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KR20170140694A - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 - Google Patents

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차 Download PDF

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KR20170140694A
KR20170140694A KR1020160073360A KR20160073360A KR20170140694A KR 20170140694 A KR20170140694 A KR 20170140694A KR 1020160073360 A KR1020160073360 A KR 1020160073360A KR 20160073360 A KR20160073360 A KR 20160073360A KR 20170140694 A KR20170140694 A KR 20170140694A
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electrode
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문정오
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 상기 전극 조립체와 연결되며 상기 케이스의 외부로 노출되는 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 전극 리드를 가지는 복수개의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결 부재를 포함하되, 복수개의 상기 배터리 셀은 제1방향으로 나란하게 배치되는 제1 배터리 그룹 및 상기 제1 배터리 그룹과 상기 전극 리드가 서로 마주보도록 위치하며, 상기 제1방향으로 나란하게 배치되는 제2 배터리 그룹을 포함하고, 상기 연결 부재는 상기 제1 배터리 그룹과 상기 제2 배터리 그룹 사이에 위치하며, 상기 배터리 셀들의 상기 전극 리드들은 상기 연결 부재에 각각 연결되되, 상기 제1 배터리 그룹의 어느 하나의 배터리 셀의 전극 리드는 상기 연결 부재의 상면 또는 하면 중 어느 하나와 접촉하며,
상기 어느 하나의 배터리 셀과 마주보며 위치하는 상기 제2 배터리 그룹의 배터리 셀의 전극 리드는 상기 연결 부재의 상면 또는 하면 중 다른 하나와 접촉되는 배터리 모듈을 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK COMPRISING THE BATTERY MODULE AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차에 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.
전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 배터리 셀들을 포함하는 다수의 배터리 모듈을 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 개개의 배터리 셀은 전극 조립체로서, 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 배터리 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
일반적으로 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈 구조는 다수의 배터리 셀을 적층시킨 후, 이러한 배터리 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결시킨다.
배터리 셀들의 전기적 연결을 위해, 각각의 배터리 셀들의 전극 리드들은 어느 한 방향으로 구부린 다음 각각의 전극 리드들을 용접에 의해 결합시킬 수 있다. 일반적으로 복수개의 배터리 셀들을 일방향으로 나란하게 배치한다. 이 때 배터리 셀들의 전극 리드들 역시 배터리 셀의 면 중 어느 한 방향으로 나란하게 배치되도록 배치한다. 이 후, 전극 리드들의 배터리 셀의 일면의 상부 또는 하부 공간에서 전극 리드들을 결합시킨다. 이 경우 다수의 전극 리드들을 결합시키기 위해서 배터리 모듈에 전극 리드들의 결합을 위한 별도의 공간(배터리 셀들의 상부 및 하부 공간)이 필요하며, 이러한 공간은 배터리 모듈 내에서 일정 공간을 차지하여, 배터리 모듈의 에너지 체적 효율 측면에서 다소 불리한 요소로 작용할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 인식하고, 배터리 모듈의 에너지 체적 효율을 증가시키기 위한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 배터리 셀들과 이들의 전기적으로 결합시키는 연결 부재의 배치 및 구조를 새롭게 제공하여, 배터리 모듈의 에너지 체적 효율을 증가시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 그리고 자동차를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 복수개의 배터리 셀을 가지는 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배터리 모듈은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 상기 전극 조립체와 연결되며 상기 케이스의 외부로 노출되는 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 