WO2020085815A1 - 배터리 셀 손상을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차 - Google Patents

배터리 셀 손상을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차 Download PDF

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battery
lead
polarity
bent portion
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박원경
성준엽
곽정민
박준규
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a structure capable of preventing damage to a battery cell and a battery pack including the same, and more specifically, it is common to one bus bar among a plurality of bus bars provided in a bus bar frame assembly.
  • the present invention relates to a battery module having a structure capable of preventing damage to a battery cell due to interference between a pair of neighboring battery cells coupled to each other, and a battery pack including the same.
  • the present invention also relates to an automobile including such a battery pack.
  • Secondary batteries are widely used not only in small-sized devices such as portable electronic devices, but also in medium to large-sized devices such as automobiles and power storage devices.
  • a battery module in which a large number of secondary battery cells are electrically connected is used to increase capacity and output.
  • a pouch-type battery cell including a pouch case is frequently used in such medium-to-large-sized devices due to the advantages of easy stacking.
  • the electrode leads of the battery cells are interconnected, and the connection portion can be welded to maintain the connection state.
  • the battery module may have parallel and / or series electrical connections between battery cells, and for this purpose, one end of the electrode lead may be contact-fixed by welding or the like to a busbar for electrical connection between each battery cell.
  • FIG. 1 is a view for explaining the structure of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing an area A shown in FIG. 1 in an enlarged scale.
  • a plurality of bidirectional draw-out battery cells 1 are stacked to form a cell stack 2 and bus bar frame assemblies 3 are coupled to both sides of the cell stack 2, respectively.
  • a conventional battery module is shown.
  • the electrode leads 1a provided in each of a pair of battery cells 1 adjacent to each other are drawn out through one lead hole 3a formed in the busbar frame assembly 3 and the same bus It is coupled to the bar 3b.
  • the electrode lead 1a provided in the battery cell located on the left side of the pair of battery cells adjacent to each other is the lead film 1b and the pouch case provided in the battery cell located on the right side.
  • the boundary portion 1d with (1c) faces each other.
  • the electrode lead 1a provided in the battery cell located on the left side is the boundary portion between the lead film 1b and the pouch case 1c provided in the battery cell located on the right side.
  • a phenomenon in contact with (1d) may occur.
  • the positive lead is made of aluminum (Al) and the negative lead is made of copper (Cu).
  • Al aluminum
  • Cu copper
  • An object of the present invention is to provide a battery module having a structure capable of preventing occurrence.
  • Another object of the present invention is to provide a battery pack including such a battery module and a vehicle including such a battery pack.
  • a battery module for solving the above-described problem includes: a cell stacked body in which a plurality of battery cells including adjacent first battery cells and second battery cells are stacked; And a bus bar frame assembly coupled to at least one side of the cell stack and having a plurality of lead extraction holes through which electrode leads provided in the battery cells are drawn out.
  • the electrode lead of the first polarity provided in the first battery cell and the electrode lead of the first polarity provided in the second battery cell are drawn out through the same lead-out hole, and of the first battery cell
  • the electrode leads of the first polarity and the electrode leads of the first polarity of the second battery cell have a shape bent in the same direction at the same position, but are formed in a region in which the first bent portion and the lead film formed on the terrace portion are formed. 2 It is provided with a bent part.
  • the bending direction in the first bent portion and the bending direction in the second bent portion may be formed in opposite directions.
  • the bending direction in the first bending portion of the first battery cell is a direction closer to the second battery cell, and the bending direction in the second bending portion of the first battery cell is a direction away from the second battery cell. You can.
  • the bending direction at the first bending portion of the second battery cell is a direction away from the first battery cell, and the bending direction at the second bending portion of the second battery cell is a direction closer to the first battery cell. You can.
  • the second bent portion of the first battery cell may be formed at a position corresponding to the terrace portion of the second battery cell.
  • the second bent portion of the first battery cell may be located further below the first bent portion of the second battery cell.
  • the first bent portion of the second battery cell may be formed at a position corresponding to an area where the lead film of the first battery cell is formed.
  • the bending angle of the first bent portion and the second bent portion may be formed in a range of 30-50 degrees.
  • the bending angle of the first bent portion and the second bent portion may be formed to be the same as each other.
  • the first battery cell and the second battery cell include the electrode leads of the first polarity and the electrode leads of the second polarity.
  • the first polarity may be a cathode and the second polarity may be an anode. Conversely, the first polarity may be an anode and the second polarity may be a cathode.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problems includes a plurality of battery modules according to an embodiment of the present invention as described above.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention includes a battery pack according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the present invention as long as forming a bent portion on the electrode lead, as long as it is commonly coupled to one of the plurality of busbars provided in the busbar frame assembly, without the application of additional components such as insulating tapes It is possible to prevent damage to the battery cells due to interference between the pair of neighboring battery cells.
  • the present invention it is possible to prevent the aluminum layer exposed to the end of the pouch case from contacting the electrode leads of the neighboring battery cells, particularly the cathode leads. Therefore, as a result of preventing the anode connection, it is possible to solve the problem that the aluminum layer exposed to the end of the pouch case is oxidized, resulting in weak sealing and insulation performance.
  • a battery pack including such a battery module and an automobile including such a battery pack are provided.
  • the battery pack and the vehicle have the advantages of the battery module according to the present invention.
  • damage to the battery cell is prevented, so that the battery pack and the vehicle including the battery module can be used for a long time without deteriorating the performance of the battery cell.
  • 1 is a view for explaining the structure of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing an area A shown in FIG. 1 in an enlarged scale.
  • FIG 3 is a front view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the internal structure of a battery module according to an embodiment of the present invention, and is an enlarged view of area B ′ of FIG. 3.
  • FIG. 6 is an enlarged view showing an enlarged area B in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a battery cell applied to a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing an enlarged area C shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a view for explaining a mechanism in which interference between battery cells adjacent to each other is prevented when a battery cell positioned on the left side is moved in some regions of the battery module shown in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a view for explaining a mechanism in which interference between battery cells adjacent to each other is prevented when a battery cell positioned on the right side is moved in some regions of the battery module shown in FIG. 6.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a battery pack according to the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of an automobile according to the present invention.
  • FIG. 3 is a front view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of FIG. 3.
  • 5 is a cross-sectional view showing an internal structure of a battery module according to an embodiment of the present invention, and is an enlarged view of area B ′ of FIG. 3, and
  • FIG. 6 is an enlarged view showing an area B of FIG. 5 is enlarged .
  • FIG. 7 is a perspective view showing a battery cell applied to a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an enlarged view showing an enlarged area C shown in FIG. 7.
  • the battery module 5 includes a cell stack 20 and a cell stack 20 formed by stacking a plurality of battery cells 10 It includes a bus bar frame assembly 30 provided on at least one side of the.
  • a pouch type battery cell may be applied.
  • the pouch-type battery cell may be a bidirectional draw-out battery cell in which a pair of electrode leads 11 are pulled in opposite directions, including electrode leads of the first polarity and electrode leads of the second polarity.
  • One cell stack 20 can be formed by stacking a plurality of type battery cells face to face.
  • the first polarity may be a cathode and the second polarity may be an anode.
  • the first polarity may be an anode and the second polarity may be a cathode.
  • the cell stack 20 may be disposed such that the electrode lead 11 provided for each battery cell 10 extends in a direction perpendicular to the ground. That is, each battery cell 10 may be placed upright so that the side surface is placed on the floor.
  • the battery cell 10 has a shape in which the electrode lead 11 is bent at a specific portion.
  • the bent shape of the electrode lead 11 is a pouch case 12 and a lead film 13 of a battery cell 10 in which an electrode lead 11 provided in one battery cell 10 is disposed adjacent thereto.
  • By contacting the boundary region P of the electrode lead 11 and the aluminum layer of the pouch case 12 can be prevented from contacting each other.
  • the detailed structure of the battery cell 10 and the bent shape of the electrode lead 11 will be described later in detail with reference to FIGS. 7 and 8.
  • the bus bar frame assembly 30 is coupled to at least one side of the cell stack 20, and includes a bus bar frame 31 and a plurality of bus bars 32 fixedly installed on the bus bar frame 31. do.
