KR20220067118A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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KR20220067118A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하고, 일면이 개방된 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면을 덮는 엔드 플레이트를 포함한다. 상기 엔드 플레이트는, 마운팅 홀이 형성된 마운팅부를 포함하고, 상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 하면에 개구되어 있으며, 상기 마운팅 홀의 내측면에 나사산(Thread)이 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 구체적으로는 공간 활용도가 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지 셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 전지 모듈에 포함된 엔드 플레이트를 나타낸 사시도이다. 특히 도 3은 엔드 플레이트 중 전지셀과 마주하는 면을 나타내었다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은, 다수의 전지셀(20)들을 모듈 프레임(30)에 수납한 뒤, 모듈 프레임(30)에 엔드 플레이트(40)를 접합하여 제조될 수 있다. 전지 모듈(10)이 복수로 모여 전지팩을 형성하거나, 전지 모듈이 자동차 등에 장착될 때 각 전지 모듈(10)은 팩 프레임(도시하지 않음) 등의 구조물에 고정될 수 있다. 이때 종래의 전지 모듈(10)은 4곳의 모서리 부분에 마운팅 구조를 형성하여 고정될 수 있다. 구체적으로, 전지 모듈(10)의 엔드 플레이트(40)의 양 단부에 볼트(40B)가 삽입될 수 있는 마운팅 홀(40H)이 형성될 수 있다. 마운팅 홀(40H)에 하향하는 방향으로 볼트(40B) 삽입되고, 이러한 볼트(40B)의 끝 부분에 너트(40N)가 결합됨으로써, 전지 모듈(10)이 팩 프레임 등에 고정될 수 있다.
다만, 종래의 전지 모듈(10)의 경우, 볼트(40B)가 하향하여 삽입되는 형태이므로, 마운팅 홀(40H)은 도시된 바와 같이, 높이 방향(z축과 평행한 방향)을 따라 쭉 이어지는 형태이다. 따라서, 도 2 및 도 3을 참고하면, 엔드 플레이트(40)와 전지셀(20)들 사이에서 마운팅 홀(40H)이 형성된 공간만큼 공간의 낭비가 발생한다. 즉, 전지 모듈(10)의 고정을 위해, 엔드 플레이트(40)의 양 단부에 높이 방향을 따라 쭉 이어지는 마운팅 홀(40H)을 형성하였으나, 이것이 전지 모듈(10)의 공간 활용도를 저하하는 원인이 되었다.
전지 모듈의 공간 활용도를 높이는 것은, 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩의 에너지 밀도를 높이거나, 전지팩의 소형화가 가능한 것과 같이 전지팩의 성능과 직결되기 때문에 전지 모듈의 공간 활용도 개선이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 마운팅 구조를 형성함과 동시에 그 내부의 추가 공간을 마련할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 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 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하고, 일면이 개방된 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면을 덮는 엔드 플레이트를 포함한다. 상기 엔드 플레이트는, 마운팅 홀이 형성된 마운팅부를 포함하고, 상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 하면에 개구되어 있으며, 상기 마운팅 홀의 내측면에 나사산(Thread)이 형성된다.
상기 마운팅부의 높이는 상기 엔드 플레이트의 높이의 0.5배 이하일 수 있고, 상기 엔드 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에서 상기 마운팅부의 상부에 빈 공간이 마련될 수 있다.
상기 엔드 플레이트는, 본체부, 제1 및 제2 측부, 상측부 및 하측부를 포함할 수 있다. 상기 본체부는 상기 전지셀 적층체와 대면할 수 있고, 상기 제1 및 제2 측부, 상기 상측부 및 상기 하측부는 각각 상기 본체부의 양 변, 상변 및 하변으로부터 상기 본체부의 일면과 수직한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 상기 하측부의 하면에 개구될 수 있고, 상기 마운팅부는 상기 본체부의 상기 일면과 평행한 방향을 따라 이어질 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 일면과 대향하는 타면이 개방될 수 있고, 상기 엔드 플레이트는 복수로 구성되어, 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면 및 상기 타면을 각각 덮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 상기 전지 모듈; 상기 전지 모듈을 수납하는 팩 프레임; 및 상기 팩 프레임의 바닥부에 형성된 관통홀을 통과하여, 상기 마운팅 홀에 결합되는 볼트를 포함한다.
