KR20220032278A - 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩 - Google Patents

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

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Abstract

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

Description

전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩{BATTERY MODULE WITH IMPROVED STACKING TYPE OF BATTERY CELLS AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지 셀 들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충전될 수 있고, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지 셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지 셀은 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 이점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 중대형 전지 모듈이 요구되는 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 요량을 제공하기 위해서는 다수의 전지 셀들을 전기적으로 직렬 방식으로 연결하여야 하고, 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 구조를 보여주는 도면이며, 도 2는 도 1의 전지 모듈 일부 영역(A 영역)에서 전지 셀이 적층된 구조를 모식적으로 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 종래의 전지 모듈(10)은 케이스(11) 내부에 n 개의 전지 셀(12)이 적층된 셀 적층체를 포함하여 구성된다. 상기 전지 모듈(10)은 수개에서 수십 개를 서로 연결하여 하나의 전지 팩을 구성하게 된다.
한편, 전지 팩의 부피 증가는 상기 전지 팩이 적용되는 외부 기기의 부피 증가를 야기하게 되어 설계상의 제약을 발생시키게 된다. 특히, 상기 전지 팩이 전동 청소기, 전동 스쿠터나 자동차용(전기 자동차 또는 하이브리드 자동차)의 모터 구동을 위한 대용량 이차 전지로서 적용되는 경우 전지 팩의 설치 공간이 협소하기 때문에 전지 팩의 부피를 최소화할 필요성이 있다.
한국공개특허 제2014-0133299호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 전지 모듈 및 전지 팩의 공간 활용률을 높일 수 있는 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 제공하고자 한다.
본 발명은 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이; 트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리; 및 트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, 상기 전지 셀은, 셀 본체, 셀 본체를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스가 형성된 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 제1 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈이 형성되는 구조이고, 상기 제1 어셈블리의 각각의 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리의 전지 셀의 셀 본체가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 아울러, 본 발명에 따른 전지 모듈은 상기 제1 및 제2 어셈블리 사이에는 단열 패드와 냉각 패드가 배치되는 구조일 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 제2 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제2 수용홈이 형성되는 구조이다. 이때, 상기 제2 어셈블리의 각각의 제2 수용홈에는 제1 어셈블리의 전지 셀의 셀 본체가 수용되는 구조를 갖는다.
하나의 실시예에서, 상기 전지 셀은, 제1 및 제2 전극 리드가 돌출된 영역의 셀 본체 길이가 제1 및 제2 전극 리드가 돌출되지 않은 영역의 셀 본체 길이 보다 길게 형성된 구조를 갖는다.
다른 하나의 실시예에서, 상기 전지 셀의 일측면은, 셀 본체가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조일 수 있다. 아울러, 상기 전지 셀의 타측면은, 평탄한 구조일 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은, 서로 동일한 층에 배열되는 m 개(m 은 2 이상의 정수)의 제1 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, j번째(j는 1 이상, n-1 이하의 정수) 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈은 j+1 번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다.
다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은, 서로 동일한 층에 배열되는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, k번째(k는 1 이상, m-1 이하의 정수) 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈은 k+1 번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈의 단열 패드는, 제1 및 제2 셀 어셈블리 사이에 배치된다. 구체적인 예에서, 상기 단열 패드는 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 제1 및 제2 테라스와 접하는 영역에 배치된다. 또는, 상기 단열 패드는 제1 및 제2 테라스와 제1 및 제2 전극 리드와 접하는 영역에 배치된다.
다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈의 냉각 패드는, 제1 및 제2 셀 어셈블리 사이에 배치된다. 구체적인 예에서, 상기 냉각 패드는 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체와 접하는 영역에 배치된다.
한편, 본 발명에 따른 전지 모듈은 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 복수개의 전지 셀이 전기적으로 서로 직렬 연결되는 구조를 갖는다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 아울러, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리는 복수개의 층으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다.
본 발명의 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 따르면, 복수개의 전지 셀이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리와 제2 셀 어셈블리를 서로 엇갈리게 적층함으로써 전지 모듈 및 전지 팩의 공간 활용률을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈 일부 영역(A)에서 전지 셀이 적층된 구조를 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도 및 전지 모듈의 단면도(A-A')이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 셀 어셈블리를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도 및 전지 셀의 구성을 상세하게 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정에서 단열 패드가 배치된 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도 및 전지 모듈의 단면도(A-A')이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 관한 것이다.
본 발명의 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩에 따르면, 복수개의 전지 셀이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리와 제2 셀 어셈블리를 서로 엇갈리게 적층함으로써 전지 모듈 및 전지 팩의 공간 활용률을 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 상세하게 설명한다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 적층 방식이 개선된 전지 모듈은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이; 트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리; 및 트레이의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리를 포함한다.
이때, 상기 전지 셀은, 셀 본체, 셀 본체를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스가 형성된 구조이다. 구체적인 예에서, 상기 제1 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈이 형성되는 구조이다. 한편, 상기 제1 어셈블리의 각각의 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리의 전지 셀의 셀 본체가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다.
