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KR102097087B1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

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KR102097087B1
KR102097087B1 KR1020170045417A KR20170045417A KR102097087B1 KR 102097087 B1 KR102097087 B1 KR 102097087B1 KR 1020170045417 A KR1020170045417 A KR 1020170045417A KR 20170045417 A KR20170045417 A KR 20170045417A KR 102097087 B1 KR102097087 B1 KR 102097087B1
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battery module
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electrode leads
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문정오
정병천
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은 전면에서 수평 방향으로 연장되어 형성되며 하나 이상의 절곡부가 형성된 전극 리드를 구비하고, 상하 방향으로 인접하여 위치하는 전극 리드가 상호 대면 접촉하며 상하 방향으로 적층되어 형성된 복수의 배터리 셀 및 전극 리드의 일단 외측과 타단 외측에 각각 위치하는 2개의 포스트부, 2개의 포스트부 사이에 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성되고, 내측에 상기 전극 리드의 적어도 일부를 개별적으로 수용하는 수용 공간을 형성하는 격벽부, 및 격벽부의 상부로부터 전방으로 돌출된 형태로 형성되고, 수용 공간의 외측으로 돌출된 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제1 이격부를 구비하는 복수의 리드 카트리지를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{Battery module, battery pack including the same, and vehicle including the same}
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로 더욱 상세하게 전극 리드와 센싱 단자 간에 전기적 연결의 안정도가 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 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.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 이차 전지가 포함되며, 이러한 다수의 이차 전지들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다.
이를 위하여, 다수의 이차 전지들은 일면에서 돌출된 형태로 형성된 전극 리드를 구비하고, 인접한 전극 리드 간에 대면 접촉을 통해 전기적으로 연결됨으로써, 미리 설계된 배터리 팩의 용량 및 출력을 충족시킨다.
도 1은 카트리지가 구비되지 않은 종래의 배터리 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 카트리지가 구비되지 않은 종래의 배터리 모듈(B)은 복수의 배터리 셀(1-11, 1-12, 1-21, 1-22)만이 적층되어 구성되고, 복수의 배터리 셀(1-11, 1-12, 1-21, 1-22)은 각각 절곡된 형태의 전극 리드(3-11, 3-12, 3-21, 3-22)를 구비한다.
보다 구체적으로, 인접한 배터리 셀(1-11, 1-12) 중에서 하부에 위치하는 배터리 셀(1-11)은 1회 절곡된 형태의 전극 리드(3-11))를 구비하고, 상부에 위치하는 배터리 셀(1-12)은 3회 절곡된 형태의 전극 리드(3-12)를 구비한다. 각각의 전극 리드(3-11, 3-12)는 절곡된 형태로 형성됨으로써 상호 대면 접촉하고 각각의 전극 리드(3-11, 3-12)가 절곡된 형태는 동일한 패턴으로 반복된다.
이때, 카트리지가 구비되지 않은 종래의 배터리 모듈(B)의 전극 리드(3-11, 3-12, 3-21, 3-22) 중 하부에서 상호 대면 접촉하는 전극 리드(3-11, 3-12)의 끝단과 상부에서 상호 대면 접촉하는 전극 리드(3-21, 3-12) 사이의 거리(L)가 짧아 배터리 모듈(B)을 조립 및 제조하는 과정에서 하부의 전극 리드(3-11, 3-12)의 끝단과 상부의 전극 리드(3-21, 3-12)의 사이에서 쇼트(Short) 현상이 발생하는 문제점이 있다.
도 2는 카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈(B)은 복수의 배터리 셀(1)의 적층을 용이하게 하기 위하여 내부에 배터리 셀(1)을 안착시키는 카트리지(5)를 배터리 셀(1) 마다 구비할 수 있다.
카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈(B)은 카트리지(5)가 내부에 안착된 배터리 셀(1)이 적층되어 구성됨으로써, 카트리지(5)를 통해 배터리 셀(1) 간의 거리를 이격시켜 전극 리드(3)의 설계되지 않은 연결을 방지할 수 있다.
하지만, 카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈(B)은 카트리지(5)를 추가 구성으로 포함시켜 제조함으로써 카트리지(5)가 차지하는 부피로 인해 에너지 밀도가 감소하는 문제가 있으며, 카트리지(5)의 추가 제조 비용으로 인해 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 인접한 전극 리드 간에 설계되지 않은 연결을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전극 리드만을 수용하는 리드 카트리지를 통해 부피를 감소시켜 에너지 밀도가 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은 전면에서 수평 방향으로 연장되어 형성되며 하나 이상의 절곡부가 형성된 전극 리드를 구비하고, 상하 방향으로 인접하여 위치하는 전극 리드가 상호 대면 접촉하며 상하 방향으로 적층되어 형성된 복수의 배터리 셀 및 전극 리드의 일단 외측과 타단 외측에 각각 위치하는 2개의 포스트부, 2개의 포스트부 사이에 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성되고, 내측에 상기 전극 리드의 적어도 일부를 개별적으로 수용하는 수용 공간을 형성하는 격벽부, 및 격벽부의 상부로부터 전방으로 돌출된 형태로 형성되고, 수용 공간의 외측으로 돌출된 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제1 이격부를 구비하는 복수의 리드 카트리지를 포함할 수 있다.
바람직하게, 리드 카트리지는 격벽부의 중앙부와 하부 각각으로부터 전면으로 돌출된 형태로 형성되고, 센싱 버스 바를 지지하는 지지부를 더 구비할 수 있다.
