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WO2020116879A1 - 셀 적층체의 보호 구조를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

셀 적층체의 보호 구조를 갖는 배터리 모듈 Download PDF

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WO2020116879A1
WO2020116879A1 PCT/KR2019/016859 KR2019016859W WO2020116879A1 WO 2020116879 A1 WO2020116879 A1 WO 2020116879A1 KR 2019016859 W KR2019016859 W KR 2019016859W WO 2020116879 A1 WO2020116879 A1 WO 2020116879A1
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WO
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frame
battery module
cell
battery
cell structure
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2019/016859
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English (en)
French (fr)
Inventor
김혜진
최현철
최영호
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US16/760,657 priority patent/US11811080B2/en
Priority to JP2020536125A priority patent/JP7048854B2/ja
Priority to EP19877536.3A priority patent/EP3694017A4/en
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a battery module, and more particularly, to a battery module having a protective structure against a cell stack.
  • a battery module is constructed by stacking a plurality of cells stacked by a protective structure (eg, a metal frame) having a certain strength.
  • a protective structure eg, a metal frame
  • the cell stack In the manufacture of the battery module, when the protective structure is combined with the cell stack, the cell stack should not be damaged so that the battery module can be produced satisfactorily.
  • the manufacturing of the battery module requires that the protective structure be coupled to securely protect the cell stack, as well as the close coupling relationship between the protective structure and the cell stack. .
  • An object of the present invention is to provide a battery module capable of closely bonding the cell stack and the protective structure while preventing damage to the cell stack.
  • a battery module includes a cell structure in which a plurality of secondary battery cells are stacked, at least one opening, a frame configured to receive the cell structure in an interior space through the opening, and the opening And a side plate including a protective cover disposed between the cell structure and the frame to cover the cell structure, wherein the protective cover includes a convex edge toward the interior of the cell structure.
  • the frame may be formed of a box-shaped mono frame in which the first opening and the second opening are disposed to face each other.
  • the side plate may cover the first opening and the second opening, respectively.
  • the protective cover includes a first portion including a central portion, and a second portion extending from an end portion to a boundary of the first portion, and in the edge portion, a portion corresponding to the first portion is in the longitudinal direction of the frame.
  • the part parallel to the direction perpendicular to the part corresponding to the second part may have an inclined shape.
  • An angle between an imaginary straight line lying on the first portion and a straight line lying along the edge of the second portion may be an acute angle along the length direction of the frame.
  • the edge of the plane may have a V-shape or an arc shape.
  • the frame may include at least one adhesive injection hole for fixing the cell structure and the frame, and the injection hole may be arranged in plural along a length direction of the frame and a direction perpendicular to the length direction. .
  • a pad may be disposed between the protective cover and the cell structure.
  • the frame may include at least one adhesive injection hole for fixing the cell structure and the frame, the length (X) of the first portion along the length direction of the frame and the length of a part of the battery cell ( A) can satisfy the following conditions.
  • X denotes a straight line distance from one end of the electrode assembly of the battery cell to the end of the protective cover
  • A denotes a straight line distance of the stepped area of the battery cell along the longitudinal direction of the frame.
  • the frame includes at least one adhesive injection hole for fixing the cell structure and the frame, and the length (X) of the first portion along the length direction of the frame and the partial length (B) of the frame.
  • X is a straight line distance from one end of the electrode assembly of the battery cell to the end of the protective cover
  • B is a straight line distance from one end of the electrode assembly of the battery cell to the inner circumferential surface of the frame where the injection hole is located
  • A is the It represents the straight line distance of the stepped region of the battery cell along the length direction of the frame.
  • the first opening is covered by the side plate
  • the second opening is covered by another side plate
  • the other side plate is disposed between the cell structure and the frame to protect the other cell cover.
  • the other protective cover may have a shape different from the shape of the protective cover.
  • the battery cell may be formed in a pouch shape, and the side plate may be a bus bar plate.
  • the battery pack according to another aspect of the invention may include the above-described battery module.
  • the battery module when assembling the battery module by inserting the cell structure in the frame, it is possible to prevent the frame from damaging the battery cell of the cell structure by the protective cover provided on the side plate. Accordingly, a battery module having excellent insulation performance can be manufactured.
