KR101199148B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벤트부를 구비하고 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀 및
상기 벤트부를 덮고 있으며 일단에 기체 배출구를 구비하는 커버를 포함하고, 상기 커버의 상부면은 상기 일단에서 상기 일단과 반대 방향에 위치하는 타단으로 갈수록 낮아지는 기울기를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 {BATTERY MODULE}
본 발명은 복수개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 배터리 모듈이 개발되고 있으며, 상기한 고출력 배터리 모듈은 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 시용될 수 있도록 복수개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 대용량의 배터리 모듈을 구성한다.
배터리 셀은 양극판 및 음극판으로 구성되는 전극 조립체와 전해액을 포함하며, 이들 극판들과 전해액과의 전기화학적 반응에 의하여 에너지를 발생할 수 있다. 이때, 배터리 셀의 내부에는 전기 화학적 반응의 부반응으로 기체가 발생할 수 있다. 따라서, 복수개의 배터리 셀에서 발생하는 기체를 효율적으로 처리하기 위하여 배터리 모듈에는 기체의 유로 및 배출구 등이 구비될 수 있다.
본 발명의 목적은 복수개의 배터리 셀에서 발생하는 기체를 용이하게 제어할 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 배터리 모듈은 벤트부를 구비하고 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀; 및 상기 벤트부를 덮고 있으며 일단에 기체 배출구를 구비하는 커버를 포함하고, 상기 커버의 상부면은 상기 일단에서 상기 일단과 반대 방향에 위치하는 타단으로 갈수록 낮아지는 기울기를 갖는다.
상기 커버의 상부면에 형성되는 적어도 하나의 리브를 더 포함할 수 있다.
상기 리브의 하부면은 상기 기울기를 보상하도록 형성되어, 상기 리브의 상부면과 상기 커버의 하부면이 평행할 수 있다.
상기 커버는 일면이 개구된 육면체의 형태이며, 상기 커버의 개구된 면이 상기 벤트부를 향하도록 상기 배터리 셀에 안착될 수 있다.
상기 커버는 상기 배터리 셀과 밀접하게 접촉하여 상기 배출구와 연결되는 기체 유로를 형성할 수 있다.
상기 커버와 상기 배터리 셀 사이에, 상기 벤트부의 영역상에 대응하게 위치하는 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 부재는 일체형일 수 있다.
상기 절연 부재는 상기 벤트부에 대응하는 부분에 복수개의 개구부를 구비할 수 있다.
상기 절연 부재는 내열성 재질일 수 있다.
상기 절연 부재는 가스켓일 수 있다.
상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은 일방향으로 서로 공간적으로 이격되고, 그 사이에 상기 복수개의 배터리 셀을 수용하는 한쌍의 엔드 플레이트와, 상기 한쌍의 엔드 플레이트를 연결하는 하나 이상의 연결 부재를 포함할 수 있다.
상기 연결 부재는 상기 한쌍의 엔드 플레이트의 양측면을 연결하는 사이드 브라켓(braket) 및 상기 엔드 플레이트의 바닥면을 연결하는 바텀 브라켓을 포함할 수 있다.
상기 커버의 상부면에 형성되며 상기 리브를 가로지르게 배치되는 적어도 하나의 보강 부재를 더 포함할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 단순화된 작업 공정에 의하여 복수개의 배터리 셀에서 발생하는 기체를 효율적으로 제어하면서도 생산성이 향상된 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기체 유로가 형성되는 공간에 기울기를 형성함으로써, 기체가 효율적이고 빠르게 배출될 수 있는 배터리 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도.
도 3a는 도 1의 커버의 확대 사시도.
도 3b는 도 1의 커버를 회전시킨 사시도.
도 4는 도 1의 A-A'에 따른 단면도.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 배터리 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 3a는 도 1의 커버의 확대 사시도이고, 도 3b는 도 1의 커버를 회전시킨 사시도이며, 도 4는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 3a를 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 벤트부(13)를 구비하고 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀(10) 및 상기 벤트부(13)를 덮고 있으며 일단(120c)에 기체 배출구(121)를 구비하는 커버(120)를 포함하고, 상기 커버(120)의 상부면(120a)은 상기 일단(120c)에서 상기 일단(120c)과 반대 방향에 위치하는 타단(120d)으로 갈수록 낮아지는 기울기를 가진다.