전극 리드를 가지는 복수개의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결 부재를 포함하되, 복수개의 상기 배터리 셀은 제1방향으로 나란하게 배치되는 제1 배터리 그룹 및 상기 제1 배터리 그룹과 상기 전극 리드가 서로 마주보도록 위치하며, 상기 제1방향으로 나란하게 배치되는 제2 배터리 그룹을 포함하고, 상기 연결 부재는 상기 제1 배터리 그룹과 상기 제2 배터리 그룹 사이에 위치하며, 상기 배터리 셀들의 상기 전극 리드들은 상기 연결 부재에 각각 연결되되, 상기 제1 배터리 그룹의 어느 하나의 배터리 셀의 전극 리드는 상기 연결 부재의 상면 또는 하면 중 어느 하나와 접촉하며, 상기 어느 하나의 배터리 셀과 마주보며 위치하는 상기 제2 배터리 그룹의 배터리 셀의 전극 리드는 상기 연결 부재의 상면 또는 하면 중 다른 하나와 접촉될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 배터리 셀은 상기 전극 조립체가 수납되는 수납부와 상기 수납부를 실링하는 실링부를 포함하고, 상기 연결 부재와 상기 전극 리드는 용접에 의해 결합하며, 상기 연결 부재와 상기 전극 리드의 용접 위치는 상기 실링부와 대향하는 영역 내에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 어느 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 상기 연결 부재의 용접 위치는 상기 다른 하나의 배터리 셀의 실링부와 대향하는 영역 내에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 다른 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 상기 연결 부재의 용접 위치는 상기 어느 하나의 배터리 셀의 실링부와 대향하는 영역 내에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 케이스는, 테두리부가 상호 실링된 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하되, 상기 전극 조립체가 수납되는 수납 공간은 상부 파우치 또는 하부 파우치 중 어느 하나에만 형성되고, 상기 연결 부재를 통해 상호 연결된 배터리 셀은 서로 다른 파우치에 상기 수납 공간이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 배터리 셀의 상기 양극 리드 및 상기 음극 리드는 상기 케이스의 동일 측면으로 노출되며, 상기 어느 하나의 배터리 셀의 양극 리드 및 음극 리드는 상기 다른 하나의 배터리 셀의 양극 리드 및 음극 리드와 적어도 표면의 일부 영역이 상기 연결 부재를 중심으로 대향되게 위치할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 연결 부재 중 상부에서 바라 볼 때, 상기 제1방향과 수직한 제2방향의 양단부가 상기 연결 부재를 통해 상호 연결된 양 배터리 셀의 수납부와 각각 소정거리 이격되어 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 연결 부재의 하면 중 적어도 일부는 상기 어느 하나의 배터리 셀의 실링부의 일면과 접촉하며, 상기 연결 부재의 상면 중 적어도 일부는 상기 다른 하나의 배터리 셀의 실링부의 일면과 접촉할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 배터리 모듈은 내부 공간을 가지며, 상기 내부 공간에 상기 제1 배터리 그룹, 상기 제2 배터리 그룹 그리고 상기 연결 부재가 위치하는 셀 프레임을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀들의 전극 리드 및 연결 부재의 결합 구조를 다르게 적용하여, 배터리 모듈의 에너지 체적 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 연결 부재의 상면 및 하면에 각각 배터리 셀의 전극 리드들을 결합하여 전극 리드들의 결합 공간을 최소로 할 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈 중 셀 프레임의 상체를 제외한 평면도이다.
도 4는 도 1의 배터리 셀의 분해 사시도이다.
도 5는 도 1의 배터리 셀의 결합 사시도이다.
도 6은 도 2의 배터리 모듈을 A-A 방향에서 바라본 단면도이다.
도 7은 도 6의 연결 부재와 전극 리드의 용접위치를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 결합 사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈 중 셀 프레임의 상체를 제외한 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 배터리 모듈(10)은 복수개의 배터리 셀(100)을 가진다. 배터리 셀(100)은 이차 전지로 제공될 수 있다. 일 예로 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지로 제공될 수 있다. 이하, 본 발명의 배터리 셀(100)을 파우치형 이차 전지로 제공되는 것을 예로 들어 설명한다.
배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100), 연결 부재(200), 셀 프레임(300) 그리고 커넥터(400)를 포함한다.
배터리 셀(100)은 복수개가 제공될 수 있다. 복수개의 배터리 셀(100)은 제1 배터리 그룹(101) 및 제2 배터리 그룹(102)을 포함한다.
