KR20230160094A

KR20230160094A - 배터리 모듈 및 배터리 팩

Info

Publication number: KR20230160094A
Application number: KR1020220059707A
Authority: KR
Inventors: 이재현; 신주환; 이형석
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-05-16
Filing date: 2022-05-16
Publication date: 2023-11-23
Also published as: WO2023224356A2; CN118743087A; KR102707212B1; WO2023224356A3

Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 복수의 셀이 적층되어 포함된 본 발명의 배터리 모듈은 양측에 각각 결합되어 배터리 모듈의 측면을 지지하는 한 쌍의 보강판을 포함하고, 상기 보강판은, 돌출 형성되어 상기 보강판의 길이 방향을 따라 연장된 복수의 보강 리브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈 및 배터리 팩{BATTERY MODULES AND BATTERY PACKS}

본 발명은 배터리 모듈 및 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 양측에 복수의 보강 리브가 형성된 보강판을 각각 부착한 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

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 ~ 4.2V 이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

예컨대, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성한다.

도 1은 일반적으로 사용되는 배터리 모듈(10)의 한 형태를 나타낸 것이다. 종래의 배터리 모듈(10)은 도시된 것처럼 전후방에 각각 엔드 플레이트(12)가 결합되어 있고, 모듈 프레임(11)에 의해 측면이 둘러 싸여져서 보호되는 형상을 갖는다.

이러한 복수 개의 배터리 모듈(10)을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.

도 2는 일반적인 배터리 팩 중 배터리 모듈(10)이 수용되는 공간을 제공하는 팩 케이스(20)를 나타낸 것이다. 각 배터리 모듈(10)은 도 2에 도시된 팩 케이스(20)에서 측벽(22) 및 격벽(23)에 의해 구획된 공간에서 베이스 플레이트(21)에 의해 하부가 지지되어 직렬 또는 병렬 등으로 타 배터리 모듈(10)과 전기적으로 연결된다.

한편, 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈은 충방전 과정 중에 이상 현상이 발생할 수도 있는데, 그 중 하나가 스웰링(Swelling) 현상을 예로 들 수 있다. 상기 스웰링 현상은 배터리 셀 내부에서 발생하는 가스 등에 의해 배터리 셀이 팽창하는 현상이다. 상기 스웰링 현상은 배터리 모듈에 수용된 각 배터리 셀 단위에서 먼저 진행될 수 있고, 결과적으로 배터리 모듈에 영향을 미친다.

특히, 상기 스웰링 현상은 배터리 모듈의 중앙부 즉, 모듈 프레임 전체에 걸쳐서 진행될 수 있는데, 일반적으로 팩 케이스에 수납된 각 배터리 모듈에서 상기 모듈 프레임 부위는 특별히 고정되는 부분이 아니기 때문에 스웰링 현상이 심하게 발생할 경우 이웃한 배터리 모듈에도 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 상기 팩 케이스에 수납된 각 배터리 모듈에서 스웰링 현상이 발생하더라도 배터리 모듈의 형태 변형을 최대한 억제할 수 있는 새로운 방법이 요구되고 있다.

한국공개특허 제10-2018-0113906호

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈의 측면을 보강할 수 있는 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 팩 케이스에 수납된 배터리 모듈의 스웰링 현상을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 복수의 셀이 적층된 셀 적층체를 포함하는 배터리 모듈로서, 양측에 각각 결합되어 배터리 모듈의 측면을 지지하는 한 쌍의 보강판을 포함하고, 상기 보강판은, 돌출 형성되어 상기 보강판의 길이 방향을 따라 연장된 복수의 보강 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.

상기 보강 리브는 상기 보강판의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.

상기 보강판은 상기 보강판의 길이 방향을 따라 이격된 한 쌍의 보강 리브 사이에 만곡된 형상의 보강 홈을 포함할 수 있다.

상기 보강 홈의 형상은 상기 보강 리브가 맞물려 삽입 가능하도록 상기 보강 리브 형상과 동일할 수 있다.

상기 보강 리브 및 보강 홈은 보강판의 길이 방향을 따라 서로 교대로 형성될 수 있다.

상기 보강 리브는 사다리꼴 형상 및 포물선 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.

상기 보강 리브는 상기 보강판의 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.

상기 보강판은, 배터리 모듈의 일측에 포함되는 제1 보강판; 및 배터리 모듈의 타측에 포함되는 제2 보강판; 을 포함하고, 상기 제1 보강판 및 제2 보강판에 포함된 보강 리브는 보강판의 높이 방향을 기준으로 동일한 높이에서 형성될 수 있다.

