WO2018186660A1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a battery module and a battery pack and a vehicle including the same. More particularly, the present invention relates to a battery module and a battery pack and a vehicle including the improved stability of the electrical connection between the electrode lead and the sensing terminal.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a packaging material that seals the electrode assembly together with the electrolyte solution, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • the battery pack of the hybrid vehicle or the electric vehicle includes a plurality of secondary batteries, and the plurality of secondary batteries are connected to each other in series and in parallel to improve capacity and output.
  • a plurality of secondary batteries have electrode leads formed to protrude from one surface, and are electrically connected through face-to-face contact between adjacent electrode leads, thereby meeting the capacity and output of a predesigned battery pack.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional battery module is not provided with a cartridge.
  • a conventional battery module B without a cartridge is configured by stacking only a plurality of battery cells 1-11, 1-12, 1-21, and 1-22, and a plurality of battery cells.
  • (1-11, 1-12, 1-21, 1-22) includes electrode leads 3-11, 3-12, 3-21, and 3-22, each of which is bent.
  • the battery cell 1-11 positioned below has an electrode lead 3-11 of a single bent shape, and is located above.
  • the battery cells 1-12 include electrode leads 3-12 that are bent three times.
  • Each of the electrode leads 3-11 and 3-12 is formed in a bent form so as to face each other and the shapes in which the electrode leads 3-11 and 3-12 are bent are repeated in the same pattern.
  • the electrode leads (3-11, 3-) in contact with each other in the lower portion of the electrode leads (3-11, 3-12, 3-21, 3-22) of the conventional battery module (B) that is not provided with a cartridge.
  • the distance L between the ends of the electrode 12 and the electrode leads 3-21 and 3-12 which are in contact with each other at the top thereof is short, so that the lower electrode leads 3-11 are assembled and manufactured in the process of assembling and manufacturing the battery module B.
  • FIG. There is a problem in that a short phenomenon occurs between the ends of 3-12 and the electrode leads 3-21 and 3-12.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a conventional battery module with a cartridge.
  • a conventional battery module B having a cartridge includes a cartridge 5 for mounting a battery cell 1 therein to facilitate stacking of a plurality of battery cells 1. It can be provided every 1).
  • Conventional battery module (B) with a cartridge is configured by stacking the battery cells (1) in which the cartridge (5) is seated therein, by separating the distance between the battery cells (1) through the cartridge (5) electrode lead Undesigned connection of (3) can be prevented.
  • the conventional battery module (B) equipped with a cartridge has a problem that the energy density is reduced due to the volume occupied by the cartridge 5 by manufacturing the cartridge 5 in an additional configuration, the addition of the cartridge 5 There is a problem that the manufacturing cost increases due to the manufacturing cost.
  • an object of the present invention is to provide a battery module and a battery pack including the same and an automobile having an improved energy density by reducing the volume through a lead cartridge containing only the electrode lead.
  • the battery module according to the present invention for solving the above technical problem is formed extending in the horizontal direction from the front side and having an electrode lead formed with one or more bent portions, the electrode leads positioned adjacent in the vertical direction are in contact with each other facing up and down direction
  • the plurality of battery cells and the electrode leads formed by stacking two post parts respectively positioned on the outer side and the outer end of the other end, formed in the form of a plate erected in the vertical direction between the two post portions, the electrode lead facing the inner side
  • a plurality of partitions each having a partition wall forming an accommodating space to be accommodated separately, and having a first spaced portion protruding forward from an upper portion of the partition wall to space the electrode leads protruding outward from the accommodation space from other electrode leads; It may include a lead cartridge.
  • the lead cartridge is formed to protrude to the front from each of the central portion and the lower portion of the partition wall portion, it may further include a support for supporting the sensing bus bar.
  • the lead cartridge is formed in the form of a plate lying horizontally on the upper or lower portion between the two post portion, and may further include a second spacing portion for separating the electrode lead received from the inside of the receiving space with the other electrode lead. have.
  • the two post parts, the partition wall part, the first spacer part, the support part and the second spacer part may be integrally formed.
  • the two post portions, the partition portion, the first separation portion, the support portion, and the second separation portion may be formed of an insulating material.
  • the electrode lead may include a first electrode lead protruding forward from the left side of the front surface of the battery cell and a second electrode lead protruding forward from the right side of the front surface of the battery cell.
  • the lead cartridge is composed of a first lead cartridge accommodating the first electrode lead and a second lead cartridge accommodating the second electrode lead, and two post portions of the first lead cartridge and two of the second lead cartridge Convex and concave portions may be formed on surfaces in which adjacent post portions of the posts face each other.
  • the second spacer of the first lead cartridge is formed in the form of a plate lying horizontally on the upper portion between the two post portions, and separates the electrode lead received from the inside of the accommodation space from other electrode leads positioned at the upper portion.
  • the second spacing portion of the second lead cartridge is formed in the form of a plate lying horizontally on the lower portion between the two post portions, and spaces the electrode lead received inside the accommodation space from the other electrode leads located below. Can be.
  • the lead cartridge may further include a cylindrical coupling member erected in the vertical direction.
  • At least one of the two post parts has a through hole penetrated in an up and down direction, and a plurality of lead cartridges stacked in the up and down direction by inserting a coupling member into the through hole may be fixedly coupled.
  • At least one of the two posts may have a coupling protrusion formed at one of the upper end and the lower end, and a coupling groove corresponding to the coupling protrusion may be formed at the other one.
  • the two posts may have fastening protrusions protruding from the front surface, and fastening holes formed at both ends of the sensing bus bar may be inserted into and fastened to the fastening protrusions.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention may include the battery module.
  • An automobile according to an embodiment of the present invention may include the battery module.
  • the present invention by preventing an undesigned connection between the electrode leads to prevent short circuit of the battery module, it is possible to improve the electrical stability of the battery module.
  • the present invention can reduce the volume and manufacturing cost of the battery module by using a lead cartridge containing only the electrode leads.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional battery module is not provided with a cartridge.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of a conventional battery module with a cartridge.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 4.
  • FIG. 7 is a front view of a lead cartridge according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a rear view of the lead cartridge according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view schematically illustrating a state in which a lead cartridge and a bus sensing bar are coupled according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 3.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line D-D 'of FIG. 3.
  • FIG. 12 is a view for explaining a process of manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • a battery module 10 may include a battery cell 100, electrode leads 110 and 130, and a lead cartridge 200.
  • the battery cells 100 may be provided in plurality, and each of the battery cells 100 may be stacked side by side in the vertical direction ( ⁇ Y axis direction).
  • the type of the battery cell 100 is not particularly limited, and various secondary batteries may be employed in the battery module 10 according to the present invention.
  • the battery cell 100 may be composed of a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • the battery cell 100 may be a lithium secondary battery.
  • the battery cell 100 may be classified into a pouch type, a cylindrical shape, a square shape, and the like according to the type of exterior material.
  • the battery cell 100 of the battery module 10 according to the present invention may be a pouch type secondary battery.
  • each battery cell 100 may include electrode leads 110 and 130 configured to protrude in the horizontal direction (+ X-axis direction) from the front surface.
  • the electrode leads 110 and 130 protrude forward from the right side of the front surface of the first electrode lead 110 and the battery cell 100, which protrude forward from the left side of the front surface of the battery cell 100. It may be composed of the second electrode lead 130.
  • each of the first electrode lead 110 and the second electrode lead 130 may be a positive electrode lead or a negative electrode lead, and the positive electrode lead may be connected to the positive electrode plate of the electrode assembly, and the negative electrode lead may be connected to the negative electrode plate of the electrode assembly.
  • the positive electrode lead may be connected to the positive electrode plate of the electrode assembly
  • the negative electrode lead may be connected to the negative electrode plate of the electrode assembly.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 4
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 4.
  • the electrode leads 110 and 130 may extend in a horizontal direction (+ X-axis direction) from the front surface of the battery cell 100 and may have a shape in which one or more bent portions are formed.
  • the electrode leads adjacent to each other may be bent to face each other to be in contact with each other.
  • the battery cells 100a,..., 100m stacked in the first to thirteenth layers are each formed to extend in the horizontal direction (+ X-axis direction) at the left side of the front surface.
  • the first electrode leads 110a,..., And 110m may be provided.
  • the first electrode leads 110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, and 110m of the cells 100a, 100c, 100e, 100g, 100i, 100k, and 100m protrude and extend in the horizontal direction (+ X-axis direction).
  • the first bent portion J1 may be formed to be bent in the direction (+ Y-axis direction).
  • the battery cells 100b stacked on even-numbered layers that is, the second, fourth, sixth, eighth, tenth, and twelfth layers, respectively.
  • the first electrode leads 110b, 110d, 110f, 110h, 110j, and 110l of 100d, 100f, 100h, 100j, and 100l are protruded and extended in the horizontal direction (+ X axis direction) and then downward (-Y axis direction, +).
  • the second bent portion J2 may be formed to be bent in the X-axis direction.
