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KR20240007501A - 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 Download PDF

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KR20240007501A
KR20240007501A KR1020220084491A KR20220084491A KR20240007501A KR 20240007501 A KR20240007501 A KR 20240007501A KR 1020220084491 A KR1020220084491 A KR 1020220084491A KR 20220084491 A KR20220084491 A KR 20220084491A KR 20240007501 A KR20240007501 A KR 20240007501A
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KR
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bus bar
lead
electrode
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coupled
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KR1020220084491A
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장성환
성준엽
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

공간 활용도가 향상된 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 셀 케이스를 구비한 복수 개의 배터리 셀과, 상기 복수 개의 배터리 셀 각각의 전극 조립체에 연결되고 상기 셀 케이스 밖으로 소정 길이 인출되며, 각각의 단부가 순차적으로 중첩되게 결합되도록 구성된 복수 개의 전극 리드 및 서로 중첩되게 결합된 상기 복수 개의 전극 리드 중 어느 하나에 결합되게 구성된 버스바를 포함한다.

Description

배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공간 활용도가 향상된 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 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.
복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 배터리 모듈에 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
한편, 종래 배터리 모듈의 경우, 복수 개의 배터리 셀로부터 각각 인출된 전극 리드가 다수 중첩되도록 결합되어 있다. 그리고, 배터리 셀의 전기적 연결을 위한 버스바가 복수의 전극 리드가 중첩 결합된 부분과 모두 중첩되도록 구성되어 있다.
이러한 종래 배터리 모듈의 경우, 버스바의 폭이 과도하게 커져 배터리 모듈 내의 공간 활용도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 공간 활용도가 향상된 배터리 모듈, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 셀 케이스를 구비한 복수 개의 배터리 셀과, 상기 복수 개의 배터리 셀 각각의 전극 조립체에 연결되고 상기 셀 케이스 밖으로 소정 길이 인출되며, 각각의 단부가 순차적으로 중첩되게 결합되도록 구성된 복수 개의 전극 리드 및 서로 중첩되게 결합된 상기 복수 개의 전극 리드 중 어느 하나에 결합되게 구성된 버스바를 포함한다.
바람직하게는, 상기 버스바는, 상기 복수 개의 전극 리드들이 각각 중첩되어 결합된 부분과 중첩되지 않도록, 상기 복수 개의 전극 리드 중 어느 하나에 결합되게 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 버스바는, 상기 복수 개의 전극 리드 중 상기 버스바에 인접한 전극 리드와 결합되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 전극 리드는, 상기 버스바와 결합되는 제 1 리드와, 상기 제 1 리드의 일부와 중첩되게 결합되는 상기 제 2 리드 및 상기 제 2 리드의 일부와 중첩되게 결합되는 상기 제 3 리드를 포함하고, 상기 제 1 리드는, 상기 제 3 리드와 중첩되지 않도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 셀 케이스는 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부를 포함하고, 상기 수용부는 상기 셀 케이스의 일측에 편중되어 형성되고, 상기 복수 개의 배터리 셀 각각은 상기 수용부가 형성되지 않은 셀 케이스의 측면이 상기 버스바를 향하도록 상호 적층되어 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 전극 리드 중 적어도 둘 이상은, 상기 버스바 쪽으로 갈수록 절곡 각도가 작아지도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 배터리 셀은 상호 적층되어 셀 어셈블리를 구성하고, 상기 셀 어셈블리는 제 1 어셈블리 및 상기 제 1 어셈블리와 상호 적층되어 구성된 제 2 어셈블리를 포함하고, 상기 제 1 어셈블리에서 상기 버스바와 결합되는 전극 리드와 상기 제 2 어셈블리에서 상기 버스바와 결합되는 전극 리드는, 서로를 향하여 기울어지도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 셀 케이스는 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부를 포함하고, 상기 수용부는 상기 셀 케이스의 일측에 편중되어 형성되고, 상기 제 1 어셈블리 및 상기 제 2 어셈블리는 상기 수용부가 형성되지 않은 셀 케이스의 측면이 서로 마주하도록 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 전극 리드의 길이는, 상기 버스바 쪽으로 갈수록 짧아지도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 복수 개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하기 위한 버스바의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 배터리 모듈 내의 추가적인 공간 확보가 가능할 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈 내의 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 이와 같이 확보된 추가 공간에 배터리 셀를 추가로 실장하는 경우, 동일 부피 대비 배터리 모듈의 에너지 밀도 향상이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 버스바 크기의 감소에 따라, 배터리 모듈의 제조 비용 및 전체적인 무게 감소가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 버스바와 중첩되게 결합되는 전극 리드의 수를 최소화할 수 있어, 버스바와 전극 리드의 결합 포인트에서의 결합을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 인접하는 전극 리드 간의 중첩을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 인접하는 전극 리드의 결합 포인트에서의 결합을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 인접하는 전극 리드 간의 중첩이 최소화되므로, 인접하는 전극 리드 간의 결합시 각각의 전극 리드에 가해질 수 있는 응력을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 전극 리드를 순차적으로 중첩 결합하는 구조에서, 서로 중첩되는 전극 리드들의 수에 제한되지 않고 배터리 모듈을 구성할 수 있다.