아울러, 상기 제1 및 제2 어셈블리 사이에는 단열 패드와 냉각 패드가 배치되는 구조일 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 복수개의 전지 셀이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리와 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 그리고, 상기 제1 셀 어셈블리의 일면에 제2 셀 어셈블리가 적층되는 구조를 갖는다. 이때, 제1 셀 어셈블리를 구성하는 전지 셀과 제2 셀 어셈블리를 구성하는 전지 셀이 서로 엇갈리게 배열된다. 이는, 제1 셀 어셈블리를 구성하는 전지 셀의 셀 본체와 제2 셀 어셈블리를 구성하는 전지 셀의 셀 본체가 서로 엇갈리게 배열되는 것을 의미한다. 이에 따라, 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 동일한 층에 배열될 수 있으며, 이러한 전지 모듈의 구조에 의해서 전지 모듈의 공간 활용률을 높일 수 있다.
본 발명에서 트레이(trey)는 전지 셀을 수납하기 위한 케이스로 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 구조이다. 하나의 실시예에서, 일면이 개방된 형태의 하우징일 수 있으며, 상기 하우징의 일면을 커버하는 커버를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 트레이는 통상적으로 전지 셀을 수납하기 위하여 사용되는 케이스의 재질일 수 있으며, 절연성의 재질일 수 있다.
상기 트레이 내부에는 복수개의 전지셀이 전기적으로 연결되어 단층으로 각각 배치되는 제1 및 제2 셀 어셈블리가 수납된다. 한편, 상기 트레이 내부에는 종래의 전지 셀 적층체가 수납되는 것이 아닌 단층으로 배열되는 셀 어셈블리가 수납되는 것으로 적당한 폭과 길이를 갖는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 전지 셀은 충방전이 가능한 이차 전지라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예에서, 전지 셀은 파우치 타입의 단위 셀로, 라미네이트 시트 외장제에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장되어 있다. 상기 전극 리드는 시트 외측으로 인출되되 서로 동일한 방향 또는 반대방향으로 연장될 수 있다. 다만, 본 발명에서 복수개의 전지 셀을 서로 전기적으로 연결하기 위해서는 한 쌍의 전극 리드가 서로 반대방향으로 연장되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 전지 셀은 셀 본체, 셀 본체를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스가 형성된 구조를 갖는다.
상기 셀 본체는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 포함되는 영역이며, 상기 제1 및 제2 테라스는 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역을 의미한다. 여기서, 테라스는 전지 셀의 내부 구조 중 전극판 및 준리막이 적층된 전극조립체를 제외한 공간을 의미한다. 즉, 상기 제1 및 제2 테라스는 각각의 제1 및 제2 전극 리드와 셀 본체가 연결되는 영역을 의미할 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 전지 셀은 제1 및 제2 전극 리드가 돌출된 영역의 셀 본체 길이가 제1 및 제2 전극 리드가 돌출되지 않은 영역의 셀 본체 길이 보다 길게 형성된 구조를 갖는다.
구체적인 예에서, 상기 전지 셀은 셀 본체의 길이(L) 보다 폭(W)이 더 길게 형성된 구조를 갖는다. 즉, 본 발명에서 전지 셀은 제1 전극 리드와 제2 전극 리드 사이의 거리가 종래의 전지 셀 대비 가까워진 것을 의미한다.
이는, 전지 셀의 제1 전극 리드로부터 제2 전극 리드로 전류가 흐르게 될 때, 제1 전극 리드로부터 유입된 전류가 제2 전극 리드로 전달될 때까지의 전류가 흐르는 거리가 단축된다. 이에, 상기 전지 셀의 내부 저항은 감소될 수 있다.
다른 하나의 실시예에서, 상기 전지 셀은 셀 본체가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 전지 셀의 일측면은 셀 본체가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조이며, 전지 셀의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다. 여기서 평탄한 구조는 전지 셀의 바닥이 평평한 것을 의미하는 것으로, 제1 및 제2 전극 리드와 제1 및 제2 테라스의 바닥면은 셀 본체의 바닥면과 동일선상에 위치한다.
특히, 제2 셀 어셈블리가 제1 셀 어셈블리 상부에 적층 될 때, 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층된다. 이때, 제1 셀 어셈블리에서 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리의 제2 수용홈에 배치되고, 제2 셀 어셈블리에서 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리의 제1 수용홈에 배치된다.
한편, 제2 셀 어셈블리에서 전지 셀이 볼록하게 돌출된 영역의 반대편 영역은 평탄한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 셀 어셈블리의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 전지 모듈은 공간 활용률을 높일 수 있다.
아울러, 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리는, 복수개의 전지 셀이 전기적으로 서로 직렬 연결되는 구조일 수 있으며, 각각의 셀 어셈블리는 제1 및 제2 셀 어셈블리를 서로 전기적으로 연결하기 위한 단자를 포함할 수 있으며, 또는 외부 전력과 전기적으로 연결될 수 있는 단자를 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 제1 셀 어셈블리는 복수개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배열되는 구조를 갖는다. 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀은 2 내지 30 개, 2 내지 20 개, 2 내지 15 또는 2 내지 10 개를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀은 서로 이웃하는 전지 셀과 전기적으로 연결된다. 구체적인 예에서, 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드는 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀은 서로 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드는 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 용접하여 서로 연결할 수 있으며, 또는 테이프 등의 접착부재를 통해 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드는 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 전기적으로 연결할 수 있다.
