KR20240030364A - 배터리 모듈 - Google Patents

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module
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김호연
안상태
윤화규
이강우
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에스케이온 주식회사
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Abstract

복수의 배터리 셀들을 각각 포함하는 제1 셀 어셈블리 및 제2 셀 어셈블리를 포함하는 복수의 셀 어셈블리; 제1 셀 어셈블리 및 제2 셀 어셈블리와 각각 연결되는 연결 부재; 복수의 셀 어셈블리를 지지하는 하부 커버; 및 연결 부재와 이격되는 엔드 커버를 포함하며, 제1 셀 어셈블리 또는 제2 셀 어셈블리 중 적어도 하나는 일측이 연결 부재와 대향하며, 타측은 엔드 커버와 대향하는 배터리 모듈이 제공된다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기의 전원에서부터 전기 자동차 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다. 예컨대, 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 타입의 이차전지를 복수 개 연결하여 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈을 전기자동차의 동력원으로 활용할 수 있다.
대용량 및 대면적 배터리 모듈을 구성하기 위해서는, 요구되는 배터리 셀의 수도 증가할 수 있으며, 배터리 셀의 수가 증가함에 따라 배터리 모듈의 조립 구조가 복잡해지고 조립에 소요되는 시간이 증가할 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈의 구조를 간단하게 하여 조립 효율을 향상시키고, 배터리 모듈의 중량을 감소시킬 필요성이 높아지고 있다.
또한, 종래의 배터리 모듈의 경우, 복수의 배터리 셀들을 소정의 크기를 가지는 하우징(케이스)에 수용하여 조립하는데, 만약 배터리 모듈에 요구되는 전력량이 달라져서 배터리 셀의 개수를 변경해야 하는 경우, 이에 대응해 하우징을 다시 제작해야 하므로, 제조 비용 및 소요 시간이 증가하는 비효율이 야기되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 간단한 구조를 가지면서 조립성이 향상된 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 복수의 서브 모듈을 서로 조립하여 대용량의 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 복수의 서브 모듈들을 간단하면서도 안정적으로 조립할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에서, 복수의 배터리 셀들을 각각 포함하는 제1 셀 어셈블리 및 제2 셀 어셈블리를 포함하는 복수의 셀 어셈블리; 제1 셀 어셈블리 및 제2 셀 어셈블리와 각각 연결되는 연결 부재; 복수의 셀 어셈블리를 지지하는 하부 커버; 및 연결 부재와 이격되는 엔드 커버를 포함하며, 제1 셀 어셈블리 또는 제2 셀 어셈블리 중 적어도 하나는 일측이 연결 부재와 대향하며, 타측은 엔드 커버와 대향하는 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 제1 셀 어셈블리 및 제2 셀 어셈블리는 복수의 배터리 셀들이 제1 방향으로 적층된 셀 적층체를 각각 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제1 셀 어셈블리 및 제2 셀 어셈블리는 연결 부재를 사이에 두고 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배치될 수 있다.
실시예들에서, 제1 셀 어셈블리 또는 제2 셀 어셈블리 중 적어도 하나는 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하는 버스바 어셈블리; 및 버스바 어셈블리와 결합되는 하나 이상의 절연 커버를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 하나 이상의 절연 커버는 연결 부재와 버스바 어셈블리 사이에 배치되는 제1 절연 커버; 및 엔드 커버와 버스바 어셈블리 사이에 배치되는 제2 절연 커버를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 제1 셀 어셈블리 또는 제2 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 마주보게 배치되어 연결 부재에 결합되는 사이드 커버를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 사이드 커버는 연결 부재에 결합되는 제1 결합부; 및 버스바 어셈블리에 결합되는 제2 결합부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 버스바 어셈블리는 버스바를 지지하는 버스바 프레임을 더 포함하며, 제2 결합부는 버스바 프레임에 결합될 수 있다.
실시예들에서, 사이드 커버를 관통하여 연결 부재 또는 버스바 어셈블리에 체결되는 복수의 체결 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 연결 부재의 양 단부에는 체결 부재가 삽입되는 체결홀이 배치될 수 있다.
실시예들에서, 하부 커버는 사이드 커버의 적어도 일부가 삽입되는 삽입 홈을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 삽입 홈은 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되며, 사이드 커버는 삽입 홈을 따라 슬라이딩 가능한 제1 돌출부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 복수의 셀 어셈블리의 상부를 덮는 상부 커버를 더 포함하며, 상부 커버는 하부 커버를 향하는 방향으로 절곡되어 사이드 커버와 결합되는 절곡부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 사이드 커버는 절곡부와 셀 적층체 사이에 배치되는 제2 돌출부를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 사이드 커버는 상부 커버 또는 하부 커버 중 적어도 하나와 용접될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀들이 적층된 셀 적층체를 각각 포함하는 복수의 서브 모듈; 복수의 서브 모듈 중 어느 둘 사이에 배치되는 연결 부재를 포함하며, 복수의 서브 모듈 중 적어도 하나는 비도전성 재료를 포함하는 절연 커버가 배치되는 제1 면; 및 금속 재료를 포함하는 엔드 커버가 배치되는 제2 면을 포함하고, 제1 면이 연결 부재와 마주보도록 연결 부재에 연결되는 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀들은 제1 방향으로 적층되며, 복수의 서브 모듈은 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배치되는 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 복수의 서브 모듈 중 적어도 하나는 셀 적층체와 제1 방향으로 마주보는 사이드 커버를 포함하고, 사이드 커버는 엔드 커버 및 연결 부재와 결합될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 서브 모듈을 지지하는 상부 커버 및 하부 커버를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 상부 커버 및 하부 커버는 사이드 커버와 용접 결합될 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈은 간단한 구조를 가지면서 조립성이 향상된 구조를 가질 수 있다.
또한, 실시예들의 배터리 모듈에 따르면, 복수의 서브 모듈들을 서로 조립하여 대용량의 배터리 모듈을 구현할 수 있다.
또한, 실시예들의 배터리 모듈에 따르면, 서브 모듈에 포함되는 배터리 셀의 수량을 다양하게 설정하여, 요구되는 전력 수준에 맞는 배터리 모듈을 신속하고 정확하게 제공할 수 있다.
도 1은 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 배터리 모듈에 포함되는 서브 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 서브 모듈과 연결 부재 결합을 설명하기 위한 예시적 도면이다.
도 5는 서브 모듈의 일부분과 연결 부재의 측면을 예시적으로 나타낸다.
도 6은 도 1의 I-I' 부분에 따른 단면 중 일부를 나타낸다.
도 7은 배터리 모듈의 일부 정면도로, 도 1의 A 부분을 확대한 것이다.
도 8은 배터리 모듈에 포함되는 셀 적층체의 예시적 구성을 나타낸다.
도 9는 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 사시도이다.
