WO2023090949A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 Download PDF

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WO2023090949A1
WO2023090949A1 PCT/KR2022/018337 KR2022018337W WO2023090949A1 WO 2023090949 A1 WO2023090949 A1 WO 2023090949A1 KR 2022018337 W KR2022018337 W KR 2022018337W WO 2023090949 A1 WO2023090949 A1 WO 2023090949A1
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WO
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side plate
battery
battery module
bus bar
bar frame
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PCT/KR2022/018337
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English (en)
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서성원
윤현기
주은아
하라슈토시우베
파슬토마스
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • 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 including a plurality of battery cells and a battery pack including the same.
  • secondary batteries capable of charging and discharging are a solution to air pollution, such as existing gasoline vehicles using fossil fuels, electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV), etc., the need for development of secondary batteries is increasing.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator therebetween, and a battery case in which the electrode assembly is sealed and housed together with an electrolyte solution.
  • lithium secondary batteries can be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of an exterior material.
  • a battery module electrically connecting multiple battery cells this is used In this battery module, capacity and output are improved by forming a battery cell stack in which a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other.
  • one or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems such as a battery disconnect unit (BDU), a battery management system (BMS), and a cooling system to form a battery pack.
  • BDU battery disconnect unit
  • BMS battery management system
  • a cooling system to form a battery pack.
  • the battery pack When constructing a battery pack, it is common to construct a battery pack by first constructing a battery module and adding other components using the battery module.
  • the battery module In the case of a conventional battery pack, the battery module is manufactured by arranging the battery module on a housing structure such as a pack tray, and the battery pack is mounted on a vehicle or the like.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional battery module 10.
  • a conventional battery module 10 has a form in which a plurality of battery cells are accommodated and sealed in a module housing 20 .
  • a suction device 11 may be used.
  • a plurality of suction devices 11 may be attached to and operated on the top surface of the module housing 20 of the battery module 10 to transfer the battery module 10 .
  • the suction device 11 as described above is one example of a method of transporting the battery module 10, but since the conventional battery module 10 has a module housing 20, the module housing 20 is removed during the transport process. It is common to use
  • the energy density of the entire battery pack is lowered and the weight of the battery pack is increased due to the weight or volume of the housing structure itself, such as the module housing of the battery module or the pack tray. there is.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a battery module having high energy density and light weight, and a battery pack including the same.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; And a first side plate and a second side plate respectively located on both sides of the battery cell stack. At least one lifting hole is formed in each of the first side plate and the second side plate.
  • the lifting hole has an insertion hole and a fastening hole overlapping each other, and an opening area of the insertion hole is larger than an opening area of the fastening hole.
  • the fastening hole may be positioned above the insertion hole, and an opening area of the insertion hole and an opening area of the fastening hole may be connected to each other.
  • the insertion hole and the fastening hole may each have a circular or polygonal opening shape.
  • the battery module may include a first end plate and a second end plate positioned on one side and the other side of the battery cell stack, respectively; A first bus bar frame positioned between the battery cell stack and the first end plate; And it may further include a second bus bar frame located between the battery cell stack and the second end plate.
  • the lifting hole may be formed in a portion corresponding to the first bus bar frame or a portion corresponding to the second bus bar frame in the first side plate or the second side plate.
  • Chamber units may be formed in a first bus bar frame portion corresponding to one of the lifting holes and a second bus bar frame portion corresponding to another one of the lifting holes.
  • the chamber part may have an open side, and the lifting hole may be located on the open side of the chamber part.
  • the battery module may further include bus bars mounted on the first bus bar frame and the second bus bar frame, and the electrode leads of the battery cells are the first bus bar frame or the second bus bar frame. After passing through the lead slit formed in, it can be bent and connected to the bus bar.
  • a transfer member may be inserted into the insertion hole, and the transfer member may lift the battery module through the fastening hole.
  • the battery module may further include connecting members positioned on upper and lower sides of the battery cell stack and connecting the first side plate and the second side plate.
  • the connecting member may be a band member connected to the first side plate and the second side plate.
  • the band member may include a band body disposed above or below the battery cell stack and band clips bent from the band body and fixed to the first side plate and the second side plate, respectively.
  • connection member may include long bolt members fastened to the first side plate and the second side plate.
  • the connecting members may be spaced apart from each other.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes the battery module; and a pack tray accommodating the battery module.
  • the first side plate and the second side plate of the battery module are fixed to the pack tray.
  • the first side plate and the second side plate are each a support portion disposed perpendicular to the bottom portion of the pack tray to support the outermost battery cell of the battery cell stack and a direction perpendicular to one surface of the support portion. It may include a fixing part protruding, and the fixing part may be fixed to the pack tray.
  • the battery pack may further include a mounting beam disposed on an upper surface of the bottom part of the pack tray, and the fixing part may be fixed to the mounting beam.
  • the fixing part may be positioned higher than a height of the mounting beam in a height direction.
  • a battery module and a battery pack including the battery module having improved energy density per weight and light weight due to a simplified module structure.
  • module handling using side plates can be applied to improve manufacturing process and space utilization.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a side view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a partial perspective view showing an enlarged portion A of FIG. 2 .
  • FIG. 6 is a schematic view of a lifting hole according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial perspective view showing an enlarged portion B of FIG. 3 .
  • FIG. 8 is a perspective view showing a transfer member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the battery module of FIG. 2 and the transfer member of FIG. 8 together.
  • FIG. 10 is a partial perspective view showing an enlarged portion C of FIG. 9 .
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a process of transferring the battery module according to the present embodiment using a transfer member.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a side plate and a connecting member according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a first side plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a partial perspective view illustrating a method of fixing a battery module to a pack tray in the battery pack according to the present embodiment.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • a part when a part is said to be “directly on” another part, it means that there is no other part in between.
  • a reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily be located “on” or “on” in the opposite direction of gravity does not mean no.
  • planar image it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional image”, it means when a cross section of the target part cut vertically is viewed from the side.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 2; 4 is a side view of a battery cell included in the battery module of FIG. 3 .
  • the battery module 100 includes a battery cell stack 120 in which a plurality of battery cells 110 are stacked and a battery cell stack 120 It includes a first side plate 210 and a second side plate 220 respectively positioned on both sides.
  • the battery cell 110 may be a pouch type battery cell.
  • a pouch-type battery cell may be formed by accommodating an electrode assembly in a pouch case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and then bonding the outer periphery of the pouch case.
  • These battery cells 110 may be formed in a rectangular sheet structure.
  • the two electrode leads 111 and 112 face each other and protrude from one end 114a and the other end 114b of the battery body 113, respectively.
  • the battery cell 110 is manufactured by adhering both ends 114a and 114b of the battery case 114 and one side portion 114c connecting them in a state in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in the battery case 114. It can be.
  • the battery cell 110 according to an embodiment of the present invention has a total of three sealing parts, the sealing part has a structure that is sealed by a method such as fusion, and the other side may be made of the connection part 115.
  • the battery cell 110 described above is an exemplary structure, and a unidirectional battery cell in which two electrode leads protrude in the same direction is of course possible.
  • These battery cells 110 may be composed of a plurality, and the plurality of battery cells 110 are stacked so as to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 120 .
  • a plurality of battery cells 110 may be stacked along a direction parallel to the y-axis.
  • the battery case 114 generally has a laminate structure of a resin layer/metal thin film layer/resin layer.
  • a battery case surface is made of an O (oriented)-nylon layer
  • a plurality of battery cells are stacked to form a medium or large battery module, they tend to slide easily due to external impact.
  • an adhesive member such as adhesive adhesive such as double-sided tape or chemical adhesive bonded by a chemical reaction during bonding is attached to the surface of the battery case to form a battery cell laminate. (120) can be formed.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 are located on both sides of the battery cell stack 120, respectively, to support the battery cell stack 120. More specifically, the direction in which the plurality of battery cells 110 are stacked, that is, may be located on both sides of a direction parallel to the y-axis in FIG. 3 . At least one lifting hole (200H) is formed in each of the first side plate 210 and the second side plate 220. The lifting hole 200H will be described later.
  • the battery module 100 is located on the upper and lower sides of the battery cell stack 120, respectively, and connecting members connecting the first side plate 210 and the second side plate 220 ( 600) may be included.