상기 보강판은 상기 보강 리브를 수직하게 관통하도록 천공된 관통홀을 포함할 수 있다.

상기 보강판은, 상기 보강 리브를 수직하게 관통하여 연장 형성되는 보강바를 더 포함할 수 있다.

상기 보강바는 볼트가 수직하게 관통하도록 천공된 보강홀을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기의 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈이 수용되는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스; 를 포함하고, 상기 보강판은, 배터리 모듈의 일측에 포함되는 제1 보강판; 및 배터리 모듈의 타측에 포함되는 제2 보강판; 을 포함하고, 상기 팩 케이스의 모듈 영역에 이웃하여 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈에 포함된 제1 보강판은 다른 하나의 배터리 모듈의 제2 보강판과 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.

상기 보강 리브는 상기 보강판의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성되고, 상기 보강판은 상기 보강판의 길이 방향을 따라 이격된 한 쌍의 보강 리브 사이에 만곡된 형상의 보강 홈을 포함하고, 상기 보강 리브 및 보강 홈은 보강판의 길이 방향을 따라 서로 교대로 형성되고, 상기 결합된 한 쌍의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈의 제1 보강판에 포함된 보강 리브가 다른 하나의 배터리 모듈의 제2 보강판에 포함된 보강 홈에 삽입되어 맞물릴 수 있다.

상기 보강판은, 상기 보강 리브를 수직하게 관통하여 연장 형성되는 보강바를 더 포함하고, 상기 보강바는 볼트가 수직하게 관통하도록 천공된 보강홀을 포함하고, 상기 팩 케이스는, 상기 모듈 영역의 바닥부에 상기 보강홀 위치에 대응하여 형성된 결합홈을 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상기 보강홀을 관통하고 상기 결합홈에 삽입되는 볼트에 의해 팩 케이스와 결합될 수 있다.

상기 보강판은 상기 보강 리브를 수직하게 관통하도록 천공된 관통홀을 포함하고, 상기 팩 케이스는, 상기 모듈 영역의 바닥부에 상기 관통홀 위치에 대응하여 형성된 결합홈을 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상기 관통홀을 관통하고 상기 결합홈에 삽입되는 볼트에 의해 팩 케이스와 결합될 수 있다.

상기 팩 케이스는, 바닥부에 해당하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트의 단부에 수직하게 결합하고, 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 연장 형성되는 측벽; 을 포함하고, 상기 보강판은 양단에 볼트가 수평 방향으로 관통하도록 천공된 보조 결합홀을 포함하고, 상기 측벽은 상기 모듈 영역에 배치된 배터리 모듈의 상기 보조 결합홀 위치에 대응되도록 형성된 보조 결합홈을 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상기 보조 결합홀을 관통하고 상기 보조 결합홈에 삽입되는 볼트에 의해 팩 케이스와 결합될 수 있다.

본 발명에 의하면, 팩 케이스에 수용된 배터리 모듈의 스웰링 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 배터리 모듈을 분리하는 별도의 측벽 구성을 팩 케이스로부터 제거하여 팩 케이스의 조립 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 배터리 모듈을 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 팩 케이스를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈의 평면도이다.
도 5는 상기 도 3의 배터리 모듈에 포함된 보강판의 관통홀 및 보조 결합홀에 각각 볼트가 삽입된 것을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 팩 케이스를 나타낸 것이다.
도 7은 이웃하여 배치되는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 한 쌍의 배터리 모듈에 대한 평면도이다.
도 8은 상기 도 7에 나타난 한 쌍의 배터리 모듈에 대한 사시도이다.
도 9는 결합된 본 발명의 제1 실시형태에 따른 한 쌍의 배터리 모듈에 대한 사시도이다.
도 10은 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈이 수용되어 있는 제1 실시형태에 따른 배터리 팩을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 12는 상기 도 11의 배터리 모듈에 포함된 보강판의 보강홀 및 보조 결합홀에 각각 볼트가 삽입된 것을 나타낸 것이다.
도 13은 이웃하여 배치되는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 한 쌍의 배터리 모듈에 대한 사시도이다.
도 14는 결합된 본 발명의 제2 실시형태에 따른 한 쌍의 배터리 모듈에 대한 사시도이다.
도 15는 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈이 수용되어 있는 제2 실시형태에 따른 배터리 팩을 나타낸 것이다.

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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각 하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

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

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에 서의 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.

본 발명은 복수의 셀이 적층된 셀 적층체를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

도 3 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이고, 도 11 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

이하 도면을 참조하여 각 실시형태 별로 본 발명의 배터리 모듈 및 배터리 팩에 대해 설명하다.

