KR102379665B1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

Abstract

본 기재에 의하면, 복수의 전지셀을 수납하기 위한 수납부를 포함하는 하부 케이스, 및 상기 하부 케이스에 탑재된 상기 복수의 전지셀의 일측의 반대측을 덮는 상부 케이스를 포함하고, 상기 상부 케이스는 본체부 및 상기 본체부로부터 상기 하부 케이스를 향하는 방향으로 연장되어 상기 하부 케이스와 접하는 복수의 고정 브라켓을 포함하고, 상기 복수의 고정 브라켓 각각은 상기 본체부 상에 배치되는 줄기부와, 상기 줄기부로부터 상기 하부 케이스를 향하는 방향으로 연장되는 복수의 가지부를 포함하는 전지 모듈을 제공한다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.

이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.

휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용되나, 노트북, 전기 자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지 모듈 또는 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.

이러한 중대형 전지팩에서 이차 전지의 안정성 문제는 더욱 중요하다. 특히 복수의 전지셀이 케이스 내에 탑재되는 전지 모듈의 구조에서 셀의 부피 팽창 등에 의한 셀 커버 변형에 의해 발열이 생기거나 안전성에 문제가 생길 수 있다. 이 때문에 발열에 유리하고 경량의 소재로 이루어진 케이스를 사용할 수 있으나, 이 경우 기계적 강도에 문제가 생길 수 있다.

냉각에 용이한 케이스 형태를 유지하면서도 기계적 강도를 향상시키고 전지셀의 팽창을 억제할 수 전지 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀을 수납하기 위한 수납부를 포함하는 하부 케이스, 및 상기 하부 케이스에 탑재된 상기 복수의 전지셀의 일측의 반대측을 덮는 상부 케이스를 포함하고, 상기 상부 케이스는 본체부 및 상기 본체부로부터 상기 하부 케이스를 향하는 방향으로 연장되어 상기 하부 케이스와 접하는 복수의 고정 브라켓을 포함하고, 상기 복수의 고정 브라켓 각각은 상기 본체부 상에 배치되는 줄기부와, 상기 줄기부로부터 상기 하부 케이스를 향하는 방향으로 연장되는 복수의 가지부를 포함한다.

상기 복수의 가지부는 상기 복수의 전지셀 중 서로 인접하는 2개의 전지셀 사이로 연장되는 제1 가지부를 포함할 수 있다.

상기 복수의 가지부는 상기 상부 케이스의 측부와 상기 하부 케이스의 측부를 연결하는 제2 가지부를 더욱 포함할 수 있다.

상기 전지 모듈은 상기 고정 브라켓을 상기 하부 케이스에 고정하는 고정부재를 더 포함할 수 있다.

상기 고정 브라켓은 상기 상부 케이스와 일체로 형성될 수 있다.

상기 고정 브라켓은 상기 상부 케이스와 분리 가능하게 형성될 수 있다.

상기 상부 케이스는 상기 복수의 제1 가지부가 연장될 수 있는 복수의 슬릿을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩은 상기 전지 모듈을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각에 용이한 케이스 형태를 유지하면서도 기계적 강도를 향상시키고 전지셀의 팽창을 억제할 수 있는 전지 모듈을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 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.

이하에서, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 복수의 전지셀(110)을 포함하는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수납하는 하부 케이스(300), 전지셀 적층체(100)를 기준으로 하부 케이스(300)가 위치하는 부분의 반대편에 위치하는 상부 케이스(200)를 포함할 수 있다.

상기 전지셀 적층체(100)는 복수의 전지셀(110)을 포함하는 이차 전지의 집합체이다. 전지셀 적층체(100)는 복수의 전지셀(110)을 포함할 수 있고, 각각의 전지셀은 전극 리드(미도시)를 포함한다. 전지셀(110)은 파우치형 전지셀일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전극 리드는 양극 리드 또는 음극 리드이며, 각 전지셀(110)의 전극 리드는 단부가 한쪽 방향으로 구부러질 수 있고, 이에 의해 인접한 다른 전지셀(110)이 갖는 전극 리드의 단부와 맞닿을 수 있다. 서로 맞닿은 2개의 전극 리드는 서로 용접 등을 통해 고정될 수 있고, 이를 통해 전지셀 적층체(100) 내부의 전지셀(110) 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다.

