KR101760399B1 - 이차 전지용 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때 이차 전지를 수납 또는 적층하는데 이용되는 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지용 카트리지는, 플레이트 형태로 구성된 제1 냉각 플레이트, 상기 제1 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제1 프레임, 및 상기 제1 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제1 볼트 결합부를 구비하며, 상기 제1 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 이차 전지의 일부분을 수용하는 제1 카트리지; 및 플레이트 형태로 구성된 제2 냉각 플레이트, 상기 제2 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제2 볼트 결합부를 구비하며, 상기 제1 카트리지와 측면 결합 가능하게 구성되되, 측면 결합 시 상기 제2 볼트 결합부의 관통홀이 상기 제1 볼트 결합부의 관통홀과 연결되고, 상기 제2 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 상기 이차 전지의 다른 부분을 수용하는 제2 카트리지를 포함한다.

Description

이차 전지용 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈 {Cartridge for secondary battery and battery module including the same}

본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때 이차 전지를 수납 또는 적층하는데 이용되는 카트리지 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

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 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 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.

최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차 전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차 전지가 많이 이용된다.

하지만, 파우치형 이차 전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 따라서, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하며, 적층이 용이하도록 하기 위해, 카트리지를 이용하는 경우가 많다. 이러한 카트리지는 배터리 모듈을 구성하기 위해 다수가 적층된 형태로 이용되며, 이차 전지는 카트리지가 적층되었을 때 생기는 내부의 빈 공간에 위치할 수 있다.

한편, 이처럼 다수의 카트리지를 이용하여 다수의 이차 전지가 조립되도록 하는 경우, 이차 전지 사이에는 플레이트 형태의 냉각 핀, 즉 냉각 플레이트가 개재될 수 있다. 이차 전지는 여름과 같이 고온 환경에서 사용되는 경우가 있을 수 있으며, 또한 이차 전지 자체적으로도 열이 발생할 수 있다. 이때, 다수의 이차 전지가 서로 적층되어 있는 경우, 이차 전지의 온도는 더욱 높아질 수 있는데, 이 온도가 적정 온도보다 높아지면 이차 전지의 성능이 저하될 수 있고, 심한 경우 폭발이나 발화의 위험도 있다. 따라서, 배터리 모듈을 구성할 때 이차 전지 사이에 냉각 플레이트를 개재시켜, 이러한 냉각 플레이트를 통해 이차 전지의 온도 상승이 방지되도록 하는 구성이 이용될 수 있다.

이러한 냉각 플레이트를 이차 전지 사이에 게재시킨 배터리 모듈의 경우, 다양한 형태 및 방식으로 이차 전지를 냉각시킬 수 있다. 이러한 냉각 방식 중 대표적으로는, 냉각 플레이트 주변으로 외부 공기가 흐르도록 함으로써 냉각 플레이트와 공기 사이의 열교환을 통해 이차 전지의 온도를 낮추는 공냉식이 널리 이용되고 있다.

그런데, 이러한 공냉식을 이용하여 이차 전지를 냉각시키는 배터리 모듈의 경우, 냉각 플레이트 주변에 유로를 안정적으로 확보하여 외부 공기가 이러한 유로를 통해 잘 흐르도록 하는 것이 중요하다. 하지만, 종래 배터리 모듈의 경우, 이러한 냉각 플레이트 주변에서 유로가 안정적으로 확보되지 못하는 문제가 있다. 특히, 냉각 플레이트로는 알루미늄 재질이 널리 이용되고 있는데, 알루미늄 재질의 냉각 플레이트는 카트리지의 제조 과정, 이를테면 카트리지에서 플라스틱 부분으로 이루어진 프레임의 사출 과정이나 프레임과의 결합 과정, 배터리 모듈의 사용 중에 눌림이나 뒤틀림 등의 변형이 발생하기 쉽다.

그런데, 이러한 냉각 플레이트의 변형은 냉각 플레이트 주변에 형성된 유로의 크기를 줄이거나 막아서 유로를 통한 외부 공기의 흐름을 원활하지 않도록 함으로써, 냉각 플레이트를 통한 이차 전지의 냉각 효율을 크게 저하시키는 문제를 발생시킬 수 있다.

더욱이, 최근에는 출력 내지 용량 증대를 위해 크기가 큰 이차 전지를 이용하여 배터리 모듈을 구성하는 경우가 있는데, 이처럼 크기가 큰 이차 전지를 적층하기 위한 카트리지의 경우, 그에 사용되는 냉각 플레이트의 크기 또한 커질 수밖에 없다. 그런데, 냉각 플레이트의 크기가 커지게 되면, 냉각 플레이트의 변형 가능성이 더욱 높아지며, 이로 인해 냉각 유로를 안정적으로 확보하는 것이 더욱 어려워질 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차 전지의 냉각 효율을 향상시킬 수 있고 구조적으로 뒤틀림이 방지될 수 있는 이차 전지 적층용 카트리지와 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지는, 플레이트 형태로 구성된 제1 냉각 플레이트, 상기 제1 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제1 프레임, 및 상기 제1 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제1 볼트 결합부를 구비하며, 상기 제1 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 이차 전지의 일부분을 수용하는 제1 카트리지; 및 플레이트 형태로 구성된 제2 냉각 플레이트, 상기 제2 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제2 볼트 결합부를 구비하며, 상기 제1 카트리지와 측면 결합 가능하게 구성되되, 측면 결합 시 상기 제2 볼트 결합부의 관통홀이 상기 제1 볼트 결합부의 관통홀과 연결되고, 상기 제2 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 상기 이차 전지의 다른 부분을 수용하는 제2 카트리지를 포함한다.

여기서, 상기 제1 볼트 결합부는, 적어도 2개가 상하 방향으로 소정 거리 이격되게 배치되고, 상기 제2 볼트 결합부는, 상하 방향으로 이격 배치된 제1 볼트 결합부의 사이에 삽입되어 관통홀이 상기 제1 볼트 결합부의 관통홀과 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1 볼트 결합부 및 상기 제2 볼트 결합부는, 각각 상기 제1 카트리지 및 상기 제2 카트리지의 결합부 양 측면에 위치할 수 있다.

또한, 상기 제1 카트리지 및 상기 제2 카트리지는 각각, 상호 대응되는 위치 및 형태로 후크 결합 가능하게 구성된 제1 후크 결합부 및 제2 후크 결합부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 후크 결합부는, 상기 제1 카트리지의 결합부 상부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 하부 방향 후크 또는 홈이 형성된 제1 상부 돌출부 및 상기 제1 카트리지의 결합부 하부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 상부 방향 후크 또는 홈이 형성된 제1 하부 돌출부를 구비하고, 상기 제2 후크 결합부는, 상기 제2 카트리지의 결합부 상부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 상기 제1 하부 돌출부와 대면 결합되게 하부 방향 후크 또는 홈이 형성된 제2 상부 돌출부 및 상기 제2 카트리지의 결합부 하부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 상기 제1 상부 돌출부와 대면 결합되게 상부 방향 후크 또는 홈이 형성된 제2 하부 돌출부를 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 상부 돌출부 및 상기 제1 하부 돌출부는 각각, 상기 제1 카트리지에 복수 개 구비되고, 상기 제2 상부 돌출부 및 상기 제2 하부 돌출부는 각각, 상기 제2 카트리지에 복수 개 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 상부 돌출부 및 상기 제1 하부 돌출부는, 상기 제1 카트리지의 결합부를 따라 교호적으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 후크 결합부 및 상기 제2 후크 결합부는 각각, 복수의 후크 및 복수의 홈을 구비할 수 있다.

또한, 상기 제1 후크 결합부 및 상기 제2 후크 결합부 중 적어도 하나는, 결합부를 따라 상호 결합되기 위한 후크 또는 홈이 교호적으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 이차 전지는 사각 형태의 파우치형 이차 전지이고, 상기 제1 카트리지 및 상기 제2 카트리지는, 상기 파우치형 이차 전지의 긴 변을 기준으로, 서로 다른 부분에 위치할 수 있다.

또한, 상기 이차 전지의 양극 리드 및 음극 리드는 모두 상기 제2 카트리지의 내부에서 외부 방향으로 돌출되게 구성되고, 상기 제2 냉각 플레이트의 면적은 상기 제1 냉각 플레이트의 면적보다 작게 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 카트리지는, 상기 제1 카트리지와 결합되는 측면의 반대 측면에 상하 방향 관통홀이 형성된 제2-2 볼트 결합부를 더 구비하고, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지는, 플레이트 형태로 구성된 제3 냉각 플레이트, 상기 제3 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제3 프레임, 및 상기 제3 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제3 볼트 결합부를 구비하며, 상기 제2 카트리지와 측면 결합 가능하게 구성되되, 측면 결합 시 상기 제2-2 볼트 결합부의 관통홀이 상기 제3 볼트 결합부의 관통홀과 연결되고, 상기 제3 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 상기 이차 전지의 또 다른 부분을 수용하는 제3 카트리지를 더 포함할 수 있다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지를 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지를 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 카트리지 자체에 냉각 플레이트가 구비되어, 배터리 모듈 구성 시 카트리지만 적층시키면 되고, 이차 전지 사이에 냉각 플레이트를 개재시키는 별도의 구조나 공정은 필요하지 않게 된다.