  • the battery module 100 is not a type in which the battery cell stack 120 is accommodated and sealed in a module housing, and the amount of the battery cell stack 120 It may have a configuration in which the first side plate 210 and the second side plate 220 are disposed on the side surface and the first side plate 210 and the second side plate 220 are fixed through the connecting members 600. . That is, the battery module 100 according to the present embodiment has a simplified module housing structure compared to the prior art, and can be directly mounted on a battery pack without a sealed module housing. The form mounted on the battery pack will be described later along with FIGS. 14 and 15 .
  • the module housing structure is omitted to increase space utilization in a battery pack unit, which will be described later, and improve overall energy density and reduce weight.
  • the connecting members 600 may be spaced apart from each other.
  • a heat conduction member and a heat sink can be disposed in the space between the spaced connection members 600, which is advantageous in that only one cooling member can be provided by integrating the cooling member in the module unit and the cooling member in the pack unit. leads to That is, it is possible to integrate and shorten the cooling path of the battery module 100 inside the battery pack, so that weight reduction and cost reduction can be realized.
  • FIG. 5 is a partial perspective view showing an enlarged portion A of FIG. 2 .
  • At least one lifting hole 200H is formed in each of the first side plate 210 and the second side plate 220 according to the present embodiment.
  • the number and location of the lifting holes 200H for example, as shown in FIG. 3, two lifting holes 200H may be formed at portions adjacent to both ends of the first side plate 210, respectively. and two other lifting holes 200H may be formed at portions adjacent to both ends of the second side plate 220, respectively.
  • the lifting hole 200H is a through hole formed in the first side plate 210 or the second side plate 220, and the insertion hole 210H and the fastening hole 220H overlap each other.
  • the two holes overlap each other, and the opening area of the insertion hole 210H and the opening area of the fastening hole 220H may be connected to each other.
  • the opening area of the insertion hole 210H is larger than the opening area of the fastening hole 220H.
  • the fastening hole 220H may be located above the insertion hole 210H.
  • FIG. 6 is a schematic view of a lifting hole according to various embodiments of the present invention.
  • the opening areas of the insertion holes 210H and 210H' are fastening holes 220H and 220H' ) If it is larger than the opening area of the insertion hole (210H, 210H ') and fastening hole (220H, 220H'), there is no particular limitation on the shape, but the insertion hole (210H, 210H') and fastening hole (220H, 220H') Each may have a circular or polygonal opening shape.
  • FIG. 6(a) shows an embodiment in which the insertion hole 210H and the fastening hole 220H are each circularly opened. Since the insertion hole 210H has a radius r1 larger than the fastening hole 220H radius r2, the insertion hole 210H may have a larger opening area.
  • FIG. 6(b) shows an embodiment in which the insertion hole 210H' and the fastening hole 220H' each have a rectangular opening as an example of a polygonal opening shape. Similarly, the insertion hole 210H' may have a larger opening area.
  • FIG. 7 is a partial perspective view showing an enlarged portion B of FIG. 3 .
  • the battery module 100 includes a first end plate 310 positioned on one side and the other side of the battery cell stack 120, respectively. and a second end plate 320; A first bus bar frame 410 located between the battery cell stack 120 and the first end plate 310; And a second bus bar frame 420 located between the battery cell stack 120 and the second end plate 320 may be further included.
  • the first bus bar frame 410 and the first end plate 310 on one side of the direction in which one electrode lead (111, see FIG. 4) of the battery cell 110 protrudes (x-axis direction) May be located in sequence
  • the second bus bar frame 420 and the second end plate on the other side of the direction in which the other electrode lead (112, see FIG. 4) of the battery cell 110 protrudes (-x-axis direction) (320) may be located in turn.
  • the first bus bar frame 410 and the second bus bar frame 420 are the front surface of the battery cell stack corresponding to the directions in which the electrode leads 111 and 112 protrude (x-axis direction and -x-axis direction) and It may be arranged to cover the rear surface, respectively.
  • the first end plate 310 and the second end plate 320 may be disposed to cover one surface of the first bus bar frame 410 and one surface of the second bus bar frame 420, respectively.
  • the first end plate 310 and the second end plate 320 may be a plastic insulating cover having electrical insulation, and the first bus bar frame 410 and the second bus bar frame 420 may be disposed on the bus bar frame 420. It is possible to protect the bar 500, the electrode leads 111 and 112, and other electrical components from the outside and at the same time block the possibility of a short circuit with the outside.
  • a coupling method between the first and second end plates 310 and 320 and the first and second side plates 210 and 220 is not particularly limited. For example, a mechanical coupling method or a bolting coupling may be applied.
  • the first end plate 310 and the second end plate 320 may have high rigidity by including a metal material such as aluminum.
  • a metal material such as aluminum.
  • the battery module 100 may further include bus bars 500 mounted on the first bus bar frame 410 and the second bus bar frame 420.
  • the second bus bar frame 420 and the bus bar 500 attached thereto are omitted from the illustration, but may have a structure similar to that of the first bus bar frame 410 shown in FIG. 7 .
  • the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 may pass through lead slits formed in the first bus bar frame 410 or the second bus bar frame 420 and then be bent and connected to the bus bar 500. . More specifically, any one electrode lead 111 may be connected to the bus bar 500 after passing through the lead slit of the first bus bar frame 410, and the other electrode lead 112 may be connected to the second bus bar frame ( After passing through the lead slit of 420, it may be connected to the bus bar 500.
  • the connection method between the electrode leads 111 and 112 and the bus bar 500 is not particularly limited, but welding may be performed as an example.
  • the battery cells 110 constituting the battery cell stack 120 may be connected in series or parallel to each other.
  • the first bus bar frame 410 or the second bus bar frame 420 has a terminal bus bar for external power connection of the battery module 100 or for transmitting voltage and temperature sensing information. Modular connectors may be mounted.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 may be disposed to cover the side surface of the first bus bar frame 410 and the side surface of the second bus bar frame 420.
  • the lifting holes 200H correspond to the first bus bar frame 410 or the second bus bar frame 420 in the first side plate 210 or the second side plate 220. It can be formed in the part where
  • the two lifting holes 200H adjacent to each end of the first side plate 210 correspond to the first bus bar frame 410 and the second bus bar frame ( 420) and corresponding parts.
  • the two lifting holes 200H adjacent to both ends of the second side plate 220 are located at a portion corresponding to the first bus bar frame 410 and a portion corresponding to the second bus bar frame 420, respectively. can be formed
  • a part of the first bus bar frame 410 corresponding to any one of the lifting holes 200H and a second bus bar frame 420 corresponding to the other one of the lifting holes 200H A chamber unit 400C may be formed in each part. 7 shows only the chamber portion 400C formed in the first bus bar frame 410, but similarly, the chamber portion 400C may also be formed in the second bus bar frame 420.
  • the chamber unit 400C may have one side open. More specifically, the chamber unit 400C may be recessed into the other side in the opposite direction to the one side, and the one side may be open and the remaining portion may be blocked.
  • a lifting hole 200H according to the present embodiment may be located on the opened side of the chamber part 400C.
  • the transfer member 900 is inserted into the lifting hole 200H according to the present embodiment, and the chamber unit 400C according to the present embodiment includes the transfer member. Internal parts of the battery module 100 may be protected from (900).
  • the handling method is a concept that collectively refers to transportation or handling of the battery module 100, such as a process of moving the battery module 100 or assembling it into a battery pack.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a transfer member according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a perspective view showing the battery module of FIG. 2 and the transfer member of FIG. 8 together.
  • 10 is a partial perspective view showing an enlarged portion C of FIG. 9 .
  • 11 is a perspective view illustrating a process of transferring the battery module according to the present embodiment using a transfer member.
  • the conveying member 900 is inserted into the lifting hole 200H, and the conveying member 900 may lift the battery module 100 through the fastening hole 220H.
  • the conveying member 900 may include an insertion part 910 , a fastening part 920 and a rod part 930 .
  • the insertion part 910 is a member inserted into the insertion hole 210H of the lifting hole 200H, and may have a shape corresponding to the opening shape of the insertion hole 210H.