  • the bus bar frame 31 is disposed on at least one side of the cell stack 20, and a plurality of leads for allowing the electrode lead 11 of the battery cell 10 to be drawn out of the battery module 5
  • the withdrawal hole 31a is provided.
  • the plurality of battery cells 10 form one group of two, so that the electrode leads 11 provided in the pair of battery cells 10 belonging to the same group are external to each other through the same lead extraction hole 31a. Withdrawal.
  • a pair of electrode leads 11 drawn out through the lead extraction holes 31a are attached to the same bus bar 32 by welding or the like.
  • the pair of electrode leads 11 belonging to the same group have the same polarity. For example, it has a first polarity that is a negative electrode.
  • the bus bar frame 31 is formed in the lower portion of the lead-out hole 31a so that the electrode lead 11 can extend in the direction from the lower side of the lead-out hole 31a toward the lead-out hole 31a.
  • a plurality of lead guides 31b to be provided can be provided.
  • the battery cell 10 includes an electrode assembly (not shown), a pair of electrode leads 11, a pouch case 12, and a lead film 13.
  • the electrode assembly has a form in which an anode, a separator, and a cathode are sequentially stacked at least once or a stack formed by lamination.
  • the pair of electrode leads 11 are connected to positive and negative tabs provided in the electrode assembly, respectively, and extend in opposite directions.
  • the electrode lead 11 connected to the positive electrode tab functions as a positive electrode lead 11a having a second polarity
  • the electrode lead 11 connected to the negative electrode tab functions as a negative electrode lead 11b having a first polarity. do.
  • the electrode lead 11 is drawn out of the pouch case 12 through the sealing portion 12b, which will be described later.
  • the pouch case 12 may be formed of a pouch film in which a resin layer / metal layer / resin layer is sequentially stacked, and a receiving portion 12a for receiving an electrode assembly and a sealing portion 12b extending outward from the periphery of the receiving portion ).
  • the metal layer may be made of aluminum.
  • the sealing portions 12b formed around the pouch case 12 the sealing portions 12b positioned in the direction in which the electrode leads 11 are drawn out will be referred to as a terrace portion T.
  • the lead film 13 surrounds a part of the electrode lead 11, a part of which is interposed between the electrode lead 11 and the sealing portion 12b of the pouch case 12, and the other part of the lead film 13 ) Is exposed outside the sealing portion 12b.
  • the lead film 13 is applied to prevent the sealing force of the sealing portion 12b from being weakened due to insufficient adhesion between the electrode lead 11 and the pouch case 12.
  • the negative electrode lead 11b among the pair of electrode leads 11 provided in the battery cell 10 has a shape that is bent twice at different positions along the longitudinal direction. Specifically, the negative electrode lead 11b is formed in a region in which the first bent portion B1 formed on the terrace portion T and the lead film 13 exposed outside the sealing portion 12b are located. It has a bent portion (B2).
  • the first bent portion B1 and the second bent portion B2 have a shape bent in opposite directions, and the bending angle ⁇ is equally formed in a range of approximately 30 to 50 degrees.
  • the bending angle ⁇ may be defined as an angle at which the negative electrode lead 11b is bent with respect to a surface on which the negative electrode lead 11b extends in a direction in which the negative electrode lead 11b is drawn out.
  • the distance d1 from the first bent portion B1 to the end of the sealing portion 12b, that is, the boundary region P between the lead film 13 and the sealing portion 12b is approximately 2.5 to 3.5 mm, and leads
  • the distance d2 from the boundary region P between the film 13 and the sealing portion 12b to the second bent portion B2 is approximately 0.5 to 1.5 mm.
  • a pair of cathode leads 11b drawn out through the same lead-out hole 31a have a shape bent in the same direction at the same position with each other.
  • a position on the left side of the pair of battery cells 10 shown in FIG. 6 is referred to as a first battery cell 10a, and the battery cell 10 is positioned on the right side.
  • the battery cell 10 will be referred to as a second battery cell 10b.
  • the bending direction in the first bending portion B1 formed in the first battery cell 10a is a direction closer to the second battery cell 10b, and the second bending portion B2 of the first battery cell 10a
  • the bending direction at is the direction away from the second battery cell 10b.
  • the bending direction in the first bending portion B1 of the second battery cell 10b is a direction away from the first battery cell 10a
  • the second bending portion B2 of the second battery cell 10b is The bending direction at is the direction closer to the first battery cell 10a.
  • the second bending portion B2 of the first battery cell 10a corresponds to the terrace portion T of the second battery cell 10b. It is formed in a position, and is located below the first bent portion B1 of the second battery cell 10b.
  • the first bending portion B1 of the second battery cell 10b is formed at a position corresponding to the region where the lead film 13 exposed outside the terrace portion T of the first battery cell 10a is formed. do.
  • FIG. 9 is a view for explaining a mechanism in which interference between battery cells adjacent to each other is prevented when a battery cell positioned on the left side is moved in some regions of the battery module shown in FIG. 6.
  • FIG. 10 is a view for explaining a mechanism in which interference between battery cells adjacent to each other is prevented when the battery cells located on the right side are moved in some regions of the battery module illustrated in FIG. 6.
  • the negative lead 11b of the first battery cell 10a No longer moves toward the second battery cell 10b. Therefore, the phenomenon that the negative lead 11b of the first battery cell 10a contacts the boundary portion P between the terrace portion T and the lead film 13 of the second battery cell 10b can be prevented. It is possible.
  • the phenomenon that the negative lead 11b of the first battery cell 10a contacts the boundary portion P between the terrace portion T and the lead film 13 of the second battery cell 10b is prevented.
  • the aluminum metal layer of the pouch film exposed to the outside through the end portion of the terrace portion T may be prevented in advance from being in contact with the negative electrode lead 11b to cause an anode connection phenomenon.
  • the region where the contact occurs preferentially is the second of the first battery cell 10a. It is the bent portion B2 and the terrace portion T of the second battery cell 10b.
  • the terrace portion (T) of the battery cell (10b) is the first to contact the second bent portion (B2) of the first battery cell (10a).
  • the lithium-aluminum alloy continues to grow through contact with the electrolyte in the battery cell, resulting in weak sealing performance of the pouch case.
  • a substance such as hydrofluoric acid (HE).
  • Hydrofluoric acid deteriorates the performance of the battery cell and causes CO 2 gas generation by deteriorating the SEI (Solid Electrolyte Interphase) film, which is an important part of the battery cell, and thus adversely affects the battery cell swelling.
  • the boundary region P between the terrace portion T of the second battery cell 10b and the lead film 13 and the first battery cell may not be sufficiently secured. Accordingly, the negative lead 11b of the first battery cell 10a is connected to the second battery cell 10b prior to the occurrence of preferential interference by the first bending part B1 or the second bending part B2. A problem may occur in contact with the boundary region P between the terrace portion T and the lead film 13.
  • the sealing and insulating properties of the battery cells 10a and 10b are deteriorated. That is, when the bending angle ⁇ exceeds approximately 50 degrees, excessive bending of the terrace portion T and the lead film 13 occurs, and the resin layer and the metal layer in the pouch case 12 are separated. ) As a result of this, the sealing part 12b of the pouch case 12 may partially have a gap, thereby reducing airtightness, and also the insulation between the metal layers of the pouch case 12 may be reduced.
  • the present invention does not exclude that the bent shape as described above is applied to the positive electrode lead 11a.
  • the anode lead material is aluminum and the cathode lead material is copper, so when using the aluminum layer as the metal layer of the pouch case, oxidation of the aluminum layer is problematic when the cathode lead and the aluminum layer exposed to the end of the pouch case are in contact. do.
  • the anode lead is made of aluminum.
  • an electrode lead made of a different material a case where the aluminum layer is oxidized due to contact with the aluminum layer exposed to the end of the pouch case in the anode lead as well as the cathode lead may be considered.
  • the above-described bending structure is applied to the positive electrode lead 11a so that the positive electrode lead 11a of one battery cell is in contact with the boundary portion of the terrace portion T and the lead film 13 of the neighboring battery cell.
  • the phenomenon can be prevented, thereby preventing damage to the battery cell from occurring.