  • FIG. 1 is a combined perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a state in which a cell structure and a frame are separated in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a side plate in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of a battery module according to an embodiment of the present invention, in which a cell structure and a side plate are combined.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view taken along line VI-VI of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a plan view of a state in which a cell structure and a side plate are combined in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state in which a cell structure and a frame are separated in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 100 is made of a structure in which a cell structure 20 composed of a plurality of secondary battery cells 22 is stacked is inserted into an inner space of the box-shaped frame 30. .
  • the cell structure 20 may be configured by stacking a plurality of pouch-shaped battery cells 22, and a bottom plate 24 for supporting the battery cells 22 is disposed at the bottom of the structure, and side surfaces are provided at both ends. Plates 40 and 40' may be arranged, and the side plates 40 and 40' may be bus bar plates on which bus bars for electrical connection of the plurality of battery cells 22 are disposed.
  • the frame 30 enclosing and protecting the cell structure 20 may be provided as a box-shaped mono frame that forms an interior space with at least one opening.
  • the frame 30 is provided as a cuboid-shaped mono frame in which both openings 32 and 32' are opposed.
  • the frame 30 may be made of a metal material in order to have a certain rigidity, but is not limited thereto.
  • At least one surface of the frame 30 may be provided with an injection hole 34 into which an adhesive (eg, adhesive resin) for fixing the cell structure 20 and the frame 30 can be injected.
  • an adhesive eg, adhesive resin
  • a plurality of injection holes 34 may be provided along the length (y) of the frame 30 and a direction (x) perpendicular to the length direction.
  • the injection hole 34 may be formed in a circular shape, and its shape or arrangement state is not necessarily limited to the state as illustrated.
  • the battery cell 22 is made of a form in which the pouch 222 in which the electrode assembly 220 is accommodated is sealed. As illustrated by the enlarged circle in FIG. 3, the battery cell 22 may include a stepped region 224 made for reasons of manufacturing process conditions or the structure of the battery cell in the manufacturing process. The stepped region 224 may have a protruding shape compared to other regions of the pouch 222.
  • the cell structure 20 is formed with a kind of dung due to the respective stepped region 224 of the plurality of battery cells 22.
  • the frame 30 is inserted into the cell structure 20 , There is room for interference with the frame 30.
  • the corresponding pouch 222 is damaged, and such damage may degrade the insulating properties of the battery cell 22.
  • a protective cover is provided on at least one of the side plates 40 and 40'.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a side plate in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a plan view of a battery module according to an embodiment of the present invention, in which a cell structure and a side plate are combined.
  • 6 is a partial cross-sectional view taken along line VI-VI of FIG. 1.
  • the side plate 40 covering the first opening 32 among the openings of the frame 30 shown in FIG. 2 is installed with a bus bar while covering the first opening 32 of FIG. 2 as shown in FIG. 4. It comprises a body 42 and a protective cover 44 extending along the longitudinal direction y of the frame 30 of FIG. 2 at one end of the body 42.
  • the body 42 of the side plate 40 covers one end of the cell structure 20 corresponding to the first opening 32
  • the protective cover 44 includes a plurality of battery cells
  • the stepped region 224 of (22) covers the blunt chin.
  • the protective cover 44 is disposed between the cell structure 20 and the frame 30 based on the combined state of the cell structure 20 and the frame 30.
  • a pad 50 may be disposed between the protective cover 44 and the cell structure 20.
  • the pad 50 may be formed in a foam form that can alleviate the impact or may be formed of a material such as polyurethane, and may serve to protect the cell structure 20 from external impact.
  • the edge may be formed in a convex shape toward the inside of the cell structure 20.
  • the protective cover 44 includes a first portion 440 including a central portion, and a second portion 442 extending from both ends of the protective cover 44 to the boundary of the first portion 440.
  • the edge of the protective cover 44 corresponding to the first portion 440 is formed in a straight shape extending parallel to the direction (x) perpendicular to the longitudinal direction (y) of the frame 30.
  • the edge of the protective cover 44 corresponding to the second portion 442 may be formed in an inclined shape.
  • the edge of the protective cover 44 is an imaginary straight line lying on the first portion 440 along the longitudinal direction y of the frame 30 and a straight line lying along the edge of the second portion 442.
  • the angle ⁇ between them forms an acute angle, it has an approximately V-shape with respect to a plane.