이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.
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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 전면 확대도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 전면 부분을 상측에서 본 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈 내에서의 배터리 셀의 배치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈에 모듈 케이스가 포함된 형태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 모듈의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈(10)의 전면 확대도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈(10)의 전면 부분을 상측에서 본 도면이다. 이 때, 도 2에서 후술되는 전극 리드(200) 사이의 결합 포인트 및 전극 리드(200)와 버스바(300) 사이의 결합 포인트는 참조부호 'W'와 같이 표기하기로 한다.
본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 배터리 모듈(10)의 전후 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(XY평면)상에서 수직된 배터리 모듈(10)의 좌우 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향을 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 복수 개의 배터리 셀(100), 복수 개의 전극 리드(200) 및 버스바(300)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 일례로서, 배터리 셀(100)은 파우치형 전지셀일 수 있다.
이러한 배터리 셀(100)은, 전극 조립체(110) 및 셀 케이스(120)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(110)는, 상세히 도시되지는 않았으나, 제 1 극성을 가지는 제 1 전극판, 제 2 극성을 가지는 제 2 전극판 및 제 1 전극판과 제 2 전극판 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 제 1 전극판은 양극 활물질이 도포된 양극판 또는 음극 활물질이 도포된 음극판이고, 상기 제 2 전극판은 상기 제 1 전극판과 반대되는 극성을 갖는 전극판에 해당될 수 있다.
상기 셀 케이스(120)는, 전극 조립체(110)를 내부에 수용할 수 있다. 즉, 셀 케이스(120)는, 전극 조립체(110)를 내부에 수용하기 위한 수용 공간을 포함할 수 있다. 이 때, 셀 케이스(120)는, 전해질을 내부에 수용하며, 상기 전해질에 전극 조립체(110)가 함침된 형태로 전극 조립체(110)를 내부에 수용할 수 있다. 일례로서, 셀 케이스(120)는, 금속 재질(예: 알루미늄(Al))의 레이어를 포함하는 파우치 필름일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 복수 개의 전극 리드(200)는, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각의 전극 조립체(110)에 연결될 수 있다. 또한, 전극 리드(200)는, 셀 케이스(120) 밖으로 소정 길이 인출되며, 각각의 단부가 순차적으로 중첩되게 결합되도록 구성될 수 있다. 이 때, 복수 개의 전극 리드(200)의 각각의 단부는 절곡된 상태로 순차적으로 중첩되게 결합될 수 있다.
일례로서, 복수 개의 전극 리드(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이 용접(도 2의 'W' 부분 참조)에 의해 순차적으로 결합될 수 있다. 즉, 복수 개의 전극 리드(200)의 각각의 단부는, 절곡된 상태로 순차적으로 중첩되게 용접되어 결합될 수 있다.
상기 버스바(300)는, 서로 중첩되게 결합된 복수 개의 전극 리드(200) 중 어느 하나에 결합되게 구성될 수 있다. 이러한 버스바(300)는, 복수 개의 배터리 셀(100) 사이의 전기적 연결을 위해 구비될 수 있다.
일례로서, 버스바(300)는, 도 2에 도시된 바와 같이 용접(도 2의 'W' 부분 참조)에 의해 복수 개의 전극 리드(200) 중 어느 하나와 결합될 수 있다. 즉, 버스바(300)는, 서로 중첩되게 결합된 복수 개의 전극 리드(200) 중 어느 하나와 용접되어 결합될 수 있다.
