WO2017209388A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 - Google Patents

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 Download PDF

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bent
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module cover
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최미금
문정오
강달모
이윤구
유정빈
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the same, and an automobile. More particularly, the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, which can prevent damage to the battery cell and increase energy density of the battery module. It is about.
  • Secondary batteries are highly applicable to various product groups and have electrical characteristics having high energy density. Such secondary batteries are applied to electric vehicles or hybrid vehicles, power storage devices, and the like, which are driven by electric driving sources as well as portable electronic devices.
  • the battery pack applied to an electric vehicle has a structure in which a plurality of battery modules including a plurality of battery cells are connected to obtain high power.
  • each battery cell is an electrode assembly, and may be repeatedly charged and discharged by an electrochemical reaction between components, including a positive electrode and a negative electrode current collector, a separator, an active material, an electrolyte, and the like.
  • the battery cells are positioned at regular intervals when the battery cells are stacked in the conventional battery module, or a compression pad for supporting the battery cells during swelling is disposed between the battery cells.
  • the spacing between the compression pads or battery cells described above reduces the volume that the cells can occupy in the battery module. Reducing the volume occupied by the cells in the battery module has a problem of reducing the energy density of the battery cells.
  • the compression pad is used between the battery cells, the manufacturing process of the battery module is complicated, and there is a problem in that the manufacturing cost of the battery module is increased.
  • the battery cells when the battery cells are disposed at regular intervals without using the compression pads, the battery cells cannot be fixed due to swelling of the battery cells or external shocks, thereby damaging the battery cells.
  • the present invention is to provide a battery module, a battery pack including the same and a vehicle that can protect the battery cell, and improve the energy density of the battery module, to solve the above problems.
  • the present invention is to provide a battery module, a battery pack including the same and a vehicle that can simplify the manufacturing process of the battery module.
  • the present invention provides a battery module having a plurality of battery cells.
  • the battery module includes a plurality of battery cells facing each other and arranged side by side in at least a first direction, and a plurality of battery cells, the modules being provided in at least one open surface.
  • a cover and a side of the module cover are located between one surface of the battery cell positioned at the outermost side of the first direction and a plurality of the battery cells, and at least a portion of the battery cell and the side of the module cover respectively.
  • the shock absorbing members may be provided as leaf springs having at least one bent portion.
  • a plurality of guide grooves may be formed in the lower plate of the module cover so that the module cover and the battery cells can be coupled in a sliding manner.
  • a pair of coupling grooves may be formed in the lower plate of the module cover so that the module cover and the buffer member may be coupled in a sliding manner.
  • the buffer member has a body portion in contact with the battery cell which is located at the outermost of the battery cells, and is bent and connected to one end of the body portion, at least with the side of the module cover A first bent portion and a portion is in contact with the other end of the body portion has a bent shape, at least a portion of the side of the module cover in contact with, and includes a second bent portion spaced apart from the first bent portion can do.
  • the bending direction of the first bent portion and the second bent portion may be formed to protrude in a direction toward the module cover.
  • the first bent portion and the second bent portion may be connected to both side surfaces of the body portion, and may be positioned to overlap both side edge regions of the body portion.
  • the first bent part and the second bent part may be connected to the upper and lower ends of the body part, respectively, and may be positioned to overlap the upper and lower areas of the body part.
  • the ends of the first bent portion and the second bent portion may be spaced apart from the body portion.
  • the buffer member has a plurality of bent portion, the bending direction of the bent portion may be formed to protrude in the direction toward the module cover.
  • a plurality of the bent portion may be formed in the upper region and the lower region of the buffer member.
  • a plurality of the bent portion may be formed in the central region of the buffer member.
  • the buffer member may be provided equal to or larger than the area of the surface located in the direction in which the battery cell is disposed.
  • the guide groove and the coupling groove may be formed along a second direction perpendicular to the first direction when viewed from the top, respectively.
  • the sealing portion of the battery cell may be inserted into the guide groove.
  • the present invention can provide a battery pack including the battery module described above.
  • the present invention can provide a vehicle including the battery pack described above.
  • a buffer member may be provided between the outermost side of the battery cells and the module cover to protect the battery module during external shock or swelling of the battery cell.
  • the buffer member is provided only at the outermost side of the battery cell, thereby maximizing the volume occupied by the battery cell in the battery module, thereby improving the energy density of the battery cell.
  • the battery cell and the buffer member may be coupled to the grooves formed in the module cover, thereby simplifying the manufacturing process of the battery module.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a state in which the buffer member of FIG. 1 is coupled to a battery cell.
  • FIG. 3 is a perspective view of a combination of the battery module of FIG.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating the battery cell of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a combined perspective view illustrating the battery cell of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a front view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a front view illustrating another embodiment of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a front view illustrating the buffer member of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating another embodiment of the buffer member of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating the buffer member of FIG. 9.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating the buffer member of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a front view illustrating another embodiment of the buffer member of FIG. 8.
  • FIG. 12 is a front view illustrating the battery module to which the shock absorbing member of FIG. 11 is coupled.
  • FIG. 13 is a front view illustrating another embodiment of the buffer member of FIG. 8.
  • FIG. 14 is a front view illustrating the battery module to which the shock absorbing member of FIG. 13 is coupled.
  • FIG. 15 is a front view illustrating another embodiment of the buffer member of FIG. 8.
  • FIG. 16 is a front view illustrating the battery module to which the shock absorbing member of FIG. 15 is coupled.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a state in which the buffer member of FIG. 1 is coupled to a battery cell
  • FIG. 3 is a combined perspective view of the battery module of FIG. 1. .
  • the battery module 10 has a plurality of battery cells 100.
  • the battery cell 100 may be provided as a secondary battery.
  • the battery cell 100 may be provided as a pouch type secondary battery.
  • the battery cell 100 of the present invention will be described with an example of being provided as a pouch type secondary battery.
  • the battery module 10 includes a battery cell 100, a module cover 200, and a buffer member 300.
  • a plurality of battery cells 100 may be provided.
  • the plurality of battery cells 100 may be positioned to face each other.
  • the plurality of battery cells 100 may be arranged side by side in a direction in which respective surfaces thereof face each other.
  • a direction in which the plurality of battery cells 100 are arranged side by side is referred to as a first direction 12.
  • the direction perpendicular to the first direction 12 is referred to as the second direction 14.
  • the direction perpendicular to both the first direction 12 and the second direction 14 is referred to as the third direction 16.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating the battery cell of FIG. 1
  • FIG. 5 is a combined perspective view illustrating the battery cell of FIG. 1.
  • the battery cell 100 includes a pouch case 110, an electrode assembly 120, an electrode tab 130, and an electrode lead 140.
  • the pouch case 110 has an inner space 101. In the pouch case 110, an electrode assembly 120 and an electrolyte, which will be described later, are positioned. The central region of the pouch case 110 protrudes in the vertical direction.
  • the pouch case 110 includes an upper case 111 and a lower case 112.
  • the upper case 111 and the lower case 112 are combined with each other to form an inner space 101.
  • the central region of the upper case 111 has a concave shape protruding upward.
  • the lower case 112 is positioned below the upper case 111.
  • the central area of the lower case 112 has a concave shape protruding downward.
  • the inner space 101 of the pouch case 110 may be formed only in any one of the upper case 111 or the lower case 112.
  • the upper case 111 and the lower case 112 each have a sealing portion 160.
  • the sealing part 160 of the upper case 111 and the sealing part 160 of the lower case 112 may be provided to face each other.