  • the fastening part 920 is a member that can be coupled to the fastening hole 220H of the lifting hole 200H, and connects the insertion part 910 and the rod part 930 and corresponds to the opening shape of the fastening hole 220H. can have a shape.
  • the opening area of the fastening hole 220H is smaller than that of the insertion hole 210H, and accordingly, the fastening part 920 has a smaller radius than the insertion part 910 .
  • the radius of the insertion portion 910 may be smaller than the radius of the insertion hole 210H and larger than the radius of the fastening hole 220H.
  • the rod portion 930 may be a rod-shaped member connected to the fastening portion 920 .
  • FIG. 9 and 10 show a state before the insertion part 910 and the fastening part 920 are inserted into the insertion hole 210H.
  • the insertion part 910 and the fastening part 920 of the conveying member 900 are inserted into the insertion hole 210H of the lifting hole 200H.
  • the transfer member 900 is lifted upward, the fastening part 920 is coupled to the fastening hole 220H, and the battery module 100 can be transferred.
  • the fastening hole 220H is preferably located above the insertion hole 210H so that the fastening part 920 is naturally coupled to the fastening hole 220H.
  • the radius of the insertion part 910 is smaller than the radius of the insertion hole 210H and larger than the radius of the fastening hole 220H, after the fastening part 920 comes into contact with the fastening hole 220H
  • the insertion part 910 may function as a hooking structure. That is, the insertion unit 910 may prevent the transfer member 900 from escaping to the outside through the fastening hole 220H during the handling process of the battery module 100 .
  • the battery module 100 according to the present embodiment has a module housing structure omitted, so it is suitable for handling.
  • Lifting holes 200H are provided in the first side plate 210 and the second side plate 220 . That is, the lifting hole 200H and the transfer member 900 according to the present embodiment implement a handling method that can be optimally applied to the battery module 100 of the present embodiment in which the module housing is simplified.
  • the handling process can be simplified and costs can be reduced.
  • the lifting holes 200H are part of the first side plate 210 or the second side plate 220 corresponding to the first bus bar frame 410 or the second bus bar frame 410. It may be formed in a portion corresponding to the bar frame 420. Accordingly, the chamber unit 400C may be provided in the first bus bar frame 410 and the second bus bar frame 420, and the internal parts of the battery module 100 may be removed from the transfer member 900 during the handling process. can protect
  • the lifting holes 200H are disposed in a portion corresponding to the first bus bar frame 410 and a portion corresponding to the second bus bar frame 420, located at four corners from the viewpoint of the battery module 100 Therefore, the battery module 100 can be stably lifted.
  • connection member applied to the battery module according to the present embodiment will be described in detail.
  • the battery module 100 may include connecting members 600 connecting the first side plate 210 and the second side plate 220. there is.
  • the connecting member 600 may be a band member 600a connected to the first side plate 210 and the second side plate 220 .
  • the band member 600a may include an elastic metal material, and may be provided with one or a plurality of band members. In the case of a plurality of band members (600a) disposed, it may be spaced apart from each other at regular intervals. 2 and 3, as an example, it is shown that three band members 600a are disposed on the upper and lower sides of the battery cell stack 120, respectively.
  • This band member (600a) may include a band body (610a) and a band clip (620a).
  • the band body 610a is made of a material having elasticity of a predetermined length, and may be disposed on at least one of an upper side or a lower side of the battery cell stack 120 .
  • the band clip 620a is integrally formed with the band body 610a, and may be bent at both ends of the band body 610a and fixed to the first side plate 210 or the second side plate 220.
  • the band clip 620a may be fixed to the first side plate 210 or the second side plate 220 by welding.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a side plate and a connecting member according to another embodiment of the present invention.
  • other components are omitted and only the first side plate 210, the second side plate 220, and the connecting member 600 are shown.
  • the connecting member 600 may include a long bolt member 600b fastened to the first side plate 210 and the second side plate 220. there is.
  • the long bolt member 600b may be provided in at least one or a plurality of pieces.
  • the long bolt member 600b is fastened through the first side plate 210 and the second side plate 220, respectively, to fix the first side plate 210 and the second side plate 220.
  • This long bolt member (600b) may be disposed on at least one of the upper side or lower side of the battery cell stack (120).
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a first side plate according to an embodiment of the present invention. Since the second side plate may have the same or similar structure as the first side plate, the following description will be made based on the first side plate.
  • the support portion (200S) for supporting the outermost battery cell of the battery cell stack And it may include a fixing part (200F) protruding in a direction perpendicular to one surface of the support part (200S).
  • the aforementioned lifting hole 200H may be formed in the support portion 200S of the first side plate 210 and the second side plate 220 .
  • a through hole 200FH for mounting and fixing may be formed in the fixing part 200F.
  • the number of fixing parts 200F is not particularly limited, and may be provided in one or a plurality. 13 shows a plurality of fixing parts 200F arranged at predetermined intervals.
  • 14 is a perspective view illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a partial perspective view illustrating a method of fixing a battery module to a pack tray in the battery pack according to the present embodiment.
  • a battery pack 1000 according to an embodiment of the present invention includes a battery module 100 and a pack tray 1100 accommodating the battery module.
  • the pack tray 1100 is a structure having an internal space, and one or more battery modules 100 may be accommodated therein.
  • One or more battery modules 100 are disposed on the bottom portion 1100F of the pack tray 1100.
  • a pack cover covering the open top of the pack tray 1100 may be disposed.
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 support the outermost battery cell of the battery cell stack and are perpendicular to the bottom portion 1100F of the pack tray 1100. It may include a support part (200S) disposed in one form and a fixing part (200F) protruding in a direction perpendicular to one surface of the support part (200S). At this time, the fixing part 200F may be fixed to the pack tray 1100.
  • the battery pack 1000 may further include a mounting beam 1200 disposed on an upper surface of the bottom portion 1100F of the pack tray 1100, and the fixing portion 200F is It may be fixed to the mounting beam 1200.
  • the mounting beam 1200 has a shape extending along one direction from the upper surface of the bottom portion 1100F of the pack tray 1100 . Although not specifically shown, when a plurality of battery modules 100 are disposed, the mounting beam 1200 may be positioned between the battery modules 100 . The mounting beam 1200 may fix the battery module 100 and buffer shock transmitted to the battery module 100 from external impact.
  • a through hole 200FH for mounting and fixing may be formed in the fixing part 200F.
  • the fixing part 200F may be positioned higher than the height of the mounting beam 1200 .
  • the height direction means a direction perpendicular to one surface of the bottom portion 1100F of the pack tray 1100 .
  • the fixing part 200F may be fixed to the upper surface of the mounting beam 1200, and as shown in FIG. 15, bolting may be performed. That is, a mounting hole 1200H having a screw thread may be formed on the upper surface of the mounting beam 1200, and the bolt-shaped fastening member 1300 passes through the through hole 200FH of the fixing part 200F. It may be inserted and fastened into the rear mounting hole 1200H.
  • the battery module 100 may be fixed to the pack tray 1100 through the first side plate 210 and the second side plate 220 to form the battery pack 1000. there is.
  • the internal electrolyte is decomposed and gas is generated, so that the battery cell 110 swells, that is, a swelling phenomenon may occur. If the swelling of the battery cells 110 cannot be controlled, structural deformation of the battery module 100 in which a plurality of battery cells 110 are stacked may occur, and the durability and performance of the battery module 100 may be adversely affected. can have an impact
  • the degree of swelling is greater. That is, in order to manufacture high-capacity battery modules and battery packs, it is essential to effectively control swelling of the battery cells 110 inside the battery modules or battery packs.
  • the pouch type battery cells 110 since the pouch type battery cells 110 usually have a large degree of swelling in the thickness direction, the structure directly related to the swelling control is disposed on both sides of the battery cell stack 120. These are the first side plate 210 and the second side plate 220 .
  • the battery module 100 includes a first side plate 210 and a second side plate 220 and a connecting member connecting them, rather than a module housing that integrally surrounds the battery cell stack ( 600) has a simplified housing structure. Since it is not the conventional module housing form shown in FIG. 1, it may be difficult to have lateral stiffness and durability sufficient to control the swelling of the battery cells 110.