  • first electrode leads 110b, 110d, 110f, 110h, 110j, and 110l of the even layer extend from the second bent portion J2 and then the first electrode leads 110a, 110c, 110e, 110g, and 110i of the odd layer.
  • the third bent portion J3 may be formed to be bent in the horizontal direction (+ X-axis direction) at the point of contact with 110k and 110m.
  • first electrode leads 110b, 110d, 110f, 110h, 110j and 110l of the even layer extend from the third bent portion J3 and the first electrode leads 110a, 110c, 110e, 110g and 110i of the odd layer.
  • the fourth bent portion J4 bent in the upper direction (+ Y-axis direction) may be formed at a point corresponding to the position of the first bent portion J1 of 110k and 110m.
  • the first electrode leads 110a, 110c, 110e, 110g, 110i and 110k of the odd layer except for the top layer and the first electrode leads 110b, 110d, 110f, 110h, 110j and 110l of the even layer are adjacent to each other.
  • the third bent portion (J3) By contacting with each other from the third bent portion (J3) to the end face to each other, it can be electrically connected.
  • the battery cells (100a, ..., 100m) stacked in the first to the thirteenth layer is formed by extending in the horizontal direction (+ X-axis direction) on the right side of the front, respectively
  • the two electrode leads 130a, ..., 130m may be provided.
  • the fifth bent portion J5 may be formed to be bent in the direction (+ Y-axis direction).
  • the battery cells 100b stacked on even-numbered layers that is, the second layer, the fourth layer, the sixth layer, the eighth layer, the tenth layer, and the twelfth layer, respectively
  • the second electrode leads 130b, 130d, 130f, 130h, 130j, and 130l of 100d, 100f, 100h, 100j, and 100l protrude and extend in the horizontal direction (+ X axis direction), and then upwardly (+ Y axis direction, +
  • the sixth bent portion J6 may be formed to be bent to incline in the X-axis direction.
  • the second electrode leads 130b, 130d, 130f, 130h, 130j, and 130l of the even layer extend from the second bent portion J2 and then the second electrode leads 130a, 130c, 130e, 130g, and 130i of the odd layer.
  • the seventh bent portion J7 that is bent in the horizontal direction (+ X-axis direction) at the point of contact with the 130k, 130m may be formed.
  • the second electrode leads 130b, 130d, 130f, 130h, 130j, and 130l of the even layer extend from the seventh bent portion J7 and then the second electrode leads 130a, 130c, 130e, 130g, 130i of the odd layer.
  • An eighth bent portion J8 that is bent in an upper direction (+ Y-axis direction) may be formed at a point corresponding to the position of the fifth bent portion J5 of 130k and 130m.
  • the second electrode leads 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, and 130m of the odd-numbered layer except for the lowermost layer and the second electrode leads 130b, 130d, 130f, 130h, 130j, and 130l of the even layer are adjacent to each other.
  • FIG. 7 is a front view of a lead cartridge according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a rear view of the lead cartridge according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a lead cartridge according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a state in which a bus sensing bar is coupled.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line C-C 'of FIG. 3
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line D-D' of FIG.
  • the lead cartridge 200 may accommodate a portion of the electrode leads 110 and 130 inside such that only the electrode leads 110 and 130 which are in contact with each other are electrically connected to each other.
  • the lead cartridge 200 may protrude the remaining portion of the electrode leads 110 and 130 to the outside and may be spaced apart from the protruding electrode leads 110 and 130.
  • the lead cartridge 200 may be provided separately for each of the electrode leads 110 and 130 in contact with each other, and may be stacked in the stacked vertical direction ( ⁇ Y axis direction) of the battery cell 100.
  • the lead cartridge 200 includes a first lead cartridge 210 for receiving and supporting the first electrode lead 110 among the electrode leads 110 and 130 and a second electrode lead 130 among the electrode leads 110 and 130. ) May be configured as a second lead cartridge 230 that accommodates and supports).
  • first lead cartridge 210 and the second lead cartridge 230 are similar in configuration and role, the first lead cartridge 210 will be described first, and the second lead cartridge 230 will be described with the first lead cartridge 210. Focus on the differences.
  • the first lead cartridge 210 may include two post parts 211 and 212, a partition part 213, a first separation part 214, a second separation part 215, and a support part 216.
  • the two post parts 211 and 212 are formed in a rectangular parallelepiped shape, and are positioned at one end outer side and the other end outer side of the first electrode lead 210 to serve to support the above-described configurations of the first lead cartridge 210. Can be.
  • the first electrode lead 210 is positioned between the two post parts 211 and 212, and the partition wall part 213 and the first formed in a plate shape along the length direction of the first electrode lead 210 are provided.
  • the spacer 214, the second spacer 215, and the support 216 may be supported at one end outside and the other end outside, respectively.
  • the partition 213, the first spacer 214, the second spacer 215, and the support 216 which are main components of the first lead cartridge 210, are positioned at the outer side and the outer end of each end, respectively. It is supported by the two post portion 211, 212 can accommodate and support the first electrode lead (210).
  • the two post parts 211 and 212 may combine the first lead cartridges 210 positioned up and down adjacent to each other, and the first lead cartridge 210 and the second lead cartridges 230 positioned adjacent to the left and right sides. ) Can be combined.
  • the role of coupling between the lead cartridges of the two posts 211 and 212 will be described in detail later.
  • the partition portion 213 is formed in a plate shape that is erected in the vertical direction ( ⁇ Y axis direction) between the two post portions 211 and 212, and the first electrode lead 110a which is in contact with each other in the first electrode lead 110.
  • An accommodating space S may be formed to accommodate a portion of the 110b.
  • the partition wall portion 213 has an accommodating space inwardly facing the battery cell 110 by supporting the outer side and the other end outside of the two post portions 211 and 212 so as to stand in the vertical direction ( ⁇ Y axis direction). (S) can be formed.
  • the accommodation space S may be provided with an opening surface open toward the battery cell 110, that is, the first electrode leads 110a and 110b to be inserted into the opposite side of the partition 213. It can be closed by the second spaced apart portion 215.
  • one surface and the other surface of the accommodation space S may be closed by the inner surfaces of the two posts 211 and 212, respectively.
  • the front surface and the upper surface of the accommodation space (S) is closed by the partition wall portion 213 and the second separation portion 215, respectively, and one surface and the other surface, that is, both side surfaces of the two post portions 211 and 212, respectively Closed by an inner side, the side facing the battery cell 110 may be an open space.
  • the first electrode leads 110a and 110b which are in contact with each other are inserted into the opening surface to accommodate a part of the first electrode leads 110a and 110b in the accommodation space S. Can be.
  • first electrode leads 110a and 110b inserted into the accommodation space S is spaced apart from the other first electrode leads 110c and 110d positioned above by the second spacer 215.
  • a short phenomenon between the first electrode leads 110a, 110b, 110c, and 110d that may occur in the manufacturing process of the battery module 10 may be prevented.
  • the first spacer 214 may be formed to protrude from the upper portion of the partition 213 in the left and right directions (+ Z axis direction).
  • the first spacer 214 is formed to protrude toward the opposite direction of the battery cell 100 at the uppermost end of the partition 213, one outside the outer side and the other end of the first spacer 214. May be coupled to the two post portions 211 and 212, respectively, to be supported from the two post portions 211 and 212.
  • first spacer 214 and the partition wall portion 213 may be combined to form a right angle and the cross section viewed from one end or the other end may be a 'b' shape.
  • the first spacer 214 may be positioned above the first electrode leads 110a and 110b protruding outward from the accommodation space S, and the first electrode protruding outward from the accommodation space S. It may be formed to protrude further in the horizontal direction (+ X-axis direction) than the leads (110a, 110b).
  • the first spacer 214 separates the first electrode leads 110a and 110b protruding outward from the accommodation space S from the other first electrode leads 110c and 110d positioned above the battery. A short phenomenon between the first electrode leads 110a, 110b, 110c, and 110d that may occur in the manufacturing process of the module 10 may be prevented.
  • the second spacer 215 may be formed in the form of a plate lying in a horizontal direction ( ⁇ X axis direction) between the two post parts 211 and 212.
  • one end of the second spacer 215 and the other end of the other end are supported between the upper portions of the two post portions 211 and 212, respectively, and the front surface facing the opposite direction of the battery cell 100 is the upper portion of the partition portion 213. It can be combined with the inside.
  • the second spacer 215 may include the other first electrode lead 110c having a portion of the first electrode leads 110a and 110b accommodated in the accommodation space S on the inside of the accommodation space S. 110d).
  • the second spacer 215 may prevent a short phenomenon between the first electrode leads 110a, 110b, 110c, and 110d that may occur in the manufacturing process of the battery module 10.
  • the support part 216 may be formed to protrude toward the front from each of the central part and the lower part of the partition wall part 213 and may face and contact the sensing bus bar 300 to support and mount the sensing bus bar 300. have.
  • the support 216 may include a first support 216a protruding from the center of the partition 213 and a second support 216b protruding from the bottom of the partition 213.