제1 배터리 그룹(101)의 배터리 셀(100)들은 제1방향(12)으로 나란하게 배치될 수 있다. 여기서, 제1 배터리 그룹(101)의 배터리 셀(100)들이 나란하게 배치되는 방향을 제1방향(12)이라 한다. 상부에서 바라 볼 때, 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 한다. 제1방향(12) 및 제2방향(14)에 모두 수직한 방향을 제3방향(16)이라 한다.
제2 배터리 그룹(102)의 배터리 셀(100)들은 제1방향(12)으로 나란하게 배치될 수 있다. 제1 배터리 그룹(101)과 제2 배터리 그룹(102)은 제2방향(14)으로 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 제1 배터리 그룹(101)과 제2 배터리 그룹(102)은 각각의 배터리 셀(100)들의 전극 리드(140)가 서로 마주보도록 위치 할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 제1 배터리 그룹(101) 및 제2 배터리 그룹(102)의 배터리 셀(100)이 각각 6개씩 제공되는 것을 예로 들었으나, 배터리 셀(100)들의 개수는 이에 한정되지 않는다.
도 4는 도 1의 배터리 셀의 분해 사시도이고, 도 5는 도 1의 배터리 셀(100)의 결합 사시도이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 배터리 셀(100)은 케이스(110), 전극 조립체(120), 전극 탭(130) 그리고 전극 리드(140)를 포함한다.
케이스(110)는 수납 공간(151)을 가진다. 케이스(110)의 내부에는 후술하는 전극 조립체(120) 및 전해액이 위치한다. 케이스(110)의 중앙 영역은 상부 방향으로 돌출되어 제공된다. 케이스(110)는 상부 파우치(111)와 하부 파우치(112)를 포함한다.
상부 파우치(111)와 하부 파우치(112)는 서로 조합되어 수납 공간(151)을 형성한다. 상부 파우치(111)의 중앙 영역은 상부 방향으로 돌출된 오목한 형태를 가진다. 하부 파우치(112)는 상부 파우치(111)의 제3방향(16)의 하부에 위치한다.
상술한 예에서는 상부 파우치(111)에만 수납 공간이 형성되는 예를 들어 설명하였으나, 이와는 달리, 케이스(110)의 수납 공간(151)은 하부 파우치(112)에 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상부 파우치(111) 및 하부 파우치(112) 모두에 형성될 수 있다.
상부 파우치(111)와 하부 파우치(112)는 각각 실링부(160)를 가진다. 상부 파우치(111)의 실링부(160)와 하부 파우치(112)의 실링부(160)는 서로 마주보는 형태로 제공될 수 있다. 상부 파우치(111)의 실링부(160) 및 하부 파우치(112)의 실링부(160)는 내측에 위치한 내부 접착층이 열융착 등에 의해 서로 접착 될 수 있다. 실링부(160)의 접착을 통해서 수납 공간(151)은 밀폐될 수 있다.
케이스(110)의 수납 공간(151)에는 전해액 및 전극 조립체(120)가 수납된다. 케이스(110)는 외부 절연층, 금속층, 그리고 내부 접착층을 가질 수 있다. 외부 절연층은 외부의 수분, 가스 등이 내부로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 금속층은 케이스(110)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 금속층은 알루미늄으로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 금속층은 철, 탄소, 크롬, 망간의 합금, 철 니켈 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나로 제공될 수 있다. 금속층이 철이 함유된 재질을 사용하는 경우, 기계적 강도가 강해질 수 있다. 금속층이 알루미늄 재질로 사용하는 경우 연성이 좋을 수 있다. 금속층의 바람직한 실시예로 알루미늄이 제공될 수 있다. 외부 절연층 및 내부 접착층은 폴리머 재질로 제공될 수 있다.
전극 조립체(120)는 양극판, 음극판 그리고 분리막을 포함한다. 전극 조립체(120)는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(120)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 형태로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 형태로 제공될 수 있다.