따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지용 적층 카트리지를 이용한 배터리 모듈 구성이 보다 용이하게 수행되고, 배터리 모듈 구조가 보다 간단해질 수 있다.

특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 하나의 이차 전지를 기준으로 카트리지가 분할되며 분할된 단위 카트리지가 결합 가능한 형태로 구성된다. 이러한 카트리지 구성에 있어서는, 냉각 플레이트 역시 분할된 형태로 구성되므로, 하나의 이차 전지를 기준으로 냉각 플레이트의 크기가 감소하게 되어, 냉각 플레이트의 변형 가능성이 보다 효과적으로 줄어들 수 있다.

더욱이, 파우치형 이차 전지는 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태가 직사각형 형태로 구성되는 경우가 많은데, 이차 전지의 장변을 복수 개로 분할하는 형태로 복수의 카트리지가 존재하는 경우, 냉각 플레이트의 변형 가능성이 크게 줄어들 수 있다.

그러므로, 본 발명에 의하면, 냉각 플레이트의 변형으로 인해 냉각 유로가 막히거나 좁아지는 것이 방지됨으로써, 냉각 플레이트 주변의 냉각 유로가 안정적으로 확보될 수 있고, 이차 전지와 냉각 플레이트의 대면 면적이 넓게 유지되고 거리가 일정하게 유지되어 냉각 플레이트를 통한 이차 전지의 냉각 성능이 안정적으로 확보될 수 있다..

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 분할된 복수의 단위 카트리지가 결합되어 하나의 카트리지를 구성하되, 단위 카트리지 간 볼트 결합 및/또는 후크 결합이 이루어진다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 이러한 볼트 결합 및/또는 후크 결합은, 지그재그 형태로 체결됨으로써 단위 카트리지의 조립 이후 뒤틀림을 방지하고 뒤틀리는 힘에 구조적으로 안정성을 부여하며, 체결력을 강화시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 의하면, 1개의 이차 전지 적층용 카트리지에 2개의 이차 전지가 수납되고, 이러한 2개의 이차 전지 사이에 상부 플레이트와 하부 플레이트, 2개의 냉각 플레이트가 위치한다. 따라서, 1개의 이차 전지마다 별도의 냉각 플레이트가 구비된 형태가 되므로, 이차 전지의 냉각 효율이 보다 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 2개의 냉각 플레이트 사이에 냉각 유로가 형성됨으로써, 냉각 유로가 냉각 플레이트에 인접하여 안정적으로 확보되고 냉각 유로를 통한 유체의 흐름이 원활하게 유지될 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 볼트 결합부와 제2 볼트 결합부의 결합 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는, 도 1에 도시된 이차 전지용 카트리지에 이차 전지가 수용되는 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 5는, 도 1의 이차 전지용 카트리지 구성에서 냉각 플레이트 구성만이 나타나도록 한 도면이다.
도 6은, 도 2의 카트리지 구성에서 결합부 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 7은, 도 1의 구성에서 제1 냉각 플레이트 및 제2 냉각 플레이트의 일부 구성을 제거한 형태로 나타내는 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 도시하는 결합 사시도이다.
도 9는, 도 8의 구성에 대한 분리 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지는, 다수의 이차 전지를 적층 및 패키징하여 배터리 모듈을 구성할 때 이용되는 것으로, 이차 전지를 홀딩하여 그 유동을 방지하고 이차 전지의 조립을 가이드할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)는, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)를 포함한다. 보다 구체적으로는, 도 1은 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)가 결합된 형태의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)가 분리된 형태의 구성을 나타내는 도면이다.

상기 제1 카트리지(100)는, 제1 냉각 플레이트(120), 제1 프레임(110) 및 제1 볼트 결합부(130)를 구비한다.

여기서, 상기 제1 냉각 플레이트(120)는, 넓은 플레이트 형태로 구성되며, 넓은 면이 상방과 하방을 향하도록 눕혀진 형태로 배치된다. 특히, 상기 제1 냉각 플레이트(120)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부에서 바라본 형태가 사각형 형태로 구성될 수 있다.

상기 제1 냉각 플레이트(120)는, 주변에 위치한 이차 전지와 열교환을 용이하게 할 수 있도록 열전도성이 있는 재질로 구성될 수 있다. 특히, 이러한 제1 냉각 플레이트(120)는, 열전도성이 뛰어나면서도 성형이 용이하고 무게가 가벼운 알루미늄 재질로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 제1 냉각 플레이트(120) 재질로 한정되는 것은 아니며, 이러한 제1 냉각 플레이트(120)는 알루미늄 이외의 금속 등 다른 다양한 재질로 구성될 수 있다.

상기 제1 프레임(110)은, 제1 냉각 플레이트(120)의 외주부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 상기 제1 프레임(110)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태가 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 프레임(110)의 비어 있는 중앙 부분에는 상부 방향으로 제1 냉각 플레이트(120)의 상부가 노출되고, 하부 방향으로 제1 냉각 플레이트(120)의 하부가 노출될 수 있다.

이때, 제1 프레임(110)은 양단이 서로 연결된 4개의 단위 프레임(1-1, 1-2, 1-3, 1-4)으로 구성된다고 볼 수도 있다. 이 경우, 각각의 단위 프레임은 제1 냉각 플레이트(120)의 4개의 변에 각각 위치할 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 프레임(110)은 3개의 단위 프레임으로 구성되어 제1 냉각 플레이트(120)의 4개의 변 중, 3개의 변에만 각각 위치하도록 할 수 있다. 여기서, 단위 프레임이 위치하지 않는 변은, 제2 카트리지(200)와 결합되는 부분(1-2)이라 할 수 있다.

상기 제1 프레임(110)은, 플라스틱과 같은 폴리머 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 프레임(110)은 제1 냉각 플레이트(120)가 개재된 상태에서 사출 성형으로 제조될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 재질 및 제조 방식으로 제한되는 것은 아니다.

상기 제1 볼트 결합부(130)는, 제1 프레임의 적어도 일측에 구비된다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 볼트 결합부(130)는, 제1 프레임에서 1-1 단위 프레임과 1-4 단위 프레임이 결합되는 모서리 부분, 그리고 1-3 단위 프레임과 1-4 단위 프레임이 결합되는 모서리 부분에 각각 구비될 수 있다.

이러한 제1 볼트 결합부(130)는, 도면에서 H로 표시된 바와 같이 중앙 부분에 관통홀이 형성되어 있으며, 이러한 관통홀은 상하 방향, 즉 카트리지의 적층 방향으로 볼트 등이 관통 가능하도록 형성될 수 있다.

상기 제2 카트리지(200)는, 제2 냉각 플레이트(220), 제2 프레임(210) 및 제2 볼트 결합부(230)를 구비한다. 이러한 제2 카트리지(200)는, 일부를 제외하고는 제1 카트리지(100)와 유사한 형태로 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 냉각 플레이트(220)는, 넓은 플레이트 형태로 구성되며, 눕혀진 형태로 배치될 수 있다. 또한, 이러한 제2 냉각 플레이트(220)는 사각형 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 냉각 플레이트(220) 역시, 열전도성이 있는 재질, 이를테면 알루미늄 재질로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 프레임(210)은, 제2 냉각 플레이트(220)의 외주부를 감싸는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 제2 프레임(210) 역시, 제1 프레임(110)과 마찬가지로, 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태가 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 제2 프레임(210)의 비어 있는 중앙 부분에는 상부 방향으로 제2 냉각 플레이트(220)의 상부가 노출되고, 하부 방향으로 제2 냉각 플레이트(220)의 하부가 노출될 수 있다.

이때, 제2 프레임(210)은 양단이 서로 연결된 4개의 단위 프레임(2-1, 2-2, 2-3, 2-4)으로 구성된다고 볼 수도 있다. 이 경우, 각각의 단위 프레임은 제2 냉각 플레이트(220)의 4개의 변에 각각 위치할 수 있다. 또는, 제2 프레임(210)은 3개의 단위 프레임으로 구성되어 제2 냉각 플레이트(220)의 4개의 변 중, 3개의 변에만 각각 위치하도록 할 수 있다. 이때, 제2 냉각 플레이트(220)의 단위 프레임이 위치하지 않는 변은, 제1 카트리지(100)와 결합되는 부분에 위치한 변(2-2)이라 할 수 있다.

