KR101161135B1

KR101161135B1 - 중대형 전지모듈

Info

Publication number: KR101161135B1
Application number: KR1020070064238A
Authority: KR
Inventors: 양희국; 윤종문; 하진웅; 신용식; 이범현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2012-06-29
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: KR20090000292A

Abstract

본 발명은 측면방향으로 직립되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 감싸면서 상호 결합되는 구조로서, 상단면과 하단면에 냉매 유동을 위한 관통구가 형성되어 있고, 상기 관통구로부터 이격된 위치에 가스 배출구가 형성되어 있으며, 외부 입출력 단자가 구비되어 있는 한 쌍의 상부 및 하부 케이스; 및 상기 상부 및 하부 케이스의 소정의 공간 상에 삽입되어 장착되는 센싱 부재를 포함하는 것으로 구성된 중대형 전지모듈을 제공한다.

Description

중대형 전지모듈 {Middle or Large-sized Battery Module}

도 1은 종래의 대표적인 파우치형 전지셀의 사시도이다;

도 2는 단위모듈의 구성을 위해 도 1의 전지셀이 장착될 셀 커버의 사시도이다;

도 3은 다수의 단위모듈들이 연결된 단위모듈 적층체의 사시도이다;

도 4는 도 3의 단위모듈 적층체가 전지모듈 케이스에 장착된 전지모듈의 모식도이다;

도 5는 도 4의 전지모듈에서 하부 케이스에 단위모듈들이 장착된 상태에서의 전면부를 나타내는 부분 평면도이다.

본 발명은 중대형 전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 측면방향으로 직립되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 감싸면서 결합되며 가스 배출구와 냉매 유동을 위한 관통구가 형성되어 있는 한 쌍의 상부 및 하부 케이스, 소정의 센싱 부재를 포함하는 것으로 구성된 중대형 전지모듈에 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 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.

도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 전지의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 파우치형 전지(100)는 두 개의 전극리드(110, 120)가 서로 대향하여 전지 본체(130)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(140)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양 측면(141)과 상단부 및 하단부(142, 143)를 부착시킴으로써 전지(100)가 만들어 진다. 외장부재(140)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양 측면(141)과 상단부 및 하단부(142, 143)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양 측면(141)은 상하 외장부재(140)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(142)와 하단부(143)에는 전극리드(110, 120)가 돌출되어 있으므로 전극리드(110, 120)의 두께 및 외장부재(140) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(110, 120)와의 사이에 필름상의 실링부재(160)를 개재한 상태에서 열융착시킨다.

그러나, 외장부재(140) 자체의 기계적 강성이 우수하지 못하므로 안정한 구조의 전지모듈을 제조하기 위해서는 전지셀들(단위전지들)을 카트리지 등의 팩 케이스에 장착하여 전지모듈을 제조하고 있다. 그러나, 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 또는 차량 등에는 일반적으로 장착공간이 한정적이므로, 카트리지와 같은 팩 케이스의 사용으로 인해 전지모듈의 크기가 커지는 경우에는 낮은 공간 활용도의 문제점이 초래된다. 또한, 전지셀의 낮은 기계적 강성은 충방전시 전지셀의 반복적인 팽창 및 수축으로 나타나고, 그로 인해 열융착 부위가 분리되는 경우도 초래된다.

한편, 전지셀이 고온의 환경에 노출되거나 오작동 등에 의하여 내부 단락이 일어나게 되면, 양극 계면에서 전해액의 분해 반응이 일어나게 되고 그로 인해 가스가 다량 발생하여 결국 내압의 증가로 전지셀 케이스가 파열될 수 있다. 이를 제어하기 위해 파우치형 전지에서는 일반적으로 가스의 배출을 특정한 방향으로 유도할 수 있도록 상대적으로 밀봉이 취약한 부분을 형성하여 셀 케이스 내부의 압력이 기준치 이상일 때 밀봉이 취약한 부분의 밀봉이 해제되면서 이 부분으로 내부 가스를 셀 케이스 외부로 배출하는 구조로 이루어져 있다.