여기서, 커버(120)의 상부면(120a)에는 적어도 하나의 리브(125)가 형성될 수 있다. 상기 리브(125)의 하부면(125b)은 상기 기울기를 보상하도록 형성된다. 즉, 리브(125)의 하부면(125b)은 커버(120)의 상부면(120a)과 반대로, 일단(125c)에서 타단(125d)으로 갈수록 커지는 기울기를 가진다. 리브(125)의 하부면(125b)은 상기 커버(120) 상부면(120a)의 기울기를 보상하도록 형성되어, 상기 리브의 상부면(125a)과 상기 커버(120)의 하부면(120b)이 평행하게 된다. 이와 같이, 커버(120)의 기울기가 낮은 곳에서는 낮은 기울기를 보상할 수 있는 리브(125)가 형성되므로, 가스 배출시의 높은 압력을 견딜 수 있다. 또한, 복수개의 배터리 모듈(100)이 상하로 배열되는 경우에도 배터리 모듈(100) 간의 결합을 용이하게 할 수 있다. 한편, 커버(120)의 상부면(120a)에는 리브(125)의 길이 방향과 직교하는 보강 부재(125e)를 더 형성할 수 있다. 상기 보강 부재(125e)는 일정 간격으로 배열된 복수개의 리브(125)를 가로지르게 배치되어 리브(125)에 강성을 보강할 수 있다.
도 3b 및 도 4를 참조하면, 상기 커버(120)는 하부면(120b)이 개구된 육면체의 형태이며, 상기 커버(120)의 개구된 하부면(120b)이 벤트부(13)를 향하도록 배터리 셀(10)에 안착된다. 여기서, 커버(120)는 상기 배터리 셀(10)과 밀접하게 접촉하여 상기 배출구(121)와 연결되는 기체 유로를 형성한다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 커버(120)가 기울기를 갖도록 함으로써 기체 유로가 형성되는 공간에도 기울기가 형성된다. 이에 따라, 기체가 효율적이고 빠르게 배출될 수 있다. 또한, 상기 커버(120)가 기울기를 가지면서도 커버에 형성된 기울기를 보상할 수 있도록 리브(125)를 형성함으로써, 전체 배터리 모듈(100)은 기울기를 갖지 않고 평평하다. 따라서, 복수개의 배터리 모듈(100)이 상하로 배열되는 경우에도 배터리 모듈(100) 간의 결합을 용이하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 배터리 모듈(100)은 커버(120)와 배터리 셀(10) 사이에, 벤트부(13)의 영역상에 대응하게 위치하는 절연 부재(130)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 커버(120)는 후술할 절연 부재(130)에 대략 대응하는 형태로 구비될 수 있다. 이와 같이, 절연 부재(130) 덮는 커버(120)는 절연 부재(130)와 밀접하게 접촉하여 기체의 유로를 형성한다. 또한, 상기 커버(120)의 일측에는 기체 유로와 연결되어 외부로 기체를 배출하는 배출구(121)를 더 포함할 수 있다.
배터리 셀(10)은 충방전이 진행될 수록, 극판들 및 전해액의 부산물로 기체가 발생할 수 있으며, 이러한 기체는 벤트부(13)를 통하여 배출될 수 있다. 상기 기체는 커버(120)에 구비된 배출구(121)를 통하여 외부로 배출되는 데, 이때 상기 배출구(121)는 T자형인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 T자형 배출구(121)는 커버(120)의 일측에서 돌출되어 상기 커버에 수직하도록 좌측 및 우측이 개구된 형태이다. 따라서, 상기 배출구(121)를 통하여 배출되는 기체는 엔드 플레이트(111)에 나란하게 좌측 및 우측으로 나누어서 배출되므로, 인접한 배터리 모듈(100)에 영향을 미치지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(100)에서, 상기 절연 부재(130)의 폭은 상기 커버(120)의 폭보다 더 넓게 구비되는 것이 바람직하다. 상기 절연 부재(130)의 폭이 커버(120)의 폭보다 좁은 경우에는, 상기 커버(120)와 절연 부재(130) 사이의 접촉이 불완전할 수 있으며, 이는 기체가 누출되는 부분으로 작용할 수 있다.