도 10은 배터리 셀의 벤딩부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 배터리 셀이 배터리 모듈에 수용된 모습을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 배터리 모듈의 조립 과정을 예시적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 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 해석되어야 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.
본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서, 서로 다른 실시예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명할 수 있다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 모두 하나의 실시예를 의미하는 것은 아니다.
이하의 설명에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 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 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참고하여, 실시예들에 따른 배터리 모듈(10)을 설명한다.
도 1은 배터리 모듈(10)의 사시도이다. 도 2는 배터리 모듈(10)의 분해 사시도이다.
배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100), 서브 모듈들(100)을 서로 연결시키는 연결 부재(200), 서브 모듈들(100)을 지지하는 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 배터리 모듈(10)은 일 방향(X축 방향)으로 배열되는 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)을 포함할 수 있다. 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)은 서로 조립되어 하나의 배터리 모듈(10) 중 적어도 일부분을 구성할 수 있다.
복수의 서브 모듈(100) 중 어느 둘 사이에는 하나 이상의 연결 부재(200)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, X축 방향으로 나란히 배치되는 제1 서브 모듈(100a) 및 제2 서브 모듈(100b) 사이에 연결 부재(200)가 배치될 수 있다.
제1 서브 모듈(100a) 및 제2 서브 모듈(100b)은 연결 부재(200)에 각각 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 모듈(100a)은 연결 부재(200)의 적어도 일 부분에 체결될 수 있으며, 제2 서브 모듈(100b)은 연결 부재(200)의 다른 일 부분에 체결될 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 모듈(100a) 제2 서브 모듈(100b)은 연결 부재(200)를 매개로 하여 서로 고정될 수 있다.
복수의 서브 모듈(100)을 포함하는 배터리 모듈(10)에 있어서, 연결 부재(200)는 서브 모듈들(100)의 조립 기준점이 될 수 있다. 즉, 연결 부재(200)는 배터리 모듈(10)에서 각각의 서브 모듈(100)이 수용되는 공간을 구획하고, 서브 모듈(100)이 배치되는 위치를 가이드 할 수 있다.
연결 부재(200)는 복수의 서브 모듈(100)을 안정적으로 지지하기 위하여 소정의 강성을 가지는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(200)는 알루미늄이나 스테인레스강 등의 금속 소재를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100)을 지지하는 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 일체로 형성되는 하부 커버(300)가 복수의 서브 모듈(100)의 하부면을 커버하도록 배치될 수 있으며, 일체로 형성되는 상부 커버(400)가 복수의 서브 모듈(100)의 상부면을 커버하도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)가 일체로 형성됨에 따라, 복수의 서브 모듈(100)을 안정적으로 지지할 수 있다.
하부 커버(300)와 복수의 서브 모듈(100) 사이에는 방열 부재(500)가 배치될 수 있다. 방열 부재(500)는 일면은 서브 모듈(100)과 접촉되고, 일면과 반대되는 타면은 하부 커버(300)와 접촉되게 배치될 수 있다. 방열 부재(500)는 열 전도성 접착제(Thermal adhesive)로 제공될 수 있다. 방열 부재(500)는 서브 모듈(100)과 하부 커버(300) 사이의 공간을 메워 전도에 의한 열 전달이 더욱 활발히 이루어지도록 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(10)의 방열 효율이 증대될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 서브 모듈(100)의 상부를 덮는 상부 커버(400)를 포함할 수 있다. 상부 커버(400)는 복수의 서브 모듈(100)을 동시에 지지할 수 있도록 일체로 형성될 수 있다.
상부 커버(400)는 서브 모듈(100)의 단자부 또는 서브 모듈(100)의 센싱 모듈의 일부가 노출될 수 있도록 개구부(401)를 가질 수 있다.
상부 커버(400)는 서브 모듈(100)의 열 폭주 상황에서 발생되는 가스를 안전하게 배출할 수 있는 하나 이상의 벤팅 홀(402)을 포함할 수 있다. 벤팅 홀(402)은 서브 모듈(100)에 포함되는 복수의 배터리 셀들(예를 들어, 도 3의 1000)이 배열되는 방향(예를 들어, 도 2의 Y축 방향)을 따라 복수 개가 나란히 배치될 수 있다.
연결 부재(200)는 하부 커버(300) 및 상부 커버(400) 중 적어도 어느 하나와 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참고하면, 배터리 모듈은 연결 부재(200)와 볼팅 결합될 수 있는 하부 체결 부재(301) 및 상부 체결 부재(403)를 포함할 수 있다. 하부 체결 부재(301)는 하부 커버(300)를 관통하여 연결 부재(200)에 삽입될 수 있으며, 이에 따라 연결 부재(200)와 하부 커버(300)가 서로 고정될 수 있다. 또는, 상부 체결 부재(403)는 상부 커버(400)를 관통하여 연결 부재(200)에 삽입될 수 있으며, 이에 따라 연결 부재(200)와 상부 커버(400)가 서로 고정될 수 있다. 다만, 연결 부재(200)와 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)의 체결 방식은 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 하부 체결 부재(301) 및 상부 체결 부재(403)의 배치 또한 도면과 달리 다양한 위치에 배치될 수도 있다.
각각의 서브 모듈(100)은 복수의 배터리 셀들을 포함하여, 전기적 에너지를 저장하거나 방출할 수 있도록 구성될 수 있다.
하나의 배터리 모듈(10)에서, 복수의 서브 모듈(100)은 서로 전기적으로 연결되어 배터리 모듈에 요구되는 설계 전력 값을 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(200)를 사이에 두고 서로 마주보는 두 서브 모듈(100)은 단자부를 통해 서로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
반대로, 하나의 배터리 모듈(10)에서, 복수의 서브 모듈(100)은 서로 전기적으로 분리되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 연결 부재(200)를 사이에 두고 서로 마주보는 두 서브 모듈(100)은 서로 전기적으로 분리될 수 있으며, 각각의 서브 모듈(100)의 단자부는 이웃하는 다른 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수도 있다.
이하에서는 도 3을 참고하여, 서브 모듈(100)에 관해 상세히 설명한다.
도 3은 배터리 모듈(10)에 포함되는 서브 모듈(100)의 분해 사시도이다. 도 3에서 설명되는 서브 모듈(100)은 앞서 도 1 및 도 2에서 설명되는 제1 서브 모듈(100a) 또는 제2 서브 모듈(100b) 중 어느 하나에 해당할 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100)을 포함할 수 있다. 배터리 모듈(10)에 포함되는 복수의 서브 모듈(100) 중 적어도 하나는 셀 어셈블리(CA) 및 셀 어셈블리(CA)를 보호하는 복수의 보호 커버(140, 150)를 포함할 수 있다. 여기서 보호 커버(140, 150)는 셀 어셈블리(CA)의 적어도 일측을 커버하는 엔드 커버(140) 및 하나 이상의 사이드 커버(150)를 포함할 수 있다.