또한, 일반적으로 이러한 내부 가스는 일산화탄소 등과 같은 인체에 해로운 유독 성분을 포함하고 있으므로, 전지모듈 또는 모듈 어셈블리를 냉각시키는 냉매와는 별도의 통로를 이용하여 외부로 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 관련하여, 일부 선행기술은 전지모듈 내부에서 발생하는 내부가스를 외부로 배출하기 위한 별도의 가스 배출로를 가지는 구조의 중대형 전지모듈을 제시하고 있다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제 2006-252821호에는 복수의 단전지로 이루어진 단전지군을 케이스에 적재하고 케이스의 상부에 가스를 외부로 배출하기 위한 가스덕트 부재를 포함하고 있는 전지모듈을 개시하고 있다. 그러나, 가스덕트와 같은 가스배출로를 형성하기 위한 공간이 요구되며, 그로 인해 시스템 전체의 크기는 커지게 된다. 이러한 크기 증가는 중대형 전지모듈이 장착되는 장치 내지 디바이스의 공간상의 한계 측면에서 바람직하지 않다.

한편, 전지모듈은 다수의 전지셀들이 조합된 구조체이므로 일부 전지셀들이 과전압, 과전류, 과발열 되는 경우에는 전지모듈의 안전성과 작동효율이 크게 문제되므로, 이들을 검출하기 위한 수단이 필요하다. 따라서, 전압센서, 온도센서 등을 전지셀들에 연결하여 실시간 또는 일정한 간격으로 작동 상태를 확인하여 제어하고 있는 바, 이러한 검출수단의 장착 내지 연결은 전지모듈의 조립과정을 매우 번잡하게 하고 이를 위한 다수의 배선으로 인해 단락의 위험성도 존재한다. 또한, 이러한 검출수단을 연결하기 위한 별도의 콘넥터가 필요하므로, 그에 따른 전지팩의 공간이 증가하는 문제점이 있다.

따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 보다 콤팩트하고 구조적 안정성이 우수하고, 검출수단의 장착 공간을 최소화하며 가스배출구의 형성이 용이한 구조의 중대형 전지모듈에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 전지셀의 낮은 기계적 강성을 효과적으로 보강하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 전지셀의 작동 상태를 확인할 수 있는 검출수단의 장착 공간을 최소화함으로써 전반적인 제조비용을 줄일 수 있는 구조의 중대형 전지모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 가스배출 통로를 형성하지 않고도 간단한 구조의 가스배출구로 이루어진 구조의 중대형 전지모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 기타 목적은 상기 중대형 전지모듈을 단위체로 사용하여 소망하는 출력과 용량으로 제조되는 중대형 전지시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중대형 전지모듈은, 측면방향으로 직립되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 감싸면서 상호 결합되는 구조로서, 상단면과 하단면에 냉매 유동을 위한 관통구가 형성되어 있고, 상기 관통구로부터 이격된 위치에 가스 배출구가 형성되어 있으며, 외부 입출력 단자가 구비되어 있는 한 쌍의 상부 및 하부 케이스; 및 상기 상부 및 하부 케이스의 소정의 공간 상에 삽입되어 장착되는 센싱 부재를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 중대형 전지모듈은 전지셀 적층체를 상하부 케이스에 의해 결합시켜 고정하고 센싱 부재를 케이스 상에 장착하므로, 전체적으로 조립 과정이 간소하며, 콤팩트하고 안정적인 구조를 가진다.

일반적으로, 다수의 전지셀들로 구성되는 전지모듈에서는 안전성 및 작동 효율성을 고려하여, 전압과 온도를 측정하여 이를 제어하는 것이 필요하다. 특히, 전압은 적어도 전지셀 별로 또는 전지셀의 전기적 연결부위 별로 측정하는 것이 필요하다. 그러한 측면에서, 전압, 온도 등을 측정하기 위한 검출부재들의 장착은 전지모듈의 구성을 더욱 복잡하게 하는 주요인들 중의 하나이다. 본 발명의 전지모듈에서는 전압 및/또는 온도 측정을 위한 검출부재(센싱 부재)가 하나의 케이스, 즉, 상부 케이스 또는 하부 케이스 상에 삽입 장착됨으로써 상기와 같은 문제점을 해결하고 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 중대형 전지모듈은, 직렬로 연결된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 측면방향으로 직립되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 상단면과 전면 및 후면 일부를 감싸는 구조로서, 전면과 후면에 가스 배 출구가 형성되어 있고, 상단면에 냉매 유동을 위한 관통구가 형성되어 있는 구조의 상부 케이스; 상기 전지셀 적층체의 하단면과 전면 및 후면 일부를 감싸면서 상기 상부 케이스와 결합되는 구조로서, 전면에 외부 입출력 단자가 구비되어 있고, 하단면에 냉매 유동을 위한 관통구가 형성되어 있는 구조의 하부 케이스; 하부 케이스의 전면과 후면 부위의 공간 상에 각각 삽입되어 장착되는 센싱부들과 상기 센싱부들을 연결하는 도전부로 구성된 센싱 부재를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.

