WO2017099513A1 - 엔드 플레이트의 구조가 개선된 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재 - Google Patents

엔드 플레이트의 구조가 개선된 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재 Download PDF

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서범경
최용석
공진학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more particularly, to a battery module having an end plate coupled to a cell assembly in which a plurality of cells are assembled, and an end plate member therefor.
  • a battery module is formed in a structure in which a plurality of cells are aggregated through serial and / or parallel connections.
  • Such a battery module is typically manufactured in the shape as shown in FIG. 1 shows a battery module having a cell assembly 10 in which a plurality of cells are arranged in one direction and stacked, and a case 20 having an end plate 21 for wrapping the cell assembly 10.
  • Margin may be secured in advance in the battery module in consideration of the expansion problem, but securing the free space causes an increase in the size of the module, and thus, securing a separate free space may not be a proper solution.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2005-108693 discloses that when a change in the internal pressure of a laminate cell causes a thickness variation in the laminate cell, the elastic portions of the lamination cell are elastically deformed.
  • a battery pack is disclosed in which a thickness change is absorbed so that the center position of the laminate cell and the position of the electrode terminal do not displace.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2007-0025734 discloses a secondary battery module that forms a bent portion on an end plate of a secondary battery module to prevent bending deformation generated when the unit battery is expanded in volume.
  • the present invention has been made in view of the above problems, to provide a battery module and an end plate member for the structure having a structure that can limit the maximum displacement of the end plate while allowing expansion of the end plate in the event of swelling Its purpose is to.
  • the present invention to achieve the above object is a cell assembly in which a plurality of cells are arranged in one direction; And an end plate member covering at least the outermost side of the cell assembly in the cell arrangement direction, wherein the end plate member is located between at least two air gaps formed of holes drilled in the thickness direction of the end plate and adjacent air gaps. It provides a battery module characterized in that it comprises a frame portion.
  • the frame portion has a first frame extending from the longitudinal center portion of the end plate member in the height direction of the end plate member, and the air gap portion is formed symmetrically on both sides with respect to the first frame.
  • the frame part has a second frame which is connected to the first frame and is perpendicular to the first frame and extends in the longitudinal direction of the end plate member, wherein the void part is formed to be vertically symmetric with respect to the second frame. Can be.
  • the void is preferably provided by a rectangular hole extending in the longitudinal direction of the end plate member.
  • At least two or more voids made of holes drilled in the thickness direction of the end plate and located between the adjacent voids Provided is an end plate member of a battery module, comprising a frame portion.
  • the expansion degree of the end plate is allowed to an appropriate level, thereby securing rigidity and preventing adverse effects on the life of the cell.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an appearance of a general battery module.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating an example in which swelling occurs in a battery module in FIG. 1.
  • FIG 3 is a perspective view showing the main configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a main configuration of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing the main configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module according to a preferred embodiment of the present invention includes an end plate member 110 having a cell assembly 100 and end plates 111 covering both ends of the cell assembly 100. .
  • Each cell constituting the cell assembly 100 has a thin plate-shaped body, and is preferably constituted by a pouch type secondary battery.
  • the plurality of cells are arranged in one direction to form a substantially stacked structure.
  • the end plate member 110 covers a pair of end plates 111 before and after fixing the cells by covering the outermost outer ends of the cell assembly 100 and an upper portion connecting the pair of end plates 111 to each other. Plate 112.
  • the end plate member 110 provides mechanical rigidity for the cell assembly 100 and serves to protect the cell assembly 100 from external shocks and the like.
  • the end plate member 110 may be made of a metal material such as steel.
  • the end plate member 110 may include at least two air gaps 120 formed of a hole bored in the thickness direction of the end plate 111, and a frame part 121 positioned between adjacent air gaps 120. It is provided.
  • the void portion 120 is provided by a rectangular hole formed to extend in the longitudinal direction of the end plate member 110.
  • Frame portion 121 has a first frame (121a) extending in the height direction of the end plate member 110 in the longitudinal center portion of the end plate member 110 which is the position where the maximum displacement occurs during swelling. do.
  • the void portion 120 is formed symmetrically on both sides with respect to the first frame (121a) serves to distribute the position where the maximum displacement occurs symmetrically to both longitudinal sides of the end plate.
  • the second frame 121b is provided in the frame 121 to further increase the dispersion effect on the position where the maximum displacement occurs in the end plate member 110.
  • the second frame 121b is connected to the first frame 121a and is perpendicular to the first frame 121a and extends in the longitudinal direction of the end plate member 110.
  • the void portion 120 around the second frame 121b is symmetrically formed up and down with respect to the second frame 121b. According to this configuration, the position where the maximum displacement occurs in the end plate member 110 can be dispersed in all directions.
  • the air gaps 120 are provided on both sides of the first frame 121a.
  • the upper plate 112 connects and integrates the upper ends of the pair of end plates 111.
  • the upper plate 112 is formed with a plurality of through-holes 113 at a predetermined interval along the longitudinal direction of the end plate member 110 can more effectively distribute the stress.
  • the battery module according to the preferred embodiment of the present invention having the configuration as described above has a high rigidity when the maximum displacement occurs in the longitudinal center portion of the end plate member 110 as swelling occurs due to overcharging of a cell. Deformation such as sag and the like is suppressed by the frame 121a and at the same time, the effect of dispersing the strain into the spaces 120 around the relatively weak rigidity can be expected.