셀 어셈블리(CA)는 일 방향(예를 들어, 도 3의 Y축 방향)으로 적층된 배터리 셀들(1000)을 포함하는 셀 적층체(110), 상기 셀 적층체(110)와 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리(120) 및 버스바 어셈블리(120)에 결합되는 절연 커버(130)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(110)는 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들(1000)을 포함할 수 있다. 하나의 셀 적층체(110)에서, 복수의 배터리 셀들(1000)은 일 방향(Y축 방향)으로 적층 배치될 수 있다. 이하의 설명에서, 셀 적층체(110)에 포함되는 배터리 셀들(1000)의 적층 방향을 '제1 방향' 또는 '셀 적층 방향'이라고 한다.
버스바 어셈블리(120)는 셀 적층체(110)의 배터리 셀들(1000)을 전기적으로 연결하는 복수의 버스바(121) 및 버스바(121)를 지지하는 서포트 프레임을 포함할 수 있다.
버스바(121)는 도전성 재료로 형성될 수 있으며, 복수의 배터리 셀(1000)을 서로 전기적으로 연결시키는 역할을 수행한다. 버스바(121)는 서포트 프레임에 고정된 상태로 배터리 셀(1000)과 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(121) 중 적어도 일부에는 서브 모듈(100)의 외부 회로와 전기적으로 연결될 수 있는 단자부(122)가 배치될 수 있다.
서포트 프레임은 버스바(121)가 배터리 셀(1000)과 안정적으로 연결되도록 지지할 수 있다. 서포트 프레임은 소정의 강성을 가지는 비도전성 재료(예를 들어, 플라스틱)를 포함할 수 있으며, 복수의 버스바들(121)을 구조적으로 지지한다.
서포트 프레임은 셀 적층체(110)의 적어도 일측에 대향할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, 서포트 프레임은, 셀 적층체(110)와 제2 방향(X축 방향)으로 대향하고 버스바(121)를 지지하는 버스바 프레임(123)과, 셀 적층체(110)와 제3 방향(Z축 방향)으로 대향하고 버스바 프레임(123)에 연결되는 연결 프레임(124)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 방향은 제1 방향에 수직한 방향일 수 있으며, 제3 방향은 제1 및 제2 방향에 모두 수직한 방향일 수 있다.
연결 프레임(124)에는 셀 적층체(110)에 포함되는 배터리 셀들(1000)의 전기적, 열적 상태를 센싱할 수 있는 센싱 모듈(125)이 배치될 수 있다. 센싱 모듈(125)에서 센싱된 전압 정보 또는 온도 정보는 서브 모듈(100) 외부로 전송되어 배터리 모듈(10)의 제어에 활용될 수 있다.
셀 어셈블리(CA)는 버스바 어셈블리(120)의 적어도 일면을 커버하는 절연 커버(130)를 포함할 수 있다. 절연 커버(130)는 비도전성 재료를 포함하여, 버스바 어셈블리(120)의 버스바(121)가 다른 구성과 의도치 않게 단락되는 것을 방지할 수 있다.
서브 모듈(100)의 일측 최외곽에는 엔드 커버(140)가 배치될 수 있다. 엔드 커버(140)는 강성을 가지는 재료(예를 들어, 알루미늄 등의 금속 재료)를 포함하여, 셀 어셈블리(CA)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 서브 모듈(100)이 연결 부재(예를 들어, 도 2의 200) 및 하부 커버(예를 들어, 도 2의 300)와 결합된 상태에서, 엔드 커버(140)는 연결 부재(200)와 이격되어 하부 커버(300)의 어느 일측 가장자리에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 셀 어셈블리(CA)의 절연 커버(130)는 복수 개 마련될 수 있다. 예를 들어, 서브 모듈(100)은 연결 부재(200)와 버스바 어셈블리(120) 사이를 전기적으로 분리시키는 제1 절연 커버(131) 및 엔드 커버(140)와 버스바 어셈블리(120)를 전기적으로 분리시키는 제2 절연 커버(132)를 포함할 수 있다.
제1 절연 커버(131)는 연결 부재(200)와 버스바(121) 사이에 배치되어, 이들을 서로 전기적으로 분리시키는 역할을 수행할 수 있다. 마찬가지로, 제2 절연 커버(132)는 엔드 커버(140)와 버스바(121) 사이에 배치되어, 이들을 서로 전기적으로 분리시키는 역할을 수행할 수 있다.
절연 커버(130)는 버스바 어셈블리(120)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연 커버(131) 및 제2 절연 커버(132)는 각각 버스바 프레임(123)에 끼움 결합되어 고정될 수 있다. 또는 절연 커버(130)는 별도의 체결 부재(미도시)를 통해 버스바 프레임(123)에 고정될 수 있다.
서브 모듈(100)은 셀 적층체(110)의 적어도 일측에 대향하는 사이드 커버(150)를 포함할 수 있다.
사이드 커버(150)는 셀 적층체(110)의 서로 다른 면을 커버할 수 있도록 한 쌍으로 제공될 수 있다. 한 쌍의 사이드 커버(150)는 엔드 커버(140)와 연결 부재(200)에 각각 결합되어 서브 모듈(100)의 측면을 구성하고, 셀 적층체(110)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
사이드 커버(150)는 엔드 커버(140)와 서로 다른 방향으로 셀 적층체(110)와 대향할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 사이드 커버(150)는 셀 적층체(110)와 제1 방향(Y축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있으며, 엔드 커버(140)는 버스바 어셈블리(120) 및 제2 절연 커버(132)를 사이에 두고 셀 적층체(110)와 제2 방향(X축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있다. 이에 따라, 엔드 커버(140), 한 쌍의 사이드 커버(150), 및 제1 절연 커버(131)는 서브 모듈(100)의 네 면을 구성할 수 있다.
어느 하나의 사이드 커버(150)에 있어서, 일측 단부에는 엔드 커버(140)가 결합될 수 있으며, 일측과 반대되는 타측 단부에는 배터리 모듈(10)의 연결 부재(200)가 결합될 수 있다. 결합 강도를 높이기 위해, 버스바 어셈블리(120)도 사이드 커버(150)와 결합될 수 있다.
사이드 커버(150)는 배터리 모듈(10)의 외부 구성과 서로 구조적으로 연결될 있는 연결부(153)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, 연결부(153)는 사이드 커버(150)의 표면에서 제1 방향(Y축 방향)으로 돌출되는 구조를 가질 수 있다. 배터리 모듈(10)은 사이드 커버(150)의 연결부(153)를 통해 외부 구성(예를 들어, 복수의 배터리 모듈(10)이 수용되는 배터리 팩 하우징)과 결합될 수 있다.