  • the battery module 100 having a simplified housing structure is disposed so that the first side plate 210 and the second side plate 220 are directly connected to the pack tray 1100. While coupled and fixed to the mounting beam 1200 on the upper side, the mounting beam 1200 supports the first side plate 210 or the second side plate 220 from the side and is designed to control swelling.
  • the mounting beam 1200 can supplement the rigidity and durability of the battery module 100 for swelling control at the same time. made it possible
  • the first side plate 210 and the second side plate 220 according to the present embodiment are formed with lifting holes 200H to function as a handling structure. It can be directly fixed to the mounting beam 1200 on the pack tray 1100 to perform a mounting fixing function, and can also perform a rigidity supplementing function for swelling control of the battery module 100.
  • a pad 700 may be located.
  • the compression pad 700 is a member in the form of a foam, and may be disposed for the purpose of absorbing swelling and heat insulation of the battery cells 110 .
  • the battery module 100 further includes an insulating sheet 800 positioned between the battery cell stack 120 and the connecting members 600 located on the upper side of the battery cell stack 120.
  • the insulating sheet 800 is an electrically insulating thin sheet, and may be disposed to cover the entire top surface of the battery cell stack 120 to ensure electrical insulation of the upper side of the battery cell stack 120 .
  • the insulating sheet 800 may be an insulating film or an insulating tape, and may have a thickness of 0.1 mm or less.
  • an insulating sheet is not disposed between the battery cell stack 120 and the connecting members 600 . That is, an embodiment in which the upper surface of the battery cell stack 120 is exposed to the outside through between the connecting members 600 is also possible.
  • the battery pack according to the present embodiment may further include various control and protection systems such as a battery management system (BMS), a battery disconnect unit (BDU), and a cooling system as well as a battery module.
  • BMS battery management system
  • BDU battery disconnect unit
  • cooling system as well as a battery module.
  • the battery module or battery pack according to the present embodiment described above can be applied to various devices. Specifically, it can be applied to means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, or energy storage systems (ESS), but is not limited thereto and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • means of transportation such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, or energy storage systems (ESS), but is not limited thereto and can be applied to various devices that can use secondary batteries.
  • ESS energy storage systems

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체의 양 측면에 각각 위치하는 제1 사이드 플레이트와 제2 사이드 플레이트를 포함한다. 상기 제1 사이드 플레이트와 상기 제2 사이드 플레이트 각각에 리프팅 홀이 적어도 하나 형성된다. 상기 리프팅 홀은, 삽입홀과 체결홀이 중첩된 형태이고, 상기 삽입홀의 개구 면적이 상기 체결홀의 개구 면적보다 크다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 11월 19일자 한국 특허 출원 제10-2021-0159973호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 복수의 전지셀들을 포함하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체 및 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BDU(Battery Disconnect Unit), BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지팩을 형성할 수 있다.
전지팩을 구성할 때, 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 전지 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가함으로써, 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 종래의 전지팩의 경우 전지 모듈을 팩 트레이와 같은 하우징 구조물에 배치하여 제조되고, 이러한 전지팩을 자동차 등에 장착한다.
도 1은 종래의 전지 모듈(10)을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은, 다수의 전지셀들이 모듈 하우징(20)에 수납 및 밀폐된 형태를 갖는다. 이러한 전지 모듈(10)을 이송하는 과정에서 흡입 장비(11)를 이용할 수 있다. 구체적으로, 다수의 흡입 장비(11)가 전지 모듈(10)의 모듈 하우징(20)의 상단면에 부착되고 작동하여, 전지 모듈(10)을 이송시킬 수 있다. 상기와 같은 흡입 장비(11)는 전지 모듈(10)을 이송하는 방법 중 하나의 예시이나, 종래의 전지 모듈(10)은 모듈 하우징(20)을 갖기 때문에 이송 과정에서 이러한 모듈 하우징(20)을 이용하는 것이 일반적이다.
종래의 전지 모듈을 갖는 전지팩의 구조에서는, 전지 모듈의 모듈 하우징이나 팩 트레이와 같은 하우징 구조물 자체의 무게나 부피 등에 의해 전체 전지팩의 에너지 밀도가 저하되며, 전지팩의 무게가 증가되는 문제가 있다.
에너지 밀도를 보다 더 높이고 경량화를 통해 전체 무게를 줄일 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 개발하는 것이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 에너지 밀도를 높이고 경량화가 가능한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체; 및 상기 전지셀 적층체의 양 측면에 각각 위치하는 제1 사이드 플레이트와 제2 사이드 플레이트를 포함한다. 상기 제1 사이드 플레이트와 상기 제2 사이드 플레이트 각각에 리프팅 홀이 적어도 하나 형성된다. 상기 리프팅 홀은, 삽입홀과 체결홀이 중첩된 형태이고, 상기 삽입홀의 개구 면적이 상기 체결홀의 개구 면적보다 크다.
상기 체결홀이 상기 삽입홀보다 상부에 위치할 수 있고, 상기 삽입홀의 개구 영역과 상기 체결홀의 개구 영역이 서로 연결될 수 있다.
상기 삽입홀과 상기 체결홀은 각각 원형 또는 다각형으로 개구된 형태일 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 전지셀 적층체의 일측과 타측에 각각 위치하는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트; 상기 전지셀 적층체와 상기 제1 엔드 플레이트 사이에 위치한 제1 버스바 프레임; 및 상기 전지셀 적층체와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에 위치한 제2 버스바 프레임을 더 포함할 수 있다. 상기 리프팅 홀은, 상기 제1 사이드 플레이트 또는 상기 제2 사이드 플레이트에서, 상기 제1 버스바 프레임과 대응하는 부분이나 상기 제2 버스바 프레임과 대응하는 부분에 형성될 수 있다.
상기 리프팅 홀들 중 어느 하나와 대응하는 제1 버스바 프레임 부분과 상기 리프팅 홀들 중 다른 하나와 대응하는 제2 버스바 프레임 부분에 각각 챔버부가 형성될 수 있다.
상기 챔버부는 일측이 개방된 형태일 수 있고, 상기 챔버부의 개방된 상기 일측에 상기 리프팅 홀이 위치할 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 제1 버스바 프레임과 상기 제2 버스바 프레임에 장착되는 버스바들을 더 포함할 수 있고, 상기 전지셀들의 전극 리드들은 상기 제1 버스바 프레임 또는 상기 제2 버스바 프레임에 형성된 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 상기 버스바와 연결될 수 있다.
상기 삽입홀에 이송 부재가 삽입될 수 있고, 상기 이송 부재는 상기 체결홀을 통해 상기 전지 모듈을 들어 올릴 수 있다.
상기 전지 모듈은, 상기 전지셀 적층체의 상측 및 하측에 각각 위치하고, 상기 제1 사이드 플레이트와 상기 제2 사이드 플레이트를 연결하는 연결 부재들을 더 포함할 수 있다.
상기 연결 부재는, 상기 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 사이드 플레이트와 연결되는 밴드 부재일 수 있다.
상기 밴드 부재는, 상기 전지셀 적층체의 상측 또는 하측에 배치되는 밴드 본체 및 상기 밴드 본체로부터 구부러져 상기 제1 사이드 플레이트와 상기 제2 사이드 플레이트 각각에 고정되는 밴드 클립들을 포함할 수 있다.
상기 연결 부재는, 상기 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 사이드 플레이트와 체결되는 롱볼트 부재들을 포함할 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 상측 또는 하측에서, 상기 연결 부재들이 서로 이격되어 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 상기 전지 모듈; 및 상기 전지 모듈을 수납하는 팩 트레이를 포함한다. 상기 전지 모듈의 상기 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 사이드 플레이트는 상기 팩 트레이에 고정된다.
상기 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 사이드 플레이트는 각각, 상기 전지셀 적층체의 최외측 전지셀을 지지하도록 상기 팩 트레이의 바닥부와 수직한 형태로 배치되는 지지부 및 상기 지지부의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부를 포함할 수 있고, 상기 고정부가 상기 팩 트레이에 고정될 수 있다.
상기 전지팩은, 상기 팩 트레이의 상기 바닥부의 상면에 배치된 마운팅 빔을 더 포함할 수 있고, 상기 고정부가 상기 마운팅 빔에 고정될 수 있다.
