WO2022050555A1 - 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 Download PDF

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battery
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cell assembly
battery module
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진희준
문정오
지호준
박진용
박진하
김경우
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having an improved stacking method of battery cells and a battery pack including the same.
  • the mid- to large-sized battery module be manufactured as small as possible in size and weight, it can be charged with a high degree of integration, and a prismatic battery or pouch-type battery having a small weight to capacity is mainly used as the battery cell of the mid-to-large battery module.
  • a pouch-type battery cell using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has recently attracted a lot of attention due to advantages such as a small weight and low manufacturing cost.
  • a plurality of battery cells should be electrically connected in series, and a stable structure against external force should be maintained.
  • FIG. 1 is a diagram showing the structure of a conventional battery module
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a structure in which battery cells are stacked in a partial area (area A) of the battery module of FIG. 1 .
  • the conventional battery module 10 includes a cell stack in which n battery cells 12 are stacked inside a case 11 .
  • the battery module 10 constitutes one battery pack by connecting several to tens of each other.
  • an increase in the volume of the battery pack causes an increase in the volume of an external device to which the battery pack is applied, thereby causing design restrictions.
  • the battery pack is applied as a large-capacity secondary battery for driving a motor for an electric cleaner, electric scooter, or automobile (electric vehicle or hybrid vehicle)
  • the need to minimize the volume of the battery pack because the installation space of the battery pack is narrow There is this.
  • an object of the present invention is to provide a battery module having an improved stacking method of battery cells capable of increasing the space utilization rate of the battery module and the battery pack, and a battery pack including the same.
  • the battery module according to the present invention includes a tray having a battery cell accommodating portion formed therein; a first cell assembly accommodated in the battery cell accommodating part of the tray, the plurality of battery cells being electrically connected to each other and arranged in a single layer; and a second cell assembly accommodated in the battery cell accommodating part of the tray, the plurality of battery cells being electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the battery cell includes a cell body, first and second electrode leads protruding in both directions about the cell body, and first and second electrode leads respectively connected to the first and second electrode leads and the cell body. It is a structure with a terrace.
  • the first cell assembly has a structure in which a plurality of first accommodating grooves formed in a space where the first electrode leads and the second electrode leads of adjacent battery cells are connected are formed on one surface of the first cell assembly, and the first assembly The cell body of the battery cell of the second cell assembly is accommodated in each of the first receiving grooves, so that the cell body of the battery cell included in each of the first and second cell assemblies is arranged on the same layer.
  • the battery module according to the present invention may have a structure in which a heat insulating pad and a cooling pad are disposed between the first and second assemblies.
  • a plurality of second receiving grooves formed in a space where the first electrode leads and the second electrode leads of neighboring battery cells are connected are formed on one surface of the second cell assembly. is a structure that becomes In this case, each second receiving groove of the second assembly has a structure in which the cell body of the battery cell of the first assembly is accommodated.
  • the battery cell has a structure in which a cell body length of a region in which the first and second electrode leads protrude is longer than a cell body length in a region in which the first and second electrode leads do not protrude.
  • one side of the battery cell may have a structure in which an area in which the cell body is formed is convexly protruded.
  • the other side surface of the battery cell may have a flat structure.
  • the battery module according to the present invention includes m first cell assemblies (m is an integer greater than or equal to 2) arranged on the same layer as each other. At this time, each first receiving groove of the j-th (j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n-1) first cell assembly is arranged on the same axis as each first receiving groove of the j+1-th first cell assembly have a structure
  • the battery module according to the present invention includes n second cell assemblies (n is an integer greater than or equal to 2) arranged on the same layer as each other.
  • each second receiving groove of the k-th (k is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m-1) second cell assembly is arranged on the same axis as each second receiving groove of the k+1-th second cell assembly.
  • the thermal insulation pad of the battery module according to the present invention is disposed between the first and second cell assemblies.
  • the heat insulation pad is disposed in a region in contact with the first and second terraces of the battery cells included in the first and second cell assemblies.
  • the heat insulating pad is disposed in a region in contact with the first and second terraces and the first and second electrode leads.
  • the cooling pad of the battery module according to the present invention is disposed between the first and second cell assemblies.
  • the cooling pad is disposed in a region in contact with a cell body of a battery cell included in the first and second cell assemblies.
  • the battery module according to the present invention has a structure in which a plurality of battery cells included in each of the first and second cell assemblies are electrically connected in series to each other.
  • the battery module according to the present invention has a structure in which the cell bodies of the battery cells included in the first and second cell assemblies are arranged on the same layer.
  • the first and second cell assemblies may have a structure in which a plurality of layers are stacked.
  • the present invention provides a battery pack including the battery module described above.
  • a first cell assembly and a second cell assembly in which a plurality of battery cells are connected in a single layer are stacked alternately to each other, thereby forming the battery module and the battery pack. It has the effect of increasing the space utilization rate.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a structure in which battery cells are stacked in a partial area (A) of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG 3 is a schematic view of a battery module and a cross-sectional view (A-A') of the battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view schematically showing a cell assembly of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing in detail a cross-sectional view of a battery module and a configuration of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing an assembly process of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a battery module in which a heat insulating pad is disposed during the assembly process of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a schematic view of a battery module and a cross-sectional view (A-A') of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing an assembly process of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • “under” another part it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between.
  • “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
  • the present invention relates to a battery module having an improved stacking method of battery cells and a battery pack including the same.
  • a first cell assembly and a second cell assembly in which a plurality of battery cells are connected in a single layer are stacked alternately to each other, thereby forming the battery module and the battery pack. It has the effect of increasing the space utilization rate.
  • a battery module with an improved stacking method of battery cells includes a tray having a battery cell accommodating part formed therein; a first cell assembly accommodated in the battery cell accommodating part of the tray, the plurality of battery cells being electrically connected to each other and arranged in a single layer; and a second cell assembly accommodated in the battery cell accommodating part of the tray, the plurality of battery cells being electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the battery cell includes a cell body, first and second electrode leads protruding in both directions about the cell body, and first and second electrode leads respectively connected to the first and second electrode leads and the cell body. It is a structure with a terrace.
  • the battery cell may have a structure in which first and second terraces are formed widely on both sides, respectively, and first and second electrode leads are exposed from the first and second terraces, respectively.
  • the area of each terrace may be 5 times or more of the area of the exposed electrode leads.
  • the area of each terrace may be 5 to 20 times, 7 to 15 times, or about 10 times the area of the exposed electrode leads.
  • the battery cell according to the present invention can minimize the exposure of the electrode lead, which has a risk of short circuit, by forming a wide terrace area, and can secure a buffer area when gas is generated inside the cell body.
  • a plurality of first accommodating grooves formed in a space in which first electrode leads and second electrode leads of neighboring battery cells are connected are formed on one surface of the first cell assembly. is a structure that becomes Meanwhile, the cell body of the battery cell of the second cell assembly is accommodated in each of the first receiving grooves of the first assembly, so that the cell body of the battery cell included in each of the first and second cell assemblies is arranged on the same layer is a structure that becomes
  • a heat insulating pad and a cooling pad may be disposed between the first and second assemblies.
  • the battery module according to the present invention includes a first cell assembly and a second cell assembly in which a plurality of battery cells are connected in a single layer. And, it has a structure in which a second cell assembly is stacked on one surface of the first cell assembly.
  • the battery cells constituting the first cell assembly and the battery cells constituting the second cell assembly are alternately arranged.
  • the cell body of the battery cell constituting the first cell assembly and the cell body of the battery cell constituting the second cell assembly are alternately arranged.
  • the cell bodies of the battery cells included in the first and second cell assemblies may be arranged on the same layer, and the space utilization rate of the battery module may be increased by the structure of the battery module.
  • a tray is a case for accommodating battery cells and has a structure in which a battery cell accommodating part is formed therein.
  • the housing may have an open surface, and may include a cover that covers one surface of the housing.
  • the tray may be made of a material of a case typically used for accommodating battery cells, and may be made of an insulating material.
  • a plurality of battery cells are electrically connected to the inside of the tray, and first and second cell assemblies each arranged in a single layer are accommodated.
  • the conventional battery cell stack is not accommodated, but the cell assembly arranged in a single layer is accommodated, and it is preferable to have an appropriate width and length.
  • the battery cell is not particularly limited as long as it is a rechargeable battery capable of charging and discharging.
  • the battery cell is a pouch-type unit cell, and an electrode assembly having a positive electrode/separator/negative electrode structure is embedded in a laminate sheet exterior material in a state in which it is connected to electrode leads formed outside of the exterior material.
  • the electrode leads are drawn out of the sheet and may extend in the same direction or opposite directions.
  • a pair of electrode leads extend in opposite directions.
  • the battery cell includes a cell body, first and second electrode leads protruding in both directions with respect to the cell body, and first and second terraces in regions where each of the first and second electrode leads and the cell body are connected. has a formed structure.
  • the cell body is a region including an electrode assembly having a cathode/separator/cathode structure
  • the first and second terraces refer to regions in which the first and second electrode leads and the cell body are connected, respectively.
  • the terrace refers to a space in the internal structure of the battery cell excluding the electrode assembly in which the electrode plate and the semi-layer film are stacked. That is, the first and second terraces may refer to regions in which each of the first and second electrode leads and the cell body are connected.
  • the battery cell has a structure in which a cell body length of a region in which the first and second electrode leads protrude is longer than a cell body length in a region in which the first and second electrode leads do not protrude.
  • the battery cell has a structure in which the width (W) is longer than the length (L) of the cell body. That is, in the present invention, the battery cell means that the distance between the first electrode lead and the second electrode lead is closer than that of a conventional battery cell.
  • the distance through which the current flows until the current flowing in from the first electrode lead is transferred to the second electrode lead is shortened. Accordingly, the internal resistance of the battery cell may be reduced.