  • the bending angle ⁇ of the electrode lead is preferably formed within a predetermined range as described above, and the first bent portion of the electrode lead is formed on the terrace portion, so the sealed portion It is difficult to cause side effects to the battery cell, such as a decrease in sealing power, because it brings about bending.
  • the appropriate range of bending angle and whether side effects occurred were confirmed through experiments. Insulation voltage, insulation resistance, and high voltage (HV) insulation tests were conducted on various battery cells with a bending angle range of 20 to 60 degrees for the negative electrode lead, and the adhesive strength and overcharged venting were compared with the comparative example without bending the negative electrode lead. Did.
  • samples with bending angles of 20 degrees, 30 degrees, 40 degrees, 50 degrees, and 60 degrees were prepared and tested for insulation voltage, insulation resistance, and HV insulation.
  • the insulation voltage indicates that the voltage between the aluminum metal layer of the pouch film exposed to the outside through the end of the terrace portion on the negative lead side of the battery cell and the positive lead of the battery cell is measured. By measuring the insulation voltage, it is possible to determine whether an anode connection has occurred.
  • the reference voltage for determining the pass / fail for example, the number V, is determined, and if the measured insulation voltage is equal to or lower than the reference voltage, the path is determined. Fail occurred in the sample. Accordingly, it was determined that the bending angle corresponding to 60 degrees is an excessive bending angle.
  • the insulation resistance indicates that the resistance between the aluminum metal layer of the pouch film exposed to the outside through the end of the terrace portion on the negative lead side of the battery cell in the battery cell and the negative lead of the battery cell is measured.
  • the insulation performance of the battery cell can be determined by measuring the insulation resistance. By determining the reference resistance to determine the pass / fail, for example, the number M ⁇ , if the measured insulation resistance is greater than or equal to the reference resistance, it is determined that it is a fail if the measured insulation resistance is less than the reference resistance. Did. Accordingly, it was determined that the bending angle corresponding to 60 degrees is an excessive bending angle.
  • the preferred range of the bending angle is 30-50 degrees.
  • the HV insulation test measures resistance while applying a high voltage between the electrode lead and the pouch case surface. Through this HV insulation test, the insulation performance of the pouch case surface and the electrode lead sealing portion can be checked. By applying a high voltage of several tens of volts and determining the pass / fail reference resistance, for example, several hundred M ⁇ , the pass is determined when the measured resistance is greater than or equal to the reference resistance. Was confirmed by pass. When the bending angle ( ⁇ ) was in the range of 20 to 60 degrees, it was confirmed that there was no abnormality in insulation performance between the surface of the pouch case and the electrode lead sealing portion. Therefore, it was verified that bending the negative lead as in the present invention does not affect the insulating performance of the pouch case surface and the electrode lead sealing portion.
  • the adhesive strength of the sample and the comparative example of which the bending angle was 20 degrees, 30 degrees, 40 degrees, 50 degrees, and 60 degrees was compared. Adhesion was evaluated by measuring the force at which the negative lead was pulled from the battery cell and separated. A similar level of adhesion was observed for all samples. Therefore, it was verified that bending the negative lead as in the present invention does not affect the adhesion of the negative lead.
  • the overcharging venting pattern of the comparative example was compared with a sample having a bending angle of 40 degrees.
  • the battery cells were charged at a constant current at a SOC of 100% and charged at a predetermined current, the time to venting, the venting pressure, and the shape change of the sealing portion of the negative electrode lead side were observed.
  • a sample with a bending angle of 40 degrees was similar to the comparative example. It was confirmed by level. Therefore, it was verified that bending the negative lead as in the present invention does not deteriorate the overcharge venting performance.
  • bending the electrode lead as suggested in the present invention does not affect the insulating performance of the pouch case surface and the electrode lead sealing portion, does not affect the adhesion of the electrode lead, and overcharges venting performance. It was confirmed that it did not worsen.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention is implemented in a form including a plurality of battery modules according to an embodiment of the present invention as described above.
  • 11 is a schematic diagram of a battery pack according to the present invention.
  • the battery pack 100 may include at least a plurality of battery modules 5 according to the previous embodiment, and a pack case 110 for packaging them.
  • various devices for controlling charging and discharging of the battery module 5 in addition to the battery module 5 and the pack case 110 such as a battery management system (BMS), a current sensor , Fuses and the like may be further included.
  • BMS battery management system
  • the battery pack 100 according to the present embodiment includes all the advantages of the battery module 5 of the previous embodiment, since the battery module 5 of the previous embodiment is included.
  • the battery module 5 or the battery pack 100 according to the present invention is prevented from deteriorating in battery cell performance, it can be used while maintaining excellent performance for a long time. It is also suitable for use as a power source.
  • a preferred example of the medium-to-large-sized device is a power tool (power tool) that is powered by an electric motor and moves; Electric vehicles including EV, HEV, PHEV, etc .; Electric two-wheeled vehicles including electric bicycles (E-bikes) and electric scooters (E-scooters); Electric golf carts; And ESS, but are not limited thereto.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention is implemented in a form including a battery pack according to an embodiment of the present invention as described above.
  • 12 is a schematic diagram of an automobile according to the present invention.
  • the vehicle 200 may include the battery pack 100 of the previous embodiment.
  • the vehicle 200 may be an electric vehicle or a hybrid vehicle, or a vehicle having a battery pack 100 as a fuel source.
  • the vehicle 200 may be an electric vehicle.
  • the battery pack 100 may be used as an electric energy source for driving the vehicle 200 by providing driving force to a motor of the electric vehicle.
  • the battery pack 100 may be manufactured to have a high nominal voltage of 100V or more. If it is for a hybrid vehicle, it may be set to 270V.
  • the battery pack 100 may be charged or discharged by the inverter according to the driving of the motor and / or internal combustion engine.
  • the battery pack 100 may be charged by a regenerative charging device combined with a break.
  • the battery pack 100 may be electrically connected to a motor of the vehicle 200 through an inverter.
  • the vehicle 200 includes a battery pack 100 according to the present invention, and the battery pack 100 includes a battery module 5 that prevents battery cell damage as described above. Therefore, the performance of the battery pack 100 is maintained for a long time, and since the battery pack 100 can be used for a long time, the vehicle 200 including the same is easy to operate and maintain and can be used for a long time.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 서로 이웃하는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체의 적어도 일 측에 결합되며 상기 배터리 셀에 구비된 전극 리드가 인출되는 복수의 리드 인출 홀을 구비하는 버스바 프레임 어셈블리; 를 포함하며, 상기 제1 배터리 셀에 구비된 제1 극성의 전극 리드 및 제2 배터리 셀에 구비된 제1 극성의 전극 리드는 동일한 리드 인출 홀을 통해 외부로 인출되며, 상기 제1 배터리 셀의 제1 극성의 전극 리드 및 제2 배터리 셀의 제1 극성의 전극 리드는, 동일한 위치에서 동일한 방향으로 절곡된 형상을 갖되, 테라스부 상에 형성된 제1 절곡부 및 리드 필름이 형성된 영역 내에 형성된 제2 절곡부를 구비한다.

Description

배터리 셀 손상을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩과 자동차
본 발명은, 배터리 셀 손상을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 버스바 프레임 어셈블리에 구비된 복수의 버스바들 중 하나의 버스바에 공통적으로 결합되는 한 쌍의 이웃하는 배터리 셀 간의 간섭으로 인해 배터리 셀에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명은 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이기도 하다.
본 출원은 2018년 10월 26일자로 출원된 대한민국 특허출원 번호 제10-2018-0129071호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력 저장 장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지 배터리 셀이 전기적으로 연결된 배터리 모듈이 이용된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치 케이스를 포함하는 파우치형 배터리 셀이 많이 이용되고 있다.