하나의 실시예에서, 제1 셀 어셈블리는 복수개의 제1 수용홈을 포함한다. 상기 제1 수용홈은 제2 셀 어셈블리가 제1 셀 어셈블리의 상부에 적층될 때, 상기 제2 셀 어셈블리를 이루는 전지 셀의 셀 본체가 배치되는 공간으로, 서로 이웃하는 전지 셀의 전기적 연결에 의해서 형성되는 공간이다.
구체적인 예에서, 제1 셀 어셈블리에서 첫번째 배치된 전지 셀의 제2 전극 리드는 두번째 배치된 전지 셀의 제1 전극 리드와 서로 접하도록 배열된다. 이때, 전지 셀의 셀 본체는 일측면이 볼록하게 돌출되는 구조를 갖고 있어, 셀 본체가 형성되어 있지 않은 영역인 제1 및 제2 테라스와 제1 및 제2 전극 리드가 형성된 영역에는 셀 본체 대비 오목한 홈이 형성된 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 셀 어셈블리에서 서로 이웃하는 셀 본체 사이에는 상대적으로 오목한 홈이 형성된다. 이러한 구조는 제2 셀 어셈블리도 마찬가지다. 여기서, 제1 셀 어셈블리에서 상기 오목한 홈이 제1 수용홈이 되고, 제2 어셈블리에서 상기 오목한 홈은 제2 수용홈이 된다.
그리고, 제1 셀 어셈블리의 상부면에 제2 셀 어셈블리가 적층될 때, 상기 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 배치되고, 제2 수용홈에는 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체가 배치된다. 한편, 제1 셀 어셈블리의 상부면에 제2 셀 어셈블리가 적층될 때, 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체와 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 마주보는 방향으로 적층된다. 아울러, 상기 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀은 2 내지 30 개, 2 내지 20 개, 2 내지 15 또는 2 내지 10 개를 포함할 수 있다. 다만, 상기 제2 셀 어셈블리는 제1 셀 어셀블리의 일면에 적층되되, 제2 셀 어셈블리의 셀 본체가 제1 셀 어셈블리의 제1 수용홈에 수납되는 것으로, 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 개수는 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 개수보다 1개 적게 포함될 수 있다.
본 발명은 이러한 전지 모듈의 구조에 의해서 공간 활용률을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 셀 어셈블리의 전지 셀의 내부에서 가스 발생시 가스 포켓 등의 간격을 확보할 수 있는 이점이 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 단열 패드와 냉각 패드를 포함한다. 구체적으로, 단열 패드와 냉각 패드는 제1 및 제2 셀 어셈블리 사이에 배치된다. 구체적으로, 상기 단열 패드와 냉각 패드는 제1 및 제2 셀 어셈블리의 제1 및 제2 수용홈에 배치된다. 이에 따라 상기 단열 패드와 냉각 패드는 제1 및 제2 어셈블리 사이에 배치되어, 전지 셀을 직접 냉각할 수 있다.
상기 단열 패드는 제1 및 제 2 셀 어셈블리의 전지 셀 사이에 열이 서로 통하지 않도록 막기위한 것으로, 통상적으로 사용되는 단열패드일 수 있다. 아울러, 냉각 패드는 내부에 절연유 등을 포함하는 튜브형태일 수 있다.
구체적인 실시예에서, 제1 셀 어셈블리는 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드가 서로 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 접하도록 배치된다. 이에 따라, 제1 셀 어셈블리에서 서로 이웃하는 전지 셀은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 제1 셀 어셈블리의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀의 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 연결되는 공간에 제1 수용홈이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 수용홈에 단열 패드를 배치시킬 수 있다. 이때, 상기 단열 패드는 제1 수용홈의 전면에 배치되며, 제1 및 제2 테라스와 제1 및 제2 전극 리드의 상부면에 배치될 수 있다. 다른 하나의 실시예에서, 단열 패드는 제1 수용홈에 배치되며, 제1 및 제2 테라스의 상부면에 배치될 수 있다.
상기 단열 패드가 배치된 제1 수용홈에 냉각 패드를 배치시키고, 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체 상부에도 냉각 패드를 배치시킬 수 있다. 특히, 상기 셀 본체 상부면에 배치되는 냉각 패드는 전지 셀을 직접적으로 냉각시킬 수 있다.
