WO2022177178A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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WO2022177178A1
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battery cell
cell stack
battery
battery module
exterior member
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박수빈
성준엽
박원경
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module in which swelling of a battery cell is effectively improved, and a battery pack including the same.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, laptops, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • the mid-to-large-sized battery module be manufactured as small as possible in size and weight, a prismatic battery, a pouch-type battery, etc. that can be stacked with a high degree of integration and have a small weight to capacity are mainly used as battery cells of the medium and large-sized battery module.
  • the battery module in order to protect the battery cell stack from external impact, heat, or vibration, the front and back of the open front and rear may include a module frame for accommodating the battery cell stack in an internal space.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a view showing the mounting of the battery cell stack to the module frame of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view showing a cross-section taken along the cutting line A-A of FIG. 1 .
  • the conventional battery module 10 accommodates a battery cell stack 12 in which a plurality of battery cells 11 are stacked in one direction, and the battery cell stack 12 .
  • the battery module 10 attaches compression pads 15 to both sides of the battery cell stack 12 , and then presses both sides of the battery cell stack 12 to the lower frame 30 . ) is mounted on Accordingly, the conventional battery module 10 requires a separate pressurizing process for pressurizing the battery cell stack 12 , thereby complicating the process and the production line.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing a part of FIG. 3 .
  • the battery cell 11 swells due to deformation 11A in the width direction during the charging and discharging process.
  • the compression pad 15 is limited to absorb the deformation in the width direction of the battery module 10, there is a problem that can be permanently deformed when an excessively large reaction force acts on the compression pad (15).
  • the battery cell 11 repeats the process of expansion and contraction during charging and discharging. There is also a problem that the deformation of the frame occurs.
  • An object of the present invention is to provide a battery module in which the swelling phenomenon of a battery cell is effectively improved, and a battery pack including the same.
  • a battery module includes: a battery cell stack including a plurality of battery cells stacked in a first direction; an exterior member surrounding the front and rear surfaces and both sides of the battery cell stack; a sensing block positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack; and an elastic member disposed between the side surface of the battery cell stack and the exterior member.
  • the exterior member may wrap the outer surface of the structure in which the elastic member is disposed on the side surface of the battery cell stack.
  • the elastic member may be attached to a side surface of the battery cell stack.
  • the elastic member may extend along a side surface of the battery cell stack.
  • the elastic member may be formed of a leaf spring.
  • An outer surface of the exterior member of the battery module may be exposed.
  • the exterior member may have a width equal to or smaller than the width of the battery cell.
  • the exterior member may be positioned adjacent to a lower portion of the battery cell stack.
  • the exterior member may be made of an elastic material.
  • the exterior member may be formed by wrapping an outer surface of a structure in which the elastic member is disposed on a side surface of the battery cell stack, which is made of the elastic material film.
  • the exterior member may be formed of a heat-shrinkable tube, and upper and lower surfaces of the heat-shrinkable tube may be open.
  • the battery pack according to another embodiment of the present invention may include the above-described battery module.
  • the present invention includes an exterior member surrounding the front and rear surfaces and both sides of the battery cell stack, and an elastic member is included between the exterior member and the side surface of the battery cell stack, so that swelling of the battery cell It is possible to provide a battery module with effectively improved development and a battery pack including the same.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a view showing the mounting of the battery cell stack to the module frame of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view showing a cross-section taken along the cutting line A-A of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is an enlarged view showing a part of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a view showing an upper surface of FIG. 5 .
  • FIG. 8 is a view showing a part of a cross section taken along the cutting line B-B of FIG. 5 .
  • FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. 7 .
  • planar view it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-section”, it means when the cross-section obtained by cutting the target part vertically is viewed from the side.
  • FIG. 5 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a view showing an upper surface of FIG. 5 .
  • the battery module 100 is a battery cell stack 120 including a plurality of battery cells 110 stacked in a first direction (y-axis direction). ; an exterior member 150 surrounding the front and rear surfaces and both sides of the battery cell stack 120 ; and a sensing block 170 positioned on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 .
  • a plurality of battery cells 110 are stacked, and the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell.
  • the battery cell 110 may be manufactured by accommodating the electrode assembly in a pouch case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and then thermally sealing a sealing part of the pouch case.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 form a stacked battery cell stack 120 to be electrically connected to each other.