(제1 실시형태)

배터리 모듈(100)

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)의 사시도이다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은 도 3(a)에 도시된 것처럼, 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 전후방에 각각 결합되는 엔드 플레이트(120)로 구성되고, 양측에 각각 결합되는 한 쌍의 보강판(130)을 포함한다. 또는 도 3(b)에 도시된 것처럼, 상기 셀 적층체의 측면 및 상하면을 둘러서 감싸는 모듈 프레임(110)이 더 포함될 수도 있다.

(이하, 상기 도 3(a)의 형태를 기본 구조로 하여 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)을 설명한다.)

상기 보강판(130)은 배터리 모듈(100)의 측면을 지지하고, 상기 배터리 모듈(100)이 배터리 팩에 수납될 때, 상기 팩 케이스(200)에 상기 배터리 모듈(100)을 고정시키 역할을 갖는다.

상기 보강판(130)은 양단이 각각 배터리 모듈(100)의 전후방에 결합된 엔드 플에이트와 결합될 수 있고, 배터리 모듈(100)의 측면 전체에 맞닿아서 지지한다. 이때, 상기 보강판(130)은 상기 엔드 플레이트(120)의 측면에 별도의 볼트(B) 등에 의해 나사결합되어 고정될 수 있고, 접착제에 의해 고정될 수 있다.

상기 보강판(130)은 도 3에 도시된 것처럼 돌출 형성된 복수의 보강 리브(131)를 포함한다.

상기 보강 리브(131)는 보강판(130)의 길이 방향(d)을 따라 연장된 형상으로, 바람직하게 양측에 경사면이 형성된 사다리꼴 형상일 수 있고 또는 포물선 형상(미도시)일 수 있다.

상기 보강 리브(131)는 상기 보강판(130)의 길이 방향(d)을 따라 소정 간격 이격되어 형성된다. 또한 상기 보강판(130)은 길이 방향(d)을 따라 이웃하여 배치된 각 보강 리브(131) 사이에서 상기 보강 리브(131)의 경사면에 의해 형성된 보강 홈(132)을 포함한다. 이때, 상기 보강 홈(132)은 상기 보강 리브(131)가 맞물려 삽입 가능하도록 상기 보강 리브(131)와 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 보강 리브(131)가 사다리꼴 형상이면, 상기 보강 홈(132) 또한 사다리꼴 형상이 된다.

상기 보강 리브(131) 및 보강 홈(132)은 바람직하게 보강판(130)의 길이 방향(d)을 따라 서로 교대로 형성된다.

또한 상기 보강 리브(131)는 도 3에 도시된 것처럼 상기 보강판(130)의 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성된다. 즉, 상기 보강 리브(131)는 배터리 모듈(100)의 측면에서 보강판(130)의 길이 방향(d) 및 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성된다.

도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)의 평면도이다.

본 발명의 배터리 모듈(100)의 양측에 각각 결합된 보강판(130)은 상기 도 4에 도시된 것처럼 배터리 모듈(100)의 일측에 포함되는 제1 보강판(130a), 및 배터리 모듈(100)의 타측에 포함되는 제2 보강판(130b)을 포함한다.

상기 제1 보강판(130a) 및 제2 보강판(130b)에 각각 형성된 보강 리브(131)는 보강판(130)의 높이 방향을 기준으로 서로 대칭이되는 높이에 형성되나, 보강판(130)의 길이 방향(d)을 기준으로 서로 엊갈리는 위치에 형성된다. 예컨대, 제1 보강판(130a)의 보강 리브(131)와 제2 보강판(130b)의 보강 홈(132)이 서로 대칭되는 위치에 있다.

본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)은 도 3에 도시된 것처럼 상기 보강 리브(131)를 수직하게 관통하도록 천공된 관통홀(131h)을 포함한다.

상기 관통홀(131h)은 각 보강 리브(131)에서 동일한 위치에 형성된다. 예컨대, 보강판(130)의 길이 방향(d)을 기준으로 동일한 위치에서 상기 보강판(130)의 높이 방향을 따라 형성된 각 보강 리브(131)에 포함된 각 관통홀(131h)은 서로 대응되는 위치에 형성된다.

상기 보강판(130)의 길이 방향(d)을 기준으로 동일한 위치에 형성된 각 관통홀(131h)에는 하나의 볼트(B)가 삽입될 수 있으며, 상기 보강판(130)은 상기 관통홀(131h)에 삽입된 볼트(B)와 나사 결합될 수 있다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은 상기 측면에 결합된 상기 보강판(130)에 의해 일차적으로 지지될 수 있으며, 상기 보강판(130)에 형성된 보강 리브(131) 및 상기 보강 리브(131)의 관통홀(131h)에 삽입되는 볼트(B)에 의해 측면이 삼중으로 지지될 수 있다.