  • the sealing part 160 of the upper case 111 and the sealing part 160 of the lower case 112 may be adhered to each other by an inner adhesive layer located inside.
  • the interior space 101 may be sealed through adhesion of the sealing unit 160.
  • the electrolyte and the electrode assembly 120 are accommodated in the inner space 101 of the pouch case 110.
  • the pouch case 110 may have an outer insulating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer.
  • the external insulating layer can prevent the external moisture, gas and the like from penetrating into the interior.
  • the metal layer may improve the mechanical strength of the pouch case 110.
  • the metal layer may be provided with aluminum.
  • the metal layer may be provided with any one selected from iron, carbon, chromium, manganese alloys, alloys of iron nickel and nickel, aluminum or equivalents thereof. When the metal layer uses a material containing iron, the mechanical strength can be increased. If the metal layer is made of aluminum, the ductility may be good.
  • Aluminum may be provided as a preferred embodiment of the metal layer.
  • the outer insulating layer and the inner adhesive layer may be provided with a polymer material.
  • the electrode assembly 120 includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator.
  • the electrode assembly 120 may be provided in a form in which one or more positive electrode plates and one or more negative electrode plates are disposed with a separator therebetween.
  • the electrode assembly 120 may be provided in a form in which a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates are alternately stacked. Alternatively, one positive electrode plate and one negative electrode plate may be provided in a wound form.
  • the electrode plates of the electrode assembly 120 include a current collector and an active material slurry coated on one or both surfaces of the current collector.
  • the active material slurry may be formed by stirring with a solvent such as a granular active material, an auxiliary conductor, a binder, and a plasticizer.
  • Each of the electrode plates may have a plain portion corresponding to a region where the active material slurry is not applied.
  • An electrode tab 130 corresponding to each electrode plate may be formed in the uncoated portion.
  • the electrode tab 130 extends in a form protruding from the electrode assembly 120.
  • the electrode tab 130 includes a positive electrode tab 131 and a negative electrode tab 132.
  • the positive electrode tab 131 may extend from the uncoated portion of the positive electrode plate, and the negative electrode tab 132 may extend from the uncoated portion of the negative electrode plate.
  • Each of the positive electrode tab 131 and the negative electrode tab 132 may be provided in the battery cell 100.
  • a plurality of positive electrode tabs 131 and negative electrode tabs 132 may be provided.
  • one positive electrode tab 131 and one negative electrode tab 132 may be included.
  • a plurality of positive electrode tabs 131 and negative electrode tabs 132 may be included.
  • the electrode assembly 120 includes a plurality of positive and negative plates, respectively, a plurality of positive electrode tabs 131 and negative electrode tabs 132 may also be included, and electrode tabs 130 may be provided for each electrode plate. .
  • the electrode lead 140 may electrically connect the battery cell 100 with other external devices.
  • the electrode lead 140 may include a positive lead 141 and a negative lead 142.
  • the electrode lead 140 may be provided to extend from the inside to the outside of the pouch case 110. Some regions of the electrode lead 140 may be interposed between the sealing portions 160.
  • the electrode lead 140 is connected to the electrode tab 130.
  • both the positive electrode lead 141 and the negative electrode lead 142 may be provided at one side of the pouch case 110.
  • the positive lead 141 may be provided on one side of the pouch case 110, and the negative lead 142 may be provided on the other side.
  • the battery cell 100 has an accommodating part 150 and a sealing part 160.
  • the accommodating part 150 is a part in which the electrode assembly 120 is accommodated in the battery cell 100.
  • the sealing unit 160 is a portion of the pouch case 110 that seals the four sides surrounding the storage unit 150.
  • FIG. 6 is a front view of the battery module of FIG. 1.
  • the module cover 200 may protect the battery cells 100.
  • the module cover 200 has an empty space therein.
  • a plurality of battery cells 100 may be accommodated in the inner space of the module cover 200.
  • the module cover 200 may be provided in at least one open surface.
  • the module cover 200 may be provided in a rectangular parallelepiped shape as a whole. For example, both sides of the surface of the module cover 200 facing the second direction 14 may be provided in an open form.
  • the module cover 200 includes an upper plate 210, side surfaces 230 and 250, and a lower plate 270.
  • the top plate 210 may be provided in a quadrangular shape when viewed from the third direction 16.
  • a pair of side surfaces 230 and 250 may be coupled to the top plate 210.
  • the pair of side surfaces 230 and 250 may be spaced apart from each other along the first direction 12.
  • the pair of side surfaces 230 and 250 may have the same shape and size to face each other along the first direction 12.
  • the lower plate 270 is positioned below the third direction 16 of the upper plate 210.
  • the lower plate 270 may be provided in substantially the same shape as the upper plate 210.
  • the lower plate 270 may be provided with a larger area than the upper plate 210.
  • the lower plate 270 may be provided with a larger area than the upper plate 210, and the space therebetween may provide a space in which components such as a sensing member may be coupled to the battery module 10.
  • the battery cells 100 coupled to the lower plate 270 may be stably supported.
  • a guide groove 271 and a coupling groove 273 may be formed in the lower plate 270.
  • the battery cell 100 may be inserted into the guide groove 271.
  • the guide groove 271 may have a concave shape in a downward direction of the third direction 16.
  • the guide groove 271 may be provided in a shape in which the width of the first direction 12 decreases toward the bottom of the third direction 16.
  • the guide groove 271 and the battery cell 100 may be coupled in a sliding manner. That is, a part of the battery cell 100 may be inserted into and coupled to the guide groove 271.
  • the sealing part 160 of the battery cell 100 may be inserted into the guide groove 271.
  • a plurality of guide grooves 271 may be provided.
  • the guide grooves 271 may be provided in a number corresponding to the battery cells 100.
  • the guide groove 271 may have a length direction extending in the second direction 14.
  • the plurality of guide grooves 271 may be spaced apart by a predetermined distance along the first direction 12.
  • the plurality of battery cells 100 may be coupled in a sliding manner through the guide grooves 271 formed in the lower plate 270.
  • the guide groove 271 may simplify the assembly process during the manufacturing of the battery module 10, thereby shortening the time of the manufacturing process.
  • the guide groove 271 may be inserted into the sealing portion 160 of the battery cell 100, thereby stably supporting the battery cell 100.
  • the buffer member 300 may be inserted into the coupling groove 273.
  • the coupling groove 273 may have a concave shape in a downward direction of the third direction 16.
  • the coupling groove 273 may be provided in a shape in which the width of the first direction 12 decreases toward the bottom of the third direction 16.
  • the coupling groove 273 and the buffer member 300 may be coupled in a sliding manner. That is, a part of the buffer member 300 may be inserted into and coupled to the coupling groove 273.
  • the second bent part 350 of the shock absorbing member 300 to be described later may be inserted into the coupling groove 273.
  • a couple of coupling grooves 273 may be provided.
  • the pair of coupling grooves 273 may be spaced apart along the first direction 12.
  • a plurality of guide grooves 271 may be located between the pair of coupling grooves 273.
  • the pair of coupling grooves 273 may be spaced apart from the guide groove 271 along the first direction 12.
  • Coupling groove 273 may be formed so that the longitudinal direction thereof extends in the second direction (14).
  • a pair of coupling grooves 273 are provided in the lower plate 270 as an example. However, the coupling grooves 273 may not be provided as shown in FIG. 7.
  • the pair of shock absorbing members 300 may be coupled in a sliding manner through the coupling grooves 273 formed in the lower plate 270.
  • the coupling groove 273 may simplify the assembly process during manufacturing of the battery module 10, thereby shortening the time of the manufacturing process.