  • the battery cell has a structure in which a region in which the cell body is formed is convexly protruded. More specifically, one side of the battery cell has a structure in which an area in which the cell body is formed is convexly protruded, and the other side of the battery cell has a flat structure.
  • the flat structure means that the bottom of the battery cell is flat, and the first and second electrode leads and the bottom surfaces of the first and second terraces are located on the same line as the bottom surface of the cell body.
  • the convexly protruding regions of the battery cells are stacked to face each other.
  • the convexly protruding area of the battery cell in the first cell assembly is disposed in the second receiving groove of the second cell assembly, and the convexly protruding area of the battery cell in the second cell assembly is the first of the first cell assembly. placed in the receiving groove.
  • an area opposite to the convexly protruding area of the battery cell has a flat structure. That is, the other side of the second cell assembly has a flat structure. Accordingly, the battery module of the present invention can increase the space utilization rate.
  • each of the first and second cell assemblies may have a structure in which a plurality of battery cells are electrically connected to each other in series, and each cell assembly includes a terminal for electrically connecting the first and second cell assemblies to each other. It may include, or may include a terminal that can be electrically connected to an external power.
  • the first cell assembly according to the present invention has a structure in which a plurality of battery cells are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the number of battery cells included in the first cell assembly may be 2 to 30, 2 to 20, 2 to 15, or 2 to 10.
  • the battery cells included in the first cell assembly are electrically connected to neighboring battery cells.
  • the first electrode lead of one battery cell is disposed to be in contact with the second electrode lead of the neighboring battery cell, so that the adjacent battery cells are electrically connected to each other.
  • the first electrode lead of one battery cell may be connected to each other by welding with the second electrode lead of a neighboring battery cell, or the first electrode lead of one battery cell may be connected to the neighboring battery cell through an adhesive member such as a tape. may be electrically connected to the second electrode lead of the battery cell.
  • the first cell assembly includes a plurality of first receiving grooves.
  • the first accommodating groove is a space in which cell bodies of battery cells constituting the second cell assembly are disposed when the second cell assembly is stacked on top of the first cell assembly. space is formed.
  • the second electrode lead of the firstly arranged battery cell is arranged to contact the first electrode lead of the secondly arranged battery cell.
  • the cell body of the battery cell has a structure in which one side protrudes convexly, so that the first and second terraces, which are areas where the cell body is not formed, and the areas where the first and second electrode leads are formed, have a structure compared to the cell body. It may have a structure in which a concave groove is formed. That is, in the first cell assembly, a relatively concave groove is formed between adjacent cell bodies. This structure is also the same for the second cell assembly.
  • the concave groove becomes a first accommodating groove
  • the concave groove becomes a second accommodating groove.
  • the number of battery cells included in the second cell assembly may include 2 to 30, 2 to 20, 2 to 15, or 2 to 10 battery cells.
  • the second cell assembly is stacked on one surface of the first cell assembly, the cell body of the second cell assembly is accommodated in the first receiving groove of the first cell assembly, and the battery cell included in the second cell assembly
  • the number of may be included in one less than the number of battery cells included in the first cell assembly.
  • the present invention can increase the space utilization rate by the structure of such a battery module.
  • a gap such as a gas pocket can be secured when gas is generated inside the battery cell of the cell assembly.
  • the battery module according to the present invention includes a thermal insulation pad and a cooling pad.
  • the thermal insulation pad and the cooling pad are disposed between the first and second cell assemblies.
  • the heat insulating pad and the cooling pad are disposed in the first and second receiving grooves of the first and second cell assemblies. Accordingly, the thermal insulation pad and the cooling pad may be disposed between the first and second assemblies to directly cool the battery cell.
  • the heat insulating pad serves to prevent heat from passing between the battery cells of the first and second cell assemblies, and may be a commonly used heat insulating pad.
  • the cooling pad may be in the form of a tube containing insulating oil or the like therein.
  • the first cell assembly is arranged such that a first electrode lead of one battery cell contacts a second electrode lead of a neighboring battery cell. Accordingly, in the first cell assembly, adjacent battery cells are electrically connected to each other. Meanwhile, on one surface of the first cell assembly, a first accommodating groove may be formed in a space in which the first electrode lead and the second electrode lead of the neighboring battery cells are connected.
  • a heat insulating pad may be disposed in the first receiving groove.
  • the heat insulating pad may be disposed on the front surface of the first receiving groove, and may be disposed on the first and second terraces and upper surfaces of the first and second electrode leads.
  • the heat insulating pad may be disposed in the first receiving groove, and may be disposed on upper surfaces of the first and second terraces.
  • a cooling pad may be disposed in the first receiving groove in which the heat insulation pad is disposed, and a cooling pad may also be disposed on an upper portion of a cell body of a battery cell included in the first cell assembly.
  • the cooling pad disposed on the upper surface of the cell body may directly cool the battery cell.
  • the second cell assembly may be stacked on the top surface of the first cell assembly on which the heat insulating pad and the cooling pad are disposed.
  • the second cell assembly has a structure in which seven battery cells are electrically connected to each other and arranged as a single layer.
  • the first electrode lead of one battery cell may be in contact with the second electrode lead of the adjacent battery cell, so that the adjacent battery cells may be electrically connected to each other.
  • the first cell assembly may include 8 battery cells, and the second cell assembly may include 7 battery cells.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the battery cells are stacked so that the convexly protruding regions face each other.
  • the convexly protruding area of the battery cell in the first cell assembly is disposed in the second receiving groove of the second cell assembly, and the convexly protruding area of the battery cell in the second cell assembly is the first of the first cell assembly. placed in the receiving groove.
  • the battery module according to the present invention includes m first cell assemblies (m is an integer of 2 or more) arranged in the same layer as each other, and n (n is 2 or more) arranged in the same layer. integer) of a second cell assembly.
  • each first receiving groove of the j-th (j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n-1) first cell assembly is arranged on the same axis as each first receiving groove of the j+1-th first cell assembly
  • each second receiving groove of the k-th (k is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m-1) second cell assembly is located on the same axis as each second receiving groove of the k+1-th second cell assembly. It has an arranged structure.
  • the number (m) of the first cell assemblies arranged on the same layer may be 2 to 10, 2 to 8, or 2 to 6, for example, four.
  • the number n of the second cell assemblies arranged on the same layer may be 2 to 10, 2 to 8, or 2 to 6, for example, four.
  • the battery module according to the present invention includes four first cell assemblies arranged on the same layer as each other.
  • each of the first receiving grooves of the first first cell assembly is arranged on the same axis as each of the first receiving grooves of the second first cell assembly.
  • the battery module according to the present invention includes four second cell assemblies arranged on the same layer as each other. In this case, each second receiving groove of the first second cell assembly is arranged on the same axis as each second receiving groove of the second second cell assembly.
  • the cell body of the second cell assembly may be disposed in the first receiving groove of the first cell assembly, and the cell body of the first cell assembly may be disposed in the second receiving recess of the second cell assembly.
  • the battery module according to the present invention includes first and second cell assemblies.
  • the cell bodies of the battery cells included in the first and second cell assemblies are arranged on the same layer. Specifically, when the second cell assembly is stacked on the upper surface of the first cell assembly, the cell body of the battery cell included in the first cell assembly and the cell body of the battery cell included in the second cell assembly face each other is stacked with
  • an area opposite to the convexly protruding area of the battery cell has a flat structure. That is, the other side of the second cell assembly has a flat structure.
  • the first assembly may be disposed again on the flat surface of the second cell assembly. That is, the first and second cell assemblies have a structure in which a plurality of layers are stacked.
  • the present invention can increase the space utilization rate by the structure of such a battery module.
  • a gap such as a gas pocket can be secured when gas is generated inside the battery cell of the cell assembly.
  • the present invention provides a battery pack including the battery module described above.
  • the battery pack is applicable to various types of energy storage devices or power sources.
  • the energy storage device is an Energy Storage System (ESS) that stores a large amount of electrical energy.
  • the power source is applicable as a power source of a moving means, for example, a vehicle.
  • the automobile refers to various types of automobiles using secondary batteries as an auxiliary power source or a main power source.
  • the vehicle includes a hybrid (HEV), a plug-in hybrid (PHEV), or a pure electric vehicle (BEV, EV).
  • FIG. 3 is a schematic diagram and a cross-sectional view (A-A') of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 schematically shows a cell assembly of a battery module according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.
  • the battery module of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4 .
  • the battery module 100 includes a tray 110 having a battery cell receiving part formed therein; a first cell assembly 130 accommodated in the battery cell accommodating part of the tray 110 , the plurality of battery cells 120 are electrically connected to each other and arranged in a single layer; and a second cell assembly 140 accommodated in the battery cell accommodating part of the tray 110 , in which a plurality of battery cells 120 are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the battery cell 120 includes a cell body 121 , first and second electrode leads 1221 and 1222 protruding in both directions about the cell body 121 , and first and second electrodes, respectively. It has a structure in which first and second terraces 1211 and 1212 are formed in regions where the leads 1221 and 1222 and the cell body 121 are connected. In addition, in one surface of the first cell assembly 130 , a plurality of first accommodating grooves are formed in a space where the first electrode leads 1221 and the second electrode leads 1222 of the neighboring battery cells 120 are connected to each other. (131) is the structure formed.
  • the cell body 121 of the battery cell 120 of the second cell assembly 140 is accommodated in each of the first receiving grooves 131 of the first assembly 130 to accommodate each of the first and second cells.
  • the cell body 121 of the battery cell 120 included in the assemblies 130 and 140 is arranged on the same layer. Meanwhile, a heat insulating pad 150 and a cooling pad 160 are disposed between the first and second assemblies 130 and 140 .