상기 전지셀 적층체는 앞서 설명한 바와 같이 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 측면방향으로 세워져 있는 형태로 케이스에 장착된다. 본 명세서에서 정의하는 방향은, 전지셀 또는 단위모듈에서 전극단자가 돌출되어 있는 부위를 '전면' 또는 '후면' 방향으로 정의하고, 그것의 양측 외주면을 '측면' 방향으로 정의한다. 따라서, 전지셀 적층체는 전지셀 또는 단위모듈의 전극단자가 전지모듈의 전면과 후면방향을 향하면서 일측 외주면이 지면을 향하도록 세워져 있는 구조를 이룬다.

상기 전지셀 적층체는 바람직하게는 전극단자들이 전지케이스의 전후 대향 부위에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 다수 개로 이루어져 있다. 상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

상기 판상형 전지셀은 전지모듈의 구성을 위해 적층되었을 때 전체 크기를 최소화할 수 있도록, 바람직하게는, 얇은 두께와 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가 진 이차전지일 수 있다. 하나의 바람직한 예로는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 상하 양 단부에 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 '파우치형 전지셀'로 칭하기도 한다.

상기 파우치형 전지셀에서 케이스는 다양한 구조로 이루어질 수 있는 바, 예를 들어, 2 단위의 부재로서 상부 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체를 수납한 후 상하부 접촉부위를 밀봉하는 구조일 수 있다.

상기 전극조립체는 충방전이 가능할 수 있도록 양극과 음극으로 구성되어 있으며, 예를 들어, 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조로서 젤리-롤 방식, 스택형 방식 또는 스택/폴딩형 방식으로 이루어져 있다. 상기 전극조립체의 양극과 음극은 그것의 전극 탭이 직접 전지의 외부로 돌출된 형태이거나, 또는 상기 전극 탭이 별도의 리드에 접속되어 전지의 외부로 돌출된 형태일 수 있다.

이러한 전지셀들은 하나 또는 둘 이상의 단위로 합성수지 또는 금속 소재의 고강도 셀 커버에 감싸인 구조로 하나의 단위모듈을 구성하는 바, 상기 고강도 셀 커버는 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하여 준다. 따라서, 궁극적으로 더욱 안전성이 우수한 중대형 전지모듈의 제조가 가능해 진다.

단위모듈 내부 또는 단위모듈 상호간의 전지셀들은 직렬 및/또는 병렬 방식으로 연결되어 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 바람직한 예에서, 전지셀들을 그것 의 전극단자들이 연속적으로 상호 인접하도록 길이방향으로 직렬 배열한 상태에서 상기 전극단자들을 결합시킨 뒤, 둘 또는 그 이상의 단위로 전지셀들을 중첩되게 접고 소정의 단위로 셀 커버에 의해 감쌈으로써 다수의 단위모듈들을 제조할 수 있다.

상기 전극단자들의 결합은 용접, 솔더링, 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.

전극단자들이 상호 연결되어 있고 높은 밀집도로 충적된 다수의 전지셀 적층체는 조립식 체결구조로 결합되는 상하 분리형의 케이스에 수직으로 장착된다.

본 발명에 따른 중대형 전지모듈에서, 상하부 케이스들은 장착한 후 상호 조립한 상태에서, 바람직하게는, 전지셀 적층체의 용이한 방열을 위해 전지셀 적층체의 외주면만을 감싸고 그것의 외면이 케이스의 외부로 노출되는 구조로 이루어져 있다. 따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 상부 케이스는 전지셀 적층체 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로 이루어져 있고, 하부 케이스는 전지셀 적층체의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조가 바람직하다.