  • the sensing block 170 may be positioned between the front and rear surfaces of the exterior member 150 and the battery cell stack 120 .
  • the sensing block 170 covers the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 from which the electrode leads 115 protrude, respectively.
  • the sensing block 170 has a kind of basket shape, and may be configured to cover the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , respectively.
  • at least one slit 175 is formed in the sensing block 170 , and when the sensing block 170 is disposed, the electrode leads 115 of the battery cell 110 pass through the slit, so that the electrode lead assembly is formed. can be formed.
  • the exterior member 150 surrounds the sensing block 170 located on the front and rear surfaces of the battery cell stack 120 , and the battery module 100 according to this embodiment is the slit of the sensing block 170 . It is possible to secure insulation performance for the electrode lead assembly formed by passing through.
  • the sensing block 170 may include a material having electrical insulation, for example, a plastic material, a polymer material, or a composite material.
  • a material having electrical insulation for example, a plastic material, a polymer material, or a composite material.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having electrical insulation properties while ensuring rigidity in which at least one slit can be formed may be applied without limitation.
  • the exterior member 150 may surround the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the exterior member 150 is a member composed of both sides and front and rear surfaces, and may have upper and lower surfaces open. That is, the battery cell stack 120 may have both sides and front and rear surfaces covered by the exterior member 150 , and the upper and lower surfaces may be open. In other words, upper and lower surfaces of the battery cell stack 120 may be exposed.
  • the exterior member 150 may be made of an elastic material.
  • the elastic material may be made of at least one of a material such as polyethylene (PE, Polyethylene) and polytetrafluoroethylene (PTFE, Polytetrafluoroethylene).
  • the exterior member 150 may be formed by wrapping the outer surface of the battery cell stack by the film of the elastic material or the heat-shrinkable tube.
  • the heat-shrinkable tube may have an open top and bottom.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having elasticity capable of sufficiently pressing the battery cells 110 included in the battery cell stack 120 while effectively absorbing external shocks may be applied without limitation.
  • the exterior member 150 may prevent swelling of the battery cell and improve dimensional stability of the battery module.
  • the exterior member 150 since the exterior member 150 has elasticity by itself, there is an advantage that deformation according to a change in the volume of the battery cell 110 can be minimized.
  • both sides and front and rear surfaces of the exterior member 150 may have a size corresponding to the size of the outer surface of the battery cell stack, respectively, before wrapping the battery cell stack 120 .
  • both side surfaces of the exterior member 150 may have the same size as the side surface of the battery cell stack 120 or have a size smaller than this.
  • the front and rear surfaces of the exterior member 150 may have the same size as the upper and lower surfaces of the battery cell stack 120 or have a size smaller than this.
  • the exterior member 150 may press the battery cell stack 120 in a predetermined direction and surround the battery cell stack 120 . That is, the exterior member 150 presses the battery cells 110 included in the battery cell stack 120 in a certain direction to prevent swelling of the battery cells and improve dimensional stability of the battery module. .
  • the battery cell stack 120 is simultaneously pressed, so there is no need for a process of separately pressing the battery cell stack 120 . , processes and production lines can be simplified.
  • the exterior member 150 may have a width equal to or smaller than the width of the battery cell 110 .
  • the exterior member 150 may be located adjacent to the lower portion of the battery cell stack 120 . Accordingly, in the present embodiment, while minimizing the area of the exterior member 150, it is possible to prevent the swelling of the battery cell and improve the dimensional stability of the battery module.
  • the outer surface of the exterior member 150 may be exposed while the battery cell stack 120 is wrapped around the exterior member 150 . Accordingly, the lower surface of the battery cell stack 120 can be in direct contact with a heat transfer member (not shown) positioned under the battery module 100, so that the cooling performance of the battery module 100 can be further improved. .
  • the exterior member 150 may contact the pack frame (not shown). Accordingly, in this embodiment, the exterior member 150 can replace the module frames 30 and 40 in the conventional battery module 10, thereby increasing price competitiveness due to the minimization of parts, and reducing the process and cost. This has the advantage of increasing efficiency.
  • the outer surface of the battery cell stack 120 may be attached to the inner surface of the exterior member 150, respectively.