  • the battery module 100 includes a first cell assembly 130 and a second cell assembly 140 in which a plurality of battery cells 120 are connected in a single layer. And, it has a structure in which the second cell assembly 140 is stacked on the upper surface of the first cell assembly 130 .
  • the battery cells 120 constituting the first cell assembly 130 and the battery cells 120 constituting the second cell assembly 140 are alternately arranged.
  • the cell body 121 of the battery cell 120 constituting the first cell assembly 130 and the cell body 121 of the battery cell 120 constituting the second cell assembly 140 are alternately arranged.
  • the cell body 121 of the battery cells 120 included in the first and second cell assemblies 130 and 140 may be arranged on the same layer as each other, and by the structure of the battery module 100 , the battery It is possible to increase the space utilization rate of the module.
  • the first cell assembly 130 has a structure in which eight battery cells 120 are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the battery cells 120 included in the first cell assembly 130 are electrically connected to the neighboring battery cells 120 .
  • the first electrode lead 1221 of one battery cell 120 is disposed to be in contact with the second electrode lead 1222 of the neighboring battery cell 120 so that the neighboring battery cells 120 are electrically connected to each other. is connected to More specifically, the first electrode lead 1221 of one battery cell 120 is connected to each other by welding with the second electrode lead 1222 of the neighboring battery cell 120 .
  • the first cell assembly 130 includes a plurality of first receiving grooves 141 .
  • the first receiving groove 141 is formed so that the cell body 121 of the battery cell 120 constituting the second cell assembly 140 is formed.
  • the space is formed by electrical connection of the battery cells 120 adjacent to each other.
  • the second electrode lead 1222 of the battery cell 120 arranged first in the first cell assembly 130 is arranged to be in contact with the first electrode lead 1221 of the battery cell 120 arranged secondly.
  • the cell body 121 of the battery cell 120 has a structure in which one side protrudes convexly, so that the first and second terraces 1211 and 1212 are areas where the cell body 121 is not formed.
  • the region in which the first and second electrode leads 1221 and 1222 are formed has a structure in which concave grooves are formed compared to the cell body. That is, a relatively concave groove is formed between the cell bodies 121 adjacent to each other in the first cell assembly 130 .
  • This structure is also the same for the second cell assembly 140 .
  • the concave groove becomes the first accommodating groove 131
  • the concave groove becomes the second accommodating groove 141 .
  • the battery cell 120 included in the second cell assembly 140 is formed in the first receiving groove 131 .
  • the cell body 121 is disposed, and the cell body 121 of the battery cell 120 included in the first cell assembly 130 is disposed in the second receiving groove 141 .
  • the second cell assembly 140 is stacked on the upper surface of the first cell assembly 130 , the cell body 121 and the second cell of the battery cell 120 included in the first cell assembly 130 .
  • the cell body 121 of the battery cell 120 included in the assembly 140 is stacked in a direction facing each other.
  • the space utilization rate can be increased by the structure of the battery module 100 .
  • a gap such as a gas pocket can be secured when gas is generated inside the battery cells 120 of the cell assemblies 130 and 140 .
  • the battery module 100 includes a heat insulating pad 150 and a cooling pad 160 .
  • the insulating pad 150 and the cooling pad 160 are disposed between the first and second assemblies 130 and 140 .
  • the heat insulating pad 150 and the cooling pad 160 are disposed in the first and second receiving grooves 131 and 141 of the first and second assemblies 130 and 140 . Accordingly, the heat insulating pad 150 and the cooling pad 160 are disposed between the first and second assemblies 130 and 140 to directly cool the battery cells.
  • FIG. 5 is a view showing in detail a cross-sectional view of a battery module and a configuration of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5 .
  • the battery module 200 includes a tray 210 having a battery cell accommodating part formed therein; a first cell assembly 230 accommodated in the battery cell accommodating part of the tray 210, the plurality of battery cells 220 being electrically connected to each other and arranged in a single layer; and a second cell assembly 240 accommodated in the battery cell accommodating part of the tray 210 , in which a plurality of battery cells 220 are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the battery cell 220 includes a cell body 221 , first and second electrode leads 2221 and 2222 protruding in both directions about the cell body 221 , and first and second electrodes, respectively. It has a structure in which first and second terraces 2211 and 2212 are formed in regions where the leads 2221 and 1222 and the cell body 221 are connected. More specifically, in the battery cell 220 , first and second terraces 2211 and 2212 are formed widely on both sides, respectively, and first and second electrode leads 2221 and 2222 are respectively formed with first and second terraces. It has a structure slightly exposed from the terraces 2211 and 2212 .
  • each of the first and second terraces 2211 and 2212 may be about 10 times the area of the exposed first and second electrode leads 2221 and 2222 .
  • the areas of the first and second electrode leads 2221 and 2222 are smaller than the areas of the first and second terraces 2221 and 2212 , so that the first and second electrode leads 2221 are small. , 2222 can be minimized, and thus, the risk of short circuiting of the battery cell 220 can be reduced.
  • forming the first and second terraces 2211 and 2212 to be wide, there is an advantage in that a buffer area can be secured when gas is generated inside the cell body 221 .
  • a plurality of first accommodating grooves 231 are formed in a space where the first electrode leads 2221 and the second electrode leads 2222 of the adjacent battery cells 220 are connected to each other. ) is the structure in which
  • the cell body 221 of the battery cell 220 of the second cell assembly 240 is accommodated in each of the first receiving grooves 231 of the first assembly 230 to accommodate each of the first and second cells.
  • the cell body 221 of the battery cell 220 included in the assemblies 230 and 240 is arranged on the same layer. Meanwhile, a heat insulating pad 250 and a cooling pad 260 are disposed between the first and second assemblies 230 and 240 .
  • the length of the cell body 221 in the region where the first and second electrode leads 2221 and 2222 protrude is such that the first and second electrode leads 2221 and 2222 do not protrude. It has a structure formed to be longer than the length of the cell body 221 of the region. That is, the battery cell 220 has a structure in which the width W is longer than the length L of the cell body 221 .
  • the battery cell 220 has a structure in which an area in which the cell body 221 is formed convexly protrudes. More specifically, one side of the battery cell 220 has a structure in which a region in which the cell body 221 is formed is convexly protruded, and the other side of the battery cell 220 has a flat structure.
  • the flat structure means that the bottom of the battery cell 220 is flat, and the bottom surfaces of the first and second electrode leads 2221 and 2222 and the first and second terraces 2211 and 2212 are the cell body 221 . ) is located on the same line as the bottom surface of
  • the convexly protruding regions of the battery cells 220 are stacked to face each other.
  • the convexly protruding region of the battery cell 220 in the first cell assembly 230 is disposed in the second receiving groove 241 of the second cell assembly 240
  • the battery in the second cell assembly 240 is The convexly protruding region of the cell 220 is disposed in the first receiving groove 241 of the first cell assembly 230 .
  • the battery module 200 of the present invention can increase the space utilization rate.
  • FIG. 6 is a view showing an assembly process of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • an assembly process of a battery module according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6 .
  • the first cell assembly 330 is accommodated in the tray 310 in which the battery cell accommodating part is formed.
  • the first cell assembly 330 has a structure in which eight battery cells 320 are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the battery cells 320 included in the first cell assembly 330 are electrically connected to the neighboring battery cells 320 .
  • the first electrode lead 3221 of one battery cell 320 is disposed to be in contact with the second electrode lead 3222 of the neighboring battery cell 320 so that the neighboring battery cells 320 are electrically connected to each other.
  • a first accommodating groove 331 is formed in a space where the first electrode lead 3221 and the second electrode lead 3222 of the battery cells 320 adjacent to each other are connected. It is a structure that becomes (Fig. 6a).
  • the heat insulating pad 350 is disposed in the first receiving groove 331 .
  • the heat insulating pad 350 is disposed on the front surface of the first receiving groove 341 , and is disposed on the upper surfaces of the first and second terraces 3211 and 3212 and the first and second electrode leads 3221 and 3222 . (Fig. 6b).
  • the cooling pad 360 is disposed in the first receiving groove 341 in which the heat insulation pad 350 is disposed, and the battery cell 320 included in the first cell assembly 330 is also cooled on the top of the cell body 321 .
  • the pad 360 is placed.
  • the cooling pad 360 disposed on the upper surface of the cell body 321 may directly cool the battery cell 320 ( FIGS. 6C-6D ).
  • the first heat insulating pad 350 and the cooling pad 360 are disposed.
  • a second cell assembly 340 is stacked on the upper surface of the first cell assembly 330 .
  • the second cell assembly 340 has a structure in which seven battery cells 320 are electrically connected to each other and arranged as a single layer.
  • the first electrode lead 3221 of one battery cell 320 is in contact with the second electrode lead 3222 of the neighboring battery cell 320 .
  • the battery cells 320 adjacent to each other are arranged to be electrically connected to each other.
  • the first cell assembly 330 includes eight battery cells 320 and the second cell assembly 330 includes seven battery cells 320 , but the present invention is not limited thereto. .
  • the convexly protruding regions of the battery cells 320 are stacked to face each other.
  • the convexly protruding region of the battery cell 320 in the first cell assembly 330 is disposed in the second receiving groove 341 of the second cell assembly 340
  • the battery in the second cell assembly 340 is The convexly protruding region of the cell 320 is disposed in the first receiving groove 341 of the first cell assembly 330 .
  • cooling pad 360 may be disposed to contact the cell body 321 of the battery cell 320 to directly cool the battery cell 320 .
  • FIG. 7 is a view schematically showing a battery module in which a heat insulating pad is disposed during the assembly process of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 400 accommodates the first cell assembly 430 in a tray 410 having a battery cell accommodating part formed therein.
  • the first cell assembly 430 has a structure in which eight battery cells 420 are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the heat insulating pad 450 is disposed.