서브 모듈(100)의 하부면은 셀 적층체(110)가 노출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 서브 모듈(100)은 하부면에 별도의 커버 부재를 가지지 않을 수 있으며, 이에 따라 셀 적층체(110)가 서브 모듈(100) 외부의 구성{예를 들어, 도 2에 도시된 배터리 모듈(10)의 하부 커버(300) 또는 방열 부재(500)}에 직접 맞닿을 수 있다. 이에 따라, 셀 적층체(110)로부터 서브 모듈(100)의 하부 방향으로 열 배출이 원활히 이루어질 수 있어, 서브 모듈(100)의 방열 효율이 증가할 수 있다.
서브 모듈(100)은 일측 최외곽에는 엔드 커버(140)가 배치되며, 타측 최외곽에는 제1 절연 커버(131)가 배치될 수 있다. 즉, 어느 하나의 서브 모듈(100)은 절연 커버(131)가 배치되는 제1 면 및 엔드 커버(140)가 배치되는 제2 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, 어느 하나의 서브 모듈(100)의 제1 면은 절연 커버(131)로 마감되며, 제1 면의 반대편인 제2 면은 엔드 커버(140)로 마감될 수 있다.
연결 부재(200)를 사이에 두고 서로 마주보게 배치되는 두 서브 모듈(100)은 각각 제1 면이 연결 부재(200)와 대향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 모듈(100a)은 절연 커버(130)가 배치되는 제1 면이 연결 부재(200)와 대향하도록 연결 부재(200)에 결합될 수 있으며, 제2 서브 모듈(100b)은 절연 커버(130)가 배치되는 제1 면이 연결 부재(200)와 대향하도록 연결 부재(200)에 결합될 수 있다. 이러한 연결 구조에 따라, 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)이 연결된 배터리 모듈(10)에 있어서, 각각의 서브 모듈(100)의 엔드 커버(140)들이 배터리 모듈(10)의 전방 및 후방 외곽면을 형성할 수 있으며, 엔드 커버(140)와 결합된 사이드 커버(150)들이 측부 외곽면을 형성할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참고하여, 서브 모듈(100)이 배터리 모듈(10)의 다른 구성요소와 결합되는 구조에 관해 상세히 설명한다.
도 4는 서브 모듈(100)의 사이드 커버(150)가 연결 부재(200)의 결합을 설명하기 위한 예시적 도면이다. 도 5는 서브 모듈(100)과 연결 부재(200)의 측면 중 일부분을 나타낸다. 도 6은 도 1의 I-I' 부분에 따른 단면 중 일부를 나타낸다.
도 4 내지 도 6에서 설명되는 서브 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 모듈(10)은 앞서 도 1 내지 도 3에서 설명되는 서브 모듈(100) 및 이를 포함하는 배터리 모듈(10)에 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
서브 모듈(100)은 사이드 커버(150)와 연결 부재(200)의 결합을 통해 연결 부재(200)에 연결될 수 있다.
사이드 커버(150)는 연결 부재(200)와 결합되는 제1 결합부(150a), 버스바 어셈블리(120)와 결합되는 제2 결합부(150b)를 포함할 수 있다. 사이드 커버(150)가 연결 부재(200)와 결합됨에 따라, 서브 모듈(100)은 연결 부재(200)와 연결될 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참고하면, 제1 결합부(150a)는 사이드 커버(150)를 관통하는 홀(hole)의 형상으로 제공될 수 있다. 제1 결합부(150a)에 대응하여, 연결 부재(200)도 체결 홀(200a)을 가질 수 있다. 이에 따라, 체결 부재(154)가 사이드 커버(150)의 제1 결합부(150a)와 연결 부재(200)의 체결 홀(200a)에 삽입되어, 사이드 커버(150)와 연결 부재(200)를 서로 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 체결 부재(154)는 볼트일 수 있으며, 제1 결합부(150a) 또는 체결 홀(200a)에 볼팅 결합될 수 있다. 이를 위해, 체결 부재(154)는 숫나사의 형상을 가질 수 있으며, 제1 결합부(150a) 또는 체결 홀(200a)은 체결 부재의 나사산에 대응되는 암나사의 형상을 가질 수 있다.
연결 부재(200)와의 결합을 위해, 사이드 커버(150)의 제1 결합부(150a)는 버스바 어셈블리(120)보다 제2 방향(X축 방향)으로 더욱 돌출되도록 배치될 수 있다.
사이드 커버(150)에서 제1 결합부(150a)는 복수 개 마련될 수 있다. 이에 대응하여, 연결 부재(200)의 체결 홀(200a)도 복수 개 마련될 수 있다. 이 경우, 복수의 체결 홀(200a)은 제3 방향(Z축 방향)을 따라 이격 배치될 수 있다.
다만, 사이드 커버(150)와 연결 부재(200)의 체결 구조는 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 사이드 커버(150)와 연결 부재(200)는 접착 부재를 통해 서로 고정되거나, 또는 용접 결합 등을 통해 서로 고정될 수도 있다.
사이드 커버(150)는 버스바 어셈블리(120)와 결합되는 하나 이상의 제2 결합부(150b)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참고하면, 사이드 커버(150)는 버스바 어셈블리(120)의 버스바 프레임(123)과 결합되는 제2 결합부(150b)를 포함할 수 있다.
제2 결합부(150b)는 제1 결합부(150a)와 같이, 사이드 커버(150)를 관통하는 홀(hole)의 형상으로 제공될 수 있다. 제2 결합부(150b)의 위치에 대응하여, 버스바 프레임(123)도 체결 홀(123a)을 가질 수 있다. 이에 따라 체결 부재(154)가 사이드 커버(150)의 제2 결합부(150b)와 버스바 프레임(123)의 체결 홀(123a)에 삽입되어 사이드 커버(150)와 버스바 프레임(123)을 서로 고정시킬 수 있다.
제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)이 각각 연결 부재(200)에 결합되는 경우, 제1 서브 모듈(100a)의 사이드 커버(150)와 제2 서브 모듈(100b)의 사이드 커버(150)는 서로 맞닿을 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 모듈(100a)의 사이드 커버(150)와 제2 서브 모듈(100b)의 사이드 커버(150)는 배터리 모듈(10)의 측면을 형성할 수 있다.
도 6을 참고하면, 서브 모듈(100)의 사이드 커버(150)는 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)와 결합될 수 있다.
하부 커버(300)는 사이드 커버(150)의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 삽입 홈(300a)을 포함할 수 있다.
사이드 커버(150)는 하부 커버(300)의 삽입 홈(300a)에 삽입될 수 있는 제1 돌출부(151)를 포함할 수 있다.
삽입 홈(300a)은 서브 모듈(100)의 결합 위치를 가이드 할 수 있다. 삽입 홈(300a)은 제2 방향(X축 방향)을 따라 연장될 수 있다. 배터리 모듈(10)의 조립 과정에서, 서브 모듈(100) 또는 서브 모듈(100)의 사이드 커버(150)는 하부 커버(300)의 삽입 홈(300a)을 따라 슬라이딩 결합될 수 있다.