  • a portion of the buffer member 300 may be inserted into the coupling groove 2730 to stably support the buffer member 300.
  • the shock absorbing member 300 may support the battery cell 100 when swelling the battery cell 100, and may cushion the shock.
  • the buffer member 300 may protect the battery cell 100 from an external shock.
  • the buffer member 300 may be located between one surface of the battery cell 100 positioned at the outermost side of the battery cells 100 and the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200.
  • the buffer member 300 may be provided in a pair.
  • the pair of shock absorbing members 300 may be spaced apart by a predetermined distance along the first direction 12.
  • the buffer member 300 may be provided as a leaf spring having at least one bent portion.
  • the buffer member 300 may be provided with a material having an elastic force.
  • the buffer member 300 may include a body portion 310, a first bent portion 330, and a second bent portion 350.
  • the body part 310 may contact the battery cell 100 positioned at the outermost side of the battery cells 100.
  • the area of the body 310 may be provided equal to or larger than the area of the battery cell 100 in contact with the battery cell 100.
  • the area of the body 310 is provided to be equal to or larger than the area of the battery cell 100 in contact with the battery cell 100, so as to support the entire surface of the battery cell 100 when swelling the battery cell 100.
  • the body part 310 may have a quadrangular shape when viewed from the first direction 12.
  • the first bent portion 330 may be connected to one end of the body portion 310.
  • the bending direction of the first bent portion 330 may be formed to protrude in a direction toward the module cover 200.
  • the bending direction of the first bent portion 330 may be formed in a direction toward the module cover 200 in the first direction 12.
  • the first bent portion 330 may be connected to the upper end of the body portion 310.
  • the end of the first bent portion 330 may be spaced apart from the body portion 310 by a predetermined distance.
  • the lower end of the first bent part 330 in the third direction 16 may be spaced apart from the body 310 by a predetermined distance.
  • the body part 310 may also extend in the direction toward the module cover 200 due to the battery cell 100.
  • the end of the first bent portion 330 is usually spaced apart from the body portion 310, but when the body portion 310 is extended to contact the body portion 310 to support the body portion 310 Can absorb shocks when swelling.
  • the end of the first bent portion 330 may be in contact with the body 310 to absorb the external impact to protect the battery cell 100.
  • the first bent portion 330 may contact the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200.
  • the region where the first bent portion 330 is formed may be positioned to overlap the upper region 301 of the body portion 310.
  • the upper region 301 of the body portion 310 is the upper region 301 of the third direction 16 when the body portion 310 is viewed from the first direction 12 as shown in FIGS. 1 and 8.
  • the lower region 302 refers to the lower region 302 of the third direction 16 when the body 310 is viewed from the first direction 12 as shown in FIGS. 1 and 8.
  • the second bent portion 350 may be connected to the other end of the body portion 310.
  • the bending direction of the second bent portion 350 may be formed to protrude in a direction toward the module cover 200.
  • the bending direction of the second bent portion 350 may be formed in a direction toward the module cover 200 in the first direction 12.
  • the second bent portion 350 may be connected to the lower end of the body portion 310.
  • the second bent portion 350 may be positioned below the third direction 16 of the first bent portion 330.
  • the end of the second bent portion 350 may be spaced apart from the body portion 310 by a predetermined distance.
  • an upper end of the second bent portion 350 in the third direction 16 may be spaced apart from the body portion 310 by a predetermined distance.
  • the body part 310 may also extend in the direction toward the module cover 200 due to the battery cell 100.
  • the end of the second bent portion 350 is usually spaced apart from the body portion 310, but when the body portion 310 is extended to contact the body portion 310 to support the body portion 310 Can absorb shocks when swelling.
  • the end of the second bent portion 350 may be in contact with the body portion 310 to absorb the external impact to protect the battery cell 100.
  • the lower end portion of the second bent portion 350 in the third direction 16 may be inserted into the coupling groove 273.
  • the second bent portion 350 may be coupled to the coupling groove 273 in a sliding manner to simplify the assembly process of the buffer member 300 and to increase the coupling force.
  • the buffer member 300 is disposed in the space between the battery cells 100 and the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200. Can be inserted. In this case, the buffer member 300 may be maintained between one surface of the battery cell 100 and side surfaces 230 and 250 of the module cover 200 by the elastic force.
  • the size of the second bent portion 350 may be generally provided in the same size as the first bent portion 330.
  • the second bent portion 350 may contact the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200.
  • the region where the second bent portion 350 is formed is positioned to overlap the lower region 302 of the body portion 310 as shown in FIGS. 1 and 8. can do.
  • the shock absorbing member 300 has a body portion 310 in contact with one surface of the battery cell 100, and the first bent portion 330 and the second bent portion 350 are provided with the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200. In contact, the shock absorbing member 300 may absorb the shock during external shock. In addition, when the swelling of the battery cell 100 causes the volume expansion of the battery cell 100 in both sides of the first direction 12, the shock absorbing member 300 may be connected to the module cover 200 and the battery cell 100. The battery cell 100 may be positioned to absorb the shock due to the swelling of the battery cell 100 and protect the battery cell 100.
  • the buffer member 300 is the first bent portion to reinforce the central portion of the battery cell 100 when the swelling of the battery cell 100 to further swell the concentration of force in both edge regions of the buffer member 300 330 and the second bent part 350 may be provided to stably support and protect the battery cell 100 during swelling of the battery cell 100.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating another embodiment of the buffer member of FIG. 8, and FIG. 10 is a plan view illustrating the buffer member of FIG. 9.
  • the buffer member 300a includes a body portion 310a, a first bent portion 330a, and a second bent portion 350a.
  • the body portion 310a of the shock absorbing member 300a is provided substantially the same as the body 310 of the shock absorbing member 300 of FIG. 8.
  • the first bent portion 330a and the second bent portion 350a may be coupled to both side surfaces 230 and 250 of the second direction 14 of the body portion 310a.
  • the bending directions of the first bent portion 330a and the second bent portion 350a may be bent in a direction toward the module cover 200, respectively.
  • the first bent portion 330a and the second bent portion 350a may be spaced apart from each other along the second direction 14.
  • the first bent portion 330a and the second bent portion 350a are edge regions 303 and 304 of both side surfaces 230 and 250 of the second direction 14 of the body portion 310a. Can be positioned to overlap with
  • the buffer member 300 may be provided in a shape having bent portions at both side surfaces 230 and 250 and upper and lower ends of the body portion 310.
  • the shock absorbing member 300 when the swelling of the battery cell 100, the center of the surface of the battery cell 100 is inflated to a greater extent, and the shock absorbing member 300 may also be concentrated at the center portion. In this case, the shock absorbing member 300 may be more concentrated toward the outside of the center, whereby the force may be concentrated in the edge region of the shock absorbing member 300.
  • the first bent part 330 and the second bent part 350 may further protect the battery cell 100 from external shock.
  • FIG. 11 is a front view illustrating another embodiment of the shock absorbing member of FIG. 8, and FIG. 12 is a front view showing the battery module to which the shock absorbing member of FIG. 11 is coupled.
  • the buffer member 300b includes a body portion 310b and a bent portion 320b.
  • the body portion 310 of FIG. 11 is provided substantially the same as the body portion 310 of FIG. 8. However, unlike FIG. 8, the length of the third direction 16 is short.
  • the bent part 320b is connected to the body part 310 and formed.
  • a plurality of bent portions 320b may be provided.
  • the bent portion 320b may be formed on the upper and lower portions of the third direction 16 of the body portion 310, respectively.