상기 절연 부재(130)는 상기 벤트부(13)에 대응하는 부분에 복수개의 개구부를 구비하며, 일체형으로 형성될 수 있다. 한편, 절연 부재(130)는 내열성 재질로 기체의 누설을 방지할 수 있는 가스켓일 수 있다. 배터리 셀(10)은 충방전이 진행됨에 따라 열이 발생한다. 이때, 복수개의 배터리 셀(10)은 주변에 높은 열을 방출할 수 있고, 상기 배터리 셀(10)에 장착된 절연 부재(130)를 녹일 수 있다. 이와 같이, 절연 부재(130)가 녹는 경우에는, 상기 절연 부재(130)와 커버(120) 사이의 밀폐능이 감소되어 기체가 누출될 수 있다.
통상, 상기 배터리 셀(10)의 외장 케이스는 금속으로 형성되고, 커버(120)는 플라스틱 수지로 형성된다. 이때, 배터리 셀(10)과 커버(120)가 서로 접촉할 때, 상기 배터리 셀(10)과 커버(120)는 이종의 재질로 형성되어 접촉이 용이하지 않고, 접촉이 취약한 부분에서는 기체가 누출될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 배터리 팩(10)과 커버(120) 사이에는 가스켓이 구비되는 것이 바람직하며, 상기 가스켓에 의하여 배터리 셀(10)과 커버(120)의 기밀성이 용이하게 유지될 수 있다.
절연 부재(130)가 일체형으로 구비된 경우에는, 복수개의 배터리 셀(10)의 복수개의 벤트부(13)를 한번에 밀폐시킬 수 있으며, 이때 상기 절연 부재(130)에는 상기 벤트부(13)에 대응하여 복수개의 개구부가 구비될 수 있다.
배터리 셀(10)은 개구부를 구비하는 전지 케이스와 상기 개구부를 밀폐하는 캡 플레이트(14)를 포함할 수 있다. 상기 전지 케이스는 양극판 및 음극판과, 이들 극판들 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어진 전극 조립체와 전해액을 수용한다. 상기 캡 플레이트(14)의 양끝단에는 양극판과 연결되는 양극 단자(11), 음극판과 연결되는 음극 단자(12)가 외부로 돌출된 형태로 구비되어 있다. 상기 전극 조립체를 구성하는 양극판 및 음극판은 전해액과 반응하여 에너지를 발생하고, 상기 에너지는 양극 단지(11) 및 음극 단자(12)를 통하여 외부로 전달된다.
또한, 캡 플레이트(14)의 양극 단자(11) 및 음극 단자(12) 사이에는 벤트부(13)가 구비되어 있다. 상기 벤트부(13)는 배터리 셀(10)의 내부에서 발생하는 기체의 압력이 소정 이상일 경우에, 기체가 배터리 셀(10)로부터 배출되는 통로의 역할을 할 수 있으므로, 배터리 셀(10)이 내압에 의하여 파손되는 것을 방지한다.
본 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 복수개가 일방향으로 정렬되어 구비될 수 있다. 이때, 배터리 셀(10)의 넓은 전면이 서로 대향하도록 나란하게 정렬된다. 상기 복수개의 배터리 셀(10)의 중심부에는 벤트부(13)가 구비되어 있으며, 상기 벤트부(13)는 정렬된 배터리 셀(10)에 따라 대략 일선상으로 배치된다. 이웃한 두 배터리 셀(10)의 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)는 니켈 등으로 형성된 버스바(bus-bar)(미도시)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
하우징(110)은 일방향으로 서로 공간적으로 이격되도록 구비되는 한쌍의 엔드 플레이트(111)와 상기 한쌍의 엔드 플레이트(111)를 연결하는 복수개의 연결 부재를 포함할 수 있으며, 상기 연결 부재는 엔드 플레이트(111)의 측면을 연결하는 사이드 브라켓(braket)(112) 및 상기 엔드 플레이트(111)의 바닥면을 연결하는 바텀 브라켓(113)을 포함할 수 있다. 상기 한쌍의 엔드 플레이트(111) 사이에는 복수개의 배터리 셀(10)이 수용될 수 있다.