  • the elastic material included in the exterior member 150 may have an adhesive force by itself.
  • the exterior member 150 and the battery cell stack 120 may be fixed through a frictional force between the inner surface of the exterior member 150 and the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • a separate adhesive layer may be formed between the exterior member 150 and the battery cell stack 120 .
  • each of the adhesive layers may be formed of a tape or coated with an adhesive binder. More preferably, the adhesive layer is coated with an adhesive binder or made of a double-sided tape, so that the battery cell stack 120 and the exterior member 150 can be easily fixed.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having adhesive performance capable of fixing the battery cells 110 or between the battery cells 110 and the exterior member 150 to each other may be applied without limitation.
  • the battery cell stack 120 may be stably accommodated in the exterior member 150 .
  • the battery module 100 includes an elastic member 190 disposed between the side surface of the battery cell stack 120 and the exterior member 150 .
  • the elastic members 190 may be respectively disposed between both side surfaces of the battery cell stack 120 and the exterior member 150 .
  • the elastic member 190 may be formed of a leaf spring.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having an elastic restoring force sufficient to absorb a change in volume during expansion of the battery cell 110 may be applied.
  • the elastic member 190 may extend along the side surface of the battery cell stack 120 .
  • the elastic member 190 may extend along the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the elastic member 190 may have the same or smaller size than the outer surface of the battery cell stack 120 .
  • the exterior member 150 may wrap the outer surface of the structure in which the elastic member 190 is disposed on the side surface of the battery cell stack 120 .
  • the elastic member 190 may be formed by wrapping the outer surface of the structure disposed on the side surface of the battery cell stack 120 .
  • the exterior member 150 is made of a heat-shrinkable tube, the upper and lower surfaces of the heat-shrinkable tube are open, and the elastic member 190 is disposed between the side surface of the heat-shrinkable tube and the side surface of the battery cell stack 120 . may have been
  • the elastic member 190 may be disposed on the side surface of the battery cell stack 120 due to its own adhesive force. In this case, the elastic member 190 and the battery cell stack 120 may be fixed by the surface pressure applied by the exterior member 150 .
  • the elastic member 190 and the battery cell 110 may be stably fixed to each other without a separate adhesive layer.
  • the elastic member 190 may be attached to the side surface of the battery cell stack 120 . More specifically, a separate adhesive layer (not shown) may be positioned between the elastic member 190 and the battery cell 110 .
  • the adhesive layer may be formed by an adhesive member such as a double-sided tape or an adhesive.
  • the adhesive layer is not limited to the above, and is not limited as long as it is a material having adhesive performance capable of fixing the battery cell 110 and the elastic member 190 to each other.
  • the battery cells 110 and the elastic member 190 may be mutually bonded to each other, so that the battery cell stack 120 moves in the first direction (y-axis direction).
  • the stiffness and energy density can be further improved.
  • FIG. 8 is a view showing a part of a cross section taken along the cutting line B-B of FIG. 5 .
  • FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. 7 .
  • the battery cells 110 included in the battery cell stack 120 in the battery module 100 . may be directly applied to the elastic member 190 by a reaction force caused by the expansion.
  • the elastic member 190 may absorb a reaction force caused by expansion generated in the battery cell 110 by its own elastic restoring force.
  • the elastic member 190 effectively absorbs the expansion generated in the battery cells 110 included in the battery cell stack 120 , so that the battery cell 110 in the outermost part of the battery cell stack 120 .
  • the reaction force due to expansion can be sufficiently supported.
  • the exterior member 150 is in a direction opposite to the direction in which the reaction force due to the expansion generated in the battery cell 110 is applied. to press the outer surfaces of the battery cell stack 120 and the elastic member 190 .
  • the exterior member 150 presses the outer surface of the battery cell stack 120 together with the elastic restoring force by the elastic member 190 in the battery cell 110 .
  • the generated expansion can be supported, and the swelling phenomenon of the battery cells 110 in the battery module 100 can be more effectively prevented.
