KR20230134376A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20230134376A
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KR
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battery cell
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bus bar
battery
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KR1020220031682A
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유탁경
이서로
이승훈
최양규
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에스케이온 주식회사
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Abstract

복수의 배터리 셀 어셈블리가 적층된 셀 적층체; 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리; 및 버스바 어셈블리를 커버하는 커버 어셈블리를 포함하고, 복수의 배터리 셀 어셈블리 중 적어도 하나는 서로 마주보는 적어도 두 개의 배터리 셀; 및 적어도 두 개의 배터리 셀을 지지하는 지지 부재를 포함하며, 버스바 어셈블리는 지지 부재에 결합되는 배터리 모듈이 제공된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기의 전원에서부터 전기 자동차 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다. 예컨대, 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 타입의 이차전지는 출력이 좋아, 복수개를 직렬로 연결하여 전기자동차의 모터 구동에 사용된다.
전기자동차 등에 적용되는 배터리 모듈은 고출력 및 대용량의 필요성으로 인해 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하여 모듈화시킨 것이며, 전기자동차는 고전력을 얻기 위하여 이러한 배터리 모듈을 복수 개 포함한다.
대용량 및 대면적 배터리 모듈을 구성하기 위해서는, 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 수도 증가할 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈의 구조를 간단하게 하여 조립 효율을 향상시키고, 배터리 모듈의 중량을 감소시킬 필요성이 높아지고 있다.
또한, 배터리 셀의 전극 조립체는 충전 및 방전의 과정을 거치면서 발열이 발생하게 되는데, 이러한 발열에 의해 배터리 모듈의 내부 온도가 상승하여 전기적 성능이 저하되거나 발화되는 문제가 발생한다. 더욱이, 배터리 모듈 내에 많은 수의 이차 전지 셀이 장착된 경우에, 어느 한 배터리 셀의 발화에 의해 발생되는 화염이 주변의 다른 배터리 셀로 전이되어 연쇄적인 발화 또는 폭발이 발생되는 문제점이 있다.
한편, 종래 기술에 의한 배터리 모듈은 배터리 셀로부터 외부에 이르기까지 열 전달 경로가 복잡하여 방열 및 냉각 성능이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 간단한 구조를 가지면서 조립 효율이 향상된 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 배터리 셀의 열 전달 경로를 축소하여, 방열 효율이 증대되는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 설계 요구치에 따라 다양한 사이즈를 가질 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 배터리 셀들 사이에 단열 부재가 배치되어 배터리 셀들 사이의 열 전파에 따른 연쇄적 발화를 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에서 복수의 배터리 셀 어셈블리가 적층된 셀 적층체; 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리; 및 버스바 어셈블리를 커버하는 커버 어셈블리를 포함하고, 복수의 배터리 셀 어셈블리 중 적어도 하나는 서로 마주보는 적어도 두 개의 배터리 셀; 및 적어도 두 개의 배터리 셀을 지지하는 지지 부재를 포함하며, 버스바 어셈블리는 지지 부재에 결합되는 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀 어셈블리 중 적어도 하나는 적어도 두 개의 배터리 셀 사이에 배치되는 제1 단열 부재를 포함하며, 제1 단열 부재는 적어도 두 개의 배터리 셀 사이의 열 전파를 방해할 수 있다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀 어셈블리는 서로 이웃하는 제1 배터리 셀 어셈블리 및 제2 배터리 셀 어셈블리를 포함하고, 제1 배터리 셀 어셈블리의 지지 부재는 결합 돌기를 포함하며, 제2 배터리 셀 어셈블리의 지지 부재는 결합 돌기가 수용되는 결합 홈을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 일면에 제1 배터리 셀 어셈블리가 부착되며, 일면과 반대되는 타면에 제2 배터리 셀 어셈블리가 부착되는 제1 접착 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리는 복수의 배터리 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 버스바; 및 버스바를 지지하는 버스바 프레임을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 버스바 프레임 및 지지 부재 중 어느 하나는 제1 후크를 포함하며, 다른 하나는 제1 후크가 삽입되는 제1 걸림 홈을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 적어도 두 개의 배터리 셀은 제1 방향으로 서로 마주보는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하고, 제1 배터리 셀은 적어도 일부가 절곡된 제1 리드 탭을 포함하며, 제2 배터리 셀은 제1 리드 탭과 접촉되는 제2 리드 탭을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제1 리드 탭은 제2 리드 탭과 접촉되는 제1 연결부를 포함하고, 제2 리드 탭은 제1 연결부와 접촉되는 제2 연결부를 포함하며, 제1 연결부 및 제2 연결부는 지지 부재에서 버스바 어셈블리를 향하는 방향으로 서로 중첩될 수 있다.
실시예들에서, 제1 연결부 및 제2 연결부는 지지 부재와 버스바 어셈블리 사이에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 지지 부재는 제1 연결부 및 제2 연결부와 마주보는 복수의 가이드 홈을 포함하고, 제1 연결부 및 제2 연결부는 복수의 가이드 홈 중 적어도 하나를 따라 형성되는 제1 용접 영역에서 서로 용접될 수 있다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하고, 버스바는 제1 연결부 및 제2 연결부와 제2 용접 영역에서 용접될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 가이드 홈은 서로 나란하게 연장되는 제1 가이드 홈 및 제2 가이드 홈을 포함하고, 제1 용접 영역은 제1 가이드 홈을 따라 형성되며, 제2 용접 영역은 제2 가이드 홈을 따라 형성될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 버스바 어셈블리와 대향하는 커버 어셈블리를 포함하며, 커버 어셈블리는 버스바 어셈블리 및 지지 부재 중 적어도 하나와 결합되는 커버 프레임; 및 커버 프레임과 버스바 어셈블리 사이에 배치되는 제2 단열 부재를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리 및 커버 프레임 중 어느 하나는 제2 후크를 포함하고, 다른 하나는 제2 후크가 삽입되는 제2 걸림 홈을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 커버 어셈블리는 제2 단열 부재를 커버 프레임에 고정시키는 제2 접착 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제2 단열 부재는 세라믹 울을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 적어도 두 개의 배터리 셀은 서로 제1 방향으로 마주보며, 적어도 두 개의 배터리 셀 중 적어도 하나는 전극 조립체가 수용되는 셀 바디부; 및 셀 바디부의 제1 방향과 수직한 제2 방향의 양 단부에 배치되는 복수의 리드 탭을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리는 셀 적층체와 제2 방향으로 마주보며, 복수의 리드 탭 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리는 셀 적층체의 제2 방향의 양 단부에 배치될 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈은 한 쌍의 배터리 셀들 사이에 단열 부재가 배치되어 배터리 셀들 사이의 열 전파를 방해하거나 차단할 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈은 간단하면서 조립 효율이 높은 구조를 가질 수 있다. 또한, 조립성이 향상된 배터리 셀 어셈블리 복수 개를 적층하여 다양한 사이즈의 배터리 모듈을 신속하게 제작할 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈은 배터리 셀의 열 전달 경로를 축소하여, 방열 효율이 증대될 수 있다.
도 1은 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 배터리 셀 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4는 배터리 셀 어셈블리에 포함되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 5는 배터리 셀 어셈블리에 포함되는 보호 부재와 지지 부재의 분해 사시도이다.
도 6은 배터리 셀 어셈블리에 포함되는 지지 부재의 사시도이다.
도 7은 배터리 셀 어셈블리가 안착면에 안착된 모습을 나타내는 예시도이다.
도 8은 배터리 셀 어셈블리가 안착면을 따라 적층된 모습을 나타내는 예시도이다.
도 9는 배터리 셀 어셈블리의 일 부분의 확대 사시도이다.
도 10은 도 9의 I-I' 부분의 단면도이다.
도 11는 배터리 셀 어셈블리의 결합 상면도이다.
도 12는 셀 적층체와 결합되는 버스바 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 13은 버스바 어셈블리가 배터리 셀 어셈블리에 결합되는 모습을 나타낸다.
도 14는 버스바 어셈블리가 셀 적층체와 결합된 상태의 예시적 단면도이다.
도 15는 커버 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 16는 커버 어셈블리가 버스바 어셈블리와 결합된 상태에서 도 15의 III-III' 부분에 따른 예시적 단면도이다.
도 17은 배터리 모듈의 예시적 조립 순서를 나타낸다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른 배터리 모듈(200)의 사시도이다. 도 2는 배터리 모듈(200)의 분해 사시도이다.
배터리 모듈(200)은 전기적 에너지를 출력하거나 저장할 수 있는 하나 이상의 배터리 셀 어셈블리(2000), 배터리 셀 어셈블리(2000)와 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리(4000), 버스바 어셈블리(4000)를 커버하는 커버 어셈블리(5000)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(200)은 복수 개의 배터리 셀 어셈블리(2000)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(200)은 일 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 적층 결합된 복수 개의 배터리 셀 어셈블리(2000)를 포함할 수 있다. 배터리 셀 어셈블리(2000)는 하나 이상의 배터리 셀(2100)을 포함하여, 전기적 에너지를 충전하거나 또는 방전할 수 있다.
배터리 셀 어셈블리(2000)는 복수 개가 일 방향(예를 들어, 도 1의 Z축 방향)으로 적층되어 셀 적층체(1000)를 형성할 수 있다. 복수 개의 배터리 셀 어셈블리(2000)를 서로 고정시키기 위해, 배터리 셀 어셈블리(2000) 사이에는 접착 부재(1100)가 배치될 수 있다. 하나의 배터리 모듈(200)은 적어도 하나의 셀 적층체(1000)를 포함할 수 있으며, 각 셀 적층체(1000)에 포함되는 배터리 셀 어셈블리(2000)의 개수는 다양할 수 있다.