또한 상기 제2 프레임(210)은, 플라스틱과 같은 폴리머 재질로 구성될 수 있으며, 이러한 제2 프레임(210)은 제2 냉각 플레이트(220)가 개재된 상태에서 사출 성형으로 제조될 수 있다.

상기 제2 볼트 결합부(230)는, 제2 프레임의 적어도 일측에 구비된다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 볼트 결합부(230)는, 제2 프레임에서 2-1 단위 프레임과 2-2 단위 프레임이 결합되는 모서리 부분, 그리고 2-3 단위 프레임과 2-2 단위 프레임이 결합되는 모서리 부분에 각각 구비될 수 있다.

이러한 제2 볼트 결합부(230)는, 제1 볼트 결합부(130)와 마찬가지로 중앙 부분에 상하 방향의 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 제1 카트리지(100) 및 상기 제2 카트리지(200)는, 각각 물리적으로 분리된 구성이되, 상호 결합 가능하게 구성된다. 특히, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 플레이트 형상의 냉각 플레이트의 외주면에 프레임이 존재하는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)는 냉각 플레이트의 양면이 상방 및 하방을 향하도록 눕혀진 상태에서 측면이 서로 맞닿는 형태로 결합될 수 있다. 즉, 제2 카트리지(200)의 일측은 제1 카트리지(100)의 타측과 측면 방향으로 결합 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 제2 카트리지(200)의 4개의 측면 중 2-2 측면은, 제1 카트리지(100)의 1-4 측면과 결합될 수 있다. 따라서, 이 경우, 제1 카트리지의 1-4 측면 및 제2 카트리지의 2-2 측면은 각각 제1 카트리지 및 제2 카트리지의 결합부라 할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 카트리지와 제2 카트리지가 측면 결합될 때, 제2 볼트 결합부(230)의 관통홀은 제1 볼트 결합부(130)의 관통홀과 연결될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 별도 제작된 제1 카트리지 및 제2 카트리지는 상호 측면 결합하여 도 1에 도시된 바와 같은 형태를 구성할 수 있는데, 이와 같은 결합 시, 제1 볼트 결합부(130)의 관통홀은 제2 볼트 결합부(230)의 관통홀과 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제1 볼트 결합부(130)는, 제2 볼트 결합부(230)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.

따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 체결 부재, 이를테면 볼트가 제1 볼트 결합부(130)의 관통홀을 관통하면서 제2 볼트 결합부(230)의 관통홀을 관통할 수 있게 되므로, 제1 카트리지와 제2 카트리지가 상호 결합 고정될 수 있게 된다.

특히, 제1 카트리지 및 제2 카트리지는 상하 방향으로 적층되므로, 다수의 카트리지가 상하 방향으로 적층되어 배터리 모듈을 형성할 때, 하나의 긴 볼트가 각 카트리지에 구비된 제1 볼트 결합부(130)의 관통홀 및 제2 볼트 결합부(230)의 관통홀을 관통하도록 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 볼트를 이용하여 적층된 다수의 카트리지 간 결합을 고정시키는 한편, 각 카트리지의 제1 카트리지 및 제2 카트리지의 상호 결합 또한 고정시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 볼트 결합부(130)는, 적어도 2개 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 2개의 볼트 결합부는 상하 방향으로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바를 참조하면, 1-1 단위 프레임의 우측 단부에 위치하는 제1 볼트 결합부(130)는 2개가 1조를 이루어, 각각 관통홀이 서로 이어진 형태로 상하 방향으로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.

여기서, 제2 볼트 결합부(230)는, 이와 같이 상하 방향으로 이격 배치된 2개의 제1 볼트 결합부(130) 사이에 개재되도록 구성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 카트리지가 제1 카트리지와 결합되는 경우, 제2 볼트 결합부(230)는 2개의 제1 볼트 결합부(130) 사이에 삽입될 수 있다. 이때, 제2 볼트 결합부(230)는 상부 및 하부에 각각 제1 볼트 결합부(130)가 위치할 수 있다. 그리고, 이 경우, 제2 볼트 결합부(230)의 관통홀은 2개의 제1 볼트 결합부(130)의 관통홀과 서로 연결되도록 할 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 볼트에 의해 상하 방향으로 제1 볼트 결합부(130), 제2 볼트 결합부(230) 및 제1 볼트 결합부(130) 순으로, 교호적으로, 즉 지그재그 형태로 결합되므로, 제1 카트리지와 제2 카트리지의 결합력이 보다 강화될 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 카트리지와 제2 카트리지가 서로 결합된 이후 상호 뒤틀리는 등의 문제를 방지할 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 볼트 결합부(130) 및 상기 제2 볼트 결합부(230)는, 적어도 일부분이 상하 방향으로 상호 접촉되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 제1 볼트 결합부(130) 사이에 1개의 제2 볼트 결합부(230)가 삽입되는 구성에 있어서, 제2 볼트 결합부(230)의 상면은 상부에 위치한 제1 볼트 결합부(130)의 하면과 접촉되도록 구성되고, 제2 볼트 결합부(230)의 하면은 하부에 위치한 제2 볼트 결합부(230)의 상면과 접촉되도록 구성될 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 볼트 결합부(130) 및 상기 제2 볼트 결합부(230)는, 제1 카트리지 및 제2 카트리지의 결합부 양 측면에 위치할 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 볼트 결합부(130)는, 제1 카트리지의 결합부인 1-4 단위 프레임의 양측, 다시 말해 1-4 단위 프레임의 전방 측 단부와 후방 측 단부에 위치하도록 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 볼트 결합부(130)에 대응하여, 제2 볼트 결합부(230)는, 제2 카트리지의 결합부인 2-2 단위 프레임의 양측, 다시 말해 2-2 단위 프레임의 전방 측 단부와 후방 측 단부에 위치하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 제1 카트리지와 제2 카트리지의 결합부를 따라 양 단부에 볼트 체결 구조가 존재하므로, 제1 카트리지와 제2 카트리지의 결합력이 보다 안정적으로 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 이러한 실시예의 경우, 제1 카트리지와 제2 카트리지의 결합부가 전방 측에서 후방 측에 이르기까지 전체적으로 안정적인 결합을 이룰 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 볼트 결합부(130) 및/또는 상기 제2 볼트 결합부(230)는, 상부 또는 하부 방향으로 돌출된 돌기가 형성될 수 있다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 볼트 결합부(130)와 제2 볼트 결합부(230)의 결합 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3은, 도 1의 A 부분을 정면에서 바라본 형태의 단면도의 일례라 할 수도 있다.

도 3을 참조하면, 제2 볼트 결합부(230)는 상면에 상부 방향으로 돌출된 형태의 돌기(P)가 형성될 수 있다. 그리고, 제2 볼트 결합부(230)는 하면에 하부 방향으로 돌출된 형태의 돌기(P)가 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 볼트 결합부(230)에 형성된 돌기(P)에 의해 제1 볼트 결합부(130)와 제2 볼트 결합부(230)의 좌우 방향 유동이 방지될 수 있어, 제1 볼트 결합부(130)와 제2 볼트 결합부(230)의 결합력이 보다 강화될 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 돌기에 의해 제1 볼트 결합부(130)와 제2 볼트 결합부(230)의 결합이 가이드될 수 있어, 제1 볼트 결합부(130)와 제2 볼트 결합부(230)를 결합시키는 공정 및 관통홀에 볼트를 결합시키는 공정이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.

이때, 이러한 제2 볼트 결합부(230)의 돌기(P)에 대응되는 위치 및 형태로 제1 볼트 결합부(130)에는 홈이 형성될 수 있다. 즉, 상부에 위치하는 제1 볼트 결합부(130)의 하면 및 하부에 위치하는 제1 볼트 결합부(130)의 상면에는 제1 볼트 결합부(130)의 돌기(P)가 삽입될 수 있도록 홈이 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 상부에 위치한 제1 볼트 결합부(130)의 하면 및 하부에 위치한 제1 볼트 결합부(130)의 상면에 각각 돌기가 형성될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)는 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)가 결합되는 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)의 결합 상태에서 이차 전지가 전체적으로 수용되고 보호될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 4는, 도 1에 도시된 이차 전지용 카트리지(1000)에 이차 전지가 수용되는 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다. 도 4에서는 카트리지에 대한 이차 전지(10)의 수용 위치가 잘 나타나도록, 이차 전지(10)는 카트리지(1000)의 측면에 나란히 도시되도록 한다.