상기 고정부는, 높이 방향에 대해, 상기 마운팅 빔의 높이보다 높게 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 모듈 구조가 간소화되어 무게 당 에너지 밀도가 향상되고 경량화가 가능한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공할 수 있다.
또한, 모듈 구조의 간소화에 맞게, 사이드 플레이트를 활용한 모듈 핸들링(handling)를 적용하여, 제조 공정성과 공간 활용성을 높일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 측면도이다.
도 5는 도 2의 A부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 리프팅 홀을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 B부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송 부재를 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 2의 전지 모듈과 도 8의 이송 부재를 함께 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 C부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 11은 이송 부재를 이용해 본 실시예에 따른 전지 모듈을 이송하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사이드 플레이트와 연결 부재를 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 사시도이다.
도 15는 본 실시예에 따른 전지팩에서, 전지 모듈을 팩 트레이에 고정하는 방식을 나타내는 부분 사시도이다.
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 또 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 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 측면도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 복수의 전지셀(110)들이 적층된 전지셀 적층체(120) 및 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 각각 위치하는 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 포함한다.
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있다. 이러한 파우치형 전지셀은, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 전극 조립체를 수납한 뒤, 상기 파우치 케이스의 외주부를 접착하여 형성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 장방형 시트 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 전지 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 전지셀(110)은, 전지 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 전지 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부를 갖고, 실링부는 융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다.
다만, 위에서 설명한 전지셀(110)은 예시적 구조이며, 2개의 전극 리드가 동일한 방향으로 돌출된 단방향 전지셀도 가능함은 물론이다.
이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)들은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성한다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)들이 적층될 수 있다. 전지 케이스(114)는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다. 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지 셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지 셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하여 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다.
제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 전지셀 적층체(120)를 지지할 수 있도록, 각각 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 위치한다. 보다 구체적으로, 복수의 전지셀(110)들이 적층되는 방향, 즉 도 3에서 y축과 평행한 방향의 양 측면에 각각 위치할 수 있다. 이러한, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220) 각각에 리프팅 홀(200H, lifting hole)이 적어도 하나 형성된다. 리프팅 홀(200H)에 대해서는 후술하도록 한다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)의 상측 및 하측에 각각 위치하고 제1 사이드 플레이트(210)와 상기 제2 사이드 플레이트(220)를 연결하는 연결 부재(600)들을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 종래의 전지 모듈(10)과 달리, 전지셀 적층체(120)가 모듈 하우징에 수납 및 밀폐되는 형태가 아니고, 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 배치하고 연결 부재(600)들을 통해 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 고정하는 구성을 가질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 모듈 하우징 구조가 종래에 비해 간소화된 형태로써, 밀폐된 모듈 하우징 없이 바로 전지팩에 장착될 수 있다. 전지팩에 장착되는 형태는 도 14 및 도 15와 함께 후술하도록 한다.
결국 본 실시예에서는, 모듈 하우징 구조를 생략하여 후술하는 전지팩 단위에서의 공간 활용성을 높이고 전체의 에너지 밀도 향상과 경량화가 가능하다. 또한, 도 3에 도시된 것과 같이, 전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측에서, 연결 부재(600)들은 서로 이격되어 위치할 수 있다. 이격된 연결 부재(600)들 사이의 공간에 열전도 부재와 히트 싱크를 배치할 수 있는데, 이는 모듈 단위에서의 냉각 부재와 팩 단위에서의 냉각 부재를 통합하여 하나의 냉각 부재만 마련할 수 있다는 이점으로 이어진다. 즉, 전지팩 내부에서 전지 모듈(100)의 냉각 경로를 통합 및 단축할 수 있어, 경량화 및 비용 절감의 효과를 구현할 수 있다.
이하에서는, 도 5 등을 참고하여, 본 실시예에 따른 리프팅 홀에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 5는 도 2의 A부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 2, 도 3 및 도 5를 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220) 각각에 리프팅 홀(200H)이 적어도 하나 형성된다. 리프팅 홀(200H)의 개수와 위치에 특별한 제한은 없으나, 일례로, 도 3에 도시된 것처럼, 2개의 리프팅 홀(200H)들이 제1 사이드 플레이트(210)의 양 단부 각각에 인접한 부분에 형성될 수 있고, 다른 2개의 리프팅 홀(200H)들이 제2 사이드 플레이트(220)의 양 단부 각각에 인접한 부분에 형성될 수 있다.
리프팅 홀(200H)은, 제1 사이드 플레이트(210)나 제2 사이드 플레이트(220)에 형성된 관통 구멍이고, 삽입홀(210H)과 체결홀(220H)이 중첩된 형태이다. 다시 말해, 도시된 것처럼, 2개의 구멍이 서로 중첩된 형태로써, 삽입홀(210H)의 개구 영역과 체결홀(220H)의 개구 영역이 서로 연결된 형태일 수 있다. 이 때, 삽입홀(210H)의 개구 면적이 체결홀(220H)의 개구 면적보다 크다. 또한, 체결홀(220H)은 삽입홀(210H)보다 상부에 위치할 수 있다.
도 6은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 리프팅 홀을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6의 (a)와 (b)를 참고하면, 본 실시예들에 따른 리프팅 홀(200H, 200H’)에 있어서, 삽입홀(210H, 210H’)의 개구 면적이 체결홀(220H, 220H’)의 개구 면적보다 크다면, 삽입홀(210H, 210H’)과 체결홀(220H, 220H’)의 형상에 특별한 제한은 없으나, 삽입홀(210H, 210H’)과 체결홀(220H, 220H’)은 각각 원형 또는 다각형으로 개구된 형태일 수 있다.
도 6의 (a)는, 삽입홀(210H)과 체결홀(220H)은 각각 원형으로 개구된 형태의 실시예를 나타낸다. 삽입홀(210H)의 반경(r1)이 체결홀(220H)의 반경(r2)보다 크게 형성되어, 삽입홀(210H)이 더 큰 개구 면적을 가질 수 있다.
도 6의 (b)는, 다각형의 개구 형태 중 하나의 예시로써, 삽입홀(210H’)과 체결홀(220H’)은 각각 사각형으로 개구된 형태의 실시예를 나타낸다. 마찬가지로, 삽입홀(210H’)이 더 큰 개구 면적을 가질 수 있다.
리프팅 홀(200H)의 기능에 대해서는, 도 9 내지 도 11과 함께 자세히 후술하도록 한다.
도 7은 도 3의 B부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다.
도 3, 도 4, 도 5 및 도 7을 함께 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)의 일측과 타측에 각각 위치하는 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320); 전지셀 적층체(120)와 제1 엔드 플레이트(310) 사이에 위치한 제1 버스바 프레임(410); 및 전지셀 적층체(120)와 제2 엔드 플레이트(320) 사이에 위치한 제2 버스바 프레임(420)을 더 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 전지셀(110)의 어느 한 전극 리드(111, 도 4 참조)가 돌출되는 방향(x축 방향)의 일 측에 제1 버스바 프레임(410)과 제1 엔드 플레이트(310)가 차례로 위치할 수 있고, 전지셀(110)의 다른 전극 리드(112, 도 4 참조)가 돌출되는 방향(-x축 방향)의 타 측에 제2 버스바 프레임(420)과 제2 엔드 플레이트(320)가 차례로 위치할 수 있다.
제1 버스바 프레임(410)과 제2 버스바 프레임(420)은, 전극 리드(111, 112)들이 돌출되는 방향(x축 방향과 -x축 방향)에 해당하는 전지셀 적층체의 전면과 후면을 각각 커버하도록 배치될 수 있다.
제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320)는 각각 제1 버스바 프레임(410)의 일면과 제2 버스바 프레임(420)의 일면을 커버하도록 배치될 수 있다. 이러한 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320)는, 전기적 절연을 갖는 플라스틱 절연 커버일 수 있고, 제1 버스바 프레임(410)과 제2 버스바 프레임(420) 상에 위치한 버스바(500)나 전극 리드(111, 112) 등을 비롯한 기타 전장품을 외부로부터 보호함과 동시에 외부와의 쇼트 가능성을 차단할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 엔드 플레이트(310, 320)와 제1 및 제2 사이드 플레이트(210, 220) 간의 결합 방식에 특별한 제한은 없고, 일례로, 기계적 결합 방식이나 볼팅 결합이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 제1 엔드 플레이트(310)와 제2 엔드 플레이트(320)가, 알루미늄과 같은 금속 소재를 포함하여 높은 강성을 가질 수 있다. 다만, 이 경우, 제1 엔드 플레이트(310)와 제1 버스바 프레임(410) 사이 및 제2 엔드 플레이트(320)와 제2 버스바 프레임(420) 사이에 별도의 절연 커버가 추가되는 것이 바람직하다.