상기 볼트는 상향하는 방향으로 상기 마운팅 홀에 결합될 수 있다.
상기 팩 프레임의 상기 바닥부는, 상기 전지 모듈을 받치는 마운팅 플레이트 및 상기 마운팅 플레이트 아래에 위치한 하부 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 관통홀이 상기 마운팅 플레이트에 형성되어, 상기 볼트가 상기 마운팅 플레이트의 상기 관통홀을 통과하여, 상기 마운팅 홀에 결합될 수 있다.
상기 하부 플레이트에서, 상기 관통홀과 대응하는 부분에 개구부가 형성될 수 있다.
상기 팩 프레임은, 상기 전지 모듈의 측면에 위치한 측면부를 더 포함할 수 있다. 상기 측면부는 상기 마운팅 플레이트 및 상기 하부 플레이트 각각과 접촉될 수 있으며, 상기 측면부와 상기 마운팅 플레이트 사이에 실링 부재가 위치할 수 있다.
상기 하부 플레이트에 하부 관통홀이 형성될 수 있고, 상기 볼트가 상기 하부 플레이트의 상기 하부 관통홀과 상기 마운팅 플레이트의 상기 관통홀을 통과하여 상기 마운팅 홀에 결합될 수 있다.
상기 팩 프레임은, 상기 전지 모듈의 측면에 위치한 측면부를 더 포함할 수 있고, 상기 측면부는 상기 마운팅 플레이트 및 상기 하부 플레이트 각각과 접촉될 수 있으며, 상기 측면부와 상기 하부 플레이트 사이에 실링 부재가 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지 모듈의 하측에 마운팅 홀을 마련하고, 마운팅 부의 높이를 조절함으로써, 마운팅 구조를 형성함과 동시에 그 내부의 추가 공간을 마련하여, 공간 활용도를 높일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 전지 모듈에 포함된 엔드 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 7은 도 4의 전지 모듈의 하면이 위를 향하도록 뒤집은 모습을 나타낸 부분 사시도이다.
도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 엔드 플레이트에 대한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 팩 프레임에 대한 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 모식도이다.
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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예예 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(200), 전지셀 적층체(200)를 수납하고, 일면이 개방된 모듈 프레임(300) 및 모듈 프레임(300)의 개방된 상기 일면을 덮는 엔드 플레이트(400)를 포함한다.
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 일단부와 다른 일단부로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다.
특히, 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 다만, 돌출부(110p)는 하나의 예시적 구조이며, 본 발명의 다른 일 실시예에 다른 전지셀(110)은 돌출부가 형성되지 않고, 연결부(115)가 일직선으로 뻗는 형태를 가질 수 있다.
이러한 전지셀(110)은 복수로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(200)를 형성한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라, 전지셀(110) 중 하나의 전극 리드(111)는 x축 방향을 향해 돌출되고, 다른 전극 리드(112)는 -x축 방향을 향해 돌출될 수 있다.