  • the heat insulating pad 450 is disposed in the first receiving groove 431 , and disposed on upper surfaces of the first and second terraces 4211 and 4212 .
  • the heat insulating pad 450 may be disposed on the first and second terraces of the second cell assembly.
  • FIG 8 is a schematic view of a battery module and a cross-sectional view (A-A') of the battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 500 includes a tray 510 having a battery cell receiving part formed therein; a first cell assembly 530 accommodated in the battery cell accommodating part of the tray 510, the plurality of battery cells 520 being electrically connected to each other and arranged in a single layer; and a second cell assembly 540 accommodated in the battery cell accommodating part of the tray 510 , in which a plurality of battery cells 520 are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the battery cell 520 includes a cell body 521 , first and second electrode leads 5221 and 5222 protruding in both directions about the cell body 521 , and first and second electrodes, respectively. It has a structure in which first and second terraces 5211 and 5212 are formed in regions where the leads 5221 and 5222 and the cell body 521 are connected. In addition, in one surface of the first cell assembly 530 , a plurality of first accommodating grooves are formed in a space in which the first electrode lead 5221 and the second electrode lead 5222 of the battery cells 520 adjacent to each other are connected. (531) is the structure formed.
  • the cell body 521 of the battery cell 520 of the second cell assembly 540 is accommodated in each of the first receiving grooves 531 of the first assembly 530 to accommodate each of the first and second cells.
  • the cell body 521 of the battery cell 520 included in the assemblies 530 and 540 is arranged on the same layer. Meanwhile, a heat insulating pad 550 and a cooling pad 560 are disposed between the first and second assemblies 530 and 540 .
  • the battery module 500 includes m first cell assemblies 530 (m is an integer greater than or equal to 2) arranged in the same layer as each other, and n (n is an integer) arranged in the same layer. and a second cell assembly 540 (an integer greater than or equal to 2).
  • each of the first receiving grooves 531 of the j-th (j is an integer greater than or equal to 1, and less than or equal to n-1) of the first cell assembly 530 is each of the first receiving grooves 531 of the j+1-th first cell assembly 530 .
  • Each second accommodating groove 541 of the k-th (k is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to m-1) second cell assembly 540 has a structure arranged on the same axis as the first accommodating groove 531 and has k It has a structure arranged on the same axis as each of the second receiving grooves 541 of the +1-th second cell assembly 540 .
  • the battery module 500 according to the present invention includes four first cell assemblies 530 arranged on the same layer as each other.
  • each of the first receiving grooves 531 of the first first cell assembly 530 is arranged on the same axis as each of the first receiving grooves 531 of the second first cell assembly 530 .
  • the battery module 500 according to the present invention includes four second cell assemblies 540 arranged on the same layer.
  • each of the second receiving grooves 541 of the first second cell assembly 540 is arranged on the same axis as each of the second receiving grooves 541 of the second second cell assembly 540 .
  • FIG. 9 is a view showing an assembly process of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • an assembly process of a battery module according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 9 .
  • the first cell assembly 530 is accommodated in the tray 510 in which the battery cell accommodating part is formed.
  • the first cell assembly 530 has a structure in which eight battery cells 520 are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the battery cells 520 included in the first cell assembly 530 are electrically connected to the neighboring battery cells 520 .
  • the first electrode lead 5221 of one battery cell 520 is disposed to be in contact with the second electrode lead 5222 of the neighboring battery cell 520 so that the neighboring battery cells 520 are electrically connected to each other.
  • a first accommodating groove 531 is formed in a space where the first electrode lead 5221 and the second electrode lead 5222 of the battery cells 520 adjacent to each other are connected. It is a structure that becomes (FIG. 9a).
  • the four first cell assemblies 530 are arranged on the same layer on the tray 510 .
  • the first accommodating groove 531 formed in the first arranged first cell assembly 530 has a structure arranged on the same axis as the first receiving groove 531 formed in the second arranged first cell assembly 530 . (Fig. 9b).
  • the heat insulating pad 550 is disposed in the first receiving groove 531 .
  • the heat insulating pad 550 is disposed on the front surface of the first receiving groove 531 , and is disposed on the upper surfaces of the first and second terraces 5211 and 5212 and the first and second electrode leads 5221 and 5222 . (Fig. 9c).
  • a cooling pad 560 is disposed in the first receiving groove 531 in which the heat insulation pad 550 is disposed, and the battery cell 520 included in the first cell assembly 530 is also cooled on the top of the cell body 521 . Pad 560 is placed. In particular, the cooling pad 560 disposed on the upper surface of the cell body 521 may directly cool the battery cell 520 ( FIGS. 9D-9E ).
  • the first heat insulating pad 550 and the cooling pad 560 are disposed.
  • a second cell assembly 540 is stacked on the upper surface of the first cell assembly 530 .
  • the second cell assembly 540 has a structure in which seven battery cells 520 are electrically connected to each other and arranged as a single layer.
  • the first electrode lead 5221 of one battery cell 520 is in contact with the second electrode lead 5222 of the neighboring battery cell 520 .
  • the battery cells 520 adjacent to each other are arranged to be electrically connected to each other.
  • the first cell assembly 530 includes eight battery cells 520 and the second cell assembly 530 includes seven battery cells 520 , but the present invention is not limited thereto. .
  • the convexly protruding regions of the battery cells 520 are stacked to face each other.
  • the convexly protruding region of the battery cell 520 in the first cell assembly 530 is disposed in the second receiving groove 541 of the second cell assembly 540
  • the battery in the second cell assembly 540 is The convexly protruding region of the cell 520 is disposed in the first receiving groove 541 of the first cell assembly 530 .
  • cooling pad 560 may be disposed to contact the cell body 521 of the battery cell 520 to directly cool the battery cell 520 .
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 600 includes: a tray 610 having a battery cell accommodating part formed therein; a first cell assembly 630 accommodated in the battery cell receiving portion of the tray 510, the plurality of battery cells 620 being electrically connected to each other and arranged in a single layer; and a second cell assembly 640 accommodated in the battery cell accommodating part of the tray 610 , in which a plurality of battery cells 620 are electrically connected to each other and arranged in a single layer.
  • the cell body 621 of the battery cell 620 included in the first and second cell assemblies 630 and 640 is arranged on the same layer. Specifically, when the second cell assembly 640 is stacked on the upper surface of the first cell assembly 630 , the cell body 621 and the second cell body 621 of the battery cell 620 included in the first cell assembly 630 . The cell body 621 of the battery cell 620 included in the cell assembly 640 is stacked in a direction facing each other.
  • a region opposite to the convexly protruding region of the battery cell 620 has a flat structure. That is, the other side of the second cell assembly 640 has a flat structure.
  • first assembly 630 may be disposed again on the flat surface of the second cell assembly 640 . That is, the first and second cell assemblies 630 and 640 have a structure in which a plurality of layers are stacked.
  • the space utilization rate can be increased by the structure of the battery module 600 .
  • a gap such as a gas pocket can be secured when gas is generated inside the battery cell 620 of the cell assemblies 630 and 640 .

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Abstract

본 발명은 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 복수개의 전지 셀이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리와 제2 셀 어셈블리를 서로 엇갈리게 적층함으로써 전지 모듈 및 전지 팩의 공간 활용률을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
본 출원은 2020. 09. 07. 자 한국 특허 출원 제10-2020-0113871호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀 들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충전될 수 있고, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지 셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지 셀은 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 중대형 전지 모듈이 요구되는 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 요량을 제공하기 위해서는 다수의 전지 셀들을 전기적으로 직렬 방식으로 연결하여야 하고, 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 구조를 보여주는 도면이며, 도 2는 도 1의 전지 모듈 일부 영역(A 영역)에서 전지 셀이 적층된 구조를 모식적으로 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 케이스(11) 내부에 n 개의 전지 셀(12)이 적층된 셀 적층체를 포함하여 구성된다. 상기 전지 모듈(10)은 수개에서 수십 개를 서로 연결하여 하나의 전지 팩을 구성하게 된다.
한편, 전지 팩의 부피 증가는 상기 전지 팩이 적용되는 외부 기기의 부피 증가를 야기하게 되어 설계상의 제약을 발생시키게 된다. 특히, 상기 전지 팩이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동을 위한 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 전지 팩의 설치 공간이 협소하기 때문에 전지 팩의 부피를 최소화할 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전지 모듈 및 전지 팩의 공간 활용률을 높일 수 있는 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하고자 한다.
본 발명은 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이; 트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리; 및 트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, 상기 전지 셀은, 셀 본체, 셀 본체를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스가 형성된 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 제1 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈이 형성되는 구조이고, 상기 제1 어셈블리의 각각의 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리의 전지 셀의 셀 본체가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 아울러, 본 발명에 따른 전지 모듈은 상기 제1 및 제2 어셈블리 사이에는 단열 패드와 냉각 패드가 배치되는 구조일 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 제2 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제2 수용홈이 형성되는 구조이다. 이때, 상기 제2 어셈블리의 각각의 제2 수용홈에는 제1 어셈블리의 전지 셀의 셀 본체가 수용되는 구조를 갖는다.
하나의 실시예에서, 상기 전지 셀은, 제1 및 제2 전극 리드가 돌출된 영역의 셀 본체 길이가 제1 및 제2 전극 리드가 돌출되지 않은 영역의 셀 본체 길이 보다 길게 형성된 구조를 갖는다.
다른 하나의 실시예에서, 상기 전지 셀의 일측면은, 셀 본체가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조일 수 있다. 아울러, 상기 전지 셀의 타측면은, 평탄한 구조일 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은, 서로 동일한 층에 배열되는 m 개(m 은 2 이상의 정수)의 제1 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, j번째(j는 1 이상, n-1 이하의 정수) 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈은 j+1 번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다.