하나의 배터리 셀 어셈블리(2000)는 배터리 모듈(200)의 제작 단위로 고려될 수 있다. 예를 들어, 제작자는 배터리 모듈(200)에 요구되는 전력 값에 맞춰 배터리 셀 어셈블리(2000)의 개수를 결정하고, 이들을 서로 조립하여 배터리 모듈(200)을 제작할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 배터리 모듈(200)은 16개의 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합에 의해 형성된 것일 수 있다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리(4000)는 셀 적층체(1000)의 적어도 일측에 배치되어, 배터리 셀 어셈블리(2000)들 상호간을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 버스바 어셈블리(4000)는 한 쌍으로 마련되어 셀 적층체(1000)의 양 단에 각각 하나씩 배치될 수 있다. 다만, 한 쌍의 버스바 어셈블리(4000)는 서로 연결되어 일체로 형성될 수도 있다.
실시예들에서, 커버 어셈블리(5000)는 버스바 어셈블리(4000) 또는 셀 적층체(1000)에 결합되어 버스바 어셈블리(4000)를 커버할 수 있다. 커버 어셈블리(5000)는 버스바 어셈블리(4000)가 다른 부재와 단락되는 것을 방지함과 동시에, 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 커버 어셈블리(5000)는 배터리 셀 어셈블리(2000)에서 발생되는 고온의 열 에너지나 화염 등이 인접한 다른 구성요소(예를 들어, 인접한 다른 배터리 모듈)로 전파되는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 복수 개가 적층되어 배터리 모듈(200)의 몸체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(200)은 별도의 케이스나 하우징 없이, 셀 적층체(1000) 자체가 배터리 모듈(200)의 몸체를 이루도록 구성될 수 있다. 제작자는 배터리 셀 어셈블리(2000)의 개수를 다양하게 구성하여 배터리 모듈(200)의 사이즈를 자유롭게 조절할 수 있다. 또한, 케이스나 하우징을 생략함에 따라, 배터리 셀 어셈블리(2000)가 외부로 직접 노출되어 배터리 모듈(200)의 방열 효율이 증가할 수 있다.
배터리 셀 어셈블리(2000)는 적층 조립이 용이하도록 구성될 수 있다. 이하에서는 도 3및 도 4를 참고하여, 실시예들에 따른 배터리 셀 어셈블리(2000)를 상세히 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 셀 어셈블리(2000)의 분해 사시도이다. 도 4는 실시예들에 따른 배터리 셀(2100)의 사시도이다.
배터리 셀 어셈블리(2000)는 하나 이상의 배터리 셀(2100), 보호 부재(2200) 및 지지 부재(2300)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 서로 마주 보는 복수의 배터리 셀(2100), 복수의 배터리 셀(2100) 사이에 배치되는 보호 부재(2200) 및 보호 부재(2200)와 결합되는 지지 부재(2300)를 포함할 수 있다.
배터리 셀 어셈블리(2000)는 전기적 에너지를 출력하거나 저장할 수 있는 한 쌍의 배터리 셀(2100)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 서로 마주보는 제1 배터리 셀(2100a) 및 제2 배터리 셀(2100b)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 배터리 셀(2100)은 리드 탭(2131, 2132)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 리드 탭(2131, 2132)은 서로 용접되어 연결될 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 배터리 셀(2100)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 셀(2100)은 파우치형 배터리 셀일 수 있다. 도 4를 참고하면, 배터리 셀(2100)은 파우치(2110) 내에 전극 조립체(2120)가 수용된 형태로 구성되는 셀 바디부(2111) 및 전극 조립체(2120)와 전기적으로 연결되며 파우치(2110)의 외부로 노출되는 복수의 리드 탭(2130)을 포함할 수 있다.
전극 조립체(2120)는 복수의 내부 전극판을 포함할 수 있다. 여기서, 내부 전극판은 양극판과 음극판으로 구성되며, 전극 조립체(2120)는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 구성될 수 있다. 복수의 양극판과 복수의 음극판에는 각각 활물질이 도포되지 않은 무지부를 포함할 수 있으며, 무지부는 서로 동일한 극성끼리 접촉하도록 연결될 수 있다. 서로 동일한 극성의 무지부는 상호간에 전기적으로 연결되어 리드 탭(2130)을 통해 배터리 셀(2100)의 외부의 다른 구성요소와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 4에 도시된 배터리 셀(2100)의 경우 2개의 리드 탭(2130)은 셀 바디부(2111)의 양 측면에서 인출되는 것으로 도시되어 있지만, 셀 바디부(2111)의 어느 일 측에서 동일한 방향을 향하여 인출되되 길이 또는 높이를 달리 하여 배치되는 것도 가능하다.
파우치(2110)는 전극 조립체(2120)를 감싸고 셀 바디부(2111)의 외관을 형성하며, 전극 조립체(2120) 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 파우치(2110)는 한 장의 외장재가 폴딩되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 파우치(2110)는 한 장의 외장재를 반으로 폴딩하고, 그 사이에 전극 조립체(2120)가 수용되는 형태로 구성될 수 있다. 외장재는 전극 조립체(2120)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있는 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄 필름을 포함할 수 있다.
파우치(2110)의 가장자리에는 외장재가 접합되어 실링부(2112)가 형성될 수 있다. 실링부(2112) 형성을 위한 외장재의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실링부(2112)는 리드 탭(2130)이 배치되는 위치에 형성되는 제1 실링부(2112a)와, 리드 탭(2130)이 배치되지 않는 위치에 형성되는 제2 실링부(2112b)로 구분될 수 있다. 실링부(2112)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(2112)의 면적을 최소화하기 위해, 실링부(2112)의 적어도 일부는 한 번 이상 접힌 형태로 형성될 수 있다.
파우치(2110)가 전극 조립체(2120)의 일측 가장자리를 따라 접히는(폴딩되는) 면에는 실링부(2112)가 형성되지 않을 수 있다. 파우치(2110)가 전극 조립체(2120)의 일측 가장자리를 따라 접히는 부분을 실링부(2112)와 구분하기 위해 폴딩부(2113)라고 정의한다. 즉, 파우치(2110)형 배터리 셀(2100)은 파우치(2110)의 가장자리 4면 중 3면에서 실링부(2112)가 형성되며, 나머지 한쪽 면에서 폴딩부(2113)가 형성되는 3면 실링 파우치 형태를 가질 수 있다.
이와 같이 한 장의 외장재를 접어서 전극 조립체(2120)를 감싸고 3면 실링하는 경우, 셀 바디부(2111)가 가지는 두께에 의해 폴딩부(2113)와 인접한 실링부(2112)에서는 폴딩부(2113)보다 아래 방향(예를 들어, 도 4의 Y축 음의 방향)을 향해 더 돌출된 부분이 생길 수 있다. 예를 들어, 도 4의 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 제1 실링부(2112a)에서 폴딩부(2113)로 이어지는 부분에는 폴딩부(2113)의 아래 방향으로 돌출되는 돌출부(2114)가 형성될 수 있다. 이 돌출부(2114)는 샤크핀(shark-fin), 델타핀(delta-fin), 또는 박쥐 귀(bat-ear)라고 불린다.
실시예들의 배터리 셀(2100)은 상술한 3면 실링 파우치 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 2장의 서로 다른 외장재를 겹쳐 파우치를 형성하고, 파우치 둘레의 4면 모두에 실링부가 형성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 실링부는 리드 탭이 배치되는 두 면의 실링부, 그리고 리드 탭이 배치되지 않는 다른 두 면의 실링부로 구성될 수 있다.
또한, 실시예들의 배터리 셀 어셈블리(2000)에 포함되는 배터리 셀(2100)은 전술한 파우치 타입 배터리 셀로 한정되는 것은 아니며, 원통형 배터리 셀이나 각형 배터리 셀로 구성되는 것도 가능하다.
도 3을 참고하여 계속 설명하면, 한 쌍의 배터리 셀(2100) 사이에 보호 부재(2200)가 배치될 수 있다. 보호 부재(2200)는 다양한 역할을 수행하는 세부 구성 요소로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 보호 부재(2200)는 제1 배터리 셀(2100a)과 제2 배터리 셀(2100b) 사이에 배치되어, 배터리 셀(2100a, 2100b)들 사이의 열 전파를 방해하거나 차단하는 단열 부재(2210), 배터리 셀(2100)에 면압을 가하는 압축 부재(2220)를 포함할 수 있다.
단열 부재(2210)는 이웃하는 배터리 셀(2100) 사이에 화염이나 고온의 열 에너지가 전파되는 것을 방해하거나 차단하여, 배터리 모듈(200)의 연쇄적 발화를 방지할 수 있다. 이를 위해, 단열 부재(2210)는 난연성, 내열성, 단열성, 절연성 중에서 적어도 하나 이상의 성질을 가진 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내열성은 섭씨 600도 이상의 온도에서도 용융되지 않고 형상이 변하지 않는 성질을 의미할 수 있으며, 단열성은 열 전도도가 1.0W/mK 이하인 성질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 단열 부재(2210)는 열 및/또는 화염 전파 방지 기능을 수행할 수 있는 운모(Mica), 실리케이트(Silicate), 그라파이트, 알루미나, 세라믹 울, 에어로겔(Aerogel) 중 적어도 일부의 재료를 포함할 수 있다. 다만, 단열 부재(2210)의 재료는 이에 한정되지 않으며, 배터리 셀(2100)의 열 폭주 상황에서 그 형상을 유지하고, 인접한 다른 배터리 셀(2100)에 열이나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 형성될 수 있다.
실시예들에서, 단열 부재(2210)는 셀 바디부(2111)에 대응하는 형상의 판형 시트 또는 판형 패드로 제공될 수 있다. 다만, 단열 부재(2210)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 단열 부재(2210)를 사이에 두고 서로 이웃하는 배터리 셀(2100) 사이에 열 전파를 차단할 수 있다면 어떠한 형상으로도 이루어질 수 있다.