바람직하게, 리드 카트리지는 2개의 포스트부 사이의 상부 또는 하부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 수용 공간의 내측에서 수용된 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제2 이격부를 더 구비할 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부, 격벽부, 제1 이격부, 지지부 및 제2 이격부는 일체로 형성될 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부, 격벽부, 제1 이격부, 지지부 및 제2 이격부는 절연성 소재로 형성될 수 있다.
바람직하게, 전극 리드는 배터리 셀의 전면 중 좌측부에서 전방을 향해 돌출된 제1 전극 리드와 배터리 셀의 전면 중 우측부에서 전방을 향해 돌출된 제2 전극 리드로 구성될 수 있다.
바람직하게, 리드 카트리지는 제1 전극 리드를 수용하는 제1 리드 카트리지와 제2 전극 리드를 수용하는 제2 리드 카트리지로 구성되고, 제1 리드 카트리지의 2개의 포스트부와 제2 리드 카트리지의 2개의 포스트 중 인접한 포스트부는 상호 대면 접촉하는 면에 요철부가 형성될 수 있다.
바람직하게, 제1 리드 카트리지의 제2 이격부는 2개의 포스트부 사이의 상부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 수용 공간의 내측에서 수용된 전극 리드를 상부에 위치하는 다른 전극 리드와 이격시킬 수 있다.
바람직하게, 제2 리드 카트리지의 제2 이격부는 2개의 포스트부 사이의 하부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 수용 공간의 내측에서 수용된 전극 리드를 하부에 위치하는 다른 전극 리드와 이격시킬 수 있다.
바람직하게, 리드 카트리지는 상하 방향으로 세워진 원통 형태의 결합 부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부 중 적어도 하나는, 상하 방향으로 관통된 관통 홀이 형성되어, 관통 홀로 결합 부재가 삽입되어 상하 방향으로 적층된 복수의 리드 카트리지가 결합 고정될 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부 중 적어도 하나는 상단부 및 하단부 중 어느 한 곳에 결합 돌기가 형성되고, 나머지 한 곳에 결합 돌기에 대응되는 결합 홈이 형성될 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부는 전면으로부터 돌출된 형태의 체결 돌기가 형성되고, 센싱 버스 바의 양단에 형성된 체결 홀이 체결 돌기에 삽입 및 체결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는 상기 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 리드 간에 설계되지 않은 연결을 방지하여 배터리 모듈의 쇼트 현상을 방지함으로써, 배터리 모듈의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 전극 리드만을 수용하는 리드 카트리지를 이용함으로써, 배터리 모듈의 부피 및 제조 단가를 감소시킬 수 있다.
도 1은 카트리지가 구비되지 않은 종래의 배터리 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A'선의 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B'선의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지 적층 구성의 전면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지 적층 구성의 배면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지와 센싱 버스바가 결합한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 3의 C-C'선의 단면도이다.
도 11은 도 3의 D-D'선의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100) 및 리드 카트리지(200)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 각 배터리 셀(100)은 상하 방향(±Y축 방향)으로 나란하게 적층될 수 있다.
배터리 셀(100)의 종류는 특별히 한정되지 않으며 다양한 이차 전지가 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 셀(100)은, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성될 수 있다. 특히, 상기 배터리 셀(100)은 리튬 이차 전지일 수 있다.
한편, 배터리 셀(100)은 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)의 배터리 셀(100)은 파우치형 이차전지일 수 있다.
배터리 셀(100)이 파우치형 이차 전지로 구현된 경우, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 넓은 면이 서로 상부와 하부에 위치하여, 넓은 면이 서로 대면되도록 구성될 수 있다. 또한, 이 경우, 각 배터리 셀(100)은 전면에서 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출되도록 구성되는 전극 리드(110, 130)를 구비할 수 있다.
전극 리드(110, 130)는 배터리 셀(100)의 전면 중 좌측부에서 전방을 향해 돌출된 형태의 제1 전극 리드(110)와 배터리 셀(100)의 전면 중 우측부에서 전방을 향해 돌출된 형태의 제2 전극 리드(130)로 구성될 수 있다.
이때, 제1 전극 리드(110)와 제2 전극 리드(130) 각각은 양극 리드 또는 음극 리드일 수 있으며, 양극 리드인 경우 전극 조립체의 양극판에 연결되고, 음극 리드인 경우 전극 조립체의 음극판에 연결될 수 있다.
이하, 전극 리드의 구조에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는 도 4의 A-A'선의 단면도이고, 도 6은 도 4의 B-B'선의 단면도이다.
도 5 및 도 6을 더 참조하면, 전극 리드(110, 130)는 배터리 셀(100)의 전면에서 수평 방향(+X축 방향)으로 연장되어 형성되며 하나 이상의 절곡부가 형성된 형태일 수 있다. 특히, 서로 인접한 전극 리드는 서로를 향하도록 절곡부가 형성되어 상호 대면 접촉할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제13층으로 적층된 배터리 셀(100a, ..., 100m)은 각각 전면 중 좌측부에서 수평 방향(+X축 방향)으로 연장되어 형성된 제1 전극 리드(110a, ..., 110m)를 구비할 수 있다.
