 전지셀 적층체(100)의 전면(y축 반대 방향) 및 후면(y축 방향)에 위치할 수 있다. 이러한 엔드 플레이트(600)는 전지셀 적층체(100)를 커버하도록 형성되어, 외부의 충격으로부터 전지셀 적층체(100) 및 기타 전장품을 물리적으로 보호할 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 전지셀 적층체(100)와 엔드 플레이트(600) 사이에는 버스바(411)가 장착되는 버스바 프레임(400) 및 전기적 절연을 위한 절연 커버 등이 위치할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서, 상부 플레이트와 하부 프레임의 조립부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 7을 참고하면, 하부 프레임의 측면부(210b')를 부분 가공하여 yz평면상으로 자른 단면이 L자형인 측면부(210b')를 형성할 수 있다. 측면부(210b')는, 조립 가이드부로서, 측면부(210b') 상단 모서리에 형성된 돌기 형상의 지지부(210P')를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 상부 플레이트(220')에는 y축 방향으로의 일측에 홈부(220S')가 형성되며, 홈부(220S')는 y축 방향으로의 일측부가 개방된 구조를 가질 수 있다. 다시 말해, 홈부(220S')는 상부 플레이트(220')의 가장자리 일측 모서리가 개방될 수 있다.
본 실시예에 따른 지지부(210P')는 y축 방향으로의 측면부(210b') 일측에 형성될 수 있으며, y축 방향의 반대 방향으로 측면부(210b')를 이동하면서 지지부(220P')가 상부 플레이트(220')의 홈부(220S')에 조립되도록 할 수 있다. 이때, 측면부(210b')와 상부 플레이트(220')의 일측면이 일치한 상태에서 조립이 될 수 있다. 다시 말해, 지지부(210P')는 측면부(210b')의 수평 방향으로의 가장자리 일측에 형성될 수 있다. 여기서, 수평 방향이란, y축 방향과 동일할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈에서, 상부 플레이트와 하부 프레임의 조립부를 나타내는 부분 사시도이다.
도 8의 실시예는 도 7의 실시예와 대부분 동일하고 이하에서는 차이가 있는ㅇ 부분에 대해서만 설명하기로 한다. 하기 차이점을 제외하고 도 7의 실시예에서 설명한 내용은 본 실시예에 모두 적용 가능하다.
도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 하부 프레임의 측면부(210b')는 굽힘 가공을 통해 벤딩부(210B)를 갖는 지지부(210P'')를 포함할 수 있다. 벤딩부(210B)는 지지부(210P'')가 돌출된 방향에서 구부러져 측면부(210b')와 연결될 수 있다. 측면부(210b'')는, 조립 가이드부로서, 측면부(210b'') 상단 모서리에 형성된 돌기 형상의 지지부(210P'')를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 상부 플레이트(220')에는 y축 방향으로의 일측에 홈부(220S')가 형성되며, 홈부(220S')는 y축 방향으로의 일측부가 개방된 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 지지부(210P'')는 y축 방향으로의 측면부(210b'') 일측에 형성될 수 있으며, y축 방향의 반대 방향으로 측면부(210b'')를 이동하면서 지지부(220P'')가 상부 플레이트(220')의 홈부(220S')에 조립되도록 할 수 있다. 이때, 측면부(210b'')와 상부 플레이트(220')의 일측면이 일치한 상태에서 조립이 될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다. 전지팩은, 하나 이상의 전지 모듈이 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 형성될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
200: 모듈 프레임
210: 하부 프레임
210G: 조립 가이드부
210P: 지지부
220: 상부 플레이트
220S: 홈부

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체,
    상기 전지셀 적층체를 감싸는 모듈 프레임,
    상기 모듈 프레임으로부터 노출되는 상기 전지셀 적층체의 전후면을 덮는 버스바 프레임, 및
    상기 버스바 프레임을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 모듈 프레임은, 상기 전지셀 적층체의 하부 및 양측면을 덮는 하부 프레임과, 상기 전지셀 적층체의 상부를 덮는 상부 플레이트를 포함하며,
    상기 상부 플레이트와 결합하는 상기 하부 프레임의 모서리에는 적어도 하나의 조립 가이드부가 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 하부 프레임은 상기 전지셀 적층체의 하부를 받치는 바닥부와, 상기 바닥부의 양단부에서 상향 연장된 2개의 측면부를 포함하고,
    상기 조립 가이드부는 상기 측면부 상단 모서리에 형성되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 조립 가이드부는, 일 방향으로 돌출된 돌기 형상의 지지부를 포함하는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 상부 플레이트에는 상기 조립 가이드부의 지지부가 조립되는 홈부가 형성되는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 측면부의 폭은 상기 지지부의 폭보다 넓은 전지 모듈.
  6. 제4항에서,
    상기 홈부는 상기 상부 플레이트의 가장자리 일측 모서리가 개방된 구조를 갖는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 지지부는 상기 측면부의 수평 방향으로의 가장자리 일측에 형성되는 전지 모듈.
  8. 제6항에서,
    상기 지지부는 벤딩부를 포함하는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 벤딩부는 상기 지지부가 돌출된 방향에서 구부러져 상기 측면부와 연결되는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
KR1020200052264A 2020-04-29 2020-04-29 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 KR20210133541A (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200052264A KR20210133541A (ko) 2020-04-29 2020-04-29 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
CN202180005436.8A CN114424390B (zh) 2020-04-29 2021-03-11 电池模块及包括该电池模块的电池组
DE202021004343.8U DE202021004343U1 (de) 2020-04-29 2021-03-11 Batteriemodul und Batteriepack, das dieses Modul einschließt
EP21797487.2A EP4009428A4 (en) 2020-04-29 2021-03-11 BATTERY MODULE AND THIS COMPREHENSIVE BATTERY PACK
JP2022513967A JP7374302B2 (ja) 2020-04-29 2021-03-11 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
PCT/KR2021/003029 WO2021221306A1 (ko) 2020-04-29 2021-03-11 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
US17/638,311 US20220302540A1 (en) 2020-04-29 2021-03-11 Battery Module and Battery Pack Including the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200052264A KR20210133541A (ko) 2020-04-29 2020-04-29 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210133541A true KR20210133541A (ko) 2021-11-08