도 7에 도시된 것처럼, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 버스바 프레임(410)과 제2 버스바 프레임(420)에 장착되는 버스바(500)들을 더 포함할 수 있다. 제2 버스바 프레임(420)과 그에 장착된 버스바(500)는 도시를 생략하였으나, 도 7에 도시된 제1 버스바 프레임(410)과 유사한 구조를 가질 수 있다.
전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)들은, 제1 버스바 프레임(410) 또는 제2 버스바 프레임(420)에 형성된 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 버스바(500)와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 어느 한 전극 리드(111)는 제1 버스바 프레임(410)의 리드 슬릿을 통과한 뒤 버스바(500)와 연결될 수 있고, 다른 전극 리드(112)는 제2 버스바 프레임(420)의 리드 슬릿을 통과한 뒤 버스바(500)와 연결될 수 있다. 전극 리드(111, 112)와 버스바(500) 간의 연결 방식에 특별한 제한은 없으나, 일례로 용접 접합이 이루어질 수 있다.
상기와 같은 방식으로, 전지셀 적층체(120)를 구성하는 전지셀(110)들이 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 제1 버스바 프레임(410) 또는 제2 버스바 프레임(420)에는, 전지 모듈(100)의 외부 전력 연결을 위한 터미널 버스바나 전압과 온도의 센싱 정보 전달을 위한 모듈 커넥터가 장착될 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 제1 버스바 프레임(410)의 측면과 제2 버스바 프레임(420)의 측면까지 커버하도록 배치될 수 있다. 이 때, 리프팅 홀(200H)들은, 제1 사이드 플레이트(210) 또는 제2 사이드 플레이트(220)에서, 제1 버스바 프레임(410)과 대응하는 부분이나 제2 버스바 프레임(420)과 대응하는 부분에 형성될 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 것처럼, 제1 사이드 플레이트(210)의 양 단부 각각에 인접한 2개의 리프팅 홀(200H)들이 각각 제1 버스바 프레임(410)과 대응하는 부분 및 제2 버스바 프레임(420)과 대응하는 부분에 형성될 수 있다. 또한, 제2 사이드 플레이트(220)의 양 단부 각각에 인접한 2개의 리프팅 홀(200H)들이 각각 제1 버스바 프레임(410)과 대응하는 부분 및 제2 버스바 프레임(420)과 대응하는 부분에 형성될 수 있다.
또한, 도 7을 참고하면, 리프팅 홀(200H)들 중 어느 하나와 대응하는 제1 버스바 프레임(410) 부분과 리프팅 홀(200H)들 중 다른 하나와 대응하는 제2 버스바 프레임(420) 부분에 각각 챔버부(400C)가 형성될 수 있다. 도 7에는 제1 버스바 프레임(410)에 형성된 챔버부(400C)만을 도시하였으나, 이와 유사하게 제2 버스바 프레임(420)에도 챔버부(400C)가 형성될 수 있다.
이러한 챔버부(400C)는, 일측이 개방된 형태일 수 있다. 보다 구체적으로, 챔버부(400C)는, 상기 일측과 반대 방향의 타측으로 만입되면서, 상기 일측이 개방되고 나머지 부분은 막힌 부분일 수 있다. 이러한 챔버부(400C)의 개방된 상기 일측에 본 실시예에 따른 리프팅 홀(200H)이 위치할 수 있다.
후술하겠으나, 전지 모듈(100)의 핸들링(handling)을 위해, 본 실시예에 따른 리프팅 홀(200H)에 이송 부재(900)가 삽입되는데, 본 실시예에 따른 챔버부(400C)는, 이송 부재(900)로부터 전지 모듈(100)의 내부 부품을 보호할 수 있다.
이하에서는, 도 8 내지 도 11을 참고하여, 본 실시예에 따른 리프팅 홀(200H)을 이용한 전지 모듈(100)의 핸들링(handling) 방식에 대해 자세히 설명하도록 한다. 여기서 핸들링(handling) 방식이라 함은, 전지 모듈(100)을 이동시키거나 전지팩에 조립시키는 과정과 같이, 전지 모듈(100)의 운송이나 취급을 통칭하는 개념이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송 부재를 나타낸 사시도이다. 도 9는 도 2의 전지 모듈과 도 8의 이송 부재를 함께 나타낸 사시도이다. 도 10은 도 9의 C부분을 확대하여 나타낸 부분 사시도이다. 도 11은 이송 부재를 이용해 본 실시예에 따른 전지 모듈을 이송하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 8 내지 도 11을 함께 참고하면, 이송 부재(900)가 리프팅 홀(200H)에 삽입되고, 이송 부재(900)는 체결홀(220H)을 통해 전지 모듈(100)을 들어올릴 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 이송 부재(900)는, 삽입부(910), 체결부(920) 및 막대부(930)를 포함할 수 있다. 삽입부(910)는, 리프팅 홀(200H)의 삽입홀(210H)에 삽입되는 부재로써, 삽입홀(210H)의 개구 형태와 대응하는 형상을 가질 수 있다. 체결부(920)는 리프팅 홀(200H)의 체결홀(220H)에 결합될 수 있는 부재로써, 삽입부(910)와 막대부(930)를 연결하고 체결홀(220H)의 개구 형태와 대응하는 형상을 가질 수 있다. 도 8에는 원형으로 개구된 삽입홀(210H)과 체결홀(220H)에 삽입될 수 있도록, 원형의 형상을 갖는 삽입부(910)와 체결부(920)가 도시되어 있다. 삽입홀(210H)보다 체결홀(220H)의 개구 면적이 더 작은데, 이에 맞추어, 체결부(920)는 삽입부(910)보다 반경이 더 작다. 한편, 삽입부(910)의 반경은, 삽입홀(210H)의 반경보다 작고, 체결홀(220H)의 반경보다는 클 수 있다. 막대부(930)는, 체결부(920)와 연결된 막대 형상의 부재일 수 있다.
도 9와 도 10은, 삽입부(910)와 체결부(920)가 삽입홀(210H)에 삽입되기 이전의 모습을 나타낸다. 우선 이송 부재(900)의 삽입부(910)와 체결부(920)를 리프팅 홀(200H)의 삽입홀(210H)에 삽입시킨다. 이후, 도 11에 도시된 것처럼, 이송 부재(900)를 상부 방향으로 들어올림에 따라, 체결부(920)가 체결홀(220H)에 결합되면서, 전지 모듈(100)의 이송이 가능해진다. 이송 부재(900)가 상부 방향으로 이동할 때, 자연스럽게 체결부(920)가 체결홀(220H)에 결합되도록, 체결홀(220H)은 삽입홀(210H)보다 상부에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바 대로, 삽입부(910)의 반경이 삽입홀(210H)의 반경보다 작고, 체결홀(220H)의 반경보다는 크기 때문에, 체결부(920)가 체결홀(220H)과 맞닿은 이후에 삽입부(910)가 걸림 구조물로써 기능할 수 있다. 즉, 삽입부(910)는, 전지 모듈(100)의 핸들링 과정에서, 이송 부재(900)가 체결홀(220H)을 통해 밖으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 1에 도시된 종래의 전지 모듈(10)에서 모듈 하우징을 이용한 핸들링 방식을 이용한 것과 달리, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 모듈 하우징 구조가 생략된 형태이기 때문에 이에 맞추어 핸들링을 위한 리프팅 홀(200H)을 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)에 마련하였다. 즉, 본 실시예에 따른 리프팅 홀(200H)과 이송 부재(900)는, 모듈 하우징이 간소화된 본 실시예의 전지 모듈(100)에 최적으로 적용될 수 있는 핸들링 방식을 구현한다. 또한, 많은 공간이나 부품 없이, 이송 부재(900)만으로 전지 모듈(100)을 들어올릴 수 있기 때문에 핸들링 방식의 공정이 단순해지고, 비용이 절감될 수 있다.