상기 보강판(130)은 도 3에 도시된 것처럼 양단에 상부로 돌출된 돌출부(134)를 포함하고, 상기 돌출부(134)를 수평 방향으로 관통하도록 천공된 보조 결합홀(134h)을 포함한다.

상기 보조 결합홀(134h)에는 볼트(B)가 삽입될 수 있으며, 상기 보강판(130)은 상기 보조 결합홀(134h)에 삽입된 볼트(B)와 나사 결합될 수 있다.

도 5는 상기 도 3의 배터리 모듈(100)의 양측에 결합된 각 보강판(130)의 관통홀(131h) 및 보조 결합홀(134h)에 각각 볼트(B)가 삽입된 것을 나타낸 것이다. (다만, 편의상 상기 볼트(B)의 나사산 등의 구체적인 구조는 생략하여 도시하였다.)

상기 도 5를 참조하면, 보강판(130)의 길이 방향(d)으로 동일한 위치에 형성된 각 보강 리브(131)의 관통홀(131h)에는 하나의 볼트(B)가 삽입 및 결합되어 있다.

또한, 상기 보강판(130)의 단부에 형성된 보조 결합홀(134h)에는 볼트(B)가 수평 방향으로 삽입 및 결합되어 있다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은 상기 관통홀(131h) 및 보조 결합홀(134h)에 삽입 및 결합되는 볼트(B)에 의해 배터리 팩에 포함된 팩 케이스(200)에 고정될 수 있다.

배터리 팩

본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 모듈(100) 및 상기 배터리 모듈(100)이 수용되는 모듈 영역(A)을 포함하는 팩 케이스(200)를 포함한다.

도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함된 팩 케이스(200)를 나타낸 것이다.

상기 팩 케이스(200)는 바닥부에 해당하는 베이스 플레이트(210), 및 상기 베이스 플레이트(210)와 수직으로 결합되는 측벽(220)을 포함한다.

상기 측벽(220)은 상기 베이스 플레이트(210)의 테두리에서 상기 베이스 플레이트(210)에 대해 수직하게 결합되는 메인 측벽(221) 및 상기 베이스 플레이트(210)의 중심부를 가로지르도록 상기 베이스 플레이트(210)에 수직하게 결합되는 서브 측벽(222)을 포함한다. 따라서 본 발명의 팩 케이스(200)에 포함된 모듈 영역(A)은 상기 서브 측벽(222)에 의해 크게 두 영역으로 나눠질 수도 있고, 상기 어느 하나의 모듈 영역(A)에 배치되는 배터리 모듈(100)은 상기 서브 측벽(222)과 상기 서브 측벽(222)에 대향하는 메인 측벽(221) 사이에서 상기 팩 케이스(200)의 길이 방향(d2)을 따라 나란히 배치될 수 있다.

상기 베이스 플레이트(210)의 하부에는 볼트(B)가 삽입되어 나사 결합이 가능하도록 결합홈(211h)이 형성될 수 있고, 상기 측벽(220)에도 볼트(B)가 삽입되어 나사 결합이 가능하도록 보조 결합홈(220h)이 형성될 수 있다.

상기 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 수용되는 복수의 배터리 모듈(100) 중 이웃하도록 배치되는 어느 한 쌍의 배터리 모듈(100)은 일측의 보강판(130)이 서로 결합되는 것이 특징이다. 보다 구체적으로, 상기 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 이웃하여 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈(100) 중 어느 하나의 배터리 모듈(100)에 포함된 제1 보강판(130a)은 다른 하나의 배터리 모듈(100)의 제2 보강판(130b)과 결합된다.

도 7은 이웃하여 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈(100)을 나타낸 것이고, 도 8(a)는 상기 도 7에 도시된 한 쌍의 배터리 모듈(100)에 대한 사시도이고, 도 8(b)는 결합된 한 쌍의 배터리 모듈(100)에 대한 사시도이고, 도 9는 상기 도 8(b)에 도시된 한 쌍의 배터리 모듈(100)을 다른 각도에서 나타낸 것이다.

상기 도 7 내지 도 9에 따르면, 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 이웃하게 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈(100)은 상기 도 7에 도시된 것처럼 상대 배터리 모듈(100)의 보강 홈(132)에 보강 리브(131)가 마주보도록 배치된다.