한쌍의 엔드 플레이트(111)는 최외각 배터리 셀(10)과 각각 면접촉하도록 구비되어, 복수개의 배터리 셀(10)을 내측으로 가압한다. 또한, 사이드 브라켓(112)은 한쌍의 엔드 플레이트(111)의 일단 및 타단에 연결되어 상기 복수개의 배터리 셀(10)의 양측면을 지지할 수 있다. 이때, 배터리 셀(10)의 바닥면은 바텀 브라켓(113)에 의하여 지지될 수 있으며, 상기 바텀 브라켓(113)의 양끝단은 한쌍의 엔트 플레이트(111)에 연결되어 구비된다.
또한, 상기 엔트 플레이트(111), 사이드 브라켓(112) 및 바텀 브라켓(113)에 의하여 지지되는 복수개의 배터리 셀(10)은 그 내부에서 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)가 서로 교대로 구비되도록 정렬될 수 있으며, 이와 같이 구비된 경우에는 버스바를 이용하여 직렬로 연결될 수 있다. 상기 배터리 셀(10)의 연결 구조 및 개수는 배터리 모듈(100)의 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 배터리 셀(10)과 배터리 셀(10) 사이에는 배리어(115)가 개재될 수 있다. 상기 배리어(115)에는 스페이서(미도시)가 구비되어, 이웃하는 복수개의 배터리 셀(10)을 이격시키고, 상기 배터리 셀(10) 사이의 공간을 형성시켜 배터리 셀(10)을 냉각시키는 냉매의 이동 통로를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 모듈의 커버가 기울기를 갖도록 함으로써 기체 유로가 형성되는 공간에도 기울기가 형성된다. 이에 따라, 기체가 효율적이고 빠르게 배출될 수 있다. 또한, 상기 커버가 기울기를 가지면서도 커버에 형성된 기울기를 보상할 수 있도록 리브를 형성함으로써, 가스 배출시의 높은 압력을 견딜 수 있다. 또한, 전체 배터리 모듈은 기울기를 갖지 않고 평평하다. 따라서, 복수개의 배터리 모듈이 상하로 배열되는 경우에도 배터리 모듈 간의 결합을 용이하게 할 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 셀은 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명하였지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 전지 또는 원통형 전지 등 다양한 형태의 전지에도 적용될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 셀 11: 양극 단자
12: 음극 단자 13: 벤트부
14: 캡 플레이트 100: 배터리 모듈
110: 하우징 111: 엔드 플레이트
112: 사이드 브라켓 113: 바텀 브라켓
120: 커버 121: 배출구
125: 리브 130: 절연 부재

Claims (14)

  1. 벤트부를 구비하고 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀; 및
    상기 벤트부를 덮고 있으며 일단에 기체 배출구를 구비하는 커버를 포함하고,
    상기 커버의 상부면은 상기 일단에서 상기 일단과 반대 방향에 위치하는 타단으로 갈수록 낮아지는 기울기를 갖는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버의 상부면에 형성되는 적어도 하나의 리브를 더 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리브의 하부면은 상기 기울기를 보상하도록 형성되어, 상기 리브의 상부면과 상기 커버의 하부면이 평행한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버는 일면이 개구된 육면체의 형태이며, 상기 커버의 개구된 면이 상기 벤트부를 향하도록 상기 배터리 셀에 안착되는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버는 상기 배터리 셀과 밀접하게 접촉하여 상기 배출구와 연결되는 기체 유로를 형성하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커버와 상기 배터리 셀 사이에, 상기 벤트부의 영역상에 대응하게 위치하는 절연 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연 부재는 일체형인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절연 부재는 상기 벤트부에 대응하는 부분에 복수개의 개구부를 구비하는 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 절연 부재는 내열성 재질인 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 절연 부재는 가스켓인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 하우징을 더 포함하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하우징은 일방향으로 서로 공간적으로 이격되고, 그 사이에 상기 복수개의 배터리 셀을 수용하는 한쌍의 엔드 플레이트와, 상기 한쌍의 엔드 플레이트를 연결하는 하나 이상의 연결 부재를 포함하는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연결 부재는 상기 한쌍의 엔드 플레이트의 양측면을 연결하는 사이드 브라켓(braket) 및 상기 엔드 플레이트의 바닥면을 연결하는 바텀 브라켓을 포함하는 배터리 모듈.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 커버의 상부면에 형성되며 상기 리브를 가로지르게 배치되는 적어도 하나의 보강 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
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