전극 조립체(120)의 전극판들은 집전체 및 집전체의 일면 또는 양면에 도포된 활물질 슬러리를 포함한다. 활물질 슬러리는 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 그리고 가소제 등의 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 각각의 전극판들은 활물질 슬러리가 도포되지 않는 영역에 해당하는 무지부를 가질 수 있다. 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭(130)이 형성될 수 있다.
전극 탭(130)은 전극 조립체(120)로부터 돌출된 형태로 연장 형성된다. 전극 탭(130)은 양극 탭(131)과 음극 탭(132)을 포함한다. 양극 탭(131)은 양극판의 무지부에서 연장될 수 있으며, 음극 탭(132)은 음극판의 무지부에서 연장될 수 있다.
양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 배터리 셀(100)에 각각 하나씩 구비될 수 있다. 이와는 달리 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 복수개 구비될 수도 있다. 일 예로 배터리 셀(100)의 전극 조립체(120)에 양극판과 음극판이 각각 1개만 포함된 경우, 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 각각 1개씩 포함될 수 있다. 이와 달리, 양극 탭(131)과 음극 탭(132)은 각각 다수 포함될 수 있다. 전극 조립체(120)에 양극판과 음극판이 각각 다수 포함된 경우, 양극 탭(131)과 음극 탭(132) 역시 다수 개 포함될 수 있으며, 1개의 전극판마다 각각 전극 탭(130)이 구비될 수 있다.
전극 리드(140)는 배터리 셀(100)을 외부의 다른 장치와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 전극 리드(140)는 양극 리드(141)와 음극 리드(142)를 포함할 수 있다. 전극 리드(140)는 케이스(110)의 내측에서 외측까지 연장되는 형태로 제공될 수 있다. 전극 리드(140)의 일부 영역은 실링부(160) 사이에 개재될 수 있다. 전극 리드(140)는 전극 탭(130)과 연결된다. 본 발명의 전극 리드(140)는 케이스(110)의 일측에 양극 리드(141)와 음극 리드(142)가 모두 제공될 수 있다.
배터리 셀(100)은 수납부(150)와 실링부(160)를 가진다. 여기서, 수납부(150)는 배터리 셀(100)에서 전극 조립체(120)가 수납되는 부분이다. 실링부(160)는 케이스(110) 중 수납부(150)를 둘러싸는 네 측면 실링되는 부분이다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 연결 부재(200)는 제1 배터리 그룹(101)의 배터리 셀(100) 및 제2 배터리 그룹(102)의 배터리 셀(100)들을 전기적으로 연결할 수 있다. 연결 부재(200)는 제1 배터리 그룹(101) 및 제2 배터리 그룹(102) 사이에 위치할 수 있다. 제1 배터리 그룹(101), 연결 부재(200) 그리고 제2 배터리 그룹(102)은 순차적으로 제2방향(14)을 따라 나란하게 배치될 수 있다. 연결 부재(200)는 그 길이 방향이 제1방향(12)으로 연장된 형태로 제공될 수 있다. 제1 배터리 그룹(101)과 제2 배터리 그룹(102)은 연결 부재(200)를 기준으로 대칭되게 위치 할 수 있다.
연결 부재(200)는 제1 배터리 그룹(101)의 배터리 셀(100)들의 전극 리드(140)들이 결합될 수 있다. 또한, 연결 부재(200)에는 제2 배터리 그룹(102)의 배터리 셀(100)들의 전극 리드(140)들이 결합될 수 있다. 일 예로 제1 배터리 그룹(101)의 어느 하나의 배터리 셀(100)의 전극 리드(140)는 연결 부재(200)의 상면(201) 또는 하면(202) 중 어느 하나와 접촉할 수 있다.
제1 배터리 그룹(101)의 어느 하나의 배터리 셀(100)과 마주보며 위치하는 제2 배터리 그룹(102)의 배터리 셀(100)의 전극 리드(140)는 연결 부재(200)의 상면(201) 또는 하면(202) 중 다른 하나와 접촉 될 수 있다.
