KR102187056B1

KR102187056B1 - 에너지 밀도 향상 및 조립 공정이 간소화된 배터리 모듈

Info

Publication number: KR102187056B1
Application number: KR1020160174833A
Authority: KR
Inventors: 이영호; 성준엽; 엄영섭; 이백산
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2036-12-20
Also published as: KR20180071800A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 일 방향으로 적층된 복수의 파우치형 이차전지 셀들로 구성된 셀 적층체; 및 박스 형태로 전면 및 후면 중 적어도 일 측에 개방된 출입구를 구비하고 상기 셀 적층체가 내부 공간에 수납 가능하게 마련되는 모노 프레임을 포함하며, 상기 모노 프레임의 양쪽 측면 중 적어도 일 측면에 접착용 레진을 주액할 수 있는 레진 주입홀이 형성되며, 상기 셀 적층체의 적어도 일 측면부는 상기 모노 프레임 내에 접착 고정되는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

Description

에너지 밀도 향상 및 조립 공정이 간소화된 배터리 모듈{Battery Module having improved energy density and simplified assembly process}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 단위 부피당 배터리 셀들의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있고 조립 공정을 간소화시킬 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.

이차 전지는 다양한 제품군에 적용성이 높고, 높은 에너지 밀도를 가지는 전기적 특성을 가지고 있다. 이러한 이차 전지는 휴대용 전자 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 차량 또는 하이브리드 차량, 전력 저장 장치 등에 적용되고 있다.

현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 이차전지를 직렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성하기도 한다. 또한, 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 모듈을 병렬 연결하기도 한다. 즉, 전기 차량 등에 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라서 배터리 모듈은 배터리 셀들을 직렬/병렬로 연결하여 다양하게 설계될 수 있다.

특히, 전기 차량에는 적층이 용이해 에너지 밀도가 높은 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다. 파우치형 이차전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 전극 조립체를 포장한 형태를 의미한다. 파우치형 이차전지는 기계적 강성이 크지 않기 때문에 다수의 파우치형 이차전지를 포함하여 배터리 모듈을 구성할 때, 이차전지를 외부의 충격 등으로부터 보호하고, 그 유동을 방지하고 적층이 용이하도록 하기 위한 구조물의 일종인 셀 커버 또는 적층용 프레임을 이용하는 경우가 많다. 이들 셀 커버 또는 적층용 프레임은 당해 업계에서 일반적으로 카트리지로 지칭될 수 있다.

일 예로, 종래의 카트리지는 하부 프레임과 상부 프레임을 포함하고, 하부 프레임의 상면에 2개의 이차전지를 적층시킨 다음 그 위에 상부 프레임을 얹고 상부 프레임과 하부 프레임을 결합시킬 수 있게 구성된다.

그리고 종래의 배터리 모듈은 상기 단위 카트리지들을 상호 간 스냅-핏 방식으로 결합하여 일 방향으로 적층시켜 셀/카트리지 조립체를 형성하고, 이러한 셀/카트리지 조립체의 최상면이나 최하면에 엔드 플레이트(판형 금속 구조물)을 덧댄 다음 이들을 수납 지지하는 추가의 모듈 케이스를 포함하여 구성된다.

그런데 이러한 종래의 배터리 모듈은 이차전지를 제외한 다른 구성품들의 수가 많아 최근 배터리 모듈의 경량화 추세에 배치되며 단위 부피당 에너지 밀도도 낮다. 또한, 종래의 배터리 모듈은 예컨대 볼팅, 스냅핏, 용접 방식을 사용하여 구성품들을 체결하게 설계되어 있어 조립 공정이 복잡하고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0111217호, 2016.09.26, (주) 엘지화학

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자, 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 조립 공정을 간소화시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 셀 적층체의 적어도 일 측면부를 지지하며 상기 모노 프레임의 내벽에 대면하게 상기 내부 공간에 삽입 배치되어 상기 레진 주입홀과 연통하는 레진 통과홀을 구비하는 셀 가이드 프레임을 더 포함할 수 있다.