압축 부재(2220)는 일면이 단열 부재(2210)와 대면하며, 일면과 반대되는 타면은 배터리 셀(2100)과 대면하도록 배치될 수 있다. 압축 부재(2220)는 외부 충격으로부터 배터리 셀(2100)을 보호하거나, 또는 배터리 셀(2100)의 팽창에 따른 팽창 압력을 흡수할 수 있다. 이에 따라 배터리 셀(2100)의 스웰링으로 인한 두께 팽창을 억제하여 배터리 셀 어셈블리(2000)의 외형 변화를 줄일 수 있으며, 스웰링 현상으로 인한 배터리 셀(2100)의 성능 저하를 방지할 수 있다. 이를 위해, 압축 부재(2220)는 배터리 셀(2100)의 팽창 압력을 흡수할 수 있는 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 폴리 우레탄 계열의 소재를 포함할 수 있다.
압축 부재(2220)는 복수 개 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 압축 부재(2220)는 단열 부재(2210)의 양 면에 각각 배치될 수 있다. 압축 부재(2220)는 단열 부재(2210)에 부착될 수 있다. 이를 위해, 압축 부재(2220)와 단열 부재(2210) 사이에 접착 부재(미도시)가 더 배치될 수 있다. 다만, 접착 부재는 생략될 수 있으며, 압축 부재(2220)의 재료 자체가 가지는 소정의 접착력으로 인해 단열 부재(2210)에 접착된 상태를 유지할 수도 있다.
배터리 셀(2100)은 압축 부재(2220)에 맞닿아 배치될 수 있으며, 압축 부재(2220)가 가지는 소정의 접착력에 의해 압축 부재(2220)에 접착될 수 있다. 또는 배터리 셀(2100)은 배터리 셀(2100)과 압축 부재(2220) 사이에 배치되는 접착 부재(미도시)에 의해 압축 부재(2220)에 접착될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 단열 부재(2210)를 사이에 두고 한 쌍의 압축 부재(2220)가 배치될 수 있으며, 제1 배터리 셀(2100a) 및 제2 배터리 셀(2100b)은 각각 한 쌍의 압축 부재(2220)에 맞닿아 접착될 수 있다.
실시예들에서, 보호 부재(2200)는 배터리 셀(2100)의 셀 바디부(2111)를 커버할 수 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 보호 부재(2200)는 제1 배터리 셀(2100a)의 셀 바디부(2111a)에서 제2 배터리 셀(2100b)을 마주보는 면을 모두 커버하여, 제1 배터리 셀(2100a)의 셀 바디부(2111a)가 제2 배터리 셀(2100b)의 셀 바디부(2111b)와 직접 마주보지 않도록 차단할 수 있다. 따라서 제1 배터리 셀(2100a)에서 발생되는 고온의 열 에너지나 충격 에너지가 제2 배터리 셀(2100b)로 전이되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 지지 부재(2300)를 포함할 수 있다. 지지 부재(2300)는 보호 부재(2200)와 결합하여 배터리 셀 어셈블리(2000)를 지지하는 구조체 역할을 수행할 수 있다. 즉, 지지 부재(2300)는 보호 부재(2200)와 결합하여 보호 부재(2200)를 지지함과 동시에, 배터리 셀 어셈블리(2000)에 포함되는 복수의 배터리 셀(2100)을 지지할 수 있다. 이를 위해, 지지 부재(2300)는 소정의 강성을 가지는 재료(예를 들어, 수지성 재료)를 포함할 수 있다.
지지 부재(2300)는 한 쌍으로 제공되어, 배터리 셀(2100)이 서로 마주보는 방향(Z축 방향)과 수직한 방향(X축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다. 서로 이격 배치되는 한 쌍의 지지 부재(2300)는 보호 부재(2200)의 양 측 단부에 각각 고정될 수 있다.
실시예들에서, 지지 부재(2300)는 배터리 셀(2100)의 리드 탭(2130) 용접을 위한 가이드 홈(2312)을 포함할 수 있다. 가이드 홈(2312)은 지지 부재(2300)의 적어도 일면에서 높이 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 연장되는 홈으로, 복수 개가 서로 나란히 배열될 수 있다. 복수의 가이드 홈(2312) 중 적어도 일부가 배터리 셀(2100)들의 리드 탭(2130)들을 상호 용접하는데 이용될 수 있다.
가이드 홈(2312)은 지지 부재(2300)의 적어도 일면에 형성된 움푹 패인 홈(groove)의 형상을 가질 수 있으며, 복수의 배터리 셀(2100a, 2100b)의 리드 탭들(2131, 2132)이 서로 용접되는 위치를 가이드 할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(2100a)의 리드 탭(2131)과 제2 배터리 셀(2100b)의 리드 탭(2132)이 서로 겹쳐진 채 지지 부재(2300)의 가이드 홈(2312)과 마주보게 배치될 수 있으며, 제1 배터리 셀(2100a)의 리드 탭(2131)과 제2 배터리 셀(2100b)의 리드 탭(2132)은 가이드 홈(2312)을 따라 상호 용접될 수 있다. 이를 위해, 제1 배터리 셀(2100a)의 리드 탭(2131)과 제2 배터리 셀(2100b)의 리드 탭(2132)은 적어도 일부분이 가이드 홈(2312)과 마주보게 절곡될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 셀(2100a)의 리드 탭(2131)은 제2 배터리 셀(2100b)을 향하는 방향으로 적어도 일부가 절곡될 수 있으며, 제2 배터리 셀(2100b)의 리드 탭(2132)은 제1 배터리 셀(2100a)을 향하는 방향으로 적어도 일부가 절곡될 수 있다.
가이드 홈(2312)의 Y 축 방향의 길이는 배터리 셀(2100)의 리드 탭(2130)의 Y 축 방향의 폭보다 넓을 수 있다.
가이드 홈(2312)은 어느 한 지지 부재(2300a)에서 다른 지지 부재(2300b)를 향하는 면과 반대되는 면에 배치될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 홈(2312)은 제1 지지 부재(2300a) 중 제2 지지 부재(2300b)를 향하는 면과 반대되는 면에 배치될 수 있다. 따라서, 가이드 홈(2312)은 지지 부재(2300)에서 배터리 셀 어셈블리(2000)의 외곽을 향하는 면에 배치될 수 있다.
계속해서, 도 5와 도 6을 참고하여, 지지 부재(2300)에 관하여 상세히 설명한다. 도 5는 보호 부재(2200)와 지지 부재(2300)의 분해 사시도이다. 도 6은 지지 부재(2300)의 사시도이다. 도 5 및 도 6에서 설명되는 배터리 셀 어셈블리(2000) 및 그 구성 요소는 앞서 도 1 내지 도 4에서 설명되는 배터리 셀 어셈블리(2000) 및 그 구성 요소에 대응되는 것으로, 중복되는 설명은 생략한다.
지지 부재(2300)는 보호 부재(2200)와 체결될 수 있다. 보호 부재(2200)의 넓은 면에 수직한 방향을 제1 방향, 보호 부재(2200)의 장변과 나란한 방향을 제2 방향, 보호 부재(2200)의 단변과 나란한 방향을 제3 방향이라고 정의할 때, 지지 부재(2300)는 한 쌍이 제공되어 보호 부재(2200)를 사이에 두고 제2 방향으로 서로 마주보게 배치될 수 있다. (이하의 설명에서 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향은 상술한 정의에 따른 방향으로 이해할 수 있다)
지지 부재(2300)는 보호 부재(2200)와 결합되는 바디부(2310) 및 바디부(2310)의 적어도 일측 단부에 배치되는 플랜지부(2320)를 포함할 수 있다.
도 5를 참고하면, 지지 부재(2300)는 단열 부재(2210)의 일측 단부에 체결되어 고정될 수 있다. 이 경우, 단열 부재(2210)는 지지 부재(2300)의 바디부(2310)와 체결될 수 있다. 예를 들어, 단열 부재(2210)의 단부에 체결 홈(2211)이 배치되며, 지지 부재(2300)의 바디부(2310)에 배치되는 체결 돌기(2311)가 단열 부재(2210)의 체결 홈(2211)에 삽입되어 서로 체결될 수 있다. 단열 부재(2210)가 지지 부재(2300)로부터 탈리되는 것을 방지하기 위해, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 단열 부재(2210)와 지지부재(2300)가 결합된 부분을 덮는 탈리 방지 부재(2313)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 부재(2300)의 바디부(2310)와 탈리 방지 부재(2313)가 서로 결합되며, 그 사이에 단열 부재(2210)의 적어도 일부가 체결될 수 있다. 이러한 체결 구조에 따라, 단열 부재(2210)는 바디부(2310)와 탈리 방지 부재(2313) 사이에 끼여 단단히 고정될 수 있다. 지지 부재(2300)의 바디부(2310)와 탈리 방지 부재(2313)는 서로 후크 결합되거나 혹은 접착제에 의해 결합될 수 있으나, 결합 방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 탈리 방지 부재(2313)는 지지 부재(2300)와 마찬가지로 강성을 가지는 재료(예를 들어, 금속 또는 수지성 재료)를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 지지 부재(2300)는 바디부(2310)의 상측 및 하측 단부에 배치되는 플랜지부(2320)를 포함할 수 있다. 도 5 및 도 6을 참고하면, 플랜지부(2320)는 바디부(2310)의 상측 및 하측 단부에서 바디부(2310)의 폭보다 넓게 형성되는 부분일 수 있다. 여기서 바디부(2310)의 상측 및 하측 단부는 보호 부재(2200)의 단변과 나란한 제3 방향의 양 단부를 의미할 수 있다.