여기서, 제1 배터리 그룹(101)의 어느 하나의 배터리 셀(104)을 제1 배터리 셀(104)로 정의한다. 제1 배터리 셀(104)과 마주보며 위치하는 제2 배터리 그룹(102)의 배터리 셀(103)을 제2 배터리 셀(103)로 정의한다.
도 6은 도 2의 배터리 모듈을 A-A 방향에서 바라본 단면도이다. 이하, 도 6을 참고하면, 연결 부재(200)와 배터리 셀(100)들의 연결 관계를 구체적으로 설명한다.
제1 배터리 셀(104)과 제2 배터리 셀(103)의 사이에 연결 부재(200)가 위치할 수 있다. 제1 배터리 셀(104)의 전극 리드(140)는 연결 부재(200)의 하면(202)과 접촉할 수 있다. 제2 배터리 셀(103)의 전극 리드(140)는 연결 부재(200)의 상면(201)과 접촉할 수 있다. 일 예로 제1 배터리 셀(104)의 전극 리드(140)와 제2 배터리 셀(103)의 전극 리드(140)는 연결 부재(200)를 기준으로 제3방향(16)의 상하로 위치할 수 있다. 제1 배터리 셀(104)의 전극 리드(140)와 제2 배터리 셀(103)의 전극 리드(140)는 적어도 표면의 일부 영역이 연결 부재(200)를 중심으로 대향되게 위치할 수 있다.
도면에 도시 하지 않았으나, 연결 부재(200)에 연결된 각각의 배터리 셀(100)들은 직렬 또는 병렬로 연결 될 수 있다. 일 예로 연결 부재(200)에 연결된 배터리 셀(100)들의 양극 리드들은 연결 부재(200)의 내부에 하나의 연결부(미도시)를 통해서 연결 될 수 있다. 또한, 연결 부재(200)에 연결된 배터리 셀(100)의 음극 리드들은 연결 부재(200)의 내부에 하나의 연결부(미도시)를 통해서 연결 될 수 있다. 이와는 달리, 인접하는 배터리 셀(100)들의 전극 리드(140)들을 연결 부재(200)의 내부에 별도의 연결부(미도시)를 통해서 연결하여 직렬 연결 시킬 수 있다.
연결 부재(200)의 상하면(201,202)에 각각 제1 배터리 셀(104)의 전극 리드(140) 및 제2 배터리 셀(103)의 전극 리드(140)를 접촉 결합하는 것은, 전극 리드(140)를 구부려 별도의 공간에서 결합시키는 것에 비해, 결합 공간이 비교적 적게 차지할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(10)에서 전극 리드(140)들의 전기적 결합 공간을 절약하여, 배터리 모듈(10)의 에너지 체적 효율을 향상 시킬 수 있다.
연결 부재(200)의 하면(202) 중 적어도 일부는 제1 배터리 셀(104)의 실링부(160)와 접촉할 수 있다. 연결 부재(200)의 상면(201) 중 적어도 일부는 제2 배터리 셀(103)의 실링부(160)와 접촉 할 수 있다.
연결 부재(200)의 제2방향(14)의 양단부(203,204)는 각각 배터리 셀(100)의 수납부(150)와 일정거리 이격되어 위치할 수 있다. 일 예로 연결 부재(200)의 제2방향(14) 일측 단부(203)는 제1 배터리 셀(104)의 수납부(150)와 일정 거리 이격되어 위치할 수 있다. 연결 부재(200)의 제2방향(14) 타측 단부(204)는 제2 배터리 셀(103)의 수납부(150)와 일정 거리 이격되어 위치할 수 있다.