상기 셀 가이드 프레임은, 상기 레진 통과홀에서 소정 간격 떨어진 위치에 형성되어 상기 접착용 레진이 상기 셀 가이드 프레임과 상기 모노 프레임의 내벽 사이 틈새에 충진되게 상기 접착용 레진의 흐름을 유도하는 레진 충진 유도홀을 더 구비할 수 있다.

상기 셀 가이드 프레임은, 상기 레진 통과홀 및 상기 레진 충진 유도홀을 구비하며 상기 셀 적층체의 일 측면을 지지하는 제1 측면 플레이트와 상기 제1 측면 플레이트에 교차하게 연결되어 상기 셀 적층체의 후면을 지지하는 후면 플레이트를 포함할 수 있다.

상기 레진 주입홀은 상기 모노 프레임의 양쪽 측면에 각각 형성되며, 상기 셀 적층체의 일 측면은 상기 제1 측면 플레이트에 접착 고정되고, 상기 셀 적층체의 타 측면은 상기 모노 프레임의 내벽에 접착 고정될 수 있다.

상기 레진 통과홀과 상기 레진 충진 유도홀은 상기 셀 적층체가 층상 배열된 방향을 따라 복수 개가 구비되되, 상기 레진 통과홀과 상기 레진 충진 유도홀은 상호 간 교번적으로 배치될 수 있다.

상기 셀 가이드 프레임은, 상기 레진 통과홀 및 상기 레진 충진 유도홀을 구비하며 상기 후면 플레이트에 교차하게 연결되어 상기 셀 적층체의 타 측면을 지지하는 제2 측면 플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 셀 가이드 프레임은 높이 방향을 따라 상호 간 소정 간격을 두고 수평 방향으로 돌출 형성된 복수의 셀 가이드 리브를 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 파우치형 이차전지들(셀 적층체)이 별도의 수납용 부품(카트리지) 없이 모노 프레임 내부에 안정적으로 고정될 수 있는 배터리 모듈이 제공될 수 있다. 따라서 기존 대비 배터리 모듈을 구성하는 부품 수가 감소하여 제조 원가가 절감되고 배터리 모듈 내부에서 단위 부피당 이차전지 셀들이 차지하는 부피를 최대로 하여 에너지 밀도를 증대시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 기존 대비 배터리 모듈의 조립 공정이 매우 간소화될 수 있으며, 또한, 모노 프레임 내부에서 셀 적층체의 고정력을 강화시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 셀 가이드 프레임을 사용해 이차전지들을 보다 쉽고 안전하게 모노 프레임의 내부에 위치시킬 수 있으며, 상기 모노 프레임, 셀 가이드 프레임 및 이차전지 셀들을 일체로 접착시킴으로써 진동, 충격 등에 대한 기계적인 내구성을 충분히 확보할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 셀 가이드 프레임과 셀 적층체을 조립한 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3의 결합 사시도이다.
도 6은 도 5의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도이다.
도 7은 도 6의 A 영역 확대도이다.
도 8은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 단면도이다.
도 9는 도 8의 B 영역 확대도이다.
도 10은 도 5에 ICB 조립체를 추가로 장착한 상태를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 가이드 프레임을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 복수의 파우치형 이차전지(110) 셀들로 구성된 셀 적층체(100)와, 상기 셀 적층체(100)를 내부 공간에 패키징하는 모노 프레임(200)을 포함한다. 자세히 후술하겠으나 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 적층체(100) 이외의 부품을 사용하지 않거나, 최소한의 가이드 부품만을 사용하여 셀 적층체(100)를 모노 프레임(200) 내부에 바로 삽입 후 이를 모노 프레임 내벽에 접착시킴으로써 배터리 모듈(10)의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있게 구성된다.