  • the bending direction of the bent portion 320b may be formed in a direction toward the module cover 200.
  • the protruding portion of the bent portion 320b may be in contact with the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200.
  • the bent part 320b may be in contact with an edge region of the third direction 16 of the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200, respectively.
  • FIG. 13 is a front view illustrating another embodiment of the shock absorbing member of FIG. 8, and FIG. 14 is a front view showing the battery module to which the shock absorbing member of FIG. 13 is coupled.
  • the body portion 310c of FIG. 13 is generally provided in the same manner as the body portion 310 of FIG. 8. However, unlike FIG. 8, the length of the third direction 16 is short.
  • the bent portion 320c to be described later may be formed in the center portion of the third direction 16 of the buffer member 300c, and the body portion 310c may be formed on the upper and lower portions of the third direction 16. The bent part 320c may be in contact with the central area of the third direction 16 of the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200, respectively.
  • the bent part 320c is connected to the body part 310c.
  • a plurality of bent portions 320c may be provided.
  • the bent portion 320c may be formed at the center portion of the third direction 16 of the body portion 310c, respectively.
  • the bending direction of the bent portion 320c may be formed in a direction toward the module cover 200.
  • the protruding portion of the bent portion 320c may be in contact with the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200.
  • FIG. 15 is a front view illustrating another embodiment of the shock absorbing member of FIG. 8, and FIG. 16 is a front view showing the battery module to which the shock absorbing member of FIG. 15 is coupled.
  • the buffer member 300d of FIG. 15 may be provided in a form having one bent portion 320d as a whole.
  • the protruding direction of the bent part 320d may be formed in a direction toward the module cover 200.
  • the protruding portion of the bent portion 320d may be in contact with the side surfaces 230 and 250 of the module cover 200.
  • the buffer member 300 of the present invention is not limited to the above-described embodiments of the buffer member 300, and may be provided in various forms having a plurality of bent portions.
  • the battery pack according to the present invention may include one or more battery modules 10 described above.
  • the battery pack may further include a case for accommodating the battery module 10 and various devices for controlling charge and discharge of the battery module 10.
  • a battery management system BMS
  • a current sensor e.g., a current sensor
  • a fuse e.g., a fuse
  • the battery module 10 according to the present invention may be applied to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • An automobile according to the present invention may include one or more battery packs including the battery module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention is provided with a buffer member 300, the battery cell 100 when the charge and discharge of the battery cell 100 can support the battery cells 100 when swelling, the internal shock Absorption may protect the battery cell 100.
  • the buffer member 300 may be provided between the battery cells 100 and the module cover 200 to protect the battery cell 100 from an external shock.
  • the buffer member 300 may be provided in a shape having various bent portions, thereby protecting the battery module 10.
  • the compression pads provided between the conventional battery cells 100 are removed, and the volume occupied by the battery cells 100 in the internal space of the battery module 10 may be maximized. Can be. Thus, the volume occupied by the battery cells 100 in the battery module 10 may be increased, and the energy density of the battery module 10 may be improved.

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 서로 대면하며 적어도 제1방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리 셀과 복수개의 배터리 셀들을 수용하며, 적어도 일면이 개방된 형상으로 제공되는 모듈 커버 및 복수개의 배터리 셀 중 제1방향의 최외측에 위치하는 배터리 셀의 일면과 모듈 커버의 측면 사이에 위치하며, 적어도 일부분이 배터리 셀 및 모듈 커버의 측면에 각각 접촉하는 한 쌍의 완충 부재를 포함하되, 완충 부재는 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지는 판 스프링으로 제공되는 배터리 모듈을 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배터리 셀의 손상을 방지하고, 배터리 모듈의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 05월 31일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2016-0067766호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
이차 전지는 다양한 제품군에 적용성이 높고, 높은 에너지 밀도를 가지는 전기적 특성을 가지고 있다. 이러한 이차 전지는 휴대용 전자 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량 또는 하이브리드 차량, 전력 저장 장치 등에 적용되고 있다.
전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 모듈을 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 개개의 배터리 셀은 전극 조립체로서, 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 배터리 모듈의 배터리 셀의 경우 반복적인 충방전시 배터리 셀이 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상이 일어난다. 이러한, 스웰링 현상을 감안하여 종래의 배터리 모듈에서 배터리 셀의 적층 배치 시 배터리 셀들을 일정한 간격 이격되어 위치시키거나, 스웰링 시 배터리 셀을 지지하기 위한 압축 패드를 배터리 셀들 사이에 배치하였다.
그러나, 상술한 압축 패드 또는 배터리 셀들 간에 간격을 주어 배치하는 것은 배터리 모듈에서 셀이 차지할 수 있는 부피가 줄어든다. 배터리 모듈에서 셀 이 차지하는 부피가 줄어드는 것은 배터리 셀의 에너지 밀도를 감소시키는 문제가 있다. 또한, 배터리 셀들 사이에 압축 패드를 사용하는 경우는 배터리 모듈의 제조 공정이 복잡해지고, 배터리 모듈의 제조 단가를 높이게 되는 문제가 있다.
또한, 압축 패드를 사용하지 않고 일정한 간격을 주어 배치하는 경우는 배터리 셀의 스웰링 또는 외부의 충격으로부터 배터리 셀을 고정할 수 없어 배터리 셀을 손상시키는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자, 배터리 셀을 보호하며, 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 배터리 모듈의 제조 공정을 단순화할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 복수의 배터리 셀을 가지는 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 모듈은 서로 대면하며 적어도 제1방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리 셀과, 복수개의 상기 배터리 셀들을 수용하며, 적어도 일면이 개방된 형상으로 제공되는 모듈 커버 및 복수개의 상기 배터리 셀 중 상기 제1방향의 최외측에 위치하는 배터리 셀의 일면과 상기 모듈 커버의 측면 사이에 위치하며, 적어도 일부분이 상기 배터리 셀 및 상기 모듈 커버의 측면에 각각 접촉하는 한 쌍의 완충 부재를 포함하되, 상기 완충 부재는 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지는 판 스프링으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 모듈 커버의 하부판에는 상기 모듈 커버와 상기 배터리 셀들이 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있도록 복수개의 가이드 홈이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 모듈 커버의 하부판에는 상기 모듈 커버와 상기 완충 부재가 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있도록 한 쌍의 결합홈이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 완충 부재는 상기 배터리 셀들 중 가장 외측에 위치하는 상기 배터리 셀과 접촉하는 몸체부와, 상기 몸체부의 일단부와 연결되며 절곡된 형상을 가지고, 상기 모듈 커버의 측면과 적어도 일부분이 접촉하는 제1절곡부 및 상기 몸체부의 타단부와 연결되며 절곡된 형상을 가지고, 상기 모듈 커버의 측면과 적어도 일부분이 접촉하며, 상기 제1 절곡부와 이격되어 위치하는 제2절곡부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부의 절곡 방향은 상기 모듈 커버를 향하는 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부는 각각 상기 몸체부의 양측면에 연결되며, 상기 몸체부의 양측면 가장자리 영역과 중첩되게 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부는 각각 상기 몸체부의 상단 및 하단에서 연결되며, 상기 몸체부의 상부 영역 및 하부 영역과 중첩되게 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 제1절곡부 및 상기 제2절곡부의 끝단은 상기 몸체부와 이격되어 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 완충 부재는 복수개의 절곡부를 가지며, 상기 절곡부의 절곡방향은 상기 모듈 커버를 향하는 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 복수개의 상기 절곡부는 상기 완충 부재의 상부 영역 및 하부 영역에 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 복수개의 상기 절곡부는 상기 완충 부재의 중앙 영역에 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 완충 부재는 상기 배터리 셀의 배치되는 방향에 위치하는 면의 면적과 동일하거나 크게 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가이드 홈 및 상기 결합홈은 각각 상부에서 바라 볼 때, 상기 제1방향과 수직한 제2방향을 따라 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가이드 홈에는 상기 배터리 셀의 실링부가 삽입될 수 있다.