특히, 버스바(300)는, 순차적으로 중첩되게 결합된 전극 리드(200) 중 어느 하나에만 결합될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 버스바(300)는 전극 리드(200) 중 어느 하나에만 결합되므로, 복수의 전극 리드에 중첩되게 결합되는 종래의 버스바에 비해 크기가 감소될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 복수 개의 배터리 셀(100)을 전기적으로 연결하기 위한 버스바(300)의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 배터리 모듈(10) 내의 추가적인 공간 확보가 가능할 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈(10) 내의 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이와 같이 확보된 추가 공간에 배터리 셀(100)을 추가로 실장하는 경우, 동일 부피 대비 배터리 모듈(10)의 에너지 밀도 향상이 가능한 장점이 있다.
또한, 버스바(300) 크기의 감소에 따라, 배터리 모듈(10)의 제조 비용 및 전체적인 무게 감소가 가능한 장점이 있다.
또한, 버스바(300)와 중첩되게 결합되는 전극 리드(200)의 수를 최소화할 수 있어, 버스바(300)와 전극 리드(200)의 결합 포인트에서의 결합을 안정적으로 유지할 수 있다.
이하, 본 발명의 배터리 모듈(10)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 버스바(300)는, 복수 개의 전극 리드(200)들이 각각 중첩되어 결합된 부분과 중첩되지 않도록, 복수 개의 전극 리드(200) 중 어느 하나에 결합되게 구성될 수 있다.
즉, 버스바(300)는, 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200) 외에 다른 전극 리드(200)와는 중첩되지 않을 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3의 구성을 참조하면, 버스바(300)는, 좌측 단부에서 가장 내측에 위치한 제 1 리드(210)와 직접 결합될 수 있다. 이 때, 버스바(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 리드(210)보다 외측에 위치한 2개의 전극 리드(200), 즉 제 2 리드(220) 및 제 3 리드(230)와는 전후 방향(X축 방향)으로 중첩되지 않을 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 버스바(300)의 크기를 더 감소시킬 수 있으므로, 배터리 모듈(10) 내의 공간 활용도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 버스바(300)는, 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200)에 대해서만 중첩되므로, 버스바(300)와 전극 리드(200)의 결합 포인트에서의 결합을 더 안정적으로 유지할 수 있다.
특히, 버스바(300)는, 복수 개의 전극 리드(200) 중 버스바(300)에 인접한 전극 리드(200)와 결합되도록 구성될 수 있다.
즉, 버스바(300)는, 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200) 외에 다른 전극 리드(200)와는 중첩되지 않으면서, 버스바(300)에 인접한 전극 리드(200)에만 결합될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 버스바(300)의 크기를 보다 더 감소시킬 수 있으므로, 배터리 모듈(10) 내의 공간 활용도를 보다 향상시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 복수 개의 전극 리드(200)는, 제 1 리드(210), 제 2 리드(220) 및 제 3 리드(230)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 리드(210)는, 버스바(300)와 결합될 수 있다. 일례로서, 버스바(300)는, 도 2에 도시된 바와 같이 용접(도 2의 'W' 부분 참조)에 의해 제 1 리드(210)와 결합될 수 있다.
상기 제 2 리드(220)는, 제 1 리드(210)의 일부와 중첩되게 결합될 수 있다. 일례로서, 제 2 리드(220)는, 도 2에 도시된 바와 같이 용접(도 2의 'W' 부분 참조)에 의해 제 1 리드(210)와 결합될 수 있다.
상기 제 3 리드(230)는, 제 2 리드(220)의 일부와 중첩되게 결합될 수 있다. 일례로서, 제 3 리드(230)는, 도 2에 도시된 바와 같이 용접(도 2의 'W' 부분 참조)에 의해 제 2 리드(220)와 결합될 수 있다.
이 때, 제 1 리드(210)는, 제 3 리드(230)와 중첩되지 않도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1 리드(210)와 제 2 리드(220)가 중첩되는 부분은, 제 2 리드(220)와 제 3 리드(230)가 중첩되는 부분과 중첩되지 않도록 구성될 수 있다.