플랜지부(2320)는 바디부(2310)의 제3 방향 양 단부(예를 들어, Y축 음의 방향의 단부 및 Y축 양의 방향의 단부)에 배치될 수 있으며, 제3 방향과 수직한 지지면(2321)을 포함할 수 있다. 지지면(2321)은 플랜지부(2320)의 적어도 일부에 형성되는 넓고 편평한 면일 수 있다. 플랜지부(2320)가 바디부(2310)의 양 단부에 각각 배치되는 경우 플랜지부(2320)의 지지면(2321)이 지지 부재(2300)의 양 단부면을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 부재(2300)의 제3 방향 양 단부에는 각각 플랜지부(2320)가 배치될 수 있으며, 이 경우 각 플랜지부(2320)의 지지면(2321)이 지지 부재(2300)의 제3 방향 최외곽면을 형성할 수 있다. 실시예들에서, 플랜지부(2320)의 지지면(2321)은 보호 부재(2200)의 넓은 면에 수직한 방향(즉, 제1 방향)과 대략 평행할 수 있다. 이 경우, 제1 방향은 제1 배터리 셀(2100a)과 제2 배터리 셀(2100b)이 서로 마주보는 방향일 수 있다. 배터리 셀 어셈블리(2000)는 지지면(2321)을 통해 배터리 셀 어셈블리(2000) 외부의 안착면(또는 기준면)에 안착될 수 있다. 예를 들어, 안착면은 배터리 셀 어셈블리(2000)가 수용되는 팩 하우징의 하부면이나, 또는 셀 적층체(1000)를 제작하기 위한 작업대일 수 있다.
플랜지부(2320)에는 결합 돌기(2322) 및 결합 홈(2323)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 결합 돌기(2322)는 제1 방향(Z축 방향)으로 돌출되어, 이웃하는 다른 지지 부재(2300)의 결합 홈(2323)에 삽입되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 하나의 플랜지부(2320)는 서로 반대되는 모서리에 각각 결합 돌기(2322) 및 결합 홈(2323)을 가질 수 있다.
플랜지부(2320)에는 배터리 셀 어셈블리(2000)를 외부 구성품(예를 들어, 배터리 모듈(200)의 커버)과 체결하는데 사용되는 체결부(2325)가 배치될 수 있다. 체결부(2325)는 체결 부재(예를 들어, 볼트)와 체결될 수 있다. 예를 들어, 체결부(2325)는 볼트와 나사 결합할 수 있는 나사 홈을 가질 수 있다. 또는 체결부(2325)는 지지 부재(2300)의 다른 부분과 서로 다른 재료로 형성될 수 있다.
플랜지부(2320)는 버스바 어셈블리(예를 들어, 도 2의 4000)와 결합을 위한 걸림 홈(2324)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 걸림 홈(2324)은 플랜지부(2320)의 적어도 일부가 관통된 형상의 홈으로 구성될 수 있으며, 여기에 버스바 어셈블리(도 2의 4000)의 적어도 일부가 삽입되어, 버스바 어셈블리(도 2의 4000)와 배터리 셀 어셈블리(2000)가 상호 결합될 수 있다.
도 7은 배터리 셀 어셈블리(2000)가 안착면(S)에 안착된 모습을 나타내는 예시도이다. 도 8은 배터리 셀 어셈블리(2000)가 안착면(S)을 따라 적층된 모습을 나타내는 예시도이다. 도 7 및 도 8을 참고하면, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 지지면(2321)을 통해 각 배터리 셀(2100)의 폴딩부(2113)가 안착면(S)을 향하도록 안정적으로 지지될 수 있다.
지지 부재(2300)가 없이 배터리 셀(2100)만으로 적층체를 형성하는 경우, 개별 배터리 셀(2100)을 안착면(S)에 대해 정확히 정렬시키기 어려운 문제점이 있다. 여기서 설명되는 안착면(S)은 셀 적층체(1000)를 제작하기 위한 작업대, 또는 배터리 셀 어셈블리(2000)가 수용되는 팩 하우징일 수 있다.
특히, 파우치(2110) 타입의 배터리 셀(2100)에 있어서, 배터리 셀(2100)의 폴딩부(2113)에서 돌출되는 샤크핀(2114)이나 또는 폴딩부(2113) 자체의 평탄도로 인해, 폴딩부(2113)가 안착면(S)을 향하도록 배터리 셀(2100)을 세우기 어려운 문제가 있다. 하지만, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 지지 부재(2300)의 평탄한 지지면(2321)을 통해 배터리 셀(2100)을 안착면(S)에 안정적으로 세울 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지지 부재(2300)의 지지면(2321)은 배터리 셀(2100)보다 Y축 음의 방향으로 더욱 아래에 배치될 수 있다. 이러한 구조에 의해, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 샤크 핀(2114)에 의해 방해받지 않고 안착면(S)에 안정적으로 기립할 수 있다.
실시예들에서, 플랜지부(2320)의 지지면(2321)과 배터리 셀(2100) 사이에는 소정의 이격 공간(g)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 셀(2100a)과 제2 배터리 셀(2100b)은 한 쌍의 지지 부재(2300)의 각 지지면(2321)을 서로 잇는 가상의 선에 대해 제3 방향(Y축 방향)으로 이격될 수 있다. 이에 따라 한 쌍의 지지면(2321)과 맞닿는 외부 안착면(S)과 배터리 셀(2100) 사이에는 이격 공간(g)이 형성될 수 있다. 이격 공간(g)의 갭(g1)은 배터리 셀(2100)의 폴딩부(2113)로부터 샤크 핀(2114) 단부까지의 거리(g2)보다 더 클 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 셀 어셈블리(2000)는 배터리 셀(2100)이 고정되는 지지 부재(2300)의 지지면(2321)을 통해 안착면(S)(예를 들어, 셀 적층체(1000)를 제작하기 위한 작업대)에 안정적으로 지지될 수 있으며, 이에 따라, 복수의 배터리 셀(2100)을 안착면(S)과 나란한 방향으로 정확하게 적층 배열할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 셀 어셈블리(2000)에 포함되는 배터리 셀(2100)의 폴딩부(2113)는 안착면(S)과 마주보게 직접 노출될 수 있다. 배터리 모듈(200)은 별도의 하우징이나 케이스가 없을 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀(2100)과 안착면(S) 사이에 열 전달을 방해하는 강성 부재가 생략되어, 배터리 셀(2100)이 배터리 모듈(200) 외부의 안착면(S)과 직접 마주보게 배치될 수 있다. 따라서 배터리 셀(2100)로부터 외부 안착면(S)을 향하는 방향으로 방열 효율이 증대될 수 있다. 도면에서는 나타나지 않으나, 방열 효율을 더욱 높이기 위해 배터리 셀(2100)과 안착면(S)(예를 들어, 팩 하우징의 하부면) 사이에 방열 부재(미도시)가 추가로 배치될 수 있다. 예를 들어, 방열 부재(미도시)는 배터리 셀(2100)의 하부면(예를 들어, 폴딩부(2113))과 안착면(S) 사이에 전도에 의한 열 전달 경로가 형성되도록 갭을 메꾸는 열 전도성 접착제(Thermal adhesive)를 포함할 수 있다. 방열 부재(미도시)가 배치되는 경우, 배터리 셀(2100)로부터 안착면(S)을 향하는 방향으로 열 전도가 더욱 활발히 일어날 수 있으므로, 배터리 셀(2100)의 안전 온도 유지에 더욱 유리하다.
계속해서, 도 9 및 도 10을 참고하여 실시예들에 따른 배터리 셀 어셈블리(2000)에 포함되는 배터리 셀(2100)들의 전기적 연결에 관해 설명한다. 도 9는 실시예들에 따른 배터리 셀 어셈블리(2000)의 일 부분의 확대 사시도이며, 도 10은 도 9의 I-I' 부분의 단면도이다. 도 9 및 도 10에서 설명되는 배터리 셀 어셈블리(2000)는 앞서 도 1 내지 도 7에서 설명되는 배터리 셀 어셈블리(2000)에 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 제1 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 서로 마주보는 제1 배터리 셀(2100a) 및 제2 배터리 셀(2100b)을 포함할 수 있다. 제1 배터리 셀(2100a)과 제2 배터리 셀(2100b)은 리드 탭(2131, 2132)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 배터리 셀(2100a)의 리드 탭(이하, 제1 리드 탭(2130))과 제2 배터리 셀(2100b)의 리드 탭 (이하, 제2 리드 탭(2132))은 각 배터리 셀(2100a, 2100b)의 셀 바디부(2111a, 2111b)로부터 제1 방향(Z축 방향)과 수직한 제2 방향(예를 들어, X축 방향)으로 인출될 수 있다. 제1 리드 탭(2131) 및 제2 리드 탭(2132) 중 적어도 하나는 적어도 일부가 절곡될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 리드 탭(2131) 중 적어도 일부는 제2 배터리 셀(2100b)을 향하는 방향으로 절곡될 수 있으며, 제2 리드 탭(2132) 중 적어도 일부는 제1 배터리 셀(2100a)을 향하는 방향으로 절곡될 수 있다. 제1 리드 탭(2131)과 제2 리드 탭(2132)이 각각 수직으로 절곡됨에 따라, 두 리드 탭(2130)은 적어도 일부가 제2 방향(X축 방향)으로 서로 겹쳐져 접촉될 수 있다.
두 리드 탭(2131, 2132)에서 겹쳐진 부분은 용접에 의해 서로 결합될 수 있다. 이 경우, 용접은 레이저가 조사하여 모재(피용접물)를 서로 접합시키는 레이저 용접 방식으로 수행될 수 있다. 다만, 두 리드 탭(2131, 2132)의 결합 방식은 용접에 한정되지 않으며, 두 리드 탭(2131, 2132)을 통전시킬 수 있는 결합 방식이라면 어떠한 것으로도 가능하다.
실시예들에서, 제1 리드 탭(2131)과 제2 리드 탭(2132)은 서로 마주보는 방향으로 각각 절곡되어 적어도 일부가 대면 접촉될 수 있다. 이하의 설명에서, 제1 리드 탭(2131) 중 제2 리드 탭(2132)과 대면 접촉되는 부분을 제1 연결부(2131a)라고 하며, 제2 리드 탭(2132) 중 제1 리드 탭(2131)과 대면 접촉되는 부분을 제2 연결부(2132a)라고 한다. 도 10을 참고하면, 제1 연결부(2131a) 및 제2 연결부(2132a)는 지지 부재(2300)의 바디부(2310)와 제2 방향(X축 방향)으로 서로 마주보게 배치될 수 있다. 연결부(2131a, 2132a)를 구성하는 제1 리드 탭(2131)의 적어도 일부와 제2 리드 탭(2132)의 적어도 일부는 지지 부재(2300)의 일면의 폭(예를 들어, Z축 방향의 길이)와 같거나 더 클 수 있다.