배터리 모듈(10)을 구성하는 셀 적층체(100)는, 도 1과 같이, 파우치형 이차전지(110) 셀들의 집합체일 수 있다. 파우치형 이차전지(110) 셀은 알루미늄과 폴리머 수지로 구성된 라미네이트 소재의 파우치 케이스에 양극판, 분리막 및 음극판으로 구성된 전극 조립체, 그리고 각 이차전지(110) 셀의 양극판과 음극판으로부터 연장된 다수의 양극 탭 및 음극 탭을 내장하고, 양극 탭 및 음극 탭과 각각 연결되는 양극 리드 및 음극 리드가 파우치 케이스 외부로 돌출된 형태를 갖는다. 상기 전극 리드(120)들은 이차전지(110) 셀의 전극 단자로 기능할 수 있다.

이러한 파우치형 이차전지(110) 셀들은 일면 또는 양면이 인접한 이차전지(110) 셀에 대면하도록 적층 또는 평행하게 배열되어 셀 적층체(100)를 형성한다. 한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 구성하는 이차전지(110) 셀이 파우치형 이차전지(110) 셀로만 한정되어야 하는 것은 아니다. 즉, 이차전지(110) 셀은 판상형으로 층상 배열하여 모노 프레임(200) 내부에 수납 가능한 형태라면 어떠한 것이라도 무방하다.

모노 프레임(200)은 상기 셀 적층체(100)가 수용 가능한 내부 공간을 가지며, 전면 및 후면 중 적어도 일 측에 출입구(250)를 구비하여 셀 적층체(100)가 내부 공간에 수납 가능하게 마련된 박스 형태로 제공될 수 있다. 이러한 모노 프레임(200)은 셀 적층체(100)가 외부 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서 모노 프레임(200)은 강성이 확보될 수 있도록 스틸 등의 금속 재질로 제작될 수 있다.

본 실시예의 경우, 모노 프레임(200)은 도 1 내지 도 2와 같이, 전체적으로 직육면체 형상으로 내부 공간이 형성되게 상호 대향하는 상면판(210)과 하면판(220), 상면판(210)과 하면판(220)의 장변 측 모서리를 상하로 연결하는 좌측면판(230)과 우측면판(240), 그리고 상기 내부 공간의 후면을 커버하는 후면판과, 후면판과 대향하며 개방된 형태로 제공되는 출입구(250)를 포함할 수 있다.

셀 적층체(100)는 상기 출입구(250)를 통해 모노 프레임(200)의 내부 공간에 삽입 배치될 수 있다. 이때, 전극 리드(120)는 출입구(250)를 향하도록 한다. 한편, 본 실시예에서 모노 프레임(200)은 전극 리드(120)가 같은 방향을 향하는 단방향 파우치형 이차전지(110) 셀을 기준으로 구성된 것으로 출입구(250)가 전면부에만 마련된 것이지만, 전극 리드(120)가 서로 반대 방향을 향하는 양방향 파우치형 이차전지(110) 셀을 기준으로 구성할 경우, 출입구(250)는 전면부와 후면부에 모두 마련될 수도 있다.

특히, 본 발명에 따른 모노 프레임(200)은 외부에서 내부로 레진을 주입할 수 있는 레진 주입홀(232,242)을 갖는다. 도 1 내지 도 2를 기준으로, 레진 주입홀(232,242)은 모노 프레임(200)의 양쪽 좌측면판(230)과 우측면판(240)에 형성된다. 다시 말하면, 상기 모노 프레임(200)의 양쪽 좌측면판(230)과 우측면판(240)은 셀 적층체(100)에서 층상 배열된 파우치 케이스의 장변에 해당하는 폴딩된 양쪽 사이드 부분들과 접하는 부분을 의미한다.

레진 주입홀(232,242)은 상기 모노 프레임(200)의 상기 셀 적층체(100)의 층상 배열 방향을 따라 복수 개가 구비될 수 있다. 이러한 모노 프레임(200) 구성에 의하면, 작업자가 셀 적층체(100)를 모노 프레임(200)의 내부 공간에 삽입시킨 후, 모노 프레임(200)의 좌측면판(230)과 우측면판(240)의 레진 주입홀(232,242)들을 통해 접착용 레진(L)을 모노 프레임(200) 내부에 주입할 수 있다. 예컨대, 접착용 레진(L)은 우레탄 수지, 에폭시 수지, 또는 실리콘 등일 수 있다.