복수의 전지셀(110)은 전극 리드들이 일측 방향으로 정렬되도록 수직 적층되어 전지셀 적층체(100)를 이룬다. 전지셀 적층체(100)의 하부면, 일측의 일부, 및 타측의 일부은 하부 케이스(300)에 수납될 수 있다. 상부 케이스(200)는 하부 케이스(300)와 맞물려 전지셀 적층체(100)의 상부면, 일측의 일부, 및 타측의 일부을 감싸면서 전지셀 적층체(100)에 장착될 수 있다.

하부 케이스(300)에는 전지셀(110)을 수납할 수 있는 수납 홈(미도시)이 형성될 수도 있고, 바닥면에는 방열 등을 위한 에어 채널 등이 형성될 수도 있으며, 특별히 제한되지는 않는다.

상부 케이스(200)는 전지셀 적층체(100)의 상부면을 덮는 본체부(210)와, 본체부(210)로부터 하부 케이스(300)를 향하는 방향으로 연장되어 도 2에 도시된 바와 같이 하부 케이스(300)와 접하도록 형성되는 복수의 고정 브라켓(220)을 포함할 수 있다. 본체부(210)에는 방열 등을 위한 복수의 슬릿(230)이 형성된다.

고정 브라켓(220)은 본체부(210)상에 배치되는 줄기부(221)와, 상기 줄기부(221)로부터 상기 하부 케이스(300)를 향하는 방향으로 연장되는 복수의 가지부(223)를 포함한다. 줄기부(221)는 본체부(210) 상에 고정되어 있으며, 고정되는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 고정 브라켓(220)이 상부 케이스(200)와 일체로 형성되는 경우, 줄기부(221) 역시 본체부(210)와 일체로 형성될 수 있다. 여기서, 일체로 형성된다는 것의 의미는, 상부 케이스(200)와 고정 브라켓(220)이 하나의 사출 공정에 의해 한 몸으로 형성되는 것을 의미할 수 있다. 또는 고정 브라켓(220)이 상부 케이스(200)와 분리 가능하게 형성되는 경우, 줄기부(221) 역시 본체부(210)와 분리 가능하게 형성될 수 있다. 이 경우 줄기부(221)는 본체부(210)에 조립되어 볼트 및 너트 등의 체결 수단 또는 용접 등의 방법에 의해 고정될 수 있다.

복수의 가지부(223)는 줄기부(221)로부터 하부 케이스(300)를 향하는 방향으로 연장된다. 복수의 가지부(223)는 복수의 전지셀(110) 중 서로 인접하는 2개의 전지셀(110) 사이로 연장되는 제1 가지부(223a)를 포함한다. 또한, 복수의 가지부(223)는 상부 케이스(200)의 측부(201)와 하부 케이스(300)의 측부(301)를 연결하는 제2 가지부(223b)를 포함한다. 즉, 제2 가지부(223b)는 도 2에 도시된 바와 같이 전지셀 조립체(100)의 가장 외측에 위치하는 전지셀(110)의 외면을 지나도록 형성된다.

이와 관련하여, 종래의 전지 모듈의 경우 전지셀 조립체(100)의 가장 외측에 위치하는 전지셀(110) 만을 감싸도록 케이스 내지 커버가 형성되어 있어서, 전지셀 조립체(100)를 확실하게 고정하고 강성을 확보하기 위하여, 최외측에 위치하는 전지셀(110)의 일면을 모두 덮도록 형성되어야만 했다. 그러나, 이 경우 개별의 전지셀(110) 각각의 팽창을 방지하기에는 어려움이 있었고, 또한 전지셀 조립체(100)의 측면 방향으로의 냉각 기능이 충분히 확보될 수 없었다.

반면, 본 실시예에 의하면, 제1 가지부(223a)가 전지셀(110) 사이마다 위치하여 상부 케이스(200)로부터 하부 케이스(300)까지 연결되어 있기 때문에 각 전지셀(110)의 팽창을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 제1 가지부(223a)가 전지셀(110) 사이마다 위치하기 때문에, 전지셀 조립체(100)의 최외측에 위치하는 전지셀(110)의 일면을 전부 덮지 않고, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 가지부(223a)에 의해 일부만 덮도록 형성하더라도 충분한 강성을 확보할 수 있다. 아울러, 이와 같은 구조, 즉 제2 가지부(223a)에 의해 전지셀 조립체(100)의 최외측 면이 일부만 덮이는 구조이기 때문에 별도의 수단 없이도 측면 방향으로의 냉각이 효율적으로 이루어질 수 있다.