하나의 바람직한 예에서, 상부 케이스 및 하부 케이스의 내면에는 전지셀 또는 단위모듈의 외주면이 삽입되기 위한 다수의 장착홈들이 형성되어 있어서, 단위모듈과 케이스의 결합력을 향상시키므로 외력이 전지모듈에 인가시 단위모듈이 정위치에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

전지셀 적층체가 다수의 단위모듈로 구성되어 있는 경우, 상기 케이스에 대한 전지셀 조립체의 안정적인 장착을 돕고 단위모듈들 상호간의 충적 상태를 더욱 밀착시켜 전체적인 크기를 줄일 수 있도록, 단위모듈의 셀 커버의 전면부과 후면부에 인접한 외면에는 단위모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 소정 크기의 단차가 형성되어 있고, 상기 셀 커버의 좌우 양단에 인접한 외면에는 단위모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 소정 크기의 단차가 형성되어 있으며, 상기 상하부 케이스의 내면 장착홈은 상기 단차에 대응하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.

따라서, 단위모듈의 외주면 부근에 형성된 단차가 상하부 케이스의 내면 장착홈에 삽입되어 고정됨으로써, 단위모듈의 외주면만이 케이스에 고정됨에도 불구하고, 매우 안정적인 결합 구조를 형성할 수 있다.

상기 가스 배출구는 바람직하게는 상부 케이스의 전면 상단과 상단면 전방에 인접하여 형성되어 있고, 후면 상단에 형성되어 있어서, 전지셀의 이상 발생시 발생하는 내부가스를 소망하는 부위인 전지모듈의 상부로 일정하게 배출할 수 있다. 이와 같이, 전지모듈의 상부로 배출된 내부가스는, 가스 배출구 상에 장착된 소정의 부재 또는 가스 배출구에 연통된 소정의 부위를 통해, 냉매 유로와 구별되어 배출될 수 있으므로, 인체에 유해한 내부가스의 선별적인 배출이 가능하게 된다.

또한, 상기 외부 입출력 단자는 하부 케이스의 하단부로부터 전방으로 돌출된 전면 연장부 상에 형성되어 있고, 구체적으로는 상기 전면 연장부 상에서 상부쪽으로 돌출되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 외부 입출력 단자는 케이블 등과 같은 연결부재에 의해 차량 등과 같은 외부 디바이스에 연결되어 동력원 또는 내부 전기장치의 전원으로 사용될 수 있다.

앞서의 설명과 같이, 센싱 부재는 바람직하게는, 하부 케이스의 전면부와 후 면부 상의 공간에 각각 삽입되어 장착되는 센싱부들과, 상기 센싱부들을 연결하는 도전부로 구성되어 있으며, 상기 센싱 부재는 그것의 용도에 따라 전압 검출부재이거나 및/또는 온도 검출부재일 수 있다. 그러한 센싱 부재에 대한 바람직한 예는 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-0047891호에 기재되어 있으며, 상기 출원은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다.

바람직하게는, 하부 케이스 전면부와 후면부의 내면에, 상기 전지셀 전극단자들의 직렬 연결 절곡부가 삽입되어 장착되는 고정용 홈이 형성되어 있어서, 전지셀 적층체의 전면 및 후면방향으로의 유동을 방지하고 상호 인접한 전극단자 연결부와의 안정적인 절연상태를 유지할 수 있다.

하부 케이스의 전면부에는 바람직하게는 전지셀 적층체의 최외각 전극 단자들이 삽입될 수 있는 한 쌍의 슬릿이 형성되어 있고, 전지셀 적층체를 하부 케이스에 장착할 때 상기 슬릿을 통해 최외각 전극단자가 노출되도록 한 후, 이를 절곡하여 전면부 상에 밀착시킬 수 있다. 이러한 최외각 전극단자는 전면부의 버스 바와 더욱 용이하게 접속될 수 있다.

