KR20240087000A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents
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Abstract
제1 방향으로 적층되는 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 셀 어셈블리; 복수의 셀 어셈블리 사이에 배치되는 서포트 부재; 및 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 제1 방향으로 대향하는 복수의 엔드 커버를 포함하고, 서포트 부재는 복수의 엔드 커버보다 제1 방향으로 돌출되는 배터리 모듈이 제공된다.
Description
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차전지(배터리 셀)는 일차전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다.
배터리 모듈은 고출력 및 대용량의 필요성으로 인해 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하여 모듈화 시킨 것이며, 전기 자동차와 같이 고전력이 요구되는 장치에는 이러한 배터리 모듈을 복수 개 포함하는 배터리 팩이 적용될 수 있다.
이와 같은 대용량 배터리 팩은 그 구조적 강성을 위해 케이스(또는 하우징) 내부에 다수의 프레임 구조물을 포함할 수 있다.
배터리 모듈을 배터리 팩 내부에 조립하는데 있어서, 배터리 모듈과 상술한 프레임 구조물 사이에는 제조 공차에 의한 사공간이 형성되게 된다. 배터리 팩에 요구되는 출력 값이 높아질수록 더 많은 수의 배터리 모듈이 배치되며, 이에 따라 이러한 사공간이 점점 더 늘어나게 되고, 결국 배터리 팩의 에너지 밀도가 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 배터리 팩에서는 프레임 구조물의 배치에 따른 공간적 제약에 의해, 대용량 및 대형의 배터리 모듈을 배치하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 높은 에너지 밀도를 가지면서도 구조적 강성을 유지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 복수의 배터리 셀들 사이에 서포트 부재를 배치하여 높은 구조적 안정성을 가지는 배터리 모듈과 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 배터리 팩 내부의 한정된 공간 내에서 대형 배터리 모듈을 배치할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에서, 제1 방향으로 적층되는 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 셀 어셈블리; 복수의 셀 어셈블리 사이에 배치되는 서포트 부재; 및 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 제1 방향으로 대향하는 복수의 엔드 커버를 포함하고, 서포트 부재는 복수의 엔드 커버보다 제1 방향으로 돌출되는 배터리 모듈이 제공된다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 복수의 셀 어셈블리 및 서포트 부재가 수용되는 모듈 하우징을 더 포함하고, 모듈 하우징은 복수의 셀 어셈블리의 상부를 덮는 상부 커버; 및 상부 커버와 연결되며, 복수의 셀 어셈블리와 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 대향하는 사이드 커버를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나는 전극 조립체가 수용되는 케이스; 및 케이스에 결합되며, 전극 단자가 배치되는 캡 어셈블리를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 캡 어셈블리는 상부 커버와 대향할 수 있다.
실시예들에서, 케이스의 하부면은 모듈 하우징의 외부로 노출될 수 있다.
실시예들에서, 서포트 부재는 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 대면하는 바디부; 및 바디부에서 제1 방향으로 연장되며, 복수의 엔드 커버 사이를 통과하는 연장부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 연장부는 서포트 부재의 제1 방향의 양 측 단부에 각각 배치될 수 있다.
실시예들에서, 연장부와 복수의 엔드 커버는 제2 방향을 따라 교대로 배치될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 엔드 커버는 연장부에 용접될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 배터리 모듈; 및 복수의 배터리 모듈이 수용되는 팩 하우징을 포함하며, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나는 제1 방향으로 적층되는 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 셀 어셈블리; 복수의 셀 어셈블리 사이에 배치되는 서포트 부재; 및 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 제1 방향으로 대향하는 복수의 엔드 커버를 포함하고, 서포트 부재는 복수의 엔드 커버보다 제1 방향으로 돌출되어 팩 하우징과 결합되는 배터리 팩이 제공된다.
실시예들에서, 서포트 부재는 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 대면하는 바디부; 및 바디부에서 제1 방향으로 연장되며, 복수의 엔드 커버 사이를 통과하는 연장부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 팩 하우징은 복수의 배터리 모듈의 하부면과 대향하는 하부 프레임; 및 하부 프레임과 연결되며, 복수의 배터리 모듈과 제1 방향으로 대향하는 복수의 사이드 프레임을 포함하고,
연장부는 복수의 사이드 프레임에 결합될 수 있다.
실시예들에서, 서포트 부재의 제1 방향의 길이는 복수의 사이드 프레임 사이의 간격과 같거나 더 클 수 있다.
실시예들에서, 연장부는 삽입 돌기를 포함하고, 복수의 사이드 프레임은 삽입 돌기가 삽입되는 삽입 홈을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 팩은 삽입 돌기를 관통하여 삽입 홈에 체결되는 체결 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 높은 에너지 밀도를 가지면서도 구조적 강성을 유지할 수 있는 배터리 팩을 구현할 수 있다.
실시예들에 따르면, 복수의 배터리 셀들 사이에 서포트 부재를 배치하여 높은 구조적 안정성을 가지는 배터리 모듈과 배터리 팩을 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면, 배터리 팩 내부의 한정된 공간 내에서 대형 배터리 모듈을 배치할 수 있다.
도 1은 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 배터리 모듈에 포함되는 배터리 셀의 분해 사시도이다.
도 4는 엔드 커버가 모듈 하우징 및 서포트 부재와 결합되는 모습을 나타낸다.
도 5는 배터리 모듈의 상면도이다.
도 6은 배터리 팩의 팩 하우징에 배터리 모듈에 배치되는 모습을 나타낸다.
도 7은 배터리 모듈의 서포트 부재와 팩 하우징의 결합을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 배터리 모듈의 서포트 부재와 팩 하우징의 결합을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
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도 4는 엔드 커버가 모듈 하우징 및 서포트 부재와 결합되는 모습을 나타낸다.
도 5는 배터리 모듈의 상면도이다.
도 6은 배터리 팩의 팩 하우징에 배터리 모듈에 배치되는 모습을 나타낸다.
도 7은 배터리 모듈의 서포트 부재와 팩 하우징의 결합을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 배터리 모듈의 서포트 부재와 팩 하우징의 결합을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서, 서로 다른 실시예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명할 수 있다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 모두 하나의 실시예를 의미하는 것은 아니다.
이하의 설명에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 배터리 모듈(10)의 사시도이다. 도 2는 배터리 모듈(10)의 분해 사시도이다. 도 3은 배터리 모듈(10)에 포함되는 배터리 셀(1000)의 분해 사시도이다. 도 4는 엔드 커버(400)가 모듈 하우징(300) 및 서포트 부재(200)와 결합되는 모습을 나타낸다. 도 5는 배터리 모듈(10)의 상면도이다.
배터리 모듈(10)은 복수의 셀 어셈블리(100), 셀 어셈블리(100) 사이에 배치되는 서포트 부재(200), 셀 어셈블리(100)가 수용되는 내부 공간을 제공하는 모듈 하우징(300)을 포함할 수 있다.
모듈 하우징(300) 내부에는 복수의 셀 어셈블리(100)가 배치될 수 있다.
각각의 셀 어셈블리(100)는 복수의 배터리 셀들(1000)을 포함하여, 전기적 에너지를 저장하거나 방출할 수 있도록 구성될 수 있다.
셀 어셈블리(100)는 일 방향으로 적층된 복수의 배터리 셀(1000), 복수의 배터리 셀들(1000)을 전기적으로 연결하는 버스바(미도시), 복수의 배터리 셀들(1000) 사이에 배치되어 배터리 셀(1000)을 보호하는 셀 보호 부재(미도시)를 포함할 수 있다.
셀 어셈블리(100)의 배터리 셀들(1000)은 일 방향(예를 들어, X축 방향)으로 적층 배치될 수 있으며, 서로 전기적으로 연결되어 전기적 에너지를 저장하거나 출력할 수 있다. 이하의 설명에서, 셀 어셈블리(100)에 포함되는 배터리 셀들(1000)의 적층 방향을 '제1 방향' 또는 '셀 적층 방향'이라고 한다.
셀 어셈블리(100)는 배터리 셀들(1000)을 전기적으로 연결하는 복수의 버스바(미도시)를 포함할 수 있다. 버스바(미도시)는 각각의 배터리 셀(1000)의 단자부(1310)와 전기적으로 연결될 수 있다.
셀 어셈블리(100)는 배터리 셀(1000)을 보호하기 위한 셀 보호 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 셀 보호 부재(미도시)는 복수의 배터리 셀(1000) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 셀 보호 부재(미도시)는 단열 부재(미도시) 또는 압축 부재(미도시)일 수 있다.
단열 부재(미도시)는 이웃하는 배터리 셀(1000) 사이에 화염이나 고온의 열 에너지가 전파되는 것을 차단하여, 셀 어셈블리(100) 내부에서 연쇄적 발화 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 단열 부재(미도시)는 열 및/또는 화염 전파 방지 기능을 수행할 수 있는 운모(mica), 실리카(silica), 실리케이트(silicate), 그라파이트, 알루미나, 세라믹 울, 에어로 겔(aerogel) 중 적어도 일부의 재료를 포함할 수 있다.
압축 부재(미도시)는 특정 배터리 셀(1000)이 팽창하는 경우 압축되며 탄성 변형될 수 있으며, 이에 따라 셀 어셈블리(100)의 전체 부피가 팽창하는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 압축 부재(미도시)는 폴리우레탄 재질의 폼(foam)으로 구성될 수 있으며, 배터리 셀(1000)의 넓은 면에 대응하는 크기를 가질 수 있다.
배터리 셀들(1000) 사이에는 배터리 셀들(1000)을 상호 고정시킬 수 있는 접착 부재(미도시)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 접착 부재(미도시)는 바인더 또는 접착 테이프로 구성될 수 있다. 복수의 배터리 셀들(1000)은 접착 부재(미도시)에 의해 상호 고정되어 제1 방향(X축 방향)으로 적층될 수 있다.
하나의 배터리 모듈(10)에서, 복수의 셀 어셈블리(100)는 서로 전기적으로 연결되어 배터리 모듈(10)에 요구되는 설계 전력 값을 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 서포트 부재(200)를 사이에 두고 서로 마주보는 두 셀 어셈블리(100)는 서로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
또는, 하나의 배터리 모듈(10)에서, 복수의 셀 어셈블리(100)는 서로 전기적으로 분리되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 서포트 부재(200)를 사이에 두고 서로 마주보는 두 셀 어셈블리(100)는 서로 전기적으로 분리될 수 있으며, 각각의 셀 어셈블리(100)는 이웃하는 다른 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수도 있다.
셀 어셈블리(100)에 포함되는 배터리 셀(1000)은 이차전지일 수 있다. 일 예로서, 배터리 셀(1000)은 리튬 이차전지로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 셀(1000)은 강성을 가지는 케이스(1200) 내부에 전극 조립체가 수납되는 형태의 각형 이차전지일 수 있다.
배터리 셀(1000)은 전극 조립체(1100), 케이스(1200) 및 캡 어셈블리(1300)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(1100)는 전해액과 함께 케이스(1200)에 수납될 수 있다.
전극 조립체(1100)는 활물질이 도포되지 않은 무지부(1110)를 포함할 수 있다. 무지부(1110)는 캡 어셈블리(1300)의 단자부(1310)와 전기적으로 연결될 수 있다.
케이스(1200)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 케이스(1200)는 전극 조립체(110)가 삽입 및 안착될 수 있도록 적어도 일 방향으로 개방된 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 케이스(1200)의 내면은 절연 처리되어, 전극 조립체(1100)와 절연될 수 있다.
캡 어셈블리(1300)는 케이스(1200)의 상단 개구부를 밀봉하여, 케이스(1200) 내부 공간을 폐쇄할 수 있다. 캡 어셈블리(1300)의 적어도 일부는 케이스(1200)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 케이스(1200)에 용접되어 결합될 수 있다.
캡 어셈블리(1300)는 전극 조립체(1100)의 무지부(1110)와 전기적으로 연결되는 단자부(1310)를 포함할 수 있다. 단자부(1310)는 금속으로 형성될 수 있다.
다만, 배터리 모듈(10)에 포함되는 배터리 셀의 종류은 상술한 각형 이차전지에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 셀은 가요성 파우치 내부에 전극 조립체가 수납된 구조를 가지는 파우치형(pouch type) 이차전지일 수 있다.
모듈 하우징(300)은 복수의 셀 어셈블리(100)의 상부를 덮는 상부 커버(310) 및 상부 커버(310)와 연결되는 사이드 커버(320)를 포함할 수 있다.
도 2를 참고하면, 일체로 형성되는 상부 커버(310)가 복수의 셀 어셈블리(100)의 상부면을 커버하도록 배치될 수 있다. 사이드 커버(320)는 상부 커버(310)와 이어져 셀 어셈블리의 측면을 커버할 수 있도록 구성될 수 있다.
다만, 상부 커버(310)와 사이드 커버(320)의 구체적인 형상은 도 2에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 모듈 하우징(300)의 상부 커버(310)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 이 경우, 각각의 상부 커버(310)는 서로 다른 셀 어셈블리(100)를 커버하도록 배치될 수도 있다.
모듈 하우징(300)은 하부 방향(예를 들어, Z축 음의 방향)으로 개방된 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 모듈 하우징(300)은 상부 커버(310)와 사이드 커버(320)가 서로 연결되며 하부가 개방된 역 'U'자 형상을 가질 수 있다.
따라서, 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100)의 하부면이 모듈 하우징(300)의 외부로 노출되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(1000)은 캡 어셈블리(1300)가 모듈 하우징(300)의 상부 커버(310)와 대향하도록 배치될 수 있는데, 이에 따라 배터리 셀(1000)의 케이스(1200)의 하부면(1210)은 모듈 하우징(300)의 외부로 노출될 수 있다. 배터리 셀(1000)의 케이스(1200)가 노출된 구조를 가지므로, 배터리 모듈(10)의 방열 효율이 증가할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100)의 일측을 커버하는 엔드 커버(400)를 포함할 수 있다. 엔드 커버(400)는 강성을 가지는 재료(예를 들어, 알루미늄 등의 금속 재료)를 포함하여, 셀 어셈블리(100)를 외부의 충격으로부터 보호하고, 셀 어셈블리(100)를 지지할 수 있다.
엔드 커버(400)는 셀 어셈블리(100)와 제1 방향(X축 방향)으로 대향하도록 배치될 수 있다.
엔드 커버(400)는 모듈 하우징(300)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참고하면, 엔드 커버(400)의 상측은 상부 커버(310)와 맞닿아 용접 결합될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10)의 제2 방향(Y축 방향) 가장자리에 배치된 엔드 커버(400)의 일측은 사이드 커버(320)와 맞닿아 용접 결합될 수 있다. 또한, 엔드 커버(400)의 다른 일측은 서포트 부재(200)와 맞닿아 용접될 수 있다.
엔드 커버(400)가 다른 부재들(예를 들어, 모듈 하우징(300)이나 서포트 부재(200))과 맞닿는 경계선을 따라서 제1 용접 라인(WT1)이 형성될 수 있다. 엔드 커버(400)가 정위치에 배열된 상태에서 제1 용접 라인을 따라 용접이 진행될 수 있으며, 이에 따라 엔드 커버(400)가 단단히 고정될 수 있다.
다만, 엔드 커버(400)의 고정 방법은 상술한 용접 방식에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 엔드 커버(400)는 별도의 체결 부재(예를 들어, 볼트)에 의해 모듈 하우징(300)에 체결될 수도 있다.
엔드 커버(400)는 복수 개가 나란히 배치되어 배터리 모듈(10)의 어느 일 측면을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 엔드 커버(400)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 나란히 배치되어, 배터리 모듈(10)의 어느 일 측면을 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 방향(Y축 방향)은 제1 방향(Y축 방향)에 수직한 방향일 수 있다. 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치되는 엔드 커버(400)들 사이에는 서포트 부재(200)의 일부분이 위치할 수 있다.
엔드 커버(400)는 각각 셀 어셈블리(100)에 매칭되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 셀 어셈블리(100)의 양 단부는 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치된 한 쌍의 엔드 커버(400)에 의해 커버될 수 있다.
제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치된 한 쌍의 엔드 커버(400)는 셀 어셈블리를 양 쪽에서 가압하는 상태를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치된 한 쌍의 엔드 커버(400)는 모듈 하우징(300) 및 서포트 부재(200)와 결합되어 서로 마주보는 방향으로 셀 어셈블리(100)를 가압하는 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 한 쌍의 엔드 커버(400) 사이에 배치되는 셀 어셈블리(100)는 모듈 하우징(300) 내부에 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 엔드 커버(400)가 금속성 재료를 포함하는 경우, 엔드 커버(400)의 내측에는 엔드 커버(400)와 셀 어셈블리(100)와의 전기적 단락을 방지하는 절연 부재(미도시)가 추가로 배치될 수 있다.
엔드 커버(400)의 구체적인 구조는 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 엔드 커버(400)는 일체로 형성되어 배터리 모듈(10)의 일 측면을 형성할 수도 있다. 이 경우, 서포트 부재(200)를 배터리 모듈(10) 외부로 노출시키기 위해, 일체형 엔드 커버(400)는 서포트 부재(200)가 통과할 수 있는 홈을 포함할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100) 사이에 배치되는 하나 이상의 서포트 부재(200)를 포함할 수 있다.
서포트 부재(200)는 모듈 하우징(300) 내부 공간을 가로질러 배치될 수 있으며, 모듈 하우징(300)의 내부 공간 구획할 수 있다. 서포트 부재(200)는 복수 개로 마련될 수 있다. 복수의 서포트 부재(200)는 모듈 하우징(300) 내부에서 제2 방향(Y축 방향)으로 상호 이격되어 배치될 수 있다.
서포트 부재(200)는 강성을 가지는 재료(예를 들어, 알루미늄 등의 금속 재료)를 포함하여, 배터리 모듈(10)을 구조적으로 지지할 수 있다.
또한, 서포트 부재(200)는 적어도 일 부분이 배터리 모듈(10) 외부로 노출되어, 배터리 모듈(10)을 다른 부재(예를 들어, 배터리 팩의 팩 하우징)에 고정시키는데 사용되는 구조체의 역할을 수행할 수 있다.
서포트 부재(200)는 적어도 일부가 셀 어셈블리(100)와 제2 방향(Y축 방향)으로 대향하도록 배치될 수 있다. 서포트 부재(200)는 셀 어셈블리(100)와 제2 방향(Y축 방향)으로 대향하는 바디부(210), 바디부(210)에서 제2 방향(Y축 방향)에 수직한 제1 방향(X축 방향)으로 연장되는 연장부(220)를 포함할 수 있다. 연장부(220)는 바디부(210)의 제1 방향(X축 방향) 양 단부에 배치되어 서포트 부재(200)의 제1 방향(X축 방향) 양 단부를 형성할 수 있다.
서포트 부재(200)의 제1 방향(X축 방향)의 길이는 어느 한 배터리 셀(1000)의 제1 방향(X축 방향) 길이보다 더 길 수 있다. 서포트 부재(200)가 셀 어셈블리들(100) 사이에 배치되는 경우, 서포트 부재(200)의 양 단부는 셀 어셈블리(100)보다 제1 방향(X축 방향)으로 더 돌출될 수 있다.
서포트 부재(200)는 적어도 일부가 배터리 모듈(10)의 외부로 노출되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참고하면, 서포트 부재(200)의 연장부(220)는 어느 두 엔드 커버(400) 사이에서 엔드 커버(400)보다 제1 방향(X축 방향)으로 소정의 길이(d)만큼 더욱 돌출되도록 배치될 수 있으며, 이에 따라, 서포트 부재(200)의 연장부(220)는 배터리 모듈(10)의 외부로 노출될 수 있다.
서포트 부재(200)에서, 바디부(210)는 셀 어셈블리(100)의 배터리 셀(1000)과 제2 방향(Y축 방향)으로 대향하고, 연장부(220)는 엔드 커버(400)와 제2 방향(Y축 방향)으로 대향할 수 있다. 여기서, 연장부(220)와 엔드 커버(400)는 서로 접촉되도록 배치될 수 있으며, 상호 용접되어 결합될 수 있다.
서포트 부재(200)는 셀 어셈블리(100)와 교대로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 셀 어셈블리(100)와 서포트 부재(200)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 교대로 배치될 수 있다. 이 경우, 셀 어셈블리(100)의 수량에 대응하여, 서포트 부재(200)도 복수 개가 마련될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)은 N 개의 셀 어셈블리(100) 및 N-1 개의 서포트 부재(200)를 포함할 수 있다. (여기서 N은 2 이상의 자연수를 의미함)
실시예들에 따르면, 복수의 셀 어셈블리(100)를 상호 조립하여 높은 에너지 용량을 가지는 배터리 모듈(10)을 제작할 수 있다. 또한, 셀 어셈블리들(100) 사이에 서포트 부재(200)를 배치하여 높은 구조적 강성을 가지는 배터리 모듈(10)을 구현할 수 있다. 이에 따라, 제작자는 다양한 크기 및 종류의 배터리 모듈(10)을 신속하고 용이하게 제작할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참고하여, 실시예들에 따른 배터리 모듈(10)을 복수 개 포함하는 배터리 팩(1)에 관해 설명한다.
도 6은 배터리 팩(1)의 팩 하우징(20)에 배터리 모듈(10)에 배치되는 모습을 나타낸다. 도 7은 배터리 모듈(10)의 서포트 부재(200)와 팩 하우징(20)의 결합을 설명하기 위한 예시도이다. 도 8은 배터리 모듈(10)의 서포트 부재(200)와 팩 하우징(20)의 결합을 설명하기 위한 예시도이다. 도 6 내지 도 8에서 설명되는 배터리 모듈(10)은 앞서 도 1 내지 도 5에서 설명되는 배터리 모듈(10)에 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
배터리 팩(1)은 복수의 배터리 모듈(10) 및 이들을 수용하는 팩 하우징(20)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈(10)은 팩 하우징(20)의 내부에 수용되어 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
팩 하우징(20)은 복수의 배터리 모듈(10)이 안착되는 하부 프레임(21) 및 배터리 모듈(10)의 측면과 마주보는 사이드 프레임(22)을 포함할 수 있다. 도 6 내지 도 8에 도시되지는 않으나, 팩 하우징(20)은 배터리 모듈(10)의 상부를 덮는 상부 프레임(미도시)을 더 포함할 수 있다.
하부 프레임(21)과 사이드 프레임(22)은 서로 연결될 수 있다. 상부 프레임(미도시)은 사이드 프레임(22)과 연결되어 팩 하우징(20)의 내부 공간을 덮을 수 있다.
하부 프레임(21)의 상부면을 따라 복수의 사이드 프레임(22)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 복수의 사이드 프레임(22)은 하부 프레임(21) 상에서 제1 방향(X축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 사이드 프레임(22) 중 어느 하나는 하부 프레임(21)의 가장자리에 배치되어 팩 하우징(20)의 측면을 형성할 수 있으며, 다른 하나는 팩 하우징(20)의 내부 공간을 구획하도록 배치될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 서로 이웃하는 두 사이드 프레임(22) 사이에 배치될 수 있다. 사이드 프레임(22)은 복수의 배터리 모듈(10) 중 적어도 하나와 제1 방향(X축 방향)으로 대향할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 사이드 프레임(22)에 의해 구획된 각각의 공간에 복수의 배터리 모듈(10)이 배치될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)은 엔드 커버(400)가 사이드 프레임(22)과 제1 방향(X축 방향)으로 대향하도록 배치될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 사이드 프레임(22)이 결합되어 팩 하우징(20) 내부에 고정될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)의 측면에서 제1 방향(X축 방향)으로 돌출된 서포트 부재(200)가 팩 하우징(20)과 기계적으로 체결되거나 또는 용접될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈(10)이 팩 하우징(20)에 고정될 수 있다.
팩 하우징(20)의 하부 프레임(21)과 배터리 모듈(10)의 셀 어셈블리(100) 사이에는 방열 부재(미도시)가 배치될 수 있다. 방열 부재(미도시)는 일면은 셀 어셈블리(100)와 접촉되고, 일면과 반대되는 타면은 하부 프레임(21)과 접촉되게 배치될 수 있다. 방열 부재(미도시)는 열 전도성 접착제(Thermal adhesive)로 제공될 수 있다. 방열 부재(미도시)는 셀 어셈블리(100)와 하부 프레임(21) 사이의 공간을 메워 전도에 의한 열 전달이 더욱 활발히 이루어지도록 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(10)의 방열 효율이 증대될 수 있다.
도 7을 참고하면, 배터리 모듈(10)의 서포트 부재(200)가 팩 하우징(20)과 용접 결합됨에 따라, 배터리 모듈(10)이 팩 하우징(20) 내부에 고정될 수 있다.
서포트 부재(200)의 제1 방향(X축 방향) 길이는 이웃하는 두 사이드 프레임(22) 사이의 제1 방향(X축 방향) 간격과 대략 동일할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(10)이 사이드 프레임(22) 사이에 배치될 때, 서포트 부재(200)의 양 단부, 즉, 서포트 부재(200)의 연장부(220)는 사이드 프레임(22)에 맞닿을 수 있다.
서포트 부재(200)와 사이드 프레임(22)의 결합은 용접에 의해 이루어질 수 있다. 도 7을 참고하면, 서포트 부재(200)의 연장부(220)와 사이드 프레임(22)이 상호 접촉되는 부분을 따라 용접 포인트(WT2)를 설정할 수 있다. 용접 포인트(WT2)는 팩 하우징(20)의 높이 방향인 제3 방향(Z축 방향)을 따라 연장되도록 설정될 수 있다. 여기서, 제3 방향(Z축 방향)은 앞서 설명한 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)과 모두 수직한 방향일 수 있다.
서포트 부재(200)가 배터리 모듈(10)의 엔드 커버(400)보다 제1 방향(X축 방향)으로 더욱 돌출되므로, 엔드 커버(400)와 사이드 프레임(22) 사이에는 소정의 간격이 형성될 수 있으며, 이러한 소정의 간격을 이용하여 용접 공정이 안전하고 용이하게 수행될 수 있다.