상기 접착용 레진(L)은 모노 프레임(200)의 좌측면판(230) 쪽 내벽과 셀 적층체(100)의 좌측면 사이의 빈 공간과 적층된 이차전지(110) 셀들의 틈새에 충진될 수 있다. 상기 접착용 레진(L)은 모노 프레임(200)의 우측면판(240) 쪽 내벽과 셀 적층체(100)의 우측면 쪽도 모노 프레임의 우측면과 같은 형태로 충진될 수 있다. 이와 같이 모노 프레임(200) 내부에 충진된 접착용 레진이 경화되면 셀 적층체(100)가 모노 프레임(200)에 일체로 접착되어 고정될 수 있다.

이와 같이 본 실시예의 경우, 단위 파우치형 이차전지(110) 셀들을 고정하는 별도의 부품(카트리지) 없이, 파우치형 이차전지(110) 셀로 구성된 셀 적층체(100)가 모노 프레임(200) 내부에 접착 고정되기 때문에 모듈 내부에 불필요한 공간의 발생을 억제할 수 있어 배터리 모듈(10)의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 그리고 기존 대비 배터리 모듈(10)의 조립에 사용되는 부품 수를 감소시킴으로써 제조비를 낮출 수 있게 되며, 예컨대 볼트와 너트 같은 체결 수단을 사용하지 않으므로 조립 공정이 간소화될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 셀 가이드 프레임과 셀 적층체을 조립한 상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 3의 결합 사시도이다.

도 1 및 도 2와 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 가이드 프레임(300)을 더 포함한다.

셀 가이드 프레임(300)은 셀 적층체(100)의 적어도 일 측면을 지지하고, 셀 적층체(100)를 모노 프레임(200) 내부에 삽입시킬 때 셀 적층체(100)가 손상되지 않게 보호하며 셀 적층체(100)의 삽입을 원활하게 하는 가이드하는 역할을 할 수 있다.

본 실시예에 따른 셀 가이드 프레임(300)은, 셀 적층체(100)의 일 측면을 지지하는 제1 측면 플레이트(310), 상기 제1 측면 플레이트(310)에 교차하게 연결되어 셀 적층체(100)의 후면을 지지하는 후면 플레이트(320)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 측면 플레이트(310)와 상기 후면 플레이트(320) 중 어느 하나의 안쪽 판면에는 파우치형 이차전지(110) 셀들의 적층을 가이드하고 그 적층 위치를 홀딩시키는 셀 가이드 리브(340)가 구비된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 측면 플레이트(310)와 후면 플레이트(320)로 구성된 셀 가이드 프레임(300)은 대략 알파벳 "L"자 형태를 취할 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 도 3 및 도 4를 기준으로 제1 측면 플레이트(310)와 후면 플레이트(320)에 높이 방향을 따라 상호 간 소정 간격을 두고 수평 방향으로 돌출 형성된 복수의 가이드 리브(340)가 구비된다. 이러한 구성에 의해 상하로 이웃한 가이드 리브(340) 사이(도 6 참조)에 적어도 하나 이상의 파우치형 이차전지(110)들의 외주부가 끼워져 파우치형 이차전지(110)들이 지지될 수 있다.

이러한 셀 가이드 프레임(300)을 셀 적층체(100)에 장착한 경우, 셀 적층체(100)에서 장변 사이드 영역은 제1 측면 플레이트(310)에 의해 지지될 수 있고, 후면 다시 말해, 전극 리드(120)들이 없는 셀 적층체(100)의 단변 사이드 영역은 후면 플레이트(320)에 의해 지지될 수 있다. 참고로 제1 측면 플레이트(310)와 후면 플레이트(320)는 셀 적층체(100)의 적어도 지지할 수 있을 정도의 사이즈면 충분하기 때문에 반드시 셀 적층체(100)의 가로 또는 세로와 같게 일치시킬 필요는 없다. 그리고 셀 가이드 프레임(300)은 제작이 비교적 용이한 플라스틱 사출물일 수 있으나, 강성 및 열전도성을 고려하여 알루미늄 등의 금속 재질로 제작될 수도 있다.