  • the side plate 40 may be manufactured through injection molding so that the body 42 and the protective cover 44 form one body, and a material capable of securing a certain insulating function (eg, Comparative Tracking Index; CTI grade 3 or higher) Plastic).
  • a material capable of securing a certain insulating function eg, Comparative Tracking Index; CTI grade 3 or higher
  • another side plate 40' covering the second opening 32' which is another opening of the frame 40, has the same basic configuration as the side plate 40 described above, but the protective cover 44 The shape of') may be different from that of the protective cover 44 described above. That is, this other protective cover 44 ′ is flat in the shape of a straight edge toward the inside of the cell structure 20 (see FIG. 5 ).
  • the second opening 32 ′ of the frame 40 can also be covered by a side plate including the protective cover 44 described above.
  • the cell structure 20 is inserted into the frame 30 in a state where the stepped region 224 of the battery cell 22 is covered with the protective cover 44. Therefore, when they are combined, the frame 30 can prevent the battery cell 22 of the cell structure 20 from being damaged by the protective cover 44.
  • the protective cover 44 has a shorter length of both peripheral portions (second portion) than the length of the central portion (first portion) along the longitudinal direction y of the frame 30, so that the protective cover 44 is a frame (30) Even when inserted inside, the probability that the protective cover 44 will interfere with the inner wall of the frame 30 can be reduced. Due to this, it is possible to reduce the probability of damaging the battery cell by preventing the shock to be transmitted to the battery cell 22 in the process of assembling the cell structure 20 and the frame 30, and also easy to assemble.
  • the cell assembly 20 and the frame 30 may be fixed to each other through an adhesive resin 60 provided through the injection hole 34 of the frame 30 in a mutually coupled state.
  • 6 shows a state in which the cell assembly 20 and the frame 30 are fixed by the adhesive resin 60.
  • the length (X) of the first portion 440 of the protective cover 44 along the longitudinal direction (y) of the frame 30 through the embodiment and the partial length A of the battery cell 22 are battery cells.
  • X is a straight line distance from one end of the electrode assembly 220 of the battery cell 22 to the end of the protective cover 44
  • A is a stepped area of the battery cell 22 along the longitudinal direction of the frame 20 (224) represents the straight line distance.
  • the length X of the first portion of the protective cover 44 along the length direction of the frame 20 and the length B of a portion of the frame 20 are adhesive provided through the injection hole 34. In order to prevent over-injection of the resin 60, the following conditions may be satisfied.
  • X is a straight line distance from one end of the electrode assembly 220 of the battery cell 22 to the end of the protective cover 44
  • B is an injection hole 34 from one end of the electrode assembly 220 of the battery cell 22
  • the straight line distance to the inner circumferential surface of the frame 20 where it is located, A represents the straight line distance of the stepped region of the battery cell along the longitudinal direction of the frame.
  • FIG. 7 is a plan view of a state in which a cell structure and a side plate are combined in a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 has the same basic configuration as the battery module of the above-described embodiment. However, in the embodiment of FIG. 7, it is different that the edge of the protective cover 46 is configured to have a circular arc shape based on a plane.
  • the battery module described above may be configured as a battery pack and applied to various devices.
  • the device may be applied to a transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid, but is not limited thereto, and may be applied to various devices capable of using a secondary battery.
  • battery module 20 cell structure
  • step area 34 injection hole

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Abstract

실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 이차 전지 셀이 적층되어 구성된 셀 구조체와, 적어도 하나의 개구를 포함하며, 상기 개구를 통해서 내부 공간에 상기 셀 구조체를 수용하도록 구성된 프레임과, 상기 개구를 커버하고, 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 보호 커버를 포함하는 측면 플레이트를 포함하고, 상기 보호 커버는 상기 셀 구조체의 내부를 향해 볼록진 가장자리를 포함한다.

Description

셀 적층체의 보호 구조를 갖는 배터리 모듈
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2018년 12월 5일자 한국 특허 출원 제10-2018-0155515호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 개시는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 셀 적층체에 대한 보호 구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 모듈은 복수의 셀이 적층되어 만들어진 적층체가 일정 강도를 갖는 보호 구조체(예: 금속 프레임)에 의해 감싸져 구성된다.
배터리 모듈의 제조 시, 보호 구조체는 셀 적층체와의 결합될 때, 셀 적층체에 손상을 입히지 말아야 배터리 모듈이 양호하게 생산될 수 있다.