본 발명은 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀들의 최외측 및 모듈 커버 사이에 완충 부재를 제공하여, 외부의 충격 또는 배터리 셀의 스웰링 시 배터리 모듈을 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀의 최외측에만 완충 부재를 제공하여, 배터리 모듈 내부에서 배터리 셀이 차지하는 부피를 최대로 하여 배터리 셀의 에너지 밀도를 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀 및 완충 부재를 모듈 커버에 형성된 홈들에 슬라이딩 방식을 결합시킬 수 있어, 배터리 모듈의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 완충 부재가 배터리 셀에 결합된 상태를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 4는 도 1의 배터리 셀을 보여주는 분해 사시도이다.
도 5는 도 1의 배터리 셀을 보여주는 결합 사시도이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 정면도이다.
도 7은 도 1의 배터리 모듈의 다른 실시 예를 보여주는 정면도이다.
도 8은 도 1의 완충 부재를 보여주는 정면도이다.
도 9는 도 8의 완충 부재의 다른 실시 예를 보여주는 사시도이다.
도 10은 도 9의 완충 부재를 보여주는 평면도이다.
도 11은 도 8의 완충 부재의 다른 실시 예를 보여주는 정면도이다.
도 12는 도 11의 완충 부재가 결합된 배터리 모듈을 보여주는 정면도이다.
도 13은 도 8의 완충 부재의 다른 실시 예를 보여주는 정면도이다.
도 14는 도 13의 완충 부재가 결합된 배터리 모듈을 보여주는 정면도이다.
도 15는 도 8의 완충 부재의 다른 실시 예를 보여주는 정면도이다.
도 16은 도 15의 완충 부재가 결합된 배터리 모듈을 보여주는 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 완충 부재가 배터리 셀에 결합된 상태를 보여주는 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 배터리 모듈(10)은 복수개의 배터리 셀(100)을 가진다. 배터리 셀(100)은 이차 전지로 제공될 수 있다. 일 예로 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지로 제공될 수 있다. 이하, 본 발명의 배터리 셀(100)을 파우치형 이차 전지로 제공되는 것을 예로 들어 설명한다.
배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100), 모듈 커버(200), 그리고 완충 부재(300)를 포함한다.
배터리 셀(100)은 복수개가 제공될 수 있다. 복수개의 배터리 셀(100)은 각각 서로 대면하여 위치할 수 있다. 복수개의 배터리 셀(100)은 각각의 면들이 마주보는 방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 이하, 복수개의 배터리 셀(100)이 나란하게 배치되는 방향을 제1방향(12)이라 한다. 상부에서 바라 볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 한다. 제1방향(12) 및 제2방향(14) 모두에 수직한 방향을 제3방향(16)이라 한다.
도 4는 도 1의 배터리 셀을 보여주는 분해 사시도이고, 도 5는 도 1의 배터리 셀을 보여주는 결합 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 배터리 셀(100)은 파우치 케이스(110), 전극 조립체(120), 전극 탭(130) 그리고 전극 리드(140)를 포함한다.
파우치 케이스(110)는 내부 공간(101)을 가진다. 파우치 케이스(110)의 내부에는 후술하는 전극 조립체(120) 및 전해액이 위치한다. 파우치 케이스(110)의 중앙 영역은 상하 방향으로 돌출되어 제공된다. 파우치 케이스(110)는 상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)를 포함한다.
상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)는 서로 조합되어 내부 공간(101)을 형성한다. 상부 케이스(111)의 중앙 영역은 상부 방향으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 하부 케이스(112)는 상부 케이스(111)의 하부에 위치한다. 하부 케이스(112)의 중앙 영역은 하부 방향으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 이와는 달리, 파우치 케이스(110)의 내부 공간(101)은 상부 케이스(111) 또는 하부 케이스(112) 중 어느 하나에만 형성될 수 있다.
상부 케이스(111)와 하부 케이스(112)는 각각 실링부(160)를 가진다. 상부 케이스(111)의 실링부(160)와 하부 케이스(112)의 실링부(160)는 서로 마주보는 형태로 제공될 수 있다. 상부 케이스(111)의 실링부(160) 및 하부 케이스(112)의 실링부(160)는 내측에 위치한 내부 접착층이 열융착 등에 의해 서로 접착 될 수 있다. 실링부(160)의 접착을 통해서 내부 공간(101)은 밀폐될 수 있다.
파우치 케이스(110)의 내부 공간(101)에는 전해액 및 전극 조립체(120)가 수납된다. 파우치 케이스(110)는 외부 절연층, 금속층, 그리고 내부 접착층을 가질 수 있다. 외부 절연층은 외부의 수분, 가스 등이 내부로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 금속층은 파우치 케이스(110)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 금속층은 알루미늄으로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 금속층은 철, 탄소, 크롬, 망간의 합금, 철 니켈 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나로 제공될 수 있다. 금속층이 철이 함유된 재질을 사용하는 경우, 기계적 강도가 강해질 수 있다. 금속층이 알루미늄 재질로 사용하는 경우 연성이 좋을 수 있다. 금속층의 바람직한 실시예로 알루미늄이 제공될 수 있다. 외부 절연층 및 내부 접착층은 폴리머 재질로 제공될 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극판, 음극판 그리고 분리막을 포함한다. 전극 조립체(120)는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(120)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 형태로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 형태로 제공될 수 있다.
전극 조립체(120)의 전극판들은 집전체 및 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 활물질 슬러리를 포함한다. 활물질 슬러리는 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 그리고 가소제 등의 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 각각의 전극판들은 활물질 슬러리가 도포되지 않는 영역에 해당하는 무지부를 가질 수 있다. 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭(130)이 형성될 수 있다.
전극 탭(130)은 전극 조립체(120)로부터 돌출된 형태로 연장 형성된다. 전극 탭(130)은 양극 탭(131)과 음극 탭(132)을 포함한다. 양극 탭(131)은 양극판의 무지부에서 연장될 수 있으며, 음극 탭(132)은 음극판의 무지부에서 연장될 수 있다.
양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 배터리 셀(100)에 각각 하나씩 구비될 수 있다. 이와는 달리 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 복수개 구비될 수도 있다. 일 예로 배터리 셀(100)의 전극 조립체(120)에 양극판과 음극판이 각각 1개만 포함된 경우, 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 각각 1개씩 포함될 수 있다. 이와 달리, 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 각각 다수 포함될 수 있다. 전극 조립체(120)에 양극판과 음극판이 각각 다수 포함된 경우, 양극 탭(131)과 음극 탭(132) 역시 다수 개 포함될 수 있으며, 1개의 전극판마다 각각 전극 탭(130)이 구비될 수 있다.
전극 리드(140)는 배터리 셀(100)을 외부의 다른 장치와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 전극 리드(140)는 양극 리드(141)와 음극 리드(142)를 포함할 수 있다. 전극 리드(140)는 파우치 케이스(110)의 내측에서 외측까지 연장되는 형태로 제공될 수 있다. 전극 리드(140)의 일부 영역은 실링부(160) 사이에 개재될 수 있다. 전극 리드(140)는 전극 탭(130)과 연결된다. 본 발명의 전극 리드(140)는 파우치 케이스(110)의 일측에 양극 리드(141)와 음극 리드(142)가 모두 제공될 수 있다. 이와는 달리, 파우치 케이스(110)의 일측에 양극 리드(141)가 제공되며, 타측에 음극 리드(142)가 제공될 수 있다.