한편, 상술한 바 대로, 이 때, 리프팅 홀(200H)들은, 제1 사이드 플레이트(210) 또는 제2 사이드 플레이트(220)에서, 제1 버스바 프레임(410)과 대응하는 부분이나 제2 버스바 프레임(420)과 대응하는 부분에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 버스바 프레임(410)과 제2 버스바 프레임(420)에 챔버부(400C)를 마련할 수 있고, 핸들링 과정에서 이송 부재(900)로부터 전지 모듈(100)의 내부 부품을 보호할 수 있다.
또한, 리프팅 홀(200H)들이 제1 버스바 프레임(410)과 대응하는 부분과 제2 버스바 프레임(420)과 대응하는 부분에 배치되면, 전지 모듈(100) 관점에서 양 모서리 4곳에 위치되는 것이므로, 전지 모듈(100)을 안정적으로 들어올릴 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 전지 모듈에 적용되는 연결 부재에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 2 및 도 3을 다시 참고하면, 상술한 바 대로, 전지 모듈(100)은, 제1 사이드 플레이트(210)와 상기 제2 사이드 플레이트(220)를 연결하는 연결 부재(600)들을 포함할 수 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 연결 부재(600)는, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)와 연결되는 밴드 부재(600a)일 수 있다. 밴드 부재(600a)는 탄성 재질의 금속 소재를 포함할 수 있고, 하나 또는 복수로 구비될 수 있다. 복수로 배치된 밴드 부재(600a)의 경우, 일정 간격으로 서로 이격되어 위치할 수 있다. 도 2와 도 3에는, 일례로, 전지셀 적층체(120)의 상측과 하측 각각에 3개의 밴드 부재(600a)들이 배치된 것이 도시되어 있다.
이러한 밴드 부재(600a)는, 밴드 본체(610a)와 밴드 클립(620a)을 포함할 수 있다. 밴드 본체(610a)는, 소정 길이의 탄성을 갖는 재질로 구비되며, 전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
밴드 클립(620a)은, 밴드 본체(610a)와 일체로 형성되며, 밴드 본체(610a)의 양단에서 구부러져, 제1 사이드 플레이트(210) 또는 제2 사이드 플레이트(220)에 고정될 수 있다. 밴드 클립(620a)은, 제1 사이드 플레이트(210) 또는 제2 사이드 플레이트(220)에 용접 결합의 방법으로 고정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 사이드 플레이트와 연결 부재를 나타낸 사시도이다. 설명의 편의를 위해 다른 구성은 생략하고 제1 사이드 플레이트(210), 제2 사이드 플레이트(220) 및 연결 부재(600)만을 도시하였다.
도 12를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예로써, 연결 부재(600)는, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)와 체결되는 롱볼트 부재(600b)를 포함할 수 있다. 이러한 롱볼트 부재(600b)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다.
롱볼트 부재(600b)는, 각각, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)에 관통 체결되어, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)를 고정할 수 있다. 이러한 롱볼트 부재(600b)는 전지셀 적층체(120)의 상측 또는 하측 중 적어도 한 곳에 배치될 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트와 제2 사이드 플레이트의 지지부 및 고정부에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트를 나타낸 사시도이다. 제2 사이드 플레이트는 제1 사이드 플레이트와 상호 동일 내지 유사한 구조를 가질 수 있기 때문에 이하에서는 제1 사이드 플레이트를 기준으로 설명하도록 한다.
도 2, 도 3 및 도 13을 참고하면, 본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)는, 전지셀 적층체의 최외측 전지셀을 지지하는 지지부(200S) 및 지지부(200S)의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부(200F)를 포함할 수 있다.
앞에서 설명한 리프팅 홀(200H)은, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)의 지지부(200S)에 형성될 수 있다. 고정부(200F)에는 마운팅 고정을 위한 관통홀(200FH)이 형성될 수 있다. 고정부(200F)의 개수에 특별한 제한은 없고, 하나 또는 복수로 구비될 수 있다. 도 13에는 복수의 고정부(200F)들이 소정의 간격으로 배치된 모습이 나타나 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 구성과 앞서 설명한 제1 사이드 플레이트 및 제2 사이드 플레이트의 고정부를 활용한 마운팅 고정 방식에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 사시도이다. 도 15는 본 실시예에 따른 전지팩에서, 전지 모듈을 팩 트레이에 고정하는 방식을 나타내는 부분 사시도이다.
도 13 내지 도 15를 함께 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 전지 모듈(100) 및 전지 모듈을 수납하는 팩 트레이(1100)를 포함한다.
팩 트레이(1100)는 내부 공간을 갖는 구조물로써, 그 내부에 하나 또는 그 이상의 전지 모듈(100)이 수납될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 전지 모듈(100)은, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 상에 배치된다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 팩 트레이(1100)의 개방된 상부를 덮는 팩 커버가 배치될 수 있다.
이 때, 외부 진동이나 충격에 대비하여, 전지 모듈(100)을 팩 트레이(1100)에 고정시키는 마운팅 고정이 필요한데, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)의 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)가 팩 트레이(1100)에 고정된다.
구체적으로, 상술한 바 대로, 제1 사이드 플레이트(210) 및 제2 사이드 플레이트(220)는, 전지셀 적층체의 최외측 전지셀을 지지하며 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)와 수직한 형태로 배치되는 지지부(200S) 및 지지부(200S)의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부(200F)를 포함할 수 있다. 이 때, 고정부(200F)가 팩 트레이(1100)에 고정될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)의 상면에 배치되는 마운팅 빔(1200)을 더 포함할 수 있고, 고정부(200F)가 마운팅 빔(1200)에 고정될 수 있다.
마운팅 빔(1200)은, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F)의 상면에서 일 방향을 따라 연장되는 형태를 갖는다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 복수의 전지 모듈(100)들이 배치되는 경우, 그 전지 모듈(100)들 사이에 마운팅 빔(1200)이 위치할 수 있다. 이러한 마운팅 빔(1200)은, 전지 모듈(100)을 고정하고, 외부 충격 등으로부터 전지 모듈(100)로 전달되는 충격 등을 완충시킬 수 있다.
도 15에 도시된 것처럼, 고정부(200F)에는 마운팅 고정을 위한 관통홀(200FH)이 형성될 수 있다. 한편, 높이 방향에 대해, 고정부(200F)는, 마운팅 빔(1200)의 높이보다 높게 위치할 수 있다. 여기서 높이 방향이라 함은, 팩 트레이(1100)의 바닥부(1100F) 일면과 수직한 방향을 의미한다.
고정부(200F)가 마운팅 빔(1200)의 상면에 고정될 수 있는데, 도 15에 도시된 것처럼, 볼팅 결합이 이루어질 수 있다. 즉, 마운팅 빔(1200)의 상면에는, 내측에 나사산이 형성된 마운팅 홀(1200H)이 형성될 수 있고, 볼트 형상의 체결 부재(1300)가 고정부(200F)의 관통홀(200FH)을 통과한 뒤 마운팅 홀(1200H)에 삽입 및 체결될 수 있다.
상기와 같이, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 통해 팩 트레이(1100)에 고정되어 전지팩(1000)을 구성할 수 있다.
한편, 전지셀(110)들은 충, 방전이 반복되는 과정에서 그 내부 전해질이 분해되고 가스가 발생하여 전지셀(110)이 부풀어 오르는 현상, 즉 스웰링(Swelling) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 전지셀(110)의 스웰링을 제어하지 못할 경우, 다수의 전지셀(110)이 적층된 전지 모듈(100)의 구조적 변형을 일으킬 수 있고, 또 전지 모듈(100)의 내구성과 성능에 악영항을 미칠 수 있다.
특히, 최근에는 고용량 전지 모듈과 전지팩을 제조하기 위해 전지셀로, Pure Si 셀, 전고체 전지, SiO 고함량 셀들을 이용하는데, 상기 셀들의 경우, 스웰링의 정도가 더 크다. 즉, 고용량 전지 모듈과 전지팩을 제조하기 위해서는 전지 모듈이나 전지팩 내부의 전지셀(110)들의 스웰링을 효과적으로 제어하는 것이 필수적이다. 도 3을 다시 참고하면, 파우치형 전지셀(110)들은 보통 두께 방향으로 스웰링의 정도가 크기 때문에 스웰링 제어와 직접적으로 연관되는 구조물은, 전지셀 적층체(120)의 양 측면에 배치된 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)이다.