  • first support portion 216a may be formed to protrude from the center portion of the barrier rib portion 213 to be positioned below the first separation portion 214, and the second support portion 216b may be spaced apart from the first space. It may be formed to protrude from the bottom of the portion 214.
  • each of the first support part 216a and the second support part 216b may be coupled to and supported by the two post parts 211 and 212, respectively.
  • first support part 216a and the second support part 216b may maintain a predetermined distance from the first electrode leads 110a and 110b which protruded ends protrude outward from the accommodation space S.
  • the predetermined distance may be greater than or equal to the width of the sensing bus bar 300, and through this, the protruding end of the first support part 216a and the second support part 216b and the first protruding outward of the accommodation space S.
  • a space in which the sensing bus bar 300 may be seated may be formed between the electrode leads 110a and 110b, and the first electrode lead protruding outside the seated sensing bus bar 300 and the accommodation space S may be provided.
  • the spaces 110a and 110b may be in close contact with each other so as to be in contact with each other.
  • each of the above-described two post parts 211 and 212 is provided with fastening protrusions 211 ′ and 212 ′ protruding from the front surface to form the first sensing bus bar 300.
  • the lead cartridge 210 may be fastened.
  • the fastening protrusions 211 ′ and 212 ′ have fastening holes 310 and 330 formed in holes to correspond to the shapes of the fastening protrusions 211 ′ and 212 ′ at both ends of the sensing bus bar 300. ) Can be inserted and fastened respectively.
  • the fastening protrusions 211 ′, 212 of the sensing bus bar 300 to the fastening protrusions 211 ′, 212 ′ of the first lead cartridge 210 may be coupled to the first electrode lead 110 while the ') is inserted in advance.
  • 216 may be integrally formed.
  • the first electrode leads 110a and 110b in the accommodation space S of the first lead cartridge 210 can be received and seated to separate the other electrode leads.
  • the support part 216 may be formed of an insulating material.
  • the first electrode leads 110a and 110b accommodated in the receiving space S inside the first lead cartridge 210 and spaced apart from the other electrode leads through the first spacer 214 are not designed.
  • the short circuit caused by the electrical connection can be prevented.
  • the second lead cartridge 230 according to the embodiment of the present invention is substantially the same as or similar to the first cartridge 210 according to the embodiment of the present invention described above, it is repeated for the same or similar configurations.
  • the explanation focuses on the differences, not the description.
  • the second lead cartridge 230 includes two post parts 231 and 212, a partition wall part 233, a first spaced part 234, a second spaced part 235, and a support part ( 236 may be provided.
  • the two post parts 231 and 212, the partition part 233, the first separation part 234, and the support part 236 of the second lead cartridge 230 are provided in the first lead cartridge 210, respectively. It may have the same configuration as the two post parts 211 and 212, the partition part 213, the first spacer 214, and the support part 216.
  • the second spacer 235 of the second lead cartridge 230 is different from the second spacer 215 of the first lead cartridge 210 formed at an upper portion between the two post portions 211 and 212. It may be formed in the form of a plate lying in the horizontal direction ( ⁇ X axis direction) in the lower portion between the two post portions (231, 212).
  • one end of the second spacer 235 and the outside of the other end are respectively supported between the lower portions of the two post portions 231 and 212, and the front surface facing the opposite direction of the battery cell 100 is the lower portion of the partition wall portion 233. It can be combined with the inside.
  • the second spacer 235 may include another second electrode lead 130b having a lower portion of the second electrode leads 130d and 130e accommodated in the accommodation space S inside the accommodation space S, 130c).
  • the second spacer 235 may prevent a short phenomenon between the second electrode leads 130b, 130c, 130d, and 130e that may occur in the manufacturing process of the battery module 10.
  • the accommodation space S formed from the two post parts 231 and 212, the partition wall part 233, and the second separation part 235 of the second lead cartridge 230 is a storage space S where the battery is a battery.
  • An opening surface may be provided toward the cell 110, that is, the second electrode leads 130d and 130e may be inserted into the opposite side of the barrier rib portion 233, and the bottom surface may be provided at the second spacer 235 described above. Can be closed by
  • one surface and the other surface of the accommodation space S may be closed by the inner surfaces of the two post portions 231 and 212, respectively.
  • the front and bottom surfaces of the accommodation space S are closed by the partition wall portion 233 and the second separation portion 235, respectively, and one surface and the other surface, that is, both side surfaces of the two post portions 231 and 212, respectively. Closed by an inner side, the side facing the battery cell 110 may be an open space.
  • the second electrode leads 130d and 130e facing in contact with each other are inserted into the opening surface to accommodate a portion of the second electrode leads 130d and 130e. Can be.
  • a part of the second electrode leads 130d and 130e inserted into the accommodation space S is spaced apart from the other second electrode leads 130b and 130c positioned below by the second spacer 235.
  • a short phenomenon between the second electrode leads 130b, 130c, 130d, and 130e that may occur in the manufacturing process of the battery module 10 may be prevented.
  • first lead cartridge 210 and the second lead cartridge 230 by receiving and supporting only the first electrode lead 110 and the second electrode lead 130, respectively, Unlike conventional lead cartridges that accommodate and support all sides, the volume of the battery module 10 may be improved due to its small volume.
  • FIG. 12 is a view for explaining a process of manufacturing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the post part 211 positioned at one end may have a coupling protrusion 211a protruding from one of the upper end part and the lower end part. It may be formed in a shape, and the coupling groove of the shape corresponding to the shape of the coupling protrusion 211a may be formed in the place where the coupling protrusion 211a is not formed among the upper end and the lower end of the post portion 211 located at one end. have.
  • the upper end of the post portion 211 may be formed in a cylindrical shape in which a coupling protrusion 211a protrudes, and a coupling protrusion 211a is formed at the lower end of the post portion 211.
  • Coupling grooves of a shape corresponding to the shape of the can be formed.
  • the coupling protrusion 211a may be formed to protrude in an upper direction (+ Y-axis direction) from the upper end of the post portion 211 located at one end, the coupling groove is a post portion 211 located at one end It may be formed in a form embedded in the lower direction (+ Y-axis direction) at the lower end of the.
  • the coupling protrusion 211a of the first lead cartridge 210 may be inserted into the coupling groove of the first lead cartridge 210 stacked on the upper portion, and the coupling protrusion 211a of the first lead cartridge 210 may be inserted into the coupling groove of the first lead cartridge 210. Coupling protrusions of the stacked first lead cartridges 210 may be inserted.
  • the first lead cartridge 210 may be coupled to the first lead cartridge 210 by the coupling of the coupling protrusion 211a and the coupling groove in the vertical direction ( ⁇ ) to increase.
  • the post part 212 positioned at the other end may have a through hole 212a having a penetrating shape therein.
  • the post part 212 positioned at the other end may be formed with a through hole 212a continuous in the vertical direction ( ⁇ Y axis direction) together with the post part 212 of the other first lead cartridge 210. have.
  • a cylindrical coupling member 217 having a length corresponding to the height of all the stacked first lead cartridges 210 is inserted and stacked in the vertical direction ( ⁇ Y axis direction). Between the lead cartridge 210 may be coupled and fixed.
  • the coupling member 217 may be a long bolt made of a metal material or a rod made of a thermoplastic material.
  • the coupling member 217 is a rod of a thermoplastic material
  • the coupling member 217 is inserted into the through holes 212a of all of the stacked first lead cartridges 210 and then thermally bonded to the first lead cartridge 210.
  • the first lead cartridge 210 may be firmly coupled and fixed in the vertical direction ( ⁇ Y axis direction).
  • Concave-convex portion 212b may be formed on a surface facing each other with the post portion 231 positioned at one end.
  • the uneven portion 212b may be formed in a concave shape protruding from the post portion 212 positioned at the other end in the left-right direction (+ Z-axis direction).
  • the post portion 231 located at one end is the two post portions 211 and 212 of the first lead cartridge 210.
  • an uneven portion 232b may be formed on a surface of the post portion 212 positioned at the other end in contact with each other.
  • the uneven portion 232b of the second lead cartridge 230 is recessed in the left-right direction (+ Z-axis direction) corresponding to the uneven portion 212b of the first lead cartridge 210 formed in a concave shape. It may be formed in the form.
  • the first lead cartridge 210 is firmly coupled in the vertical direction ( ⁇ Y axis direction) through the coupling between the coupling protrusion 211a and the coupling groove and the coupling between the through hole 212a and the coupling member 217.
  • first lead cartridge 210 and the second lead cartridge 230 may be firmly coupled in the left and right directions ( ⁇ Z axis direction) through the uneven parts 212b and 232b.
  • the second lead cartridge 230 is similar to the first lead cartridge 230 of the two post portion 231, 232, the post portion 231 located at the other end of the engaging projection formed in a form protruding from the upper end Coupling grooves corresponding to the shape of the (231a) and the engaging projection (231a) may be formed in the form indented in the lower end.