도 4를 참조하면, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)가 결합된 형태로 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)가 구성되며, 이러한 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)는 각각 별도의 프레임 및 냉각 플레이트로 구성된다.

이때, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)는 각각이 구비한 프레임에 의해 내부 공간이 형성된다. 예를 들어, 제1 카트리지(100)는, 제1 프레임(110)에 의해 제1 냉각 플레이트(120)의 테두리가 감싸지며, 이러한 제1 프레임(110)에 의해 감싸지는 구성으로 인해 내부 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같이 제1 프레임(110)에 의해 형성된 내부 공간에는 이차 전지(10)의 일부분, 이를테면 이차 전지의 좌측 부분(11)이 수용될 수 있다. 또한, 제2 카트리지(200)는, 제2 프레임(210)에 의해 내부 공간이 형성될 수 있으며, 이와 같이 형성된 내부 공간에 이차 전지의 다른 부분, 이를테면 이차 전지의 우측 부분(12)이 수용될 수 있다. 즉, 제2 카트리지(200)에는 이차 전지에서 제1 카트리지(100)에 수용되지 않은 다른 부분이 수용될 수 있다.

이처럼, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)의 경우, 하나의 카트리지가 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)라는 복수의 단위 카트리지를 포함하며, 각 단위 카트리지는 물리적으로 분리되어 있으나, 상호 결합 가능하게 구성된다. 그리고, 적어도 하나의 이차 전지를 온전히 수용하기 위해서는, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)가 결합되어야 한다. 즉, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)는 각각 이차 전지의 일부분만 수용할 수 있을 뿐이며, 이들이 결합된 상태에서 하나의 이차 전지를 수용할 수 있다.

특히, 본 발명에 있어서, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)는 각각, 프레임과 함께 냉각 플레이트를 별도로 구비하고 있다. 그리고, 이러한 냉각 플레이트는, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)가 결합된 상태에서도, 서로 분리된 형태로 구성될 수 있다.

도 5는, 도 1의 이차 전지용 카트리지(1000) 구성에서 냉각 플레이트 구성만이 나타나도록 한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)에는 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 냉각 플레이트(220)가 각각 별도로 구비된다. 특히, 이러한 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 냉각 플레이트(220)는, 이차 전지를 수납하기 위해 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)가 결합된 상태에서도 상호 결합되지 않고 분리된 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 측면에 의하면, 하나의 이차 전지를 수용한다는 구성을 기준으로 볼때, 냉각 플레이트의 크기가 감소될 수 있다. 즉, 하나의 이차 전지의 전체 부분에 냉각 플레이트가 위치한다고 할 때, 종래에는 하나의 냉각 플레이트가 이차 전지의 전체 면적을 커버해야 하므로, 하나의 냉각 플레이트의 면적이 클 수밖에 없다. 하지만, 본 발명에 의할 경우, 하나의 이차 전지의 전체 부분에 대하여, 복수의 냉각 플레이트가 이차 전지의 서로 다른 부분을 분할하여 커버하므로, 하나의 냉각 플레이트의 면적이 작아질 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의할 경우, 냉각 플레이트의 크기 감소로 냉각 플레이트의 변형이나 손상이 현저하게 줄어들 수 있다. 또한, 냉각 플레이트의 일부분에 변형이나 손상이 발생하더라도, 그로 인해 다른 냉각 플레이트에 변형이나 손상이 발생하는 것이 방지된다. 예를 들어, 도 5의 구성에서, 제1 냉각 플레이트(120)에 손상이나 변형이 발생한다 하더라도, 이러한 제1 냉각 플레이트(120)의 손상이나 변형은 제2 냉각 플레이트(220)에 영향을 주지 않게 된다.

그러므로, 본 발명에 의하면, 냉각 플레이트 주변에 형성된 냉각 유로 및 냉각 플레이트와 이차 전지 사이의 공간이 안정적으로 유지되어, 배터리 모듈의 냉각 성능이 효과적으로 개선될 수 있고 배터리 모듈의 구조적 견고성이 향상될 수 있다.

바람직하게는, 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 냉각 플레이트(220)는, 대략 사각 형상을 가진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 냉각 플레이트(220)는, 평평한 부분이 상부 및 하부를 향하도록 눕혀진 상태에서 상부에서 하부를 바라볼 때의 형태가 대략 사각형 형상이 되도록 구성될 수 있다.

이러한 냉각 플레이트 구성에 대응되게, 제1 프레임(110) 및 제2 프레임(210)은 각각, 4개의 단위 프레임을 구비할 수 있다. 그리고, 각각의 단위 프레임은, 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 냉각 플레이트(220)의 4개의 변에 각각 위치하도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임(110)은 4개의 단위 프레임으로 구성될 수 있으며, 각각의 단위 프레임은 일 방향으로 길게 연장된 막대 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 단위 프레임은, 양단이 서로 연결된 형태로 구성되어, 사각형으로 구성된 제1 냉각 플레이트(120)의 4개의 변에 각각 위치할 수 있다. 따라서, 4개의 단위 프레임으로 구성된 제1 프레임(110)은, 전체적으로 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 제1 프레임(110)에 의해 한정되는 내부 공간, 즉 중앙 부분에는 제1 냉각 플레이트(120)가 노출될 수 있으며, 이러한 내부 공간에 이차 전지의 일부분이 위치할 수 있다.

이러한 실시예에 있어서, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)가 서로 결합하는 부분에 위치한 단위 프레임은, 다른 단위 프레임보다 낮게 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바를 기준으로, 제1 프레임(110)을 구성하는 4개의 단위 프레임에 대하여, 전방에 위치한 단위 프레임을 제1-1 단위 프레임, 좌측에 위치한 단위 프레임을 제1-2 단위 프레임, 후방에 위치한 단위 프레임을 제1-3 단위 프레임, 우측에 위치한 단위 프레임을 제1-4 단위 프레임이라 한다. 그리고, 제2 프레임(210)을 구성하는 4개의 단위 프레임에 대하여, 전방에 위치한 단위 프레임을 제2-1 단위 프레임, 좌측에 위치한 단위 프레임을 제2-2 단위 프레임, 후방에 위치한 단위 프레임을 제2-3 단위 프레임, 우측에 위치한 단위 프레임을 제2-4 단위 프레임이라 한다. 그리고, 도 2의 실시예에서, 제2 카트리지(200)의 일측 부분, 즉 좌측 부분이 제1 카트리지(100)의 타측 부분, 즉 우측 부분에 결합된다.

이 경우, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)에서 상호 결합하는 부분에 위치하는 단위 프레임은, 제1-4 단위 프레임과 제2-2 단위 프레임이다. 그리고, 이러한 제1-4 단위 프레임과 제2-2 단위 프레임은, 각 카트리지의 다른 단위 프레임보다 낮게 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1-4 단위 프레임은, 제1 카트리지(100)의 다른 단위 프레임, 즉 제1-1 단위 프레임, 제1-2 단위 프레임 및 제1-3 단위 프레임보다 높이가 낮게 구성될 수 있다. 그리고, 제2-2 단위 프레임은, 제2 카트리지(200)의 다른 단위 프레임, 즉 제2-1 단위 프레임, 제2-3 단위 프레임 및 제2-4 단위 프레임보다 높이가 낮게 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성은, 상호 결합하는 부분에 위치하는 제1-4 단위 프레임과 제2-2 단위 프레임의 경우, 다른 단위 프레임과 달리, 이차 전지 본체가 상부 또는 하부에 위치하는 부분이기 때문이다. 즉, 도 3에 도시된 바를 참조하면, 제1-4 단위 프레임과 제2-2 단위 프레임의 경우, 이차 전지의 본체 중앙 부분이 위치하게 된다. 이때, 제1-4 단위 프레임과 제2-2 단위 프레임의 높이가 제1 냉각 플레이트(120)나 제2 냉각 플레이트(220)보다 과도하게 높게 위치하면, 제1-4 단위 프레임과 제2-2 단위 프레임이 이차 전지의 중앙 부분에 접촉하여 이차 전지가 휘어지거나 이차 전지의 수납 공간이 좁아질 수 있다. 따라서, 제1-4 단위 프레임과 제2-2 단위 프레임은, 다른 단위 프레임에 비해 낮게 형성되는 것이 좋다.

이에 반해, 제1-1 단위 프레임, 제1-2 단위 프레임, 제1-3 단위 프레임, 제2-1 단위 프레임, 제2-3 단위 프레임 및 제2-4 단위 프레임은, 이차 전지의 본체 중앙 부분에 위치하지 않고, 이차 전지의 본체 테두리 부근에 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 단위 프레임들은, 적어도 일부분이 제1-4 단위 프레임 및 제2-2 단위 프레임보다 높게 구성되어, 내부 공간에 위치한 이차 전지가 외부로 노출되지 않도록 하여, 외부 충격이나 이물질 등으로부터 내부의 이차 전지가 안전하게 보호되도록 구성될 수 있다.