두 리드 탭(2131, 2132)의 연결부(2131a, 2132a)는 용접 영역(W1, W2)을 따라 용접될 수 있다. 용접 영역(W1, W2)은 적어도 하나가 설정될 수 있다. 예를 들어, 용접 영역(W1, W2)은 연속적으로 연장되는 용접 라인으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 연결부(2131a, 2132a)는 서로 나란하게 연장되는 두 개의 용접 라인을 따라 용접될 수 있다.
각각의 용접 영역(W1, W2)은 두 리드 탭(2131, 2132)의 연결부(2131a, 2132a) 표면에서 제1 방향(Z축 방향) 및 제2 방향(X축 방향)과 모두 수직한 제3 방향(Y축 방향)으로 연장되어 형성될 수 있다.
복수의 용접 영역(W1, W2)이 설정되는 경우, 어느 하나의 용접 영역(예를 들어, W1)은 두 리드 탭(2131, 2132)을 서로 용접시키기 위해 설정될 수 있으며, 다른 하나의 용접 영역(예를 들어, W2)은 두 리드 탭(2131, 2132)과 다른 부재(예를 들어, 배터리 모듈(200)의 버스바)를 서로 용접시키기 위해 설정될 수 있다.
두 리드 탭(2131, 2132)이 안정적으로 용접될 수 있도록, 지지 부재(2300)의 바디부(2310)에는 하나 이상의 가이드 홈(2312)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(2300)의 바디부(2310) 중 연결부(2131a, 2132a)와 마주보는 면에는 하나 이상의 가이드 홈(2312)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 가이드 홈(2312)은 바디부(2310)에서 제2 방향으로 함몰된 홈(recess)이 제2 방향(X축 방향)과 수직한 제3 방향(Y축 방향)으로 연장되어 구성될 수 있다. 가이드 홈(2312)을 따라 두 리드 탭(2131, 2132)의 연결부(2131a, 2132a)를 용접시키는 용접 영역(W1, W2)이 형성될 수 있다. 복수의 가이드 홈(2312)이 형성되는 경우, 각각의 가이드 홈(2312)을 따라 서로 다른 용접 영역(W1, W2)이 형성될 수 있다.
실시예들에서, 가이드 홈(2312)은 서로 나란하게 형성되는 제1 가이드 홈(2312a) 및 제2 가이드 홈(2312b)을 포함할 수 있다. 각각의 가이드 홈(2312a, 2312b)을 따라 개별적으로 용접 공정이 수행될 수 있다. 이 경우, 용접 공정은 순차적으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 제1 용접 공정에서는 제1 가이드 홈(2312a)을 따라 형성되는 제1 용접 영역(W1)에서 제1 배터리 셀(2100a)의 제1 리드 탭(2131)과 제2 배터리 셀(2100b)의 제2 리드 탭(2132)이 서로 용접될 수 있다. 제2 용접 공정에서는 제2 가이드 홈(2312b)을 따라 형성되는 제2 용접 영역(W2)에서 제1 리드 탭(2131), 제2 리드 탭(2132) 및 다른 부재(예를 들어, 배터리 모듈(200)의 버스바)가 서로 용접될 수 있다. 배터리 셀 어셈블리(2000)의 제작 단계에서는 제1 용접 공정만이 수행될 수 있다. 이후 배터리 셀 어셈블리(2000)와 버스바 어셈블리(예를 들어, 도 2의 4000)를 서로 결합하는 단계에서 제2 용접 공정이 수행될 수 있다.
가이드 홈(2312)은 용접 공정에 있어서 일종의 안전 공간으로 기능할 수 있다. 즉, 가이드 홈(2312)은 용접시 연결부(2131a, 2132a)의 배면에서 발생되는 용접 파티클이나 불규칙한 충격 또는 연결부의 형상 변형이 배터리 셀 어셈블리(2000)를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
실시예들에서, 제1 연결부(2131a), 제2 연결부(2132a) 및 가이드 홈(2312)은 제2 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 가이드 홈(2312), 제1 연결부(2131a) 및 제2 연결부(2132a)는 일 방향(예를 들어, X축 양의 방향)으로 차례로 배치될 수 있다. 이 경우, 일 방향(X축 양의 방향)은 한 쌍의 지지 부재(2300)가 서로 마주보는 방향과 반대되는 방향일 수 있다.
도 9 및 도 10은 배터리 셀 어셈블리(2000)의 어느 한 쪽 지지 부재(2300)에 형성되는 가이드 홈(2312) 및 그에 대면하여 용접되는 두 리드 탭(2130)을 도시하고 있으나, 반대 쪽의 지지 부재에도 이와 동일하게 가이드 홈 및 그에 대면하여 용접되는 두 리드 탭이 배치될 수 있다. 즉, 배터리 셀 어셈블리(2000)의 제1 배터리 셀(2100a)에서 양 측으로 인출되는 두 리드 탭(2131)과 제2 배터리 셀(2100b)에서 양 측으로 인출되는 두 리드 탭(2132)은 한 쌍의 지지 부재(2300)의 가이드 홈(2312)을 따라 서로 용접되어, 두 배터리 셀(2100)이 전기적으로 연결될 수 있다.
전기적으로 연결된 한 쌍의 배터리 셀(2100)을 포함하는 배터리 셀 어셈블리(2000)는 복수 개가 일 방향으로 적층되어 배터리 모듈(200)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 이하에서는 도 11를 참고하여, 복수의 배터리 셀 어셈블리(2000) 상호간의 결합을 설명한다.
도 11는 실시예들에 따른 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합 상면도이다. 도 11에서 설명되는 배터리 셀 어셈블리(2000)는 앞서 도 1 내지 도 10에서 설명되는 배터리 셀 어셈블리(2000)에 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 복수 개가 일 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 적층되어 셀 적층체(1000)를 형성할 수 있다. 배터리 셀 어셈블리(2000)들 사이에 접착력을 가지는 접착 부재(예를 들어, 도 2의 1100)가 배치될 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀 어셈블리(2000)들이 적층된 상태로 고정될 수 있다.
배터리 셀 어셈블리(2000)의 지지 부재(2300)는 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합(적층)을 가이드하는 결합 가이드 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합 가이드 부재는 서로 마주 보는 두 배터리 셀 어셈블리(2000)에서 어느 한 배터리 셀 어셈블리(2000)의 지지 부재(2300)에 배치되는 결합 돌기(2322) 및 다른 배터리 셀 어셈블리(2000)의 지지 부재(2300)에 배치되는 결합 홈(2323)을 포함할 수 있다.
결합 홈(2323)은 결합 돌기(2322)가 삽입될 수 있도록, 결합 돌기(2322)의 두께(예를 들어, Y축 방향의 길이)나 너비(예를 들어, X축 방향의 길이)에 대응하는 홈(recess)의 형상을 가질 수 있다.
도 11를 참고하면, 어느 한 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합 돌기(2322)는 이웃하는 다른 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합 홈(2323)에 삽입되어, 배터리 셀 어셈블리(2000)들이 서로 정확한 위치에 결합될 수 있도록 가이드할 수 있다.
실시예들에서, 결합 돌기(2322) 및 결합 홈(2323)은 지지 부재(2300)의 플랜지부(2320)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 결합 돌기(2322)는 플랜지부(2320)에서 제1 방향(Z축 방향)으로 돌출되도록 구성될 수 있으며, 결합 홈(2323)은 플랜지부(2320)에 있어서 결합 돌기(2322)가 돌출되는 부분과 반대되는 쪽에서 함몰되어 구성될 수 있다. 이에 따라, 어느 한 배터리 셀 어셈블리(2000)의 플랜지부(2320)의 결합 돌기(2322)가 이웃하는 다른 배터리 셀 어셈블리(2000)의 플랜지부(2320)의 결합 홈(2323)에 삽입될 수 있다.
배터리 셀 어셈블리(2000)들이 제1 방향(Z축 방향)으로 순차적으로 적층됨에 따라, 어느 한 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합 돌기(2322)는 그 다음에 위치하는 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합 홈(2323)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(200)의 측면을 반듯하게 만들기 위해, 제1 방향의 최외곽에 위치하는 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합 돌기(2322a)는 커팅될 수 있다.
실시예들에서, 하나의 배터리 셀 어셈블리(2000)에 포함되는 한 쌍의 지지 부재(2300)는 각각 결합 가이드 부재를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 하나의 배터리 셀 어셈블리(2000)에 포함되는 한 쌍의 지지 부재(2300)는 각각 반대되는 방향으로 돌출되는 결합 돌기(2322) 및 각각 반대되는 방향으로 함몰된 결합 홈(2323)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 배터리 셀 어셈블리(2000)들이 제1 지지 부재 및 제2 지지 부재를 포함한다고 할 때, 어느 한 배터리 셀 어셈블리(제1 배터리 셀 어셈블리)의 제1 지지 부재에 배치되는 결합 돌기(2322)는 이웃하는 다른 배터리 셀 어셈블리(제2 배터리 셀 어셈블리)의 제1 지지 부재의 결합 홈(2323)에 수용될 수 있다. 또한, 어느 한 배터리 셀 어셈블리(제1 배터리 셀 어셈블리)의 제2 지지 부재에는 이웃하는 다른 배터리 셀 어셈블리(제2 배터리 셀 어셈블리)의 제2 지지 부재의 결합 돌기(2322)가 수용되는 결합 홈(2323)이 배치될 수 있다.
한 쌍의 지지 부재(2300)에 결합 홈(2323)이 서로 반대되는 방향으로 배치되는 경우, 사용자는 필요에 따라 배터리 셀 어셈블리(2000)의 양극 및 음극의 위치를 바꿔서 적층시킬 수 있다. 다만, 한 쌍의 지지 부재(2300)에서 결합 돌기(2322)가 돌출되는 방향은 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 한 쌍의 지지 부재(2300)에서 결합 돌기(2322)는 모두 같은 방향으로 돌출되도록 구성될 수 도 있다.