구체적으로 이웃한 배터리 모듈(100) 중 어느 하나의 배터리 모듈(100)은 일측에 포함된 제1 보강판(130a)이 다른 하나의 배터리 모듈(100)의 일측에 포함된 제2 보강판(130b)이 마주보도록 배치된다.

상기 도 7 및 도 8(a)와 같이 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈(100)은 일측에 포함된 보강 리브(131)가 마주보는 타 배터리 모듈(100)의 일측에 포함된 보강 홈(132)에 맞물려 삽입되도록 하여 서로 결합된다. 따라서 도 8(b)와 같이 결합되는 복수의 배터리 모듈(100)이 상기 도 6의 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 삽입될 수 있다.

결합된 한 쌍의 배터리 모듈(100) 사이의 보강 리브(131)는 상기 도 8(b) 및 도 9에 도시된 것처럼 서로의 보강 홈(132)에 맞물려 결합됨으로써 보강판(130)의 길이 방향(d)을 따라 연장된 띠 형상을 이룬다. 즉, 어느 하나의 배터리 모듈(100)의 일측에 형성된 보강 리브(131')가 이웃하여 배치되는 다른 하나의 배터리 모듈(100)의 일측에 형성된 보강 홈(132)에 삽입되어 상대 보강 리브(131) 및 보강판(130)을 가압하여 지지한다. 따라서 각 배터리 모듈(100)에 포함된 셀 적층체는 상기 제1 보강판(130a) 및 제2 보강판(130b)의 결합에 의해 하나의 띠 형상을 이루는 각 보강 리브(131)에 의해 측면이 지지될 수 있다.

도 10은 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 배터리 모듈(100)이 수용되어 있는 제1 실시형태에 따른 배터리 팩을 나타낸 것이다.

복수의 배터리 모듈(100)은 상기 도 6에 도시된 베이스 플레이트(210)의 결합홈(211h)에 각 보강판(130)의 보강 리브(131)에 형성된 관통홀(131h)이 대응되도록 상기 모듈 영역(A)에 수용된다. 이때, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 관통홀(131h)을 수직으로 관통하고 상기 결합홈(211h)에 삽입되는 볼트(B)에 의해 상기 베이스 플레이트(210)에 고정 결합될 수 있다. 상기 볼트(B)는 상기 배터리 모듈(100)을 측면을 따라 보강 리브(131)가 형성된 위치에 소정 간격 이격되어 나사 결합될 수 있으며, 상기 볼트(B)에 의해 상기 배터리 모듈(100)의 측면이 지지될 수 있다. 상기 관통홀(131h)에 삽입된 볼트(B)는 상기 배터리 모듈(100)의 양측에 결합된 보강판(130)이 상기 베이스 플레이트(210)에 고정되도록 한다. 따라서, 어느 하나의 배터리 모듈(100) 내부에서 가스가 발생하더라도 상기 측면에 결합된 볼트(B) 및 상기 볼트(B)에 의해 베이스 플레이트(210)에 결합된 보강판(130)에 의해 배터리 모듈(100)이 팽창하는 스웰링 현상이 억제될 수 있다.

상기 배터리 모듈(100)은 상기 도 6에 도시된 측벽(220)의 보조 결합홈(220h)에 각 보강판(130)의 보조 결합홀(134h)이 대응되도록 상기 모듈 영역(A)에 수용될 수 있다. 이때, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 보조 결합홀(134h)을 수평으로 관통하고 상기 보조 결합홈(220h)에 삽입되는 볼트(B)에 의해 상기 측벽(220)에 고정 결합될 수 있다. 따라서, 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 수용된 각 배터리 모듈(100)은 보강판(130)에 의해서 베이스 플레이트(210)뿐만 아니라 측벽(220)에도 고정 결합되어 지지될 수 있다.

본 발명의 배터리 팩은 상기 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 수용된 각 배터리 모듈(100)의 상부를 덮도록 상기 팩 케이스(200)와 결합되는 상부 커버(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 커버는 공지 기술에 해당하므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.

(제2 실시형태)

배터리 모듈(100)

도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)의 사시도이다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은 도 11(a)에 도시된 것처럼, 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 전후방에 각각 결합되는 엔드 플레이트(120)로 구성되고, 양측에 각각 결합되는 한 쌍의 보강판(130)을 포함한다. 또는 도 11(b)에 도시된 것처럼, 상기 셀 적층체의 측면 및 상하면을 둘러서 감싸는 모듈 프레임(110)이 더 포함될 수도 있다.

(이하, 상기 도 11(a)의 형태를 기본 구조로 하여 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)을 설명한다.)