또한 바람직하게는, 제1 카트리지 및 제2 카트리지는 각각, 상호 대응되는 위치 및 형태로 후크 결합 가능하게 구성된 제1 후크 결합부 및 제2 후크 결합부를 구비할 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 6은, 도 2의 카트리지 구성에서 결합부 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 제1 카트리지(100)는, 제2 카트리지(200)와 결합되는 부분에 제1 후크 결합부(140)를 구비한다. 그리고, 상기 제2 카트리지는, 제1 카트리지와 결합되는 부분, 즉 제1 카트리지의 제1 후크 결합부(140)에 대응되는 부분에 제2 후크 결합부(240)를 구비한다.

예를 들어, 상기 제2 후크 결합부(240)는 후크(H)를 구비할 수 있다. 그리고, 제1 후크 결합부(140)는, 이러한 제2 후크 결합부(240)의 후크가 체결될 수 있도록, 후크에 대응되는 위치 및 형태로 홈(G)을 구비할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 카트리지에 마련된 제1 후크 결합부(140)와 제2 카트리지에 마련된 제2 후크 결합부(240)의 후크 체결 구성으로 인해, 제1 카트리지와 제2 카트리지의 측면 결합 구성에 대한 고정력이 더욱 강화될 수 있다.

또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 볼트 결합부(130)와 제2 볼트 결합부(230)가 체결되기 전에, 제1 후크 결합부(140)와 제2 후크 결합부(240)가 먼저 체결되어, 제1 볼트 결합부(130)의 관통홀과 제2 볼트 결합부(230)의 관통홀이 일치되도록 할 수 있으므로, 제1 볼트 결합부(130)와 제2 볼트 결합부(230)에 볼트를 삽입시키는 공정이 보다 쉽게 수행될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 후크 결합부(140) 및 제2 후크 결합부(240)는 각각, 복수의 후크(H) 및 복수의 홈(G)을 구비할 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 후크 결합부(140)는 복수의 홈(G)을 구비하고, 제2 후크 결합부(240)는 복수의 후크(H)를 구비할 수 있다.

그리고, 이러한 후크 및 홈은 각 카트리지의 결합부에서 상호 간 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 카트리지와 제2 카트리지의 결합부에서 다수의 후크 결합이 이루어질 수 있으며, 이로 인해 결합부 전체적으로 결합력이 고르게 강화될 수 있다.

특히, 상기 제1 후크 결합부(140)는 제1 상부 돌출부(141) 및 제1 하부 돌출부(142)를 구비할 수 있다.

여기서, 제1 상부 돌출부(141)는, 제1 카트리지의 결합부 상부에서 외측 방향, 즉 제2 카트리지가 위치하는 방향 측으로 돌출되게 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 상부 돌출부(141)는, 하부 방향으로 후크가 형성되거나 홈이 형성될 수 있다.

또한, 제1 하부 돌출부(142)는, 제1 카트리지의 결합부 하부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 하부 돌출부(142)는, 상부 방향으로 후크가 형성되거나 홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 후크 결합부(240)는 제2 상부 돌출부(241) 및 제2 하부 돌출부(242)를 구비할 수 있다.

여기서, 제2 상부 돌출부(241)는, 제2 카트리지의 결합부 상부에서 외측 방향, 즉 제1 카트리지가 위치하는 방향 측으로 돌출되게 구비될 수 있다. 특히, 제2 상부 돌출부(241)는 제1 하부 돌출부(142)와 대면 결합될 수 있도록 제1 하부 돌출부(142)에 대응되는 위치에 형성되며, 제1 하부 돌출부(142)에 형성된 후크나 홈에 체결 가능하도록 홈이나 후크가 형성될 수 있다.

또한, 제2 하부 돌출부(242)는, 제2 카트리지의 결합부 하부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비될 수 있다. 특히, 제2 하부 돌출부(242)는 제1 상부 돌출부(141)와 대면 결합될 수 있도록 제1 상부 돌출부(141)에 대응되는 위치에 형성되며, 제1 상부 돌출부(141)에 형성된 후크나 홈에 체결 가능하도록 홈이나 후크가 형성될 수 있다.

특히, 제1 상부 돌출부(141) 및 제1 하부 돌출부(142)는 각각, 제1 카트리지에 복수 개 구비되고, 제2 상부 돌출부(241) 및 제2 하부 돌출부(242)는 각각, 제2 카트리지에 복수 개 구비될 수 있다.

예를 들어, 도 6의 구성에 도시된 바와 같이, 제1 후크 결합부(140)는 2개의 제1 상부 돌출부(141) 및 3개의 제1 하부 돌출부(142)를 구비할 수 있다. 이때, 제1 상부 돌출부(141) 및 제1 하부 돌출부(142)에는 각각 1개의 홈이 형성될 수 있다. 그리고, 제2 후크 결합부(240)는 3개의 제2 상부 돌출부(241) 및 2개의 제2 하부 돌출부(242)를 구비할 수 있다. 이때, 제2 상부 돌출부(241) 및 제2 하부 돌출부(242)에는 각각 1개의 후크가 형성될 수 있다. 따라서, 제1 카트리지와 제2 카트리지의 결합 시, 제1 상부 돌출부(141)는 제2 하부 돌출부(242)에 대면 결합되어 상호 간 후크 체결되고, 제1 하부 돌출부(142)는 제2 상부 돌출부(241)에 대면 결합되어 상호 간 후크 체결될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 카트리지와 제2 카트리지의 결합부가 상호 방향으로 돌출된 상태에서 돌출된 부분이 대면 결합되고 이와 같이 대면 결합된 부분이 후크 체결되므로, 카트리지의 결합력이 강화되고, 특히 카트리지가 쉽게 뒤틀려 손상되는 문제를 예방할 수 있다.

또한, 제1 상부 돌출부(141) 및 제1 하부 돌출부(142)는, 제1 카트리지의 결합부를 따라 교호적으로 배치될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 카트리지의 결합부 배치 형태에 따라, 제2 카트리지의 제2 상부 돌출부(241) 및 제2 하부 돌출부(242)는 제2 카트리지의 결합부를 따라 교호적으로 배치될 수 있다.

예를 들어, 도 6의 구성을 참조하면, 제1 카트리지는, 전방에서 후방 측으로 이동함에 따라, 제1 하부 돌출부(142), 제1 상부 돌출부(141), 제1 하부 돌출부(142), 제1 상부 돌출부(141) 및 제1 하부 돌출부(142) 순으로, 제1 상부 돌출부(141) 및 제1 하부 돌출부(142)가 교대로 배치되어 있다.

또한, 제2 카트리지는, 제2 상부 돌출부(241), 제2 하부 돌출부(242), 제2 상부 돌출부(241), 제2 하부 돌출부(242) 및 제2 상부 돌출부(241) 순으로, 제2 상부 돌출부(241) 및 제2 하부 돌출부(242)가 교대로 배치되어 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 제1 카트리지 및 제2 카트리지는, 각각의 결합부에서 상부 돌출부 및 하부 돌출부가 교차하여 배치되므로, 결합부 전체적으로 결합력이 고르게 분포될 수 있으며, 특히 상부 또는 하부 방향으로의 힘에 안정적으로 대처할 수 있다.

또한, 상기 제1 후크 결합부(140)는, 결합부를 따라 후크와 홈이 교호적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 카트리지의 결합부인 제1 후크 결합부(140)는 전방에서 후방 측을 따라, 후크, 홈, 후크, 홈, ...과 같은 순으로 후크와 홈이 교대로 배치될 수 있다.

이 경우, 제2 후크 결합부(240)는, 이러한 제1 후크 결합부(140)의 형태에 대응하여, 결합부를 따라 홈과 후크가 교호적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 후크 결합부(240)는 전방에서 후방 측을 따라, 홈, 후크, 홈, 후크, ...와 같은 순으로 홈과 후크가 교대로 배치될 수 있다.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 후크와 홈이 교대로 배치됨으로써, 카트리지의 결합부를 따라 고정력이 고르게 분산되며, 특히 상부 또는 하부 어느 방향으로 힘이 가해지더라도 이러한 힘에 대응하는 지지력이 견고해져, 일 방향으로 쉽게 파손되는 문제를 예방할 수 있다.

한편, 상기 이차 전지(10)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부에서 하부 방향으로 바라본 형태가 사각 형상인 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이 경우, 파우치형 이차 전지는, 대략 4개의 변을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지는, 직사각형 형태로 구성될 수 있는데, 이 경우 파우치형 이차 전지는 2개의 긴 변과 2개의 짧은 변을 갖는 형태로 구성될 수 있다.