배터리 모듈 내부에서 배터리 셀들이 전기적으로 연결되기 위해서는, 배터리 셀들의 전극 리드가 상호 연결되고, 그러한 연결 상태를 유지하기 위해 연결 부분이 용접될 수 있다. 더욱이, 배터리 모듈은 배터리 셀들 간의 병렬 및/또는 직렬의 전기적 연결을 가질 수 있는데, 이를 위해 전극 리드의 일단부는 각 배터리 셀들 간의 전기적 연결을 위한 버스바에 용접 등의 방식으로 접촉 고정될 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 A 영역을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 1을 참조하면, 양 방향 인출형 배터리 셀(1)을 복수개 적층하여 셀 적층체(2)를 형성하고 셀 적층체(2)의 양 측에 각각 버스바 프레임 어셈블리(3)가 결합된 형태의 종래의 배터리 모듈이 나타나 있다.
이러한 종래의 배터리 모듈에 있어서, 서로 인접한 한 쌍의 배터리 셀(1) 각각에 구비된 전극 리드(1a)는 버스바 프레임 어셈블리(3)에 형성된 하나의 리드 홀(3a)을 통해 인출되어 동일한 버스바(3b)에 결합된다.
이 경우, 도 2에 나타난 바와 같이, 서로 인접한 한 쌍의 배터리 셀 중 좌측에 위치하는 배터리 셀에 구비된 전극 리드(1a)는 우측에 위치하는 배터리 셀에 구비된 리드 필름(1b)과 파우치 케이스(1c)와의 경계 부분(1d)과 서로 마주보게 된다.
따라서, 한 쌍의 배터리 셀의 상대적인 움직임에 따라 좌측에 위치하는 배터리 셀에 구비된 전극 리드(1a)가 우측에 위치하는 배터리 셀에 구비된 리드 필름(1b)과 파우치 케이스(1c)와의 경계 부분(1d)에 접촉하는 현상이 발생될 수 있다.
대개의 경우 양극 리드는 알루미늄(Al) 재질이고 음극 리드는 구리(Cu) 재질이다. 상기와 같은 접촉 현상이 음극 리드에서 발생되는 경우, 파우치 케이스(1c)의 단부로 노출된 알루미늄 층이 이웃한 배터리 셀의 음극 리드(1a)와 접촉하게 되며, 이 경우 파우치 케이스(1c)의 단부로 노출된 알루미늄 층이 산화되어 실링 및 절연 성능이 약해지는 애노드 커넥션(Anode connection) 현상이 발생될 수 있다.
이러한 애노드 커넥션 현상의 발생을 방지하기 위해, 서로 마주보도록 위치하는 음극 리드(1a) 및 리드 필름(1b)과 파우치 케이스(1c)와의 경계 부분(1d) 각각에 절연 테이프를 부착하는 방안을 생각해 볼 수 있으나, 이처럼 절연 테이프를 부착하는 경우, 절연을 위한 부품(절연 테이프)이 추가되고 공정에 있어서도 절연 테이프 부착 공정이 추가되어야만 하기에 생산성의 측면에서 손해를 볼 수 밖에 없다는 문제가 있다.
따라서, 추가적인 재료의 투입 없이도 상술한 바와 같은 애노드 커넥션이 발생되는 것을 방지할 수 있는 방안이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 버스바 프레임 어셈블리에 구비된 복수의 버스바들 중 하나의 버스바에 공통적으로 결합되는 한 쌍의 이웃하는 배터리 셀 간의 간섭으로 인해 배터리 셀에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩과 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 서로 이웃하는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체의 적어도 일 측에 결합되며 상기 배터리 셀에 구비된 전극 리드가 인출되는 복수의 리드 인출 홀을 구비하는 버스바 프레임 어셈블리; 를 포함하며, 상기 제1 배터리 셀에 구비된 제1 극성의 전극 리드 및 제2 배터리 셀에 구비된 제1 극성의 전극 리드는 동일한 리드 인출 홀을 통해 외부로 인출되며, 상기 제1 배터리 셀의 제1 극성의 전극 리드 및 제2 배터리 셀의 제1 극성의 전극 리드는, 동일한 위치에서 동일한 방향으로 절곡된 형상을 갖되, 테라스부 상에 형성된 제1 절곡부 및 리드 필름이 형성된 영역 내에 형성된 제2 절곡부를 구비한다.
상기 제1 절곡부에서의 절곡 방향과 제2 절곡부에서의 절곡 방향은 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다.
상기 제1 배터리 셀의 제1 절곡부에서의 절곡 방향은 상기 제2 배터리 셀과 가까워지는 방향이고, 상기 제1 배터리 셀의 제2 절곡부에서의 절곡 방향은 상기 제2 배터리 셀로부터 멀어지는 방향일 수 있다.
상기 제2 배터리 셀의 제1 절곡부에서의 절곡 방향은 상기 제1 배터리 셀과 멀어지는 방향이고, 상기 제2 배터리 셀의 제2 절곡부에서의 절곡 방향은 상기 제1 배터리 셀과 가까워지는 방향일 수 있다.
상기 제1 배터리 셀의 제2 절곡부는, 상기 제2 배터리 셀의 테라스부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제1 배터리 셀의 제2 절곡부는, 상기 제2 배터리 셀의 제1 절곡부보다 더 하방에 위치할 수 있다.
상기 제2 배터리 셀의 제1 절곡부는, 상기 제1 배터리 셀의 리드 필름이 형성된 영역과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제1 절곡부 및 제2 절곡부의 절곡 각도는 30~50도 범위로 형성될 수 있다.
상기 제1 절곡부 및 제2 절곡부의 절곡 각도는 서로 동일하게 형성될 수 있다.
상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀은 상기 제1 극성의 전극 리드와 제2 극성의 전극 리드를 포함한다. 상기 제1 극성은 음극이고 상기 제2 극성은 양극일 수 있다. 반대로 상기 제1 극성은 양극이고 상기 제2 극성은 음극일 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 리드에 절곡부를 형성하는 것만으로도, 절연 테이프와 같은 추가적인 부품의 적용 없이, 버스바 프레임 어셈블리에 구비된 복수의 버스바들 중 하나의 버스바에 공통적으로 결합되는 한 쌍의 이웃하는 배터리 셀 간의 간섭으로 인해 배터리 셀에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 파우치 케이스의 단부로 노출된 알루미늄 층이 이웃한 배터리 셀의 전극 리드, 특히 음극 리드와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 애노드 커넥션을 방지하는 결과, 파우치 케이스의 단부로 노출된 알루미늄 층이 산화되어 실링 및 절연 성능이 약해지던 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 추가적인 부품의 적용이 없으므로, 배터리 모듈 및 배터리 팩 제조가 단순해지고, 불량율이 감소한다. 이에 따라 수율 증대가 이루어지므로 배터리 모듈 및 배터리 팩 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩과 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공된다. 배터리 팩과 자동차는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 장점을 그대로 가진다. 본 발명의 배터리 모듈에서는 배터리 셀에 손상이 발생되는 것이 방지되므로, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩과 자동차는 배터리 셀의 성능 저하 없이 장시간 사용될 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 아니 된다.
도 1은 종래의 배터리 모듈 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 A 영역을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV' 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구조를 나타내는 단면도로서 도 3의 B' 영역을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 B 영역을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 C 영역을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 9는 도 6에 나타난 배터리 모듈의 일부 영역에 있어서, 좌측에 위치하는 배터리 셀이 움직이는 경우 서로 인접한 배터리 셀 간의 간섭이 방지되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 6에 나타난 배터리 모듈의 일부 영역에 있어서, 우측에 위치하는 배터리 셀이 움직이는 경우 서로 인접한 배터리 셀 간의 간섭이 방지되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 배터리 팩의 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른 자동차의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 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 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구조를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면도이다. 도 4는 도 3의 IV-IV' 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구조를 나타내는 단면도로서 도 3의 B' 영역을 확대하여 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 B 영역을 확대하여 나타내는 확대도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 적용되는 배터리 셀을 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 C 영역을 확대하여 나타내는 확대도이다.
먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(5)은 복수의 배터리 셀(10)이 적층되어 형성되는 셀 적층체(20) 및 셀 적층체(20)의 적어도 일 측에 구비되는 버스바 프레임 어셈블리(30)를 포함한다.