제1 전극 리드(110a, ..., 110m) 중에서 홀수층 즉, 제1층, 제3층, 제5층, 제7층, 제9층, 제11층, 제13층에 각각 적층된 배터리 셀(100a, 100c, 100e, 100g, 100i, 100k, 100m)의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, 110m)는 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출 연장되다가 상부 방향(+Y축 방향)으로 절곡되는 제1 절곡부(J1)가 형성될 수 있다.
제1 전극 리드(110a, ..., 110m) 중에서 짝수층 즉, 제2층, 제4층, 제6층, 제8층, 제10층, 제12층에 각각 적층된 배터리 셀(100b, 100d, 100f, 100h, 100j, 100l)의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출 연장되다가 하부 방향(-Y축 방향, +X축 방향)으로 기울어지도록 절곡되는 제2 절곡부(J2)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 짝수층의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 제2 절곡부(J2)를 기점으로 각각 하부에 위치하는 홀수층의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, 110m)를 향해 절곡될 수 있다.
또한, 짝수층의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 제2 절곡부(J2)로부터 연장되다가 홀수층의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, 110m)와 접촉되는 지점에서 수평 방향(+X축 방향)으로 절곡되는 제3 절곡부(J3)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 짝수층의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 제3 절곡부(J3)를 기점으로 각각 하부에 위치하는 홀수층의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, 110m)와 수평을 유지하며 접촉된 상태로 연장될 수 있다.
또한, 짝수층의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 제3 절곡부(J3)로부터 연장되다가 홀수층의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, 110m)의 제1 절곡부(J1)의 위치에 대응하는 지점에 상부 방향(+Y축 방향)으로 절곡되는 제4 절곡부(J4)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 최상층을 제외한 홀수층의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k)와 짝수층의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 인접한 층끼리 제3 절곡부(J3)부터 끝단까지 상호 대면 접촉함으로써, 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제13층으로 적층된 배터리 셀(100a, ..., 100m)은 각각 전면 중 우측부에서 수평 방향(+X축 방향)으로 연장되어 형성된 제2 전극 리드(130a, ..., 130m)를 구비할 수 있다.
제2 전극 리드(130a, ..., 130m) 중에서 홀수층 즉, 제1층, 제3층, 제5층, 제7층, 제9층, 제11층, 제13층에 각각 적층된 배터리 셀(100a, 100c, 100e, 100g, 100i, 100k, 100m)의 제2 전극 리드(130a, 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)는 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출 연장되다가 상부 방향(+Y축 방향)으로 절곡되는 제5 절곡부(J5)가 형성될 수 있다.
제2 전극 리드(130a, ..., 130m) 중에서 짝수층 즉, 제2층, 제4층, 제6층, 제8층, 제10층, 제12층에 각각 적층된 배터리 셀(100b, 100d, 100f, 100h, 100j, 100l)의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출 연장되다가 상부 방향(+Y축 방향, +X축 방향)으로 기울어지도록 절곡되는 제6 절곡부(J6)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 짝수층의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 제6 절곡부(J6)를 기점으로 각각 상부에 위치하는 홀수층의 제2 전극 리드(130a, 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)를 향해 절곡될 수 있다.
또한, 짝수층의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 제2 절곡부(J2)로부터 연장되다가 홀수층의 제2 전극 리드(130a, 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)와 접촉되는 지점에서 수평 방향(+X축 방향)으로 절곡되는 제7 절곡부(J7)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 짝수층의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 제7 절곡부(J7)를 기점으로 각각 상부에 위치하는 홀수층의 제2 전극 리드(130a, 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)와 수평을 유지하며 접촉된 상태로 연장될 수 있다.
또한, 짝수층의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 제7 절곡부(J7)로부터 연장되다가 홀수층의 제2 전극 리드(130a, 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)의 제5 절곡부(J5)의 위치에 대응하는 지점에 상부 방향(+Y축 방향)으로 절곡되는 제8 절곡부(J8)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 최하층을 제외한 홀수층의 제2 전극 리드(130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)와 짝수층의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 인접한 층끼리 제7 절곡부(J3)부터 끝단까지 상호 대면 접촉함으로써, 전기적으로 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리드 카트리지(200)에 대해 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지 적층 구성의 전면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지 적층 구성의 배면도이다. 또한, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지와 센싱 버스바가 결합한 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 10은 도 3의 C-C'선의 단면도이며, 도 11은 도 3의 D-D'선의 단면도이다.
도 7 내지 도 11을 더 참조하면, 리드 카트리지(200)는 상호 접촉하는 전극 리드(110, 130)만이 전기적으로 연결되도록 전극 리드(110, 130)의 일부를 내측에 수용할 수 있다. 또한, 리드 카트리지(200)는 전극 리드(110, 130)의 나머지 일부를 외측에 돌출시키고 돌출된 전극 리드(110, 130) 간을 이격시킬 수 있다.
이를 위하여, 리드 카트리지(200)는 상호 접촉하는 전극 리드(110, 130) 마다 개별적으로 구비될 수 있으며, 배터리 셀(100)의 적층된 상하 방향(±Y축 방향)으로 적층될 수 있다.
한편, 리드 카트리지(200)는 전극 리드(110, 130) 중 제1 전극 리드(110)를 수용 및 지지하는 제1 리드 카트리지(210)와 전극 리드(110, 130) 중 제2 전극 리드(130)를 수용 및 지지하는 제2 리드 카트리지(230)로 구성될 수 있다.