모듈 프레임(300)은 상기 일면뿐만 아니라, 상기 일면과 대향하는 타면이 개방될 수 있다. 보다 구체적으로, 전지셀 적층체(200)를 기준으로, 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 양 방향에서 모듈 프레임(300)이 개방될 수 있다. 엔드 플레이트(400)는 복수로 구성되어, 모듈 프레임(300)의 개방된 상기 일면 및 상기 타면을 각각 덮을 수 있다. 이러한 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)의 내부에 전지셀 적층체(200)가 수납됨으로써, 전지셀 적층체(200)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)는 소정의 강도를 갖는 금속 재질을 포함할 수 있다. 한편, 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 버스바(510) 및 터미널 버스바(520)가 장착된 버스바 프레임(500)을 더 포함할 수 있다
버스바(510) 및 터미널 버스바(520)는, 복수의 전지셀(110)들을 전기적으로 연결하기 위해 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)와 접합될 수 있다. 구체적으로, 버스바(510) 및 터미널 버스바(520)가 장착된 버스바 프레임(500)이 전지셀 적층체(200)의 일면(x축 방향) 및 타면(-x축 방향)에 위치할 수 있다. 전지셀 적층체(200)의 일면(x축 방향) 및 타면(-x축 방향)은, 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 방향의 면에 해당한다. 다시 말해, 버스바 프레임(500)은 전지셀 적층체(200)와 엔드 플레이트(400) 사이에 위치할 수 있다.
버스바 프레임(500)에는 리드 슬릿이 형성되고, 전극 리드(111, 112)가 상기 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 버스바(510)나 터미널 버스바(520)에 접합될 수 있다. 물리적, 전기적 연결이 가능하다면, 접합의 방식에 특별한 제한은 없으며, 일례로 용접 접합이 이루어질 수 있다.
한편, 버스바(510)나 터미널 버스바(520)에 슬릿이 형성될 수 있으며, 상기 슬릿은 버스바 프레임(500)의 상기 리드 슬릿과 대응하도록 위치할 수 있다. 상기 리드 슬릿을 통과한 전극 리드(111, 112)가 버스바(510)의 슬릿이나 터미널 버스바(520)의 슬릿을 통과하여 구부러질 수 있다.
한편, 터미널 버스바(520)의 일부분은 전지 모듈(100)의 외측으로 노출될 수 있다. 구체적으로, 엔드 플레이트(400)나 절연커버(도시하지 않음)에 개구부가 형성되어 도 4에 나타난 바와 같이 터미널 버스바(520)의 일부분이 노출될 수 있다. 노출된 터미널 버스바(520)의 일부분이 다른 전지 모듈이나 BDU(Battery Disconnect Unit) 등과 연결되어 HV(High Voltage) 연결을 구현할 수 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다.
이하에서는, 도 7 및 도 8 등을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트, 마운팅부 및 마운팅 홀에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 7은 도 4의 전지 모듈의 하면이 위를 향하도록 뒤집은 모습을 나타낸 부분 사시도이다. 도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 엔드 플레이트에 대한 사시도이다. 특히 도 8은 엔드 플레이트 중 전지셀 적층체와 마주하는 면을 나타내었다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 엔드 플레이트(400)는, 마운팅 홀(400H)이 형성된 마운팅부(400M)를 포함한다. 마운팅 홀(400H)은 엔드 플레이트(400)의 하면에 개구되어 있고, 마운팅 홀(400H)의 내측면에는 나사산(Thread)이 형성된다.
보다 구체적으로, 본 실시예예 따른 엔드 플레이트(400)는, 본체부(450), 제1 및 제2 측부(410, 420), 상측부(430) 및 하측부(440)를 포함할 수 있다. 본체부(450)는 전지셀 적층체(200)와 대면하는 부분이고, 제1 및 제2 측부(410, 420), 상측부(430) 및 하측부(440)는 각각 본체부(450)의 양 변, 상변 및 하변으로부터 본체부(450)의 일면과 수직한 방향으로 연장된 부분이다. 즉, 본 실시예에 따른 엔드 플레이트(400) 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향의 일면이 개방된 덮개 형태를 가질 수 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 마운팅 홀(400H)은 엔드 플레이트(400)의 하측부(440)의 하면에 개구될 수 있고, 마운팅부(400M)는 본체부(450)의 일면과 평행한 방향을 따라 이어질 수 있다. 이에 따라, 전지 모듈(100)을 팩 프레임 등에 고정시키기 위한 마운팅 구조에서, 마운팅 홀(400H)에 삽입되는 볼트는 마운팅 홀(400H)에 상향하는 방향으로 결합될 수 있다.