상기 배터리 셀(10)로는, 예를 들어 파우치 타입 배터리 셀이 적용될 수 있다. 또한, 이러한 파우치 타입 배터리 셀은, 제1 극성의 전극 리드와 제2 극성의 전극 리드를 포함하여 한 쌍의 전극 리드(11)가 서로 반대 방향으로 인출되는 양방향 인출형 배터리 셀일 수 있으며, 이러한 파우치 타입 배터리 셀 복수개가 대면하여 적층됨으로써 하나의 셀 적층체(20)를 형성할 수 있다. 상기 제1 극성은 음극이고 상기 제2 극성은 양극일 수 있다. 반대로 상기 제1 극성은 양극이고 상기 제2 극성은 음극일 수 있다.
상기 셀 적층체(20)는, 각각의 배터리 셀(10)마다 구비되는 전극 리드(11)가 지면에 수직한 방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 즉, 각 배터리 셀(10)은 측면이 바닥에 놓이게끔 세워져서 배치될 수 있다.
상기 배터리 셀(10)은, 전극 리드(11)가 특정 부분에서 절곡된 형상을 갖는다. 상기 전극 리드(11)의 이러한 절곡된 형상은, 하나의 배터리 셀(10)에 구비된 전극 리드(11)가 그에 인접 배치된 배터리 셀(10)의 파우치 케이스(12)와 리드 필름(13)의 경계 영역(P)에 접촉됨으로써 전극 리드(11)와 파우치 케이스(12)의 알루미늄 층이 서로 접촉하는 현상을 방지할 수 있다. 상기 배터리 셀(10)의 구체적인 구조 및 전극 리드(11)의 절곡된 형상과 관련해서는 도 7 및 도 8을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
상기 버스바 프레임 어셈블리(30)는, 셀 적층체(20)의 적어도 일 측에 결합되며, 버스바 프레임(31) 및 버스바 프레임(31)에 고정 설치되는 복수의 버스바(32)를 포함한다.
상기 버스바 프레임(31)은, 셀 적층체(20)의 적어도 일 측에 배치되며, 배터리 셀(10)의 전극 리드(11)가 배터리 모듈(5)의 외부로 인출되도록 하기 위한 복수의 리드 인출 홀(31a)을 구비한다. 상기 복수의 배터리 셀(10)들은, 두 개씩 하나의 그룹을 형성하여 동일한 그룹에 속하는 한 쌍의 배터리 셀(10)에 구비된 전극 리드(11)들은 동일한 리드 인출 홀(31a)을 통해 외부로 인출된다.
또한, 상기 리드 인출 홀(31a)을 통해 외부로 인출된 한 쌍의 전극 리드(11)는 동일한 버스바(32)에 용접 등에 의해 부착된다. 이 경우, 동일한 그룹에 속하는 한 쌍의 전극 리드(11)는 동일한 극성을 갖는다. 예를 들어 음극인 제1 극성을 갖는다.
상기 버스바 프레임(31)은, 리드 인출 홀(31a)의 하부에 형성되어 전극 리드(11)가 리드 인출 홀(31a)의 하방으로부터 리드 인출 홀(31a)을 향하는 방향으로 연장될 수 있도록 가이드 하는 복수의 리드 가이드(31b)를 구비할 수 있다.
다음은, 도 6과 함께 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명에 적용되는 배터리 셀(10)의 구체적인 구조 및 전극 리드(11)의 절곡 형상에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 7을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)은, 전극 조립체(미도시), 한 쌍의 전극 리드(11), 파우치 케이스(12) 및 리드 필름(13)을 포함한다.
상기 전극 조립체는, 양극, 분리막, 음극이 순차적으로 적어도 1회 이상 적층된 형태 또는 적층에 의해 형성된 적층체가 권취된 형태를 갖는다.
상기 한 쌍의 전극 리드(11)는, 각각 전극 조립체에 구비된 양극탭 및 음극탭에 연결되어 서로 반대방향으로 연장된다. 이 경우, 상기 양극탭과 연결된 전극 리드(11)는 제2 극성을 가지는 양극 리드(11a)로서 기능하고, 음극탭과 연결된 전극 리드(11)는 제1 극성을 가지는 음극 리드(11b)로서 기능한다. 상기 전극 리드(11)는, 후술할 실링부(12b)를 통해 파우치 케이스(12)의 외부로 인출된다.
상기 파우치 케이스(12)는, 수지층/금속층/수지층이 순차적으로 적층된 파우치 필름으로 이루어질 수 있으며, 전극 조립체를 수용하는 수용부(12a) 및 수용부의 둘레로부터 외측으로 연장되는 실링부(12b)를 포함한다. 상기 금속층은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 열융착 등에 의해 상기 실링부(12b)가 형성되기에 앞서 파우치 케이스(12)의 내부에는 전극 조립체와 함께 전해질, 보통은 전해액이 주입된다.
한편, 상기 파우치 케이스(12)의 둘레에 형성되는 실링부(12b) 중에서, 전극 리드(11)가 인출되는 방향에 위치하는 실링부(12b)를 이하 테라스부(T)라 칭하기로 한다.
상기 리드 필름(13)은, 전극 리드(11)의 일부를 감싸며, 그 일부는 전극 리드(11)와 파우치 케이스(12)의 실링부(12b) 사이에 개재되고, 나머지 일부는 파우치 케이스(12)의 실링부(12b) 외측으로 노출된다. 상기 리드 필름(13)은, 전극 리드(11)와 파우치 케이스(12) 사이의 접착력 부족으로 인해 실링부(12b)의 실링력이 약화되는 것을 방지하기 위해 적용된다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 셀(10)에 구비된 한 쌍의 전극 리드(11) 중 음극 리드(11b)는, 길이 방향을 따라 서로 다른 위치에서 2회 절곡된 형태를 갖는다. 구체적으로, 상기 음극 리드(11b)는, 테라스부(T) 상에 형성된 제1 절곡부(B1) 및 실링부(12b)의 외측으로 노출된 리드 필름(13)이 위치하는 영역 내에 형성된 제2 절곡부(B2)를 구비한다.
상기 제1 절곡부(B1)와 제2 절곡부(B2)는 서로 반대방향으로 절곡된 형상을 가지며, 그 절곡 각도(θ)는 대략 30~50도의 범위로 동일하게 형성된다. 절곡 각도(θ)는 음극 리드(11b)가 인출되는 방향으로 음극 리드(11b)가 연장되어 있는 면에 대하여 음극 리드(11b)가 꺾여진 각도로 정의할 수 있다. 상기 제1 절곡부(B1)으로부터 실링부(12b)의 단부, 즉 리드 필름(13)과 실링부(12b)와의 경계 영역(P)에 이르는 거리(d1)는 대략 2.5 내지 3.5mm 이고, 리드 필름(13)과 실링부(12b)와의 경계 영역(P)으로부터 제2 절곡부(B2)에 이르는 거리(d2)는 대략 0.5 내지 1.5mm 이다.
다시 도 6을 참조하면, 동일한 리드 인출 홀(31a)을 통해 인출되는 한 쌍의 음극 리드(11b)들은 서로 동일한 위치에서 동일한 방향으로 절곡된 형상을 갖는다. 이하, 설명의 편의를 위해 도 6에 도시된 한 쌍의 배터리 셀(10)들 중 상대적으로 좌측에 위치는 배터리 셀(10)을 제1 배터리 셀(10a)이라 칭하고, 상대적으로 우측에 위치하는 배터리 셀(10)을 제2 배터리 셀(10b)이라 칭하기로 한다.
상기 제1 배터리 셀(10a)에 형성된 제1 절곡부(B1)에서의 절곡 방향은 제2 배터리 셀(10b)과 가까워지는 방향이고, 제1 배터리 셀(10a)의 제2 절곡부(B2)에서의 절곡 방향은 제2 배터리 셀(10b)로부터 멀어지는 방향이다. 또한, 상기 제2 배터리 셀(10b)의 제1 절곡부(B1)에서의 절곡 방향은 제1 배터리 셀(10a)과 멀어지는 방향이고, 제2 배터리 셀(10b)의 제2 절곡부(B2)에서의 절곡 방향은 제1 배터리 셀(10a)과 가까워지는 방향이다.
이러한 절곡 방향 및 절곡부(B1, B2)의 형성 위치로 인해, 상기 제1 배터리 셀(10a)의 제2 절곡부(B2)는 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 대응되는 위치에 형성되며, 제2 배터리 셀(10b)의 제1 절곡부(B1)보다 더 하방에 위치한다.