다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은, 서로 동일한 층에 배열되는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, k번째(k는 1 이상, m-1 이하의 정수) 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈은 k+1 번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈의 단열 패드는, 제1 및 제2 셀 어셈블리 사이에 배치된다. 구체적인 예에서, 상기 단열 패드는 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 제1 및 제2 테라스와 접하는 영역에 배치된다. 또는, 상기 단열 패드는 제1 및 제2 테라스와 제1 및 제2 전극 리드와 접하는 영역에 배치된다.
다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈의 냉각 패드는, 제1 및 제2 셀 어셈블리 사이에 배치된다. 구체적인 예에서, 상기 냉각 패드는 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체와 접하는 영역에 배치된다.
한편, 본 발명에 따른 전지 모듈은 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 복수개의 전지 셀이 전기적으로 서로 직렬 연결되는 구조를 갖는다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 아울러, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리는 복수개의 층으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다.
본 발명의 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 따르면, 복수개의 전지 셀이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리와 제2 셀 어셈블리를 서로 엇갈리게 적층함으로써 전지 모듈 및 전지 팩의 공간 활용률을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈 일부 영역(A)에서 전지 셀이 적층된 구조를 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도 및 전지 모듈의 단면도(A-A')이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 셀 어셈블리를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도 및 전지 셀의 구성을 상세하게 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정에서 단열 패드가 배치된 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도 및 전지 모듈의 단면도(A-A')이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
본 발명의 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 따르면, 복수개의 전지 셀이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리와 제2 셀 어셈블리를 서로 엇갈리게 적층함으로써 전지 모듈 및 전지 팩의 공간 활용률을 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 상세하게 설명한다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이; 트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리; 및 트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리를 포함한다.
이때, 상기 전지 셀은, 셀 본체, 셀 본체를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스가 형성된 구조이다. 상기 전지 셀은 양측면에 각각 제1 및 제2 테라스가 넓게 형성되고, 제1 및 제2 전극 리드가 각각의 제1 및 제2 테라스로부터 작게 노출된 구조일 수 있다. 구체적으로, 각 테라스의 면적은 노출된 전극 리드의 면적의 5 배 이상일 수 있다. 예를 들어, 각 테라스의 면적은 노출된 전극 리드의 면적 대비 5 배 내지 20 배, 7 배 내지 15 배 또는 약 10배 일 수 있다. 본 발명에 따른 전지 셀은 테라스의 면적을 넓게 형성하여 단락(short) 위험이 있는 전극 리드의 노출을 최소화할 수 있으며, 셀 본체 내부의 가스 발생시 완충 영역을 확보할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 상기 제1 셀 어셈블리의 일면에 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈이 형성되는 구조이다. 한편, 상기 제1 어셈블리의 각각의 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리의 전지 셀의 셀 본체가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다.
아울러, 상기 제1 및 제2 어셈블리 사이에는 단열 패드와 냉각 패드가 배치되는 구조일 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 복수개의 전지 셀이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리와 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 그리고, 상기 제1 셀 어셈블리의 일면에 제2 셀 어셈블리가 적층되는 구조를 갖는다. 이때, 제1 셀 어셈블리를 구성하는 전지 셀과 제2 셀 어셈블리를 구성하는 전지 셀이 서로 엇갈리게 배열된다. 이는, 제1 셀 어셈블리를 구성하는 전지 셀의 셀 본체와 제2 셀 어셈블리를 구성하는 전지 셀의 셀 본체가 서로 엇갈리게 배열되는 것을 의미한다. 이에 따라, 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 동일한 층에 배열될 수 있으며, 이러한 전지 모듈의 구조에 의해서 전지 모듈의 공간 활용률을 높일 수 있다.
본 발명에서 트레이(tray)는 전지 셀을 수납하기 위한 케이스로 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 구조이다. 하나의 실시예에서, 일면이 개방된 형태의 하우징일 수 있으며, 상기 하우징의 일면을 커버하는 커버를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 트레이는 통상적으로 전지 셀을 수납하기 위하여 사용되는 케이스의 재질일 수 있으며, 절연성의 재질일 수 있다.
상기 트레이 내부에는 복수개의 전지셀이 전기적으로 연결되어 단층으로 각각 배치되는 제1 및 제2 셀 어셈블리가 수납된다. 한편, 상기 트레이 내부에는 종래의 전지 셀 적층체가 수납되는 것이 아닌 단층으로 배열되는 셀 어셈블리가 수납되는 것으로 적당한 폭과 길이를 갖는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 전지 셀은 충방전이 가능한 이차 전지라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예에서, 전지 셀은 파우치 타입의 단위 셀로, 라미네이트 시트 외장제에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장되어 있다. 상기 전극 리드는 시트 외측으로 인출되되 서로 동일한 방향 또는 반대방향으로 연장될 수 있다. 다만, 본 발명에서 복수개의 전지 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위해서는 한 쌍의 전극 리드가 서로 반대방향으로 연장되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 전지 셀은 셀 본체, 셀 본체를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스가 형성된 구조를 갖는다.
상기 셀 본체는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 포함되는 영역이며, 상기 제1 및 제2 테라스는 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역을 의미한다. 여기서, 테라스는 전지 셀의 내부 구조 중 전극판 및 준리막이 적층된 전극조립체를 제외한 공간을 의미한다. 즉, 상기 제1 및 제2 테라스는 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역을 의미할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 전지 셀은 제1 및 제2 전극 리드가 돌출된 영역의 셀 본체 길이가 제1 및 제2 전극 리드가 돌출되지 않은 영역의 셀 본체 길이 보다 길게 형성된 구조를 갖는다.
구체적인 예에서, 상기 전지 셀은 셀 본체의 길이(L) 보다 폭(W)이 더 길게 형성된 구조를 갖는다. 즉, 본 발명에서 전지 셀은 제1 전극 리드와 제2 전극 리드 사이의 거리가 종래의 전지 셀 대비 가까워진 것을 의미한다.
이는, 전지 셀의 제1 전극 리드로부터 제2 전극 리드로 전류가 흐르게 될 때, 제1 전극 리드로부터 유입된 전류가 제2 전극 리드로 전달될 때까지의 전류가 흐르는 거리가 단축된다. 이에, 상기 전지 셀의 내부 저항은 감소될 수 있다.
다른 하나의 실시예에서, 상기 전지 셀은 셀 본체가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 전지 셀의 일측면은 셀 본체가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조이며, 전지 셀의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다. 여기서 평탄한 구조는 전지 셀의 바닥이 평평한 것을 의미하는 것으로, 제1 및 제2 전극 리드와 제1 및 제2 테라스의 바닥면은 셀 본체의 바닥면과 동일선상에 위치한다.
특히, 제2 셀 어셈블리가 제1 셀 어셈블리 상부에 적층 될 때, 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층된다. 이때, 제1 셀 어셈블리에서 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리의 제2 수용홈에 배치되고, 제2 셀 어셈블리에서 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리의 제1 수용홈에 배치된다.
한편, 제2 셀 어셈블리에서 전지 셀이 볼록하게 돌출된 영역의 반대편 영역은 평탄한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 셀 어셈블리의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 전지 모듈은 공간 활용률을 높일 수 있다.
아울러, 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리는, 복수개의 전지 셀이 전기적으로 서로 직렬 연결되는 구조일 수 있으며, 각각의 셀 어셈블리는 제1 및 제2 셀 어셈블리를 서로 전기적으로 연결하기 위한 단자를 포함할 수 있으며, 또는 외부 전력과 전기적으로 연결될 수 있는 단자를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 제1 셀 어셈블리는 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배열되는 구조를 갖는다. 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀은 2 내지 30 개, 2 내지 20 개, 2 내지 15 또는 2 내지 10 개를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀은 서로 이웃하는 전지 셀과 전기적으로 연결된다. 구체적인 예에서, 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드는 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀은 서로 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드는 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 용접하여 서로 연결할 수 있으며, 또는 테이프 등의 접착부재를 통해 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드는 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 전기적으로 연결할 수 있다.
하나의 실시예에서, 제1 셀 어셈블리는 복수개의 제1 수용홈을 포함한다. 상기 제1 수용홈은 제2 셀 어셈블리가 제1 셀 어셈블리의 상부에 적층될 때, 상기 제2 셀 어셈블리를 이루는 전지 셀의 셀 본체가 배치되는 공간으로, 서로 이웃하는 전지 셀의 전기적 연결에 의해서 형성되는 공간이다.
구체적인 예에서, 제1 셀 어셈블리에서 첫번째 배치된 전지 셀의 제2 전극 리드는 두번째 배치된 전지 셀의 제1 전극 리드와 서로 접하도록 배열된다. 이때, 전지 셀의 셀 본체는 일측면이 볼록하게 돌출되는 구조를 갖고 있어, 셀 본체가 형성되어 있지 않은 영역인 제1 및 제2 테라스와 제1 및 제2 전극 리드가 형성된 영역에는 셀 본체 대비 오목한 홈이 형성된 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 셀 어셈블리에서 서로 이웃하는 셀 본체 사이에는 상대적으로 오목한 홈이 형성된다. 이러한 구조는 제2 셀 어셈블리도 마찬가지다. 여기서, 제1 셀 어셈블리에서 상기 오목한 홈이 제1 수용홈이 되고, 제2 어셈블리에서 상기 오목한 홈은 제2 수용홈이 된다.
그리고, 제1 셀 어셈블리의 상부면에 제2 셀 어셈블리가 적층될 때, 상기 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 배치되고, 제2 수용홈에는 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 배치된다. 한편, 제1 셀 어셈블리의 상부면에 제2 셀 어셈블리가 적층될 때, 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체와 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 마주보는 방향으로 적층된다. 아울러, 상기 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀은 2 내지 30 개, 2 내지 20 개, 2 내지 15 또는 2 내지 10 개를 포함할 수 있다. 다만, 상기 제2 셀 어셈블리는 제1 셀 어셀블리의 일면에 적층되되, 제2 셀 어셈블리의 셀 본체가 제1 셀 어셈블리의 제1 수용홈에 수납되는 것으로, 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 개수는 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 개수보다 1개 적게 포함될 수 있다.