전지 모듈의 제조에는 적용 기기(예: 전기 자동차)에서 차지하는 부피를 최적화하기 위해 보호 구조체와 셀 적층체 사이에 긴밀한 결합 관계는 물론, 보호 구조체가 셀 적층체를 안전하게 보호하도록 결합되어야 하는 것이 요구된다.
셀 적층체에 대한 손상을 방지하면서 셀 적층체와 보호 구조체의 결합을 긴밀하게 할 수 있는 배터리 모듈을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
발명의 한 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 이차 전지 셀이 적층되어 구성된 셀 구조체와, 적어도 하나의 개구를 포함하며, 상기 개구를 통해서 내부 공간에 상기 셀 구조체를 수용하도록 구성된 프레임과, 상기 개구를 커버하고, 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 보호 커버를 포함하는 측면 플레이트를 포함하고, 상기 보호 커버는 상기 셀 구조체의 내부를 향해 볼록진 가장자리를 포함한다.
상기 프레임은 제1 개구와 제2 개구가 대향 배치된 박스형의 모노 프레임으로 이루어질 수 있다.
상기 측면 플레이트는 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구를 각각 커버할 수 있다.
상기 보호 커버는, 중심부를 포함하는 제1 부위와, 단부에서 상기 제1 부위의 경계로 이어진 제2 부위를 포함하고, 상기 가장자리는, 상기 제1 부위에 대응하는 부위가 상기 프레임의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 따라 평행하고 상기 제2 부위에 대응하는 부위는 경사진 형상을 가질 수 있다.
상기 프레임의 길이 방향에 따라 상기 제1 부위에 놓이는 가상의 직선과 상기 제2 부위의 가장자리를 따라 놓이는 직선 사이의 각이 예각일 수 있다.
평면 기준으로 상기 가장자리는 대략 V 자 형상이나 원호 형상을 가질 수 있다.
상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함할 수 있으며, 상기 주입홀은 상기 프레임의 길이 방향 및 상기 길이 방향에 수직한 방향을 따라 복수로 배치될 수 있다.
상기 보호 커버와 상기 셀 구조체 사이에 패드가 배치될 수 있다.
상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함할 수 있으며, 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 제1 부위의 길이(X)와 상기 전지 셀의 일 부분 길이(A)가 다음 조건을 만족할 수 있다.
X > 2A
상기에서, X는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 보호 커버의 단부까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리를 나타낸다.
상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함하고, 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 제1 부위의 길이(X)와 상기 프레임의 일 부분 길이(B)가 다음 조건을 만족할 수 있다.
B > X > A
상기에서, X는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 보호 커버의 단부까지의 직선 거리, B는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 주입홀이 위치한 상기 프레임의 내주면까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리를 나타낸다.
상기 제1 개구는 상기 측면 플레이트에 의해 커버되고, 상기 제2 개구는 다른 측면 플레이트에 의해 커버되며, 상기 다른 측면 플레이트는 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 다른 보호 커버를 포함하고, 상기 다른 보호 커버는 상기 보호 커버의 형상과 다른 형상을 가질 수 있다.
상기 전지 셀은 파우치형으로 이루어질 수 있으며, 상기 측면 플레이트는 버스 바 플레이트일 수 있다.
발명의 다른 한 측면에 따른 배터리 팩은, 전술한 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 프레임에 셀 구조체를 삽입하여 전지 모듈을 조립 시, 측면 플레이트에 제공된 보호 커버에 의해 프레임이 셀 구조체의 전지 셀을 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 절연 성능이 우수한 배터리 모듈을 제조할 수 있다.
또한, 보호 커버의 형상에 의해 셀 구조체와 프레임의 결합을 용이하게 이루어 작업 생산성도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시한 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 프레임이 분리된 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지 셀을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 측면 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 측면 플레이트가 결합된 상태의 평면도이다.
도 6은 도 1의 절단선 VI-VI에 따른 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 측면 플레이트가 결합된 상태의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 프레임이 분리된 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은, 복수의 이차 전지 셀(22)이 적층되어 구성된 셀 구조체(20)가 박스 형상의 프레임(30)의 내부 공간에 삽입된 구조로 이루어진다.