  • the coupling protrusion 231a of the second lead cartridge 230 may be inserted into the coupling groove of the second lead cartridge 230 stacked on the upper portion, and the coupling protrusion 231a of the second lead cartridge 230 may be inserted into the coupling groove of the second lead cartridge 230. Coupling protrusions of the stacked second lead cartridges 230 may be inserted.
  • the second lead cartridge 230 may be coupled to the second lead cartridge 230 by the coupling of the coupling protrusion 231a and the coupling groove in the vertical direction ⁇ .
  • the post part 232 positioned at one end may be formed with a through hole 232a having a penetrating interior thereof.
  • the second lead cartridge 230 in which the cylindrical coupling member 237 having a length corresponding to the height of all the stacked second lead cartridges 230 is inserted and stacked in the vertical direction ( ⁇ Y axis direction) in 232a. ) Can be combined and fixed.
  • the coupling protrusion 231a, the coupling groove, the through hole 232a, and the coupling member 237 of the second lead cartridge 230 are coupled to the protrusion 211a, the coupling groove, and the through hole of the first lead cartridge 210. Only positions that are respectively engaged with the 212a and the coupling member 217 may be different from each other in form and role.
  • FIG. 13 is a perspective view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 10 ′′ according to another embodiment of the present invention when the battery module 10 ′′ according to another embodiment of the present invention is compared with the battery module 10 according to an embodiment of the present invention, the battery module 10 ′′ according to another embodiment
  • the battery cell 100 ′′ is a bidirectional secondary battery provided with electrode leads at the front and rear thereof, whereas the battery cell 100 of the battery module 10 according to an embodiment has the electrode lead only at one surface (front or rear). It may be a one-way secondary battery.
  • the lead cartridge of the battery module 10 includes a first lead cartridge 210" and a battery cell 100 "for receiving and supporting electrode leads provided on the front surface of the battery cell 100". It may be composed of a second lead cartridge (230 ") for receiving and supporting the electrode lead provided on the back.
  • the battery cell 100 may have two electrode leads on one surface thereof, so that the width of each electrode lead may be less than 1/2 of the width of one surface of the battery cell 100.
  • the battery cell 100 "according to another embodiment includes one electrode lead on one surface and one rear surface thereof, so that the width of each electrode lead is 1/2 or more than the width of one surface of the battery cell 100". Can be.
  • the width W of the first lead cartridge 210 ′′ and the second lead cartridge 230 ′′ that accommodates and supports the electrode leads of the battery cell 100 ′′ according to another embodiment may also be measured by the battery cell 100 ′′. It may be more than 1/2 of the width of one side of the).
  • X-axis direction can be combined.
  • first lead cartridge 210 " and the second lead cartridge 230 " have coupling protrusions 210 " and 230 ", respectively, formed to protrude in the upper direction (+ Y-axis direction).
  • first lead cartridge 210 ′′ and the second lead cartridge 230 ′′ may be coupled to the coupling holes M1 and M2 formed through the coupling plates M, respectively.
  • the first lead cartridge 210 ′′ and the second lead cartridge 230 ′′ of the battery module 10 ′ may be coupled to the coupling plate M to be horizontally applied due to an external force applied from the outside.
  • the phenomenon that spreads in ( ⁇ X axis direction) can be prevented.
  • the battery pack according to the present invention includes one or more battery modules described above.
  • the battery pack may further include a case for accommodating the battery module, various devices for controlling charging and discharging of the battery module, for example, a battery management system (BMS), a current sensor, a fuse, and the like, in addition to the battery module.
  • BMS battery management system
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention may prevent an undesigned electrical connection between electrode leads through a lead cartridge accommodating and supporting electrode leads provided in each battery cell of the battery module.
  • the battery module according to the present invention can be applied to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the vehicle according to the present invention may include a battery module according to the present invention.

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은 전면에서 수평 방향으로 연장되어 형성되며 하나 이상의 절곡부가 형성된 전극 리드를 구비하고, 상하 방향으로 인접하여 위치하는 전극 리드가 상호 대면 접촉하며 상하 방향으로 적층되어 형성된 복수의 배터리 셀 및 전극 리드의 일단 외측과 타단 외측에 각각 위치하는 2개의 포스트부, 2개의 포스트부 사이에 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성되고, 내측에 대면 접촉하는 전극 리드를 개별적으로 수용하는 수용 공간을 형성하는 격벽부, 및 격벽부의 상부로부터 전방으로 돌출된 형태로 형성되고, 수용 공간의 외측으로 돌출된 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제1 이격부를 구비하는 복수의 리드 카트리지를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 출원은 2017년 4월 7일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0045417호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로 더욱 상세하게 전극 리드와 센싱 단자 간에 전기적 연결의 안정도가 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다. 그리고, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 다수의 이차 전지가 포함되며, 이러한 다수의 이차 전지들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다.
이를 위하여, 다수의 이차 전지들은 일면에서 돌출된 형태로 형성된 전극 리드를 구비하고, 인접한 전극 리드 간에 대면 접촉을 통해 전기적으로 연결됨으로써, 미리 설계된 배터리 팩의 용량 및 출력을 충족시킨다.
도 1은 카트리지가 구비되지 않은 종래의 배터리 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 카트리지가 구비되지 않은 종래의 배터리 모듈(B)은 복수의 배터리 셀(1-11, 1-12, 1-21, 1-22)만이 적층되어 구성되고, 복수의 배터리 셀(1-11, 1-12, 1-21, 1-22)은 각각 절곡된 형태의 전극 리드(3-11, 3-12, 3-21, 3-22)를 구비한다.
보다 구체적으로, 인접한 배터리 셀(1-11, 1-12) 중에서 하부에 위치하는 배터리 셀(1-11)은 1회 절곡된 형태의 전극 리드(3-11))를 구비하고, 상부에 위치하는 배터리 셀(1-12)은 3회 절곡된 형태의 전극 리드(3-12)를 구비한다. 각각의 전극 리드(3-11, 3-12)는 절곡된 형태로 형성됨으로써 상호 대면 접촉하고 각각의 전극 리드(3-11, 3-12)가 절곡된 형태는 동일한 패턴으로 반복된다.
이때, 카트리지가 구비되지 않은 종래의 배터리 모듈(B)의 전극 리드(3-11, 3-12, 3-21, 3-22) 중 하부에서 상호 대면 접촉하는 전극 리드(3-11, 3-12)의 끝단과 상부에서 상호 대면 접촉하는 전극 리드(3-21, 3-12) 사이의 거리(L)가 짧아 배터리 모듈(B)을 조립 및 제조하는 과정에서 하부의 전극 리드(3-11, 3-12)의 끝단과 상부의 전극 리드(3-21, 3-12)의 사이에서 쇼트(Short) 현상이 발생하는 문제점이 있다.
도 2는 카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈(B)은 복수의 배터리 셀(1)의 적층을 용이하게 하기 위하여 내부에 배터리 셀(1)을 안착시키는 카트리지(5)를 배터리 셀(1) 마다 구비할 수 있다.
카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈(B)은 카트리지(5)가 내부에 안착된 배터리 셀(1)이 적층되어 구성됨으로써, 카트리지(5)를 통해 배터리 셀(1) 간의 거리를 이격시켜 전극 리드(3)의 설계되지 않은 연결을 방지할 수 있다.
하지만, 카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈(B)은 카트리지(5)를 추가 구성으로 포함시켜 제조함으로써 카트리지(5)가 차지하는 부피로 인해 에너지 밀도가 감소하는 문제가 있으며, 카트리지(5)의 추가 제조 비용으로 인해 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 인접한 전극 리드 간에 설계되지 않은 연결을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전극 리드만을 수용하는 리드 카트리지를 통해 부피를 감소시켜 에너지 밀도가 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은 전면에서 수평 방향으로 연장되어 형성되며 하나 이상의 절곡부가 형성된 전극 리드를 구비하고, 상하 방향으로 인접하여 위치하는 전극 리드가 상호 대면 접촉하며 상하 방향으로 적층되어 형성된 복수의 배터리 셀 및 전극 리드의 일단 외측과 타단 외측에 각각 위치하는 2개의 포스트부, 2개의 포스트부 사이에 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성되고, 내측에 대면 접촉하는 전극 리드를 개별적으로 수용하는 수용 공간을 형성하는 격벽부, 및 격벽부의 상부로부터 전방으로 돌출된 형태로 형성되고, 수용 공간의 외측으로 돌출된 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제1 이격부를 구비하는 복수의 리드 카트리지를 포함할 수 있다.
바람직하게, 리드 카트리지는 격벽부의 중앙부와 하부 각각으로부터 전면으로 돌출된 형태로 형성되고, 센싱 버스 바를 지지하는 지지부를 더 구비할 수 있다.
바람직하게, 리드 카트리지는 2개의 포스트부 사이의 상부 또는 하부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 수용 공간의 내측에서 수용된 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제2 이격부를 더 구비할 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부, 격벽부, 제1 이격부, 지지부 및 제2 이격부는 일체로 형성될 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부, 격벽부, 제1 이격부, 지지부 및 제2 이격부는 절연성 소재로 형성될 수 있다.