배터리 셀(100)은 수납부(150)와 실링부(160)를 가진다. 여기서, 수납부(150)는 배터리 셀(100)에서 전극 조립체(120)가 수납되는 부분이다. 실링부(160)는 파우치 케이스(110) 중 수납부(150)를 둘러싸는 네 측면 실링되는 부분이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 정면도이다. 이하, 도 1 내지 도 3 그리고 도 6을 참고하면, 모듈 커버(200)는 배터리 셀(100)들을 보호할 수 있다. 모듈 커버(200)는 내부에 빈 공간을 가진다. 모듈 커버(200)의 내부 공간에는 복수개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다. 모듈 커버(200)는 적어도 일면이 개방된 형태로 제공될 수 있다. 모듈 커버(200)는 전체적으로 직육면체 형상으로 제공될 수 있다. 일 예로 모듈 커버(200)의 면 중 제2방향(14)을 따라 마주보는 양측이 개방된 형태로 제공될 수 있다.
모듈 커버(200)는 상부판(210), 측면(230,250), 그리고 하부판(270)을 포함한다. 상부판(210)은 제3방향(16)에서 바라 볼 때, 사각형의 형상으로 제공될 수 있다.
상부판(210)에는 한 쌍의 측면(230,250)이 결합될 수 있다. 한 쌍의 측면(230,250)은 서로 제1방향(12)을 따라 이격되어 위치할 수 있다. 한 쌍의 측면(230,250)은 서로 제1방향(12)을 따라 마주보며 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있다.
하부판(270)은 상부판(210)의 제3방향(16)의 아래에 위치한다. 하부판(270)은 상부판(210)과 대체로 동일한 형상으로 제공될 수 있다. 하부판(270)은 상부판(210)보다 큰 면적으로 제공될 수 있다.
하부판(270)이 상부판(210)보다 큰 면적으로 제공되어, 그 사이 공간은 이 후 배터리 모듈(10)에 센싱 부재 등의 부품이 결합될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 하부판(270)에 결합된 배터리 셀(100)들을 안정적으로 지지할 수 있다.
하부판(270)에는 가이드 홈(271) 및 결합홈(273)이 형성될 수 있다.
가이드 홈(271)에는 배터리 셀(100)이 삽입될 수 있다. 가이드 홈(271)은 제3방향(16)의 아래 방향으로 오목한 형상을 가질 수 있다. 가이드 홈(271)은 제3방향(16)의 아래로 갈수록 제1방향(12)의 폭이 줄어드는 형상으로 제공될 수 있다. 가이드 홈(271)과 배터리 셀(100)은 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다. 즉, 가이드 홈(271)에 배터리 셀(100)의 일부가 삽입되어 결합될 수 있다. 일 예로 가이드 홈(271)에는 배터리 셀(100)의 실링부(160)가 삽입될 수 있다. 가이드 홈(271)은 복수개 제공될 수 있다. 가이드 홈(271)은 배터리 셀(100)과 대응되는 개수로 제공될 수 있다. 가이드 홈(271)은 그 길이방향이 제2방향(14)으로 연장되어 형성될 수 있다. 복수개의 가이드 홈(271)은 제1방향(12)을 따라 일정거리 이격되어 위치 할 수 있다.
상술한 바와 같이 하부판(270)에 형성된 가이드 홈(271)을 통해서 복수개의 배터리 셀(100)을 슬라이딩 방식으로 결합할 수 있다. 이러한, 가이드 홈(271) 은 배터리 모듈(10)의 제조 시 조립 공정을 단순화시킬 수 있어 제조 공정의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 가이드 홈(271)은 배터리 셀(100)의 실링부(160)가 삽입되어, 배터리 셀(100)을 안정적으로 지지할 수 있다.
결합홈(273)에는 완충 부재(300)가 삽입될 수 있다. 결합홈(273)은 제3방향(16)의 아래 방향으로 오목한 형상을 가질 수 있다. 결합홈(273)은 제3방향(16)의 아래로 갈수록 제1방향(12)의 폭이 줄어드는 형상으로 제공될 수 있다. 결합홈(273)과 완충 부재(300)는 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다. 즉, 결합홈(273)에 완충 부재(300)의 일부가 삽입되어 결합될 수 있다. 일 예로 결합홈(273)에는 후술하는 완충 부재(300) 중 제2절곡부(350)가 삽입될 수 있다. 결합홈(273)은 한 쌍이 제공될 수 있다. 한 쌍의 결합홈(273)은 제1방향(12)을 따라 이격되어 위치 할 수 있다. 한 쌍의 결합홈(273)의 사이에는 복수개의 가이드 홈(271)이 위치할 수 있다. 한 쌍의 결합홈(273)은 가이드 홈(271)과 제1방향(12)을 따라 이격되어 위치할 수 있다. 결합홈(273)은 그 길이방향이 제2방향(14)으로 연장되어 형성될 수 있다. 상술한 예에서는 하부판(270)에 한 쌍의 결합홈(273)이 제공되는 것을 예로 설명하였으나, 결합홈(273)은 도 7과 같이 제공되지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이 하부판(270)에 형성된 결합홈(273)을 통해서 한 쌍의 완충 부재(300)를 슬라이딩 방식으로 결합할 수 있다. 이러한, 결합홈(273)은 배터리 모듈(10)의 제조 시 조립 공정을 단순화시킬 수 있어 제조 공정의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 결합홈(2730은 완충 부재(300)의 일부가 삽입되어, 완충 부재(300)을 안정적으로 지지할 수 있다.
도 8은 도 1의 완충 부재를 보여주는 정면도이다. 이하, 도 1 내지 도 3, 도 6 그리고 도 8을 참고하면, 완충 부재(300)는 배터리 셀(100)의 스웰링 시 배터리 셀(100)을 지지하며, 그 충격을 완충할 수 있다. 또한, 완충 부재(300)는 외부의 충격으로부터 배터리 셀(100)을 보호 할 수 있다. 완충 부재(300)는 배터리 셀(100)들 중 가장 최외측에 위치하는 배터리 셀(100)의 일면과 모듈 커버(200)의 측면(230,250) 사이에 위치할 수 있다. 완충 부재(300)는 한 쌍이 제공될 수 있다. 한 쌍의 완충 부재(300)는 제1방향(12)을 따라 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 완충 부재(300)는 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지는 판 스프링으로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 완충 부재(300)는 탄성력을 가지는 재질로 제공될 수 있다.
완충 부재(300)는 몸체부(310), 제1절곡부(330) 그리고 제2절곡부(350)를 포함할 수 있다.
몸체부(310)는 배터리 셀(100)들 중 가장 외측에 위치하는 배터리 셀(100)과 접촉할 수 있다. 몸체부(310)의 면적은 배터리 셀(100)과 접촉하는 배터리 셀(100)의 면적과 동일하거나 크게 제공될 수 있다. 몸체부(310)의 면적이 배터리 셀(100)과 접촉하는 배터리 셀(100)의 면적과 동일하거나 크게 제공되어, 배터리 셀(100)의 스웰링 시 배터리 셀(100)의 전체 면을 지지할 수 있다. 몸체부(310)는 제1방향(12)에서 바라 볼 때, 사각형의 형상을 가질 수 있다.
