KR20170068261A - 엔드 플레이트의 구조가 개선된 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리; 및 상기 셀 어셈블리의 적어도 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 엔드 플레이트 부재;를 포함하고, 상기 엔드 플레이트 부재는, 엔드 플레이트의 두께방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 개시한다.

Description

엔드 플레이트의 구조가 개선된 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재{SECONDARY BATTERY MODULE IMPROVED IN END PLATE STRUCTURE AND END PLATE MEMBER FOR THE SAME}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 셀들이 집합되어 있는 셀 어셈블리에 엔드 플레이트가 결합되어 있는 구조를 가진 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재에 관한 것이다.

일반적으로, 배터리 모듈은 다수의 셀들이 직렬 및/또는 병렬 연결을 통해 집합된 구조로 형성된다. 이러한 배터리 모듈은 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같은 형상으로 제작된다. 도 1에는 다수의 셀들이 일방향으로 배열되어 적층된 셀 어셈블리(10)와, 셀 어셈블리(10)를 감쌀 수 있는 엔드 플레이트(21)를 가진 케이스(20)를 구비한 배터리 모듈이 도시되어 있다.

그런데, 배터리 모듈은 셀의 과충전 등으로 인해 모듈에 스웰링(Swelling)이 발생하게 되면 셀 어셈블리(10)가 변형됨과 동시에 양측단의 엔드 플레이트(21)가 도 2에 도시된 바와 같이 모듈 바깥 방향으로 볼록하게 팽창되는 문제가 발생한다.

이러한 팽창 문제를 고려하여 배터리 모듈 내에 여유공간(Margin)을 미리 확보할 수도 있으나, 여유공간의 확보는 모듈의 크기 증가를 초래하므로, 별도의 여유공간 확보는 적절한 해결방안이 될 수 없다.

대안으로, 셀 어셈블리의 양측에 강성을 가진 엔드 플레이트를 배치하여 배터리 모듈의 팽창을 억제하는 기술이 통상적으로 사용되고 있으나, 강제적으로 배터리 모듈의 팽창을 억제할 경우 셀의 수명(SOH)에 악영향을 끼칠 수 있다. 즉, 어느 정도의 팽창을 허용하면서도, 팽창에 따른 측방향 최대 변위를 제한할 필요가 있다.

배터리 모듈의 스웰링과 관련된 기술로서 특허문헌 1에는 래미네이트 셀의 내압이 변화해 래미네이트 셀에 두께 변동이 일어났을 때, 대를 이루는 탄성부가 탄성변형함으로써 래미네이트 셀의 두께 변동을 흡수하여 래미네이트 셀의 중심 위치 및 전극 단자의 위치가 변위하지 않는 배터리팩이 게재되어 있다.

특허문헌 2에는 이차 전지 모듈의 엔드 플레이트에 굴곡부를 형성하여 단위 전지의 부피 팽창 시 발생되는 굽힘 변형을 방지하는 이차 전지 모듈이 게재되어 있다.

상기와 같은 기술들이 제시되었음에도 불구하고, 종래에는 스웰링에 따른 엔드 플레이트의 팽창을 어느 허용하면서도 팽창에 따른 엔드 플레이트의 측방향 변위를 적정 수준으로 제어할 수 있는 기술적 수단이 제시된 바가 없어 이에 대책이 요구된다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 제2005-108693호 특허문헌 2: 한국 공개특허 제2007-0025734호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 스웰링의 발생 시 엔드 플레이트의 팽창을 허용하면서도 엔드 플레이트의 최대 변위를 제한할 수 있는 구조를 가진 배터리 모듈 및 이를 위한 엔드 플레이트 부재를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리; 및 상기 셀 어셈블리의 적어도 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 엔드 플레이트 부재;를 포함하고, 상기 엔드 플레이트 부재는, 엔드 플레이트의 두께방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈이 제공된다.

상기 프레임부는 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향 중심 부분에서 상기 엔드 플레이트 부재의 높이방향으로 연장되어 있는 제1 프레임을 구비하고, 상기 공극부는 상기 제1 프레임을 기준으로 양편에 대칭되게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 프레임부는 상기 제1 프레임과 이어지고 상기 제1 프레임에 대하여 수직을 이루며 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 제2 프레임을 구비하고, 상기 공극부는 상기 제2 프레임을 기준으로 상하 대칭되게 형성될 수 있다.

상기 공극부는 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 장방형 홀에 의해 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 셀 어셈블리의 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재에 있어서, 엔드 플레이트의 두께 방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재가 제공된다.

본 발명에 따르면 셀의 과충전 등으로 인해 배터리 모듈에 스웰링이 발생했을 때 엔드 플레이트의 팽창 정도를 적정 수준으로 허용함으로써 강성을 확보하면서도 셀의 수명에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 배터리 모듈의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 배터리 모듈에 스웰링이 발생한 예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 구성을 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 아니되며, 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈의 주요 구성을 도시한 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀 어셈블리(100)와, 셀 어셈블리(100)의 양단부를 커버링하는 엔드 플레이트(111)를 가진 엔드 플레이트 부재(110)를 포함한다.

셀 어셈블리(100)를 이루는 각각의 셀은 얇은 판상 몸체를 갖는 것으로서, 바람직하게 파우치형 이차전지에 의해 구성된다. 복수개의 셀은 일방향으로 배열되어 실질적으로 적층 구조를 이룬다.