연결 부재(200)를 통해서 상호 연결된 배터리 셀(100)들은 서로 다른 파우치에 수납 공간(151)이 형성될 수 있다. 일 예로 제1 배터리 셀(104)과 제2 배터리 셀(103)은 연결 부재(200)를 기준으로 회전 대칭되게 위치할 수 있다. 일 예로 제1 배터리 셀(104)은 상부 파우치(111)에 수납 공간(151)이 형성된 형태로 위치할 수 있다. 제2 배터리 셀(103)은 하부 파우치(112)에 수납 공간(151)이 형성된 형태로 위치할 수 있다. 여기서, 제1 배터리 셀(104) 및 제2 배터리 셀(103)의 상부 파우치(111) 및 하부 파우치(112)는 도 6의 제3방향(16)의 상부에 위치하는 것을 상부 파우치(111)로, 제3방향(16)의 하부에 위치하는 것을 하부 파우치(112)로 정의한다.
상술한 바와 같이 연결 부재(200)를 기준으로 제2방향(14)으로 마주보는 배터리 셀(100)들이 서로 회전 대칭되게 제공되어 배터리 모듈(10) 내에 빈 공간을 최소로 할 수 있다. 배터리 모듈(10) 내에 빈 공간을 최소로 하여, 배터리 모듈(10)의 에너지 체적 효율을 향상 시킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10) 사이에 위치하는 연결 부재(200)의 상하면(201,202)에 각각 전극 리드(140)들의 접촉시키고, 각각의 배터리 셀(100)의 실링부(160)의 상부 공간으로 연결 부재(200)가 위치하도록 하여, 배터리 셀(100)들 사이의 빈 공간을 최대한 활용할 수 있다. 이를 통해서 배터리 모듈(10)의 에너지 체적 효율을 향상 시킬 수 있다.
도 7은 도 6의 연결 부재와 전극 리드의 용접 위치를 보여주는 도면이다.
도 7을 참고하면, 연결 부재(200)와 전극 리드(140)는 용접으로 결합될 수 있다. 제1 배터리 셀(104)의 전극 리드(140)는 연결 부재(200)의 하면(202)과 접촉하며, 용접으로 결합될 수 있다. 제2 배터리 셀(103)의 전극 리드(140)는 연결 부재(200)의 상면(201)과 접촉하며, 용접으로 결합될 수 있다.
연결 부재(200)와 전극 리드(140)의 용접 위치(WF)는 배터리 셀(100)의 실링부(160)와 대향하는 영역 내에 위치할 수 있다. 일 예로 제1 배터리 셀(104)의 전극 리드(140)와 연결 부재(200)의 용접 위치(WF)는 제3방향(16)의 상부에 위치하는 제1 배터리 셀(104)의 실링부(160)와 대향하는 영역 내에 위치할 수 있다. 제2 배터리 셀(103)의 전극 리드(140)와 연결 부재(200)의 용접 위치(WF)는 제3방향(16)의 하부에 위치하는 제2 배터리 셀(103)의 실링부(160)와 대향하는 영역 내에 위치할 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)의 실링부(160), 연결 부재(200) 그리고 용접 위치(WF)는 제3방향(16)의 상하로 적층되어 위치할 수 있다.
용접 방법은 초음파 용접, 레이저 용접 등 공지의 다양한 용접 방법으로 수행 될 수 있다.
본 발명은 연결 부재(200)와 전극 리드(140)의 결합 시 전극 리드(140)를 구부리지 않은 상태에서 연결 부재(200)의 상하면(201,202)에 접촉하여, 용접으로 결합시켜 연결 부재(200)와 전극 리드(140)의 결합이 용이하다. 또한, 전극 리드(140)는 연결 부재(200)의 상하면(201,202)과 접촉 결합되어, 전극 리드(140)들의 결합 시 별도의 공간을 제공하지 않아 배터리 모듈(10)에서 전극 리드(140)들의 결합 공간을 최소로 할 수 있다. 이를 통해서 배터리 모듈(10)의 에너지 체적 효율을 향상 시킬 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하며, 셀 프레임(300)은 내부에 배터리 모듈(10)의 구성 요소가 위치될 수 있다. 셀 프레임(300)은 외부의 충격으로부터 내부의 배터리 셀(100)들을 보호할 수 있다.