Family

ID=78374160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200052264A KR20210133541A (ko) 2020-04-29 2020-04-29 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220302540A1 (ko)
EP (1) EP4009428A4 (ko)
JP (1) JP7374302B2 (ko)
KR (1) KR20210133541A (ko)
CN (1) CN114424390B (ko)
DE (1) DE202021004343U1 (ko)
WO (1) WO2021221306A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023090983A1 (ko) * 2021-11-18 2023-05-25 주식회사 엘지에너지솔루션 모듈 케이스의 기밀성과 내열성을 개선한 배터리 모듈

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002027847A2 (en) * 2000-09-28 2002-04-04 Proton Energy Systems, Inc. Cell frame/flow field integration method and apparatus
KR100936262B1 (ko) * 2005-10-21 2010-01-12 주식회사 엘지화학 신규한 구조의 전기 접속용 버스 바 및 그것을 포함하고있는 전지모듈
US9263713B2 (en) * 2010-05-26 2016-02-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack
KR101191659B1 (ko) * 2010-11-05 2012-10-17 에스비리모티브 주식회사 전지 모듈
US20140242449A1 (en) * 2013-02-28 2014-08-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Pack Case for Battery
US20150037619A1 (en) * 2013-07-30 2015-02-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery pack
KR102222888B1 (ko) * 2014-04-09 2021-03-04 삼성에스디아이 주식회사 배터리모듈
JP2016072181A (ja) * 2014-10-01 2016-05-09 愛三工業株式会社 バスバーモジュール
KR101733269B1 (ko) * 2014-12-12 2017-05-08 주식회사 엘지화학 전지모듈
KR101953759B1 (ko) * 2015-09-25 2019-03-04 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR101916720B1 (ko) * 2016-01-05 2018-11-08 엘지전자 주식회사 배터리 모듈 및 그 제조방법, 배터리 모듈을 이용한 전기 자동차
WO2017169728A1 (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 三洋電機株式会社 電池パック
KR102102927B1 (ko) * 2016-10-06 2020-04-21 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
HUE065991T2 (hu) 2017-09-12 2024-06-28 Eth Zuerich Transzmembrános PH-gradiens polimeroszómák a testfolyadékokban lévõ ammónia mennyiségi meghatározásához
US10601003B2 (en) * 2017-10-30 2020-03-24 Lg Chem, Ltd. Battery module and method of assembling the battery module
KR102159347B1 (ko) * 2017-11-14 2020-09-23 주식회사 엘지화학 배터리 셀 가압형 엔드 플레이트와 확장형 센싱 하우징 구조가 적용된 배터리 모듈
KR102364283B1 (ko) * 2017-12-01 2022-02-16 주식회사 엘지에너지솔루션 방열 플레이트를 구비한 배터리 모듈
KR102329342B1 (ko) * 2018-01-24 2021-11-18 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102340898B1 (ko) * 2018-03-30 2021-12-16 주식회사 엘지에너지솔루션 조립성이 향상된 버스바 프레임을 구비한 배터리 모듈
KR102352686B1 (ko) * 2018-09-28 2022-01-17 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102120933B1 (ko) * 2019-09-06 2020-06-09 주식회사 알멕 전기자동차용 배터리 모듈 케이스

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023090983A1 (ko) * 2021-11-18 2023-05-25 주식회사 엘지에너지솔루션 모듈 케이스의 기밀성과 내열성을 개선한 배터리 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022546526A (ja) 2022-11-04
WO2021221306A1 (ko) 2021-11-04
EP4009428A1 (en) 2022-06-08
US20220302540A1 (en) 2022-09-22
EP4009428A4 (en) 2023-06-14
CN114424390A (zh) 2022-04-29
CN114424390B (zh) 2024-01-26
JP7374302B2 (ja) 2023-11-06
DE202021004343U1 (de) 2023-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102691429B1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR20140056835A (ko) 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR102255487B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
CN113692672B (zh) 电池模块、制造该电池模块的方法以及电池组
CN113748564A (zh) 电池模块以及包括该电池模块的电池组
CN113661600A (zh) 电池模块及包括该电池模块的电池组
JP2023525008A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
EP4009428A1 (en) Battery module and battery pack comprising same
CN113939946B (zh) 电池模块和包括该电池模块的电池组
US12107289B2 (en) Battery module and battery pack including the same
US20230012792A1 (en) Battery module and battery pack including the same
JP7463014B2 (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
US12095106B2 (en) Battery module and battery pack including the same
KR20220051776A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20210071552A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
US20230344052A1 (en) Battery module and method of manufacturing the same
US20220140429A1 (en) Battery module and battery pack including the same
KR20210070774A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20240094743A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20210120305A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
KR20240093032A (ko) 전지 모듈 절연 구조
JP2024535820A (ja) バッテリーパックおよびこれを含むデバイス
KR20210080097A (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
JP2023508036A (ja) 電池モジュールおよびこれを含む電池パック
KR20210126514A (ko) 전지 모듈 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination