WO2022108145A1 - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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WO2022108145A1
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mounting
plate
hole
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김태근
윤영일
이태경
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack including the same, and more particularly, to a battery module with improved space utilization and a battery pack including the same.
  • a rechargeable battery capable of charging and discharging is a method to solve air pollution such as conventional gasoline vehicles using fossil fuels, and electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles ( P-HEV) is being used as a power source, and the need for the development of secondary batteries is increasing.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • P-HEV plug-in hybrid electric vehicles
  • lithium secondary batteries do not have much memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are possible freely. , the self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such a lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which the positive electrode active material and the negative electrode active material are applied, respectively, are disposed with a separator interposed therebetween, and a casing for sealing and housing the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch-type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • a battery module in which a plurality of battery cells are electrically connected this is used In such a battery module, a plurality of battery cells are connected in series or parallel to each other to form a battery cell stack, thereby improving capacity and output.
  • one or more battery modules may be mounted together with various control and protection systems, such as a battery management system (BMS) and a cooling system, to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional battery module
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A' of FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view showing an end plate included in the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 shows a side of the end plate facing the battery cell.
  • each battery module 10 may be fixed to a structure such as a pack frame (not shown).
  • the conventional battery module 10 may be fixed by forming a mounting structure at four corners.
  • mounting holes 40H into which the bolts 40B can be inserted may be formed at both ends of the end plate 40 of the battery module 10 .
  • the bolt 40B is inserted into the mounting hole 40H in a downward direction, and the nut 40N is coupled to the end of the bolt 40B, so that the battery module 10 may be fixed to the pack frame or the like.
  • Increasing the space utilization of the battery module is directly related to the performance of the battery pack, such as increasing the energy density of the battery module and the battery pack including the same, or reducing the size of the battery pack, so it is necessary to improve the space utilization of the battery module. .
  • An object of the present invention is to provide a battery module capable of providing an additional space therein while forming a mounting structure, and a battery pack including the same.
  • a battery module includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked; a module frame accommodating the battery cell stack and having an open surface; and an end plate covering the open surface of the module frame.
  • the end plate includes a mounting portion having a mounting hole formed therein, the mounting hole is opened on a lower surface of the end plate, and a thread is formed on an inner surface of the mounting hole.
  • the height of the mounting part may be 0.5 times or less of the height of the end plate, and an empty space may be provided at an upper portion of the mounting part between the end plate and the battery cell stack.
  • the end plate may include a body portion, first and second side portions, an upper portion and a lower portion.
  • the body portion may face the battery cell stack, and the first and second side portions, the upper portion and the lower portion extend in a direction perpendicular to one surface of the body portion from both sides, upper and lower sides of the body portion, respectively.
  • the mounting hole may be opened on a lower surface of the lower portion of the end plate, and the mounting portion may extend along a direction parallel to the one surface of the body portion.
  • the module frame may have an open other surface opposite to the one surface, and the end plate may be configured in plurality to cover the open one surface and the other surface of the module frame, respectively.
  • a battery pack includes: the battery module; a pack frame for accommodating the battery module; and a bolt coupled to the mounting hole through a through hole formed at the bottom of the pack frame.
  • the bolt may be coupled to the mounting hole in an upward direction.
  • the bottom portion of the pack frame may include a mounting plate supporting the battery module and a lower plate positioned under the mounting plate.
  • the through hole may be formed in the mounting plate, and the bolt may pass through the through hole of the mounting plate to be coupled to the mounting hole.
  • an opening may be formed in a portion corresponding to the through hole.
  • the pack frame may further include a side portion located on a side surface of the battery module.
  • the side part may be in contact with each of the mounting plate and the lower plate, and a sealing member may be positioned between the side part and the mounting plate.
  • a lower through-hole may be formed in the lower plate, and the bolt may pass through the lower through-hole of the lower plate and the through-hole of the mounting plate to be coupled to the mounting hole.
  • the pack frame may further include a side portion located on a side surface of the battery module, the side portion may be in contact with each of the mounting plate and the lower plate, and a sealing member is positioned between the side portion and the lower plate.
  • the mounting structure is formed and an additional space is provided therein at the same time to increase the space utilization.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional battery module.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A' of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating an end plate included in the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a partial perspective view illustrating a state in which the lower surface of the battery module of FIG. 4 is turned upside down.
  • FIG. 8 is a perspective view of an end plate included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 9 is a partial perspective view of a battery module and a pack frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a state in which a battery module according to an embodiment of the present invention is mounted on a pack frame.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a state in which a battery module according to a modified embodiment of the present invention is mounted on a pack frame.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to gravity not.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 4 .
  • 6 is a perspective view of a battery cell included in the battery module of FIG. 5 .
  • the battery module 100 accommodates a battery cell stack 200 in which a plurality of battery cells 110 are stacked, and a battery cell stack 200 , and , and an end plate 400 covering the open surface of the module frame 300 and the module frame 300 with one surface open.
  • the battery cell 110 is preferably a pouch-type battery cell, and may be formed in a rectangular sheet-like structure.
  • the battery cell 110 according to the present embodiment has a structure in which two electrode leads 111 and 112 face each other and protrude from one end and the other end, respectively.
  • two electrode leads 111 and 112 face each other, so that one end 114a and the other end 114b of the cell body 113 are opposite to each other. Each has a structure protruding from the.
  • the electrode leads 111 and 112 are connected to an electrode assembly (not shown) and protrude from the electrode assembly (not shown) to the outside of the battery cell 110 .
  • both ends 114a and 114b of the cell case 114 and one side 114c connecting them are adhered in a state in which an electrode assembly (not shown) is accommodated in the cell case 114 .
  • the battery cell 110 according to the present embodiment has a total of three sealing portions 114sa, 114sb, 114sc, and the sealing portions 114sa, 114sb, 114sc are sealed by a method such as thermal fusion.
  • the other one side may be formed of a connection part 115 .
  • the cell case 114 may be formed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • connection part 115 may extend long along one edge of the battery cell 110 , and a protrusion 110p of the battery cell 110 called a bat-ear is formed at an end of the connection part 115 .
  • the protrusion 110p is an exemplary structure, and in the battery cell 110 according to another embodiment of the present invention, the protrusion is not formed, and the connecting portion 115 may have a form in which it extends in a straight line.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 are stacked to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 200 .
  • a plurality of battery cells 110 may be stacked in a direction parallel to the y-axis. Accordingly, one electrode lead 111 of the battery cells 110 may protrude toward the x-axis direction, and the other electrode lead 112 may protrude toward the -x-axis direction.
  • the module frame 300 may be opened not only on the one surface, but also on the other surface opposite to the one surface. More specifically, the module frame 300 may be opened in both directions in which the electrode leads 111 and 112 protrude based on the battery cell stack 200 .
  • the end plate 400 may be configured in plurality to cover the open one surface and the other surface of the module frame 300 , respectively. Since the battery cell stack 200 is accommodated in the module frame 300 and the end plate 400 , it is possible to physically protect the battery cell stack 200 .
  • the module frame 300 and the end plate 400 may include a metal material having a predetermined strength.
  • the module frame 300 and the end plate 400 may be joined by a method such as welding in a state in which the corresponding corner portions are in contact with each other.
  • the battery module 100 may further include a bus bar frame 500 on which a bus bar 510 and a terminal bus bar 520 are mounted.
  • the bus bar 510 and the terminal bus bar 520 may be bonded to the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 to electrically connect the plurality of battery cells 110 .
  • the bus bar frame 500 on which the bus bar 510 and the terminal bus bar 520 are mounted is positioned on one surface (x-axis direction) and the other surface (-x-axis direction) of the battery cell stack 200 .
  • One surface (x-axis direction) and the other surface (-x-axis direction) of the battery cell stack 200 correspond to surfaces in the direction in which the electrode leads 111 and 112 of the battery cell 110 protrude.
  • the bus bar frame 500 may be positioned between the battery cell stack 200 and the end plate 400 .
  • a lead slit is formed in the bus bar frame 500 , and the electrode leads 111 and 112 are bent after passing through the lead slit to be bonded to the bus bar 510 or the terminal bus bar 520 . If physical and electrical connection is possible, there is no particular limitation on the bonding method, and welding bonding may be performed, for example.
  • a slit may be formed in the bus bar 510 or the terminal bus bar 520 , and the slit may be positioned to correspond to the lead slit of the bus bar frame 500 .
  • the electrode leads 111 and 112 passing through the lead slit may pass through the slit of the bus bar 510 or the slit of the terminal bus bar 520 and be bent.
  • a portion of the terminal bus bar 520 may be exposed to the outside of the battery module 100 . Specifically, an opening is formed in the end plate 400 or the insulating cover (not shown), so that a portion of the terminal bus bar 520 may be exposed as shown in FIG. 4 .
  • a portion of the exposed terminal bus bar 520 may be connected to another battery module or a Battery Disconnect Unit (BDU) to implement a high voltage (HV) connection.
  • the HV connection is a connection that serves as a power source for supplying power, and refers to a connection between battery cells or a connection between battery modules.
  • FIG. 7 is a partial perspective view illustrating a state in which the lower surface of the battery module of FIG. 4 is turned upside down.
  • 8 is a perspective view of an end plate included in the battery module of FIG. 5 .
  • FIG. 8 shows a side of the end plate facing the battery cell stack.
  • the end plate 400 includes a mounting portion 400M in which a mounting hole 400H is formed.
  • the mounting hole 400H is opened on the lower surface of the end plate 400 , and a thread is formed on the inner surface of the mounting hole 400H.
  • the end plate 400 may include a body portion 450 , first and second side portions 410 and 420 , an upper portion 430 , and a lower portion 440 .
  • the body part 450 is a part facing the battery cell stack 200
  • the first and second side parts 410 and 420 , the upper part 430 , and the lower part 440 are each of the body part 450 .
  • It is a portion extending in a direction perpendicular to one surface of the body portion 450 from both sides, the upper side, and the lower side. That is, the end plate 400 according to the present embodiment may have a cover shape in which one surface in the direction in which the battery cell stack 200 is located is opened.
  • the mounting hole 400H may be opened on the lower surface of the lower portion 440 of the end plate 400 , and the mounting portion 400M is in a direction parallel to one surface of the body portion 450 .
  • the bolt inserted into the mounting hole 400H may be coupled to the mounting hole 400H in an upward direction.
  • the height h2 of the mounting part 400M in which the mounting hole is formed may be 0.5 times or less of the height h1 of the end plate 400 .
  • the height h2 of the mounting portion 400M may be 0.3 times or less of the height h1 of the end plate 400 , and more preferably 0.2 times or less. That is, unlike the conventional end plate 40 shown in FIG. 3 because the mounting hole 400H according to the present embodiment is opened on the lower surface of the lower portion 440 of the end plate 400, the mounting portion 400M The height need not be formed similar to the height of the end plate 400 .
  • the battery module 100 can be sufficiently fixed. Accordingly, an empty space may be provided at an upper portion of the mounting part 400M between the end plate 400 and the battery cell stack 200 .
  • the height h2 of the mounting portion 400M may be 0.05 times or more of the height h1 of the end plate 400 in order to have a minimum degree of fastening.
  • the conventional battery module 10 has a structure with a long mounting hole 40H in the height direction, and it is necessary to secure a space for mounting and fastening, whereas the battery module 100 according to this embodiment has a short mounting hole 400H in the height direction. ) structure can be implemented, so that additional space can be secured within the battery module 100 . It is possible to utilize the space, such as configuring the conventional wasted space in a direction to increase the battery capacity. Since this is advantageous in terms of space utilization, the battery module and the battery pack including the same according to the present embodiment may have advantages in terms of energy density or miniaturization.
  • FIG. 9 is a partial perspective view of a battery module and a pack frame according to an embodiment of the present invention.
  • 10 is a schematic diagram illustrating a state in which a battery module according to an embodiment of the present invention is mounted on a pack frame.
  • the battery pack 1000 includes a battery module 100, a pack frame 1100 for accommodating the battery module 100, and a pack frame (
  • the bolt 1200 passes through the through hole 1111H formed in the bottom 1110 of the 1100 and is coupled to the mounting hole 400H.
  • a plurality of battery modules 100 may be gathered to form a battery pack 1000 .
  • each battery module 100 may be fixed to a structure such as the pack frame 1100 .
  • a through hole 1111H is formed in the bottom 1110 of the pack frame 1100, and the bolt 1200 passes through the through hole 1111H in an upward direction, and then the mounting hole of the battery module 100 ( 400H).
  • the bottom 1110 of the pack frame 1100 includes a mounting plate 1111 supporting the battery module 100 and a lower plate 1112 located under the mounting plate 1111. can do.
  • the battery module 100 is fixed to the mounting plate 1111 while supporting the battery module 100 to form a mounting structure. That is, the mounting hole 400H of the battery module 100 and the bolt 1200 may be coupled with the mounting plate 1111 interposed therebetween.
  • the lower plate 1112 is located under the mounting plate 1111, and although not specifically shown, between the mounting plate 1111 and the lower plate 1112 is for supplying cooling water for cooling the battery module 100.
  • Equipment such as piping may be provided.
  • an opening 1112P may be formed in a portion corresponding to the through hole 1111H formed in the mounting plate 1111 . That is, an opening 1112P having an open shape may be formed in each portion corresponding to the through hole 1111H in the Z-axis direction.
  • the bolt 1200 according to this embodiment is coupled to the mounting hole 400H of the battery module 100 in an upward direction, and a space is required for the installation of the bolt 1200 for assembling it. . Accordingly, by forming the opening 1112P in the lower plate 1112 , a space for assembling the bolt 1200 is provided.
  • the pack frame 1100 may further include a side part 1120 located on a side surface of the battery module 100 as well as the bottom part 1110 .
  • the side portion 1120 may form a stepped structure to contact each of the mounting plate 1111 and the lower plate 1112 .
  • a sealing member 1300 having adhesive properties may be positioned between the side portion 1120 and the mounting plate 1111 . That is, while the side portion 1120 and the mounting plate 1111 are adhered and fixed, a gap therebetween may be sealed by the sealing member 1300 . Since the sealing member 1300 according to the present embodiment is positioned between the side part 1120 and the mounting plate 1111, even if the opening 1112P is formed, the space between the side part 1120 and the mounting plate 1111 is sealed. Therefore, it is possible to prevent moisture, etc. from flowing into the pack frame 1100 .
  • the side portion 1120 and the mounting plate 1111 have adhesive properties so that they can be adhered, fixed, and sealed, there is no particular limitation on the material of the sealing member 1300 .
  • a space for assembling the bolt 1200, such as an opening 1112P is formed in the lower plate 1112, must be secured, and the mounting plate 1111 and the side part 1120 to prevent moisture inflow. Since the space needs to be sealed, it is preferable that the sealing member 1300 is positioned between the side part 1120 and the mounting plate 1111 to be adhered and sealed.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a state in which a battery module according to a modified embodiment of the present invention is mounted on a pack frame. Parts overlapping with the above description will be omitted in order to avoid repetition of the description.
  • the bottom 1110 of the pack frame 1100 is a mounting plate 1111 and a mounting plate 1111 supporting the battery module 100 under the A lower plate 1112 ′ located may be included, and the pack frame 1100 may further include a side portion 1120 located on a side surface of the battery module 100 .
  • a lower through-hole 1112H may be formed in the lower plate 1112 ′ according to the present embodiment, and the lower through-hole 1112H of the lower plate 1112 ′ passes through the mounting plate 1111 . It may be positioned so as to correspond to the hole 1111H in the Z-axis direction.
  • the bolt 1200 ′ according to the present embodiment is longer than the bolt 1200 described with reference to FIG. 10 , and the lower through hole 1112H of the lower plate 1112 ′ and the through hole of the mounting plate 1111 are formed. After passing through 1111H in turn, it may be coupled to the mounting hole 400H of the battery module 100 .
  • the adhesive sealing member 1300 ′ according to the present embodiment may be positioned between the side surface portion 1120 and the lower plate 1112 ′. Since the lower through-hole 1112H of the lower plate 1112' is naturally sealed according to the insertion of the bolt 1200' according to the present embodiment, a sealing member for preventing moisture from entering the pack frame 1100. It becomes possible for 1300' to be positioned between the side part 1120 and the lower plate 1112'. That is, the sealing member 1300 ′ according to the present embodiment may be positioned between the side portion 1120 and the lower plate 1112 ′ and function to prevent moisture inflow. Meanwhile, if necessary, a ring-shaped stopper for sealing may be disposed between the head of the bolt 1200 ′ and the lower plate 1112 ′ according to the present embodiment.
  • One or more battery modules according to the present embodiment described above may be mounted together with various control and protection systems such as a battery management system (BMS) and a cooling system to form a battery pack.
  • BMS battery management system
  • a cooling system to form a battery pack.
  • the battery module or battery pack may be applied to various devices. Specifically, it may be applied to transportation means such as electric bicycles, electric vehicles, hybrids, etc., but is not limited thereto, and may be applied to various devices capable of using a secondary battery.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하고, 일면이 개방된 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면을 덮는 엔드 플레이트를 포함한다. 상기 엔드 플레이트는, 마운팅 홀이 형성된 마운팅부를 포함하고, 상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 하면에 개구되어 있으며, 상기 마운팅 홀의 내측면에 나사산(Thread)이 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 11월 17일자 한국 특허 출원 제10-2020-0153468호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공간 활용도가 개선된 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 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.
소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지 셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈(Battery module)이 이용된다. 이러한 전지 모듈은 다수의 전지셀이 서로 직렬 또는 병렬로 연결되어 전지셀 적층체를 형성함으로써 용량 및 출력이 향상된다. 또한, 하나 이상의 전지 모듈은 BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이며, 도 3은 도 1의 전지 모듈에 포함된 엔드 플레이트를 나타낸 사시도이다. 특히 도 3은 엔드 플레이트 중 전지셀과 마주하는 면을 나타내었다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 종래의 전지 모듈(10)은, 다수의 전지셀(20)들을 모듈 프레임(30)에 수납한 뒤, 모듈 프레임(30)에 엔드 플레이트(40)를 접합하여 제조될 수 있다. 전지 모듈(10)이 복수로 모여 전지팩을 형성하거나, 전지 모듈이 자동차 등에 장착될 때 각 전지 모듈(10)은 팩 프레임(도시하지 않음) 등의 구조물에 고정될 수 있다. 이때 종래의 전지 모듈(10)은 4곳의 모서리 부분에 마운팅 구조를 형성하여 고정될 수 있다. 구체적으로, 전지 모듈(10)의 엔드 플레이트(40)의 양 단부에 볼트(40B)가 삽입될 수 있는 마운팅 홀(40H)이 형성될 수 있다. 마운팅 홀(40H)에 하향하는 방향으로 볼트(40B) 삽입되고, 이러한 볼트(40B)의 끝 부분에 너트(40N)가 결합됨으로써, 전지 모듈(10)이 팩 프레임 등에 고정될 수 있다.
다만, 종래의 전지 모듈(10)의 경우, 볼트(40B)가 하향하여 삽입되는 형태이므로, 마운팅 홀(40H)은 도시된 바와 같이, 높이 방향(z축과 평행한 방향)을 따라 쭉 이어지는 형태이다. 따라서, 도 2 및 도 3을 참고하면, 엔드 플레이트(40)와 전지셀(20)들 사이에서 마운팅 홀(40H)이 형성된 공간만큼 공간의 낭비가 발생한다. 즉, 전지 모듈(10)의 고정을 위해, 엔드 플레이트(40)의 양 단부에 높이 방향을 따라 쭉 이어지는 마운팅 홀(40H)을 형성하였으나, 이것이 전지 모듈(10)의 공간 활용도를 저하하는 원인이 되었다.
전지 모듈의 공간 활용도를 높이는 것은, 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩의 에너지 밀도를 높이거나, 전지팩의 소형화가 가능한 것과 같이 전지팩의 성능과 직결되기 때문에 전지 모듈의 공간 활용도 개선이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 마운팅 구조를 형성함과 동시에 그 내부의 추가 공간을 마련할 수 있는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수납하고, 일면이 개방된 모듈 프레임; 및 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면을 덮는 엔드 플레이트를 포함한다. 상기 엔드 플레이트는, 마운팅 홀이 형성된 마운팅부를 포함하고, 상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 하면에 개구되어 있으며, 상기 마운팅 홀의 내측면에 나사산(Thread)이 형성된다.
상기 마운팅부의 높이는 상기 엔드 플레이트의 높이의 0.5배 이하일 수 있고, 상기 엔드 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에서 상기 마운팅부의 상부에 빈 공간이 마련될 수 있다.
상기 엔드 플레이트는, 본체부, 제1 및 제2 측부, 상측부 및 하측부를 포함할 수 있다. 상기 본체부는 상기 전지셀 적층체와 대면할 수 있고, 상기 제1 및 제2 측부, 상기 상측부 및 상기 하측부는 각각 상기 본체부의 양 변, 상변 및 하변으로부터 상기 본체부의 일면과 수직한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 상기 하측부의 하면에 개구될 수 있고, 상기 마운팅부는 상기 본체부의 상기 일면과 평행한 방향을 따라 이어질 수 있다.
상기 모듈 프레임은 상기 일면과 대향하는 타면이 개방될 수 있고, 상기 엔드 플레이트는 복수로 구성되어, 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면 및 상기 타면을 각각 덮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 상기 전지 모듈; 상기 전지 모듈을 수납하는 팩 프레임; 및 상기 팩 프레임의 바닥부에 형성된 관통홀을 통과하여, 상기 마운팅 홀에 결합되는 볼트를 포함한다.
상기 볼트는 상향하는 방향으로 상기 마운팅 홀에 결합될 수 있다.
상기 팩 프레임의 상기 바닥부는, 상기 전지 모듈을 받치는 마운팅 플레이트 및 상기 마운팅 플레이트 아래에 위치한 하부 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 관통홀이 상기 마운팅 플레이트에 형성되어, 상기 볼트가 상기 마운팅 플레이트의 상기 관통홀을 통과하여, 상기 마운팅 홀에 결합될 수 있다.
상기 하부 플레이트에서, 상기 관통홀과 대응하는 부분에 개구부가 형성될 수 있다.
상기 팩 프레임은, 상기 전지 모듈의 측면에 위치한 측면부를 더 포함할 수 있다. 상기 측면부는 상기 마운팅 플레이트 및 상기 하부 플레이트 각각과 접촉될 수 있으며, 상기 측면부와 상기 마운팅 플레이트 사이에 실링 부재가 위치할 수 있다.
상기 하부 플레이트에 하부 관통홀이 형성될 수 있고, 상기 볼트가 상기 하부 플레이트의 상기 하부 관통홀과 상기 마운팅 플레이트의 상기 관통홀을 통과하여 상기 마운팅 홀에 결합될 수 있다.
상기 팩 프레임은, 상기 전지 모듈의 측면에 위치한 측면부를 더 포함할 수 있고, 상기 측면부는 상기 마운팅 플레이트 및 상기 하부 플레이트 각각과 접촉될 수 있으며, 상기 측면부와 상기 하부 플레이트 사이에 실링 부재가 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전지 모듈의 하측에 마운팅 홀을 마련하고, 마운팅 부의 높이를 조절함으로써, 마운팅 구조를 형성함과 동시에 그 내부의 추가 공간을 마련하여, 공간 활용도를 높일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A’를 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1의 전지 모듈에 포함된 엔드 플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 7은 도 4의 전지 모듈의 하면이 위를 향하도록 뒤집은 모습을 나타낸 부분 사시도이다.
도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 엔드 플레이트에 대한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 팩 프레임에 대한 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 전지 모듈에 대한 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 전지 모듈에 포함된 전지셀에 대한 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예예 따른 전지 모듈(100)은 복수의 전지셀(110)이 적층된 전지셀 적층체(200), 전지셀 적층체(200)를 수납하고, 일면이 개방된 모듈 프레임(300) 및 모듈 프레임(300)의 개방된 상기 일면을 덮는 엔드 플레이트(400)를 포함한다.
우선, 전지셀(110)은 파우치형 전지셀인 것이 바람직하며, 장방형의 시트형 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 일단부와 다른 일단부로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다.
특히, 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 두 개의 전극 리드(111, 112)가 서로 대향하여 셀 본체(113)의 일단부(114a)와 다른 일단부(114b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조를 갖는다. 보다 상세하게는 전극 리드(111, 112)는 전극 조립체(미도시)와 연결되고, 전극 조립체(미도시)로부터 전지셀(110)의 외부로 돌출된다.
한편, 전지셀(110)은, 셀 케이스(114)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 셀 케이스(114)의 양 단부(114a, 114b)와 이들을 연결하는 일측부(114c)를 접착함으로써 제조될 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 전지셀(110)은 총 3군데의 실링부(114sa, 114sb, 114sc)를 갖고, 실링부(114sa, 114sb, 114sc)는 열융착 등의 방법으로 실링되는 구조이며, 나머지 다른 일측부는 연결부(115)로 이루어질 수 있다. 셀 케이스(114)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
또한, 연결부(115)는 전지셀(110)의 일 테두리를 따라 길게 뻗을 수 있고, 연결부(115)의 단부에는 배트 이어(bat-ear)라 불리우는 전지셀(110)의 돌출부(110p)가 형성될 수 있다. 다만, 돌출부(110p)는 하나의 예시적 구조이며, 본 발명의 다른 일 실시예에 다른 전지셀(110)은 돌출부가 형성되지 않고, 연결부(115)가 일직선으로 뻗는 형태를 가질 수 있다.
이러한 전지셀(110)은 복수로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 적층되어 전지셀 적층체(200)를 형성한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이 y축과 평행한 방향을 따라 복수의 전지셀(110)이 적층될 수 있다. 이에 따라, 전지셀(110) 중 하나의 전극 리드(111)는 x축 방향을 향해 돌출되고, 다른 전극 리드(112)는 -x축 방향을 향해 돌출될 수 있다.
모듈 프레임(300)은 상기 일면뿐만 아니라, 상기 일면과 대향하는 타면이 개방될 수 있다. 보다 구체적으로, 전지셀 적층체(200)를 기준으로, 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 양 방향에서 모듈 프레임(300)이 개방될 수 있다. 엔드 플레이트(400)는 복수로 구성되어, 모듈 프레임(300)의 개방된 상기 일면 및 상기 타면을 각각 덮을 수 있다. 이러한 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)의 내부에 전지셀 적층체(200)가 수납됨으로써, 전지셀 적층체(200)를 물리적으로 보호할 수 있다. 이를 위해 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)는 소정의 강도를 갖는 금속 재질을 포함할 수 있다. 한편, 모듈 프레임(300)과 엔드 플레이트(400)는 서로 대응하는 모서리 부위들이 접촉된 상태에서, 용접 등의 방법으로 접합될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은, 버스바(510) 및 터미널 버스바(520)가 장착된 버스바 프레임(500)을 더 포함할 수 있다
버스바(510) 및 터미널 버스바(520)는, 복수의 전지셀(110)들을 전기적으로 연결하기 위해 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)와 접합될 수 있다. 구체적으로, 버스바(510) 및 터미널 버스바(520)가 장착된 버스바 프레임(500)이 전지셀 적층체(200)의 일면(x축 방향) 및 타면(-x축 방향)에 위치할 수 있다. 전지셀 적층체(200)의 일면(x축 방향) 및 타면(-x축 방향)은, 전지셀(110)의 전극 리드(111, 112)가 돌출되는 방향의 면에 해당한다. 다시 말해, 버스바 프레임(500)은 전지셀 적층체(200)와 엔드 플레이트(400) 사이에 위치할 수 있다.
버스바 프레임(500)에는 리드 슬릿이 형성되고, 전극 리드(111, 112)가 상기 리드 슬릿을 통과한 뒤 구부러져 버스바(510)나 터미널 버스바(520)에 접합될 수 있다. 물리적, 전기적 연결이 가능하다면, 접합의 방식에 특별한 제한은 없으며, 일례로 용접 접합이 이루어질 수 있다.
한편, 버스바(510)나 터미널 버스바(520)에 슬릿이 형성될 수 있으며, 상기 슬릿은 버스바 프레임(500)의 상기 리드 슬릿과 대응하도록 위치할 수 있다. 상기 리드 슬릿을 통과한 전극 리드(111, 112)가 버스바(510)의 슬릿이나 터미널 버스바(520)의 슬릿을 통과하여 구부러질 수 있다.
한편, 터미널 버스바(520)의 일부분은 전지 모듈(100)의 외측으로 노출될 수 있다. 구체적으로, 엔드 플레이트(400)나 절연커버(도시하지 않음)에 개구부가 형성되어 도 4에 나타난 바와 같이 터미널 버스바(520)의 일부분이 노출될 수 있다. 노출된 터미널 버스바(520)의 일부분이 다른 전지 모듈이나 BDU(Battery Disconnect Unit) 등과 연결되어 HV(High Voltage) 연결을 구현할 수 있다. 여기서 HV 연결은 전력을 공급하기 위한 전원 역할의 연결로써, 전지셀 간의 연결이나 전지 모듈 간의 연결을 의미한다.
이하에서는, 도 7 및 도 8 등을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트, 마운팅부 및 마운팅 홀에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 7은 도 4의 전지 모듈의 하면이 위를 향하도록 뒤집은 모습을 나타낸 부분 사시도이다. 도 8은 도 5의 전지 모듈에 포함된 엔드 플레이트에 대한 사시도이다. 특히 도 8은 엔드 플레이트 중 전지셀 적층체와 마주하는 면을 나타내었다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 엔드 플레이트(400)는, 마운팅 홀(400H)이 형성된 마운팅부(400M)를 포함한다. 마운팅 홀(400H)은 엔드 플레이트(400)의 하면에 개구되어 있고, 마운팅 홀(400H)의 내측면에는 나사산(Thread)이 형성된다.
보다 구체적으로, 본 실시예예 따른 엔드 플레이트(400)는, 본체부(450), 제1 및 제2 측부(410, 420), 상측부(430) 및 하측부(440)를 포함할 수 있다. 본체부(450)는 전지셀 적층체(200)와 대면하는 부분이고, 제1 및 제2 측부(410, 420), 상측부(430) 및 하측부(440)는 각각 본체부(450)의 양 변, 상변 및 하변으로부터 본체부(450)의 일면과 수직한 방향으로 연장된 부분이다. 즉, 본 실시예에 따른 엔드 플레이트(400) 전지셀 적층체(200)가 위치한 방향의 일면이 개방된 덮개 형태를 가질 수 있다.
이 때, 본 실시예에 따른 마운팅 홀(400H)은 엔드 플레이트(400)의 하측부(440)의 하면에 개구될 수 있고, 마운팅부(400M)는 본체부(450)의 일면과 평행한 방향을 따라 이어질 수 있다. 이에 따라, 전지 모듈(100)을 팩 프레임 등에 고정시키기 위한 마운팅 구조에서, 마운팅 홀(400H)에 삽입되는 볼트는 마운팅 홀(400H)에 상향하는 방향으로 결합될 수 있다.
한편, 도 8을 참고하면, 마운팅 홀이 형성된 마운팅부(400M)의 높이(h2)는 엔드 플레이트(400)의 높이(h1)의 0.5배 이하일 수 있다. 다른 예시로써, 마운팅부(400M)의 높이(h2)는 엔드 플레이트(400)의 높이(h1)의 0.3배 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.2배 이하일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 마운팅 홀(400H)이 엔드 플레이트(400)의 하측부(440)의 하면에 개구되기 때문에 도 3에 나타난 종래의 엔드 플레이트(40)와 달리, 마운팅부(400M)의 높이가 엔드 플레이트(400)의 높이와 비슷하게 형성될 필요가 없다. 마운팅부(400M)의 높이(h2)는 엔드 플레이트(400)의 높이(h1)의 0.5배 이하로 낮게 형성하더라도, 충분히 전지 모듈(100)의 고정이 가능하다. 따라서, 엔드 플레이트(400)와 전지셀 적층체(200) 사이에서 마운팅부(400M)의 상부에 빈 공간이 마련될 수 있다. 높이에 대한 하한에 특별한 제한은 없으나, 최소한의 체결 정도를 갖기 위해 마운팅부(400M)의 높이(h2)는 엔드 플레이트(400)의 높이(h1)의 0.05배 이상일 수 있다. 종래의 전지 모듈(10)은 높이 방향으로 긴 마운팅 홀(40H) 구조를 갖고, 마운팅 체결을 위한 공간 확보가 필요한 반면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(100)은 높이 방향으로 짧은 마운팅 홀(400H) 구조를 구현할 수 있어, 전지 모듈(100) 내에서 추가 공간을 확보할 수 있다. 종래의 낭비되는 공간을 전지 용량을 높일 수 있는 방향으로 구성하는 등의 공간 활용이 가능하다. 이렇게 공간 활용도 측면에서 유리하기 때문에 본 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 에너지 밀도 측면이나 소형화 측면에서 장점을 가질 수 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10 등을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 팩 프레임에 대한 부분 사시도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 7, 도 9 및 도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 전지 모듈(100), 전지 모듈(100)을 수납하는 팩 프레임(1100) 및 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)에 형성된 관통홀(1111H)을 통과하여 마운팅 홀(400H)에 결합되는 볼트(1200)를 포함한다.