셀 프레임(300)은 내부 공간을 가진다. 내부 공간에는 제1 배터리 그룹(101), 연결 부재(200), 그리고 제2 배터리 그룹(102)이 위치할 수 있다. 제1 배터리 그룹(101), 연결 부재(200) 그리고 제2 배터리 그룹(102)은 순차적으로 제2방향(14)을 따라 위치할 수 있다.
셀 프레임(300) 전체적으로 직육면체 형상으로 제공될 수 있다. 셀 프레임(300)은 열 전도가 좋으며, 강성이 좋은 재질로 제공될 수 있다. 셀 프레임(300)은 금속 재질로 제공될 수 있다. 일 예로 셀 프레임(300)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 셀 프레임(300)의 내측면 중 일부는 배터리 셀(100)과 접촉하여 제공될 수 있다. 셀 프레임(300)은 배터리 셀(100)과 접촉하여, 배터리 셀(100)에서 발생된 열을 전도 받아 외부로 배출 할 수 있다. 즉, 셀 프레임(300)은 열 전도도가 좋은 재질로 제공되어, 배터리 셀(100)에서 발생된 열을 외부로 방출해 배터리 셀(100)을 냉각시킬 수 있다.
셀 프레임(300)은 상체(310)와 하체(320)를 가진다. 상체(310)는 상부에서 바라 볼 때, 사각형 형상으로 제공될 수 있다. 상체(310)는 내부에 빈 공간을 가질 수 있다. 상체(310)의 내부면 중 제3방향(16)의 상부에 위치하는 면은 제1배터리 그룹의 배터리 셀(100)들의 면 및 제2 배터리 그룹(102)의 배터리 셀(100)들의 면과 접촉할 수 있다.
하체(320)는 상체(310)의 제3방향(16)의 하부에 위치할 수 있다. 하체(320)는 내부에 빈 공간을 가질 수 있다. 상체(310)와 하체(320)는 서로 조합되어, 내부 공간을 형성할 수 있다. 하체(320)의 내부면 중 제3방향(16)의 하부에 위치하는 면은 제1 배터리 그룹(101)의 배터리 셀(100)들의 면 및 제2 배터리 그룹(102)의 배터리 셀(100)들의 면과 접촉할 수 있다.
상체(310) 및 하체(320)의 내부면들 중 일부가 배터리 셀(100)들과 접촉하여, 배터리 셀(100)들에서 발생된 열을 외부로 방출 할 수 있다. 즉, 셀 프레임(300)은 배터리 셀(100)들을 냉각 시킬 수 있다.
커넥터(400)는 외부의 다른 기기와 배터리 모듈(10)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 커넥터(400)는 연결 부재(200)와 연결될 수 있다. 일 예로 커넥터(400)는 한 쌍이 제공될 수 있다. 한 쌍의 커넥터(400)는 연결 부재(200)의 제1방향(12)의 양단부와 각각 연결될 수 있다. 한 쌍의 커넥터(400)는 셀 프레임(300)의 하체(320)를 관통하여 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 모듈(10)을 보여주는 사시도이다. 도 8을 참고하면, 본 발명의 도 1의 배터리 모듈(10)을 복수개가 일방향으로 적층되어 제공될 수 있다. 도 1의 배터리 모듈(10)이 복수개 제공되는 경우, 배터리 모듈(10)의 에너지 용량을 크게 할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 배터리 팩에는 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 팩 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치가 더 포함될 수 있다. 일 예로 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈(10)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 일 실시 예에 따른 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 팩을 하나 이상 포함 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100)들의 전극 리드(140)들을 서로 마주보도록 위치시킬 수 있다. 또한, 제1 배터리 그룹(101)과 제2 배터리 그룹(102)의 사이에 위치시킨 연결 부재(200)에 배터리 셀(100)들의 전극 리드(140)들을 결합시킬 수 있다. 이렇게 배터리 셀(100)들 사이의 공간을 최대한 활용하여, 배터리 모듈(10) 내부에서 전극 리드(140)들이 결합되는 공간을 최소로 할 수 있다. 이를 통해서 배터리 모듈(10)의 에너지 체적 효율을 향상 시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 모듈 100: 배터리 셀