제1 리드 카트리지(210)와 제2 리드 카트리지(230)는 구성과 역할에 유사한 부분이 있으므로 제1 리드 카트리지(210)를 우선 설명하고, 제2 리드 카트리지(230)는 제1 리드 카트리지(210)와의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
제1 리드 카트리지(210)는 2개의 포스트부(211, 212), 격벽부(213) 및 제1 이격부(214)를 구비할 수 있다.
2개의 포스트부(211, 212)는, 제1 전극 리드(210)의 일단 외측과 타단 외측에 각각 위치하여 상술된 제1 리드 카트리지(210)의 구성들을 지지하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 2개의 포스트부(211, 212)는, 대략 직육면체 형태로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 2개의 포스트부(211, 212)의 사이에는 제1 전극 리드(210)가 위치하고, 제1 전극 리드(210)의 길이 방향을 따라 플레이트 형태로 형성된 격벽부(213)와 제1 이격부(214)를 각각 일단 외측과 타단 외측에서 지지할 수 있다.
다시 말해, 제1 리드 카트리지(210)의 주요 구성인 격벽부(213)와 제1 이격부(214)는 각각의 일단 외측과 타단 외측에 위치하는 2개의 포스트부(211, 212)에 의해 지지되어 제1 전극 리드(210)를 수용 및 지지할 수 있다.
한편, 2개의 포스트부(211, 212)는 상하로 인접하게 위치하는 제1 리드 카트리지(210) 사이를 결합시킬 수 있으며 좌우로 인접하게 위치하는 제1 리드 카트리지(210)와 제2 리드 카트리지(230)를 결합시킬 수 있다. 이러한, 2개의 포스트부(211, 212)의 리드 카트리지 간을 결합시키는 역할에 대해서는 후술하여 자세히 설명하도록 한다.
격벽부(213)는 2개의 포스트부(211, 212) 사이에 상하 방향(±Y축 방향)으로 세워진 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 격벽부(213)는 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부를 수용하는 수용 공간(S)을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 격벽부(213)는 2개의 포스트부(211, 212)로부터 일단 외측과 타단 외측이 지지되어 상하 방향(±Y축 방향)으로 세워짐으로써 배터리 셀(110)을 향하는 내측에 수용 공간(S)을 형성할 수 있다.
여기서, 수용 공간(S)은 배터리 셀(110)을 향해 즉, 격벽부(213)의 반대편에 제1 전극 리드(110a, 110b)가 삽입되도록 개방된 개구면이 구비될 수 있으며, 상면은 제2 이격부(215)에 의해 폐쇄될 수 있다.
또한, 수용 공간(S)의 일면과 타면은 각각 2개의 포스트부(211, 212)의 내측면에 의해 폐쇄될 수 있다.
즉, 수용 공간(S)의 전면과 상면이 각각 격벽부(213)와 제2 이격부(215)에 의해 폐쇄되고, 일면과 타면, 다시 말해 양측면은 각각 2개의 포스트부(211, 212)의 내측면에 의해 폐쇄되며, 배터리 셀(110)을 향하는 면은 개방된 공간일 수 있다.
이러한, 수용 공간(S)에는, 배터리 모듈(10)의 제조 과정에서, 개구면으로 삽입된 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부가 수용될 수 있다.
이에 따라, 격벽부(213)는 내측의 수용 공간(S)에 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부를 수용함으로써, 외부로부터 가해지는 충격 또는 화학물질로부터 제1 전극 리드(110a, 110b)를 보호할 수 있다.
한편, 격벽부(213)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 리드 카트리지(210)의 높이 보다 짧게 형성됨으로써, 인접한 제1 리드 카트리지(210)와 이격되고, 이격된 공간으로 제1 전극 리드(110a, 110b)가 외부로 돌출될 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 이격부(214)는 격벽부(213)의 상부로부터 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 이격부(214)는 격벽부(213)의 최상단에서 배터리 셀(100)의 반대 방향을 향해 돌출된 형태로 형성되고, 제1 이격부(214)의 일단 외측과 타단 외측은 각각 2개의 포스트부(211, 212)에 결합되어 2개의 포스트부(211, 212)로부터 지지될 수 있다.
특히, 제1 이격부(214)와 격벽부(213)는 직각을 이루도록 결합된 형태일 수 있으며 일단 또는 타단에서 바라본 단면이 직각으로 절곡된 형상일 수 있다.
한편, 제1 이격부(214)는 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b)의 상부에 위치할 수 있으며, 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b) 보다 수평 방향(+X축 방향) 외측으로 더 돌출되도록 형성될 수 있다.
이를 통해, 제1 이격부(214)는 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b)와 상부에 위치하는 다른 제1 전극 리드(110c, 110d)를 이격시킴으로써, 배터리 모듈(10)의 제조 과정에서 발생할 수 있는 제1 전극 리드(110a, 110b, 110c, 110d) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
상기 제1 리드 카트리지(210)는, 제2 이격부(215)를 더 구비할 수 있다.
제2 이격부(215)는 상술한 바와 같이 2개의 포스트부(211, 212) 사이의 상부에 수평 방향(±X축 방향)으로 누워진 플레이트 형태로 형성될 수 있다.
즉, 제2 이격부(215)는, 일단 외측과 타단 외측이 각각 2개의 포스트부(211, 212)의 상부 사이에 지지되고 배터리 모듈의 외측을 향하는 전단부가 격벽부(213)의 상부 내측과 결합될 수 있다.