이러한 셀 가이드 프레임(300)을 사용할 경우, 전술한 실시예보다 셀 적층체(100)의 삽입이 매우 쉬워질 수 있으며, 특히 셀 적층체(100) 삽입 과정에서 라미네이트 시트 재질의 파우치 케이스가 직접 모노 프레임(200)의 내벽에 접촉하지 않기 때문에 파우치 케이스의 손상을 막을 수도 있다. 또한, "L" 자형 셀 가이드 프레임(300)은 모노 프레임(200) 내부 공간을 최소한만 차지하여 배터리 셀들의 에너지 밀도를 크게 떨어뜨리지 않으면서 파우치형 이차전지(110)들의 조립 가이드 및 효과적인 지지체 역할을 할 수 있다.

구체적으로 도 4와 같이, 셀 적층체(100)를 셀 가이드 프레임(300)에 장착한 다음, 예컨대 모노 프레임(200)의 출입구(250)가 상부 방향을 향하도록 모노 프레임(200)을 세운 상태에서 셀 적층체(100)와 셀 가이드 프레임(300)을 모노 프레임(200) 속에 일체로 인입시킬 수 있다. 이 경우, 셀 가이드 프레임(300)은 셀 적층체(100)를 지지하며 모노 프레임(200)의 내벽을 따라 슬라이딩될 수 있다.

이와 같이 모노 프레임(200) 내부 공간에 삽입 배치된 셀 가이드 프레임(300)은, 제1 측면 플레이트(310)와 후면 플레이트(320)가 각각 모노 프레임(200)의 좌측면판(230) 내벽과 후면판 내벽에 대면하게 된다. 그리고 셀 적층체(100)의 우측면은 모노 프레임(200)의 우측면판(240)의 내벽에 대면하게 된다.

한편, 셀 가이드 프레임(300)에는 모노 프레임(200)의 레진 주입홀(232)과 연통하는 레진 통과홀(312)과, 상기 레진 통과홀(312)에서 소정 간격 떨어진 위치에 형성된 레진 충진 유도홀(314)을 더 구비된다.

본 실시예에서 레진 통과홀(312)과 레진 충진 유도홀(314)은 제1 측면 플레이트(310)에 구비된다. 상기 레진 통과홀(312)은 제1 측면 플레이트(310)가 위와 같이 모노 프레임(200) 내부에 삽입 배치된 때, 모노 프레임(200)의 좌측면판(230)에 형성되어 있는 레진 주입홀(232)과 같은 위치에 놓인다. 그리고 레진 충진 유도홀(314)은 셀 가이드 프레임(300)과 모노 프레임(200)의 내벽 사이로 접착용 레진(L)의 흐름을 유도하기 위한 홀로 셀 가이드 프레임(300)에만 구비된다.

도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 레진 통과홀(312)과 레진 충진 유도홀(314)은 셀 적층체(100)가 층상 배열되는 방향을 따라 제1 측면 플레이트(310)에 복수 개가 구비될 수 있으며, 상호 간 교번적으로 배치될 수 있다. 이를테면, 어느 하나의 레진 통과홀(312)을 기준으로 그 양쪽 옆으로 하나씩 레진 충진 유도홀(314)들이 배치될 수 있다. 이와 같은 구성의 셀 가이드 프레임(300)을 사용하면, 전술한 실시예와 마찬가지로 모노 프레임(200)의 레진 주입홀(232,242)에 접착용 레진(L)을 주액하여 모노 프레임(200) 내부에 레진을 충진시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하여 배터리 모듈(10)의 좌측면 내부 구조를 살펴보면, 상호 연통되어 있는 레진 주입홀(232)들과 레진 통과홀(312)들을 통해 모노 프레임(200) 외부에서 접착용 레진(L)을 주액하면 접착용 레진(L)이 제1 측면 플레이트(310)와 셀 적층체(100)의 좌측면 사이 빈 공간에 유입되고, 이렇게 유입된 접착용 레진(L)은 방사상으로 퍼져 상기 빈 공간에 충진될 수 있다.