다음으로, 냉각 패드가 배치된 전지 셀의 셀 본체 상부면에 단열 패드를 배치시킨 후, 단열 패드와 냉각 패드가 배치된 제1 셀 어셈블리 상부면에 제2 셀 어셈블리를 적층할 수 있다. 한편, 상기 제2 셀 어셈블리는 7 개의 전지 셀이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 아울러, 제2 셀 어셈블리는 제1 셀 어셈블리와 마찬가지로 하나의 전지 셀의 제1 전극 리드는 이웃하는 전지 셀의 제2 전극 리드와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 셀 어셈블리는 8 개의 전지 셀을 포함하고, 제2 셀 어셈블리는 7 개의 전지 셀을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 제2 셀 어셈블리가 제1 셀 어셈블리 상부면에 적층 될 때, 전지 셀을 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층시킨다. 이때, 제1 셀 어셈블리에서 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리의 제2 수용홈에 배치되고, 제2 셀 어셈블리에서 전지 셀의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리의 제1 수용홈에 배치된다. 이러한 제1 및 제2 셀 어셈블리의 배치에 의하여 전지 모듈의 공간 활용률을 높일 수 있다
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 서로 동일한 층에 배열되는 m 개(m 은 2 이상의 정수)의 제1 셀 어셈블리를 포함하며, 서로 동일한 층에 배열되는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, j번째(j는 1 이상, n-1 이하의 정수) 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈은 j+1 번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖고, k번째(k는 1 이상, m-1 이하의 정수) 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈은 k+1 번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다. 한편, 서로 동일한 층에 배열되는 제1 셀 어셈블리의 개수(m)는 2 내지 10, 2 내지 8, 또는 2 내지 6 일 수 있으며, 예를 들어, 4개일 수 있다. 아울러, 서로 동일한 층에 배열되는 제2 셀 어셈블리의 개수(n)는 2 내지 10, 2 내지 8, 또는 2 내지 6 일 수 있으며, 예를 들어, 4개일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 전지 모듈은 서로 동일한 층에 배열되는 4 개의 제1 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, 첫번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈은 두번째 제1 셀 어셈블리의 각각의 제1 수용홈과 동일한 축에 배열된다. 아울러, 본 발명에 따른 전지 모듈은 서로 동일한 층에 배열되는 4 개의 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 이때, 첫번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈은 두번째 제2 셀 어셈블리의 각각의 제2 수용홈과 동일한 축에 배열된다.
상술한 바와 같이, 제1 셀 어셈블리의 제1 수용홈에는 제2 셀 어셈블리의 셀 본체가 배치되며, 제2 셀 어셈블리의 제2 수용홈에는 제1 셀 어셈블리의 셀 본체가 배치될 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 모듈은 제1 및 제2 셀 어셈블리를 포함한다. 전술한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 구체적으로, 제1 셀 어셈블리의 상부면에 제2 셀 어셈블리가 적층될 때, 제1 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체와 제2 셀 어셈블리에 포함되는 전지 셀의 셀 본체는 서로 마주보는 방향으로 적층된다.
한편, 제2 셀 어셈블리에서 전지 셀이 볼록하게 돌출된 영역의 반대편 영역은 평탄한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 셀 어셈블리의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다.
나아가, 상기 제2 셀 어셈블리의 평탄한 면에는 다시 제1 어셈블리가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리는 복수개의 층으로 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명은 이러한 전지 모듈의 구조에 의해서 공간 활용률을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 셀 어셈블리의 전지 셀의 내부에서 가스 발생시 가스 포켓 등의 간격을 확보할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다.
상기 전지 팩은, 다양한 형태의 에너지 저장 장치 내지 동력원으로 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 에너지 저장 장치는 대용량의 전기 에너지를 저장하는 ESS(Enegry Storage System)이다. 또한, 상기 동력원은 이동 수단, 예를 들어, 자동차의 동력원으로 적용 가능하다. 상기 자동차는 보조 동력원 또는 주 동력원으로 이차전지를 사용하는 다양한 형태의 자동차를 총칭한다. 구체적으로, 상기 자동차는 하이브리드(HEV), 플러그인 하이브리드(PHEV), 또는 순수 전기차(BEV, EV) 등을 포함한다.
이하, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
(제1 실시형태)
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도 및 전지 모듈의 단면도(A-A')이며, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 셀 어셈블리를 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 전지 모듈을 상세 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 전지 모듈(100)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(110); 트레이(110)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(120)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리(130); 및 트레이(110)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(120)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리(140)를 포함한다.
이때, 상기 전지 셀(120)은, 셀 본체(121), 셀 본체(121)를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드(1221, 1222)와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드(1221, 1222)와 셀 본체(121)가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스(1211, 1212)가 형성된 구조이다. 아울러, 상기 제1 셀 어셈블리(130)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(120)의 제1 전극 리드(1221)와 제2 전극 리드(1222)가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈(131)이 형성되는 구조이다.