이 경우, 상기 버스 바의 상단은, 상하부 케이스들이 상호 결합될 때, 상부 케이스 전면부의 외부 입출력 단자가 도입될 수 있는 만입 홈의 형태로 이루어질 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 외부 입출력 단자의 적어도 하나에는 전면 커버의 상단부를 고정하면서 전기적 연결을 위한 전력 케이블의 장착을 돕는 도전성 부재가 추가로 장착될 수 있다. 상기 도전성 부재는 외부 입출력 단자에 결합된 상태에서 전력 케이블을 탄력으로 감쌀 수 있는 절곡부를 포함하는 구조일 수 있다. 또한, 전면 커버에는 전력 케이블을 고정하기 위한 홈이 추가로 형성되어 있을 수 있다. 이러한 홈에는 전력 케이블의 일부에 결합되는 절연성 체결구를 삽입하여 고정할 수 있다.

본 발명에 따른 중대형 전지모듈은 전체적으로 콤팩트한 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 구조적으로 안정한 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다. 또한, 소정의 단위들, 예를 들어, 4개, 6개, 8개, 10개, 12개 등의 전지셀들로 전지모듈을 구성함으로써, 전지모듈을 필요로 하는 수량만큼 한정된 공간내에 효과적으로 장착할 수 있다.

따라서, 본 발명은 또한 상기 전지모듈을 다수 개 연결하여 구성되는 고출력 대용량의 중대형 전지팩을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 단위모듈의 구성을 위해 도 1의 전지셀 2 개가 장착될 단위모듈이 사시도로서 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 셀 커버(200)는 도 1에서와 같은 파우치형 전지셀(도시하지 않음) 2 개를 내장하며 그것의 기계적 강성을 보완할 뿐만 아니라 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 하는 역할을 한다. 상기 2 개의 전지들은 그것의 일측 전극단자들이 직렬로 연결된 후 절곡되어 상호 밀착된 구조로 셀 커버(200) 내부에 장착된다. 그에 대한 자세한 내용은 앞서 설명한 한국 특허출원 제2006-0045444호의 내용을 참조할 수 있다.

셀 커버(200)는 상호 결합 방식의 한 쌍의 부재들(210, 220)로 구성되어 있으며, 고강도 금속 판재로 이루어져 있다. 셀 커버(200)의 좌우 양단에 인접한 외면에는 모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 단차(230)가 형성되어 있으며, 상단과 하단에도 역시 동일한 역할을 하는 단차(240)가 형성되어 있다. 또한, 셀 커버(200)의 상단과 하단에는 폭방향으로 고정부(250)가 형성되어 있어서, 모듈 케이스(도시하지 않음)에 대한 장착을 용이하게 한다.

셀 커버(200)의 외면에는 길이 방향으로 서로 이격되어 있는 다수의 선형 돌출부(260)가 형성되어 있으며, 가운데 형성되어 있는 돌출부(261)에는 써미스터(도시하지 않음)의 장착을 위한 만입부(262)가 형성되어 있다. 또한, 선형 돌출부들(260) 중에서 상단과 하단의 돌출부에는 상호 반대되는 형상의 돌기(263, 264)가 각각 형성되어 있다.

도 3에는 다수의 단위모듈들이 연결된 단위모듈 적층체의 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 단위모듈 적층체가 전지모듈 케이스에 장착된 구조가 도시되어 있다.

우선 도 3을 참조하면, 단위모듈 적층체(300)는 4 개의 단위모듈들(200, 201, 202, 203)로 이루어지고, 각 단위모듈(200) 당 2 개의 전지셀들(도시하지 않음)이 내장되어 있으므로, 전체적으로 총 8 개의 전지셀들이 포함되어 있다. 전지셀 상호간 및 단위모듈 상호간의 전극단자 결합은 직렬 방식이며, 이러한 전극단자 연결부(310)는 모듈 어셈블리의 구성을 위해 단면상으로 'ㄷ' 자 형태로 절곡되어 있고, 그 중 최외각에 있는 단위모듈들(200, 203)의 외측 전극단자(320, 321)는 다른 전극단자 연결부(310)보다 조금 돌출된 상태에서 안쪽을 향해 단면상으로 'ㄱ' 자 형태로 절곡되어 있다.