그 다음, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 셀 적층체(100)와 제1 측면 플레이트(310) 사이에 충진된 접착용 레진(L)의 일부가 레진 충진 유도홀(314)들을 통해 제1 측면 플레이트(310)의 안쪽에서 바깥쪽으로 토출될 수 있다. 토출된 레진은 제1 측면 플레이트(310)와 모노 프레임(200)의 내벽 사이에 스며들어 충진될 수 있다.

참고로 본 실시예의 경우, 대략 제1 측면 플레이트(310)의 가운데에 상하 방향으로 3개의 레진 통과홀(312)과 상기 레진 통과홀(312) 좌우측에 각각 3개씩 레진 충진 유도홀(314)들이 분포하도록 설계하였으나, 이러한 레진 통과홀(312) 및 레진 충진 유도홀(314)의 형상 및 개수에 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 즉, 레진 통과홀들(312)과 레진 충진 유도홀들(314)은 접착성 레진(L)을 효과적으로 모노 프레임(200) 내부에 충진시킬 수 있는 형태 및 위치라면 본 실시예와 다르게 얼마든지 설계 변경될 수 있을 것이다.

이와 같이, 셀 가이드 프레임(300)은 레진 통과홀(312)과 레진 충진 유도홀(314)을 가지고 있기 때문에 모노 프레임(200)의 좌측면판(230) 내벽과 제1 측면 플레이트(310) 사이 틈새와 제1 측면 플레이트(310)와 셀 적층체(100)의 좌측면 사이 공간에 각각 접착용 레진(L)이 스며들어 충진될 수 있다. 따라서 배터리 모듈(10)의 좌측면은 모노 프레임(200)의 좌측면판(230), 제1 측면 플레이트(310), 셀 적층체(100)의 좌측면이 일체로 접착 고정된 구조를 갖는다.

한편, 다시 도 6 및 도 8을 참조하여 배터리 모듈(10)의 우측면 내부 구조를 살펴보면, 전술한 바와 같이 본 실시예의 셀 가이드 프레임(300)은 대략 알파벳 "L" 자 형이므로 셀 적층체(100)의 우측면과 모노 프레임(200)의 우측면판(240) 사이에는 아무런 구조물이 존재하지 않는다. 따라서 배터리 모듈(10)의 우측면은 모노 프레임(200)의 우측면판(240)과 셀 적층체(100)의 우측면이 일체로 접착 고정된 구조를 갖는다.

또한, 도 10을 참조하면, 모노 프레임(200) 내부에 접착 고정된 셀 적층체(100)는, ICB(inter connection borad) 조립체에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 ICB 조립체는 모노 프레임(200)의 출입구(250) 형상에 맞춤 제작되는 외곽 프레임과, 전극 리드(120)들과 전기적으로 연결 가능하게 내측에 마련되는 복수의 버스 바(미도시)들을 포함할 수 있다. 예컨대 외곽 프레임은 모노 프레임(200)의 출입구(250)에 둘레 방향을 따라 레이저 용접됨으로써 모노 프레임(200)에 장착될 수 있다.

이러한 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 적층체(100)의 양쪽 측면부가 모두 모노 프레임(200) 내부에 균일하게 접착 고정될 수 있으므로 외부 충격, 진동에 대한 기계적 내구성이 충분히 확보될 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 가이드 프레임(300)을 도시한 사시도이다.

본 실시예는 전술한 실시예와 셀 가이드 프레임(300) 구성에만 차이가 있을 뿐 나머지 구성은 동일하다. 따라서 전술한 실시예와 중복된 설명은 생략하고 차이점만 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 셀 가이드 프레임(300)은 제1 측면 플레이트(310), 후면 플레이트(320) 및 상기 후면 플레이트(320)에 교차하게 연결되고 상기 제1 측면 플레이트(310)와 대향하는 제2 측면 플레이트(330)를 더 포함할 수 있다.