또한, 상기 제2 배터리 셀(10b)의 제1 절곡부(B1)는 제1 배터리 셀(10a)의 테라스부(T) 외측으로 노출된 리드 필름(13)이 형성된 영역과 대응되는 위치에 형성된다.
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여, 상술한 바와 같은 음극 리드(11b)의 절곡 구조로 인한 셀 손상 방지 메커니즘에 대해서 설명하기로 한다.
도 9는 도 6에 나타난 배터리 모듈의 일부 영역에 있어서, 좌측에 위치하는 배터리 셀이 움직이는 경우 서로 인접한 배터리 셀 간의 간섭이 방지되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 10은 도 6에 나타난 배터리 모듈의 일부 영역에 있어서, 우측에 위치하는 배터리 셀이 움직이는 경우 서로 인접한 배터리 셀 간의 간섭이 방지되는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 상기 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)가 화살표 방향을 따라 제2 배터리 셀(10b)의 음극 리드(11b)쪽으로 움직여 간섭이 발생하는 경우에 대해서 나타나 있다.
상기 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)가 제2 배터리 셀(10b)의 음극 리드(11b)쪽으로 움직이는 경우, 우선적으로 접촉이 발생되는 부위는 제1 배터리 셀(10a)의 테라스부(T) 외측으로 노출된 리드 필름(13)과 제2 배터리 셀(10b)의 제1 절곡부(B1)이다.
상기 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)가 제2 배터리 셀(10b)을 향하는 방향으로 움직이는 경우, 제2 배터리 셀(10b)에 형성된 제1 절곡부(B1)의 형상으로 인해 제1 배터리 셀(10a)의 테라스부(T) 외측으로 노출된 리드 필름(13)이 제2 배터리 셀(10b)의 제1 절곡부(B1)에 가장 먼저 닿게 되는 것이다.
또한, 이러한 제1 배터리 셀(10a)의 리드 필름(13)과 제2 배터리 셀(10b)의 제1 절곡부(B1)의 우선적인 간섭으로 인해 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)는 더 이상 제2 배터리 셀(10b)쪽으로 움직이지 않게 된다. 따라서, 상기 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)가 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 리드 필름(13)과의 경계 영역(P)에 접촉하는 현상이 방지될 수 있는 것이다.
이처럼, 상기 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)가 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 리드 필름(13)과의 경계 영역(P)에 접촉하는 현상이 방지되는 경우, 테라스부(T)의 단부를 통해 외측으로 노출되는 파우치 필름의 알루미늄 금속층이 음극 리드(11b)와 접촉되어 애노드 커넥션 현상이 발생되는 것을 사전에 차단할 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 상기 제2 배터리 셀(10b)의 음극 리드(11b)가 화살표 방향을 따라 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)쪽으로 움직여 간섭이 발생하는 경우에 대해서 나타나 있다.
상기 제2 배터리 셀(10b)의 음극 리드(11b)가 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)쪽으로 움직이는 경우, 우선적으로 접촉이 발생되는 부위는 제1 배터리 셀(10a)의 제2 절곡부(B2)와 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)이다.
상기 제2 배터리 셀(10b)의 음극 리드(11b)가 제1 배터리 셀(10a)을 향하는 방향으로 움직이는 경우, 제1 배터리 셀(10a)에 형성된 제2 절곡부(B1)의 형상으로 인해 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)가 제1 배터리 셀(10a)의 제2 절곡부(B2)에 가장 먼저 닿게 되는 것이다.
또한, 이러한 제1 배터리 셀(10a)의 제2 절곡부(B2)와 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)의 우선적인 간섭으로 인해, 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 리드 필름(13)과의 경계 영역(P)은 더 이상 제1 배터리 셀(10a)쪽으로 움직이지 않게 된다. 따라서, 상기 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)가 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 리드 필름(13)의 경계 영역(P)에 접촉하는 현상이 방지될 수 있는 것이다.
이처럼, 상기 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)가 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 리드 필름(13)과의 경계 영역(P)에 접촉하는 현상이 방지되는 경우, 테라스부(T)의 단부를 통해 외측으로 노출되는 파우치 필름의 알루미늄 금속층이 음극 리드(11b)와 접촉되어 애노드 커넥션 현상이 발생되는 것을 사전에 차단할 수 있다.
특히, 애노드 커넥션에 의해 파우치 케이스의 단부로 노출된 알루미늄 층이 산화되어 리튬-알루미늄 합금이 형성되어 버리면 배터리 셀 안의 전해액과의 접촉을 통해 리튬-알루미늄 합금이 계속 성장하여 파우치 케이스의 실링 성능이 약해진다. 이 때문에 배터리 셀 외기에 존재하는 수분이 배터리 셀 안으로 침투해 버리면 침투된 수분과 전해액과의 반응이 일어나 불산(HE)과 같은 물질이 생성된다. 불산은 배터리 셀의 중요한 부분인 SEI(Solid Electrolyte Interphase)막을 열화시켜 배터리 셀의 성능을 저하시키고 CO 2 가스 발생을 일으키기에 배터리 셀 스웰링 측면에서도 악영향을 끼친다. 또한, 침투된 수분의 전기분해에 의해 H 2 가스도 발생되기에 배터리 셀 스웰링은 더 악화된다. 본 발명에 따르면, 애노드 커넥션을 방지할 수 있으므로 파우치 케이스(12)의 실링 성능이 유지되는 결과, 배터리 셀 외기에 존재하는 수분의 침투를 원천 차단할 수 있고, 이에 따라 SEI막의 유지, 셀 스웰링 방지 등 배터리 셀(10) 손상 방지 차원에서 만족할 만한 결과를 나타낼 수 있다.
한편, 상술할 바와 같이, 상기 제1 절곡부(B1)와 제2 절곡부(B2)의 절곡 각도(θ)는 대략 30~50도의 각도로 형성된다. 이러한 절곡 각도(θ)는 서로 이웃한 배터리 셀(10a, 10b) 중 상대적으로 좌측에 위치하는 제1 배터리 셀(10a)에 구비된 음극 리드(11b)가 상대적으로 우측에 위치하는 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 리드 필름(13)과의 경계 영역(P)에 접촉하는 것을 효과적으로 방지하면서도, 배터리 셀(10a, 10b)의 밀봉성 저하가 발생되지 않도록 하기 위한 최적의 범위이다.
즉, 상기 절곡 각도(θ)가 대략 30도 미만으로 형성되는 경우에는, 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 리드 필름(13)과의 경계 영역(P)과 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b) 간의 거리가 충분히 확보되지 못할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 절곡부(B1) 또는 제2 절곡부(B2)에 의한 우선적인 간섭의 발생 이전에 제1 배터리 셀(10a)의 음극 리드(11b)가 제2 배터리 셀(10b)의 테라스부(T)와 리드 필름(13)과의 경계 영역(P)과 접촉되는 문제가 발생될 수 있는 것이다.