도 4를 참조하면, 전지모듈(400)은 상부 케이스(410) 및 하부 케이스(420)로 구성된 모듈 케이스에 단위모듈 적층체(도 3: 300)를 장착한 구조로 이루어져 있다. 상부 케이스(400)는 도 3에서와 같은 단위모듈 적층체(300)의 일측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸는 구조로 이루어져 있으며, 그것의 상면에는 다수의 냉매 유입구(412)가 형성되어 있다. 하부 케이스(420)는 전지모듈 적층체(300)의 타측면 단부와 상단 및 하단 일부를 감싸면서 상부 케이스(410)에 결합되는 구조로 이루어져 있고, 전면에 단위모듈 적층체(300)의 전극단자와 연결된 외부 입출력 단자(423)가 위치하고 있다.

구체적으로, 상하부 케이스들(410, 420)은 상호 조립된 상태에서 내장되어 있는 단위모듈 적층체(300)의 용이한 방열을 위해 적층체(300)의 외주면 만을 감싸 고 그것의 외면이 상당 부분 외부로 노출되는 구조로 이루어져 있다.

또한, 전지셀의 오작동 등으로 전지셀의 벤트 부위를 통해 가스가 배출될 때, 모듈 케이스의 전면 상단부, 상단면 전방부, 및 후면 상단부에 형성된 가스 배출구(424, 428)를 통해 전지모듈(400) 외부로 가스가 배출되는 구조로 이루어져 있다.

외부 입출력 단자(423)는 하부 케이스(420)의 하단부에서 전방으로 돌출된 전면 연장부(422) 상에서 상부 방향으로 돌출된 구조로 이루어져 있고, 센싱 부재(도시하지 않음)는 하부 케이스(420)의 전면과 후면 부위의 공간상에 각각 삽입되어 있다.

도 5에는 전지모듈에서 하부 케이스에 단위모듈들이 장착된 상태에서의 전면부를 나타내는 부분 평면도가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 하부 케이스(420) 전면부의 내면에는, 단위모듈들(300) 상호간의 전극단자 연결부(310)와, 단위모듈(300)에 내장되어 있는 전지셀들 상호간의 전극단자 연결부(도시하지 않음)가 삽입되어 장착되는 다수의 고정용 홈들(425)이 형성되어 있다. 이러한 고정용 홈들(425)은 대략 전극단자 연결부(310)에 대응하는 형태로 형성되어 있어서, 전지셀 적층체(300)의 전면 및 후면방향으로의 움직임을 방지하고 상호 인접한 전극단자 연결부(310)와의 안정적인 절연상태를 유지시켜 준다. 구체적으로, 고정용 홈(425)에는, 단위모듈들(300)의 더욱 안정적인 고정과 절연상태를 제공할 수 있도록, 셀 커버 유동 방지용 턱(426), 셀 커버 고정용 가이드(427), 전극단자 격리용 벽(428) 등이 형성되어 있다.

단위모듈(300)의 측면 단부 부위와 인접한 단위모듈(300)의 측면 단부 부위 사이에는 밀폐부재(440)가 위치하여, 냉매가 흐르는 단위모듈(300)의 측면 사이의 이격된 공간(442)으로부터 단위모듈(300)의 단부 부위를 격리시킨다. 따라서, 단위모듈(300)의 단부 방향에서 가스가 배출되더라도 냉매 유로로 흐르는 냉매와 배출된 가스가 서로 혼합되는 것을 방지하는 구조로 이루어져 있다. 단위모듈(300)의 단차와 하부 케이스(420)가 결합된 부위의 소정의 이격된 공간은 가스 배출구(도시하지 않음)와 연통되며, 단위모듈(300)의 단부에 형성된 벤트 부위에서 배출된 가스는 가스 배출구를 통해 외부로 배출된다.

또한, 하부 케이스(420)의 전면부 하단에는 외부 장치(도시하지 않음)에 고정할 수 있도록, 중앙에 관통구(432)가 형성되어 있고 하부 케이스(420)로부터 돌출된 형태의 체결부(430)가 형성되어 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 전지모듈의 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중대형 전지모듈은 전지셀의 낮은 기계적 강성을 효과적으로 보강하면서 중량 및 크기의 증가를 최소화할 수 있고, 전지셀의 작동 상태를 확인할 수 있는 검출수단의 장착 공간을 최소화하며, 간단한 구조의 가스배출구로 이루어져 있어서, 전반적인 제조비용을 줄일 수 있을 뿐 만 아니라, 전지모듈을 단위체로 사용하여 소망하는 출력과 용량의 중대형 전지시스템을 용이하게 제조할 수 있다.