이를 통해, 제2 이격부(215)는 수용 공간(S)의 내측에서 수용 공간(S)에 수용된 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부를 상부에 위치하는 다른 제1 전극 리드(110c, 110d)와 이격시킬 수 있다.
이에 따라, 수용 공간(S)에 삽입된 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부는 제2 이격부(215)에 의해 상측에 위치하는 다른 제1 전극 리드(110c, 110d)와 이격됨으로써, 배터리 모듈(10)의 제조 과정에서 발생할 수 있는 제1 전극 리드(110a, 110b, 110c, 110d) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 리드 카트리지(210)는, 지지부(216)를 더 구비할 수 있다.
지지부(216)는 격벽부(213)의 중앙부와 하부 각각으로부터 전면을 향해 돌출된 형태로 형성될 수 있으며, 센싱 버스 바(300)와 대면 접촉하여 센싱 버스 바(300)를 지지 및 안착시킬 수 있다.
이러한, 지지부(216)는 격벽부(213)의 중앙부로부터 돌출된 제1 지지부(216a)와 격벽부(213)의 하부로부터 돌출된 제2 지지부(216b)로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 지지부(216a)는 격벽부(213)의 중앙부로부터 돌출된 형태로 형성되어 제1 이격부(214)의 하부에 위치할 수 있으며, 제2 지지부(216b)는 제1 이격부(214)의 최하부로부터 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제1 지지부(216a)와 제2 지지부(216b) 각각의 일단 외측과 타단 외측은 각각 2개의 포스트부(211, 212)와 결합되어 지지될 수 있다.
한편, 제1 지지부(216a)와 제2 지지부(216b)는 돌출된 끝단이 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b)와 미리 설정된 거리를 유지할 수 있다.
여기서, 미리 설정된 거리는 센싱 버스 바(300)의 폭 이상일 수 있으며, 이를 통해, 제1 지지부(216a)와 제2 지지부(216b)의 돌출된 끝단과 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b) 사이에 센싱 버스 바(300)가 안착될 수 있는 공간이 형성될 수 있으며, 안착된 센싱 버스 바(300)와 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b)가 밀착되어 대면 접촉될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.
이러한, 제1 지지부(216a)와 제2 지지부(216b)는 격벽부(213)의 일부 영역으로부터 돌출되어 형성됨으로써, 제1 리드 카트리지(210)의 체적과 무게를 감소시키며 격벽부(213)의 강성을 강화시킬 수 있다.
또한, 제1 지지부(216a)와 제2 지지부(216b) 사이에 빈 공간이 형성됨으로써 제1 전극 리드(110a, 110b)에 전달되는 열을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 상술된 2개의 포스트부(211, 212) 각각에는 전면으로부터 돌출된 형태의 체결 돌기(211', 212')가 형성되어 센싱 버스 바(300)를 제1 리드 카트리지(210)에 체결시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 체결 돌기(211', 212')에는 센싱 버스 바(300)의 양단에 체결 돌기(211', 212')의 형상에 대응하여 홀(whole) 형태로 형성된 체결 홀(310, 330)이 각각 삽입 및 체결될 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 제조하는 과정에 있어서, 제1 리드 카트리지(210)의 체결 돌기(211', 212')에 센싱 버스 바(300)의 체결 돌기(211', 212')가 미리 삽입된 상태에서 제1 리드 카트리지(210)가 제1 전극 리드(110)와 결합될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 리드 카트리지(210)에 구비된 2개의 포스트부(211, 212), 격벽부(213), 제1 이격부(214), 제2 이격부(215) 및 지지부(216)는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 리드 카트리지(210)의 상기 각 구성은, 플라스틱 재질로 구성되며, 사출 등의 방식으로 일체화된 형태로 제조될 수 있다.
이를 통해, 배터리 모듈(10)을 제조하는 과정에 있어서, 제1 리드 카트리지(210)만을 이동 및 조립시킴으로써, 제1 리드 카트리지(210)의 수용 공간(S)에 제1 전극 리드(110a, 110b)를 수용 및 안착시켜 다른 전극 리드들과 이격시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 리드 카트리지(210)에 구비된 2개의 포스트부(211, 212), 격벽부(213), 제1 이격부(214), 제2 이격부(215) 및 지지부(216)는 절연성 소재로 형성될 수 있다.
이를 통해, 제1 리드 카트리지(210)의 내부의 수용 공간(S)에 수용되고 제1 이격부(214)를 통해 다른 전극 리드들과 이격된 제1 전극 리드(110a, 110b)가 설계되지 않은 전기적 연결로 인해 발생하는 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 일 실시예 따른 제2 리드 카트리지(230)에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 리드 카트리지(230)는 앞서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 카트리지(210)와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 동일하거나 유사한 구성들에 대해서는 반복적으로 설명하지 않고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 리드 카트리지(230)는 2개의 포스트부(231, 212), 격벽부(233), 제1 이격부(234), 제2 이격부(235) 및 지지부(236)를 구비할 수 있다.
이때, 제2 리드 카트리지(230)의 2개의 포스트부(231, 212), 격벽부(233), 제1 이격부(234) 및 지지부(236)는 각각 제1 리드 카트리지(210)에 구비된 2개의 포스트부(211, 212), 격벽부(213), 제1 이격부(214) 및 지지부(216)와 동일하거나 유사한 형태로 구성될 수 있다.