바람직하게, 전극 리드는 배터리 셀의 전면 중 좌측부에서 전방을 향해 돌출된 제1 전극 리드와 배터리 셀의 전면 중 우측부에서 전방을 향해 돌출된 제2 전극 리드로 구성될 수 있다.
바람직하게, 리드 카트리지는 제1 전극 리드를 수용하는 제1 리드 카트리지와 제2 전극 리드를 수용하는 제2 리드 카트리지로 구성되고, 제1 리드 카트리지의 2개의 포스트부와 제2 리드 카트리지의 2개의 포스트 중 인접한 포스트부는 상호 대면 접촉하는 면에 요철부가 형성될 수 있다.
바람직하게, 제1 리드 카트리지의 제2 이격부는 2개의 포스트부 사이의 상부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 수용 공간의 내측에서 수용된 전극 리드를 상부에 위치하는 다른 전극 리드와 이격시킬 수 있다.
바람직하게, 제2 리드 카트리지의 제2 이격부는 2개의 포스트부 사이의 하부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 수용 공간의 내측에서 수용된 전극 리드를 하부에 위치하는 다른 전극 리드와 이격시킬 수 있다.
바람직하게, 리드 카트리지는 상하 방향으로 세워진 원통 형태의 결합 부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부 중 적어도 하나는, 상하 방향으로 관통된 관통 홀이 형성되어, 관통 홀로 결합 부재가 삽입되어 상하 방향으로 적층된 복수의 리드 카트리지가 결합 고정될 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부 중 적어도 하나는 상단부 및 하단부 중 어느 한 곳에 결합 돌기가 형성되고, 나머지 한 곳에 결합 돌기에 대응되는 결합 홈이 형성될 수 있다.
바람직하게, 2개의 포스트부는 전면으로부터 돌출된 형태의 체결 돌기가 형성되고, 센싱 버스 바의 양단에 형성된 체결 홀이 체결 돌기에 삽입 및 체결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는 상기 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 리드 간에 설계되지 않은 연결을 방지하여 배터리 모듈의 쇼트 현상을 방지함으로써, 배터리 모듈의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 전극 리드만을 수용하는 리드 카트리지를 이용함으로써, 배터리 모듈의 부피 및 제조 단가를 감소시킬 수 있다.
도 1은 카트리지가 구비되지 않은 종래의 배터리 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 카트리지가 구비된 종래의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A'선의 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B'선의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지의 전면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지의 배면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지와 버스 센싱 바가 결합한 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 3의 C-C'선의 단면도이다.
도 11은 도 3의 D-D'선의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 배터리 셀(100), 전극 리드(110, 130) 및 리드 카트리지(200)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 각 배터리 셀(100)은 상하 방향(±Y축 방향)으로 나란하게 적층될 수 있다.
배터리 셀(100)의 종류는 특별히 한정되지 않으며 다양한 이차 전지가 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)에 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 셀(100)은, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성될 수 있다. 특히, 상기 배터리 셀(100)은 리튬 이차 전지일 수 있다.
한편, 배터리 셀(100)은 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)의 배터리 셀(100)은 파우치형 이차전지일 수 있다.
배터리 셀(100)이 파우치형 이차 전지로 구현된 경우, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 넓은 면이 서로 상부와 하부에 위치하여, 넓은 면이 서로 대면되도록 구성될 수 있다. 또한, 이 경우, 각 배터리 셀(100)은 전면에서 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출되도록 구성되는 전극 리드(110, 130)를 구비할 수 있다.
전극 리드(110, 130)는 배터리 셀(100)의 전면 중 좌측부에서 전방을 향해 돌출된 형태의 제1 전극 리드(110)와 배터리 셀(100)의 전면 중 우측부에서 전방을 향해 돌출된 형태의 제2 전극 리드(130)로 구성될 수 있다.
이때, 제1 전극 리드(110)와 제2 전극 리드(130) 각각은 양극 리드 또는 음극 리드일 수 있으며, 양극 리드인 경우 전극 조립체의 양극판에 연결되고, 음극 리드인 경우 전극 조립체의 음극판에 연결될 수 있다.
이하, 전극 리드의 구조에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는 도 4의 A-A'선의 단면도이고, 도 6은 도 4의 B-B'선의 단면도이다.
도 5 및 도 6을 더 참조하면, 전극 리드(110, 130)는 배터리 셀(100)의 전면에서 수평 방향(+X축 방향)으로 연장되어 형성되며 하나 이상의 절곡부가 형성된 형태일 수 있다. 특히, 서로 인접한 전극 리드는 서로를 향하도록 절곡부가 형성되어 상호 대면 접촉할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제13층으로 적층된 배터리 셀(100a, ..., 100m)은 각각 전면 중 좌측부에서 수평 방향(+X축 방향)으로 연장되어 형성된 제1 전극 리드(110a, ..., 110m)를 구비할 수 있다.
제1 전극 리드(110a, ..., 110m) 중에서 홀수층 즉, 제1층, 제3층, 제5층, 제7층, 제9층, 제11층, 제13층에 각각 적층된 배터리 셀(100a, 100c, 100e, 100g, 100i, 100k, 100m)의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, 110m)는 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출 연장되다가 상부 방향(+Y축 방향)으로 절곡되는 제1 절곡부(J1)가 형성될 수 있다.
제1 전극 리드(110a, ..., 110m) 중에서 짝수층 즉, 제2층, 제4층, 제6층, 제8층, 제10층, 제12층에 각각 적층된 배터리 셀(100b, 100d, 100f, 100h, 100j, 100l)의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출 연장되다가 하부 방향(-Y축 방향, +X축 방향)으로 기울어지도록 절곡되는 제2 절곡부(J2)가 형성될 수 있다.
또한, 짝수층의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 제2 절곡부(J2)로부터 연장되다가 홀수층의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, 110m)와 접촉되는 지점에서 수평 방향(+X축 방향)으로 절곡되는 제3 절곡부(J3)가 형성될 수 있다.
또한, 짝수층의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 제3 절곡부(J3)로부터 연장되다가 홀수층의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k, 110m)의 제1 절곡부(J1)의 위치에 대응하는 지점에 상부 방향(+Y축 방향)으로 절곡되는 제4 절곡부(J4)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 최상층을 제외한 홀수층의 제1 전극 리드(110a, 110c, 110e, 110g, 110i, 110k)와 짝수층의 제1 전극 리드(110b, 110d, 110f, 110h, 110j, 110l)는 인접한 층끼리 제3 절곡부(J3)부터 끝단까지 상호 대면 접촉함으로써, 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제13층으로 적층된 배터리 셀(100a, ..., 100m)은 각각 전면 중 우측부에서 수평 방향(+X축 방향)으로 연장되어 형성된 제2 전극 리드(130a, ..., 130m)를 구비할 수 있다.
제2 전극 리드(130a, ..., 130m) 중에서 홀수층 즉, 제1층, 제3층, 제5층, 제7층, 제9층, 제11층, 제13층에 각각 적층된 배터리 셀(100a, 100c, 100e, 100g, 100i, 100k, 100m)의 제2 전극 리드(130a, 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)는 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출 연장되다가 상부 방향(+Y축 방향)으로 절곡되는 제5 절곡부(J5)가 형성될 수 있다.
제2 전극 리드(130a, ..., 130m) 중에서 짝수층 즉, 제2층, 제4층, 제6층, 제8층, 제10층, 제12층에 각각 적층된 배터리 셀(100b, 100d, 100f, 100h, 100j, 100l)의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 수평 방향(+X축 방향)으로 돌출 연장되다가 상부 방향(+Y축 방향, +X축 방향)으로 기울어지도록 절곡되는 제6 절곡부(J6)가 형성될 수 있다.
또한, 짝수층의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 제2 절곡부(J2)로부터 연장되다가 홀수층의 제2 전극 리드(130a, 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)와 접촉되는 지점에서 수평 방향(+X축 방향)으로 절곡되는 제7 절곡부(J7)가 형성될 수 있다.
또한, 짝수층의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 제7 절곡부(J7)로부터 연장되다가 홀수층의 제2 전극 리드(130a, 130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)의 제5 절곡부(J5)의 위치에 대응하는 지점에 상부 방향(+Y축 방향)으로 절곡되는 제8 절곡부(J8)가 형성될 수 있다.
이를 통해, 최하층을 제외한 홀수층의 제2 전극 리드(130c, 130e, 130g, 130i, 130k, 130m)와 짝수층의 제2 전극 리드(130b, 130d, 130f, 130h, 130j, 130l)는 인접한 층끼리 제7 절곡부(J3)부터 끝단까지 상호 대면 접촉함으로써, 전기적으로 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 리드 카트리지(200)에 대해 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지의 전면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지의 배면도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 카트리지와 버스 센싱 바가 결합한 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 10은 도 3의 C-C'선의 단면도이며, 도 11은 도 3의 D-D'선의 단면도이다.