본 발명은 이러한 전지 모듈의 구조에 의해서 공간 활용률을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 셀 어셈블리의 전지 셀의 내부에서 가스 발생시 가스 포켓 등의 간격을 확보할 수 있는 이점이 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 단열 패드와 냉각 패드를 포함한다. 구체적으로, 단열 패드와 냉각 패드는 제1 및 제2 셀 어셈블리 사이에 배치된다. 구체적으로, 상기 단열 패드와 냉각 패드는 제1 및 제2 셀 어셈블리의 제1 및 제2 수용홈에 배치된다. 이에 따라 상기 단열 패드와 냉각 패드는 제1 및 제2 어셈블리 사이에 배치되어, 전지 셀을 직접 냉각할 수 있다.
상기 단열 패드는 제1 및 제 2 셀 어셈블리의 전지 셀 사이에 열이 서로 통하지 않도록 막기위한 것으로, 통상적으로 사용되는 단열패드일 수 있다. 아울러, 냉각 패드는 내부에 절연유 등을 포함하는 튜브형태일 수 있다.
구체적인 실시예에서, 제1 셀 어셈블리는 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드가 서로 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 접하도록 배치된다. 이에 따라, 제1 셀 어셈블리에서 서로 이웃하는 전지 셀은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 제1 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 제1 수용홈이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 수용홈에 단열 패드를 배치시킬 수 있다. 이때, 상기 단열 패드는 제1 수용홈의 전면에 배치되며, 제1 및 제2 테라스와 제1 및 제2 전극 리드의 상부면에 배치될 수 있다. 다른 하나의 실시예에서, 단열 패드는 제1 수용홈에 배치되며, 제1 및 제2 테라스의 상부면에 배치될 수 있다.
상기 단열 패드가 배치된 제1 수용홈에 냉각 패드를 배치시키고, 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체 상부에도 냉각 패드를 배치시킬 수 있다. 특히, 상기 셀 본체 상부면에 배치되는 냉각 패드는 전지 셀을 직접적으로 냉각시킬 수 있다.
다음으로, 냉각 패드가 배치된 전지 셀의 셀 본체 상부면에 단열 패드를 배치시킨 후, 단열 패드와 냉각 패드가 배치된 제1 셀 어셈블리 상부면에 제2 셀 어셈블리를 적층할 수 있다. 한편, 상기 제2 셀 어셈블리는 7 개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 아울러, 제2 셀 어셈블리는 제1 셀 어셈블리와 마찬가지로 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드는 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 셀 어셈블리는 8 개의 전지 셀을 포함하고, 제2 셀 어셈블리는 7 개의 전지 셀을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 제2 셀 어셈블리가 제1 셀 어셈블리 상부면에 적층 될 때, 전지 셀을 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층시킨다. 이때, 제1 셀 어셈블리에서 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리의 제2 수용홈에 배치되고, 제2 셀 어셈블리에서 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리의 제1 수용홈에 배치된다. 이러한 제1 및 제2 셀 어셈블리의 배치에 의하여 전지 모듈의 공간 활용률을 높일 수 있다
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 서로 동일한 층에 배열되는 m 개(m 은 2 이상의 정수)의 제1 셀 어셈블리를 포함하며, 서로 동일한 층에 배열되는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, j번째(j는 1 이상, n-1 이하의 정수) 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈은 j+1 번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖고, k번째(k는 1 이상, m-1 이하의 정수) 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈은 k+1 번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다. 한편, 서로 동일한 층에 배열되는 제1 셀 어셈블리의 개수(m)는 2 내지 10, 2 내지 8, 또는 2 내지 6 일 수 있으며, 예를 들어, 4개일 수 있다. 아울러, 서로 동일한 층에 배열되는 제2 셀 어셈블리의 개수(n)는 2 내지 10, 2 내지 8, 또는 2 내지 6 일 수 있으며, 예를 들어, 4개일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 전지 모듈은 서로 동일한 층에 배열되는 4 개의 제1 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, 첫번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈은 두번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈과 동일한 축에 배열된다. 아울러, 본 발명에 따른 전지 모듈은 서로 동일한 층에 배열되는 4 개의 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, 첫번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈은 두번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈과 동일한 축에 배열된다.
상술한 바와 같이, 제1 셀 어셈블리의 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리의 셀 본체가 배치되며, 제2 셀 어셈블리의 제2 수용홈에는 제1 셀 어셈블리의 셀 본체가 배치될 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 제1 및 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 전술한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 구체적으로, 제1 셀 어셈블리의 상부면에 제2 셀 어셈블리가 적층될 때, 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체와 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 마주보는 방향으로 적층된다.
한편, 제2 셀 어셈블리에서 전지 셀이 볼록하게 돌출된 영역의 반대편 영역은 평탄한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 셀 어셈블리의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다.
나아가, 상기 제2 셀 어셈블리의 평탄한 면에는 다시 제1 어셈블리가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리는 복수개의 층으로 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명은 이러한 전지 모듈의 구조에 의해서 공간 활용률을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 셀 어셈블리의 전지 셀의 내부에서 가스 발생시 가스 포켓 등의 간격을 확보할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다.
상기 전지 팩은, 다양한 형태의 에너지 저장 장치 내지 동력원으로 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 에너지 저장 장치는 대용량의 전기 에너지를 저장하는 ESS(Enegry Storage System)이다. 또한, 상기 동력원은 이동 수단, 예를 들어, 자동차의 동력원으로 적용 가능하다. 상기 자동차는 보조 동력원 또는 주 동력원으로 이차전지를 사용하는 다양한 형태의 자동차를 총칭한다. 구체적으로, 상기 자동차는 하이브리드(HEV), 플러그인 하이브리드(PHEV), 또는 순수 전기차(BEV, EV) 등을 포함한다.
이하, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
(제1 실시형태)
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도 및 전지 모듈의 단면도(A-A')이며, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 셀 어셈블리를 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 전지 모듈을 상세 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 전지 모듈(100)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(110); 트레이(110)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(120)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리(130); 및 트레이(110)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(120)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리(140)를 포함한다.
이때, 상기 전지 셀(120)은, 셀 본체(121), 셀 본체(121)를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드(1221, 1222)와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드(1221, 1222)와 셀 본체(121)가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스(1211, 1212)가 형성된 구조이다. 아울러, 상기 제1 셀 어셈블리(130)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(120)의 제1 전극 리드(1221)와 제2 전극 리드(1222)가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈(131)이 형성되는 구조이다.
나아가, 상기 제1 어셈블리(130)의 각각의 제1 수용홈(131)에는 제2 셀 어셈블리(140)의 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리(130, 140)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 한편, 상기 제1 및 제2 어셈블리(130, 140) 사이에는 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)가 배치된다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 전지 모듈(100)은 복수개의 전지 셀(120)이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리(130)와 제2 셀 어셈블리(140)를 포함한다. 그리고, 상기 제1 셀 어셈블리(130)의 상면에 제2 셀 어셈블리(140)가 적층되는 구조를 갖는다. 이때, 제1 셀 어셈블리(130)를 구성하는 전지 셀(120)과 제2 셀 어셈블리(140)를 구성하는 전지 셀(120)이 서로 엇갈리게 배열된다. 이는, 제1 셀 어셈블리(130)를 구성하는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)와 제2 셀 어셈블리(140)를 구성하는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 서로 엇갈리게 배열되는 것을 의미한다. 이에 따라, 제1 및 제2 셀 어셈블리(130, 140)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)는 서로 동일한 층에 배열될 수 있으며, 이러한 전지 모듈(100)의 구조에 의해서 전지 모듈의 공간 활용률을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 제1 셀 어셈블리(130)는 8개의 전지 셀(120)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배열되는 구조를 갖는다. 이때, 제1 셀 어셈블리(130)에 포함되는 전지 셀(120)은 서로 이웃하는 전지 셀(120)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 하나의 전지 셀(120)의 제1 전극 리드(1221)는 이웃하는 전지 셀(120)의 제2 전극 리드(1222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(120)은 서로 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 하나의 전지 셀(120)의 제1 전극 리드(1221)는 이웃하는 전지 셀(120)의 제2 전극 리드(1222)와 용접하여 서로 연결한다.
한편, 제1 셀 어셈블리(130)는 복수개의 제1 수용홈(141)을 포함한다. 상기 제1 수용홈(141)은 제2 셀 어셈블리(140)가 제1 셀 어셈블리의 상부에 적층될 때, 상기 제2 셀 어셈블리(140)를 이루는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 배치되는 공간으로, 서로 이웃하는 전지 셀(120)의 전기적 연결에 의해서 형성되는 공간이다.
구체적으로, 제1 셀 어셈블리(130)에서 첫번째 배치된 전지 셀(120)의 제2 전극 리드(1222)는 두번째 배치된 전지 셀(120)의 제1 전극 리드(1221)와 서로 접하도록 배열된다. 이때, 전지 셀(120)의 셀 본체(121)는 일측면이 볼록하게 돌출되는 구조를 갖고 있어, 셀 본체(121)가 형성되어 있지 않은 영역인 제1 및 제2 테라스(1211, 1212)와 제1 및 제2 전극 리드(1221, 1222)가 형성된 영역에는 셀 본체 대비 오목한 홈이 형성된 구조를 갖는다. 즉, 제1 셀 어셈블리(130)에서 서로 이웃하는 셀 본체(121) 사이에는 상대적으로 오목한 홈이 형성된다. 이러한 구조는 제2 셀 어셈블리(140)도 마찬가지다. 여기서, 제1 셀 어셈블리(130)에서 상기 오목한 홈이 제1 수용홈(131)이 되고, 제2 어셈블리(140)에서 상기 오목한 홈은 제2 수용홈(141)이 된다.