나아가, 상기 제1 어셈블리(130)의 각각의 제1 수용홈(131)에는 제2 셀 어셈블리(140)의 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리(130, 140)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 한편, 상기 제1 및 제2 어셈블리(130, 140) 사이에는 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)가 배치된다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 전지 모듈(100)은 복수개의 전지 셀(120)이 단층으로 연결된 제1 셀 어셈블리(130)와 제2 셀 어셈블리(140)를 포함한다. 그리고, 상기 제1 셀 어셈블리(130)의 상면에 제2 셀 어셈블리(140)가 적층되는 구조를 갖는다. 이때, 제1 셀 어셈블리(130)를 구성하는 전지 셀(120)과 제2 셀 어셈블리(140)를 구성하는 전지 셀(120)이 서로 엇갈리게 배열된다. 이는, 제1 셀 어셈블리(130)를 구성하는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)와 제2 셀 어셈블리(140)를 구성하는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 서로 엇갈리게 배열되는 것을 의미한다. 이에 따라, 제1 및 제2 셀 어셈블리(130, 140)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)는 서로 동일한 층에 배열될 수 있으며, 이러한 전지 모듈(100)의 구조에 의해서 전지 모듈의 공간 활용률을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 제1 셀 어셈블리(130)는 8개의 전지 셀(120)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배열되는 구조를 갖는다. 이때, 제1 셀 어셈블리(130)에 포함되는 전지 셀(120)은 서로 이웃하는 전지 셀(120)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 하나의 전지 셀(120)의 제1 전극 리드(1221)는 이웃하는 전지 셀(120)의 제2 전극 리드(1222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(120)은 서로 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 하나의 전지 셀(120)의 제1 전극 리드(1221)는 이웃하는 전지 셀(120)의 제2 전극 리드(1222)와 용접하여 서로 연결한다.
한편, 제1 셀 어셈블리(130)는 복수개의 제1 수용홈(141)을 포함한다. 상기 제1 수용홈(141)은 제2 셀 어셈블리(140)가 제1 셀 어셈블리의 상부에 적층될 때, 상기 제2 셀 어셈블리(140)를 이루는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 배치되는 공간으로, 서로 이웃하는 전지 셀(120)의 전기적 연결에 의해서 형성되는 공간이다.
구체적으로, 제1 셀 어셈블리(130)에서 첫번째 배치된 전지 셀(120)의 제2 전극 리드(1222)는 두번째 배치된 전지 셀(120)의 제1 전극 리드(1221)와 서로 접하도록 배열된다. 이때, 전지 셀(120)의 셀 본체(121)는 일측면이 볼록하게 돌출되는 구조를 갖고 있어, 셀 본체(121)가 형성되어 있지 않은 영역인 제1 및 제2 테라스(1211, 1212)와 제1 및 제2 전극 리드(1221, 1222)가 형성된 영역에는 셀 본체 대비 오목한 홈이 형성된 구조를 갖는다. 즉, 제1 셀 어셈블리(130)에서 서로 이웃하는 셀 본체(121) 사이에는 상대적으로 오목한 홈이 형성된다. 이러한 구조는 제2 셀 어셈블리(140)도 마찬가지다. 여기서, 제1 셀 어셈블리(130)에서 상기 오목한 홈이 제1 수용홈(131)이 되고, 제2 어셈블리(140)에서 상기 오목한 홈은 제2 수용홈(141)이 된다.
그리고, 제1 셀 어셈블리(130)의 상부면에 제2 셀 어셈블리(140)가 적층될 때, 상기 제1 수용홈(131)에는 제2 셀 어셈블리(140)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 배치되고, 제2 수용홈(141)에는 제1 셀 어셈블리(130)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)가 배치된다. 한편, 제1 셀 어셈블리(130)의 상부면에 제2 셀 어셈블리(140)가 적층될 때, 제1 셀 어셈블리(130)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)와 제2 셀 어셈블리(140)에 포함되는 전지 셀(120)의 셀 본체(121)는 서로 마주보는 방향으로 적층된다.
본 발명은 이러한 전지 모듈(100)의 구조에 의해서 공간 활용률을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 셀 어셈블리(130, 140)의 전지 셀(120)의 내부에서 가스 발생시 가스 포켓 등의 간격을 확보할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈(100)은 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)를 포함한다. 구체적으로, 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)는 제1 및 제2 어셈블리(130, 140) 사이에 배치된다.
구체적으로, 상기 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)는 제1 및 제2 어셈블리(130, 140)의 제1 및 제2 수용홈(131, 141)에 배치된다. 이에 따라 상기 단열 패드(150)와 냉각 패드(160)는 제1 및 제2 어셈블리(130, 140) 사이에 배치되어, 전지 셀을 직접 냉각할 수 있다.
이러한 구조에 의해서 전지 셀(120) 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있으며, 그에 따라 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
(제2 실시형태)
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 단면도 및 전지 셀의 구성을 상세하게 보여주는 도면이다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 전지 모듈을 상세 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 전지 모듈(200)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(210); 트레이(210)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(220)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리(230); 및 트레이(210)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(220)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리(240)를 포함한다.
이때, 상기 전지 셀(220)은, 셀 본체(221), 셀 본체(221)를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드(2221, 1222)와 셀 본체(221)가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스(2211, 2212)가 형성된 구조이다. 아울러, 상기 제1 셀 어셈블리(230)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(220)의 제1 전극 리드(2221)와 제2 전극 리드(2222)가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈(231)이 형성되는 구조이다.
나아가, 상기 제1 어셈블리(230)의 각각의 제1 수용홈(231)에는 제2 셀 어셈블리(240)의 전지 셀(220)의 셀 본체(221)가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리(230, 240)에 포함되는 전지 셀(220)의 셀 본체(221)가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 한편, 상기 제1 및 제2 어셈블리(230, 240) 사이에는 단열 패드(250)와 냉각 패드(260)가 배치된다.