  • a battery pack according to another embodiment of the present invention includes the battery module described above. Meanwhile, one or more battery modules according to the present embodiment may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same. belong to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재; 상기 전지셀 적층체의 전후면에 위치하는 센싱 블록을 포함하고; 및 상기 전지셀 적층체의 측면과 상기 외장 부재 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 2월 16일자 한국 특허 출원 제10-2021-0020448호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지셀의 스웰링 현상을 효과적으로 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것일 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 한편, 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 외부 충격, 열 또는 진동으로부터 보호하기 위해, 전면과 후면이 개방되어 전지셀 적층체를 내부 공간에 수납하는 모듈 프레임을 포함할 수 있다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지 모듈의 모듈 프레임에 전지셀 적층체를 장착하는 것을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(11)이 일방향으로 적층된 적층되어 있는 전지셀 적층체(12), 및 전지셀 적층체(12)를 수용하는 모듈 프레임(30, 40), 전지셀 적층체(12)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(50) 및 엔드 플레이트(50)와 전지셀 적층체(12)의 전후면 사이에 형성된 버스바 프레임(13)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(12)의 양측면에 압축 패드(15)를 부착한 후, 전지셀 적층체(12)의 양측면을 가압한 상태에서 하부 프레임(30)에 장착된다. 이에 따라, 종래의 전지 모듈(10)은 전지셀 적층체(12)를 가압하는 별도의 가압 공정이 요구되는 점에서, 공정 및 생산 라인이 복잡해지는 문제가 있다.
도 4은 도 3의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 전지셀(11)은 충방전 과정에서 폭 방향의 변형(11A)이 발생되어 부풀어 오르게 된다. 그러나, 일반적으로 압축 패드(15)는 전지 모듈(10)의 폭 방향의 변형을 흡수하기에는 제한적이며, 압축 패드(15)에 대해 지나치게 큰 반력이 작용하는 경우 영구적으로 변형될 수 있다는 문제가 있다. 특히, 전지셀(11)은 충방전 과정에서 팽창 및 수축되는 과정을 반복하게 되고, 이러한 과정 속에서 전지 모듈(10)의 폭 방향의 변형이 충분히 흡수되지 않으면, 전지 모듈의 스웰링 현상 및 모듈 프레임의 변형 또한 발생되는 문제가 있다.
이에 따라, 전지 모듈의 공정을 비교적 간이하게 하면서도, 전지셀의 팽창 및 수축에 따른 변형이 충분히 흡수하고, 냉각 성능이 향상된 전지 모듈을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지셀의 스웰링 현상을 효과적으로 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재; 상기 전지셀 적층체의 전후면에 위치하는 센싱 블록을 포함하고; 및 상기 전지셀 적층체의 측면과 상기 외장 부재 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함한다.
상기 외장 부재는 상기 탄성 부재가 상기 전지셀 적층체의 측면에 배치되어 있는 구조의 외면을 감쌀 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 전지셀 적층체의 측면에 부착되어 있을 수 있다.
상기 탄성 부재는 상기 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있을 수 있다.
상기 탄성 부재는 판 스프링으로 이루어질 수 있다.
상기 전지 모듈의 상기 외장 부재의 외면이 노출되어 있을 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 전지셀의 폭과 동일한 폭을 가지거나, 이보다 작은 폭을 가질 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 전지셀 적층체의 하부에 인접하게 위치할 수 있다.
상기 외장 부재는 탄성 소재로 이루어질 수 있다.
상기 외장 부재는 상기 탄성 소재의 필름으로 이루어지되, 상기 탄성 부재가 상기 전지셀 적층체의 측면에 배치되어 있는 구조의 외면을 랩핑(wrapping)하여 형성될 수 있다.
상기 외장 부재는 열수축 튜브로 이루어지고, 상기 열수축 튜브의 상하면이 개방되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상술한 전지 모듈을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재를 포함하되, 상기 외장 부재와 상기 전지셀 적층체의 측면 사이에 탄성 부재가 포함되어, 전지셀의 스웰링 현상을 효과적으로 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈의 모듈 프레임에 전지셀 적층체를 장착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 절단선 A-A를 따라 자른 단면을 나타내는 도면이다.
도 4은 도 3의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 7은 도 5의 상면을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 5의 절단선 B-B를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 7의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 도 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 “바로 위에” 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 “위에” 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 전지 모듈의 전후면 중 전면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 후면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈의 분해 사시도이다. 도 7은 도 5의 상면을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 방향(y축 방향)을 따라 적층된 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(120); 전지셀 적층체(120)의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재(150); 및 전지셀 적층체(120)의 전후면에 위치하는 센싱 블록(170)을 포함한다.