사이드 커버(150)의 제1 돌출부(151)가 하부 커버(300)의 삽입 홈(300a)에 삽입된 상태에서, 사이드 커버(150)와 하부 커버(300)는 서로 용접 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 사이드 커버(150)와 하부 커버(300)가 맞닿는 부분은 용접되어 결합될 수 있다.
상부 커버(400)는 제1 방향(Y축 방향)의 가장자리가 하부 커버(300)를 향하는 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부(400a)를 포함할 수 있다. 상부 커버(400)의 절곡부(400a)는 사이드 커버(150)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 상부 커버(400)의 절곡부(400a)와 사이드 커버(150)가 맞닿는 부분은 용접될 수 있다.
사이드 커버(150)는 상부 커버(400)와 결합된 상태에서 상부 커버(400)의 절곡부(400a)의 내측에 위치하는 제2 돌출부(152)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 사이드 커버(150)는 절곡부와 셀 적층체(110) 사이에 배치되는 제2 돌출부(152)를 포함할 수 있다.
사이드 커버(150)는 서브 모듈(100)의 내부에서 발생되는 내압 또는 서브 모듈(100)의 외부로부터 받는 외압을 견딜 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사이드 커버(150)는 셀 적층체(110)에 포함되는 배터리 셀들(1000)의 팽창압을 견딜 수 있도록 구성될 수 있다.
셀 적층체(110)의 스웰링 현상에 의해 사이드 커버(150)에 팽창압이 가해지더라도, 사이드 커버(150)는 하부 커버(300) 또는 상부 커버(400)와 결합되어 있으므로, 셀 적층체(110)를 양쪽에서 안정적으로 지지할 수 있다.
특히, 사이드 커버(150)의 제1 돌출부(151)가 하부 커버(300)의 삽입 홈(300a)에 삽입되고, 제2 돌출부(152)는 상부 커버(400)의 절곡부(400a)의 내측에 배치됨에 따라, 사이드 커버(150)는 셀 적층체(110)의 팽창압을 더욱 효과적으로 견딜 수 있다. 즉, 제1 돌출부(151)와 제2 돌출부(152)가 각각 삽입 홈(300a) 및 절곡부(400a)에 맞물려 서브 모듈(100)의 외곽으로 밀려나지 않도록 지지되므로, 사이드 커버(150)에 강한 팽창압이 인가되더라도 안정적인 구조를 유지할 수 있다. 이에 따라, 사이드 커버(150)는 셀 적층체(110)가 스웰링 현상에 의해 팽창하는 것을 억제하여, 서브 모듈(100)의 전기적 성능을 향상시키는데 도움을 줄 수 있다.
셀 적층체(110)를 더욱 신속하고 효과적으로 냉각시키기 위해, 하부 커버(300)에는 히트 싱크(600)가 배치될 수 있다. 히트 싱크(600)는 냉각액이 유동하는 냉각 유로를 가질 수 있다. 히트 싱크(600)는 하부 커버(300)의 일면에 부착되거나, 혹은 하부 커버(300)와 일체로 형성될 수 있다.
이하에서는 도 7을 참고하여, 배터리 모듈(10)이 가지는 벤팅 홀(160)에 관해 설명한다.
도 7은 배터리 모듈(10)의 일부 정면도로, 도 1의 A 부분을 확대한 것이다. 도 7에서 설명되는 배터리 모듈(10)은 앞서 도 1 내지 도 6의 배터리 모듈(10)에 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 셀 적층체(110)에서 발생된 가스 중 적어도 일부가 배출될 수 있는 벤팅 홀(160)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참고하면, 엔드 커버(140), 사이드 커버(150) 및 상부 커버(400)의 사이에는 가스가 흘러 나갈 수 있는 이격 공간인 벤팅 홀(160)이 형성될 수 있다.
벤팅 홀(160)은 배터리 모듈(10)의 내부 공간과 연통될 수 있으며, 이에 따라 셀 적층체(110)의 충방전 과정에 발생된 가스는 이와 같은 벤팅 홀(160)을 통해 배터리 모듈(10) 외부로 배출될 수 있다.
벤팅 홀(160)은 엔드 커버(140), 사이드 커버(150) 및 하부 커버(300)의 사이에 형성될 수 있다. 다만, 벤팅 홀(160)의 위치는 상술한 바에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도 8 내지 도 11을 참고하여, 배터리 모듈(10)에 포함되는 셀 적층체(110)에 대해 상세히 설명한다.
도 8은 배터리 모듈(10)에 포함되는 셀 적층체(110)의 예시적 구성을 나타낸다. 도 9는 배터리 모듈(10)에 포함되는 배터리 셀(1000)의 사시도이다. 도 10은 배터리 셀(1000)의 벤딩부를 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 배터리 셀(1000)이 배터리 모듈(10)에 수용된 모습을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 11에서 설명되는 배터리 셀(1000), 셀 적층체(110) 및 이를 포함하는 배터리 모듈(10)은 앞서 도 1 내지 도 7에서 설명되는 배터리 셀(1000), 셀 적층체(110) 및 배터리 모듈(10)에 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(110)는 하나 이상의 배터리 셀(1000)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(1000)은 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부의 회로에 전원을 공급하거나, 또는 외부로부터 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(1000)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로 구성될 수 있다. 실시예들에서, 배터리 셀(1000)은 복수 개가 나란히 적층된 채 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 하나의 셀 적층체(110)를 구성할 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(110)는 배터리 셀(1000) 외에 배터리 셀(1000)을 보호하는 다양한 종류의 보호 부재(2000)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 셀 적층체(110)는 복수의 배터리 셀(1000), 복수의 보호 부재(2000)가 적층되어 형성될 수 있다.
보호 부재(2000)는 압축 패드 또는 단열 시트로 구성되거나, 혹은 압축 패드 및 단열 시트가 서로 조합된 것일 수 있다.
압축 패드는 외부 충격으로부터 배터리 셀(1000)을 보호하거나, 또는 배터리 셀(1000)의 팽창에 따른 팽창 압력을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 압축 패드는 폴리 우레탄 계열의 소재를 포함하여 배터리 셀(1000)의 팽창 압력을 흡수할 수 있다.
단열 시트는 배터리 셀(1000) 또는 압축 패드 중 적어도 하나와 대면하도록 배치될 수 있다. 단열 시트는 이웃하는 배터리 셀들(1000) 사이에 화염이나 고온의 열 에너지가 전파되는 것을 차단하여, 셀 적층체(110) 내부에서 연쇄적 발화 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 단열 시트는 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.
보호 부재(2000)는 셀 적층체(110) 내에 복수 개가 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 배터리 셀(1000) 사이에 배치되거나 셀 적층체(110)의 가장자리에 배치될 수 있다. 다만, 보호 부재(2000)의 위치는 상술한 바에 한정되지 않으며, 필요에 따라 서브 모듈(100)의 내부 또는 외부에 적절히 배치될 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 셀 적층체(110)는 예시일 뿐이며, 셀 적층체(110)는 상술한 압축 패드나 단열 시트 외에 다른 다양한 종류의 보호 부재(2000)를 더 포함할 수도 있다.