한편, 상기 전지 셀(220)은 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)가 돌출된 영역의 셀 본체(221)의 길이가 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)가 돌출되지 않은 영역의 셀 본체(221) 길이 보다 길게 형성된 구조를 갖는다. 즉, 전지 셀(220)은 셀 본체(221)의 길이(L) 보다 폭(W)이 더 길게 형성된 구조를 갖는다.
이는, 전지 셀(220)의 제1 전극 리드(2221)로부터 제2 전극 리드(2222)로 전류가 흐르게 될 때, 제1 전극 리드(2221)로부터 유입된 전류가 제2 전극 리드(2222)로 전달될 때까지의 전류가 흐르는 거리가 단축된다. 이에, 상기 전지 셀(220)의 내부 저항은 감소될 수 있다.
아울러, 상기 전지 셀(220)은 셀 본체(221)가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조를 갖는다. 보다 구체적으로, 전지 셀(220)의 일측면은 셀 본체(221)가 형성된 영역이 볼록하게 돌출된 구조이며, 전지 셀(220)의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다. 여기서 평탄한 구조는 전지 셀(220)의 바닥이 평평한 것을 의미하는 것으로, 제1 및 제2 전극 리드(2221, 2222)와 제1 및 제2 테라스(2211, 2212)의 바닥면은 셀 본체(221)의 바닥면과 동일선상에 위치한다.
특히, 제2 셀 어셈블리(240)가 제1 셀 어셈블리(230) 상부에 적층 될 때, 전지 셀(220)의 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층된다. 이때, 제1 셀 어셈블리(230)에서 전지 셀(220)의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리(240)의 제2 수용홈(241)에 배치되고, 제2 셀 어셈블리(240)에서 전지 셀(220)의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리(230)의 제1 수용홈(241)에 배치된다.
한편, 제2 셀 어셈블리(240)에서 전지 셀(220)이 볼록하게 돌출된 영역의 반대편 영역은 평탄한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 셀 어셈블리(240)의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 전지 모듈(200)은 공간 활용률을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
(제3 실시형태)
도 6은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 나타내는 도면이다. 이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(310)에 제1 셀 어셈블리(330)을 수납한다. 상기 제1 셀 어셈블리(330)는 8 개의 전지 셀(320)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 이때, 상기 제1 셀 어셈블리(330)에 포함되는 전지 셀(320)은 서로 이웃하는 전지 셀(320)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 하나의 전지 셀(320)의 제1 전극 리드(3221)는 이웃하는 전지 셀(320)의 제2 전극 리드(3222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(320)은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 제1 셀 어셈블리(330)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(320)의 제1 전극 리드(3221)와 제2 전극 리드(3222)가 연결되는 공간에 제1 수용홈(331)이 형성되는 구조이다(도 6a).
그리고, 상기 제1 수용홈(331)에 단열 패드(350)를 배치시킨다. 상기 단열 패드(350)는 제1 수용홈(341)의 전면에 배치되며, 제1 및 제2 테라스(3211, 3212)와 제1 및 제2 전극 리드(3221, 3222)의 상부면에 배치된다(도 6b).
상기 단열 패드(350)가 배치된 제1 수용홈(341)에 냉각 패드(360)를 배치시키고, 제1 셀 어셈블리(330)에 포함되는 전지 셀(320)의 셀 본체(321) 상부에도 냉각 패드(360)를 배치시킨다. 특히, 상기 셀 본체(321) 상부면에 배치되는 냉각 패드(360)는 전지 셀(320)을 직접적으로 냉각시킬 수 있다(도 6c-6d).
다음으로, 냉각 패드(360)가 배치된 전지 셀(320)의 셀 본체(321) 상부면에 단열 패드(360)를 배치시킨 후, 단열 패드(350)와 냉각 패드(360)가 배치된 제1 셀 어셈블리(330) 상부면에 제2 셀 어셈블리(340)를 적층한다. 한편, 상기 제2 셀 어셈블리(340)는 7 개의 전지 셀(320)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 제2 셀 어셈블리(340)는 제1 셀 어셈블리(330)와 마찬가지로 하나의 전지 셀(320)의 제1 전극 리드(3221)는 이웃하는 전지 셀(320)의 제2 전극 리드(3222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(320)은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 도면에서는 제1 셀 어셈블리(330)는 8 개의 전지 셀(320)을 포함하고, 제2 셀 어셈블리(330)는 7 개의 전지 셀(320)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 제2 셀 어셈블리(340)가 제1 셀 어셈블리(330) 상부면에 적층 될 때, 전지 셀(320)의 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층시킨다. 이때, 제1 셀 어셈블리(330)에서 전지 셀(320)의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리(340)의 제2 수용홈(341)에 배치되고, 제2 셀 어셈블리(340)에서 전지 셀(320)의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리(330)의 제1 수용홈(341)에 배치된다. 이러한 제1 및 제2 셀 어셈블리(330, 340)의 배치에 의하여 전지 모듈(300)의 공간 활용률을 높일 수 있다(도 6e-f).