셀 구조체(20)는 파우치형 전지 셀(22)이 복수로 적층되어 구성될 수 있으며 이 구조체의 바닥으로는 전지 셀(22)을 지지하기 위한 바닥판(24)이 배치되고, 양단으로는 측면 플레이트(40, 40')가 배치될 수 있는 바, 이 측면 플레이트(40,40')는 복수의 전지 셀(22)의 전기적 연결을 위한 버스 바가 배치되는 버스 바 플레이트일 수 있다.
셀 구조체(20)을 감싸 보호하는 프레임(30)은 적어도 하나의 개구를 가지고 내부 공간을 형성하는 박스형의 모노 프레임(mono frame)으로 구비될 수 있다. 실시예에서 프레임(30)은 양 개구(32,32')가 대향 배치된 직육면체 형상의 모노 프레임으로 구비된다. 이 프레임(30)은 일정 강성을 지니기 위해 금속 재질로 이루어질 수 있으나 반드시 이로 한정되는 것은 아니다.
프레임(30)의 적어도 일면에는 셀 구조체(20)와 프레임(30)의 고정 결합을 위한 접착제(예: 접착성 레진)가 주입될 수 있는 주입홀(34)이 마련될 수 있다. 실시예에서 주입홀(34)은 프레임(30)의 길이 방향(y) 및 이 길이 방향에 수직한 방향(x)을 따라 복수로 마련될 수 있다. 주입홀(34)은 원형으로 이루질 수 있으며, 그 형상이나 배치 상태는 도면과 같은 상태로 반드시 국한되는 것은 아니다.
도 3은 실시예에 따른 전지 셀(22)을 개략적으로 도시한 도면으로서, 전지 셀(22)은 전극 어셈블리(220)가 수용된 파우치(222)를 봉지한 형태로 이루어진다. 도 3에서 확대된 원으로 도시된 바와 같이, 전지 셀(22)은 그 제조 과정에서 제조 공정 조건이나 전지 셀의 구조 등의 이유로 만들어진 단차 영역(224)을 포함할 수 있다. 이 단차 영역(224)의 파우치(222)의 다른 영역에 비해 돌출된 형태를 지닐 수 있다.
이에 따라 셀 구조체(20)에는 복수의 전지 셀(22)이 갖는 저마다의 단차 영역(224)으로 인해 일종의 둔턱이 만들어지게 되는데, 이러한 둔턱은 프레임(30)이 셀 구조체(20)에 끼워질 때, 프레임(30)과의 간섭을 일으킬 여지가 있다. 이들 간에 간섭이 발생되면 해당 파우치(222) 부위가 손상되고 이러한 손상은 전지 셀(22)의 절연 특성을 떨어뜨릴 수 있다.
본 실시예에서는 이를 방지하고자, 측면 플레이트(40,40') 중 적어도 하나에 보호 커버를 마련하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 측면 플레이트를 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 측면 플레이트가 결합된 상태의 평면도이다. 도 6은 도 1의 절단선 VI-VI에 따른 부분 단면도이다.
도 2에 도시한 프레임(30)의 개구 중 제1 개구(32)를 커버하는 측면 플레이트(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 도 2의 제1 개구(32)를 커버하면서 버스 바가 설치되는 몸체(42)와 이 몸체(42)의 일단에서 도 2의 프레임(30)의 길이 방향(y)을 따라 연장되는 보호 커버(44)를 포함한다.
도 2 및 도 4를 참고하면, 측면 플레이트(40)의 몸체(42)는 제1 개구(32)에 대응하는 셀 구조체(20)의 일단부를 커버하고, 보호 커버(44)는 복수의 전지 셀(22)의 단차 영역(224)이 만드는 둔턱을 커버한다. 또한, 보호 커버(44)는 셀 구조체(20)와 프레임(30)이 결합된 상태를 기준으로, 셀 구조체(20)와 프레임(30) 사이에 배치된다. 도 6을 참고하면, 보호 커버(44)와 셀 구조체(20) 사이에는 패드(50)가 배치될 수 있다. 패드(50)는 충격을 완화할 수 있는 폼형으로 형성하거나 폴리 우레탄 등의 재질로 형성할 수 있으며, 외부의 충격으로부터 셀 구조체(20)를 보호하는 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서 셀 구조체(20)의 내부를 향하는 보호 커버(44)의 가장자리 즉, 셀 구조체(20)의 길이 방향(y)에 수직한 방향(x)을 따라 셀 구조체(20)를 가로지르는 가장자리는 셀 구조체(20)의 내부를 향해 볼록진 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 보호 커버(44)는 중심부를 포함하는 제1 부위(440)와, 보호커버(44)의 양 단부에서 제1 부위(440)의 경계로 이어진 제2 부위(442)를 포함한다.