따라서, 복수 개의 전극 리드(200)가 순차적으로 중첩 결합되는 경우, 전극 리드(200)는 세 겹 이상으로 중첩되지 않을 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 인접하는 전극 리드(200) 간의 중첩을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 인접하는 전극 리드(200)의 결합 포인트에서의 결합을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 인접하는 전극 리드(200) 간의 중첩이 최소화되므로, 인접하는 전극 리드(200) 간의 결합시 각각의 전극 리드(200)에 가해질 수 있는 응력을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 전극 리드(200)를 순차적으로 중첩 결합하는 구조에서, 서로 중첩되는 전극 리드(200)들의 수에 제한되지 않고 배터리 모듈(10)을 구성할 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 상기 셀 케이스(120)는, 수용부(122) 및 실링부(124)를 포함할 수 있다.
상기 수용부(122)는, 전극 조립체(110)를 내부에 수용하도록 구성될 수 있다.
상기 실링부(124)는, 수용부(122)의 둘레로부터 외측으로 일정 길이 연장된 형태를 가질 수 있다.
한편, 셀 케이스(120)는, 제 1 케이스 부재 및 제 2 케이스 부재를 포함할 수 있다. 이러한 제 1 케이스 부재와 제 2 케이스 부재 각각의 가장자리 둘레 영역은 서로 맞닿아 열 융착에 의해 결합됨으로써 전술한 실링부(124)를 형성할 수 있다. 그리고, 실링부(124)의 내측에는 제 1 케이스 부재와 제 2 케이스 부재의 부분적 이격에 의한 공간이 형성되며, 이러한 공간이 전술한 수용부(122)일 수 있다. 다만, 셀 케이스(120)는 제 1 케이스 부재 및 제 2 케이스 부재로 구분되지 않고, 일체로 형성되는 것도 가능하다.
또한, 실링부(124)는, 케이스 테라스(T)를 포함할 수 있다. 상기 케이스 테라스(T)는, 실링부(124)의 전체 영역 중에서, 전극 리드(200)가 셀 케이스(120) 밖으로 인출되는 방향에 위치하는 영역을 의미할 수 있다.
즉, 케이스 테라스(T)는, 수용부(122)로부터 일정 길이 연장되며, 전극 리드(200)를 지지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 수용부(122)는, 셀 케이스(120)의 일측에 편중되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 케이스 부재와 제 2 케이스 부재의 테두리가 실링되어 셀 케이스(120)를 형성하는 구성에서, 제 1 케이스 부재에는 수용부(122)가 형성되고, 제 2 케이스 부재에는 수용부(122)가 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 제 2 케이스 부재는, 평평한 시트 형태로 구성될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 도 3의 실시 구성을 참조하면, 좌우 방향(Y축 방향)으로 적층된 6개의 배터리 셀(100) 중, 좌측에 위치한 3개의 배터리 셀(100)은 수용부(122)가 좌측으로 편중 형성되어 있다. 이 경우, 좌측 케이스 부재에 수용부(122)가 형성되고, 우측 케이스 부재는 평평한 형태로 수용부(122)가 형성되어 있지 않다고 할 수 있다. 또한, 도 3의 실시 구성에서, 우측에 위치한 3개의 배터리 셀(100)은 수용부(122)가 우측으로 편중 형성되어 있다. 이 경우, 우측 케이스 부재에 수용부(122)가 형성되고, 좌측 케이스 부재에는 수용부(122)가 형성되어 있지 않다고 할 수 있다. 그러나, 셀 케이스(120)에서의 수용부(122)의 형성 위치는 이에 한정되지는 않는다.
이 때, 복수 개의 전극 리드(200) 각각은, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각에서, 수용부(122)가 형성되지 않은 셀 케이스(120)의 측면에 가까운 영역으로부터 인출될 수 있다. 즉, 복수 개의 전극 리드(200) 각각은, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각의 케이스 테라스(T)로부터 인출될 수 있다.