나아가, 냉각 패드(360)는 전지 셀(320)의 셀 본체(321)와 접하도록 배치되어 전지 셀(320)을 직접적으로 냉각 시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
(제4 실시형태)
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정에서 단열 패드가 배치된 전지 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈(400)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(410)에 제1 셀 어셈블리(430)을 수납한다. 상기 제1 셀 어셈블리(430)는 8 개의 전지 셀(420)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다.
그리고, 상기 제1 셀 어셈블리(430)의 제1 수용홈(431) 단열 패드(450)를 배치시킨다. 상기 단열 패드(450)는 제1 수용홈(431)에 배치되며, 제1 및 제2 테라스(4211, 4212)의 상부면에 배치된다. 한편, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 전지 셀(420)의 셀 본체(421) 상부면에 단열 패드(450)를 배치할 때도 마찬가지로 제2 셀 어셈블리의 제1 및 제2 테라스에 단열 패드를 배치시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
(제5 실시형태)
도 8은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도 및 전지 모듈의 단면도(A-A')이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈(500)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(510); 트레이(510)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(520)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리(530); 및 트레이(510)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(520)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리(540)를 포함한다.
이때, 상기 전지 셀(520)은, 셀 본체(521), 셀 본체(521)를 중심으로 양방향으로 돌출된 제1 및 제2 전극 리드(5221, 5222)와, 각각의 제1 및 제2 전극 리드(5221, 5222)와 셀 본체(521)가 연결되는 영역에 제1 및 제2 테라스(5211, 5212)가 형성된 구조이다. 아울러, 상기 제1 셀 어셈블리(530)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(520)의 제1 전극 리드(5221)와 제2 전극 리드(5222)가 연결되는 공간에 형성되는 복수개의 제1 수용홈(531)이 형성되는 구조이다.
나아가, 상기 제1 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)에는 제2 셀 어셈블리(540)의 전지 셀(520)의 셀 본체(521)가 수용되어 각각의 제1 및 제2 셀 어셈블리(530, 540)에 포함되는 전지 셀(520)의 셀 본체(521)가 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 한편, 상기 제1 및 제2 어셈블리(530, 540) 사이에는 단열 패드(550)와 냉각 패드(560)가 배치된다.
특히, 본 발명에 따른 전지 모듈(500)은 서로 동일한 층에 배열되는 m 개(m 은 2 이상의 정수)의 제1 셀 어셈블리(530)를 포함하며, 서로 동일한 층에 배열되는 n 개(n 은 2 이상의 정수)의 제2 셀 어셈블리(540)를 포함한다. 이때, j번째(j는 1 이상, n-1 이하의 정수) 제1 셀 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)은 j+1 번째 제1 셀 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖고, k번째(k는 1 이상, m-1 이하의 정수) 제2 셀 어셈블리(540)의 각각의 제2 수용홈(541)은 k+1 번째 제2 셀 어셈블리(540)의 각각의 제2 수용홈(541)과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전지 모듈(500)은 서로 동일한 층에 배열되는 4 개의 제1 셀 어셈블리(530)를 포함한다. 이때, 첫번째 제1 셀 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)은 두번째 제1 셀 어셈블리(530)의 각각의 제1 수용홈(531)과 동일한 축에 배열된다. 아울러, 본 발명에 따른 전지 모듈(500)은 서로 동일한 층에 배열되는 4 개의 제2 셀 어셈블리(540)를 포함한다. 이때, 첫번째 제2 셀 어셈블리(540)의 각각의 제2 수용홈(541)은 두번째 제2 셀 어셈블리(540)의 각각의 제2 수용홈(541)과 동일한 축에 배열된다.
본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 나타내는 도면이다. 이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 조립과정을 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(510)에 제1 셀 어셈블리(530)을 수납한다. 상기 제1 셀 어셈블리(530)는 8 개의 전지 셀(520)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 이때, 상기 제1 셀 어셈블리(530)에 포함되는 전지 셀(520)은 서로 이웃하는 전지 셀(520)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 하나의 전지 셀(520)의 제1 전극 리드(5221)는 이웃하는 전지 셀(520)의 제2 전극 리드(5222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(520)은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 제1 셀 어셈블리(530)의 일면에는 서로 이웃하는 전지 셀(520)의 제1 전극 리드(5221)와 제2 전극 리드(5222)가 연결되는 공간에 제1 수용홈(531)이 형성되는 구조이다(도 9a).
한편, 상기 트레이(510)에 4 개의 제1 셀 어셈블리(530)를 서로 동일한 층에 배열시킨다. 이때, 첫번째 배치된 제1 셀 어셈블리(530)에 형성된 제1 수용홈(531)은 두번째 배치된 제1 셀 어셈블리(530)에 형성된 제1 수용홈(531)과 동일한 축에 배열되는 구조를 갖는다(도 9b).
그리고, 상기 제1 수용홈(531)에 단열 패드(550)를 배치시킨다. 상기 단열 패드(550)는 제1 수용홈(531)의 전면에 배치되며, 제1 및 제2 테라스(5211, 5212)와 제1 및 제2 전극 리드(5221, 5222)의 상부면에 배치된다(도 9c).