또한, 외장 부재(150)에 감싸져 있는 전지셀 적층체(120)는 복수의 전지셀(110)이 적층되어 있되, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하다. 전지셀(110)은 전극 조립체를 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 수납한 뒤 상기 파우치 케이스의 실링부를 열융착하여 제조될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있고, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층된 전지셀 적층체(120)를 형성한다.
또한, 외장 부재(150)와 전지셀 적층체(120)의 전후면 사이에 센싱 블록(170)이 위치할 수 있다. 여기서, 센싱 블록(170)은 전극 리드(115)들이 돌출된 전지셀 적층체(120)의 전후면을 각각 덮는다. 또한, 센싱 블록(170)은 일종의 바스켓 형태를 가지고, 전지셀 적층체(120)의 전후면을 각각 덮도록 구성될 수 있다. 여기서, 센싱 블록(170)에는 적어도 하나의 슬릿(175)이 형성되고, 센싱 블록(170)이 배치될 때 전지셀(110)의 전극 리드(115)들이 상기 슬릿을 통과하여, 전극 리드 접합체가 형성될 수 있다.
이에 따라, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)의 전후면에 위치한 센싱 블록(170)을 함께 감싸게 되어, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 센싱 블록(170)의 상기 슬릿을 통과하여 형성된 전극 리드 접합체 등에 대한 절연 성능을 확보할 수 있다.
일 예로, 센싱 블록(170)은 전기적 절연을 띄는 소재를 포함할 수 있으며, 일례로 플라스틱 소재, 고분자 소재 또는 복합 소재를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 하나의 슬릿이 형성될 수 있는 강성을 확보하면서도, 전기 절연성을 가지는 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)의 외면을 감쌀 수 있다. 여기서, 외장 부재(150)는 양측면 및 전후면으로 이루어지는 부재로서, 상하면이 개방되어 있을 수 있다. 즉, 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(150)에 의해 양측면 및 전후면이 감싸지고, 상하면이 개방되어 있을 수 있다. 다르게 말하면, 전지셀 적층체(120)의 상하면은 노출되어 있을 수 있다.
일 예로, 외장 부재(150)는 탄성 소재로 이루어질 수 있다. 상기 탄성 소재는 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)와 같은 물질 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 여기서, 외장 부재(150)는 상기 탄성 소재의 필름 혹은 열수축 튜브가 상기 전지셀 적층체의 외면을 랩핑(wrapping)하여 형성될 수 있다. 여기서, 상기 열수축 튜브는 상하면이 개방되어 있을 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 외부 충격을 효과적으로 흡수하면서도, 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)을 충분히 가압할 수 있는 탄성을 가지는 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(150)는 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 이와 더불어, 외장 부재(150)는 자체적으로 탄성을 가지고 있어, 전지셀(110)의 부피 변화에 따라 변형되는 것이 최소화될 수 있는 이점이 있다.
또한, 외장 부재(150)의 양측면 및 전후면은 전지셀 적층체(120)를 감싸기이전에, 각각 전지셀 적층체의 외면의 크기와 대응되는 크기를 가질 수 있다. 일 예로, 외장 부재(150)의 양측면은 전지셀 적층체(120)의 측면과 동일한 크기를 가지거나 이보다 작은 크기를 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(150)의 전후면은 전지셀 적층체(120)의 상하면과 동일한 크기를 가지거나 이보다 작은 크기를 가질 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)를 일정한 방향으로 가압하며, 전지셀 적층체(120)를 감쌀 수 있다. 즉, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)을 일정한 방향으로 가압하여, 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전지셀 적층체(120)가 외장 부재(150)에 감싸지는 공정을 통해, 전지셀 적층체(120)가 동시에 가압되어, 별도로 전지셀 적층체(120)를 가압하는 공정이 필요하지 않아, 공정 및 생산 라인이 간이해질 수 있다.