실시예들에서, 셀 적층체(110)에 포함되는 복수의 배터리 셀(1000)은, 도 9에 도시된 바와 같이 파우치형(Pouch-type) 배터리 셀(1000)일 수 있다.
도 9를 참고하면, 파우치형 배터리 셀(1000)은 파우치(1200) 내에 전극 조립체(1100)가 수용된 형태로 구성되는 셀 바디부(1210) 및 전극 조립체(1100)와 전기적으로 연결되며 파우치(1200)의 외부로 노출되는 복수의 리드 탭(1240)을 포함할 수 있다. 전극 조립체(1100)는 양극판(미도시)과 음극판(미도시)이 세퍼레이터(미도시)를 사이에 두고 적층된 형태로 구성될 수 있다. 도 9에 도시된 배터리 셀(1000)의 경우 2개의 리드 탭(1240)은 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 서로 동일한 방향을 향하되 길이 또는 높이를 달리 하여 배치되는 것도 가능하다.
파우치(1200)는 전극 조립체(1100)를 감싸고 셀 바디부(1210)의 외관을 형성하며, 전극 조립체(1100) 및 전해액(미도시)이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 파우치(1200)는 내부에 전극 조립체(1100)를 수용할 수 있으며, 전극 조립체(1100)의 형상에 대응하는 내부 공간을 가질 수 있다
실시예들에서, 파우치(1200)는 한 장의 외장재가 폴딩되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 파우치(1200)는 한 장의 외장재를 반으로 폴딩하고, 그 사이에 전극 조립체(1100)가 수용되는 내부 공간을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 외장재는 알루미늄 laminated film일 수 있다.
파우치(1200)의 가장자리에는 외장재가 상호 접합되어 실링부(1220)가 형성될 수 있다. 실링부(1220) 형성을 위한 외장재의 접합에는 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실링부(1220)는 리드 탭(1240)이 배치되는 위치에 형성되는 제1 실링부(1220a)와, 리드 탭(1240)이 배치되지 않는 위치에 형성되는 제2 실링부(1220b)로 구분될 수 있다. 실링부(1220)의 접합 신뢰성을 높이고 실링부(1220)의 면적을 최소화하기 위해, 제2 실링부(1220b)의 일부는 적어도 한 번 접힌 형태를 가지도록 가공될 수 있다.
외장재가 전극 조립체(1100)의 일측 가장자리를 따라 접힌(폴딩된) 면에는 실링부(1220)가 형성되지 않을 수 있다. 파우치(1200)가 전극 조립체(1100)의 일측 가장자리를 따라 접히는 부분을 실링부(1220)와 구분하기 위해 폴딩부(1230)라고 정의한다. 즉, 파우치형 배터리 셀(1000)은 파우치(1200)의 가장자리 4면 중 3면에서 실링부(1220)가 형성되며, 나머지 한쪽 면에서 폴딩부(1230)가 형성되는 3면 실링 파우치 형태를 가질 수 있다.
다만, 배터리 셀(1000)은 도 9에 도시된 3면 실링 파우치(1200) 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 2장의 서로 다른 외장재를 겹쳐 파우치를 형성하고, 파우치 둘레의 4면 모두에 실링부가 형성되는 것도 가능하다.
이상의 설명에서, 배터리 셀(1000)로서 파우치형 배터리 셀(1000)이 사용되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 배터리 셀(1000)은 전술한 파우치 타입으로 한정되는 것은 아니며, 캔형 배터리 셀로 구성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 캔형 배터리 셀은 적층되어 셀 적층체(110)를 이룰 수 있도록 사각 평면을 가질 수 있다. 사각 평면을 가지는 캔형 배터리 셀에서, 각각의 전극은 배터리 셀의 측면에 위치하여 버스바 어셈블리(120)에 연결될 수 있다.
파우치 타입의 배터리 셀(1000)에 있어서, 전극 조립체(1100) 및 그를 수용하는 셀 바디부(1210)가 가지는 두께로 인하여 실링부(1220) 중 적어도 일부가 배터리 셀(1000)의 다른 부분에 비해 더 돌출될 수 있다. 예를 들어, 도 10의 좌측 확대도에 도시된 바와 같이, 제1 실링부(1220a)에서 폴딩부(1230)로 이어지는 부분의 외장재는 실링 과정을 거치면서 폴딩부(1230)보다 아래 방향(예를 들어, Z축 음의 방향)으로 돌출될 수 있다.
이와 같이 폴딩부(1230)의 아래 방향으로 돌출되는 부분은 샤크핀(shark-fin), 델타핀(delta-fin), 또는 박쥐 귀(bat-ear)라고 불리는데, 이에 의해 배터리 셀(1000)의 전체 외형이 필요 이상으로 크게 형성되어, 배터리 모듈(10)의 에너지 밀도나 냉각 효율 측면에서 불리할 여지가 있다. 또한, 이와 같은 샤크핀으로 인해, 배터리 셀(1000)과 하부 커버(300) 사이에 불필요한 데드 스페이스가 형성될 우려가 있었다.
이러한 데드 스페이스를 축소시킬 수 있도록, 실시예들에 따른 배터리 셀(1000)에서, 외장재의 돌출 부분이 벤딩된 벤딩부(1220c)가 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 10의 우측 확대도에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(1000)은 실링부(1220) 중 폴딩부(1230)보다 아래로 돌출된 부분이 절곡되거나 벤딩되어 형성된 벤딩부(1220c)를 포함할 수 있다. 벤딩부(1220c)가 형성됨에 따라, 배터리 셀(1000)에서 폴딩부(1230)보다 아래 방향으로 돌출되는 부분을 없애거나 혹은 최소한으로 축소시킬 수 있다.
벤딩부(1220c)는 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴딩부(1230)와 나란하게 형성되는 벤딩 라인을 따라 실링부(1220a) 중 적어도 일부를 절곡하여 벤딩부(1220c)를 형성할 수 있다. 또는, 벤딩부(1220c)는 실링부(1220a) 중 적어도 일부를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 말아올려서 형성된 것일 수 있다.
벤딩부(1220c)와 셀 바디부(1210)가 이루는 각도는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 10의 우측 확대도는 벤딩부(1220c)가 셀 바디부(1210)에 대해 수직하도록 벤딩된 모습을 나타낸다. 다만, 도면에 도시된 모습은 예시일 뿐이며, 벤딩부(1220c)는 셀 바디부(1210)에 대해 예각을 형성하거나, 혹은 180도 벤딩되어 실링부(1220a)의 다른 부분에 밀착될 수도 있다.
셀 적층체(110)에 포함되는 배터리 셀(1000)은 벤딩부(1220c)를 가지므로, 각각의 배터리 셀(1000)의 폴딩부(1230)가 배터리 모듈(10)의 하부 커버(300)에 최대한 밀착될 수 있다.