상기 단열 패드(550)가 배치된 제1 수용홈(531)에 냉각 패드(560)를 배치시키고, 제1 셀 어셈블리(530)에 포함되는 전지 셀(520)의 셀 본체(521) 상부에도 냉각 패드(560)를 배치시킨다. 특히, 상기 셀 본체(521) 상부면에 배치되는 냉각 패드(560)는 전지 셀(520)을 직접적으로 냉각시킬 수 있다(도 9d-9e).
다음으로, 냉각 패드(560)가 배치된 전지 셀(520)의 셀 본체(521) 상부면에 단열 패드(560)를 배치시킨 후, 단열 패드(550)와 냉각 패드(560)가 배치된 제1 셀 어셈블리(530) 상부면에 제2 셀 어셈블리(540)를 적층한다. 한편, 상기 제2 셀 어셈블리(540)는 7 개의 전지 셀(520)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 구조를 갖는다. 제2 셀 어셈블리(540)는 제1 셀 어셈블리(530)와 마찬가지로 하나의 전지 셀(520)의 제1 전극 리드(5221)는 이웃하는 전지 셀(520)의 제2 전극 리드(5222)와 접하도록 배치되어 서로 이웃하는 전지 셀(520)은 서로 전기적으로 연결된다. 한편, 도면에서는 제1 셀 어셈블리(530)는 8 개의 전지 셀(520)을 포함하고, 제2 셀 어셈블리(530)는 7 개의 전지 셀(520)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 제2 셀 어셈블리(540)가 제1 셀 어셈블리(530) 상부면에 적층 될 때, 전지 셀(520)의 볼록하게 돌출된 영역이 서로 마주보도록 적층시킨다. 이때, 제1 셀 어셈블리(530)에서 전지 셀(520)의 볼록하게 돌출된 영역은 제2 셀 어셈블리(540)의 제2 수용홈(541)에 배치되고, 제2 셀 어셈블리(540)에서 전지 셀(520)의 볼록하게 돌출된 영역은 제1 셀 어셈블리(530)의 제1 수용홈(541)에 배치된다. 이러한 제1 및 제2 셀 어셈블리(530, 540)의 배치에 의하여 전지 모듈(500)의 공간 활용률을 높일 수 있다(도 6f-g).
나아가, 냉각 패드(560)는 전지 셀(520)의 셀 본체(521)와 접하도록 배치되어 전지 셀(520)을 직접적으로 냉각 시킬 수 있다.
(제6 실시형태)
도 10은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지 모듈의 개략도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 전지 모듈(600)은 내부에 전지 셀 수납부가 형성된 트레이(610); 트레이(510)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(620)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제1 셀 어셈블리(630); 및 트레이(610)의 전지 셀 수납부에 수납되되, 복수개의 전지 셀(620)이 서로 전기적으로 연결되어 단층으로 배치되는 제2 셀 어셈블리(640)를 포함한다.
이때, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리(630, 640)에 포함되는 전지 셀(620)의 셀 본체(621)는 서로 동일한 층에 배열되는 구조이다. 구체적으로, 제1 셀 어셈블리(630)의 상부면에 제2 셀 어셈블리(640)가 적층될 때, 제1 셀 어셈블리(630)에 포함되는 전지 셀(620)의 셀 본체(621)와 제2 셀 어셈블리(640)에 포함되는 전지 셀(620)의 셀 본체(621)는 서로 마주보는 방향으로 적층된다.
한편, 제2 셀 어셈블리(640)에서 전지 셀(620)이 볼록하게 돌출된 영역의 반대편 영역은 평탄한 구조를 갖는다. 즉, 상기 제2 셀 어셈블리(640)의 타측면은 평탄한 구조를 갖는다.
나아가, 상기 제2 셀 어셈블리(640)의 평탄한 면에는 다시 제1 어셈블리(630)가 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 셀 어셈블리(630, 640)는 복수개의 층으로 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명은 이러한 전지 모듈(600)의 구조에 의해서 공간 활용률을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 셀 어셈블리(630, 640)의 전지 셀(620)의 내부에서 가스 발생시 가스 포켓 등의 간격을 확보할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 전지 모듈의 각 구성에 대한 설명은 전술 하였으며, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100, 200, 300, 400, 500, 600: 전지 모듈
110, 210, 310, 410, 510, 610: 트레이
120, 220, 320, 420, 520, 620: 전지 셀
121, 221, 321, 421, 521, 621: 셀 본체
1211, 2211, 3211, 4211, 5211: 제1 테라스
1212, 2212, 3212, 4212, 5212: 제2 테라스
1221, 2221, 3221, 5221: 제1 전극 리드
1222, 2222, 3222, 5222: 제2 전극 리드
130, 230, 330, 430, 530, 630: 제1 셀 어셈블리
131, 231, 331, 431, 531: 제1 수용홈
140, 240, 340, 540, 640: 제2 셀 어셈블리
141, 241, 341, 541: 제2 수용홈
150, 250, 350, 450, 550: 단열 패드
160, 260, 360, 560: 냉각 패드

Claims (11)

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