여기서, 제1 부위(440)에 대응하는 보호 커버(44)의 가장자리는 프레임(30)의 길이 방향(y)에 대해 수직한 방향(x)을 따라 평행하게 연장된 직선 형태로 이루어진다. 또한, 제2 부위(442)에 대응하는 보호 커버(44)의 가장자리는 경사진 형태로 이루어질 수 있다.
도 5를 참고하면, 보호 커버(44)의 가장자리는 프레임(30)의 길이 방향(y)을 따라 제1 부위(440)에 놓이는 가상의 직선과 제2 부위(442)의 가장자리를 따라 놓이는 직선 사이의 각(α)이 예각을 이룸으로써, 평면 기준으로 대략 V자 형상을 가지게 된다.
측면 플레이트(40)는 몸체(42)와 보호 커버(44)가 한 몸을 이루도록 사출 성형을 통해 제조될 수 있으며, 일정 절연 기능을 확보할 수 있는 재질(예: Comparative Tracking Index; CTI 등급 3이상의 플라스틱)로 마련될 수 있다.
한편, 실시예에서 프레임(40)의 다른 개구인 제2 개구(32')를 커버하는 다른 측면 플레이트(40')는, 전술한 측면 플레이트(40)와 기본 구성을 같이 하되, 보호 커버(44')의 형상은 전술한 보호 커버(44)의 형상과 다르게 할 수 있다. 즉, 이 다른 보호 커버(44')는 셀 구조체(20)의 내부를 향한 가장자리를 일자형으로서 전체적으로 평탄하게 이룬다(도 5 참조).
이와 달리, 프레임(40)의 제2 개구(32')도 전술한 보호 커버(44)를 포함한 측면 플레이트에 의해 커버될 수 있다.
이와 같은 실시예의 배터리 모듈(100)은, 전술한 바와 같이, 전지 셀(22)의 단차 영역(224)을 보호 커버(44)로 커버한 상태에서 셀 구조체(20)가 프레임(30)의 삽입되므로, 이들의 결합 시, 프레임(30)이 셀 구조체(20)의 전지 셀(22)에 충격을 주어 이를 손상시키게 되는 것을 보호 커버(44)로 인해 미연에 방지할 수 있다.
더욱이, 보호 커버(44)는 프레임의(30)의 길이 방향(y)에 따른 중심부(제1 부위)의 길이에 비해 양 주변부(제2 부위)의 길이가 짧아, 보호 커버(44)가 프레임(30) 내부로 삽입될 때에도 보호 커버(44)가 프레임(30)의 내벽에 간섭될 확률을 낮출 수 있다. 이로 인해 셀 구조체(20)와 프레임(30)의 조립 과정에서 전지 셀(22)에 전달될 충격을 막아 전지 셀에 손상을 입힐 확률을 낮출 수 있고 조립성 또한 용이하게 이룰 수 있다.
한편, 셀 조립체(20)와 프레임(30)은 상호 결합된 상태에서, 프레임(30)의 주입홀(34)을 통해 제공되는 접착성 레진(60)을 통해 서로 고정될 수 있다. 도 6은 접착성 레진(60)에 의해 셀 조립체(20)와 프레임(30)이 고정된 상태를 도시한다.
실시예를 통해 프레임(30)의 길이 방향(y)에 따른 보호 커버(44)의 제1 부위(440)의 길이(X)와 전지 셀(22)의 일 부분 길이(A)는, 전지 셀(22)의 단차 영역(224)이 손상되어 이로부터 전류가 누설되는 것을 방지하기 위해 다음 조건을 만족할 수 있다.
X > 2A
상기에서, X는 전지 셀(22)의 전극 어셈블리(220) 일단으로부터 보호 커버(44)의 단부까지의 직선 거리를, A는 프레임(20)의 길이 방향에 따른 전지 셀(22)의 단차 영역(224)의 직선 거리를 나타낸다.