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Abstract

본 발명은 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리; 및 상기 셀 어셈블리의 적어도 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 엔드 플레이트 부재;를 포함하고, 상기 엔드 플레이트 부재는, 엔드 플레이트의 두께방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 개시한다.

Description

엔드 플레이트의 구조가 개선된 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재
본 출원은 2015년 12월 9일에 출원된 한국특허출원 제10-2015-0175244호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 셀들이 집합되어 있는 셀 어셈블리에 엔드 플레이트가 결합되어 있는 구조를 가진 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 모듈은 다수의 셀들이 직렬 및/또는 병렬 연결을 통해 집합된 구조로 형성된다. 이러한 배터리 모듈은 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같은 형상으로 제작된다. 도 1에는 다수의 셀들이 일방향으로 배열되어 적층된 셀 어셈블리(10)와, 셀 어셈블리(10)를 감쌀 수 있는 엔드 플레이트(21)를 가진 케이스(20)를 구비한 배터리 모듈이 도시되어 있다.
그런데, 배터리 모듈은 셀의 과충전 등으로 인해 모듈에 스웰링(Swelling)이 발생하게 되면 셀 어셈블리(10)가 변형됨과 동시에 양측단의 엔드 플레이트(21)가 도 2에 도시된 바와 같이 모듈 바깥 방향으로 볼록하게 팽창되는 문제가 발생한다.
이러한 팽창 문제를 고려하여 배터리 모듈 내에 여유공간(Margin)을 미리 확보할 수도 있으나, 여유공간의 확보는 모듈의 크기 증가를 초래하므로, 별도의 여유공간 확보는 적절한 해결방안이 될 수 없다.
대안으로, 셀 어셈블리의 양측에 강성을 가진 엔드 플레이트를 배치하여 배터리 모듈의 팽창을 억제하는 기술이 통상적으로 사용되고 있으나, 강제적으로 배터리 모듈의 팽창을 억제할 경우 셀의 수명(SOH)에 악영향을 끼칠 수 있다. 즉, 어느 정도의 팽창을 허용하면서도, 팽창에 따른 측방향 최대 변위를 제한할 필요가 있다.
배터리 모듈의 스웰링과 관련된 기술로서 일본 공개특허공보 제2005-108693호에는 래미네이트 셀의 내압이 변화해 래미네이트 셀에 두께 변동이 일어났을 때, 대를 이루는 탄성부가 탄성변형함으로써 래미네이트 셀의 두께 변동을 흡수하여 래미네이트 셀의 중심 위치 및 전극 단자의 위치가 변위하지 않는 배터리팩이 게재되어 있다.
한국 공개특허 제2007-0025734호에는 이차 전지 모듈의 엔드 플레이트에 굴곡부를 형성하여 단위 전지의 부피 팽창 시 발생되는 굽힘 변형을 방지하는 이차 전지 모듈이 게재되어 있다.
상기와 같은 기술들이 제시되었음에도 불구하고, 종래에는 스웰링에 따른 엔드 플레이트의 팽창을 어느 허용하면서도 팽창에 따른 엔드 플레이트의 측방향 변위를 적정 수준으로 제어할 수 있는 기술적 수단이 제시된 바가 없어 이에 대책이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 스웰링의 발생 시 엔드 플레이트의 팽창을 허용하면서도 엔드 플레이트의 최대 변위를 제한할 수 있는 구조를 가진 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리; 및 상기 셀 어셈블리의 적어도 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 엔드 플레이트 부재;를 포함하고, 상기 엔드 플레이트 부재는, 엔드 플레이트의 두께방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 프레임부는 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향 중심 부분에서 상기 엔드 플레이트 부재의 높이방향으로 연장되어 있는 제1 프레임을 구비하고, 상기 공극부는 상기 제1 프레임을 기준으로 양편에 대칭되게 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 프레임부는 상기 제1 프레임과 이어지고 상기 제1 프레임에 대하여 수직을 이루며 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 제2 프레임을 구비하고, 상기 공극부는 상기 제2 프레임을 기준으로 상하 대칭되게 형성될 수 있다.
상기 공극부는 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 장방형 홀에 의해 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 셀 어셈블리의 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재에 있어서, 엔드 플레이트의 두께 방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재가 제공된다.
본 발명에 따르면 셀의 과충전 등으로 인해 배터리 모듈에 스웰링이 발생했을 때 엔드 플레이트의 팽창 정도를 적정 수준으로 허용함으로써 강성을 확보하면서도 셀의 수명에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 배터리 모듈의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 배터리 모듈에 스웰링이 발생한 예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 어셈블리(100)와, 셀 어셈블리(100)의 양단부를 커버링하는 엔드 플레이트(111)를 가진 엔드 플레이트 부재(110)를 포함한다.
셀 어셈블리(100)를 이루는 각각의 셀은 얇은 판상 몸체를 갖는 것으로서, 바람직하게 파우치형 이차전지에 의해 구성된다. 복수개의 셀은 일방향으로 배열되어 실질적으로 적층 구조를 이룬다.