제1절곡부(330)는 몸체부(310)의 일단부와 연결될 수 있다. 제1절곡부(330)의 절곡 방향은 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 일 예로 제1절곡부(330)의 절곡 방향은 제1방향(12) 중 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 일 예로 제1절곡부(330)는 몸체부(310)의 상단과 연결될 수 있다. 제1절곡부(330)의 끝단은 몸체부(310)와 일정거리 이격되어 위치할 수 있다.
구체적으로 제1절곡부(330)의 제3방향(16)의 아래 방향 끝단이 몸체부(310)와 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 배터리 셀(100)의 스웰링 시 배터리 셀(100)의 부풀어 오르는 경우, 몸체부(310) 역시 배터리 셀(100)로 인하여 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 늘어날 수 있다. 이 때, 제1절곡부(330)의 끝단은 평소에는 몸체부(310)와 이격되어 위치하나, 몸체부(310)가 늘어나는 경우 몸체부(310)와 접촉하여 몸체부(310)를 지지할 수 있어, 스웰링 시 충격을 흡수할 수 있다. 또한, 외부의 충격 시에도 제1절곡부(330)의 끝단은 몸체부(310)와 접촉하여 외부의 충격을 흡수하여 배터리 셀(100)을 보호 할 수 있다.
제1절곡부(330)는 모듈 커버(200)의 측면(230,250)과 접촉할 수 있다. 제1방향(12)에서 완충 부재(300)를 바라 볼 때, 제1절곡부(330)가 형성된 영역은 몸체부(310)의 상부 영역(301)과 중첩되도록 위치 할 수 있다. 여기서, 몸체부(310)의 상부 영역(301)은 도 1 및 도 8과 같이 몸체부(310)를 제1방향(12)에서 바라 볼 때, 제3방향(16)의 상부 영역(301)을 말한다. 하부 영역(302)은 도 1 및 도 8과 같이 몸체부(310)를 제1방향(12)에서 바라 볼 때, 제3방향(16)의 하부 영역(302)을 말한다.
제2절곡부(350)는 몸체부(310)의 타단부와 연결될 수 있다. 제2절곡부(350)의 절곡 방향은 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 일 예로 제2절곡부(350)의 절곡 방향은 제1방향(12) 중 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 일 예로 제2절곡부(350)는 몸체부(310)의 하단과 연결될 수 있다. 제2절곡부(350)는 제1절곡부(330)의 제3방향(16)의 하부에 위치할 수 있다. 제2절곡부(350)의 끝단은 몸체부(310)와 일정거리 이격되어 위치할 수 있다.
구체적으로 제2절곡부(350)의 제3방향(16)의 위 방향 끝단이 몸체부(310)와 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 배터리 셀(100)의 스웰링 시 배터리 셀(100)의 부풀어 오르는 경우, 몸체부(310) 역시 배터리 셀(100)로 인하여 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 늘어날 수 있다. 이 때, 제2절곡부(350)의 끝단은 평소에는 몸체부(310)와 이격되어 위치하나, 몸체부(310)가 늘어나는 경우 몸체부(310)와 접촉하여 몸체부(310)를 지지할 수 있어, 스웰링 시 충격을 흡수할 수 있다. 또한, 외부의 충격 시에도 제2절곡부(350)의 끝단은 몸체부(310)와 접촉하여 외부의 충격을 흡수하여 배터리 셀(100)을 보호 할 수 있다.
제2절곡부(350)의 제3방향(16)의 하단부는 결합홈(273)에 삽입될 수 있다. 제2절곡부(350)가 결합홈(273)에 슬라이딩 방식으로 결합하여 완충 부재(300)의 조립 공정을 단순화 할 수 있으며, 결합력을 상승시킬 수 있다. 이와는 달리, 도 7과 같이 하부판(270)에 결합홈(273)이 제공되지 않을 경우, 배터리 셀(100)들과 모듈 커버(200)의 측면(230,250) 사이의 공간에 완충 부재(300)가 삽입될 수 있다. 이 경우 완충 부재(300)는 탄성력에 의해 배터리 셀(100)의 일면과 모듈 커버(200)의 측면(230,250) 사이에서 유지될 수 있다.
제2절곡부(350)의 크기는 대체로 제1절곡부(330)와 동일한 크기로 제공될 수 있다. 제2절곡부(350)는 모듈 커버(200)의 측면(230,250)과 접촉할 수 있다. 제1방향(12)에서 완충 부재(300)를 바라 볼 때, 제2절곡부(350)가 형성된 영역은 도 1 및 도 8과 같이 몸체부(310)의 하부 영역(302)과 중첩되도록 위치 할 수 있다.
완충 부재(300)는 몸체부(310)가 배터리 셀(100)의 일면과 접촉하며, 제1절곡부(330) 및 제2절곡부(350)가 모듈 커버(200)의 측면(230,250)과 접촉하여, 외부의 충격 시 완충 부재(300)가 충격을 흡수할 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)의 스웰링 시 제1방향(12)의 양측으로 배터리 셀(100)이 부피 팽창이 일어나는 경우도 완충 부재(300)가 모듈 커버(200)와 배터리 셀(100)의 사이에 위치하여 배터리 셀(100)의 스웰링으로 인한 충격을 흡수함과 동시에 배터리 셀(100)을 보호할 수 있다. 또한, 완충 부재(300)는 배터리 셀(100)의 스웰링 시 배터리 셀(100)의 중앙부가 더욱 부풀어 올라 완충 부재(300)의 양측 가장 자리 영역에 힘이 집중 되는 것을 보강하도록 제1절곡부(330) 및 제2절곡부(350)를 제공하여 배터리 셀(100)의 스웰링 시 배터리 셀(100)을 안정적으로 지지하며, 보호 할 수 있다.
도 9는 도 8의 완충 부재의 다른 실시 예를 보여주는 사시도이고, 도 10은 도 9의 완충 부재를 보여주는 평면도이다. 이하, 도 9 및 도 10을 참고하면, 완충 부재(300a)는 몸체부(310a), 제1절곡부(330a) 그리고 제2절곡부(350a)를 포함한다.
완충 부재(300a)의 몸체부(310a)는 도 8의 완충 부재(300)의 몸체부(310)와 대체로 동일하게 제공된다.
제1절곡부(330a)와 제2절곡부(350a)의 몸체부(310a)의 제2방향(14)의 양 측면(230,250)에 결합될 수 있다. 제1절곡부(330a) 및 제2절곡부(350a)의 절곡 방향은 각각 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 절곡될 수 있다. 제1절곡부(330a) 및 제2절곡부(350a)는 제2방향(14)을 따라 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 제1절곡부(330a) 및 제2절곡부(350a)는 제1방향(12)에서 바라 볼 때, 몸체부(310a)의 제2방향(14)의 양측면(230,250) 가장 자리 영역(303,304)과 중첩되게 위치 할 수 있다.
도면에 도시하지 않았으나, 상술한 예와는 달리, 완충 부재(300)는 몸체부(310)의 양측면(230,250) 및 상하단에 모두 절곡부를 가지는 형상으로 제공 될 수 있다.
상술한 실시 예의 경우, 배터리 셀(100)의 스웰링 시 배터리 셀(100)의 면 중 중앙이 더 크게 부풀어 올라, 완충 부재(300) 역시 중앙 부위에 힘이 집중 될 수 있다. 이 경우 완충 부재(300)는 중앙이 더욱 크게 외측으로 향해 이로 인해 완충 부재(300)의 가장 자리 영역에 힘이 집중 될 수 있다. 그래서 본 발명의 실시예의 경우 완충 부재(300)의 가장 자리 영역에 제1절곡부(330) 및 제2절곡부(350)를 통하여 탄성력을 보강하여, 배터리 셀(100)을 안정적을 지지할 수 있다. 또한, 제1절곡부(330) 및 제2절곡부(350)를 통해서 외부의 충격으로부터 배터리 셀(100)을 더욱 안정적을 보호할 수 있다.