또한, 외장 부재(150)는 전지셀(110)의 폭과 동일한 폭을 가지거나, 이보다 작은 폭을 가질 수 있다. 일 예로, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)의 하부에 인접하게 위치할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(150)의 면적을 최소화하면서도, 전지셀의 스웰링 현상을 방지하고, 전지 모듈의 치수 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 외장 부재(150)는 전지셀 적층체(120)를 감싼 상태에서, 외장 부재(150)의 외면이 노출되어 있을 수 있다. 이에 따라, 전지셀 적층체(120)의 하면은 전지 모듈(100)의 하부에 위치하는 열전달 부재(미도시됨)와 직접 접할 수 있어, 전지 모듈(100)의 냉각 성능이 더욱 향상될 수 있다.
이와 더불어, 전지 모듈(100)이 전지 팩의 팩 프레임(미도시됨)에 장착되는 경우, 외장 부재(150)가 팩 프레임(미도시됨)과 접할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서, 외장 부재(150)가 종래의 전지 모듈(10)에서의 모듈 프레임(30, 40)을 대체할 수 있어, 부품 최소화에 따른 가격 경쟁력이 상승되고, 공정 및 비용의 효율성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 외장 부재(150)의 내면에 전지셀 적층체(120)의 외면이 각각 부착되어 있을 수 있다. 여기서, 외장 부재(150)에 포함된 탄성 소재가 자체적으로 접착력을 가질 수 있다. 또한, 외장 부재(150)와 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(150)의 내면과 전지셀 적층체(120)의 외면 사이의 마찰력을 통해 고정되어 있을 수 있다. 또한, 외장 부재(150)와 전지셀 적층체(120) 사이에 별도의 접착층이 형성되어 있을 수 있다.
일 예로, 상기 접착층은 각각 테이프로 이루어지거나, 접착성 바인더가 코팅되어 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 접착층은 접착성 바인더로 코팅되거나 양면 테이프로 이루어져, 전지셀 적층체(120)와 외장 부재(150)가 용이하게 고정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110) 간 혹은 전지셀(110)과 외장 부재(150) 사이를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않고 적용될 수 있다.
이에 따라, 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(150) 내에 안정적으로 수용되어 있을 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)에 포함되는 탄성 부재(190)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 전지셀 적층체(120)의 측면과 외장 부재(150) 사이에 배치되는 탄성 부재(190)를 포함한다. 일 예로, 전지 모듈(100)에서, 전지셀 적층체(120)의 양측면과 외장 부재(150) 사이에 각각 탄성 부재(190)가 배치되어 있을 수 있다.
일 예로, 탄성 부재(190)는 판 스프링으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지셀(110)의 팽창 시 부피 변화를 흡수할 수 있을 정도의 탄성 복원력을 가지는 소재라면 적용 가능하다.
또한, 탄성 부재(190)는 전지셀 적층체(120)의 측면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 탄성 부재(190)는 전지셀 적층체(120)의 외측면을 따라 연장되어 있을 수 있다. 또한, 탄성 부재(190)는 전지셀 적층체(120)의 외측면에 비해 동일하거나 작은 크기를 가질 수 있다.
또한, 외장 부재(150)는 탄성 부재(190)가 전지셀 적층체(120)의 측면에 배치되어 있는 구조의 외면을 감쌀 수 있다. 일 예로, 외장 부재(150)가 탄성 소재의 필름으로 이루어지는 경우, 탄성 부재(190)가 전지셀 적층체(120)의 측면에 배치되어 있는 구조의 외면을 랩핑(wrapping)하여 형성될 수 있다. 다른 일 예로, 외장 부재(150)가 열수축 튜브로 이루어지는 경우, 상기 열수축 튜브의 상하면이 개방되어 있되, 상기 열수축 튜브의 측면과 전지셀 적층체(120)의 측면 사이에 탄성 부재(190)가 배치되어 있을 수 있다.
일 예로, 탄성 부재(190)는 자체적으로 가지는 접착력에 의해 전지셀 적층체(120)의 측면에 배치되어 있을 수 있다. 이 때, 탄성 부재(190)와 전지셀 적층체(120)는 외장 부재(150)에 의해 가해지는 면압에 의해 고정될 수 있다.
이에 따라, 탄성 부재(190)와 전지셀(110)은 별도의 접착층 없이도 서로 안정적으로 고정되어 있을 수 있다.