상기 보강판(130)은 배터리 모듈(100)의 측면을 지지하고, 상기 배터리 모듈(100)을 배터리 팩에 수납할 때, 상기 팩 케이스(200)에 고정시키 역할을 갖는다.

상기 보강판(130)은 도 11에 도시된 것처럼 돌출 형성된 복수의 보강 리브(131)를 포함한다.

상기 보강 리브(131)는 보강판(130)의 길이 방향(d)을 따라 연장된 형상으로, 바람직하게 양측면에 경사면이 형성된 사다리꼴 형상일 수 있고 또는 포물선 형상(미도시)일 수 있다.

또한 상기 보강 리브(131)는 도 11에 도시된 것처럼 상기 보강판(130)의 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성된다. 즉, 상기 보강 리브(131)는 배터리 모듈(100)의 측면에서 보강판(130)의 길이 방향(d) 및 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성된다.

상기 배터리 모듈(100)의 양측에 각각 결합된 보강판(130)은 배터리 모듈(100)의 일측에 포함되는 제1 보강판(130a), 및 배터리 모듈(100)의 타측에 포함되는 제2 보강판(130b)을 포함한다.

본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈(100)은 도 11에 도시된 것처럼 상기 보강 리브(131)를 수직하게 관통하여 연장 형성되는 보강바(133)를 더 포함한다.

상기 보강판(130)의 길이 방향(d)을 기준으로 소정 간격 이격되어 형성되고, 바람직하게 보강 리브(131)와 동일한 위치에 형성된다.

상기 보강바(133)는 수직하게 천공된 보강홀(133h)을 포함한다.

상기 보강바(133)의 보강홀(133h)에는 하나의 볼트(B)가 삽입될 수 있으며, 상기 보강판(130)은 상기 보강홀(133h)에 삽입된 볼트(B)와 나사 결합될 수 있다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은 상기 측면에 결합된 상기 보강판(130)에 의해 일차적으로 지지될 수 있으며, 상기 보강판(130)에 형성된 보강 리브(131), 수직하게 연장된 보강바(133) 및 상기 보강바(133)의 보강홀(133h)에 삽입되는 볼트(B)에 의해 사중으로 지지될 수 있다.

상기 보강판(130)은 도 11에 도시된 것처럼 양단에 상부로 돌출된 돌출부(134)를 포함하고, 상기 돌출부(134)를 수평 방향으로 관통하도록 천공된 보조 결합홀(134h)을 포함한다.

도 12는 상기 도 11의 배터리 모듈(100)의 양측에 결합된 각 보강판(130)의 보강홀(133h) 및 보조 결합홀(134h)에 각각 볼트(B)가 삽입된 것을 나타낸 것이다. (다만, 편의상 상기 볼트(B)의 나사산 등의 구체적인 구조는 생략하여 도시하였다.)

상기 도 12를 참조하면, 보강판(130)의 길이 방향(d)으로 동일한 위치에 형성된 각 보강 리브(131)의 보강홀(133h)에는 하나의 볼트(B)가 삽입 및 결합되어 있다.

본 발명의 배터리 모듈(100)은 상기 보강홀(133h) 및 보조 결합홀(134h)에 삽입 및 결합되는 볼트(B)에 의해 배터리 팩에 포함된 팩 케이스(200)에 고정될 수 있다.

배터리 팩

본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 모듈(100) 및 상기 배터리 모듈(100)이 수용되는 모듈 영역(A)을 포함하는 팩 케이스(200)를 포함한다.

도 6에 따른 팩 케이스(200)는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩에 포함될 수 있다.

상기 측벽(220)은 상기 베이스 플레이트(210)의 테두리에서 상기 베이스 플레이트(210)에 대해 수직하게 결합되는 메인 측벽(221) 및 상기 베이스 플레이트(210)의 중심부를 가로지르도록 상기 베이스 플레이트(210)에 수직하게 결합되는 서브 측벽(222)을 포함한다. 따라서 본 발명의 팩 케이스(200)에 포함된 모듈 영역(A)은 상기 서브 측벽(222)에 의해 크게 두 영역으로 나눠질 수도 있고, 상기 어느 하나의 모듈 영역(A)에 배치되는 배터리 모듈(100)은 상기 서브 측벽(222)과 상기 서브 측벽(222)에 대향하는 메인 측벽(221) 사이에서 상기 팩 케이스의 길이 방향(d2)을 따라 나란히 배치될 수 있다.