엔드 플레이트 부재(110)는 셀 어셈블리(100)의 양단 최외측을 커버링하여 셀들을 고정하는 전,후 한 쌍의 엔드 플레이트(111)와, 상기 한 쌍의 엔드 플레이트(111)를 서로 연결하는 상부 플레이트(112)를 포함한다. 엔드 플레이트 부재(110)는 셀 어셈블리(100)에 대한 기계적 강성을 제공하고, 셀 어셈블리(100)를 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 엔드 플레이트 부재(110)는 스틸 등의 금속 재질로 구성될 수 있다.

엔드 플레이트 부재(110)는, 엔드 플레이트(111)의 두께 방향으로 뚫린 홀(Hole)로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부(120)와, 인접한 공극부(120)들 사이에 위치하는 프레임부(121)를 구비한다.

공극부(120)는 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향으로 연장되게 형성된 장방형의 홀에 의해 제공된다.

프레임부(121)는 스웰링 시 최대 변위가 발생하는 위치인 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향 중심 부분에서 상기 엔드 플레이트 부재(110)의 높이방향으로 연장되어 있는 제1 프레임(121a)을 구비한다. 이때, 공극부(120)는 제1 프레임(121a)을 기준으로 양편에 대칭되게 형성되어 최대 변위가 발생하는 위치를 엔드 플레이트의 길이방향 양편으로 대칭성 있게 분산시키는 작용을 한다.

엔드 플레이트 부재(110)에 있어서 최대 변위가 발생하는 위치에 대한 분산 효과를 더욱 높이기 위해 프레임부(121)에는 제2 프레임(121b)이 구비된다. 제2 프레임(121b)은 제1 프레임(121a)과 이어지고 상기 제1 프레임(121a)에 대하여 수직을 이루며 상기 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향으로 연장되게 형성된다. 이때, 제2 프레임(121b) 주변의 공극부(120)는 제2 프레임(121b)을 기준으로 상하로 대칭되게 형성된다. 이러한 구성에 따르면 엔드 플레이트 부재(110)에 있어서 최대 변위가 발생하는 위치를 사방으로 분산시킬 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 엔드 플레이트 부재(110)에 제1 프레임(121a)만이 구비되는 경우에는 공극부(120)는 제1 프레임(121a)을 중심으로 양편에 각각 하나씩 구비된다.

상부 플레이트(112)은 한 쌍의 엔드 플레이트(111)의 상단을 서로 연결하여 일체화한다. 부가적으로, 상부 플레이트(112)에는 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 복수의 통공(113)이 형성되어 보다 효과적으로 응력을 분산시킬 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈은 셀의 과충전 등에 의해 스웰링이 발생함에 따라 엔드 플레이트 부재(110)의 길이방향 중심 부분에서 최대 변위가 발생할 때 강성이 큰 제1 프레임(121a)에 의해 변형(처짐)이 억제됨과 동시에 상대적으로 강성이 약한 주변의 공극부(120)로 변형(처짐)이 분산되는 효과를 기대할 수 있다.

상기와 같은 작용에 의해, 스웰링 발생 시 엔드 플레이트 부재(110)의 팽창 정도를 적정 수준으로 허용하여 강성을 유지하면서도 셀의 수명에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 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.

100: 셀 어셈블리 110: 엔드 플레이트 부재
111: 엔드 플레이트 112: 상부 플레이트
120: 공극부 121: 프레임부
121a: 제1 프레임 121b: 제2 프레임

Claims (8)

1. 복수개의 셀이 일방향으로 배열되어 있는 셀 어셈블리; 및
   상기 셀 어셈블리의 적어도 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 엔드 플레이트 부재;를 포함하고,
   상기 엔드 플레이트 부재는, 엔드 플레이트의 두께방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하고 강성을 갖는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프레임부는, 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향 중심 부분에서 상기 엔드 플레이트 부재의 높이방향으로 연장되어 있는 제1 프레임을 구비하고,
   상기 공극부는 상기 제1 프레임을 기준으로 양편에 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 프레임부는, 상기 제1 프레임과 이어지고 상기 제1 프레임에 대하여 수직을 이루며 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 제2 프레임을 구비하고,
   상기 공극부는 상기 제2 프레임을 기준으로 상하 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공극부는 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 장방형 홀에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 셀 어셈블리의 셀 배열방향 최외측을 커버링하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재에 있어서,
   엔드 플레이트의 두께 방향으로 뚫린 홀로 이루어진 적어도 둘 이상의 공극부와, 인접한 공극부들 사이에 위치하는 프레임부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재.
6. 제5항에 있어서,
   상기 프레임부는, 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향 중심 부분에서 상기 엔드 플레이트 부재의 높이방향으로 연장되어 있는 제1 프레임을 구비하고,
   상기 공극부는 상기 제1 프레임을 기준으로 양편에 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재.
7. 제6항에 있어서,
   상기 프레임부는, 상기 제1 프레임과 이어지고 상기 제1 프레임에 대하여 수직을 이루며 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 제2 프레임을 구비하고,
   상기 공극부는 상기 제2 프레임을 기준으로 상하 대칭되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공극부는 상기 엔드 플레이트 부재의 길이방향으로 연장된 장방형 홀에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 엔드 플레이트 부재.

Images