실시예들에서, 어느 하나의 지지 부재(2300)는 결합 가이드 부재를 복수 개 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 지지 부재(2300)의 양 단부에 배치되는 한 쌍 플랜지부(2320)는 각각 동일한 방향으로 돌출되는 결합 돌기(2322)를 포함할 수 있다. 지지 부재(2300)의 두 결합 돌기(2322)가 모두 동일한 방향으로 돌출됨에 따라, 지지 부재(2300)가 다른 지지 부재(2300)에 상하 방향(예를 들어, 도 6의 Y축 방향)으로 뒤집어져서 체결되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 다만, 어느 한 지지 부재(2300)에 있어서 결합 돌기(2322)의 돌출 방향은 상술한 바에 한정되는 것은 아니다.
실시예들에서, 배터리 셀 어셈블리(2000)는 결합 돌기(2322) 및 그에 대응하는 형상의 결합 홈(2323)을 가지므로, 복수의 배터리 셀 어셈블리(2000)가 정확한 위치에 신속하게 적층 조립될 수 있으며, 오조립을 사전에 방지할 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(1000)를 구성하는 개개의 배터리 셀 어셈블리(2000)는 버스바 어셈블리(4000)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이하에서는 도 12 내지 도 14를 참고하여, 버스바 어셈블리(4000)에 관해 상세히 설명한다. 도 12는 버스바 어셈블리(4000)의 분해 사시도이며, 도 13은 버스바 어셈블리(4000)가 셀 적층체(1000)에 결합되는 모습을 나타내고, 도 14는 버스바 어셈블리(4000)가 셀 적층체(1000)와 결합된 상태의 예시적 단면도이다. 도 12 내지 도 14에서 설명되는 배터리 모듈(200) 및 그 구성요소(예를 들어, 배터리 셀 어셈블리(2000) 및 버스바 어셈블리(4000) 등)는 앞서 도 1 내지 도 11에서 설명되는 배터리 모듈(200) 및 그 구성요소와 각각 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리(4000)는 어느 한 배터리 셀 어셈블리(2000)와 다른 배터리 셀 어셈블리(2000)를 전기적으로 연결하는 버스바(4100) 및 버스바(4100)를 지지하는 버스바 프레임(4200)을 포함할 수 있다.
버스바(4100)는 도전성 재료로 형성될 수 있으며, 복수의 배터리 셀 어셈블리(2000)를 서로 전기적으로 연결시키는 역할을 수행한다. 버스바(4100)와 배터리 셀 어셈블리(2000)의 연결 방식으로는 레이저 용접 등을 비롯한 다양한 용접 방식이 적용될 수 있다. 다만, 연결 방식은 용접에 한정되는 것은 아니며, 두 금속성 재료를 전기적으로 통전시킬 수 있는 연결 방식이라면 어떠한 것으로도 가능하다.
버스바 프레임(4200)은 버스바(4100)가 배터리 셀 어셈블리(2000)와 안정적으로 연결되도록 지지할 수 있다. 버스바(4100)는 버스바 프레임(4200)에 고정된 상태로 배터리 셀 어셈블리(2000)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 버스바 프레임(4200)은 일면이 셀 적층체(1000)를 커버하도록 배치되며, 버스바 프레임(4200)의 타면에는 복수의 버스바(4100)가 배치될 수 있다.
버스바 프레임(4200)은 외부의 충격이나 진동 상황에서 버스바(4100)를 구조적으로 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 버스바 프레임(4200)은 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 변성 폴리페닐렌옥사이드(MPPO) 등 가벼우면서도 우수한 기계적 강도를 가지는 플라스틱 소재를 포함할 수 있으며, 이에 따라 절연성을 확보하면서 버스바(4100)를 구조적으로 지지할 수 있다.
실시예들에서, 버스바(4100)는 버스바 프레임(4200) 상에 복수 개 배치되어 배터리 셀 어셈블리(2000)의 적층 방향(예를 들어, 도 12의 Z축 방향)을 따라 나란히 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 복수의 버스바(4100)는 버스바 프레임(4200)에 형성되는 안착부(4210)에 배터리 셀 어셈블리(2000)의 적층 방향을 따라 소정의 간격을 가지고 나란히 배치될 수 있다.
버스바 프레임(4200)은 어느 한 안착부(4210)와 다른 안착부(4210) 사이에 배치되며 버스바(4100)의 배열 방향과 수직한 방향(예를 들어, X축 방향)으로 돌출되는 분리벽(4220)을 포함할 수 있다. 분리벽(4220)은 이웃하는 두 버스바(4100) 사이에서 버스바(4100)의 두께(여기서 '두께'는 도 12의 X축 방향의 길이를 의미할 수 있다.)보다 더 돌출될 수 있다. 분리벽(4220)은 버스바 프레임(4200)과 동일한 재료로 버스바 프레임(4200)에 일체로 형성될 수 있다. 또는, 분리벽(4220)은 버스바 프레임(4200)보다 용융점이 높은 재료를 포함하며, 버스바 프레임(4200)에 삽입되는 별도의 부재로 제공될 수도 있다. 분리벽(4220)은 이웃하는 두 버스바(4100)가 서로 맞닿아 단락되는 것을 방지할 수 있다.
버스바(4100)는 다양한 방법으로 버스바 프레임(4200)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 버스바(4100)는 열 융착 공정이나 또는 인서트 사출 공정에 의해 버스바 프레임(4200)에 고정될 수 있다.
배터리 셀 어셈블리(2000)의 리드 탭(2130)은 버스바(4100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀 어셈블리(2000)의 리드 탭(2130)은 적어도 일부가 버스바(4100)와 서로 마주보게 배치되며, 레이저 용접 등의 공정에 의해 상호 접합되어 버스바(4100)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 복수의 버스바(4100) 중 적어도 일부는 외부와의 전기적 접속에 이용되는 접속 단자(4120)를 가질 수 있으며, 접속 단자(4120)는 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있도록 커버 어셈블리(5000)를 통과하여 외부로 노출될 수 있다.
도면에 도시되는 않으나, 실시예들에 따른 배터리 모듈(200)은 버스바 어셈블리(4000)와 연결되는 센싱 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 센싱 모듈(미도시)은 온도 센서 또는 전압 센서 등을 포함할 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀 어셈블리(2000)의 상태를 감지할 수 있다.
실시예들에서, 버스바 프레임(4200)은 배터리 셀 어셈블리(2000)의 지지 부재(2300)와 결합되어 셀 적층체(1000)에 대해 고정될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(2300)에는 제1 걸림 홈(2324)이 배치되고, 버스바 프레임(4200)에는 제1 걸림 홈(2324)에 삽입되는 제1 후크(4230)가 배치되어, 지지 부재(2300)와 버스바 프레임(4200)이 상호 후크 결합될 수 있다. 도 12 및 도 13을 참고하면, 지지 부재(2300)의 양 단의 플랜지부(2320)는 제3 방향(Y축 방향)으로 관통된 구멍의 형상을 가지는 제1 걸림 홈(2324)을 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 버스바 프레임(4200)은 제3 방향(Y축 방향)으로 돌출되는 복수의 제1 후크(4230)를 포함할 수 있다. 복수의 제1 후크(4230)가 복수의 배터리 셀 어셈블리(2000) 중 적어도 일부의 제1 걸림 홈(2324)에 결합되어 버스바 어셈블리(4000)가 셀 적층체(1000)에 고정될 수 있다.
도 13을 참고하면, 버스바 프레임(4200)은 제3 방향(Y축 방향)으로 정렬되며 서로 반대되는 방향으로 돌출되는 한 쌍의 제1 후크(4230)를 포함할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1 후크(4230)를 순차적으로 배터리 셀 어셈블리(2000)의 제1 걸림 홈(2324)에 체결하여, 버스바 어셈블리(4000)를 셀 적층체(1000)에 간단하게 조립할 수 있다.
한편, 버스바 프레임(4200)은 커버 어셈블리(5000)와 체결하는데 사용되는 제2 후크(4240)를 더 포함할 수 있다. 이에 관해서는 도 15 및 도 16를 참고하여 후술한다.
도 14를 참고하면, 배터리 셀 어셈블리(2000)의 리드 탭(2130)은 버스바(4100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 어느 한 배터리 셀 어셈블리(2000)의 제1 연결부(2131a) 및 제2 연결부(2132a)는 버스바(4100)와 용접되어 전기적으로 연결될 있다. 이 경우, 제1 연결부(2131a)와 제2 연결부(2132a)는 지지 부재(2300)에서 버스바(4100)를 향하는 방향으로 서로 중첩되어 접촉될 수 있으며, 지지 부재(2300)와 버스바(4100) 사이에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 버스바(4100)는 이웃하는 두 배터리 셀 어셈블리(2000)의 리드 탭(2130)과 각각 용접될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 버스바(4100) 중 어느 일 부분은 제1 배터리 셀 어셈블리(2000a)와 용접될 수 있으며, 다른 일 부분은 제2 배터리 셀 어셈블리(2000b)와 용접될 수 있다. 이에 따라, 제1 배터리 셀 어셈블리(2000a)와 제2 배터리 셀 어셈블리(2000b)는 버스바(4100)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
어느 한 배터리 셀 어셈블리(2000)와 버스바(4100) 사이의 용접은 앞서 도 9을 통해 설명되는 제1 용접 공정 및 제2 용접 공정이 적용될 수 있다. 즉, 제1 용접 공정에서 제1 용접 영역(W1)을 따라 제1 연결부(2131a)와 제2 연결부(2132a)가 서로 용접될 수 있으며, 제2 용접 공정에서 제2 용접 영역(W2)을 따라 제1 연결부(2131a), 제2 연결부(2132a) 및 버스바(도 14의 4100)가 서로 용접될 수 있다.