이에 반해, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 리드 카트리지(230)의 제2 이격부(235)는 2개의 포스트부(211, 212) 사이의 상부에 형성된 제1 리드 카트리지(210)의 제2 이격부(215)와 달리, 2개의 포스트부(231, 212) 사이의 하부에 수평 방향(±X축 방향)으로 누워진 플레이트 형태로 형성될 수 있다.
즉, 제2 이격부(235)의 일단 외측과 타단 외측이 각각 2개의 포스트부(231, 212)의 하부에 결합 지지되고 전면은 격벽부(233)의 하부 내측과 결합될 수 있다.
이를 통해, 제2 이격부(235)는 수용 공간(S)의 내측에서 수용 공간(S)에 수용된 제2 전극 리드(130d, 130e)의 일부를 하부에 위치하는 다른 제2 전극 리드(130b, 130c)와 이격시킬 수 있다.
이에 따라, 제2 이격부(235)는 배터리 모듈(10)의 제조 및 사용 과정에서 격벽부(233) 내측의 수용 공간에서 발생할 수 있는 제2 전극 리드(130b, 130c, 130d, 130e) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
한편, 제2 리드 카트리지(230)의 2개의 포스트부(231, 212), 격벽부(233) 및 제2 이격부(235)에 의해 형성되는 수용 공간(S)은 배터리 셀(110)을 향해 즉, 격벽부(233)의 반대편에 제2 전극 리드(130d, 130e)가 삽입되도록 개방된 개구면이 구비될 수 있으며, 밑면은 상술된 제2 이격부(235)에 의해 폐쇄될 수 있다.
또한, 수용 공간(S)의 일면과 타면은 각각 2개의 포스트부(231, 212)의 내측면에 의해 폐쇄될 수 있다.
즉, 수용 공간(S)의 전면과 밑면이 각각 격벽부(233)와 제2 이격부(235)에 의해 폐쇄되고, 일면과 타면, 다시 말해 양측면은 각각 2개의 포스트부(231, 212)의 내측면에 의해 폐쇄되며, 배터리 셀(110)을 향하는 면은 개방된 개방된 공간일 수 있다.
이러한, 수용 공간(S)에는 배터리 모듈(10)의 제조하는 과정에서, 대면 접촉된 제2 전극 리드(130d, 130e)가 개구면에 삽입되어 제2 전극 리드(130d, 130e)의 일부가 수용될 수 있다.
이에 따라, 수용 공간(S)에 삽입된 제2 전극 리드(130d, 130e)의 일부는 제2 이격부(235)에 의해 하측에 위치하는 다른 제2 전극 리드(130b, 130c)와 이격됨으로써, 배터리 모듈(10)의 제조 과정 또는 사용 과정에서 발생할 수 있는 제2 전극 리드(130b, 130c, 130d, 130e) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제1 리드 카트리지(210)과 제2 리드 카트리지(230)는 각각 제1 전극 리드(110)와 제2 전극 리드(130)만을 수용 및 지지함으로써, 전극 리드와 배터리 셀의 사방을 모두 수용 및 지지하는 종래의 리드 카트리지와 달리 부피가 작아 배터리 모듈(10)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
이하, 제1 리드 카트리지(210) 간의 결합과 제1 리드 카트리지(210)와 제2 리드 카트리지(220) 간의 결합에 대해 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 더 참조하면, 제1 리드 카트리지(210)의 2개의 포스트부(211, 212) 중에서, 일단에 위치하는 포스트부(211)는 상단부 및 하단부 중 어느 한곳에 결합 돌기(211a)가 돌출된 형태로 형성될 수 있고, 일단에 위치하는 포스트부(211)의 상단부 및 하단부 중 결합 돌기(211a)가 형성되지 않은 곳에는 결합 돌기(211a)의 형상에 대응되는 형태의 결합 홈이 형성될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 포스트부(211)의 상단부에는 결합 돌기(211a)가 돌출된 원통 형태로 형성될 수 있고, 포스트부(211)의 하단부에는 결합 돌기(211a)의 형상에 대응되는 형태의 결합 홈이 형성될 수 있다.
여기서, 결합 돌기(211a)는 일단에 위치하는 포스트부(211)의 상단부로부터 상부 방향(+Y축 방향)으로 돌출된 형태로 형성될 수 있고, 결합 홈은 일단부에 위치하는 포스트부(211)의 하단부에서 상부 방향(+Y축 방향)으로 함입된 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 리드 카트리지(210)의 결합 돌기(211a)는 상부에 적층되는 제1 리드 카트리지(210)의 결합 홈에 삽입될 수 있고, 제1 리드 카트리지(210)의 결합 홈에는 하부에 적층된 제1 리드 카트리지(210)의 결합 돌기가 삽입될 수 있다.
이를 통해, 제1 리드 카트리지(210)는 상하 방향(±Y축 방향)으로 결합 돌기(211a)와 결합 홈의 결합이 연속됨으로써, 제1 리드 카트리지(210) 간 결합력이 상승될 수 있다.
한편, 제1 리드 카트리지(210)의 2개 포스트부(211, 212) 중에서, 타단에 위치하는 포스트부(212)는 상단부에서 하단부까지 내부가 관통된 형태의 관통 홀(212a)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 타단에 위치하는 포스트부(212)는 다른 제1 리드 카트리지(210)의 포스트부(212)와 함께 상하 방향(±Y축 방향)으로 연속된 관통 홀(212a)이 형성될 수 있다.