전지 모듈(100)이 복수로 모여 전지팩(1000)을 형성할 수 있는데, 이때 각 전지 모듈(100)은 팩 프레임(1100) 등의 구조물에 고정될 수 있다. 이때, 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)에 관통홀(1111H)이 형성되고, 볼트(1200)가 상향하는 방향으로 관통홀(1111H)을 통과한 뒤 전지 모듈(100)의 마운팅 홀(400H)에 체결될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)는, 전지 모듈(100)을 받치는 마운팅 플레이트(1111) 및 마운팅 플레이트(1111) 아래에 위치한 하부 플레이트(1112)를 포함할 수 있다.
마운팅 플레이트(1111)에 위에서 설명한 관통홀(1111H)이 형성됨으로써, 전지 모듈(100)을 받침과 동시에 전지 모듈(100)이 마운팅 플레이트(1111)에 고정되어 마운팅 구조를 형성할 수 있다. 즉, 전지 모듈(100)의 마운팅 홀(400H)과 볼트(1200)의 결합이 마운팅 플레이트(1111)를 사이에 두고 이루어질 수 있다.
한편, 하부 플레이트(1112)는 마운팅 플레이트(1111)의 아래에 위치하고, 구체적으로 도시하지 않았으나, 마운팅 플레이트(1111)와 하부 플레이트(1112)의 사이에는 전지 모듈(100)의 냉각을 위한 냉각수 공급용 배관 등의 설비가 구비될 수 있다.
한편, 도 10을 참고하면, 본 실시예에 따른 하부 플레이트(1112)에서, 마운팅 플레이트(1111)에 형성된 관통홀(1111H)과 대응하는 부분에 개구부(1112P)가 형성될 수 있다. 즉, Z축 방향을 기준으로 관통홀(1111H)과 대응하는 부분 각각에 개구된 형태의 개구부(1112P)가 형성될 수 있다. 상술한 바 대로, 본 실시예에 따른 볼트(1200)는 상향하는 방향으로 전지 모듈(100)의 마운팅 홀(400H)에 결합되는데, 볼트(1200)의 조립을 위한 설비가 투입될 공간이 필요하다. 따라서, 하부 플레이트(1112)에 개구부(1112P)를 형성함으로써, 볼트(1200)의 조립을 위한 공간을 마련하였다.
한편, 팩 프레임(1100)은, 바닥부(1110)뿐만 아니라, 전지 모듈(100)의 측면에 위치한 측면부(1120)를 더 포함할 수 있다. 측면부(1120)는, 단차 구조를 형성하여, 마운팅 플레이트(1111) 및 하부 플레이트(1112) 각각과 접촉할 수 있다. 이 때, 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111) 사이에 접착성을 갖는 실링 부재(1300)가 위치할 수 있다. 즉, 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111)가 접착 및 고정됨과 동시에 실링 부재(1300)에 의해 그 사이 틈이 밀봉(Sealing)될 수 있다. 본 실시예에 따른 실링 부재(1300)가 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111) 사이에 위치함으로써, 개구부(1112P)가 형성되더라도, 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111)의 사이가 밀봉되어 있기 때문에 팩 프레임(1100) 내부로 수분 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111)가 접착, 고정 및 밀봉될 수 있도록 접착성을 갖는다면 실링 부재(1300)의 소재에 특별한 제한은 없다. 앞서 설명한 바대로, 하부 플레이트(1112)에는 개구부(1112P)가 형성되는 등, 볼트(1200)의 조립을 위한 공간이 확보되어야 하고, 수분 유입 방지를 위해 마운팅 플레이트(1111)와 측면부(1120)의 사이가 밀봉될 필요가 있기 때문에 실링 부재(1300)가 측면부(1120)와 마운팅 플레이트(1111) 사이에 위치하여 접착 및 밀봉되는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 전지 모듈이 팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 모식도이다. 앞서 설명한 내용과 중복되는 부분은 설명의 반복을 피하기 위해 생략하도록 한다.
도 11을 참고하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 따른 팩 프레임(1100)의 바닥부(1110)는, 전지 모듈(100)을 받치는 마운팅 플레이트(1111) 및 마운팅 플레이트(1111) 아래에 위치한 하부 플레이트(1112’)를 포함할 수 있고, 팩 프레임(1100)은 전지 모듈(100)의 측면에 위치한 측면부(1120)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 본 실시예예 따른 하부 플레이트(1112’)에는 개구부가 아닌 하부 관통홀(1112H)이 형성될 수 있고, 하부 플레이트(1112’)의 하부 관통홀(1112H)은 마운팅 플레이트(1111)의 관통홀(1111H)과 Z축 방향을 기준으로 대응하도록 위치할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 볼트(1200’)는, 도 10에서 설명한 볼트(1200)에 비해 길게 형성되어, 하부 플레이트(1112’)의 하부 관통홀(1112H)과 마운팅 플레이트(1111)의 관통홀(1111H)을 차례로 통과한 뒤 전지 모듈(100)의 마운팅 홀(400H)에 결합될 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 접착성의 실링 부재(1300’)는 측면부(1120)와 하부 플레이트(1112’) 사이에 위치할 수 있다. 하부 플레이트(1112’)의 하부 관통홀(1112H)은 본 실시예에 따른 볼트(1200’)의 삽입에 따라 자연스럽게 밀봉이 이루어지기 때문에, 팩 프레임(1100) 내부로의 수분 유입 방지를 위한 실링 부재(1300’)가 측면부(1120)와 하부 플레이트(1112’) 사이에 위치하는 것이 가능해진다. 즉, 본 실시예에 따른 실링 부재(1300’)는 측면부(1120)와 하부 플레이트(1112’) 사이에 위치한 채, 수분 유입 방지 기능을 담당할 수 있다. 한편 필요에 따라, 본 실시예에 따른 볼트(1200’)의 헤드와 하부 플레이트(1112’) 사이에 실링을 위한 고리형 마개가 배치될 수 있다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 하나 또는 그 이상의 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 전지 모듈이나 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
100: 전지 모듈
200: 전지셀 적층체
300: 모듈 프레임
400: 엔드 플레이트
400M: 마운팅부
400H: 마운팅 홀

Claims (12)

  1. 복수의 전지셀이 적층된 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수납하고, 일면이 개방된 모듈 프레임; 및