또한, 상기 절곡 각도(θ)가 대략 50도를 초과하는 경우에는, 배터리 셀(10a, 10b)의 밀봉성 및 절연성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 즉, 상기 절곡 각도(θ)가 대략 50도를 초과하게 되면, 테라스부(T) 및 리드 필름(13)의 과도한 꺾임이 발생하게 되고, 파우치 케이스(12) 안의 수지층과 금속층이 분리(delamination)되고 마는 결과, 이로써 파우치 케이스(12)의 실링부(12b)에 부분적으로 틈새가 생겨 기밀성이 저하될 수 있고, 또한 파우치 케이스(12)의 금속층 간의 절연성이 감소될 수 있는 것이다.상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(5)은, 서로 인접한 한 쌍의 배터리 셀(10a, 10b)에 구비된 음극 리드(11b)가 그 절곡된 형상으로 인해, 하나의 배터리 셀의 음극 리드(11b)가 이웃하는 배터리 셀의 테라스부(T)와 리드 필름(13)의 경계 영역(P)에 접촉되는 현상이 방지될 수 있으며, 이로써 배터리 셀의 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상술한 바와 같은 절곡된 형상이 양극 리드(11a)에 적용되는 것을 배제하지 않는다. 대개의 경우 양극 리드 재질은 알루미늄이고 음극 리드 재질은 구리여서 파우치 케이스의 금속층으로 알루미늄 층을 사용하는 경우에 음극 리드와 파우치 케이스의 단부로 노출된 알루미늄 층이 접촉될 때에 알루미늄 층의 산화가 문제가 된다. 하지만 양극 리드를 알루미늄 재질로 제조하는 경우도 있을 수 있다. 아니면 다른 재질의 전극 리드를 이용하는 경우 음극 리드뿐 아니라 양극 리드에서도 파우치 케이스의 단부로 노출된 알루미늄 층과의 접촉으로 인해 알루미늄 층을 산화시키는 경우를 생각해 볼 수 있다. 그러므로, 상술한 바와 같은 절곡 구조가 양극 리드(11a)에 적용됨으로써 하나의 배터리 셀의 양극 리드(11a)가 이웃하는 배터리 셀의 테라스부(T)와 리드 필름(13)의 경계 영역에 접촉되는 현상이 방지될 수 있고, 이로써 배터리 셀의 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 음극 리드나 양극 리드 중 적어도 어느 하나의 전극 리드에 절곡부를 형성하는 것만으로도, 절연 테이프와 같은 추가적인 부품의 적용 없이, 버스바 프레임 어셈블리에 구비된 복수의 버스바들 중 하나의 버스바에 공통적으로 결합되는 한 쌍의 이웃하는 배터리 셀 간의 간섭으로 인해 배터리 셀에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다. 추가적인 부품의 적용이 없으므로, 배터리 모듈 및 배터리 팩 제조가 단순해지고, 불량율이 감소한다. 이에 따라 수율 증대가 이루어지므로 배터리 모듈 및 배터리 팩 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 절곡부를 형성하는 점 이외에 기존의 배터리 모듈 제조 공정은 그대로 이용할 수 있어, 비교적 공정에 대한 변경없이 배터리 모듈의 성능을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 배터리 셀 자체는 기존 제조 공정을 그대로 이용하기 때문에 공정 변경이나 양산 프로세스에 대한 조정이 필요치 않다.
한편, 음극 리드나 양극 리드와 같은 전극 리드의 절곡 각도(θ)는 앞에서 언급한 바와 같이 소정의 범위 내로 형성되는 것이 바람직하며, 전극 리드의 제1 절곡부가 테라스부에 형성되는 것이다 보니 실링된 부분의 절곡을 가져오는 것이기에 실링력 저하 등 배터리 셀에 부작용을 일으켜서는 곤란하다. 절곡 각도의 적정 범위와 부작용 발생 여부에 대하여 실험을 통해 확인하였다. 음극 리드의 절곡 각도 범위를 20~60도로 한 다양한 배터리 셀에 대하여 절연 전압, 절연 저항 및 HV(High Voltage) 절연 시험을 실시하고, 음극 리드를 절곡하지 않은 비교예와 접착력 및 과충전 벤팅 양상을 비교하였다.
먼저, 절곡 각도를 20도, 30도, 40도, 50도, 60도로 한 샘플들을 준비하여 절연 전압, 절연 저항 및 HV 절연 시험을 실시하였다.
절연 전압은 배터리 셀의 음극 리드측 테라스부의 단부를 통해 외측으로 노출되는 파우치 필름의 알루미늄 금속층과, 이 배터리 셀의 양극 리드 사이의 전압을 측정한 것을 가리킨다. 이러한 절연 전압을 측정하면 애노드 커넥션 발생 여부를 알 수 있다. 패스(pass)/페일(fail)을 결정하는 기준 전압, 예컨대 수 V, 를 정하여, 측정된 절연 전압이 기준 전압 이하이면 패스, 측정된 절연 전압이 기준 전압 초과이면 페일이라고 판단한 결과, 절곡 각도 60도인 샘플에서 페일이 발생하였다. 이에 따라, 60도에 해당하는 절곡 각도는 과도한 절곡 각도라고 판단하였다.
절연 저항은 배터리 셀에서 배터리 셀의 음극 리드측 테라스부의 단부를 통해 외측으로 노출되는 파우치 필름의 알루미늄 금속층과, 이 배터리 셀의 음극 리드 사이의 저항을 측정한 것을 가리킨다. 이러한 절연 저항을 측정하면 배터리 셀의 절연 성능을 알 수 있다. 패스/페일을 결정하는 기준 저항, 예컨대 수 MΩ, 을 정하여, 측정된 절연 저항이 기준 저항 이상이면 패스, 측정된 절연 저항이 기준 저항 미만이면 페일이라고 판단한 결과, 절곡 각도 60도인 샘플에서 페일이 발생하였다. 이에 따라, 60도에 해당하는 절곡 각도는 과도한 절곡 각도라고 판단하였다.
이상의 실험 결과와 앞서 언급한 다른 기타 요인을 고려하여 절곡 각도의 바람직한 범위는 30~50도라고 판단하였다.
HV 절연 시험은 높은 전압을 전극 리드와 파우치 케이스 표면 사이에 인가하면서 저항을 측정하는 것이다. 이러한 HV 절연 시험을 통해 파우치 케이스 표면과 전극 리드 실링 부분의 절연 성능을 체크할 수 있다. 수십V의 높은 전압을 인가하면서 패스/페일을 결정하는 기준 저항, 예컨대 수백 MΩ, 을 정하여, 측정된 저항이 기준 저항 이상이면 패스, 측정된 절연 저항이 기준 저항 미만이면 페일이라고 판단한 결과, 모든 샘플에서 패스로 확인되었다. 절곡 각도(θ)가 20~60도인 범위에서는 파우치 케이스 표면과 전극 리드 실링 부분의 절연 성능에 이상이 없음을 확인하였다. 따라서, 본 발명에서와 같이 음극 리드를 절곡하는 것은 파우치 케이스 표면과 전극 리드 실링 부분의 절연 성능에 영향을 주지 않는다는 것을 검증하였다.
절곡 각도를 20도, 30도, 40도, 50도, 60도로 한 샘플과 비교예의 접착력을 비교하였다. 접착력은 음극 리드를 배터리 셀에서 잡아당겨 분리될 때의 힘을 측정하여 평가하였다. 모든 샘플에 대하여 비교예와 유사한 수준의 접착력을 확인하였다. 따라서, 본 발명에서와 같이 음극 리드를 절곡하는 것은 음극 리드의 접착력에 영향을 주지 않는다는 것을 검증하였다.
절곡 각도가 40도인 샘플과 비교예의 과충전 벤팅 양상을 비교하였다. 배터리 셀들을 SOC 100% 상태에서 소정의 전류로 정전류 충전하면서 벤팅에 이르기까지의 시간, 벤팅 압력, 음극 리드측 실링 부분의 형태 변화 등을 관찰한 결과, 절곡 각도가 40도인 샘플이 비교예와 유사한 수준으로 확인이 되었다. 따라서, 본 발명에서와 같이 음극 리드를 절곡하는 것은 과충전 벤팅 성능을 악화시키지 않는다는 것을 검증하였다.
이러한 실험 결과를 통하여, 본 발명에서 제안하는 바와 같이 전극 리드를 절곡하는 것은 파우치 케이스 표면과 전극 리드 실링 부분의 절연 성능에 영향을 주지 않고, 전극 리드의 접착력에 영향을 주지 않으며, 과충전 벤팅 성능을 악화시키지 않는다는 것을 확인하였다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함하는 형태로 구현된다. 도 11은 본 발명에 따른 배터리 팩의 개략도이다.
도 11을 참조하면, 배터리 팩(100)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 배터리 모듈(5)을 복수개, 그리고 그것을 패키징하는 팩 케이스(110)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)은 이러한 배터리 모듈(5)과 팩 케이스(110) 이외에 배터리 모듈(5)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다. 본 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 앞선 실시예의 배터리 모듈(5)을 포함하기에, 앞선 실시예의 배터리 모듈(5)의 장점을 모두 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈(5)이나 배터리 팩(100)은 배터리 셀 성능 저하가 방지되므로 오랜 시간 우수한 성능을 유지한 채 사용할 수 있으며, 특히 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 장치의 전원으로 사용되기에도 적합하다. 상기 중대형 장치의 바람직한 예로는 전기적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); EV, HEV, PHEV 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 및 ESS 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 형태로 구현된다. 도 12는 본 발명에 따른 자동차의 개략도이다.