그리고, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각은, 수용부(122)가 형성되지 않은 셀 케이스(120)의 측면이 버스바(300)를 향하도록 상호 적층되어 구성될 수 있다. 즉, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각은, 전극 리드(200)가 인출되는 부분이 버스바(300)를 향하도록 상호 적층되어 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3의 실시 구성에서, 좌우 방향(Y축 방향)으로 적층된 6개의 배터리 셀(100) 중, 좌측에 위치한 3개의 배터리 셀(100)은, 전극 리드(200)가 인출되는 부분이 버스바(300)가 위치한 우측을 향하도록 상호 적층되어 구성될 수 있다. 또한, 우측에 위치한 3개의 배터리 셀(100)은, 전극 리드(200)가 인출되는 부분이 버스바(300)가 위치한 좌측을 향하도록 상호 적층되어 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 적층된 복수 개의 배터리 셀(100)에서 버스바(300)와 반대측에 추가적인 공간 확보가 가능할 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈(10) 내의 공간 활용도를 보다 향상시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 복수 개의 전극 리드(200) 중 적어도 둘 이상은, 버스바(300) 쪽으로 갈수록 절곡 각도가 작아지도록 구성될 수 있다.
일례로서, 복수 개의 전극 리드(200) 중 두 개의 전극 리드(200)가 버스바(300) 쪽으로 갈수록 절곡 각도가 작아질 수 있다. 또는, 복수 개의 전극 리드(200) 모두가 버스바(300) 쪽으로 갈수록 절곡 각도가 작아질 수도 있다.
예시적으로, 도 3의 실시 구성에서, 좌우 방향(Y축 방향)으로 적층된 6개의 배터리 셀(100) 중, 좌측에 위치한 3개의 배터리 셀(100)의 전극 리드(200)의 절곡 각도를 살펴보면, 버스바(300)에 대한 제 1 리드(210)의 절곡 각도는 대략 예각으로 구성될 수 있다. 또한, 버스바(300)에 대한 제 2 리드(220)의 절곡 각도는 대략 직각으로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바(300)에 대한 제 3 리드(230)의 절곡 각도는 대략 둔각으로 구성될 수 있다.
또한, 도 3의 실시 구성에서, 좌우 방향(Y축 방향)으로 적층된 6개의 배터리 셀(100) 중, 우측에 위치한 3개의 배터리 셀(100)의 전극 리드(200)의 절곡 각도를 살펴보면, 버스바(300)에 대한 제 1 리드(210)의 절곡 각도는 대략 예각으로 구성될 수 있다. 또한, 버스바(300)에 대한 제 2 리드(220)의 절곡 각도는 대략 직각으로 구성될 수 있다. 그리고, 버스바(300)에 대한 제 3 리드(230)의 절곡 각도는 대략 둔각으로 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 인접하는 전극 리드(200) 간의 결합시 각각의 전극 리드(200)에 가해질 수 있는 응력을 보다 최소화할 수 있다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈(10) 내에서의 배터리 셀(100)의 배치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 복수 개의 배터리 셀(100)은, 상호 적층되어 셀 어셈블리(A)를 구성할 수 있다.
이러한 셀 어셈블리(A)는, 제 1 어셈블리(A1) 및 제 2 어셈블리(A2)를 포함할 수 있다. 이 때, 제 2 어셈블리(A2)는, 제 1 어셈블리(A1)와 상호 적층되어 구성될 수 있다.
이 때, 제 1 어셈블리(A1)에서 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200)와 제 2 어셈블리(A2)에서 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200)는, 서로를 향하여 기울어지도록 구성될 수 있다.
즉, 제 1 어셈블리(A1)에서 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200)와 제 2 어셈블리(A2)에서 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200)는, 버스바(300)를 사이에 두고 최대한 인접하게 배치될 수 있다.
이에 따라, 한 쌍의 셀 어셈블리(A)를 상호 전기적으로 연결하는 버스바(300)의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 배터리 모듈 내의 추가적인 공간 확보가 가능할 수 있다.
도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 제 1 어셈블리(A1) 및 제 2 어셈블리(A2)는, 수용부(122)가 형성되지 않은 배터리 셀(100)의 셀 케이스(120)의 측면이 서로 마주하도록 배치될 수 있다. 이 때, 복수 개의 전극 리드(200) 각각은, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각에서, 수용부(122)가 형성되지 않은 셀 케이스(120)의 측면에 가까운 영역으로부터 인출될 수 있다. 그리고, 복수 개의 전극 리드(200) 각각은, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각의 케이스 테라스(T)로부터 인출될 수 있다.