제2 측면 플레이트(330)은 전술한 제1 측면 플레이트(310)와 마찬가지 형태로 레진 통과홀(332), 레진 충진 유도홀(334), 및 내측에 셀 가이드 리브(340)들을 갖는다. 즉, 본 실시예의 경우, 셀 가이드 프레임(300)은 대략 "ㄷ" 자 형으로 구현될 수 있다. 이러한 본 실시예의 셀 가이드 프레임(300) 구성에 의하면, 셀 적층체(100)의 좌측면, 후면, 우측면이 지지 및 홀딩된 상태로 모노 프레임(200) 내부에 셀 적층체(100)를 삽입시킬 수 있으므로 전술한 실시예의 경우보다 셀 적층체(100) 삽입 과정에서 파우치형 이차전지(110)들을 더 안전하게 보호할 수 있다. 또한, "ㄷ" 형 셀 가이드 프레임(300)은 상하 방향뿐만 아니라 좌우 방향으로도 셀 적층체(100)의 유동을 막아줌으로써 모노 프레임(200) 내부에서 셀 적층체(100)의 고정력이 더 강화될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용된 경우, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

10: 배터리 모듈 100: 셀 적층체
110: 파우치형 이차전지 120: 전극 리드
200: 모노 프레임 210: 상면판
220: 하면판 230: 좌측면판
240: 우측면판 232,242: 레진 주입홀
300: 셀 가이드 프레임 310: 제1 측면 플레이트
312,332: 레진 통과홀 314,334: 레진 충진 유도홀
320: 후면 플레이트 330: 제2 측면 플레이트
340: 셀 가이드 리브 400: ICB 조립체

Claims

일 방향으로 적층된 복수의 파우치형 이차전지 셀들로 구성된 셀 적층체;
박스 형태로 전면 및 후면 중 적어도 일 측에 개방된 출입구를 구비하고 상기 셀 적층체가 내부 공간에 수납 가능하게 마련되는 모노 프레임; 및
상기 셀 적층체의 적어도 일 측면부를 지지하며 상기 모노 프레임의 내벽에 대면하게 배치되는 셀 가이드 프레임을 포함하고,
상기 모노 프레임은 상기 내부 공간으로 접착용 레진을 주액할 수 있게 양쪽 측면판 중 적어도 일 측면판에 레진 주입홀을 구비하고,
상기 셀 가이드 프레임은 상기 레진 주입홀과 같은 위치에 놓여 연통하는 레진 통과홀;과 상기 레진 통과홀에서 소정 간격 떨어진 위치에서 상기 모노 프레임의 내벽에 대향하고 상기 셀 가이드 프레임에만 형성된 레진 충진 유도홀을 구비하며,
상기 셀 적층체의 적어도 일 측면부와 상기 셀 가이드 프레임은 상기 접착용 레진에 의해 상기 모노 프레임의 내벽에 접착 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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제1항에 있어서,
상기 셀 가이드 프레임은,
상기 레진 통과홀 및 상기 레진 충진 유도홀을 구비하며 상기 셀 적층체의 일 측면을 지지하는 제1 측면 플레이트와 상기 제1 측면 플레이트에 교차하게 연결되어 상기 셀 적층체의 후면을 지지하는 후면 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 레진 주입홀은 상기 모노 프레임의 양쪽 측면판에 각각 형성되며,
상기 셀 적층체의 일 측면은 상기 제1 측면 플레이트에 접착 고정되고, 상기 셀 적층체의 타 측면은 상기 모노 프레임의 내벽에 접착 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 레진 통과홀과 상기 레진 충진 유도홀은 상기 셀 적층체가 층상 배열된 방향을 따라 복수 개가 구비되되, 상기 레진 통과홀과 상기 레진 충진 유도홀은 상호 간 교번적으로 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 셀 가이드 프레임은,
상기 레진 통과홀 및 상기 레진 충진 유도홀을 구비하며 상기 후면 플레이트에 교차하게 연결되어 상기 셀 적층체의 타 측면을 지지하는 제2 측면 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 셀 가이드 프레임은 높이 방향을 따라 상호 간 소정 간격을 두고 수평 방향으로 돌출 형성된 복수의 셀 가이드 리브를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.