도 12를 참조하면, 자동차(200)는, 앞선 실시예의 배터리 팩(100)을 포함할 수 있다. 이러한 자동차(200)는, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 기타 배터리 팩(100)을 연료원으로 구비하는 자동차일 수 있다.
본 실시예에 따른 자동차(200)는, 앞선 실시예의 배터리 팩(100)을 포함하기에, 앞선 실시예의 배터리 팩(100)의 장점을 모두 포함한다. 배터리 팩(100)은 상기 자동차(200) 이외에도 상기 배터리 팩(100)을 에너지원으로 하는 전력 저장 장치나 기타 다른 장치나 기구 등에도 구비될 수도 있음은 물론이다.
바람직하게, 자동차(200)는 전기자동차일 수 있다. 배터리 팩(100)은 전기 자동차의 모터에 구동력을 제공하여 자동차(200)를 구동시키는 전기 에너지원으로 사용될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩(100)은 100V 이상의 높은 공칭 전압을 가지도록 제조될 수 있다. 하이브리드 자동차용이면 270V에 맞춰져 있을 수 있다.
배터리 팩(100)은 모터 및/또는 내연 기관의 구동에 따라 인버터에 의해 충전되거나 방전될 수 있다. 배터리 팩(100)은 브레이크(break)와 결합된 회생충전 장치에 의해 충전될 수 있다. 배터리 팩(100)은 인버터를 통해 자동차(200)의 모터에 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 자동차(200)는 본 발명에 따른 배터리 팩(100)을 포함하는데, 배터리 팩(100)은 앞서 설명한 바와 같이 배터리 셀 손상이 방지되는 배터리 모듈(5)을 포함한다. 따라서, 배터리 팩(100)의 성능이 장기간 유지되며, 이러한 배터리 팩(100)은 장시간 사용할 수 있으므로, 이를 포함하는 자동차(200)는 운용 및 유지 관리가 쉽고 장시간 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (13)

  1. 서로 이웃하는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체의 적어도 일 측에 결합되며 상기 배터리 셀에 구비된 전극 리드가 인출되는 복수의 리드 인출 홀을 구비하는 버스바 프레임 어셈블리; 를 포함하며,
    상기 제1 배터리 셀에 구비된 제1 극성의 전극 리드 및 제2 배터리 셀에 구비된 제1 극성의 전극 리드는 동일한 리드 인출 홀을 통해 외부로 인출되며,
    상기 제1 배터리 셀의 제1 극성의 전극 리드 및 제2 배터리 셀의 제1 극성의 전극 리드는, 동일한 위치에서 동일한 방향으로 절곡된 형상을 갖되, 테라스부 상에 형성된 제1 절곡부 및 리드 필름이 형성된 영역 내에 형성된 제2 절곡부를 구비하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절곡부에서의 절곡 방향과 제2 절곡부에서의 절곡 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀의 제1 절곡부에서의 절곡 방향은 상기 제2 배터리 셀과 가까워지는 방향이고, 상기 제1 배터리 셀의 제2 절곡부에서의 절곡 방향은 상기 제2 배터리 셀로부터 멀어지는 방향인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 배터리 셀의 제1 절곡부에서의 절곡 방향은 상기 제1 배터리 셀과 멀어지는 방향이고, 상기 제2 배터리 셀의 제2 절곡부에서의 절곡 방향은 상기 제1 배터리 셀과 가까워지는 방향인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀의 제2 절곡부는, 상기 제2 배터리 셀의 테라스부와 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀의 제2 절곡부는, 상기 제2 배터리 셀의 제1 절곡부보다 더 하방에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 배터리 셀의 제1 절곡부는, 상기 제1 배터리 셀의 리드 필름이 형성된 영역과 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 절곡부 및 제2 절곡부의 절곡 각도는 30~50도인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 절곡부 및 제2 절곡부의 절곡 각도는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀은 상기 제1 극성의 전극 리드와 제2 극성의 전극 리드를 포함하며, 상기 제1 극성은 음극이고 상기 제2 극성은 양극인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 배터리 셀과 제2 배터리 셀은 상기 제1 극성의 전극 리드와 제2 극성의 전극 리드를 포함하며, 상기 제1 극성은 양극이고 상기 제2 극성은 음극인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11984611B2 (en) 2021-08-17 2024-05-14 Beta Air, Llc Stack battery pack for electric vertical take-off and landing aircraft
CA3232684A1 (en) 2021-09-27 2023-03-30 Richard Anthony Slagle Electrochemical stack and method of assembly thereof
KR102598670B1 (ko) * 2022-04-22 2023-11-06 에스케이온 주식회사 배터리 모듈
KR20240041534A (ko) * 2022-09-23 2024-04-01 주식회사 엘지에너지솔루션 단선 방지 전지 모듈

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120040447A (ko) * 2010-10-19 2012-04-27 주식회사 엘지화학 절연성이 향상된 이차전지
JP2013182677A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Kyocera Corp 積層型蓄電デバイス
KR20170054878A (ko) * 2015-11-10 2017-05-18 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20170094759A (ko) * 2016-02-11 2017-08-21 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR20180107900A (ko) * 2017-03-23 2018-10-04 주식회사 엘지화학 전지케이스의 외형 변형이 적은 이차전지셀
KR20180129071A (ko) 2017-05-25 2018-12-05 기드온 주식회사 스탠드형 스피닝 놀이기구

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003272572A (ja) * 2002-03-20 2003-09-26 Dainippon Printing Co Ltd 電池用外装体と電池の包装方法
KR100891078B1 (ko) * 2006-04-03 2009-03-30 주식회사 엘지화학 안전성과 용량이 증가된 리튬 이차전지
JP5625899B2 (ja) * 2010-12-28 2014-11-19 株式会社豊田自動織機 電池
TWM420107U (en) * 2011-08-22 2012-01-01 Chang Hong Energy Technology Co Ltd Electrical storage device
KR101937171B1 (ko) * 2012-03-06 2019-01-10 엘지전자 주식회사 배터리 팩
KR101474393B1 (ko) * 2012-09-19 2014-12-19 주식회사 엘지화학 배터리 팩
JP6011876B2 (ja) * 2013-09-13 2016-10-19 株式会社オートネットワーク技術研究所 蓄電モジュール
KR101747397B1 (ko) * 2013-09-25 2017-06-14 주식회사 엘지화학 댐핑 구조가 형성되어 있는 전극리드를 포함하는 전지모듈
EP2894695A3 (en) * 2013-11-05 2015-12-02 Tyco Electronics Amp Korea Ltd. A battery cell connecting board
PL3109925T3 (pl) * 2014-03-31 2022-07-18 Lg Energy Solution, Ltd. Moduł akumulatorowy i zawierający go pakiet akumulatorowy
KR101735512B1 (ko) * 2014-04-01 2017-05-15 주식회사 엘지화학 개선된 전극 리드 구조를 갖는 이차전지 및 그 제조방법
KR102401752B1 (ko) * 2015-09-30 2022-05-25 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR102331066B1 (ko) * 2017-04-06 2021-11-25 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
KR102258819B1 (ko) * 2017-11-24 2021-05-31 주식회사 엘지에너지솔루션 전기적 연결 안전성이 향상된 배터리 모듈

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120040447A (ko) * 2010-10-19 2012-04-27 주식회사 엘지화학 절연성이 향상된 이차전지
JP2013182677A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Kyocera Corp 積層型蓄電デバイス
KR20170054878A (ko) * 2015-11-10 2017-05-18 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20170094759A (ko) * 2016-02-11 2017-08-21 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR20180107900A (ko) * 2017-03-23 2018-10-04 주식회사 엘지화학 전지케이스의 외형 변형이 적은 이차전지셀
KR20180129071A (ko) 2017-05-25 2018-12-05 기드온 주식회사 스탠드형 스피닝 놀이기구

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