구체적으로, 제 1 어셈블리(A1)에서 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200)가 인출되는 배터리 셀(100)의 셀 케이스(120)의 측면은, 제 2 어셈블리(A2)에서 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200)가 인출되는 배터리 셀(100)의 셀 케이스(120)의 측면과 마주하도록 구성될 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 한 쌍의 셀 어셈블리(A)에서 버스바(300)와 결합되는 전극 리드(200)가 인출되는 배터리 셀(100)의 셀 케이스(120)의 측면이 서로 마주하게 구성되므로, 한 쌍의 셀 어셈블리(A)를 상호 전기적으로 연결하는 버스바(300)의 크기를 더욱 감소시킬 수 있다.
또한, 버스바(300)와 결합되는 한 쌍의 셀 어셈블리(A)의 전극 리드(200)들 또한 최대한 마주보게 구성되므로, 버스바(300)와 전극 리드(200)의 결합 및 인접한 전극 리드(200) 간의 결합시 각각의 전극 리드(200)에 가해지는 응력을 최소화할 수 있다.
또한, 버스바(300)와 전극 리드(200)의 결합 및 인접한 전극 리드(200) 간의 결합시, 전극 리드(200)를 지지하도록 구성된 케이스 테라스(T)에 가해지는 응력을 최소화할 수 있다. 따라서, 버스바(300)와 전극 리드(200)의 결합 및 인접한 전극 리드(200) 간의 결합시, 셀 케이스(120)에 가해지는 응력 또한 최소화할 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 예시적으로 셀 어셈블리(A)는 4개로 적층되어 구성될 수도 있다. 구체적으로, 4개의 셀 어셈블리(A)는, 상호 적층된 제 1 어셈블리(A1) 및 제 2 어셈블리(A2)의 세트가 배터리 모듈(10)의 좌우 방향(Y축 방향)으로 한 쌍으로 적층된 형태일 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수 개의 전극 리드(200) 각각은, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각에서, 수용부(122)가 형성되지 않은 셀 케이스(120)의 측면에 가까운 영역으로부터 인출될 수 있다.
그리고, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각은, 수용부(122)가 형성되지 않은 셀 케이스(120)의 측면이 버스바(300)를 향하도록 상호 적층되어 구성될 수 있다. 즉, 복수 개의 배터리 셀(100) 각각은, 전극 리드(200)가 인출되는 부분이 버스바(300)를 향하도록 상호 적층되어 구성될 수 있다.
이에 따라, 적층된 복수 개의 배터리 셀(100)에서 버스바(300)와 반대측에 추가적인 공간 확보가 가능할 수 있다.
이러한 실시 구성에 따르면, 도 4와 같이 상호 적층된 제 1 어셈블리(A1) 및 제 2 어셈블리(A2)의 세트가 배터리 모듈(10)의 좌우 방향으로 한 쌍으로 적층된 형태에서, 하나의 제 1 어셈블리(A1) 및 제 2 어셈블리(A2)의 세트와 다른 하나의 제 1 어셈블리(A1) 및 제 2 어셈블리(A2)의 세트 간의 추가적인 공간 확보가 가능할 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈(10) 내의 공간 활용도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 5는 도 1의 배터리 모듈(10)에 모듈 케이스(C)가 포함된 형태를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 모듈 케이스(C)를 더 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스(C)는, 전술한 셀 어셈블리(A)를 내부에 수용할 수 있다. 이를 위해 모듈 케이스(C)에는 셀 어셈블리(A)을 내부에 수용하기 위한 내부 수용 공간이 마련될 수 있다. 이러한 모듈 케이스(C)는, 내열성 및 강성이 강한 재질을 포함할 수 있다.
상세히 도시되지는 않았으나, 배터리 모듈(10)은, 모듈 케이스(C)의 전방 측에 구비되고, 셀 어셈블리(A)와 연결되는 모듈 단자를 더 포함할 수 있다. 일례로서, 모듈 단자에는, 양극 모듈 단자 및 음극 모듈 단자가 구비될 수 있다. 이러한 모듈 단자는, BMS(Battery Management System), 전류 센서 및 퓨즈 등의 전자 제어 구성과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배터리 모듈(12)의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(12)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(12)에서, 복수 개의 전극 리드(200)의 길이는, 버스바(300) 쪽으로 갈수록 짧아지도록 구성될 수 있다.
일례로서, 복수 개의 전극 리드(200)는, 제 1 리드(210), 제 2 리드(220) 및 제 3 리드(230)를 포함할 수 있다. 그리고, 제 1 리드(210), 제 2 리드(220) 및 제 3 리드(230)는, 각각의 단부가 순차적으로 중첩되게 결합될 수 있다.