도 13(a)는 이웃하여 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈(100)에 대한 사시도이고, 도 13(b)는 결합된 한 쌍의 배터리 모듈(100)에 대한 사시도이고, 도 14는 상기 도 13(b)에 도시된 한 쌍의 배터리 모듈(100)을 다른 각도에서 나타낸 것이다.

상기 도 13 내지 도 14에 따르면, 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 이웃하게 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈(100)은 상대 배터리 모듈(100)의 보강 홈(132)에 보강 리브(131) 및 보강바(133)가 마주보도록 배치된다.

상기 도 13(a)와 같이 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈(100)은 일측에 포함된 보강 리브(131) 및 보강바(133)가 마주보는 타 배터리 모듈(100)의 일측에 포함된 보강 홈(132)에 맞물려 삽입되도록 하여 서로 결합된다. 따라서 도 13(b)와 같이 결합되는 복수의 배터리 모듈(100)이 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 삽입될 수 있다.

상기 도 13(b) 및 도 14에 도시된 것처럼 결합된 한 쌍의 배터리 모듈(100) 사이의 보강 리브(131)는 서로의 보강 홈(132)에 맞물려 결합됨으로써 보강판(130)의 길이 방향(d)을 따라 연장된 띠 형상을 이룬다. 즉, 어느 하나의 배터리 모듈(100)의 일측에 형성된 보강 리브(131)가 결합되는 다른 하나의 배터리 모듈(100)의 일측에 형성된 보강 홈(132)에 삽입되어 상대 보강 리브(131) 및 보강판(130)을 가압하여 지지한다. 따라서 각 배터리 모듈(100)에 포함된 셀 적층체는 상기 제1 보강판(130a) 및 제2 보강판(130b)의 결합에 의해 하나의 띠 형상을 이루는 각 보강 리브(131)에 의해 측면이 지지될 수 있다.

도 15은 팩 케이스(200)의 모듈 영역(A)에 배터리 모듈(100)이 수용되어 있는 제2 실시형태에 따른 배터리 팩을 나타낸 것이다.

복수의 배터리 모듈(100)은 상기 도 6에 도시된 베이스 플레이트(210)의 결합홈(211h)에 각 보강판(130)의 보강바(133)에 형성된 보강홀(133h)이 대응되도록 상기 모듈 영역(A)에 수용된다. 이때, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 보강홀(133h)을 수직으로 관통하고 상기 결합홈(211h)에 삽입되는 볼트(B)에 의해 상기 베이스 플레이트(210)에 고정 결합될 수 있다. 상기 볼트(B)는 상기 배터리 모듈(100)을 측면을 따라 보강바(133)가 형성된 위치에 소정 간격 이격되어 나사 결합될 수 있으며, 상기 수직으로 연장된 보강바(133) 및 상기 보강바(133)에 삽입된 볼트(B)에 의해 상기 배터리 모듈(100)의 측면이 지지될 수 있다. 상기 보강홀(133h)에 삽입된 볼트(B)는 상기 배터리 모듈(100)의 양측에 결합된 보강판(130)이 상기 베이스 플레이트(210)에 고정되도록 한다. 따라서, 어느 하나의 배터리 모듈(100) 내부에서 가스가 발생하더라도 상기 베이스 플레이트(210)와 결합된 볼트(B)와 나사결합된 보강바(133) 및 상기 보강바(133)를 포함하는 보강판(130)에 의해 배터리 모듈(100)이 팽창하는 스웰링 현상이 억제될 수 있다.

이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 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.

10: (종래기술) 배터리 모듈
11: (종래기술) 모듈 프레임
12: (종래기술) 엔드 플레이트
20: (종래기술) 팩 케이스
21: (종래기술) 베이스 플레이트
22: (종래기술) 측벽
23: (종래기술) 격벽
100: 배터리 모듈
110: 모듈 프레임
120: 엔드 플레이트
130: 보강판
130a: 제1 보강판
130b: 제2 보강판
131, 131': 보강 리브
131h: 관통홀
132: 보강 홈
133: 보강바
133h: 보강홀
134: 돌출부
134h: 보조 결합홀
200: 팩 케이스
210: 베이스 플레이트
211h: 결합홈
220: 측벽
220h: 보조 결합홈
221: 메인 측벽
222: 서브 측벽
A: 모듈 영역
B: 볼트
C: 셀 적층체
d: 보강판 길이 방향
d2: 팩 케이스 길이 방향