도 7 내지 도 11을 더 참조하면, 리드 카트리지(200)는 상호 접촉하는 전극 리드(110, 130)만이 전기적으로 연결되도록 전극 리드(110, 130)의 일부를 내측에 수용할 수 있다. 또한, 리드 카트리지(200)는 전극 리드(110, 130)의 나머지 일부를 외측에 돌출시키고 돌출된 전극 리드(110, 130) 간을 이격시킬 수 있다.
이를 위하여, 리드 카트리지(200)는 상호 접촉하는 전극 리드(110, 130) 마다 개별적으로 구비될 수 있으며, 배터리 셀(100)의 적층된 상하 방향(±Y축 방향)으로 적층될 수 있다.
한편, 리드 카트리지(200)는 전극 리드(110, 130) 중 제1 전극 리드(110)를 수용 및 지지하는 제1 리드 카트리지(210)와 전극 리드(110, 130) 중 제2 전극 리드(130)를 수용 및 지지하는 제2 리드 카트리지(230)로 구성될 수 있다.
제1 리드 카트리지(210)와 제2 리드 카트리지(230)는 구성과 역할이 유사하므로 제1 리드 카트리지(210)를 우선 설명하고, 제2 리드 카트리지(230)는 제1 리드 카트리지(210)와의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
제1 리드 카트리지(210)는 2개의 포스트부(211, 212), 격벽부(213), 제1 이격부(214), 제2 이격부(215) 및 지지부(216)를 구비할 수 있다.
2개의 포스트부(211, 212)는 직육면체 형태로 형성되고, 제1 전극 리드(210)의 일단 외측과 타단 외측에 각각 위치하여 상술된 제1 리드 카트리지(210)의 구성들을 지지하는 역할을 할 수 있다.
보다 구체적으로, 2개의 포스트부(211, 212)의 사이에는 제1 전극 리드(210)가 위치하고, 제1 전극 리드(210)의 길이 방향을 따라 플레이트 형태로 형성된 격벽부(213), 제1 이격부(214), 제2 이격부(215) 및 지지부(216)를 각각 일단 외측과 타단 외측에서 지지할 수 있다.
다시 말해, 제1 리드 카트리지(210)의 주요 구성인 격벽부(213), 제1 이격부(214), 제2 이격부(215) 및 지지부(216)는 각각의 일단 외측과 타단 외측에 위치하는 2개의 포스트부(211, 212)에 의해 지지되어 제1 전극 리드(210)를 수용 및 지지할 수 있다.
한편, 2개의 포스트부(211, 212)는 상하로 인접하게 위치하는 제1 리드 카트리지(210)를 결합시킬 수 있으며 좌우로 인접하게 위치하는 제1 리드 카트리지(210)와 제2 리드 카트리지(230)를 결합시킬 수 있다. 이러한, 2개의 포스트부(211, 212)의 리드 카트리지 간을 결합시키는 역할에 대해서는 후술하여 자세히 설명하도록 한다.
격벽부(213)는 2개의 포스트부(211, 212) 사이에 상하 방향(±Y축 방향)으로 세워진 플레이트 형태로 형성되고, 제1 전극 리드(110) 중에서 대면 접촉하는 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부를 수용하는 수용 공간(S)을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 격벽부(213)는 2개의 포스트부(211, 212)로부터 일단 외측과 타단 외측이 지지되어 상하 방향(±Y축 방향)으로 세워짐으로써 배터리 셀(110)을 향하는 내측에 수용 공간(S)을 형성할 수 있다.
여기서, 수용 공간(S)은 배터리 셀(110)을 향해 즉, 격벽부(213)의 반대편에 제1 전극 리드(110a, 110b)가 삽입되도록 개방된 개구면이 구비될 수 있으며, 상면은 상술된 제2 이격부(215)에 의해 폐쇄될 수 있다.
또한, 수용 공간(S)의 일면과 타면은 각각 2개의 포스트부(211, 212)의 내측면에 의해 폐쇄될 수 있다.
즉, 수용 공간(S)의 전면과 상면이 각각 격벽부(213)와 제2 이격부(215)에 의해 폐쇄되고, 일면과 타면, 다시 말해 양측면은 각각 2개의 포스트부(211, 212)의 내측면에 의해 폐쇄되며, 배터리 셀(110)을 향하는 면은 개방된 개방된 공간일 수 있다.
이러한, 수용 공간(S)에는 배터리 모듈(10)의 제조하는 과정에서, 대면 접촉된 제1 전극 리드(110a, 110b)가 개구면에 삽입되어 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부가 수용될 수 있다.
이에 따라, 수용 공간(S)에 삽입된 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부는 제2 이격부(215)에 의해 상측에 위치하는 다른 제1 전극 리드(110c, 110d)와 이격됨으로써, 배터리 모듈(10)의 제조 과정에서 발생할 수 있는 제1 전극 리드(110a, 110b, 110c, 110d) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
제1 이격부(214)는 격벽부(213)의 상부로부터 좌우 방향(+Z축 방향)으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 이격부(214)는 격벽부(213)의 최상단에서 배터리 셀(100)의 반대 방향을 향해 돌출된 형태로 형성되고, 제1 이격부(214)의 일단 외측과 타단 외측은 각각 2개의 포스트부(211, 212)에 결합되어 2개의 포스트부(211, 212)로부터 지지될 수 있다.
다시 말해, 제1 이격부(214)와 격벽부(213)는 직각을 이루도록 결합된 형태일 수 있으며 일단 또는 타단에서 바라본 단면이 'ㄱ' 형상일 수 있다.
한편, 제1 이격부(214)는 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b)의 상부에 위치할 수 있으며, 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b) 보다 더 수평 방향(+X축 방향)으로 더 돌출되도록 형성될 수 있다.
이를 통해, 제1 이격부(214)는 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b)와 상부에 위치하는 다른 제1 전극 리드(110c, 110d)를 이격시킴으로써, 배터리 모듈(10)의 제조 과정에서 발생할 수 있는 제1 전극 리드(110a, 110b, 110c, 110d) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
제2 이격부(215)는 상술한 바와 같이 2개의 포스트부(211, 212) 사이의 상부에 수평 방향(±X축 방향)으로 누워진 플레이트 형태로 형성될 수 있다.
즉, 제2 이격부(215) 일단 외측과 타단 외측이 각각 2개의 포스트부(211, 212)의 상부 사이에 지지되고 배터리 셀(100)의 반대 방향을 향하는 전면이 격벽부(213)의 상부 내측과 결합될 수 있다.
이를 통해, 제2 이격부(215)는 수용 공간(S)의 내측에서 수용 공간(S)에 수용된 제1 전극 리드(110a, 110b)의 일부를 상부에 위치하는 다른 제1 전극 리드(110c, 110d)와 이격시킬 수 있다.
이에 따라, 제2 이격부(215)는 배터리 모듈(10)의 제조 과정에서 발생할 수 있는 제1 전극 리드(110a, 110b, 110c, 110d) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
지지부(216)는 격벽부(213)의 중앙부와 하부 각각으로부터 전면을 향해 돌출된 형태로 형성될 수 있으며, 센싱 버스 바(300)와 대면 접촉하여 센싱 버스 바(300)를 지지 및 안착시킬 수 있다.
이러한, 지지부(216)는 격벽부(213)의 중앙부로부터 돌출된 제1 지지부(216a)와 격벽부(213)의 하부로부터 돌출된 제2 지지부(216b)로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 지지부(216a)는 격벽부(213)의 중앙부로부터 돌출된 형태로 형성되어 제1 이격부(214)의 하부에 위치할 수 있으며, 제2 지지부(216b)는 제1 이격부(214)의 최하부로부터 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제1 지지부(216a)와 제2 지지부(216b) 각각의 일단 외측과 타단 외측은 각각 2개의 포스트부(211, 212)와 결합되어 지지될 수 있다.
한편, 제1 지지부(216a)와 제2 지지부(216b)는 돌출된 끝단이 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b)와 미리 설정된 거리를 유지할 수 있다.
여기서, 미리 설정된 거리는 센싱 버스 바(300)의 폭 이상일 수 있으며, 이를 통해, 제1 지지부(216a)와 제2 지지부(216b)의 돌출된 끝단과 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b) 사이에 센싱 버스 바(300)이 안착될 수 있는 공간이 형성될 수 있으며, 안착된 센싱 버스 바(300)와 수용 공간(S)의 외측으로 돌출된 제1 전극 리드(110a, 110b)가 밀착되어 대면 접촉될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 상술된 2개의 포스트부(211, 212) 각각에는 전면으로부터 돌출된 형태의 체결 돌기(211', 212')가 형성되어 센싱 버스 바(300)를 제1 리드 카트리지(210)에 체결시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 체결 돌기(211', 212')에는 센싱 버스 바(300)의 양단에 체결 돌기(211', 212')의 형상에 대응하여 홀(whole) 형태로 형성된 체결 홀(310, 330)이 각각 삽입 및 체결될 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 제조하는 과정에 있어서, 제1 리드 카트리지(210)의 체결 돌기(211', 212')에 센싱 버스 바(300)의 체결 돌기(211', 212')가 미리 삽입된 상태에서 제1 리드 카트리지(210)가 제1 전극 리드(110)와 결합될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 리드 카트리지(210)에 구비된 2개의 포스트부(211, 212), 격벽부(213), 제1 이격부(214), 제2 이격부(215) 및 지지부(216)은 일체로 형성될 수 있다.