    상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면을 덮는 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 엔드 플레이트는, 마운팅 홀이 형성된 마운팅부를 포함하며,
    상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 하면에 개구되어 있고, 상기 마운팅 홀의 내측면에 나사산(Thread)이 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 마운팅부의 높이는 상기 엔드 플레이트의 높이의 0.5배 이하이고,
    상기 엔드 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에서 상기 마운팅부의 상부에 빈 공간이 마련되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트는, 본체부, 제1 및 제2 측부, 상측부 및 하측부를 포함하고,
    상기 본체부는 상기 전지셀 적층체와 대면하고,
    상기 제1 및 제2 측부, 상기 상측부 및 상기 하측부는 각각 상기 본체부의 양 변, 상변 및 하변으로부터 상기 본체부의 일면과 수직한 방향으로 연장되는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 마운팅 홀은 상기 엔드 플레이트의 상기 하측부의 하면에 개구되어 있고,
    상기 마운팅부는 상기 본체부의 상기 일면과 평행한 방향을 따라 이어지는 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 모듈 프레임은 상기 일면과 대향하는 타면이 개방되고,
    상기 엔드 플레이트는 복수로 구성되어, 상기 모듈 프레임의 개방된 상기 일면 및 상기 타면을 각각 덮는 전지 모듈.
  6. 제1항에 따른 전지 모듈;
    상기 전지 모듈을 수납하는 팩 프레임; 및
    상기 팩 프레임의 바닥부에 형성된 관통홀을 통과하여, 상기 마운팅 홀에 결합되는 볼트를 포함하는 전지팩.
  7. 제6항에서,
    상기 볼트는 상향하는 방향으로 상기 마운팅 홀에 결합되는 전지팩.
  8. 제6항에서,
    상기 팩 프레임의 상기 바닥부는, 상기 전지 모듈을 받치는 마운팅 플레이트 및 상기 마운팅 플레이트 아래에 위치한 하부 플레이트를 포함하고,
    상기 관통홀이 상기 마운팅 플레이트에 형성되어, 상기 볼트가 상기 마운팅 플레이트의 상기 관통홀을 통과하여, 상기 마운팅 홀에 결합되는 전지팩.
  9. 제8항에서,
    상기 하부 플레이트에서, 상기 관통홀과 대응하는 부분에 개구부가 형성되는 전지팩.
  10. 제8항에서,
    상기 팩 프레임은, 상기 전지 모듈의 측면에 위치한 측면부를 더 포함하고,
    상기 측면부는 상기 마운팅 플레이트 및 상기 하부 플레이트 각각과 접촉되며,
    상기 측면부와 상기 마운팅 플레이트 사이에 실링 부재가 위치하는 전지팩.
  11. 제8항에서,
    상기 하부 플레이트에 하부 관통홀이 형성되고,
    상기 볼트가 상기 하부 플레이트의 상기 하부 관통홀과 상기 마운팅 플레이트의 상기 관통홀을 통과하여 상기 마운팅 홀에 결합되는 전지팩.
  12. 제8항에서,
    상기 팩 프레임은, 상기 전지 모듈의 측면에 위치한 측면부를 더 포함하고,
    상기 측면부는 상기 마운팅 플레이트 및 상기 하부 플레이트 각각과 접촉되며,
    상기 측면부와 상기 하부 플레이트 사이에 실링 부재가 위치하는 전지팩.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4354611A1 (en) * 2022-10-10 2024-04-17 CALB Co., Ltd. Battery module and battery pack

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180073972A (ko) * 2016-12-23 2018-07-03 주식회사 엘지화학 플라스틱 레이저 용접을 이용한 배터리 모듈과 팩 하우징의 고정구조
KR20180113906A (ko) * 2017-04-07 2018-10-17 주식회사 엘지화학 확장형 배터리 모듈 구조를 갖는 배터리 팩
CN208923207U (zh) * 2018-11-01 2019-05-31 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池模组端板及其电池模组
JP2019212395A (ja) * 2018-05-31 2019-12-12 本田技研工業株式会社 バッテリパック
US20200274120A1 (en) * 2019-02-26 2020-08-27 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Battery module

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8465866B2 (en) * 2010-04-21 2013-06-18 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module including a pressure control unit
US10516145B2 (en) * 2016-01-26 2019-12-24 Ford Global Technologies, Llc Battery pack array retention
US20220006134A1 (en) * 2018-11-28 2022-01-06 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery module

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180073972A (ko) * 2016-12-23 2018-07-03 주식회사 엘지화학 플라스틱 레이저 용접을 이용한 배터리 모듈과 팩 하우징의 고정구조
KR20180113906A (ko) * 2017-04-07 2018-10-17 주식회사 엘지화학 확장형 배터리 모듈 구조를 갖는 배터리 팩
JP2019212395A (ja) * 2018-05-31 2019-12-12 本田技研工業株式会社 バッテリパック
CN208923207U (zh) * 2018-11-01 2019-05-31 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池模组端板及其电池模组
US20200274120A1 (en) * 2019-02-26 2020-08-27 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Battery module

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4199208A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4354611A1 (en) * 2022-10-10 2024-04-17 CALB Co., Ltd. Battery module and battery pack

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