Claims

복수의 셀이 적층된 셀 적층체를 포함하는 배터리 모듈로서,
양측에 각각 결합되어 배터리 모듈의 측면을 지지하는 한 쌍의 보강판을 포함하고,
상기 보강판은,
돌출 형성되어 상기 보강판의 길이 방향을 따라 연장된 복수의 보강 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 보강 리브는 상기 보강판의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성되는 배터리 모듈.
제2항에 있어서,
상기 보강판은 상기 보강판의 길이 방향을 따라 이격된 한 쌍의 보강 리브 사이에 만곡된 형상의 보강 홈을 포함하는 배터리 모듈.
제3항에 있어서,
상기 보강 홈의 형상은 상기 보강 리브가 맞물려 삽입 가능하도록 상기 보강 리브 형상과 동일한 배터리 모듈.
제4항에 있어서,
상기 보강 리브 및 보강 홈은 보강판의 길이 방향을 따라 서로 교대로 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 보강 리브는 사다리꼴 형상 및 포물선 형상 중 적어도 어느 하나의 형상을 갖는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 보강 리브는 상기 보강판의 높이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성되는 배터리 모듈.
제7항에 있어서,
상기 보강판은,
배터리 모듈의 일측에 포함되는 제1 보강판; 및
배터리 모듈의 타측에 포함되는 제2 보강판; 을 포함하고,
상기 제1 보강판 및 제2 보강판에 포함된 보강 리브는 보강판의 높이 방향을 기준으로 동일한 높이에서 형성되는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 보강판은 상기 보강 리브를 수직하게 관통하도록 천공된 관통홀을 포함하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 보강판은,
상기 보강 리브를 수직하게 관통하여 연장 형성되는 보강바를 더 포함하는 배터리 모듈.
제10항에 있어서,
상기 보강바는 볼트가 수직하게 관통하도록 천공된 보강홀을 포함하는 배터리 모듈.
상기 제1항의 배터리 모듈; 및
상기 배터리 모듈이 수용되는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스; 를 포함하고,
상기 보강판은,
배터리 모듈의 일측에 포함되는 제1 보강판; 및
배터리 모듈의 타측에 포함되는 제2 보강판; 을 포함하고,
상기 팩 케이스의 모듈 영역에 이웃하여 배치되는 한 쌍의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈에 포함된 제1 보강판은 다른 하나의 배터리 모듈의 제2 보강판과 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제12항에 있어서,
상기 보강 리브는 상기 보강판의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되어 형성되고,
상기 보강판은 상기 보강판의 길이 방향을 따라 이격된 한 쌍의 보강 리브 사이에 만곡된 형상의 보강 홈을 포함하고,
상기 보강 리브 및 보강 홈은 보강판의 길이 방향을 따라 서로 교대로 형성되고,
상기 결합된 한 쌍의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈의 제1 보강판에 포함된 보강 리브가 다른 하나의 배터리 모듈의 제2 보강판에 포함된 보강 홈에 삽입되어 맞물리는 배터리 팩.
제12항에 있어서,
상기 보강판은,
상기 보강 리브를 수직하게 관통하여 연장 형성되는 보강바를 더 포함하고,
상기 보강바는 볼트가 수직하게 관통하도록 천공된 보강홀을 포함하고,
상기 팩 케이스는, 상기 모듈 영역의 바닥부에 상기 보강홀 위치에 대응하여 형성된 결합홈을 포함하고,
상기 배터리 모듈은 상기 보강홀을 관통하고 상기 결합홈에 삽입되는 볼트에 의해 팩 케이스와 결합되는 배터리 팩.
제12항에 있어서,
상기 보강판은 상기 보강 리브를 수직하게 관통하도록 천공된 관통홀을 포함하고,
상기 팩 케이스는, 상기 모듈 영역의 바닥부에 상기 관통홀 위치에 대응하여 형성된 결합홈을 포함하고,
상기 배터리 모듈은 상기 관통홀을 관통하고 상기 결합홈에 삽입되는 볼트에 의해 팩 케이스와 결합되는 배터리 팩.
제12항에 있어서,
상기 팩 케이스는,
바닥부에 해당하는 베이스 플레이트; 및
상기 베이스 플레이트의 단부에 수직하게 결합하고, 상기 베이스 플레이트의 테두리를 따라 연장 형성되는 측벽; 을 포함하고,
상기 보강판은 양단에 볼트가 수평 방향으로 관통하도록 천공된 보조 결합홀을 포함하고,
상기 측벽은 상기 모듈 영역에 배치된 배터리 모듈의 상기 보조 결합홀 위치에 대응되도록 형성된 보조 결합홈을 포함하고,
상기 배터리 모듈은 상기 보조 결합홀을 관통하고 상기 보조 결합홈에 삽입되는 볼트에 의해 팩 케이스와 결합되는 배터리 팩.