이때, 관통 홀(212a)에는 제1 리드 카트리지(210) 적층체의 높이에 대응되는 길이, 이를테면 이러한 적층체의 높이 이상의 길이를 갖는 원통 형태의 결합 부재(217)가 상하 방향(±Y축 방향)으로 삽입되어, 적층된 제1 리드 카트리지(210) 사이가 결합 및 고정될 수 있다.
예를 들어, 결합 부재(217)는 금속 소재로 구성되는 롱 볼트(Long bolt) 또는 열 가소성 소재로 구성되는 봉일 수 있다.
결합 부재(217)가 열 가소성 소재의 봉인 경우 결합 부재(217)가 적층된 모든 제1 리드 카트리지(210)의 관통 홀(212a)에 삽입된 후 열접합을 통해 제1 리드 카트리지(210)에 융착되어 제1 리드 카트리지(210)를 상하 방향(±Y축 방향)으로 견고히 결합 및 고정시킬 수 있다.
한편, 제1 리드 카트리지(210)의 2개 포스트부(211, 212) 중에서, 타단에 위치하는 포스트부(212)는 제2 리드 카트리지(230)의 2개 포스트부(231, 232) 중에서, 일단에 위치하는 포스트부(231)와 상호 대면 접촉하는 면에 요철부(212b)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 요철부(212b)는 타단에 위치하는 포스트부(212)로부터 외측으로 갈수록 수평 방향(±X축 방향)으로 폭이 넓어지는 형태일 수 있다.
이에 대응하여, 제2 리드 카트리지(230)의 2개 포스트부(231, 232) 중에서, 일단에 위치하는 포스트부(231)는 제1 리드 카트리지(210)의 2개 포스트부(211, 212) 중에서, 타단에 위치하는 포스트부(212)와 상호 대면 접촉하는 면에 요철부(232b)가 형성될 수 있다.
이때, 제2 리드 카트리지(230)의 요철부(232b)는 오목하게 돌출된 형태로 형성된 제1 리드 카트리지(210)의 요철부(212b) 형태에 대응하여 좌우 방향(+Z축 방향)으로 함입된 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 리드 카트리지(210) 간은 결합 돌기(211a)와 결합 홈 간의 결합과, 관통 홀(212a)와 결합 부재(217) 간의 결합을 통해 상하 방향(±Y축 방향)으로 견고히 결합될 수 있다.
또한, 제1 리드 카트리지(210)와 제2 리드 카트리지(230) 간은 요철부(212b, 232b)를 통해 좌우 방향(±Z축 방향)으로 견고히 결합될 수 있다.
한편, 제1 리드 카트리지(230)와 유사하게 제2 리드 카트리지(230)의 2개의 포스트부(231, 232) 중에서, 타단에 위치하는 포스트부(231)는 상단부로부터 상부 방향(+Y축 방향)으로 돌출된 형태의 결합 돌기(231a)가 형성될 수 있다.
또한, 타단에 위치하는 포스트부(231)는 결합 돌기(231a)의 형상에 대응하는 결합 홈이 하단부에 만입된 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제2 리드 카트리지(230)의 결합 돌기(231a)는 상부에 적층되는 제2 리드 카트리지(230)의 결합 홈에 삽입될 수 있고, 제2 리드 카트리지(230)의 결합 홈에는 하부에 적층된 제2 리드 카트리지(230)의 결합 돌기가 삽입될 수 있다.
이를 통해, 제2 리드 카트리지(230)는 상하 방향(±Y축 방향)으로 결합 돌기(231a)와 결합 홈의 결합이 연속됨으로써, 제2 리드 카트리지(230)에 결합력이 상승될 수 있다.
한편, 제2 리드 카트리지(230)의 2개 포스트부(231, 232) 중에서, 일단에 위치하는 포스트부(232)는 내부가 관통된 형태의 관통 홀(232a)이 형성될 수 있으며, 관통 홀(232a)에는 적층된 모든 제2 리드 카트리지(230)의 높이에 대응되는 길이를 갖는 원통 형태의 결합 부재(237)가 상하 방향(±Y축 방향)으로 삽입되어 적층된 제2 리드 카트리지(230) 사이가 결합 및 고정될 수 있다.
이러한, 제2 리드 카트리지(230)의 결합 돌기(231a), 결합 홈, 관통 홀(232a) 및 결합 부재(237)는 제1 리드 카트리지(210)의 결합 돌기(211a), 결합 홈, 관통 홀(212a) 및 결합 부재(217)과 각각 결합되는 위치만이 상이할 뿐 형태와 역할은 동일할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10")에 대해 설명하도록 한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 13을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10")과 본발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 비교하면, 도 13의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10")의 배터리 셀(100")은 전면과 후면에 전극 리드가 구비된 양방향 이차 전지인데 반해, 도 3의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 배터리 셀(100)은 일면(전면 혹은 후면)에만 전극 리드가 구비된 일방향 이차 전지일 수 있다.
이에 따라, 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10")의 리드 카트리지는 배터리 셀(100")의 전면에 구비된 전극 리드를 수용 및 지지하는 제1 리드 카트리지(210")와 배터리 셀(100")의 후면에 구비된 전극 리드를 수용 및 지지하는 제2 리드 카트리지(230")로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 각각 일면에 2개의 전극 리드를 구비함으로써, 각각의 전극 리드의 폭이 배터리 셀(100)의 일면 폭 대비 1/2 미만일 수 있다. 이에 반해, 다른 실시예에 따른 배터리 셀(100")은 각각 일면과 후면에 1개씩의 전극 리드를 구비함으로써, 각각의 전극 리드의 폭이 배터리 셀(100")의 일면 폭 대비 1/2 이상일 수 있다.