다른 일 예로, 탄성 부재(190)는 전지셀 적층체(120)의 측면에 부착되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 탄성 부재(190)와 전지셀(110) 사이에 별도의 접착층(미도시됨)이 위치할 수 있다. 일 예로, 상기 접착층(미도시됨)은 양면 테이프 또는 접착제와 같은 접착 부재에 의해 형성될 수 있다. 다만, 상기 접착층은 상술한 내용에 한정되지 아니하고, 전지셀(110) 및 탄성 부재(190)를 서로 고정시킬 수 있는 접착 성능을 가진 물질이라면 제한되지 않는다.
이에 따라, 본 실시예의 전지 모듈(100)은 전지셀(110)과 탄성 부재(190) 사이가 상호 접착될 수 있어, 전지셀 적층체(120)의 상기 제1 방향(y축 방향)으로의 강성 및 에너지 밀도가 더욱 향상될 수 있다.
도 8은 도 5의 절단선 B-B를 따라 자른 단면의 일부를 나타내는 도면이다. 도 9는 도 7의 일부를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 전지셀 적층체(120)의 상기 제1 방향(y축 방향)을 기준으로, 전지 모듈(100) 내 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)에서 발생되는 팽창에 의한 반력이 탄성 부재(190)에 직접 가해질 수 있다. 여기서, 탄성 부재(190)는 자체적으로 가지는 탄성 복원력에 의해, 전지셀 (110)에서 발생되는 팽창에 의한 반력을 흡수할 수 있다.
이에 따라, 탄성 부재(190)는 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(110)에서 발생되는 팽창을 효과적으로 흡수하여, 전지셀 적층체(120)의 최외곽에서 전지셀(110)의 팽창에 의한 반력을 충분히 지지할 수 있다.
이와 더불어, 전지셀 적층체(120)의 상기 제1 방향(y축 방향)을 기준으로, 외장 부재(150)는 전지셀(110)에서 발생되는 팽창에 의한 반력이 가해지는 방향과는 반대 방향으로 전지셀 적층체(120) 및 탄성 부재(190)의 외면을 가압할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 외장 부재(150)가 전지셀 적층체(120)의 외면을 가압하는 것과 함께 탄성 부재(190)에 의한 탄성 복원력으로 전지셀(110)에서 발생되는 팽창을 지지할 수 있어, 전지 모듈(100) 내 전지셀(110)의 스웰링 현상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은 상기에서 설명한 전지 모듈을 포함한다. 한편, 본 실시 예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100: 전지 모듈
110: 전지셀
120: 전지셀 적층체
150: 외장 부재
170: 센싱 블록
190: 탄성 부재

Claims (12)

  1. 제1 방향을 따라 적층된 복수의 전지셀을 포함하는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체의 전후면 및 양측면을 감싸는 외장 부재;
    상기 전지셀 적층체의 전후면에 위치하는 센싱 블록을 포함하고; 및
    상기 전지셀 적층체의 측면과 상기 외장 부재 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함하는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 외장 부재는 상기 탄성 부재가 상기 전지셀 적층체의 측면에 배치되어 있는 구조의 외면을 감싸는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 탄성 부재는 상기 전지셀 적층체의 측면에 부착되어 있는 전지 모듈.
  4. 제2항에서,
    상기 탄성 부재는 상기 전지셀 적층체의 측면을 따라 연장되어 있는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 탄성 부재는 판 스프링으로 이루어지는 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 전지 모듈의 상기 외장 부재의 외면이 노출되어 있는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 외장 부재는 상기 전지셀의 폭과 동일한 폭을 가지거나, 이보다 작은 폭을 가지는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 외장 부재는 상기 전지셀 적층체의 하부에 인접하게 위치하는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 외장 부재는 탄성 소재로 이루어지는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 외장 부재는 상기 탄성 소재의 필름으로 이루어지되, 상기 탄성 부재가 상기 전지셀 적층체의 측면에 배치되어 있는 구조의 외면을 랩핑(wrapping)하여 형성되는 전지 모듈.
  11. 제9항에서,
    상기 외장 부재는 열수축 튜브로 이루어지고,
    상기 열수축 튜브의 상하면이 개방되어 있는 전지 모듈.
  12. 제1항의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩.
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