한편, 도 8을 참고하면, 마운팅 홀이 형성된 마운팅부(400M)의 높이(h2)는 엔드 플레이트(400)의 높이(h1)의 0.5배 이하일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 마운팅 홀(400H)이 엔드 플레이트(400)의 하측부(440)의 하면에 개구되기 때문에 도 3에 나타난 종래의 엔드 플레이트(40)와 달리, 마운팅부(400M)의 높이가 엔드 플레이트(400)의 높이와 비슷하게 형성될 필요가 없다. 마운팅부(400M)의 높이(h2)는 엔드 플레이트(400)의 높이(h1)의 0.5배 이하로 낮게 형성하더라도, 충분히 전지 모듈(100)의 고정이 가능하다. 따라서, 엔드 플레이트(400)와 전지셀 적층체(200) 사이에서 마운팅부(400M)의 상부에 빈 공간이 마련될 수 있다. 높이에 대한 하한에 특별한 제한은 없으나, 최소한의 체결 정도를 갖기 위해 마운팅부(400M)의 높이(h2)는 엔드 플레이트(400)의 높이(h1)의 0.05배 이상일 수 있다. 종래의 전지 모듈(10)은 높이 방향으로 긴 마운팅 홀(40H) 구조를 갖고, 마운팅 체결을 위한 공간 확보가 필요한 반면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 높이 방향으로 짧은 마운팅 홀(400H) 구조를 구현할 수 있어, 전지 모듈(100) 내에서 추가 공간을 확보할 수 있다. 종래의 낭비되는 공간을 전지 용량을 높일 수 있는 방향으로 구성하는 등의 공간 활용이 가능하다. 이렇게 공간 활용도 측면에서 유리하기 때문에 본 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 에너지 밀도 측면이나 소형화 측면에서 장점을 가질 수 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10 등을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 팩 프레임에 대한 부분 사시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 7, 도 9 및 도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 전지 모듈(100), 전지 모듈(100)을 수납하는 팩 프레임(1100) 및 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)에 형성된 관통홀(1111H)을 통과하여 마운팅 홀(400H)에 결합되는 볼트(1200)를 포함한다.
전지 모듈(100)이 복수로 모여 전지팩(1000)을 형성할 수 있는데, 이때 각 전지 모듈(100)은 팩 프레임(1100) 등의 구조물에 고정될 수 있다. 이때, 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)에 관통홀(1111H)이 형성되고, 볼트(1200)가 상향하는 방향으로 관통홀(1111H)을 통과한 뒤 전지 모듈(100)의 마운팅 홀(400H)에 체결될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)는, 전지 모듈(100)을 받치는 마운팅 플레이트(1111) 및 마운팅 플레이트(1111) 아래에 위치한 하부 플레이트(1112)를 포함할 수 있다.
마운팅 플레이트(1111)에 위에서 설명한 관통홀(1111H)이 형성됨으로써, 전지 모듈(100)을 받침과 동시에 전지 모듈(100)이 마운팅 플레이트(1111)에 고정되어 마운팅 구조를 형성할 수 있다. 즉, 전지 모듈(100)의 마운팅 홀(400H)과 볼트(1200)의 결합이 마운팅 플레이트(1111)를 사이에 두고 이루어질 수 있다.
한편, 하부 플레이트(1112)는 마운팅 플레이트(1111)의 아래에 위치하고, 구체적으로 도시하지 않았으나, 마운팅 플레이트(1111)와 하부 플레이트(1112)의 사이에는 전지 모듈(100)의 냉각을 위한 냉각수 공급용 배관 등의 설비가 구비될 수 있다.