또한, 프레임(20)의 길이 방향에 따른 보호 커버(44)의 제1 부위의 길이(X)와 프레임(20)의 일 부분 길이(B)는, 주입홀(34)를 통해 제공되는 접착성 레진(60)의 과주입을 방지하기 위해, 다음 조건을 만족할 수 있다.
B > X > A
상기에서, X는 전지 셀(22)의 전극 어셈블리(220) 일단으로부터 보호 커버(44)의 단부까지의 직선 거리, B는 전지 셀(22)의 전극 어셈블리(220) 일단으로부터 주입홀(34)이 위치한 프레임(20)의 내주면까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈에 있어, 셀 구조체와 측면 플레이트가 결합된 상태의 평면도이다.
도 7의 실시예는 전술한 실시예의 배터리 모듈과 기본적인 구성을 같이 한다. 다만, 도 7의 실시예에서는 보호 커버(46)의 가장자리가 평면 기준으로 원호 형상을 가지고 구성되는 것이 상이하다.
앞에서 설명한 배터리 모듈은 배터리 팩으로 구성되어 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 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: 배터리 모듈 20: 셀 구조체
22: 전지 셀 30: 프레임
40: 측면 플레이트 44: 보호 커버
224: 단차 영역 34: 주입홀

Claims (15)

  1. 복수의 이차 전지 셀이 적층되어 구성된 셀 구조체;
    적어도 하나의 개구를 포함하며, 상기 개구를 통해서 내부 공간에 상기 셀 구조체를 수용하도록 구성된 프레임;
    상기 개구를 커버하고, 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 보호 커버를 포함하는 측면 플레이트
    를 포함하고,
    상기 보호 커버는 상기 셀 구조체의 내부를 향해 볼록진 가장자리를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 제1 개구와 제2 개구가 대향 배치된 박스형의 모노 프레임인, 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측면 플레이트는 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구를 각각 커버하는, 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호 커버는, 중심부를 포함하는 제1 부위와, 단부에서 상기 제1 부위의 경계로 이어진 제2 부위를 포함하고,
    상기 가장자리는, 상기 제1 부위에 대응하는 부위가 상기 프레임의 길이 방향에 대해 수직한 방향을 따라 평행하고 상기 제2 부위에 대응하는 부위는 경사진 형상을 갖는, 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프레임의 길이 방향에 따라 상기 제1 부위에 놓이는 가상의 직선과 상기 제2 부위의 가장자리를 따라 놓이는 직선 사이의 각이 예각인, 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    평면 기준으로 상기 가장자리가 대략 V 자 형상을 갖는, 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함하는, 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주입홀은 상기 프레임의 길이 방향 및 상기 길이 방향에 수직한 방향을 따라 복수로 배치되는, 배터리 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함하고,
    상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 제1 부위의 길이(X)와 상기 전지 셀의 일 부분 길이(A)가 다음 조건을 만족하는, 배터리 모듈:
    X > 2A
    상기에서, X는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 보호 커버의 단부까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 셀 구조체와 상기 프레임을 고정시키기 위한 적어도 하나의 접착제 주입홀을 포함하고,
    상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 제1 부위의 길이(X)와 상기 프레임의 일 부분 길이(B)가 다음 조건을 만족하는, 배터리 모듈:
    B > X > A
    상기에서, X는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 보호 커버의 단부까지의 직선 거리, B는 상기 전지 셀의 전극 어셈블리 일단으로부터 상기 주입홀이 위치한 상기 프레임의 내주면까지의 직선 거리, A는 상기 프레임의 길이 방향에 따른 상기 전지 셀의 단차 영역의 직선 거리.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 개구는 상기 측면 플레이트에 의해 커버되고, 상기 제2 개구는 다른 측면 플레이트에 의해 커버되며, 상기 다른 측면 플레이트는 상기 셀 구조체와 상기 프레임 사이에 배치되어 상기 셀 구조체를 커버하는 다른 보호 커버를 포함하고, 상기 다른 보호 커버는 상기 보호 커버의 형상과 다른 형상을 갖는, 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    평면 기준으로 상기 가장자리가 원호 형상을 갖는, 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전지 셀은 파우치형인, 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 측면 플레이트는 버스 바 플레이트인, 배터리 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함한, 배터리 팩.
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