Claims

측면방향으로 직립되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 감싸면서 상호 결합되는 구조로서, 상단면과 하단면에 냉매 유동을 위한 관통구가 형성되어 있고, 상기 관통구로부터 이격된 위치에 가스 배출구가 형성되어 있으며, 외부 입출력 단자가 구비되어 있는 한 쌍의 상부 및 하부 케이스; 및 상기 상부 및 하부 케이스의 소정의 공간 상에 삽입되어 장착되는 센싱 부재를 포함하는 것으로 구성된 전지모듈.
제 1 항에 있어서, 직렬로 연결된 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 측면방향으로 직립되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체의 상단면과 전면 및 후면 일부를 감싸는 구조로서, 전면과 후면에 가스 배출구가 형성되어 있고, 상단면에 냉매 유동을 위한 관통구가 형성되어 있는 구조의 상부 케이스; 상기 전지셀 적층체의 하단면과 전면 및 후면 일부를 감싸면서 상기 상부 케이스와 결합되는 구조로서, 전면에 외부 입출력 단자가 구비되어 있고, 하단면에 냉매 유동을 위한 관통구가 형성되어 있는 구조의 하부 케이스; 하부 케이스의 전면과 후면 부위의 공간 상에 각각 삽입되어 장착되는 센싱부들과 상기 센싱부들을 연결하는 도전부로 구성된 센싱 부재를 포함하는 것으로 구성된 전지모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 적층체는 전극단자들이 전지케이스의 전후 대향 부위에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀들을 포함하고 있는 단위모듈 다수 개로 이루어져 있고; 상기 단위모듈은 전극단자들이 직렬로 상호 연결되어 있고 상기 전극단자들의 연결부가 절곡되어 적층 구조를 이루고 있는 둘 또는 그 이상의 전지셀들, 및 상기 전극단자 부위를 제외하고 상기 전지셀들의 외면을 감싸도록 상호 결합되는 한 쌍의 고강도 셀 커버를 포함하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 상부 케이스 및 하부 케이스의 내면에는 전지셀 또는 단위모듈의 외주면이 삽입되기 위한 다수의 장착홈들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 3 항에 있어서, 상기 셀 커버의 전면부과 후면부에 인접한 외면에는 단위모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 소정 크기의 단차가 형성되어 있고, 상기 셀 커버의 좌우 양단에 인접한 외면에는 단위모듈의 고정을 용이하게 하기 위한 소정 크기의 단차가 형성되어 있으며, 상기 단위모듈을 감싸는 상하부 케이스의 내면에는 단위모듈의 외주면이 삽입되기 위한 장착홈들이 상기 단차에 대응하는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 2 항에 있어서, 상기 가스 배출구는 상부 케이스의 전면 상단과 상단면 전방에 인접하여 형성되어 있고, 후면 상단에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 외부 입출력 단자는 하부 케이스의 하단부로부터 전방으로 돌출된 전면 연장부 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 7 항에 있어서, 상기 외부 입출력 단자는 상기 전면 연장부 상에서 상부쪽으로 돌출되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 3 항에 있어서, 하부 케이스 전면부와 후면부의 내면에는, 상기 전극단자 연결부가 삽입되어 장착되는 고정용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 1 항에 있어서, 하부 케이스 전면부에는 상기 전지셀 적층체의 최외각 전극 단자들이 삽입될 수 있는 한 쌍의 슬릿이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 10 항에 있어서, 상기 최외각 전극단자는 상기 슬릿에 삽입된 후 절곡되어 전면부의 버스 바에 접속되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 11 항에 있어서, 상기 버스 바의 상단은, 상하부 케이스들이 상호 결합될 때, 상부 케이스 전면부의 외부 입출력 단자가 도입될 수 있는 만입 홈의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 2 항에 있어서, 상기 외부 입출력 단자의 적어도 하나에는 전면 커버의 상단부를 고정하면서 전기적 연결을 위한 전력 케이블의 장착을 돕는 도전성 부재가 추가로 장착되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
제 1 항에 따른 전지모듈을 단위체로 사용하여 제조되는 전지팩.
제 14 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.