한편, 도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 하부 플레이트(1112)에서, 마운팅 플레이트(1111)에 형성된 관통홀(1111H)과 대응하는 부분에 개구부(1112P)가 형성될 수 있다. 즉, Z축 방향을 기준으로 관통홀(1111H)과 대응하는 부분 각각에 개구된 형태의 개구부(1112P)가 형성될 수 있다. 상술한 바 대로, 본 실시예에 따른 볼트(1200)는 상향하는 방향으로 전지 모듈(100)의 마운팅 홀(400H)에 결합되는데, 볼트(1200)의 조립을 위한 설비가 투입될 공간이 필요하다. 따라서, 하부 플레이트(1112)에 개구부(1112P)를 형성함으로써, 볼트(1200)의 조립을 위한 공간을 마련하였다.
한편, 팩 프레임(1100)은, 바닥부(1110)뿐만 아니라, 전지 모듈(100)의 측면에 위치한 측면부(1120)를 더 포함할 수 있다. 측면부(1120)는, 단차 구조를 형성하여, 마운팅 플레이트(1111) 및 하부 플레이트(1112) 각각과 접촉할 수 있다. 이 때, 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111) 사이에 접착성을 갖는 실링 부재(1300)가 위치할 수 있다. 즉, 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111)가 접착 및 고정됨과 동시에 실링 부재(1300)에 의해 그 사이 틈이 밀봉(Sealing)될 수 있다. 본 실시예에 따른 실링 부재(1300)가 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111) 사이에 위치함으로써, 개구부(1112P)가 형성되더라도, 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111)의 사이가 밀봉되어 있기 때문에 팩 프레임(1100) 내부로 수분 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111)가 접착, 고정 및 밀봉될 수 있도록 접착성을 갖는다면 실링 부재(1300)의 소재에 특별한 제한은 없다. 앞서 설명한 바대로, 하부 플레이트(1112)에는 개구부(1112P)가 형성되는 등, 볼트(1200)의 조립을 위한 공간이 확보되어야 하고, 수분 유입 방지를 위해 마운팅 플레이트(1111)와 측면부(1120)의 사이가 밀봉될 필요가 있기 때문에 실링 부재(1300)가 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111) 사이에 위치하여 접착 및 밀봉되는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 모식도이다. 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 설명의 반복을 피하기 위해 생략하도록 한다.
도 11을 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 따른 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)는, 전지 모듈(100)을 받치는 마운팅 플레이트(1111) 및 마운팅 플레이트(1111) 아래에 위치한 하부 플레이트(1112’)를 포함할 수 있고, 팩 프레임(1100)은 전지 모듈(100)의 측면에 위치한 측면부(1120)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 본 실시예예 따른 하부 플레이트(1112’)에는 개구부가 아닌 하부 관통홀(1112H)이 형성될 수 있고, 하부 플레이트(1112’)의 하부 관통홀(1112H)은 마운팅 플레이트(1111)의 관통홀(1111H)과 Z축 방향을 기준으로 대응하도록 위치할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 볼트(1200’)는, 도 10에서 설명한 볼트(1200)에 비해 길게 형성되어, 하부 플레이트(1112’)의 하부 관통홀(1112H)과 마운팅 플레이트(1111)의 관통홀(1111H)을 차례로 통과한 뒤 전지 모듈(100)의 마운팅 홀(400H)에 결합될 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 접착성의 실링 부재(1300’)는 측면부(1120)와 하부 플레이트(1112’) 사이에 위치할 수 있다. 하부 플레이트(1112’)의 하부 관통홀(1112H)은 본 실시예에 따른 볼트(1200’)의 삽입에 따라 자연스럽게 밀봉이 이루어지기 때문에, 팩 프레임(1100) 내부로의 수분 유입 방지를 위한 실링 부재(1300’)가 측면부(1120)와 하부 플레이트(1112’) 사이에 위치하는 것이 가능해진다. 즉, 본 실시예에 따른 실링 부재(1300’)는 측면부(1120)와 하부 플레이트(1112’) 사이에 위치한 채, 수분 유입 방지 기능을 담당할 수 있다. 한편 필요에 따라, 본 실시예에 따른 볼트(1200’)의 헤드와 하부 플레이트(1112’) 사이에 실링을 위한 고리형 마개가 배치될 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
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.