엔드 플레이트 부재(110)는 셀 어셈블리(100)의 양단 최외측을 커버링하여 셀들을 고정하는 전,후 한 쌍의 엔드 플레이트(111)와, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트(111)를 서로 연결하는 상부 플레이트(112)를 포함한다. 엔드 플레이트 부재(110)는 셀 어셈블리(100)에 대한 기계적 강성을 제공하고, 셀 어셈블리(100)를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 엔드 플레이트 부재(110)는 스틸 등의 금속 재질로 구성될 수 있다.
엔드 플레이트 부재(110)는, 엔드 플레이트(111)의 두께 방향으로 뚫린 홀(Hole)로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부(120)와, 인접한 공극부(120)들 사이에 위치하는 프레임부(121)를 구비한다.
공극부(120)는 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향으로 연장되게 형성된 장방형의 홀에 의해 제공된다.
프레임부(121)는 스웰링 시 최대 변위가 발생하는 위치인 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향 중심 부분에서 상기 엔드 플레이트 부재(110)의 높이방향으로 연장되어 있는 제1 프레임(121a)을 구비한다. 이때, 공극부(120)는 제1 프레임(121a)을 기준으로 양편에 대칭되게 형성되어 최대 변위가 발생하는 위치를 엔드 플레이트의 길이방향 양편으로 대칭성 있게 분산시키는 작용을 한다.
엔드 플레이트 부재(110)에 있어서 최대 변위가 발생하는 위치에 대한 분산 효과를 더욱 높이기 위해 프레임부(121)에는 제2 프레임(121b)이 구비된다. 제2 프레임(121b)은 제1 프레임(121a)과 이어지고 상기 제1 프레임(121a)에 대하여 수직을 이루며 상기 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향으로 연장되게 형성된다. 이때, 제2 프레임(121b) 주변의 공극부(120)는 제2 프레임(121b)을 기준으로 상하로 대칭되게 형성된다. 이러한 구성에 따르면 엔드 플레이트 부재(110)에 있어서 최대 변위가 발생하는 위치를 사방으로 분산시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 엔드 플레이트 부재(110)에 제1 프레임(121a)만이 구비되는 경우에는 공극부(120)는 제1 프레임(121a)을 중심으로 양편에 각각 하나씩 구비된다.
상부 플레이트(112)은 한 쌍의 엔드 플레이트(111)의 상단을 서로 연결하여 일체화한다. 부가적으로, 상부 플레이트(112)에는 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 복수의 통공(113)이 형성되어 보다 효과적으로 응력을 분산시킬 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀의 과충전 등에 의해 스웰링이 발생함에 따라 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향 중심 부분에서 최대 변위가 발생할 때 강성이 큰 제1 프레임(121a)에 의해 처짐 등과 같은 변형이 억제됨과 동시에 상대적으로 강성이 약한 주변의 공극부(120)로 변형이 분산되는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명을 적용할 경우 스웰링 발생 시 엔드 플레이트 부재의 팽창 정도를 적정 수준으로 허용하도록 설계하는 것이 가능하므로, 강성을 가지면서도 수명이 향상된 배터리 모듈을 구현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리; 및
    상기 셀 어셈블리의 적어도 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 엔드 플레이트 부재;를 포함하고,
    상기 엔드 플레이트 부재는, 엔드 플레이트의 두께방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하고 강성을 갖는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임부는, 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향 중심 부분에서 상기 엔드 플레이트 부재의 높이방향으로 연장되어 있는 제1 프레임을 구비하고,
    상기 공극부는 상기 제1 프레임을 기준으로 양편에 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프레임부는, 상기 제1 프레임과 이어지고 상기 제1 프레임에 대하여 수직을 이루며 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 제2 프레임을 구비하고,
    상기 공극부는 상기 제2 프레임을 기준으로 상하 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공극부는 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 장방형 홀에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 셀 어셈블리의 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재에 있어서,
    엔드 플레이트의 두께 방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프레임부는, 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향 중심 부분에서 상기 엔드 플레이트 부재의 높이방향으로 연장되어 있는 제1 프레임을 구비하고,
    상기 공극부는 상기 제1 프레임을 기준으로 양편에 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프레임부는, 상기 제1 프레임과 이어지고 상기 제1 프레임에 대하여 수직을 이루며 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 제2 프레임을 구비하고,
    상기 공극부는 상기 제2 프레임을 기준으로 상하 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공극부는 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 장방형 홀에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재.
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