전지 모듈(10)의 강성을 더욱 확보하기 위하여, 고정 브라켓(220)은 상부 케이스(200)에 비해 보다 큰 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상부 케이스(200)가 알루미늄 등으로 형성되는 경우, 고정 브라켓(220)은 스틸 (steel) 등으로 형성될 수 있다.

상기 고정 브라켓(220)을 하부 케이스(300)에 고정할 수 있는 고정부재를 더욱 포함할 수 있다. 고정부재는 고정 브라켓(220)의 제2 가지부(223b)를 하부 케이스(300)의 측부(301)와 체결할 수 있는 수단일 수 있고, 예를 들면 볼트 및 너트, 또는 걸림홈 및 걸림 후크의 수단을 이용할 수 있다. 또한 고정 부재는 제1 가지부(223a)에도 형성될 수 있으며, 이 경우 제1 가지부(223a)와, 제1 가지부(223a)에 대응하여 하부 케이스(300)에 형성된 슬릿 등과 체결할 수 있는 고정부재일 수 있다.

제1 가지부(223a)는, 상부 케이스(200)의 본체부(210) 상에 위치하는 줄기부(221)로부터 하부 케이스(300)를 향해 연장될 때 본체부(210)에 형성된 복수의 슬릿(230)을 통해 연장될 수 있다. 복수의 슬릿(230)은 방열을 위한 에어 채널일 수 있으며, 또는 제1 가지부(223a)의 연장을 위해 별도로 형성된 슬릿일 수도 있다. 그 형상은 특별히 한정되지 않으며, 전지셀(110)들 사이로 제1 가지부(223a)가 연장될 수 있는 형태이면 제한없이 채용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시형태에서는, 상부 케이스(200) 상에 위치하여 하부 케이스(300)에 까지 연장되며, 전지셀(110) 사이로 연장되는 복수의 가지부(223)를 포함하는 고정 브라켓(220)을 구비하는 것에 의해 개별 전지셀(110)의 부피 팽창을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 냉각 효율을 유지하면서도 충분한 강성을 갖는 전지 모듈(10)을 얻을 수 있다.

아울러, 앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈(10)은 전지팩을 이루거나, 복수의 전지 모듈이 전기적으로 연결되어 전지팩을 형성할 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.

100: 전지셀 조립체
110: 전지셀
200: 상부 케이스
300: 하부 케이스
220: 고정 브라켓
221: 줄기부
223: 가지부
223a: 제1 가지부
223b: 제2 가지부

Claims (8)

1. 복수의 전지셀을 수납하기 위한 하부 케이스; 및
   상기 하부 케이스에 탑재된 상기 복수의 전지셀의 일측의 반대측을 덮는 상부 케이스를 포함하고,
   상기 상부 케이스는 본체부 및 상기 본체부로부터 상기 하부 케이스를 향하는 방향으로 연장되어 상기 하부 케이스와 접하는 복수의 고정 브라켓을 포함하고,
   상기 복수의 고정 브라켓 각각은 상기 본체부 상에 배치되는 줄기부와, 상기 줄기부로부터 상기 하부 케이스를 향하는 방향으로 연장되는 복수의 가지부를 포함하고,
   상기 복수의 가지부는 상기 복수의 전지셀 중 서로 인접하는 2개의 전지셀 사이로 연장되는 제1 가지부를 포함하며,
   상기 제1 가지부의 단부는 상기 하부 케이스에 고정되는 전지 모듈.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 복수의 가지부는 상기 상부 케이스의 측부와 상기 하부 케이스의 측부를 연결하는 제2 가지부를 더욱 포함하는 전지 모듈.
4. 제1항에서,
   상기 고정 브라켓을 상기 하부 케이스에 고정하는 고정부재를 더 포함하는 전지 모듈.
5. 제1항에서,
   상기 고정 브라켓은 상기 상부 케이스와 일체로 형성되는 전지 모듈.
6. 제1항에서,
   상기 고정 브라켓은 상기 상부 케이스와 분리 가능하게 형성되는 전지 모듈.
7. 제1항에서,
   상기 상부 케이스는 상기 복수의 제1 가지부가 연장될 수 있는 복수의 슬릿을 포함하는 전지 모듈.
8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 전지 모듈을 포함하는 전지팩.

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