버스바(4100)와 배터리 셀 어셈블리(2000)가 서로 안정적으로 용접될 수 있도록, 버스바(4100)는 하나 이상의 가이드 홈(4110)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 12 및 도 14에 도시된 바와 같이, 버스바(4100)의 표면에는 배터리 셀 어셈블리(2000)를 향하는 방향으로 함몰된 하나 이상의 가이드 홈(4110)이 형성될 수 있다. 가이드 홈(4110)은 버스바(4100)에서 제2 방향(X축 방향)으로 함몰된 홈(recess)이 제2 방향(X축 방향)과 수직한 제3 방향(Y축 방향)으로 연장되어 구성될 수 있다. 가이드 홈(2312)을 따라 두 리드 탭(2131, 2132)의 연결부(2131a, 2132a)와 버스바(4100)를 용접시키는 용접 라인이 설정될 수 있다.
버스바(4100)는 복수의 가이드 홈(4110)을 포함할 수 있다. 각 가이드 홈(4110)은 서로 다른 배터리 셀 어셈블리(2000)의 지지 부재(2300)와 마주보게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 제3 가이드 홈(4110a)은 제1 배터리 셀 어셈블리(2000a)의 지지 부재(2300)와 제2 방향(X축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있으며, 제4 가이드 홈(4110b)은 제2 배터리 셀 어셈블리(2000b)의 지지 부재(2300)와 제2 방향(X축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있다.
버스바(4100)의 가이드 홈(4110)은 배터리 셀 어셈블리(2000)의 가이드 홈(2312)과 서로 마주보게 배치될 수 있다. 예를 들어, 버스바(4100)의 제3 가이드 홈(4110a)은 제1 배터리 셀 어셈블리(2000a)의 가이드 홈(2312) 중 적어도 하나와 제2 방향(X축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있으며, 제4 가이드 홈(4110b)은 제2 배터리 셀 어셈블리(2000b)의 가이드 홈(2312) 중 적어도 하나와 제2 방향(X축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있다. 도 14를 참고하면, 버스바(4100)의 가이드 홈(4110)은 서로 이웃하는 두 배터리 셀 어셈블리(2000a, 2000b)가 각각 가지는 두 가이드 홈(2312) 중 어느 한 배터리 셀 어셈블리(예를 들어, 2000a)에서 다른 배터리 셀 어셈블리(예를 들어, 2000b) 를 향해 더 가까이 배치되는 가이드 홈과 대향할 수 있다.
버스바(4100)의 가이드 홈(4110)과 배터리 셀 어셈블리(2000)의 가이드 홈(2312)이 나란하게 배치됨에 따라, 버스바(4100)와 리드 탭(2130) 사이의 용접이 안전하게 진행될 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈(200)은 버스바 프레임(4200)을 커버하는 커버 어셈블리(5000)를 포함할 수 있다. 이하에서는 도 15 내지 도 16를 참고하여, 커버 어셈블리(5000)에 관해 상세히 설명한다. 도 15는 커버 어셈블리(5000)의 분해 사시도이며, 도 16는 커버 어셈블리(5000)가 버스바 어셈블리(4000)와 결합된 상태의 예시적 단면도이다. 도 15 내지 도 16에서 설명되는 배터리 모듈(200) 및 그 구성요소(예를 들어, 배터리 셀 어셈블리(2000), 버스바 어셈블리(4000) 및 커버 어셈블리(5000) 등)는 앞서 도 1 내지 도 14에서 설명되는 배터리 모듈(200) 및 그 구성요소의 특징을 모두 포함하는 것이므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실시예들에서, 커버 어셈블리(5000)는 커버 프레임(5100) 및 커버 프레임(5100)에 고정되는 단열 부재(2210)를 포함할 수 있다.
커버 프레임(5100)은 버스바 어셈블리(4000)와 결합되어 버스바(4100)를 배터리 모듈(200) 외부 환경으로부터 물리적, 전기적으로 보호하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 커버 프레임(5100)은 버스바(4100)를 커버하여 버스바(4100)가 배터리 모듈(200)의 외부의 물체와 의도치 않게 통전되는 것을 방지할 수 있다.
커버 프레임(5100)은 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 변성 폴리페닐렌옥사이드(MPPO) 등 가벼우면서도 우수한 기계적 강도를 가지는 플라스틱 소재를 포함할 수 있다. 이에 따라 절연성을 확보하면서 버스바 어셈블리(4000)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
커버 어셈블리(5000)는 커버 프레임(5100)의 외측에 결합되는 사이드 커버(5400)를 포함할 수 있다. 사이드 커버(5400)는 배터리 모듈(200)의 양 측 최외곽에 배치되어 배터리 모듈(200)을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다.
예를 들어, 사이드 커버(5400)는 커버 프레임(5100)보다 기계적 강도가 우수한 재료를 포함할 수 있다.
예를 들어, 사이드 커버(5400)는 금속 재료(예를 들어, 스테인레스 스틸)을 포함할 수 있다.
커버 프레임(5100) 및 사이드 커버(5400)는 서로 후크 결합될 수 있다.
커버 프레임(5100)과 사이드 커버(5400)는 각각 하나 이상의 벤팅 홀(5110, 5410)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버 프레임(5100)은 버스바(4100)와 마주보는 방향(X축 방향)으로 관통되는 복수의 제1 벤팅 홀(5110)을 포함할 수 있다. 사이드 커버(5400)는 제1 벤팅 홀(5110)과 마주보는 제2 벤팅 홀(5410)을 포함할 수 있다. 셀 적층체(1000)에서 발생되는 가스는 커버 프레임(5100)의 제1 벤팅 홀(5110) 및 사이드 커버(5400)의 제2 벤팅 홀(5410)을 통해 배터리 모듈(200) 외부로 방출될 수 있다.
커버 프레임(5100)과 버스바 어셈블리(4000) 사이에는 단열 부재(5200)가 배치될 수 있다. 이하의 설명에서, 배터리 셀 어셈블리(2000)의 단열 부재(2210)와 구별하기 위해, 커버 어셈블리(5000)의 단열 부재(5200)는 제2 단열 부재(5200)라고 한다.
제2 단열 부재(5200)는 배터리 모듈(200)의 이벤트 발생 시 인접한 다른 배터리 모듈(200)로 화염이나 고온의 열 에너지가 전파되는 것을 방해하거나 차단할 수 있다. 또한, 제2 단열 부재(5200)는 배터리 모듈(200)에서 분출되는 고온의 가스나 분진 등이 가지는 열 에너지를 감소시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제2 단열 부재(5200)가 배치됨에 따라, 인접한 다른 배터리 모듈(200)의 열 폭주로 인해 발생된 가스나 화염, 분진 등이 배터리 모듈(200)로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 제2 단열 부재(5200)는 부재는 난연성, 내열성, 단열성, 절연성 중에서 적어도 하나 이상의 성질을 가진 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 단열 부재(5200)는 열 및/또는 화염 전파 방지 기능을 수행할 수 있는 세라믹 울을 포함할 수 있다. 다만, 제2 단열 부재(5200)의 재료는 이에 한정되지 않으며, 인접한 다른 배터리 모듈(200)이나 배터리 셀(2100)에 열이나 화염이 전파되는 것을 방지할 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 형성될 수 있다.
제2 단열 부재(5200)는 커버 프레임(5100)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 제2 단열 부재(5200)와 커버 프레임(5100) 사이에는 접착 부재(5300)가 배치될 수 있으며, 제2 단열 부재(5200)는 접착 부재(5300)에 의해 커버 프레임(5100)에 접착 고정될 수 있다. 예를 들어, 접착 부재(5300)는 양면 테이프나 바인더일 수 있다. 다만, 도시된 것은 예시일 뿐이며, 접착 부재(5300) 대신 제2 단열 부재(5200)와 커버 프레임(5100)을 서로 체결시키는 체결 부재(미도시)가 배치될 수도 있다.
실시예들에서, 제2 단열 부재(5200)는 제1 벤팅 홀(5110)과 제2 벤팅 홀(5410)을 덮도록 구성될 수 있다. 제2 단열 부재(5200)는 배터리 모듈(200) 외부의 이물질이나 또는 다른 배터리 모듈(200)에서 방출되는 가스 및 파티클이 벤팅 홀(5110, 5410)을 통해 배터리 모듈(200) 내부로 유입되는 것을 막을 수 있다.
배터리 모듈(200) 내부의 열 폭주 상황에서 제2 단열 부재(5200)는 적어도 일부가 찢어져 셀 적층체(1000)에서 발생되는 가스를 통과시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 또는 제2 단열 부재(5200)는 가스를 통과시킬 수 있는 재료를 포함하여, 부재 자체의 파손 없이 셀 적층체(1000)에서 발생되는 가스를 통과시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
실시예들에서, 커버 어셈블리(5000)는 버스바 어셈블리(4000)와 결합되어 셀 적층체(1000)에 대해 고정될 수 있다. 예를 들어, 커버 프레임(5100)에는 제2 걸림 홈(5120)이 배치되고, 버스바 프레임(4200)에는 제2 걸림 홈(5120)에 삽입되는 제2 후크(4240)가 배치되어, 커버 프레임(5100)과 버스바 프레임(4200)이 상호 후크 결합될 수 있다. 도 15을 참고하면, 커버 프레임(5100)은 제3 방향(Y축 방향)으로 관통된 구멍의 형상을 가지는 제2 걸림 홈(5120)을 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 버스바 프레임(4200)은 제3 방향(Y축 방향)으로 돌출되는 복수의 제2 후크(4240)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 후크(4240)가 적어도 일부의 제2 걸림 홈(5120)에 결합되어 커버 어셈블리(5000)가 버스바 어셈블리(4000)에 고정될 수 있다.
도 16의 단면도를 참고하면, 버스바 프레임(4200)은 제3 방향(Y축 방향)으로 정렬되며 서로 반대되는 방향으로 돌출되는 한 쌍의 제2 후크(4240)를 포함할 수 있다. 이에 따라 한 쌍의 제1 후크(4230)를 순차적으로 커버 어셈블리(5000)의 제2 걸림 홈(5120)에 체결하여, 커버 어셈블리(5000)를 버스바 어셈블리(4000)에 간단하게 조립할 수 있다.