101: 제1 배터리 그룹 102: 제2 배터리 그룹
200: 연결 부재 300: 셀 프레임
400: 커넥터

Claims (11)

  1. 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 상기 전극 조립체와 연결되며 상기 케이스의 외부로 노출되는 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 전극 리드를 가지는 복수개의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀들을 전기적으로 연결시키는 연결 부재를 포함하되,
    복수개의 상기 배터리 셀은 제1방향으로 나란하게 배치되는 제1 배터리 그룹 및 상기 제1 배터리 그룹과 상기 전극 리드가 서로 마주보도록 위치하며, 상기 제1방향으로 나란하게 배치되는 제2 배터리 그룹을 포함하고,
    상기 연결 부재는 상기 제1 배터리 그룹과 상기 제2 배터리 그룹 사이에 위치하며,
    상기 배터리 셀들의 상기 전극 리드들은 상기 연결 부재에 각각 연결되되,
    상기 제1 배터리 그룹의 어느 하나의 배터리 셀의 전극 리드는 상기 연결 부재의 상면 또는 하면 중 어느 하나와 접촉하며,
    상기 어느 하나의 배터리 셀과 마주보며 위치하는 상기 제2 배터리 그룹의 배터리 셀의 전극 리드는 상기 연결 부재의 상면 또는 하면 중 다른 하나와 접촉되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 상기 전극 조립체가 수납되는 수납부와 상기 수납부를 실링하는 실링부를 포함하고,
    상기 연결 부재와 상기 전극 리드는 용접에 의해 결합하며,
    상기 연결 부재와 상기 전극 리드의 용접 위치는 상기 실링부와 대향하는 영역 내에 위치하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 어느 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 상기 연결 부재의 용접 위치는 상기 다른 하나의 배터리 셀의 실링부와 대향하는 영역 내에 위치하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다른 하나의 배터리 셀의 전극 리드와 상기 연결 부재의 용접 위치는 상기 어느 하나의 배터리 셀의 실링부와 대향하는 영역 내에 위치하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는, 테두리부가 상호 실링된 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하되, 상기 전극 조립체가 수납되는 수납 공간은 상부 파우치 또는 하부 파우치 중 어느 하나에만 형성되고,
    상기 연결 부재를 통해 상호 연결된 배터리 셀은 서로 다른 파우치에 상기 수납 공간이 형성되는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 상기 양극 리드 및 상기 음극 리드는 상기 케이스의 동일 측면으로 노출되며, 상기 어느 하나의 배터리 셀의 양극 리드 및 음극 리드는 상기 다른 하나의 배터리 셀의 양극 리드 및 음극 리드와 적어도 표면의 일부 영역이 상기 연결 부재를 중심으로 대향되게 위치하는 배터리 모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 연결 부재 중 상부에서 바라 볼 때, 상기 제1방향과 수직한 제2방향의 양단부가 상기 연결 부재를 통해 상호 연결된 양 배터리 셀의 수납부와 각각 소정거리 이격되어 형성되는 배터리 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 연결 부재의 하면 중 적어도 일부는 상기 어느 하나의 배터리 셀의 실링부의 일면과 접촉하며, 상기 연결 부재의 상면 중 적어도 일부는 상기 다른 하나의 배터리 셀의 실링부의 일면과 접촉하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 내부 공간을 가지며, 상기 내부 공간에 상기 제1 배터리 그룹, 상기 제2 배터리 그룹 그리고 상기 연결 부재가 위치하는 셀 프레임을 더 포함하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10항의 배터리 팩을 포함하는 자동차.

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