이러한 실시예에서, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)는, 파우치형 이차 전지의 장변을 기준으로, 서로 다른 부분에 위치하도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)는, 파우치형 이차 전지의 장변을 2개로 분할하여, 각각 서로 다른 부분을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 기준으로, 파우치형 이차 전지의 상측과 하측에 위치하는 변이 좌측과 우측에 위치하는 변보다 길게 구성될 때, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)는 파우치형 이차 전지의 상측과 하측에 위치하는 변을 2개로 분할하여, 제1 카트리지(100)가 파우치형 이차 전지의 좌측 부분(11)을 커버하고, 제2 카트리지(200)가 파우치형 이차 전지의 우측 부분(12)을 커버하도록 구성될 수 있다.

냉각 플레이트는, 전체적인 크기가 크지 않더라도 어느 일 방향으로 길이가 길어지면 그 형태가 변형될 가능성이 높은데, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 냉각 플레이트가 어느 일 방향으로 길어지는 것을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 냉각 플레이트의 변형을 방지하여, 냉각 플레이트에 의한 냉각 효율이 보다 안정적으로 확보되도록 할 수 있다.

한편, 이차 전지는 양극 리드 및 음극 리드를 돌출된 형태로 구비할 수 있다. 그리고, 이차 전지를 카트리지에 장착한 경우, 이러한 양극 리드 및 음극 리드는, 외부 장치와의 연결 또는 이차 전지 상호 간의 연결을 위해, 카트리지의 내부에서 외부 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다.

이때, 양극 리드 및 음극 리드는, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200) 중, 어느 하나의 카트리지에만 위치하도록 구성될 수 있다. 특히, 파우치형 이차 전지는 양극 리드와 음극 리드가 파우치의 동일한 변에 위치하는 단방향 이차 전지 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 이차 전지의 양극 리드와 음극 리드는 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200) 중 어느 하나의 카트리지에만 위치할 수 있다.

여기서, 양극 리드와 음극 리드가 모두 위치하는 제1 카트리지(100) 또는 제2 카트리지(200)는, 다른 카트리지에 비해 크기가 작게 구성될 수 있다. 특히, 양극 리드와 음극 리드가 모두 위치하는 제1 카트리지(100) 또는 제2 카트리지(200)는, 다른 단위 카트리지에 비해 냉각 플레이트의 크기가 작게 구성될 수 있다.

예를 들어, 파우치형 이차 전지의 양극 리드(L1)와 음극 리드(L2)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 카트리지(200)에만 위치하여, 제2 카트리지(200)의 내부에서 외부 방향으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 카트리지(200)는 제1 카트리지(100)보다 작게 구성됨으로써, 제2 냉각 플레이트(220)의 면적이 제1 냉각 플레이트(120)의 면적보다 작도록 구성될 수 있다.

이차 전지, 특히 파우치형 이차 전지의 경우, 전극 리드가 위치하는 부분에서는 다른 부분에 비해 상대적으로 열이 많이 발생할 수 있다. 이를테면, 도 4의 구성에서, 이차 전지를 제1 카트리지(100)에 장착되는 부분과 제2 카트리지(200)에 장착되는 부분으로 나누어 구별할 때, 양극 리드(L1) 및 음극 리드(L2)가 구비된 제2 카트리지(200)에 장착되는 부분이, 이러한 전극 리드가 구비되지 않은 제1 카트리지(100)에 장착되는 부분보다 상대적으로 많은 열이 발생할 수 있다. 이때, 제1 냉각 플레이트(120)와 제2 냉각 플레이트(220) 주변에 유사한 유량으로 냉각 유체, 이를테면 공기가 흐른다고 하면, 제2 냉각 플레이트(220)의 면적이 제1 냉각 플레이트(120)의 면적보다 작으므로, 제2 냉각 플레이트(220)의 경우 제1 냉각 플레이트(120)보다 단위 면적당 유량의 크기가 더 많아질 수 있다. 따라서, 열이 상대적으로 더 많이 발생하는 제2 냉각 플레이트(220)에 보다 높은 유량으로 냉각 유체가 흐르도록 할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 이차 전지 전체적으로 열적 불균형이 일어나는 것을 줄일 수 있다.

바람직하게는, 제1 카트리지(100)에 구비된 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 카트리지(200)에 구비된 제2 냉각 플레이트(220)는, 각각 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 구비할 수 있다. 이에 대해서는, 도 7을 참조하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 7은, 도 1의 구성에서 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 냉각 플레이트(220)의 일부 구성을 제거한 형태로 나타내는 사시도이다.

도 5 및 7을 참조하면, 상기 제1 냉각 플레이트(120)와 제2 냉각 플레이트(220)는 각각, 2개의 플레이트, 즉 상부 플레이트와 하부 플레이트를 구비할 수 있다. 이하에서, 제1 냉각 플레이트(120)에 구비된 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 대해서는 제1 상부 플레이트(121) 및 제1 하부 플레이트(122)라 지칭한다. 그리고, 이와 구별되도록, 제2 냉각 플레이트(220)에 구비된 상부 플레이트 및 하부 플레이트에 대해서는 제2 상부 플레이트(221) 및 제2 하부 플레이트(222)라 지칭한다. 다만, 제1 상부 플레이트(121)와 제2 상부 플레이트(221)에 대하여 설명이 동일하거나 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는, 이들을 구별하지 않고, 공통적으로 상부 플레이트라 한다. 또한, 제1 하부 플레이트(122)와 제2 하부 플레이트(222)에 대하여 설명이 동일하거나 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는, 이들을 구별하지 않고, 공통적으로 하부 플레이트라 한다.

본 발명의 상기 실시예에서, 상부 플레이트와 하부 플레이트는 각각, 넓은 플레이트 형태로 구성되며 넓은 면이 상방과 하방을 향하도록 눕혀진 형태로 배치될 수 있다. 그리고, 상부 플레이트와 하부 플레이트는 서로 동일한 형태, 이를테면 사각 플레이트 형태로 구성될 수 있다.

특히, 상부 플레이트와 하부 플레이트는 넓은 면이 상호 대면되는 형태로 상하 방향으로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 즉, 하부 플레이트는, 상부 플레이트의 하부에서 소정 거리 이격된 상태에서, 넓은 면이 상부 플레이트의 넓은 면과 상호 대면되도록 배치될 수 있다. 더욱이, 하부 플레이트는 상부 플레이트와 수평 방향으로 평행한 형태가 되도록 구성될 수 있다.

이처럼, 상부 플레이트와 하부 플레이트가 상하 방향으로 소정 거리 이격되게 배치된 구성에 의하면, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에는 빈 공간이 형성되며, 이러한 빈 공간은 공기와 같은 유체가 이동할 수 있는 통로인 유로로서 기능할 수 있다. 특히, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 빈 공간에는, 공기와 같은 냉각용 유체가 흐름으로써 상부 플레이트와 하부 플레이트를 통해 주변의 이차 전지와 열교환이 이루어지도록 할 수 있다. 따라서, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 빈 공간은 냉각 유로가 될 수 있다.

특히, 본 발명은, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 카트리지(100)에도 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 구비될 수 있고, 제2 카트리지(200)에도 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 구비될 수 있다. 따라서, 제1 카트리지(100)에도 냉각 유로가 형성되고, 제2 카트리지(200)에도 냉각 유로가 형성될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)는 모두, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 형성된 냉각 유로의 적어도 일부분이 개방되도록 프레임의 측면에 개구부가 형성될 수 있다.

즉, 제1 카트리지(100)에서, 제1 상부 플레이트(121)와 제1 하부 플레이트(122) 사이에 형성된 냉각 유로의 적어도 일부분이 개방되도록 제1 프레임(110)은 측면에 개구부(O1)가 형성될 수 있다. 또한, 제2 카트리지(200)에서, 제2 상부 플레이트(221)와 제2 하부 플레이트(222) 사이에 형성된 냉각 유로의 적어도 일부분이 개방되도록 제2 프레임(210)은 측면에 개구부(O2)가 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 2 및 도 7에 도시된 바를 참조하면, 제1 카트리지(100)에서 전방에 위치하는 제1-1 단위 프레임 및 후방에 위치하는 제1-3 단위 프레임은 각각, 수평 방향으로, 즉 카트리지의 내외측 방향으로 관통하는 형태의 개구부가 형성되어 있다. 다시 말해, 제1 프레임(110)에는 2개의 개구부가 측면에 형성되어 있다. 이러한 실시예에서, 제1 프레임(110)의 개구부는, 제1 카트리지(100)에 형성된 냉각 유로가 제1 카트리지(100)의 외부로 노출될 수 있도록 한다. 따라서, 제1 프레임(110)의 개구부는 냉각 유로에 대한 유입구 및 유출구로서 기능할 수 있다.