그리고, 제1 셀 어셈블리(130)의 상부면에 제2 셀 어셈블리(140)가 적층될 때, 상기 제1 수용홈(131)에는 제2 셀 어셈블리(140)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 배치되고, 제2 수용홈(141)에는 제1 셀 어셈블리(130)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 배치된다. 한편, 제1 셀 어셈블리(130)의 상부면에 제2 셀 어셈블리(140)가 적층될 때, 제1 셀 어셈블리(130)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)와 제2 셀 어셈블리(140)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)는 서로 마주보는 방향으로 적층된다.
본 발명은 이러한 전지 모듈(100)의 구조에 의해서 공간 활용률을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 셀 어셈블리(130, 140)의 전지 셀(120)의 내부에서 가스 발생시 가스 포켓 등의 간격을 확보할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈(100)은 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)를 포함한다. 구체적으로, 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)는 제1 및 제2 어셈블리(130, 140) 사이에 배치된다.
구체적으로, 상기 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)는 제1 및 제2 어셈블리(130, 140)의 제1 및 제2 수용홈(131, 141)에 배치된다. 이에 따라 상기 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)는 제1 및 제2 어셈블리(130, 140) 사이에 배치되어, 전지 셀을 직접 냉각할 수 있다.
이러한 구조에 의해서 전지 셀(120) 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있으며, 그에 따라 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
(제2 실시형태)
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도 및 전지 셀의 구성을 상세하게 보여주는 도면이다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 전지 모듈을 상세 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 전지 모듈(200)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(210); 트레이(210)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(220)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리(230); 및 트레이(210)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(220)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리(240)를 포함한다.
이때, 상기 전지 셀(220)은, 셀 본체(221), 셀 본체(221)를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드(2221, 1222)와 셀 본체(221)가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스(2211, 2212)가 형성된 구조이다. 보다 구체적으로, 상기 전지 셀(220)은 양측면에 각각 제1 및 제2 테라스(2211, 2212)가 넓게 형성되고, 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)가 각각의 제1 및 제2 테라스(2211, 2212)로부터 작게 노출된 구조를 갖는다. 각각의 제1 및 제2 테라스(2211, 2212) 면적은 노출된 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)이 면적 대비 약 10배일 수 있다. 상기 전지 셀(220)은 제1 및 제2 테라스(2221, 2212)의 면적 대비, 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)의 면적을 작게 형성하여, 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)의 노출을 최소화 할 수 있으며, 이에 따라, 전지 셀(220)의 단락(short) 위험성을 줄일 수 있다. 아울러, 제1 및 제2 테라스(2211, 2212)의 면적을 넓게 형성하여, 셀 본체(221) 내부에서 가스 발생시 완충 영역을 확보할 수 있는 이점이 있다.
상기 제1 셀 어셈블리(230)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(220)의 제1 전극 리드(2221)와 제2 전극 리드(2222)가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈(231)이 형성되는 구조다.
나아가, 상기 제1 어셈블리(230)의 각각의 제1 수용홈(231)에는 제2 셀 어셈블리(240)의 전지 셀(220)의 셀 본체(221)가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리(230, 240)에 포함되는 전지 셀(220)의 셀 본체(221)가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 한편, 상기 제1 및 제2 어셈블리(230, 240) 사이에는 단열 패드(250)와 냉각 패드(260)가 배치된다.
한편, 상기 전지 셀(220)은 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)가 돌출된 영역의 셀 본체(221)의 길이가 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)가 돌출되지 않은 영역의 셀 본체(221) 길이 보다 길게 형성된 구조를 갖는다. 즉, 전지 셀(220)은 셀 본체(221)의 길이(L) 보다 폭(W)이 더 길게 형성된 구조를 갖는다.
이는, 전지 셀(220)의 제1 전극 리드(2221)로부터 제2 전극 리드(2222)로 전류가 흐르게 될 때, 제1 전극 리드(2221)로부터 유입된 전류가 제2 전극 리드(2222)로 전달될 때까지의 전류가 흐르는 거리가 단축된다. 이에, 상기 전지 셀(220)의 내부 저항은 감소될 수 있다.
아울러, 상기 전지 셀(220)은 셀 본체(221)가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 전지 셀(220)의 일측면은 셀 본체(221)가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조이며, 전지 셀(220)의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다. 여기서 평탄한 구조는 전지 셀(220)의 바닥이 평평한 것을 의미하는 것으로, 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)와 제1 및 제2 테라스(2211, 2212)의 바닥면은 셀 본체(221)의 바닥면과 동일선상에 위치한다.
특히, 제2 셀 어셈블리(240)가 제1 셀 어셈블리(230) 상부에 적층 될 때, 전지 셀(220)의 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층된다. 이때, 제1 셀 어셈블리(230)에서 전지 셀(220)의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리(240)의 제2 수용홈(241)에 배치되고, 제2 셀 어셈블리(240)에서 전지 셀(220)의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리(230)의 제1 수용홈(241)에 배치된다.
한편, 제2 셀 어셈블리(240)에서 전지 셀(220)이 볼록하게 돌출된 영역의 반대편 영역은 평탄한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 셀 어셈블리(240)의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 전지 모듈(200)은 공간 활용률을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
(제3 실시형태)
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 나타내는 도면이다. 이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(310)에 제1 셀 어셈블리(330)를 수납한다. 상기 제1 셀 어셈블리(330)는 8 개의 전지 셀(320)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 이때, 상기 제1 셀 어셈블리(330)에 포함되는 전지 셀(320)은 서로 이웃하는 전지 셀(320)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 하나의 전지 셀(320)의 제1 전극 리드(3221)는 이웃하는 전지 셀(320)의 제2 전극 리드(3222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(320)은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 제1 셀 어셈블리(330)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(320)의 제1 전극 리드(3221)와 제2 전극 리드(3222)가 연결되는 공간에 제1 수용홈(331)이 형성되는 구조이다(도 6a).
그리고, 상기 제1 수용홈(331)에 단열 패드(350)를 배치시킨다. 상기 단열 패드(350)는 제1 수용홈(341)의 전면에 배치되며, 제1 및 제2 테라스(3211, 3212)와 제1 및 제2 전극 리드(3221, 3222)의 상부면에 배치된다(도 6b).
상기 단열 패드(350)가 배치된 제1 수용홈(341)에 냉각 패드(360)를 배치시키고, 제1 셀 어셈블리(330)에 포함되는 전지 셀(320)의 셀 본체(321) 상부에도 냉각 패드(360)를 배치시킨다. 특히, 상기 셀 본체(321) 상부면에 배치되는 냉각 패드(360)는 전지 셀(320)을 직접적으로 냉각시킬 수 있다(도 6c-6d).
다음으로, 냉각 패드(360)가 배치된 전지 셀(320)의 셀 본체(321) 상부면에 단열 패드(360)를 배치시킨 후, 단열 패드(350)와 냉각 패드(360)가 배치된 제1 셀 어셈블리(330) 상부면에 제2 셀 어셈블리(340)를 적층한다. 한편, 상기 제2 셀 어셈블리(340)는 7 개의 전지 셀(320)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 제2 셀 어셈블리(340)는 제1 셀 어셈블리(330)와 마찬가지로 하나의 전지 셀(320)의 제1 전극 리드(3221)는 이웃하는 전지 셀(320)의 제2 전극 리드(3222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(320)은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 도면에서는 제1 셀 어셈블리(330)는 8 개의 전지 셀(320)을 포함하고, 제2 셀 어셈블리(330)는 7 개의 전지 셀(320)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 제2 셀 어셈블리(340)가 제1 셀 어셈블리(330) 상부면에 적층 될 때, 전지 셀(320)의 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층시킨다. 이때, 제1 셀 어셈블리(330)에서 전지 셀(320)의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리(340)의 제2 수용홈(341)에 배치되고, 제2 셀 어셈블리(340)에서 전지 셀(320)의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리(330)의 제1 수용홈(341)에 배치된다. 이러한 제1 및 제2 셀 어셈블리(330, 340)의 배치에 의하여 전지 모듈(300)의 공간 활용률을 높일 수 있다(도 6e-f).
나아가, 냉각 패드(360)는 전지 셀(320)의 셀 본체(321)와 접하도록 배치되어 전지 셀(320)을 직접적으로 냉각 시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
(제4 실시형태)
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정에서 단열 패드가 배치된 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈(400)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(410)에 제1 셀 어셈블리(430)를 수납한다. 상기 제1 셀 어셈블리(430)는 8 개의 전지 셀(420)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다.
그리고, 상기 제1 셀 어셈블리(430)의 제1 수용홈(431) 단열 패드(450)를 배치시킨다. 상기 단열 패드(450)는 제1 수용홈(431)에 배치되며, 제1 및 제2 테라스(4211, 4212)의 상부면에 배치된다. 한편, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 전지 셀(420)의 셀 본체(421) 상부면에 단열 패드(450)를 배치할 때도 마찬가지로 제2 셀 어셈블리의 제1 및 제2 테라스에 단열 패드를 배치시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
(제5 실시형태)
도 8은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도 및 전지 모듈의 단면도(A-A')이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈(500)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(510); 트레이(510)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(520)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리(530); 및 트레이(510)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(520)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리(540)를 포함한다.
이때, 상기 전지 셀(520)은, 셀 본체(521), 셀 본체(521)를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드(5221, 5222)와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드(5221, 5222)와 셀 본체(521)가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스(5211, 5212)가 형성된 구조이다. 아울러, 상기 제1 셀 어셈블리(530)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(520)의 제1 전극 리드(5221)와 제2 전극 리드(5222)가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈(531)이 형성되는 구조이다.