본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 일체로 전지셀 적층체를 둘러싸는 형태였던 모듈 하우징이 아닌, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220) 및 이를 연결하는 연결 부재(600)를 통해 간소화된 하우징 구조를 갖는다. 도 1에 나타난 기존의 모듈 하우징 형태가 아니다 보니, 전지셀(110)들의 스웰링을 제어할 수 있을 만큼의 측면 강성과 내구성을 갖추기 어려울 수 있다.
이에 본 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 간소화된 하우징 구조의 전지 모듈(100)이 배치됨에 있어, 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)가 직접 팩 트레이(1100) 상의 마운팅 빔(1200)에 결합 및 고정되면서, 마운팅 빔(1200)이 제1 사이드 플레이트(210)나 제2 사이드 플레이트(220)를 측면에서 지지하고 스웰링을 제어하도록 설계되었다.
즉, 마운팅 고정을 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)를 통해 실시하면서, 동시에 마운팅 빔(1200)이 스웰링 제어를 위한 전지 모듈(100)의 강성과 내구성을 보완할 수 있도록 하였다.
종합하면 본 실시예에 따른 제1 사이드 플레이트(210)와 제2 사이드 플레이트(220)는, 간소화된 하우징 구조의 전지 모듈(100)에 있어서, 리프팅 홀(200H)이 형성되어 핸들링 구조로 기능할 수 있고, 팩 트레이(1100) 상의 마운팅 빔(1200)에 직접 고정되어 마운팅 고정의 기능을 수행할 수 있으며, 전지 모듈(100)의 스웰링 제어를 위한 강성 보완의 기능도 수행할 수 있다.
한편, 도 3을 다시 참고하면, 전지셀 적층체(120)의 일 측면과 제1 사이드 플레이트(210) 사이 및 전지셀 적층체(120)의 타 측면과 제2 사이드 플레이트(220) 사이에 압축 패드(700)가 위치할 수 있다. 압축 패드(700)는, 폼(Foam) 형태의 부재로써, 전지셀(110)들의 스웰링 흡수와 단열을 목적으로 배치될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 전지셀 적층체(120)와 전지셀 적층체(120)의 상측에 위치한 연결 부재(600)들 사이에 위치하는 절연 시트(800)를 더 포함할 수 있다. 절연 시트(800)는 전기적으로 절연인 얇은 시트로써, 전지셀 적층체(120)의 상측에 대한 전기적 절연을 확보하기 위해 전지셀 적층체(120)의 상면 전체를 커버하도록 배치될 수 있다. 이러한 절연 시트(800)는, 절연 필름 또는 절연 테이프일 수 있고, 두께는 0.1mm 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로써, 전지셀 적층체(120)와 연결 부재(600)들 사이에 절연 시트가 배치되지 않는 것도 가능하다. 즉, 전지셀 적층체(120)의 상면이, 연결 부재(600)들 사이를 통해 외측으로 노출되는 실시예도 가능하다.
한편, 구체적으로 도시하지 않았으나, 본 실시예에 따른 전지팩은, 전지 모듈뿐만 아니라 BMS(Battery Management System), BDU(Battery Disconnect Unit), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템을 더 포함할 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전지 모듈이나 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단이나 ESS(Energy Storage System)에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100: 전지 모듈
110: 전지셀
210: 제1 사이드 플레이트
220: 제2 사이드 플레이트
200H: 리프팅 홀
210H: 삽입홀
220H: 체결홀

Claims (17)

  1. 복수의 전지셀들이 적층된 전지셀 적층체; 및
    상기 전지셀 적층체의 양 측면에 각각 위치하는 제1 사이드 플레이트와 제2 사이드 플레이트를 포함하고,
    상기 제1 사이드 플레이트와 상기 제2 사이드 플레이트 각각에 리프팅 홀이 적어도 하나 형성되며,
    상기 리프팅 홀은, 삽입홀과 체결홀이 중첩된 형태이고,
    상기 삽입홀의 개구 면적이 상기 체결홀의 개구 면적보다 큰 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 체결홀이 상기 삽입홀보다 상부에 위치하고,
    상기 삽입홀의 개구 영역과 상기 체결홀의 개구 영역이 서로 연결되어 있는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 삽입홀과 상기 체결홀은 각각 원형 또는 다각형으로 개구된 형태인 전지 모듈.
  4. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 일측과 타측에 각각 위치하는 제1 엔드 플레이트와 제2 엔드 플레이트;
    상기 전지셀 적층체와 상기 제1 엔드 플레이트 사이에 위치한 제1 버스바 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체와 상기 제2 엔드 플레이트 사이에 위치한 제2 버스바 프레임을 더 포함하고,
    상기 리프팅 홀은, 상기 제1 사이드 플레이트 또는 상기 제2 사이드 플레이트에서, 상기 제1 버스바 프레임과 대응하는 부분이나 상기 제2 버스바 프레임과 대응하는 부분에 형성되는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 리프팅 홀들 중 어느 하나와 대응하는 제1 버스바 프레임 부분과 상기 리프팅 홀들 중 다른 하나와 대응하는 제2 버스바 프레임 부분에 각각 챔버부가 형성되는 전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 챔버부는 일측이 개방된 형태이며,
    상기 챔버부의 개방된 상기 일측에 상기 리프팅 홀이 위치하는 전지 모듈.
  7. 제4항에서,
    상기 제1 버스바 프레임과 상기 제2 버스바 프레임에 장착되는 버스바들을 더 포함하고,
    상기 전지셀들의 전극 리드들은 상기 제1 버스바 프레임 또는 상기 제2 버스바 프레임에 형성된 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 상기 버스바와 연결되는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 삽입홀에 이송 부재가 삽입되고,
    상기 이송 부재는 상기 체결홀을 통해 상기 전지 모듈을 들어 올릴 수 있는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 상측 및 하측에 각각 위치하고, 상기 제1 사이드 플레이트와 상기 제2 사이드 플레이트를 연결하는 연결 부재들을 더 포함하는 전지 모듈.
  10. 제9항에서,
    상기 연결 부재는, 상기 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 사이드 플레이트와 연결되는 밴드 부재인 전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 밴드 부재는, 상기 전지셀 적층체의 상측 또는 하측에 배치되는 밴드 본체 및 상기 밴드 본체로부터 구부러져 상기 제1 사이드 플레이트와 상기 제2 사이드 플레이트 각각에 고정되는 밴드 클립들을 포함하는 전지 모듈.
  12. 제9항에서,
    상기 연결 부재는, 상기 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 사이드 플레이트와 체결되는 롱볼트 부재들을 포함하는 전지 모듈.
  13. 제9항에서,
    상기 전지셀 적층체의 상측 또는 하측에서, 상기 연결 부재들이 서로 이격되어 위치하는 전지 모듈.
  14. 제1항에 따른 전지 모듈; 및
    상기 전지 모듈을 수납하는 팩 트레이를 포함하고,
    상기 전지 모듈의 상기 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 사이드 플레이트는 상기 팩 트레이에 고정되는 전지팩.
  15. 제14항에서,
    상기 제1 사이드 플레이트 및 상기 제2 사이드 플레이트는 각각, 상기 전지셀 적층체의 최외측 전지셀을 지지하도록 상기 팩 트레이의 바닥부와 수직한 형태로 배치되는 지지부 및 상기 지지부의 일면과 수직한 방향으로 돌출되는 고정부를 포함하고,
    상기 고정부가 상기 팩 트레이에 고정되는 전지팩.
  16. 제15항에서,
    상기 팩 트레이의 상기 바닥부의 상면에 배치된 마운팅 빔을 더 포함하고,
    상기 고정부가 상기 마운팅 빔에 고정되는 전지팩.
  17. 제16항에서,
    상기 고정부는, 높이 방향에 대해, 상기 마운팅 빔의 높이보다 높게 위치하는 전지팩.
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