특히, 제1 프레임(110)의 개구부는, 이차 전지를 기준으로 서로 반대되는 측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 2개의 개구부는 서로 대향되는 제1-1 단위 프레임 및 제1-3 단위 프레임에 각각 형성되어 있다. 이처럼 개구부가 반대되는 측면에 위치하는 경우, 냉각 유체의 흐름 방향이 일직선으로 형성되어, 냉각 유체가 보다 원활하게 흐를 수 있어 냉각 효율이 보다 안정적으로 확보될 수 있다.

또한, 도 2에서 제1 카트리지(100)와 마찬가지로 제2 카트리지(200)에서도, 전방에 위치하는 제2-1 단위 프레임 및 후방에 위치하는 제2-3 단위 프레임에 각각 수평 방향으로 관통하는 형태의 개구부가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 제2 카트리지(200)에 형성된 개구부는, 제2 카트리지(200)의 냉각 유로를 외부로 노출시키는 통로가 될 수 있다.

또한 바람직하게는, 제1 냉각 플레이트(120)에 형성된 냉각 유로와 제2 냉각 플레이트(220)에 형성된 냉각 유로는, 서로 분리된 형태로 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 상부 플레이트(121)와 제1 하부 플레이트(122) 사이에 형성된 냉각 유로는 전방 및 후방이 개방되고, 측면은 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 그리고, 제2 상부 플레이트(221)와 제2 하부 플레이트(222) 사이에 형성된 냉각 유로는 전방 및 후방이 개방되고, 측면은 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 이때, 제1 상부 플레이트(121)와 제1 하부 플레이트(122)는 측면이 절곡되어 상호 접합됨으로써, 측면이 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 상부 플레이트(221)와 제2 하부 플레이트(222) 역시, 측면이 절곡된 후 상호 접합됨으로써, 측면이 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 특히, 제1 상부 플레이트(121)와 제1 하부 플레이트(122)의 우측면과 제2 상부 플레이트(221)와 제2 하부 플레이트(222)의 좌측면이 서로 폐쇄됨으로써, 제1 냉각 플레이트(120)에 형성된 유로와 제2 냉각 플레이트(220)에 형성된 유로는 서로 연결되지 않고 물리적으로 분리되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)가 결합된 상태에서도 제1 냉각 플레이트(120)와 제2 냉각 플레이트(220)에는 각각 별도의 유로가 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 냉각 플레이트(120)에 형성된 유로와 제2 냉각 플레이트(220)에 형성된 유로로 각각 별도의 냉각 유체가 유출입될 수 있다. 특히, 이차 전지는 부분적으로 온도 편차가 발생할 수 있는데, 이와 같이 제1 카트리지(100)와 제2 카트리지(200)의 유로가 독립적으로 형성된 구성에 의하면, 이차 전지의 부분적 온도 편차에 따라 적응적으로 대처할 수 있다. 예를 들어, 이차 전지에서 제1 카트리지(100)에 장착된 부분의 온도가 제2 카트리지(200)에 장착된 부분의 온도보다 높은 경우, 제2 카트리지(200)의 냉각 유로보다 제1 카트리지(100)의 냉각 유로로 상대적으로 많은 유량의 냉각 유체가 흐르도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 냉각 플레이트와 하부 냉각 플레이트 사이에 형성된 유로를 안정적으로 유지하기 위해, 제1 냉각 플레이트 및/또는 제2 냉각 플레이트에는 비딩부(B)가 형성될 수 있다.

본 발명의 카트리지 구성에 있어서, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)는, 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 냉각 플레이트(220)의 상부에 하나의 파우치형 이차 전지가 안착되고, 제1 냉각 플레이트(120) 및 제2 냉각 플레이트(220)의 하부에 다른 하나의 파우치형 이차 전지가 안착되도록 구성될 수 있다.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)는, 3개 이상의 단위 카트리지로 구성될 수 있다. 즉, 상기 실시예에서는, 이차 전지용 카트리지(1000)가 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200), 2개의 단위 카트리지로 구성된 예를 중심으로 설명하였으나, 이러한 이차 전지용 카트리지(1000)에는, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200) 이외에 다른 단위 카트리지를 더 포함할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)는, 제3 카트리지를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 카트리지는, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200)와 유사한 형태로 구성될 수 있다. 즉, 상기 제3 카트리지는, 플레이트 형태로 구성된 제3 냉각 플레이트, 이러한 제3 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제3 프레임 및 제3 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제3 볼트 결합부를 구비할 수 있다.

그리고, 이러한 제3 카트리지는, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200) 중 적어도 하나와 측면 방향으로 결합 가능하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 제3 카트리지는 제2 카트리지(200)를 기준으로 제1 카트리지(100)가 위치하는 측의 반대 측에 위치하여, 제2 카트리지(200)와 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 도 4의 구성을 기준으로, 제3 카트리지는 제2 카트리지(200)의 우측에 위치하여, 제2 카트리지(200)와 결합됨으로써, 제1 카트리지(100), 제2 카트리지(200) 및 제3 카트리지가 결합되어 하나의 이차 전지용 카트리지(1000)가 완성되도록 구성될 수 있다.

이 경우, 제2 카트리지는, 제1 카트리지와 결합되는 측면의 반대 측면에 상하 방향 관통홀이 형성된 제2-2 볼트 결합부를 더 구비할 수 있다. 그리고, 상기 제3 카트리지는 제2 카트리지와 측면 결합 시, 제3 볼트 결합부의 관통홀이 제2-2 볼트 결합부의 관통홀과 서로 연결되도록 할 수 있다.

따라서, 상기 제3 카트리지는, 제3 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 이차 전지의 또 다른 부분을 수용할 수 있다. 즉, 하나의 이차 전지에 대하여, 일부는 제1 카트리지(100)의 내부 공간에 위치하고, 다른 일부는 제2 카트리지(200)의 내부 공간에 위치하며, 나머지 일부는 제3 카트리지의 내부 공간에 위치할 수 있다.

한편, 상기 이차 전지용 카트리지(1000)는, 둘 이상이 적층 가능하도록 구성될 수 있다. 그리고, 둘 이상이 적층되어 형성된 이차 전지용 카트리지(1000)의 내부 공간에 이차 전지가 수납됨으로써, 이차 전지용 카트리지(1000)는 이차 전지를 수납 및 보호할 수 있다. 특히, 제1 카트리지(100)의 제1 프레임(110)과 제2 카트리지(200)의 제2 프레임(210)은 냉각 플레이트보다 상하 방향으로 돌출되게 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 제1 프레임(110)과 제2 프레임(210)은, 이차 전지용 카트리지(1000)가 상하 방향으로 적층될 때, 카트리지 간 적층을 가이드하고 카트리지 간 적층 상태가 안정적으로 유지되도록 상호 간 체결 구성을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 상술한 이차 전지용 카트리지(1000)를 포함한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 개략적으로 도시하는 결합 사시도이고, 도 9는 도 8의 구성에 대한 분리 사시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)가 복수 개 적층되고, 적층으로 인해 형성된 내부 공간에 이차 전지가 수납되는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000) 및 이차 전지를 포함할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 하나의 이차 전지용 카트리지(1000)당 2개의 파우치형 이차 전지가 수납되도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 이러한 이차 전지용 카트리지(1000) 및 이차 전지 이외에, 유입 덕트(300) 및 유출 덕트(400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 유입 덕트(300)는, 카트리지에 형성된 냉각 유로의 개방 부분에 구비되어 냉각 유로로 유체가 유입되도록 하는 공간 및 통로로서 기능할 수 있다. 그리고, 유출 덕트(400)는, 카트리지에 형성된 냉각 유로의 다른 개방 부분에 구비되어, 냉각 유로로 흐르던 유체가 배터리 모듈 외부로 유출되도록 하는 공간 및 통로로서 기능할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지는, 제1 프레임(110) 및 제2 프레임(210)의 일측에 개구부가 형성될 수 있는데, 유입 덕트(300) 및 유출 덕트(400)는, 이러한 개구부가 형성된 측에 구비될 수 있다.

이러한 유입 덕트(300) 및 유출 덕트(400)는, 배터리 모듈의 내외부 간 냉각 유체의 유출입을 위해 유입구(310) 및 유출구(410)가 형성될 수 있다. 또한, 유입 덕트(300) 및 유출 덕트(400)는, 유체의 흐름을 보다 원활하게 유도할 수 있도록, 팬(420)을 구비할 수 있다.