배터리 모듈(10)과 팩 하우징(20)의 결합 구조는 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(1)은 배터리 모듈(10)과 팩 하우징(20)을 결합시키는 별도의 체결 부재(230)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 8을 참고하면, 서포트 부재(200)의 연장부(220)는 제1 방향(X축 방향)으로 돌출되는 삽입 돌기(221)를 포함할 수 있다. 팩 하우징(20)의 사이드 프레임(22)은 삽입 돌기(221)가 삽입되는 삽입 홈(22a)을 포함할 수 있다. 삽입 돌기(221)는 제3 방향(Z축 방향)으로 삽입 홈(22a)에 삽입되도록 구성될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(10)이 팩 하우징(20)에 수용되는 과정에서, 삽입 돌기(221)는 자연스럽게 삽입 홈(22a)에 삽입될 수 있다.
체결 부재(230)는 삽입 돌기(221)를 관통하여 삽입 홈(22a)에 체결될 수 있다. 이에 따라 서포트 부재(200)는 사이드 프레임(22)과 단단히 고정될 수 있다.
서포트 부재(200)의 연장부(220)가 삽입 돌기(221)를 더 포함함에 따라, 서포트 부재(200)의 제1 방향(X축 방향) 길이는 이웃하는 두 사이드 프레임(22) 사이의 제1 방향(X축 방향) 간격보다 더 클 수 있다.
삽입 돌기(221) 및 삽입 홈(22a)의 구체적인 형상은 도 8에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 삽입 돌기(221)는 연장부(220)로부터 제1 방향(X축 방향)이 아닌 다른 방향으로 돌출되도록 구성될 수도 있다. 또는, 서포트 부재(200)와 사이드 프레임(22) 사이의 체결 면적을 증가시키기 위해, 삽입 돌기(221)의 제2 방향(Y축 방향) 길이는 연장부(220)의 제2 방향(Y축 방향) 길이보다 더 크도록 구성될 수도 있다.
삽입 홈(22a)의 크기는 삽입 돌기(221)의 크기에 매칭되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 삽입 돌기(221)가 삽입 홈(22a)에 삽입되는 과정에서 배터리 모듈(10)이 자연스럽게 정위치에 정렬될 수 있다. 다만, 삽입 홈(22a)의 크기는 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 삽입 돌기(221)의 크기보다 크게 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 배터리 모듈(10)의 서포트 부재(200)가 팩 하우징(20)의 사이드 프레임(22)에 직접 결합되므로, 팩 하우징(20)은 사이드 프레임(22)을 가로지르는 별도의 강성 부재가 생략된 구조를 가질 수 있다.
종래의 배터리 팩의 경우, 구조적 강성을 위해 팩 하우징의 하부 프레임의 상부면을 종횡으로 가로지르는 크로스 프레임이 다수 배치되었으나, 실시예들에 따른 배터리 모듈(10)을 활용할 경우, 이와 같은 크로스 프레임을 생략하거나 그 수를 대폭 줄일 수 있다. 크로스 프레임을 생략함에 따라, 조립 공차에 의해 크로스 프레임과 배터리 모듈(10) 사이에 발생되는 사공간도 대폭 줄일 수 있다.