나아가, 상기 제1 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)에는 제2 셀 어셈블리(540)의 전지 셀(520)의 셀 본체(521)가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리(530, 540)에 포함되는 전지 셀(520)의 셀 본체(521)가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 한편, 상기 제1 및 제2 어셈블리(530, 540) 사이에는 단열 패드(550)와 냉각 패드(560)가 배치된다.
특히, 본 발명에 따른 전지 모듈(500)은 서로 동일한 층에 배열되는 m 개(m 은 2 이상의 정수)의 제1 셀 어셈블리(530)를 포함하며, 서로 동일한 층에 배열되는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 제2 셀 어셈블리(540)를 포함한다. 이때, j번째(j는 1 이상, n-1 이하의 정수) 제1 셀 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)은 j+1 번째 제1 셀 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖고, k번째(k는 1 이상, m-1 이하의 정수) 제2 셀 어셈블리(540)의 각각의 제2 수용홈(541)은 k+1 번째 제2 셀 어셈블리(540)의 각각의 제2 수용홈(541)과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전지 모듈(500)은 서로 동일한 층에 배열되는 4 개의 제1 셀 어셈블리(530)를 포함한다. 이때, 첫번째 제1 셀 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)은 두번째 제1 셀 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)과 동일한 축에 배열된다. 아울러, 본 발명에 따른 전지 모듈(500)은 서로 동일한 층에 배열되는 4 개의 제2 셀 어셈블리(540)를 포함한다. 이때, 첫번째 제2 셀 어셈블리(540)의 각각의 제2 수용홈(541)은 두번째 제2 셀 어셈블리(540)의 각각의 제2 수용홈(541)과 동일한 축에 배열된다.
본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 나타내는 도면이다. 이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(510)에 제1 셀 어셈블리(530)를 수납한다. 상기 제1 셀 어셈블리(530)는 8 개의 전지 셀(520)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 이때, 상기 제1 셀 어셈블리(530)에 포함되는 전지 셀(520)은 서로 이웃하는 전지 셀(520)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 하나의 전지 셀(520)의 제1 전극 리드(5221)는 이웃하는 전지 셀(520)의 제2 전극 리드(5222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(520)은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 제1 셀 어셈블리(530)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(520)의 제1 전극 리드(5221)와 제2 전극 리드(5222)가 연결되는 공간에 제1 수용홈(531)이 형성되는 구조이다(도 9a).
한편, 상기 트레이(510)에 4 개의 제1 셀 어셈블리(530)를 서로 동일한 층에 배열시킨다. 이때, 첫번째 배치된 제1 셀 어셈블리(530)에 형성된 제1 수용홈(531)은 두번째 배치된 제1 셀 어셈블리(530)에 형성된 제1 수용홈(531)과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다(도 9b).
그리고, 상기 제1 수용홈(531)에 단열 패드(550)를 배치시킨다. 상기 단열 패드(550)는 제1 수용홈(531)의 전면에 배치되며, 제1 및 제2 테라스(5211, 5212)와 제1 및 제2 전극 리드(5221, 5222)의 상부면에 배치된다(도 9c).
상기 단열 패드(550)가 배치된 제1 수용홈(531)에 냉각 패드(560)를 배치시키고, 제1 셀 어셈블리(530)에 포함되는 전지 셀(520)의 셀 본체(521) 상부에도 냉각 패드(560)를 배치시킨다. 특히, 상기 셀 본체(521) 상부면에 배치되는 냉각 패드(560)는 전지 셀(520)을 직접적으로 냉각시킬 수 있다(도 9d-9e).
다음으로, 냉각 패드(560)가 배치된 전지 셀(520)의 셀 본체(521) 상부면에 단열 패드(560)를 배치시킨 후, 단열 패드(550)와 냉각 패드(560)가 배치된 제1 셀 어셈블리(530) 상부면에 제2 셀 어셈블리(540)를 적층한다. 한편, 상기 제2 셀 어셈블리(540)는 7 개의 전지 셀(520)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 제2 셀 어셈블리(540)는 제1 셀 어셈블리(530)와 마찬가지로 하나의 전지 셀(520)의 제1 전극 리드(5221)는 이웃하는 전지 셀(520)의 제2 전극 리드(5222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(520)은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 도면에서는 제1 셀 어셈블리(530)는 8 개의 전지 셀(520)을 포함하고, 제2 셀 어셈블리(530)는 7 개의 전지 셀(520)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 제2 셀 어셈블리(540)가 제1 셀 어셈블리(530) 상부면에 적층 될 때, 전지 셀(520)의 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층시킨다. 이때, 제1 셀 어셈블리(530)에서 전지 셀(520)의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리(540)의 제2 수용홈(541)에 배치되고, 제2 셀 어셈블리(540)에서 전지 셀(520)의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리(530)의 제1 수용홈(541)에 배치된다. 이러한 제1 및 제2 셀 어셈블리(530, 540)의 배치에 의하여 전지 모듈(500)의 공간 활용률을 높일 수 있다(도 6f-g).
나아가, 냉각 패드(560)는 전지 셀(520)의 셀 본체(521)와 접하도록 배치되어 전지 셀(520)을 직접적으로 냉각 시킬 수 있다.
(제6 실시형태)
도 10은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈(600)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(610); 트레이(510)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(620)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리(630); 및 트레이(610)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(620)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리(640)를 포함한다.
이때, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리(630, 640)에 포함되는 전지 셀(620)의 셀 본체(621)는 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 구체적으로, 제1 셀 어셈블리(630)의 상부면에 제2 셀 어셈블리(640)가 적층될 때, 제1 셀 어셈블리(630)에 포함되는 전지 셀(620)의 셀 본체(621)와 제2 셀 어셈블리(640)에 포함되는 전지 셀(620)의 셀 본체(621)는 서로 마주보는 방향으로 적층된다.
한편, 제2 셀 어셈블리(640)에서 전지 셀(620)이 볼록하게 돌출된 영역의 반대편 영역은 평탄한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 셀 어셈블리(640)의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다.
나아가, 상기 제2 셀 어셈블리(640)의 평탄한 면에는 다시 제1 어셈블리(630)가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리(630, 640)는 복수개의 층으로 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명은 이러한 전지 모듈(600)의 구조에 의해서 공간 활용률을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 셀 어셈블리(630, 640)의 전지 셀(620)의 내부에서 가스 발생시 가스 포켓 등의 간격을 확보할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 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.
[부호의 설명]
100, 200, 300, 400, 500, 600: 전지 모듈
110, 210, 310, 410, 510, 610: 트레이
120, 220, 320, 420, 520, 620: 전지 셀
121, 221, 321, 421, 521, 621: 셀 본체
1211, 2211, 3211, 4211, 5211: 제1 테라스
1212, 2212, 3212, 4212, 5212: 제2 테라스
1221, 2221, 3221, 5221: 제1 전극 리드
1222, 2222, 3222, 5222: 제2 전극 리드
130, 230, 330, 430, 530, 630: 제1 셀 어셈블리
131, 231, 331, 431, 531: 제1 수용홈
140, 240, 340, 540, 640: 제2 셀 어셈블리
141, 241, 341, 541: 제2 수용홈
150, 250, 350, 450, 550: 단열 패드
160, 260, 360, 560: 냉각 패드

Claims (11)

  1. 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이;
    트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리; 및
    트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리를 포함하고,
    상기 전지 셀은, 셀 본체, 셀 본체를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스가 형성된 구조이며,
    상기 제1 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈이 형성되는 구조이고,
    상기 제1 어셈블리의 각각의 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리의 전지 셀의 셀 본체가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이며,
    상기 제1 및 제2 어셈블리 사이에는 단열 패드와 냉각 패드가 배치되는 구조를 갖는 전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제2 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제2 수용홈이 형성되는 구조이고,
    상기 제2 어셈블리의 각각의 제2 수용홈에는 제1 어셈블리의 전지 셀의 셀 본체가 수용되는 구조를 갖는 전지 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀은, 제1 및 제2 전극 리드가 돌출된 영역의 셀 본체 길이가 제1 및 제2 전극 리드가 돌출되지 않은 영역의 셀 본체 길이 보다 길게 형성된 구조를 갖는 전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀의 일측면은, 셀 본체가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조이며, 전지 셀의 타측면은, 평탄한 구조를 갖는 전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전지 모듈은, 서로 동일한 층에 배열되는 m 개(m 은 2 이상의 정수)의 제1 셀 어셈블리를 포함하며,
    j번째(j는 1 이상, n-1 이하의 정수) 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈은 j+1 번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는 전지 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전지 모듈은, 서로 동일한 층에 배열되는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 제2 셀 어셈블리를 포함하며,
    k번째(k는 1 이상, m-1 이하의 정수) 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈은 k+1 번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는 전지 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    단열 패드는, 제1 및 제2 셀 어셈블리 사이에 배치되되,
    상기 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 제1 및 제2 테라스와 접하는 영역에 배치되거나, 또는 제1 및 제2 테라스와 제1 및 제2 전극 리드와 접하는 영역에 배치되는 구조를 갖는 전지 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    냉각 패드는, 제1 및 제2 셀 어셈블리 사이에 배치되되,
    상기 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체와 접하는 영역에 배치되는 구조를 갖는 전지 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리는, 복수개의 전지 셀이 전기적으로 서로 직렬 연결되는 구조를 갖는 전지 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 동일한 층에 배열되는 구조이며,
    상기 제1 및 제2 셀 어셈블리는 복수개의 층으로 적층되는 구조를 갖는 전지 모듈.
  11. 제 1 항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
PCT/KR2021/008691 2020-09-07 2021-07-08 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 WO2022050555A1 (ko)

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