특히, 본 발명에 있어서, 유입 덕트(300) 및 유출 덕트(400)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각각 2개 구비될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지(1000)는, 제1 카트리지(100) 및 제2 카트리지(200), 2개의 단위 카트리지를 구비할 수 있으며, 이러한 각각의 단위 카트리지는 별도의 냉각 유로를 구비할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 유입 덕트(300)를 2개 구비하고, 유출 덕트(400)를 2개 구비하여, 1개의 유입 덕트(300) 및 1개의 유출 덕트(400)가 제1 카트리지(100)가 적층된 측에 위치하고, 다른 1개의 유입 덕트(300) 및 다른 1개의 유출 덕트(400)가 제2 카트리지(200)가 적층된 측에 위치할 수 있다.

한편, 유입 덕트(300) 및 유출 덕트(400)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 카트리지에 체결될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 유입 덕트(300) 및 유출 덕트(400)의 체결 방식에 의해 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 제1 카트리지(100)의 온도 및 제2 카트리지(200)의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 카트리지의 유로로 냉각 유체를 공급하는 블로워 유닛을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 블로워 유닛으로서 팬을 포함할 수 있으며, 이러한 팬은 유입 덕트(300) 및/또는 유출 덕트(400)의 내부에 위치하는 구성요소일 수 있다. 특히, 이러한 블로워 유닛은, 제1 카트리지(100)에 냉각 유체를 공급하는 구성과 제2 카트리지(200)에 냉각 유체를 공급하는 구성으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 블로워 유닛은 제1 블로워 유닛 및 제2 블로워 유닛을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 블로워 유닛은, 제1 카트리지(100) 측 유출 덕트(400)에 위치한 팬일 수 있고, 제2 블로워 유닛은, 제2 카트리지(200) 측 유출 덕트(400)에 위치한 팬을 구비할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 블로워 유닛을 제어하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 제어 유닛은, 온도 센서로부터 온도 정보를 입력받아 이를 이용하여 블로워 유닛을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛은, 온도 센서로부터 제1 카트리지(100)의 온도 정보 및 제2 카트리지(200)의 온도 정보를 입력받을 수 있다.

그리고, 상기 제어 유닛은, 제1 카트리지(100)의 온도와 제2 카트리지(200)의 온도를 비교할 수 있다. 그리고 나서, 상기 제어 유닛은, 상대적으로 온도가 높은 단위 카트리지의 냉각 유로로 보다 많은 양의 냉각 기체가 흐르도록 할 수 있다. 예를 들어, 제2 카트리지(200)의 온도가 제1 카트리지(100)의 온도보다 높은 경우, 상기 제어 유닛은 블로워 유닛을 제어하여, 제1 카트리지(100) 측 냉각 유로보다 제2 카트리지(200) 측 냉각 유로로 상대적으로 많은 양의 냉각 유체가 흐르도록 할 수 있다. 여기서, 블로워 유닛의 제어는, 이를테면 팬의 회전 속도나 팬의 작동 개수 등을 조절하는 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 센싱 어셈블리(500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 센싱 어셈블리(500)는, 이차 전지용 카트리지(1000)에 수납된 이차 전지의 전기적 특성, 이를테면 전압이나 전류 등을 측정할 수 있다. 이를 위해, 상기 센싱 어셈블리(500)는, 각 이차 전지의 전극 리드에 접촉하여 연결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(600)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 엔드 플레이트(600)는, 대략 넓은 면적을 가진 플레이트 형태로 구성될 수 있으며, 배터리 모듈의 상부 및/또는 하부에 위치하여, 적층된 다수의 카트리지 및 이차 전지의 상부와 하부를 커버할 수 있다. 이러한 엔드 플레이트(600)는, 배터리 모듈에 대한 기계적 지지력을 제공하고, 이차 전지의 상부와 하부에서 이차 전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 엔드 플레이트(600)는 강성 확보를 위해 스틸 등의 금속 재질로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 하나 이상 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈에는, 상술한 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지가 복수 개 포함될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지는, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있고, 이러한 배터리 팩에는 본 발명에 따른 이차 전지용 카트리지가 포함될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

10: 이차 전지
100: 제1 카트리지
110: 제1 프레임
120: 제1 냉각 플레이트
130: 제1 볼트 결합부
140: 제1 후크 결합부
200: 제2 카트리지
210: 제2 프레임
220: 제2 냉각 플레이트
230: 제2 볼트 결합부
240: 제2 후크 결합부

Claims (15)

1. 플레이트 형태로 구성된 제1 냉각 플레이트, 상기 제1 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제1 프레임, 및 상기 제1 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제1 볼트 결합부를 구비하며, 상기 제1 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 이차 전지의 일부분을 수용하는 제1 카트리지; 및
   플레이트 형태로 구성된 제2 냉각 플레이트, 상기 제2 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제2 프레임, 및 상기 제2 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제2 볼트 결합부를 구비하며, 상기 제1 카트리지와 측면 결합 가능하게 구성되되, 측면 결합 시 상기 제2 볼트 결합부의 관통홀이 상기 제1 볼트 결합부의 관통홀과 연결되고, 상기 제2 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 상기 이차 전지의 다른 부분을 수용하는 제2 카트리지
   를 포함하고,
   상기 제1 카트리지 및 상기 제2 카트리지는 각각, 상호 대응되는 위치 및 형태로 후크 결합 가능하게 구성된 제1 후크 결합부 및 제2 후크 결합부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 볼트 결합부는, 적어도 2개가 상하 방향으로 소정 거리 이격되게 배치되고,
   상기 제2 볼트 결합부는, 상하 방향으로 이격 배치된 제1 볼트 결합부의 사이에 삽입되어 관통홀이 상기 제1 볼트 결합부의 관통홀과 연결되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 볼트 결합부 및 상기 제2 볼트 결합부는, 각각 상기 제1 카트리지 및 상기 제2 카트리지의 결합부 양 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 후크 결합부는, 상기 제1 카트리지의 결합부 상부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 하부 방향 후크 또는 홈이 형성된 제1 상부 돌출부 및 상기 제1 카트리지의 결합부 하부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 상부 방향 후크 또는 홈이 형성된 제1 하부 돌출부를 구비하고,
   상기 제2 후크 결합부는, 상기 제2 카트리지의 결합부 상부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 상기 제1 하부 돌출부와 대면 결합되게 하부 방향 후크 또는 홈이 형성된 제2 상부 돌출부 및 상기 제2 카트리지의 결합부 하부에서 외측 방향으로 돌출되게 구비되어 상기 제1 상부 돌출부와 대면 결합되게 상부 방향 후크 또는 홈이 형성된 제2 하부 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 상부 돌출부 및 상기 제1 하부 돌출부는 각각, 상기 제1 카트리지에 복수 개 구비되고,
   상기 제2 상부 돌출부 및 상기 제2 하부 돌출부는 각각, 상기 제2 카트리지에 복수 개 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 상부 돌출부 및 상기 제1 하부 돌출부는, 상기 제1 카트리지의 결합부를 따라 교호적으로 배치된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 후크 결합부 및 상기 제2 후크 결합부는 각각, 복수의 후크 및 복수의 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 후크 결합부 및 상기 제2 후크 결합부 중 적어도 하나는, 결합부를 따라 상호 결합되기 위한 후크 또는 홈이 교호적으로 배치된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
10. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는 사각 형태의 파우치형 이차 전지이고,
    상기 제1 카트리지 및 상기 제2 카트리지는, 상기 파우치형 이차 전지의 긴 변을 기준으로, 서로 다른 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
11. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지의 양극 리드 및 음극 리드는 모두 상기 제2 카트리지의 내부에서 외부 방향으로 돌출되게 구성되고, 상기 제2 냉각 플레이트의 면적은 상기 제1 냉각 플레이트의 면적보다 작게 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 카트리지는, 상기 제1 카트리지와 결합되는 측면의 반대 측면에 상하 방향 관통홀이 형성된 제2-2 볼트 결합부를 더 구비하고,
    플레이트 형태로 구성된 제3 냉각 플레이트, 상기 제3 냉각 플레이트의 외주부를 감싸는 형태로 구성된 제3 프레임, 및 상기 제3 프레임에 구비되고 상하 방향 관통홀이 형성된 제3 볼트 결합부를 구비하며, 상기 제2 카트리지와 측면 결합 가능하게 구성되되, 측면 결합 시 상기 제2-2 볼트 결합부의 관통홀이 상기 제3 볼트 결합부의 관통홀과 연결되고, 상기 제3 프레임에 의해 형성된 내부 공간에 상기 이차 전지의 또 다른 부분을 수용하는 제3 카트리지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 카트리지.
13. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 카트리지를 포함하는 배터리 모듈.
14. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 카트리지를 포함하는 배터리 팩.
15. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지용 카트리지를 포함하는 자동차.

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