이에 따라, 다른 실시예에 따른 배터리 셀(100")의 전극 리드를 수용 및 지지하는 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")의 폭(W) 또한 배터리 셀(100")의 일면 폭 대비 1/2 이상일 수 있다.
이때, 배터리 셀(100")의 일면과 후면에 각각 위치하는 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")는 긴 띠 형태로 형성된 결합 플레이트(M)를 통해 수평 방향(±X축 방향)으로 결합할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")의 최상부에는 각각 상부 방향(+Y축 방향)으로 돌출된 형태로 형성된 결합 돌출부(210", 230")를 구비하고, 결합 플레이트(M)의 양단에 관통된 형태로 형성된 결합 홀(M1, M2)에 각각 삽입되어 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")를 결합시킬 수 있다.
이를 통해, 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10')의 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")는 결합 플레이트(M)로 결합되어 외부로부터 인가되는 외력으로 인해 수평 방향(±X축 방향)으로 벌어지는 현상이 방지될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 이때, 배터리 팩에는 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈 각각의 배터리 셀에 구비된 전극 리드를 내부에 수용 및 지지하는 리드 카트리지를 통해 전극 리드간 설계되지 않은 전기적 연결을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10: 배터리 모듈 100: 배터리 셀
110: 전극 리드, 제1 전극 리드 130: 전극 리드, 제2 전극 리드
200: 리드 카트리지 211, 212, 231, 232: 포스트부
213, 233: 격벽부 214, 234: 제1 이격부
215, 235: 제2 이격부 216, 236: 지지부
300: 센싱 버스바

Claims (13)

  1. 전면에서 수평 방향으로 연장되어 형성되며 하나 이상의 절곡부가 형성된 전극 리드를 구비하고, 상하 방향으로 인접하여 위치하는 전극 리드가 상호 대면 접촉하며 상하 방향으로 적층되어 형성된 복수의 배터리 셀; 및
    상기 전극 리드의 일단 외측과 타단 외측에 각각 위치하는 2개의 포스트부, 상기 2개의 포스트부 사이에 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성되고, 내측에 상기 전극 리드의 적어도 일부를 개별적으로 수용하는 수용 공간을 형성하는 격벽부, 및 상기 격벽부의 상부로부터 전방으로 돌출된 형태로 형성되고, 상기 수용 공간의 외측으로 돌출된 상기 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제1 이격부를 구비하는 복수의 리드 카트리지를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 카트리지는
    상기 격벽부의 중앙부와 하부 각각으로부터 전면으로 돌출된 형태로 형성되고, 센싱 버스 바를 지지하는 지지부를 더 구비하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리드 카트리지는
    상기 2개의 포스트부 사이의 상부 또는 하부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 상기 수용 공간의 내측에서 상기 수용된 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제2 이격부를 더 구비하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2개의 포스트부, 상기 격벽부, 상기 제1 이격부, 상기 지지부 및 제2 이격부는 일체로 형성되는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 2개의 포스트부, 상기 격벽부, 상기 제1 이격부, 상기 지지부 및 제2 이격부는 절연성 소재로 형성되는 배터리 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전극 리드는
    상기 배터리 셀의 전면 중 좌측부에서 전방을 향해 돌출된 제1 전극 리드와 상기 배터리 셀의 전면 중 우측부에서 전방을 향해 돌출된 제2 전극 리드로 구성되고,
    상기 리드 카트리지는
    상기 제1 전극 리드를 수용하는 제1 리드 카트리지와 상기 제2 전극 리드를 수용하는 제2 리드 카트리지로 구성되고,
    상기 제1 리드 카트리지의 상기 2개의 포스트부와 상기 제2 리드 카트리지의 상기 2개의 포스트 중 인접한 포스트부는 상호 대면 접촉하는 면에 요철부가 형성되어 결합되는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 리드 카트리지의 제2 이격부는
    상기 2개의 포스트부 사이의 상부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 상기 수용 공간의 내측에서 상기 수용된 전극 리드를 상부에 위치하는 다른 전극 리드와 이격시키는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 리드 카트리지의 제2 이격부는
    상기 2개의 포스트부 사이의 하부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 상기 수용 공간의 내측에서 상기 수용된 전극 리드를 하부에 위치하는 다른 전극 리드와 이격시키는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리드 카트리지는
    상하 방향으로 세워진 원통 형태의 결합 부재를 더 포함하고,
    상기 2개의 포스트부 중 적어도 하나는,
    상하 방향으로 관통된 관통 홀이 형성되어, 상기 관통 홀로 상기 결합 부재가 삽입되어 상하 방향으로 적층된 상기 복수의 리드 카트리지가 결합 고정되는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 포스트부 중 적어도 하나는
    상단부 및 하단부 중 어느 한 곳에 결합 돌기가 형성되고, 나머지 한 곳에 상기 결합 돌기에 대응되는 결합 홈이 형성되는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 포스트부는
    전면으로부터 돌출된 형태의 체결 돌기가 형성되고, 센싱 버스 바의 양단에 형성된 체결 홀이 상기 체결 돌기에 삽입 및 체결되는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을
    포함하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을
    포함하는 자동차.
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