실시예들에서, 커버 어셈블리(5000)는 커버 프레임(5100)과 사이드 커버(5400) 사이 배치되어 벤팅 홀을 막는 차폐 부재(5500)를 더 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 차폐 부재(5500)는 얇은 필름 또는 시트로 제공되어, 배터리 모듈(200)의 외부로부터 유입될 수 있는 가스 또는 파티클을 1차적으로 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 차폐 부재(5500)는 가벼우면서도 내충격성, 내열성 또는 전기 절연성이 우수한 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 폴리카보네이트 시트를 포함할 수 있다. 차폐 부재(5500)는 커버 프레임(5100)과 버스바 프레임 사이에 배치되는 제2 단열 부재와 함께 배터리 모듈(200)에서 발생되는 고온의 열이 인접한 다른 배터리 모듈로 전파되는 것을 차단할 수 있다.
배터리 모듈(200)의 열 폭주 상황에서, 차폐 부재(5500)는 적어도 일부가 찢어져 배터리 모듈(200) 내부에서 벤팅 홀을 향하여 분출되는 가스를 적절히 통과시킬 수 있다.
다만, 도 16의 결합 구조는 예시일 뿐이며, 커버 어셈블리(5000)는 배터리 모듈(200)의 다른 구조물(예를 들어, 배터리 셀 어셈블리)와 결합되어 버스바 어셈블리(4000)를 커버할 수도 있다.
이하에서는 도 17를 참고하여, 실시예들에 따른 배터리 모듈(200)의 조립 순서를 설명한다. 도 17은 배터리 모듈(200)의 예시적 조립 순서를 나타낸다. 도 17에서 설명되는 배터리 모듈(200) 및 그 구성요소(예를 들어, 배터리 셀 어셈블리(2000), 버스바 어셈블리(4000) 및 커버 어셈블리(5000) 등)은 도 1 내지 도 16에서 설명되는 배터리 모듈(200) 및 그 구성요소와 대응되는 것이므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 17의 좌측 상단과 같이, 배터리 모듈(200)의 조립 단위는 배터리 셀 어셈블리(2000)일 수 있다. 배터리 모듈(200)에 요구되는 전압 출력 값에 맞는 적절한 수의 배터리 셀 어셈블리(2000)를 준비한다.
도 17의 가운데 상단과 같이, 배터리 셀 어셈블리(2000)를 복수 개 적층 조립한다. 이 경우, 배터리 셀 어셈블리(2000)들 사이에 접착 부재(1100)를 배치하여 배터리 셀 어셈블리(2000) 상호간을 고정시킬 수 있다. 또한, 배터리 셀 어셈블리(2000)의 결합 돌기(예를 들어, 도 6의 2322) 및 결합 홈(예를 들어, 도 6의 2323)을 이용하여, 신속하고 정확하게 적층 조립해나갈 수 있다.
도 17의 우측 상단과 같이, 배터리 셀 어셈블리(2000)를 모두 적층하여 셀 적층체(1000)를 형성한다. 셀 적층체(1000)는 적층 방향과 수직한 방향으로 리드 탭들(예를 들어, 도 4의 2130)이 노출되어 있으며, 이 리드 탭들과 버스바 어셈블리(4000)가 전기적으로 연결될 수 있다.
도 17의 우측 하단과 같이, 배터리 셀 어셈블리(2000)와 버스바 어셈블리(4000)를 결합하여, 배터리 셀 어셈블리(2000) 상호간을 전기적으로 연결한다.
도 17의 가운데 하단과 같이, 커버 어셈블리(5000)와 버스바 어셈블리(4000)를 결합한다. 커버 어셈블리(5000)는 버스바 어셈블리(4000)를 커버하여, 버스바 어셈블리(4000)를 보호할 수 있다.
커버 어셈블리(5000)의 결합 완료 후, 도 17의 좌측 하단과 같이, 하나의 배터리 모듈(200)이 완성된다.
실시예들에 따른 배터리 모듈(200)은 설계 요구치에 맞춰 배터리 셀 어셈블리(2000)의 개수를 결정하고, 이에 대응하여 버스바 어셈블리(4000) 및 커버 어셈블리(5000)의 크기만 변경하여 다양한 사이즈의 배터리 모듈을 신속하게 제작할 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈(200)은 셀 적층체(1000)의 외곽을 덮는 하우징이나 케이스 등의 부재가 생략될 수 있으며, 셀 적층체(1000)의 배터리 셀(2100)이 배터리 모듈(200) 외부로 직접 노출될 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(200)의 방열 효율이 크게 증가할 수 있다. 또한, 하우징이나 케이스를 생략함에 따라 배터리 모듈(200)의 무게를 감소실 수 있으며, 동일 체적을 유지하면서 에너지 밀도를 더욱 높일 수 있다.
한편, 배터리 모듈(200)에 포함되는 배터리 셀 어셈블리(2000), 버스바 어셈블리(4000) 및 커버 어셈블리(5000)가 각각 간단한 조립 구조를 가지므로, 별도의 체결 부품을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 조립 효율 및 생산 속도를 증대시킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈(200)의 조립 단위인 배터리 셀 어셈블리(2000)의 수를 조절하여, 다양한 요구 스펙에 부합하는 배터리 모듈(200)을 신속하게 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 평균적인 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
200... 배터리 모듈 1000... 셀 적층체
2000... 배터리 셀 어셈블리 2100... 배터리 셀
2210... 단열 부재 2220... 압축 부재
2300... 지지 부재 2322... 결합 돌기
2323... 결합 홈 4000... 버스바 어셈블리
4100... 버스바 4200... 버스바 프레임
5000... 커버 어셈블리 5100... 커버 프레임
5200... 제2 단열 부재 5400... 사이드 커버

Claims (19)

  1. 복수의 배터리 셀 어셈블리가 적층된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리; 및
    상기 버스바 어셈블리를 커버하는 커버 어셈블리를 포함하고,
    상기 복수의 배터리 셀 어셈블리 중 적어도 하나는
    서로 마주보는 적어도 두 개의 배터리 셀; 및
    상기 적어도 두 개의 배터리 셀을 지지하는 지지 부재를 포함하며,
    상기 버스바 어셈블리는 상기 지지 부재에 결합되는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 어셈블리 중 적어도 하나는
    상기 적어도 두 개의 배터리 셀 사이에 배치되는 제1 단열 부재를 포함하며,
    상기 제1 단열 부재는 상기 적어도 두 개의 배터리 셀 사이의 열 전파를 방해하는 배터리 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀 어셈블리는 서로 이웃하는 제1 배터리 셀 어셈블리 및 제2 배터리 셀 어셈블리를 포함하고,
    상기 제1 배터리 셀 어셈블리의 상기 지지 부재는 결합 돌기를 포함하며,
    상기 제2 배터리 셀 어셈블리의 상기 지지 부재는 상기 결합 돌기가 수용되는 결합 홈을 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    일면에 상기 제1 배터리 셀 어셈블리가 부착되며, 상기 일면과 반대되는 타면에 상기 제2 배터리 셀 어셈블리가 부착되는 제1 접착 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는
    상기 복수의 배터리 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 버스바; 및
    상기 버스바를 지지하는 버스바 프레임을 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 버스바 프레임 및 상기 지지 부재 중 어느 하나는 제1 후크를 포함하며, 다른 하나는 상기 제1 후크가 삽입되는 제1 걸림 홈을 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 배터리 셀은 제1 방향으로 서로 마주보는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하고,
    상기 제1 배터리 셀은 적어도 일부가 절곡된 제1 리드 탭을 포함하며,
    상기 제2 배터리 셀은 상기 제1 리드 탭과 접촉되는 제2 리드 탭을 포함하는 배터리 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 리드 탭은 상기 제2 리드 탭과 접촉되는 제1 연결부를 포함하고,
    상기 제2 리드 탭은 상기 제1 연결부와 접촉되는 제2 연결부를 포함하며,
    상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 상기 지지 부재에서 상기 버스바 어셈블리를 향하는 방향으로 서로 중첩되는 배터리 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 상기 지지 부재와 상기 버스바 어셈블리 사이에 배치되는 배터리 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부와 마주보는 복수의 가이드 홈을 포함하고,
    상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 상기 복수의 가이드 홈 중 적어도 하나를 따라 형성되는 제1 용접 영역에서 서로 용접되는 배터리 모듈.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는 상기 제1 배터리 셀 및 상기 제2 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하고,
    상기 버스바는 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부와 제2 용접 영역에서 용접되는 배터리 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 가이드 홈은 서로 나란하게 연장되는 제1 가이드 홈 및 제2 가이드 홈을 포함하고,
    상기 제1 용접 영역은 상기 제1 가이드 홈을 따라 형성되며,
    상기 제2 용접 영역은 상기 제2 가이드 홈을 따라 형성되는 배터리 모듈.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 커버 어셈블리는
    상기 버스바 어셈블리 및 상기 지지 부재 중 적어도 하나와 결합되는 커버 프레임; 및
    상기 커버 프레임과 상기 버스바 어셈블리 사이에 배치되는 제2 단열 부재를 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리 및 상기 커버 프레임 중 어느 하나는 제2 후크를 포함하고, 다른 하나는 상기 제2 후크가 삽입되는 제2 걸림 홈을 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 커버 어셈블리는 상기 제2 단열 부재를 상기 커버 프레임에 고정시키는 제2 접착 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 단열 부재는 세라믹 울을 포함하는 배터리 모듈.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 배터리 셀은 서로 제1 방향으로 마주보며,
    상기 적어도 두 개의 배터리 셀 중 적어도 하나는
    전극 조립체가 수용되는 셀 바디부; 및
    상기 셀 바디부의 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향의 양 단부에 배치되는 복수의 리드 탭을 포함하는 배터리 모듈.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는 상기 셀 적층체와 상기 제2 방향으로 마주보며, 상기 복수의 리드 탭 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 배터리 모듈.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는 상기 셀 적층체의 상기 제2 방향의 양 단부에 배치되는 배터리 모듈.
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