예를 들어, 도 11을 참고하면, 배터리 셀(1000)은 벤딩부(1220c)가 하부 커버(300)와 대향하도록 하부 커버에 안착될 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀(1000)이 하부 커버(300)에 최대한 밀착될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(1000)과 하부 커버(300) 사이의 갭(이른바, 데드 스페이스)를 줄이고 배터리 모듈(10)의 한정된 내부 공간에서 에너지 밀도를 최대한 높일 수 있다.
또한, 전극 조립체(예를 들어, 도 9의 1100)를 감싸는 폴딩부(예를 들어, 도 9의 1230)가 하부 커버(300) 또는 하부 커버(300)에 배치되는 히트 싱크(예를 들어, 도 6의 600)에 더욱 가까이 위치할 수 있어, 배터리 셀(1000)에서 배터리 모듈(10) 방향으로 열 배출이 원활하게 이루어지고 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 종래의 배터리 모듈에서는 배터리 셀의 돌출 부분(즉, 샤크핀)과의 간섭을 줄이기 위해 하부 커버에 별도의 도피 공간을 마련하였는데, 실시예들에 따른 배터리 모듈(10)은 이러한 도피 공간을 생략하거나 또는 최소한의 크기로 구성할 수 있으므로, 하부 커버(300)의 강성이 보다 증가할 수 있다.
이하에서는 도 12를 참고하여, 실시예들에 따른 배터리 모듈(10)의 조립 과정을 설명한다.
도 12는 배터리 모듈(10)의 조립 과정을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 12에서 설명되는 서브 모듈(100) 및 배터리 모듈(10)은 앞서 도 1 내지 도 11에서 설명되는 서브 모듈(100) 및 배터리 모듈(10)에 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
배터리 모듈의 제조 방법은 복수의 서브 모듈(100)을 제작하는 서브 모듈 제작 단계, 제작된 서브 모듈(100)을 연결 부재(200)를 매개로 하여 서로 연결시키는 연결 단계, 연결된 서브 모듈들의 상부 및 하부를 케이스(예를 들어, 상부 커버 및 하부 커버)로 덮어 마감하는 커버 단계를 포함할 수 있다.
서브 모듈은 배터리 모듈의 적어도 일부를 구성하는 일종의 서브 유닛으로, 복수의 서브 모듈을 서로 조립하여 배터리 모듈을 제작할 수 있다. 도 12의 좌측 상단은 어느 하나의 서브 모듈(100)이 조립되는 모습을 예시적으로 나타낸다. 셀 적층체(110), 버스바 어셈블리(120) 및 절연 커버(130)가 결합된 셀 어셈블리(CA)에 엔드 커버(140) 및 사이드 커버(150)를 결합하여 서브 모듈(100)을 조립할 수 있다. 필요에 따라, 서브 모듈(100) 조립 과정에서 단열이나 가스 벤팅(venting)을 위한 추가적인 구성이 부가될 수도 있다.
이와 같이 제작된 복수의 서브 모듈(100)은 연결 부재(200)를 매개로 하여 서로 조립될 수 있다. 도 12의 우측 상단은 제작된 복수 개의 서브 모듈(100a, 100b)을 서로 연결시키는 모습을 예시적으로 나타낸다. 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)은 각각 연결 부재(200)에 결합되어 서로 조립될 수 있다. 이 경우, 각각의 서브 모듈(100a, 100b)과 연결 부재(200)의 구체적인 결합 구조는 앞서 도 4에서 설명된 체결 구조를 참고할 수 있다.
한편, 제1 서브 모듈(100a)과 제2 서브 모듈(100b)에서, 단자부(예를 들어, 도 3의 122)의 배치 방향이나 센싱 모듈(예를 들어, 도 3의 125)이 배치되는 구체적인 위치는 서로 상이할 수 있다.
연결 부재(200)에 의해 서로 연결된 복수의 서브 모듈(100)은 상부 및 하부를 커버하는 상부 커버(400) 및 하부 커버(300)와 결합될 수 있다. 도 12의 좌측 하단은 복수의 서브 모듈(100a, 100b)이 하부 커버(300)및 상부 커버(400)와 결합되는 모습을 예시적으로 나타낸다.
복수의 서브 모듈(100a, 100b)은 이들을 일체로 지지할 수 있는 하부 커버(300)에 안착될 수 있다. 방열 효율을 높이기 위해, 하부 커버(300)의 상부면에는 방열 부재(예를 들어, 도 2의 500)가 도포될 수 있다. 하부 커버(300)와 마찬가지로, 상부 커버(400)는 일체로 형성되어 복수의 서브 모듈(100a, 100b)의 상측을 덮어 보호할 수 있다. 복수의 서브 모듈(100a, 100b)과 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)는 용접 결합될 수 있다. 또한, 복수의 서브 모듈(100a, 100b) 사이에 배치되는 연결 부재(200)는 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)에 체결될 수 있으며, 이 경우, 별도의 체결 부재(미도시)를 이용한 볼팅 결합 방식이 적용될 수 있다.
한편, 복수의 서브 모듈(100a, 100b)과 상부 커버(400) 및 하부 커버(300)의 결합에 있어서, 앞서 도 6을 통해 설명된 결합 구조가 적용될 수 있다. 즉, 복수의 서브 모듈(100a, 100b)는 하부 커버(300)의 삽입 홈(도 6의 300a) 및 상부 커버(400)의 절곡부(도 6의 400a)와 각각 매칭되는 제1 돌출부(151) 및 제2 돌출부(152)를 가질 수 있다.
이와 같이, 복수의 서브 모듈(100a, 100b)이 연결 부재(200)에 의해 서로 연결되고, 하부 커버(300) 및 상부 커버(400)의 결합이 완료되면 도 12의 우측 하단과 같이 배터리 모듈(10)이 완성될 수 있다.
도 12에 도시된 조립 순서는 예시일 뿐이며, 배터리 모듈(10)의 조립 순서는 도시된 것과 다른 순서를 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 서브 모듈(100a, 100b)은 연결 부재(200), 상부 커버(400) 및 하부 커버(300)와 동시에 결합될 수도 있다. 또는, 연결 부재(200)가 하부 커버(300)에 미리 체결된 상태에서 복수의 서브 모듈(100a, 100b)이 연결 부재에 각각 체결될 수도 있으며, 이후 상부 커버가 복수의 서브 모듈(100a, 100b)의 상부를 덮을 수도 있다.