즉, 실시예들에 따르면, 상술한 크로스 프레임의 역할을 대신 수행할 수 있는 구조물(즉, 서포트 부재(200))을 배터리 모듈(10) 내부에 배치하여 셀 어셈블리(100)와 적층 조립될 수 있도록 구성함으로써, 상술한 사공간의 발생을 원천 차단할 수 있다. 이에 따라 한정된 팩 하우징(20) 공간 내에 복수의 배터리 모듈(10)을 집약적으로 배치할 수 있으며, 에너지 밀도가 높은 배터리 팩(1) 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 평균적인 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
1... 배터리 팩
10... 배터리 모듈
20... 팩 하우징 21... 하부 프레임
22... 사이드 프레임 22a... 삽입 홈
100... 셀 어셈블리 200... 서포트 부재
210... 바디부 220... 연장부
221... 삽입 돌기 230... 체결 부재
300... 모듈 하우징 310... 상부 커버
320... 사이드 커버 400... 엔드 커버
1000... 배터리 셀
20... 팩 하우징 21... 하부 프레임
22... 사이드 프레임 22a... 삽입 홈
100... 셀 어셈블리 200... 서포트 부재
210... 바디부 220... 연장부
221... 삽입 돌기 230... 체결 부재
300... 모듈 하우징 310... 상부 커버
320... 사이드 커버 400... 엔드 커버
1000... 배터리 셀
Claims (15)
- 제1 방향으로 적층되는 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 셀 어셈블리;
상기 복수의 셀 어셈블리 사이에 배치되는 서포트 부재; 및
상기 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 상기 제1 방향으로 대향하는 복수의 엔드 커버를 포함하고,
상기 서포트 부재는 상기 복수의 엔드 커버보다 상기 제1 방향으로 돌출되는 배터리 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 셀 어셈블리 및 상기 서포트 부재가 수용되는 모듈 하우징을 더 포함하고,
상기 모듈 하우징은
상기 복수의 셀 어셈블리의 상부를 덮는 상부 커버; 및
상기 상부 커버와 연결되며, 상기 복수의 셀 어셈블리와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 대향하는 사이드 커버를 포함하는 배터리 모듈. - 제2 항에 있어서,
상기 복수의 배터리 셀 중 적어도 하나는
전극 조립체가 수용되는 케이스; 및
상기 케이스에 결합되며, 전극 단자가 배치되는 캡 어셈블리를 포함하는 배터리 모듈. - 제3 항에 있어서,
상기 캡 어셈블리는 상기 상부 커버와 대향하는 배터리 모듈. - 제3 항에 있어서,
상기 케이스의 하부면은 상기 모듈 하우징의 외부로 노출되는 배터리 모듈. - 제1 항에 있어서,
상기 서포트 부재는
상기 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 대면하는 바디부; 및
상기 바디부에서 상기 제1 방향으로 연장되며, 상기 복수의 엔드 커버 사이를 통과하는 연장부를 포함하는 배터리 모듈. - 제6 항에 있어서,
상기 연장부는 상기 서포트 부재의 상기 제1 방향의 양 측 단부에 각각 배치되는 배터리 모듈. - 제6 항에 있어서,
상기 연장부와 상기 복수의 엔드 커버는 상기 제2 방향을 따라 교대로 배치되는 배터리 모듈. - 제6 항에 있어서,
상기 복수의 엔드 커버는 상기 연장부에 용접되는 배터리 모듈. - 복수의 배터리 모듈; 및
상기 복수의 배터리 모듈이 수용되는 팩 하우징을 포함하며,
상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나는
제1 방향으로 적층되는 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 셀 어셈블리;
상기 복수의 셀 어셈블리 사이에 배치되는 서포트 부재; 및
상기 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 상기 제1 방향으로 대향하는 복수의 엔드 커버를 포함하고,
상기 서포트 부재는 상기 복수의 엔드 커버보다 상기 제1 방향으로 돌출되어 상기 팩 하우징과 결합되는 배터리 팩. - 제10 항에 있어서,
상기 서포트 부재는
상기 복수의 셀 어셈블리 중 적어도 하나와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 대면하는 바디부; 및
상기 바디부에서 상기 제1 방향으로 연장되며, 상기 복수의 엔드 커버 사이를 통과하는 연장부를 포함하는 배터리 팩. - 제11 항에 있어서,
상기 팩 하우징은
상기 복수의 배터리 모듈의 하부면과 대향하는 하부 프레임; 및
상기 하부 프레임과 연결되며, 상기 복수의 배터리 모듈과 상기 제1 방향으로 대향하는 복수의 사이드 프레임을 포함하고,
상기 연장부는 상기 복수의 사이드 프레임에 결합되는 배터리 팩. - 제12 항에 있어서,
상기 서포트 부재의 상기 제1 방향의 길이는 상기 복수의 사이드 프레임 사이의 간격과 같거나 더 큰 배터리 팩. - 제12 항에 있어서,
상기 연장부는 삽입 돌기를 포함하고,
상기 복수의 사이드 프레임은 상기 삽입 돌기가 삽입되는 삽입 홈을 포함하는 배터리 팩. - 제14 항에 있어서,
상기 삽입 돌기를 관통하여 상기 삽입 홈에 체결되는 체결 부재를 더 포함하는 배터리 팩.
Priority Applications (4)
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| US18/535,944 US20240194991A1 (en) | 2022-12-12 | 2023-12-11 | Battery module and battery pack including the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020220172267A KR20240087000A (ko) | 2022-12-12 | 2022-12-12 | 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 |
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Family Applications (1)
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