이를 통해, 배터리 모듈(10)을 제조하는 과정에 있어서, 제1 리드 카트리지(210)만을 이동 및 조립시킴으로써, 제1 리드 카트리지(210)의 수용 공간(S)에 제1 전극 리드(110a, 110b)를 수용 및 안착시켜 다른 전극 리드들과 이격시킬 수 있다.
한편, 한편, 본 발명에 따른 제1 리드 카트리지(210)에 구비된 2개의 포스트부(211, 212), 격벽부(213), 제1 이격부(214), 제2 이격부(215) 및 지지부(216)는 절연성 소재로 형성될 수 있다.
이를 통해, 제1 리드 카트리지(210)의 내부의 수용 공간(S)에 수용되고 제1 이격부(214)를 통해 다른 전극 리드들과 이격된 제1 전극 리드(110a, 110b)가 설계되지 않은 전기적 연결로 인해 발생하는 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 일 실시예 따른 제2 리드 카트리지(230)에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 리드 카트리지(230)는 앞서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 카트리지(210)과 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 동일하거나 유사한 구성들에 대해서는 반복적으로 설명하지 않고 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 리드 카트리지(230)는 2개의 포스트부(231, 212), 격벽부(233), 제1 이격부(234), 제2 이격부(235) 및 지지부(236)를 구비할 수 있다.
이때, 제2 리드 카트리지(230)의 2개의 포스트부(231, 212), 격벽부(233), 제1 이격부(234) 및 지지부(236)는 각각 제1 리드 카트리지(210)에 구비된 2개의 포스트부(211, 212), 격벽부(213), 제1 이격부(214) 및 지지부(216)와 동일한 구성일 수 있다.
이에 반해, 제2 리드 카트리지(230)의 제2 이격부(235)는 2개의 포스트부(211, 212) 사이의 상부에 형성된 제1 리드 카트리지(210)의 제2 이격부(215)와 달리, 2개의 포스트부(231, 212) 사이의 하부에 수평 방향(±X축 방향)으로 누워진 플레이트 형태로 형성될 수 있다.
즉, 제2 이격부(235) 일단 외측과 타단 외측이 각각 2개의 포스트부(231, 212)의 하부 사이에 지지되고 배터리 셀(100)의 반대 방향을 향하는 전면이 격벽부(233)의 하부 내측과 결합될 수 있다.
이를 통해, 제2 이격부(235)는 수용 공간(S)의 내측에서 수용 공간(S)에 수용된 제2 전극 리드(130d, 130e)의 일부를 하부에 위치하는 다른 제2 전극 리드(130b, 130c)와 이격시킬 수 있다.
이에 따라, 제2 이격부(235)는 배터리 모듈(10)의 제조 과정에서 발생할 수 있는 제2 전극 리드(130b, 130c, 130d, 130e) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
한편, 제2 리드 카트리지(230)의 2개의 포스트부(231, 212), 격벽부(233 및 제2 이격부(235)로부터 형성되는 수용 공간(S)은 여기서, 수용 공간(S)은 배터리 셀(110)을 향해 즉, 격벽부(233)의 반대편에 제2 전극 리드(130d, 130e)가 삽입되도록 개방된 개구면이 구비될 수 있으며, 밑면은 상술된 제2 이격부(235)에 의해 폐쇄될 수 있다.
또한, 수용 공간(S)의 일면과 타면은 각각 2개의 포스트부(231, 212)의 내측면에 의해 폐쇄될 수 있다.
즉, 수용 공간(S)의 전면과 밑면이 각각 격벽부(233)와 제2 이격부(235)에 의해 폐쇄되고, 일면과 타면, 다시 말해 양측면은 각각 2개의 포스트부(231, 212)의 내측면에 의해 폐쇄되며, 배터리 셀(110)을 향하는 면은 개방된 개방된 공간일 수 있다.
이러한, 수용 공간(S)에는 배터리 모듈(10)의 제조하는 과정에서, 대면 접촉된 제2 전극 리드(130d, 130e)가 개구면에 삽입되어 제2 전극 리드(130d, 130e)의 일부가 수용될 수 있다.
이에 따라, 수용 공간(S)에 삽입된 제2 전극 리드(130d, 130e)의 일부는 제2 이격부(235)에 의해 하측에 위치하는 다른 제2 전극 리드(130b, 130c)와 이격됨으로써, 배터리 모듈(10)의 제조 과정에서 발생할 수 있는 제2 전극 리드(130b, 130c, 130d, 130e) 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제1 리드 카트리지(210)과 제2 리드 카트리지(230)는 각각 제1 전극 리드(110)와 제2 전극 리드(130)만을 수용 및 지지함으로써, 전극 리드와 배터리 셀의 사방을 모두 수용 및 지지하는 종래의 리드 카트리지와 달리 부피가 작아 배터리 모듈(10)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
이하, 제1 리드 카트리지(210) 간의 결합과 제1 리드 카트리지(210)과 제2 리드 카트리지 간의 결합에 대해 설명하도록 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 더 참조하면, 제1 리드 카트리지(210)의 2개의 포스트부(211, 212) 중에서, 일단에 위치하는 포스트부(211)는 상단부 및 하단부 중 어느 한곳에 결합 돌기(211a)가 돌출된 형태로 형성될 수 있고, 일단에 위치하는 포스트부(211)의 상단부 및 하단부 중 결합 돌기(211a)가 형성되지 않은 곳에는 결합 돌기(211a)의 형상에 대응되는 형태의 결합 홈이 형성될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 포스트부(211)의 상단부에는 결합 돌기(211a)가 돌출된 원통 형태로 형성될 수 있고, 포스트부(211)의 하단부에는 결합 돌기(211a)의 형상에 대응되는 형태의 결합 홈이 형성될 수 있다.
여기서, 결합 돌기(211a)는 일단에 위치하는 포스트부(211)의 상단부로부터 상부방향(+Y축 방향)으로 돌출된 형태로 형성될 수 있고, 결합 홈은 일단부에 위치하는 포스트부(211)의 하단부에서 하부 방향(+Y축 방향)으로 함입된 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 리드 카트리지(210)의 결합 돌기(211a)는 상부에 적층되는 제1 리드 카트리지(210)의 결합 홈에 삽입될 수 있고, 제1 리드 카트리지(210)의 결합 홈에는 하부에 적층된 제1 리드 카트리지(210)의 결합 돌기가 삽입될 수 있다.
이를 통해, 제1 리드 카트리지(210)는 상하 방향(±)으로 결합 돌기(211a)와 결합 홈의 결합이 연속됨으로써, 제1 리드 카트리지(210)에 결합력이 상승될 수 있다.
한편, 제1 리드 카트리지(210)의 2개 포스트부(211, 212) 중에서, 타단에 위치하는 포스트부(212)는 내부가 관통된 형태의 관통 홀(212a)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 타단에 위치하는 포스트부(212)는 다른 제1 리드 카트리지(210)의 포스트부(212)와 함께 상하 방향(±Y축 방향)으로 연속된 관통 홀(212a)이 형성될 수 있다.
이때, 관통 홀(212a)에는 적층된 모든 제1 리드 카트리지(210)의 높이에 대응되는 길이를 갖는 원통 형태의 결합 부재(217)가 상하 방향(±Y축 방향)으로 삽입되어 적층된 제1 리드 카트리지(210) 사이가 결합 및 고정될 수 있다.
예를 들어, 결합 부재(217)은 금속 소재로 구성되는 롱 볼트(Long bolt) 또는 열 가소성 소재로 구성되는 봉일 수 있다.
결합 부재(217)이 열 가소성 소재의 봉인 경우 결합 부재(217)이 적층된 모든 제1 리드 카트리지(210)의 관통 홀(212a)에 삽입된 후 열접합을 통해 제1 리드 카트리지(210)에 융착되어 제1 리드 카트리지(210)를 상하 방향(±Y축 방향)으로 견고히 결합 및 고정시킬 수 있다.
한편, 제1 리드 카트리지(210)의 2개 포스트부(211, 212) 중에서, 타단에 위치하는 포스트부(212)는 제2 리드 카트리지(230)의 2개 포스트부(231, 232) 중에서, 일단에 위치하는 포스트부(231)와 상호 대면 접촉하는 면에 요철부(212b)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 요철부(212b)는 타단에 위치하는 포스트부(212)로부터 좌우 방향(+Z축 방향)으로 오목하게 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
이에 대응하여, 제2 리드 카트리지(230)의 2개 포스트부(231, 232) 중에서, 일단에 위치하는 포스트부(231)는 제1 리드 카트리지(210)의 2개 포스트부(211, 212) 중에서, 타단에 위치하는 포스트부(212)와 상호 대면 접촉하는 면에 요철부(232b)가 형성될 수 있다.