이 때, 버스바(300)와 결합되는 제 1 리드(210)는, 제 2 리드(220) 보다 짧게 구성될 수 있다. 또한, 제 2 리드(220)는, 제 3 리드(230) 보다 짧게 구성될 수 있다.
이 경우, 버스바(300)와 결합되는 제 1 리드(210)와 제 2 리드(220)의 중첩 결합시, 복수 개의 전극 리드(200)의 길이가 동일한 경우에 비해 제 1 리드(210)와 제 2 리드(220)에 가해지는 응력이 감소할 수 있다. 또한, 버스바(300)와 결합되지 않는 제 2 리드(220)와 제 3 리드(230)의 중첩 결합시, 제 2 리드(220)와 제 3 리드(230)에 가해지는 응력 또한 감소할 수 있다.
이러한 실시 구성에 의하면, 인접하는 전극 리드(200) 간의 결합시 각각의 전극 리드(200)에 가해질 수 있는 응력을 더 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10, 12)은, 적어도 하나 이상 구비되어 배터리 팩을 구성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10, 12)을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 그리고, 배터리 팩은, 배터리 모듈(10, 12)을 내부에 수용하기 위한 팩 케이스 및 배터리 팩의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 예를 들어 BMS, 전류 센서 및 퓨즈 등을 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함할 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 발명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10, 12 : 배터리 모듈
100 : 배터리 셀
110 : 전극 조립체
120 : 셀 케이스
122 : 수용부
A : 셀 어셈블리
A1 : 제 1 어셈블리
A2 : 제 2 어셈블리
200 : 전극 리드
210 : 제 1 리드
220 : 제 2 리드
230 : 제 3 리드
300 : 버스바

Claims (11)

  1. 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 셀 케이스를 구비한 복수 개의 배터리 셀;
    상기 복수 개의 배터리 셀 각각의 전극 조립체에 연결되고 상기 셀 케이스 밖으로 소정 길이 인출되며, 각각의 단부가 순차적으로 중첩되게 결합되도록 구성된 복수 개의 전극 리드; 및
    서로 중첩되게 결합된 상기 복수 개의 전극 리드 중 어느 하나에 결합되게 구성된 버스바를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 버스바는,
    상기 복수 개의 전극 리드들이 각각 중첩되어 결합된 부분과 중첩되지 않도록, 상기 복수 개의 전극 리드 중 어느 하나에 결합되게 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 버스바는,
    상기 복수 개의 전극 리드 중 상기 버스바에 인접한 전극 리드와 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극 리드는,
    상기 버스바와 결합되는 제 1 리드;
    상기 제 1 리드의 일부와 중첩되게 결합되는 상기 제 2 리드; 및
    상기 제 2 리드의 일부와 중첩되게 결합되는 상기 제 3 리드를 포함하고,
    상기 제 1 리드는,
    상기 제 3 리드와 중첩되지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 셀 케이스는,
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부를 포함하고,
    상기 수용부는,
    상기 셀 케이스의 일측에 편중되어 형성되고,
    상기 복수 개의 배터리 셀 각각은, 상기 수용부가 형성되지 않은 셀 케이스의 측면이 상기 버스바를 향하도록 상호 적층되어 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극 리드 중 적어도 둘 이상은,
    상기 버스바 쪽으로 갈수록 절곡 각도가 작아지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀은,
    상호 적층되어 셀 어셈블리를 구성하고,
    상기 셀 어셈블리는,
    제 1 어셈블리; 및
    상기 제 1 어셈블리와 상호 적층되어 구성된 제 2 어셈블리를 포함하고,
    상기 제 1 어셈블리에서 상기 버스바와 결합되는 전극 리드와 상기 제 2 어셈블리에서 상기 버스바와 결합되는 전극 리드는, 서로를 향하여 기울어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 셀 케이스는,
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용부를 포함하고,
    상기 수용부는,
    상기 셀 케이스의 일측에 편중되어 형성되고,
    상기 제 1 어셈블리 및 상기 제 2 어셈블리는, 상기 수용부가 형성되지 않은 셀 케이스의 측면이 서로 마주하도록 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 전극 리드의 길이는,
    상기 버스바 쪽으로 갈수록 짧아지도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제 10항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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