한편, 배터리 모듈(10)의 제조 방법은 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 서브 모듈들(100)의 상태를 감지할 수 있는 각각의 센싱 모듈(도 3의 125)을 서로 연결하는 단계, 또는 서브 모듈들(100)의 단자부(도 3의 122)에 커넥터를 연결하는 단계 등을 더 포함할 수도 있다. 또한, 배터리 모듈(10)의 제조 방법은 서브 모듈들(100)의 냉각을 위한 냉각판(미도시)을 하부 커버(300)와 결합시키는 냉각판 결합 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 냉각판(미도시)은 용접, 브레이징(Brazing), 롤본딩(Roll-Bonding), 열융착, 필러 접합, 마찰 용접 등의 방식으로 하부 커버(300)와 결합될 수 있다.
실시예들에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 적층체(110)를 각각 포함하는 복수의 서브 모듈(100)을 포함하여, 대용량의 에너지원을 구현할 수 있다. 이 경우, 각각의 서브 모듈(100)에 포함되는 배터리 셀(1000)의 수량을 변경하여, 다양한 용량의 배터리 모듈(10)을 신속하게 제작할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10)을 구성하는 개개의 서브 모듈들(100)은 연결 부재(200)를 통해 서로 연결될 수 있으므로, 간단하면서도 안정적인 결합 구조를 가질 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10)에 포함되는 연결 부재(200)는 각각의 서브 모듈(100)의 조립 위치를 가이드할 수 있으므로, 신속하고 정확하게 배터리 모듈(10)을 조립할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10)은 복수의 서브 모듈(100)을 지지할 수 있는 일체형 하부 커버(300) 또는 일체형 상부 커버(400)를 포함하여, 배터리 모듈(10)의 구조적 안정성을 더욱 높일 수 있다.
또한, 적어도 하나의 서브 모듈(100)에 있어서, 연결 부재(200)와 연결되는 일측은 엔드 커버(140) 없이 절연 커버(130)로 마감되어, 배터리 모듈(10)의 한정된 내부 공간에서 에너지 밀도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 서브 모듈(100)의 사이드 커버(150) 및 엔드 커버(140)가 배터리 모듈(10)의 외곽면 중 적어도 일부를 형성하여, 내부 공간을 가지는 별도의 모듈 하우징 구조를 생략할 수 있다.
또한, 서브 모듈(100)에 포함되는 배터리 셀(1000)은 하부 커버(300)를 향하는 방향으로 돌출되는 돌출부가 벤딩되어 배치될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈(10)의 방열 효율을 높일 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.
10... 배터리 모듈 100... 서브 모듈
110... 셀 적층체 120... 버스바 어셈블리
130... 절연 커버 140... 엔드 커버
150... 사이드 커버 151... 제1 돌출부
152... 제2 돌출부 153... 연결부
154... 체결 부재 160... 벤팅 홀
200... 연결 부재 300... 하부 커버
400... 상부 커버 500... 방열 부재
600... 히트 싱크

Claims (20)

  1. 복수의 배터리 셀들을 각각 포함하는 제1 셀 어셈블리 및 제2 셀 어셈블리를 포함하는 복수의 셀 어셈블리;
    상기 제1 셀 어셈블리 및 상기 제2 셀 어셈블리와 각각 연결되는 연결 부재;
    상기 복수의 셀 어셈블리를 지지하는 하부 커버; 및
    상기 연결 부재와 이격되어 배치되는 엔드 커버를 포함하며,
    상기 제1 셀 어셈블리 또는 상기 제2 셀 어셈블리 중 적어도 하나는 일측이 상기 연결 부재와 대향하며, 타측은 상기 엔드 커버와 대향하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 셀 어셈블리 및 상기 제2 셀 어셈블리는 상기 복수의 배터리 셀들이 제1 방향으로 적층된 셀 적층체를 각각 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 셀 어셈블리 및 상기 제2 셀 어셈블리는 상기 연결 부재를 사이에 두고 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배치되는 배터리 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 셀 어셈블리 또는 상기 제2 셀 어셈블리 중 적어도 하나는
    상기 셀 적층체와 전기적으로 연결되는 버스바를 포함하는 버스바 어셈블리; 및
    상기 버스바 어셈블리와 결합되는 하나 이상의 절연 커버를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 절연 커버는
    상기 연결 부재와 상기 버스바 어셈블리 사이에 배치되는 제1 절연 커버; 및
    상기 엔드 커버와 상기 버스바 어셈블리 사이에 배치되는 제2 절연 커버를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 셀 어셈블리 또는 상기 제2 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 마주보게 배치되어 상기 연결 부재에 결합되는 사이드 커버를 더 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 사이드 커버는
    상기 연결 부재에 결합되는 제1 결합부; 및
    상기 버스바 어셈블리에 결합되는 제2 결합부를 포함하는 배터리 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 버스바 어셈블리는 상기 버스바를 지지하는 버스바 프레임을 더 포함하며,
    상기 제2 결합부는 상기 버스바 프레임에 결합되는 배터리 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 사이드 커버를 관통하여 상기 연결 부재 또는 상기 버스바 어셈블리에 체결되는 복수의 체결 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 연결 부재의 양 단부에는 상기 체결 부재가 삽입되는 체결홀이 배치되는 배터리 모듈.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 하부 커버는 상기 사이드 커버의 적어도 일부가 삽입되는 삽입 홈을 포함하는 배터리 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 삽입 홈은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되며,
    상기 사이드 커버는 상기 삽입 홈을 따라 슬라이딩 가능한 제1 돌출부를 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 셀 어셈블리의 상부를 덮는 상부 커버를 더 포함하며,
    상기 상부 커버는 상기 하부 커버를 향하는 방향으로 절곡되어 상기 사이드 커버와 결합되는 절곡부를 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 사이드 커버는 상기 절곡부와 상기 셀 적층체 사이에 배치되는 제2 돌출부를 더 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 사이드 커버는 상기 상부 커버 또는 상기 하부 커버 중 적어도 하나와 용접되는 배터리 모듈.
  16. 복수의 배터리 셀들이 적층된 셀 적층체를 각각 포함하는 복수의 서브 모듈;
    상기 복수의 서브 모듈 중 어느 둘 사이에 배치되는 연결 부재를 포함하며,
    상기 복수의 서브 모듈 중 적어도 하나는
    비도전성 재료를 포함하는 절연 커버가 배치되는 제1 면; 및
    금속 재료를 포함하는 엔드 커버가 배치되는 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면이 상기 연결 부재와 마주보도록 상기 연결 부재에 연결되는 배터리 모듈.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들은 제1 방향으로 적층되며,
    상기 복수의 서브 모듈은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 배치되는 제1 서브 모듈 및 제2 서브 모듈을 포함하는 배터리 모듈.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 모듈 중 적어도 하나는
    상기 셀 적층체와 상기 제1 방향으로 마주보는 사이드 커버를 포함하고,
    상기 사이드 커버는 상기 엔드 커버 및 상기 연결 부재와 결합되는 배터리 모듈.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 모듈을 지지하는 상부 커버 및 하부 커버를 더 포함하는 배터리 모듈.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 상부 커버 및 상기 하부 커버는 상기 사이드 커버와 용접 결합되는 배터리 모듈.
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