도 11은 도 8의 완충 부재의 다른 실시 예를 보여주는 정면도이고, 도 12는 도 11의 완충 부재가 결합된 배터리 모듈을 보여주는 정면도이다.
이하, 도 11 및 도 12을 참고하면, 완충 부재(300b)는 몸체부(310b)와 절곡부(320b)를 포함한다.
도 11의 몸체부(310)는 도 8의 몸체부(310)와 대체로 동일하게 제공된다. 다만, 도 8과는 달리 제3방향(16) 길이가 짧게 제공된다.
절곡부(320b)는 몸체부(310)와 연결되어 형성된다. 절곡부(320b)는 복수개 제공될 수 있다. 일 예로 절곡부(320b)는 몸체부(310)의 제3방향(16) 상부 및 하부에 각각 형성될 수 있다. 절곡부(320b)의 절곡 방향은 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 절곡부(320b)중 돌출된 부분은 모듈 커버(200)의 측면(230,250)과 접촉하여 위치할 수 있다. 절곡부(320b)는 모듈 커버(200)의 측면(230,250) 중 제3방향(16)의 가장 자리 영역과 각각 접촉하여 위치할 수 있다.
도 13은 도 8의 완충 부재의 다른 실시 예를 보여주는 정면도이고, 도 14는 도 13의 완충 부재가 결합된 배터리 모듈을 보여주는 정면도이다.
이하, 도 13 및 도 14를 참고하면, 도 13의 몸체부(310c)는 도 8의 몸체부(310)와 대체로 동일하게 제공된다. 다만, 도 8과는 달리 제3방향(16) 길이가 짧게 제공된다. 또한, 후술하는 절곡부(320c)는 완충 부재(300c) 중 제3방향(16)의 중앙부에 형성되며, 몸체부(310c)는 제3방향(16)의 상부 및 하부에 형성될 수 있다. 절곡부(320c)는 모듈 커버(200)의 측면(230,250) 중 제3방향(16)의 중앙 영역과 각각 접촉하여 위치할 수 있다.
절곡부(320c)는 몸체부(310c)와 연결되어 형성된다. 절곡부(320c)는 복수개 제공될 수 있다. 일 예로 절곡부(320c)는 몸체부(310c)의 제3방향(16) 중앙부에 각각 형성될 수 있다. 절곡부(320c)의 절곡 방향은 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 절곡부(320c) 중 돌출된 부분은 모듈 커버(200)의 측면(230,250)과 접촉하여 위치할 수 있다.
도 15는 도 8의 완충 부재의 다른 실시 예를 보여주는 정면도이고, 도 16은 도 15의 완충 부재가 결합된 배터리 모듈을 보여주는 정면도이다.
도 15의 완충 부재(300d)는 전체적으로 하나의 절곡부(320d)를 가지는 형태로 제공될 수 있다. 절곡부(320d)의 돌출 방향은 모듈 커버(200)를 향하는 방향으로 형성될 수 있다. 절곡부(320d) 중 돌출된 부분은 모듈 커버(200)의 측면(230,250)과 접촉하여 위치할 수 있다.
본 발명의 완충 부재(300)는 상술한 완충 부재(300)의 실시 예들로 한정되는 것이 아니며, 복수개의 절곡부를 가지는 다양한 형태로 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 배터리 팩에는 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치가 더 포함될 수 있다. 일 예로 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩을 하나 이상 포함 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 완충 부재(300)가 제공되어, 배터리 셀(100)의 충방전시 배터리 셀(100)이 스웰링 시 배터리 셀(100)들을 지지할 수 있으며, 내부의 충격을 흡수하여 배터리 셀(100)을 보호할 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)들과 모듈 커버(200) 사이에 완충 부재(300)를 제공하여, 외부의 충격으로부터 배터리 셀(100)을 보호 할 수 있다. 특히, 완충 부재(300)는 다양한 절곡부를 가지는 형상으로 제공되어, 배터리 모듈(10)을 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 종래의 배터리 셀(100)들 사이에 제공되는 압축 패드를 제거하며, 배터리 모듈(10)의 내부 공간에서 배터리 셀(100)이 차지하는 부피를 최대로 할 수 있다. 이로 인해, 배터리 모듈(10)에서 배터리 셀(100)이 차지하는 부피를 증가할 수 있으며, 배터리 모듈(10)의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 서로 대면하며 적어도 제1방향으로 나란하게 배치되는 복수개의 배터리 셀;
    복수개의 상기 배터리 셀들을 수용하며, 적어도 일면이 개방된 형상으로 제공되는 모듈 커버; 및
    복수개의 상기 배터리 셀 중 상기 제1방향의 최외측에 위치하는 배터리 셀의 일면과 상기 모듈 커버의 측면 사이에 위치하며, 적어도 일부분이 상기 배터리 셀 및 상기 모듈 커버의 측면에 각각 접촉하는 한 쌍의 완충 부재를 포함하되,
    상기 완충 부재는 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지는 판 스프링으로 제공되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 커버의 하부판에는 상기 모듈 커버와 상기 배터리 셀들이 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있도록 복수개의 가이드 홈이 형성되는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 커버의 하부판에는 상기 모듈 커버와 상기 완충 부재가 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있도록 한 쌍의 결합홈이 형성되는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 완충 부재는,
    상기 배터리 셀들 중 가장 외측에 위치하는 상기 배터리 셀과 접촉하는 몸체부;
    상기 몸체부의 일단부와 연결되며 절곡된 형상을 가지고, 상기 모듈 커버의 측면과 적어도 일부분이 접촉하는 제1절곡부; 및
    상기 몸체부의 타단부와 연결되며 절곡된 형상을 가지고, 상기 모듈 커버의 측면과 적어도 일부분이 접촉하며, 상기 제1 절곡부와 이격되어 위치하는 제2절곡부를 포함하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부의 절곡 방향은 상기 모듈 커버를 향하는 방향으로 돌출되도록 형성되는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부는 각각 상기 몸체부의 양측면에 연결되며, 상기 몸체부의 양측면 가장자리 영역과 중첩되게 위치하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1절곡부와 상기 제2절곡부는 각각 상기 몸체부의 상단 및 하단에서 연결되며, 상기 몸체부의 상부 영역 및 하부 영역과 중첩되게 위치하는 배터리 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1절곡부 및 상기 제2절곡부의 끝단은 상기 몸체부와 이격되어 위치하는 배터리 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 완충 부재는 복수개의 절곡부를 가지며, 상기 절곡부의 절곡방향은 상기 모듈 커버를 향하는 방향으로 돌출되도록 형성되는 배터리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    복수개의 상기 절곡부는 상기 완충 부재의 상부 영역 및 하부 영역에 형성되는 배터리 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    복수개의 상기 절곡부는 상기 완충 부재의 중앙 영역에 형성되는 배터리 모듈.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 완충 부재는 상기 배터리 셀의 배치되는 방향에 위치하는 면의 면적과 동일하거나 크게 제공되는 배터리 모듈.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 가이드 홈 및 상기 결합홈은 각각 상부에서 바라 볼 때, 상기 제1방향과 수직한 제2방향을 따라 형성되는 배터리 모듈.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  15. 제14항의 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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