100: 전지 모듈
200: 전지셀 적층체
300: 모듈 프레임
400: 엔드 플레이트
400M: 마운팅부
400H: 마운팅 홀

Claims (12)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수납하고, 일면이 개방된 모듈 프레임; 및
    상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 엔드 플레이트는, 마운팅 홀이 형성된 마운팅부를 포함하며,
    상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 하면에 개구되어 있고, 상기 마운팅 홀의 내측면에 나사산(Thread)이 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 마운팅부의 높이는 상기 엔드 플레이트의 높이의 0.5배 이하이고,
    상기 엔드 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에서 상기 마운팅부의 상부에 빈 공간이 마련되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트는, 본체부, 제1 및 제2 측부, 상측부 및 하측부를 포함하고,
    상기 본체부는 상기 전지셀 적층체와 대면하고,
    상기 제1 및 제2 측부, 상기 상측부 및 상기 하측부는 각각 상기 본체부의 양 변, 상변 및 하변으로부터 상기 본체부의 일면과 수직한 방향으로 연장되는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 상기 하측부의 하면에 개구되어 있고,
    상기 마운팅부는 상기 본체부의 상기 일면과 평행한 방향을 따라 이어지는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 일면과 대향하는 타면이 개방되고,
    상기 엔드 플레이트는 복수로 구성되어, 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면 및 상기 타면을 각각 덮는 전지 모듈.
  6. 제1항에 따른 전지 모듈;
    상기 전지 모듈을 수납하는 팩 프레임; 및
    상기 팩 프레임의 바닥부에 형성된 관통홀을 통과하여, 상기 마운팅 홀에 결합되는 볼트를 포함하는 전지팩.
  7. 제6항에서,
    상기 볼트는 상향하는 방향으로 상기 마운팅 홀에 결합되는 전지팩.
  8. 제6항에서,
    상기 팩 프레임의 상기 바닥부는, 상기 전지 모듈을 받치는 마운팅 플레이트 및 상기 마운팅 플레이트 아래에 위치한 하부 플레이트를 포함하고,
    상기 관통홀이 상기 마운팅 플레이트에 형성되어, 상기 볼트가 상기 마운팅 플레이트의 상기 관통홀을 통과하여, 상기 마운팅 홀에 결합되는 전지팩.
  9. 제8항에서,
    상기 하부 플레이트에서, 상기 관통홀과 대응하는 부분에 개구부가 형성되는 전지팩.
  10. 제8항에서,
    상기 팩 프레임은, 상기 전지 모듈의 측면에 위치한 측면부를 더 포함하고,
    상기 측면부는 상기 마운팅 플레이트 및 상기 하부 플레이트 각각과 접촉되며,
    상기 측면부와 상기 마운팅 플레이트 사이에 실링 부재가 위치하는 전지팩.
  11. 제8항에서,
    상기 하부 플레이트에 하부 관통홀이 형성되고,
    상기 볼트가 상기 하부 플레이트의 상기 하부 관통홀과 상기 마운팅 플레이트의 상기 관통홀을 통과하여 상기 마운팅 홀에 결합되는 전지팩.
  12. 제8항에서,
    상기 팩 프레임은, 상기 전지 모듈의 측면에 위치한 측면부를 더 포함하고,
    상기 측면부는 상기 마운팅 플레이트 및 상기 하부 플레이트 각각과 접촉되며,
    상기 측면부와 상기 하부 플레이트 사이에 실링 부재가 위치하는 전지팩.
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