이때, 제2 리드 카트리지(230)의 요철부(232b)는 오목하게 돌출된 형태로 형성된 제1 리드 카트리지(210)의 요철부(212b) 형태에 대응하여 좌우 방향(+Z축 방향)으로 함입된 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 리드 카트리지(210) 간은 결합 돌기(211a)와 결합 홈 간의 결합과, 관통 홀(212a)와 결합 부재(217) 간의 결합을 통해 상하 방향(±Y축 방향)으로 견고히 결합될 수 있다.
또한, 제1 리드 카트리지(210)와 제2 리드 카트리지(230) 간은 요철부(212b, 232b)를 통해 좌우 방향(±Z축 방향)으로 견고히 결합될 수 있다.
한편, 제2 리드 카트리지(230)는 제1 리드 카트리지(230)와 유사하게 2개의 포스트부(231, 232) 중에서, 타단에 위치하는 포스트부(231)는 상단부로부터 돌출된 형태로 형성된 결합 돌기(231a)와 결합 돌기(231a)의 형상에 대응하는 결합 홈이 하단부에 만입된 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제2 리드 카트리지(230)의 결합 돌기(231a)는 상부에 적층되는 제2 리드 카트리지(230)의 결합 홈에 삽입될 수 있고, 제2 리드 카트리지(230)의 결합 홈에는 하부에 적층된 제2 리드 카트리지(230)의 결합 돌기가 삽입될 수 있다.
이를 통해, 제2 리드 카트리지(230)는 상하 방향(±)으로 결합 돌기(231a)와 결합 홈의 결합이 연속됨으로써, 제2 리드 카트리지(230)에 결합력이 상승될 수 있다.
한편, 제2 리드 카트리지(230)의 2개 포스트부(231, 232) 중에서, 일단에 위치하는 포스트부(232)는 내부가 관통된 형태의 관통 홀(232a)이 형성될 수 있으며, 관통 홀(232a)에는 적층된 모든 제2 리드 카트리지(230)의 높이에 대응되는 길이를 갖는 원통 형태의 결합 부재(237)가 상하 방향(±Y축 방향)으로 삽입되어 적층된 제2 리드 카트리지(230) 사이가 결합 및 고정될 수 있다.
이러한, 제2 리드 카트리지(230)의 결합 돌기(231a), 결합 홈, 관통 홀(232a) 및 결합 부재(237)는 제1 리드 카트리지(210)의 결합 돌기(211a), 결합 홈, 관통 홀(212a) 및 결합 부재(217)과 각각 결합되는 위치만이 상이할 뿐 형태와 역할은 동일할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10")에 대해 설명하도록 한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10")과 본발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 비교하면, 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10")의 배터리 셀(100")은 전면과 후면에 전극 리드가 구비된 양방향 이차 전지인데 반해, 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 배터리 셀(100)은 일면(전면 혹은 후면)에만 전극 리드가 구비된 일방향 이차 전지일 수 있다.
이에 따라, 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10")의 리드 카트리지는 배터리 셀(100")의 전면에 구비된 전극 리드를 수용 및 지지하는 제1 리드 카트리지(210")와 배터리 셀(100")의 후면에 구비된 전극 리드를 수용 및 지지하는 제2 리드 카트리지(230")로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 각각 일면에 2개의 전극 리드를 구비함으로써, 각각의 전극 리드의 폭이 배터리 셀(100)의 일면 폭 대비 1/2 미만일 수 있다. 이에 반해, 다른 실시예에 따른 배터리 셀(100")은 각각 일면과 후면에 1개씩의 전극 리드를 구비함으로써, 각각의 전극 리드의 폭이 배터리 셀(100")의 일면 폭 대비 1/2 이상일 수 있다.
이에 따라, 다른 실시예에 따른 배터리 셀(100")의 전극 리드를 수용 및 지지하는 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")의 폭(W) 또한 배터리 셀(100")의 일면 폭 대비 1/2 이상일 수 있다.
이때, 배터리 셀(100")의 일면과 후면에 각각 위치하는 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")는 긴 띠 형태로 형성된 결합 플레이트(M)를 통해 수평 방향(±X축 방향)으로 결합할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")의 최상부에는 각각 상부 방향(+Y축 방향)으로 돌출된 형태로 형성된 결합 돌출부(210", 230")를 구비하고, 결합 플레이트(M)의 양단에 관통된 형태로 형성된 결합 홀(M1, M2)에 각각 삽입되어 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")를 결합시킬 수 있다.
이를 통해, 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10')의 제1 리드 카트리지(210")와 제2 리드 카트리지(230")는 결합 플레이트(M)로 결합되어 외부로부터 인가되는 외력으로 인해 수평 방향(±X축 방향)으로 벌어지는 현상이 방지될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 모듈을 하나 이상 포함한다. 이때, 배터리 팩에는 배터리 모듈 이외에, 이러한 배터리 모듈을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈 각각의 배터리 셀에 구비된 전극 리드를 내부에 수용 및 지지하는 리드 카트리지를 통해 전극 리드간 설계되지 않은 전기적 연결을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (13)

  1. 전면에서 수평 방향으로 연장되어 형성되며 하나 이상의 절곡부가 형성된 전극 리드를 구비하고, 상하 방향으로 인접하여 위치하는 전극 리드가 상호 대면 접촉하며 상하 방향으로 적층되어 형성된 복수의 배터리 셀; 및
    상기 전극 리드의 일단 외측과 타단 외측에 각각 위치하는 2개의 포스트부, 상기 2개의 포스트부 사이에 상하 방향으로 세워진 플레이트 형태로 형성되고, 내측에 상기 대면 접촉하는 전극 리드를 개별적으로 수용하는 수용 공간을 형성하는 격벽부, 및 상기 격벽부의 상부로부터 전방으로 돌출된 형태로 형성되고, 상기 수용 공간의 외측으로 돌출된 상기 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제1 이격부를 구비하는 복수의 리드 카트리지를
    포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 카트리지는
    상기 격벽부의 중앙부와 하부 각각으로부터 전면으로 돌출된 형태로 형성되고, 센싱 버스 바를 지지하는 지지부를 더 구비하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리드 카트리지는
    상기 2개의 포스트부 사이의 상부 또는 하부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 상기 수용 공간의 내측에서 상기 수용된 전극 리드를 다른 전극 리드와 이격시키는 제2 이격부를 더 구비하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2개의 포스트부, 상기 격벽부, 상기 제1 이격부, 상기 지지부 및 제2 이격부는 일체로 형성되는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 2개의 포스트부, 상기 격벽부, 상기 제1 이격부, 상기 지지부 및 제2 이격부는 절연성 소재로 형성되는 배터리 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 전극 리드는
    상기 배터리 셀의 전면 중 좌측부에서 전방을 향해 돌출된 제1 전극 리드와 상기 배터리 셀의 전면 중 우측부에서 전방을 향해 돌출된 제2 전극 리드로 구성되고,
    상기 리드 카트리지는
    상기 제1 전극 리드를 수용하는 제1 리드 카트리지와 상기 제2 전극 리드를 수용하는 제2 리드 카트리지로 구성되고,
    상기 제1 리드 카트리지의 상기 2개의 포스트부와 상기 제2 리드 카트리지의 상기 2개의 포스트 중 인접한 포스트부는 상호 대면 접촉하는 면에 요철부가 형성되어 결합되는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 리드 카트리지의 제2 이격부는
    상기 2개의 포스트부 사이의 상부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 상기 수용 공간의 내측에서 상기 수용된 전극 리드를 상부에 위치하는 다른 전극 리드와 이격시키는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 리드 카트리지의 제2 이격부는
    상기 2개의 포스트부 사이의 하부에 수평 방향으로 누워진 플레이트 형태로 형성되고, 상기 수용 공간의 내측에서 상기 수용된 전극 리드를 하부에 위치하는 다른 전극 리드와 이격시키는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리드 카트리지는
    상하 방향으로 세워진 원통 형태의 결합 부재를 더 포함하고,
    상기 2개의 포스트부 중 적어도 하나는,
    상하 방향으로 관통된 관통 홀이 형성되어, 상기 관통 홀로 상기 결합 부재가 삽입되어 상하 방향으로 적층된 상기 복수의 리드 카트리지가 결합 고정되는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 포스트부 중 적어도 하나는
    상단부 및 하단부 중 어느 한 곳에 결합 돌기가 형성되고, 나머지 한 곳에 상기 결합 돌기에 대응되는 결합 홈이 형성되는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 포스트부는
    전면으로부터 돌출된 형태의 체결 돌기가 형성되고, 센싱 버스 바의 양단에 형성된 체결 홀이 상기 체결 돌기에 삽입 및 체결되는 배터리 모듈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을
    포함하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을
    포함하는 자동차.
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