KR101545237B1 - 용량 확장 구조의 배터리팩 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 병렬 연결구조의 배터리팩모듈은 양극단자와 음극단자를 포함하며 충전된 전원을 공급하는 배터리셀과, 상기 배터리셀을 수용하면서 지지하는 배터리셀지지부재와, 높이 방향으로 복수개 적층되는 상기 배터리셀지지부재들을 결합하기 위한 결합부재와, 인접하는 배터리셀의 전극을 연결하기 위한 전극연결부재를 포함하며, 상기 전극연결부재는 인접하는 배터리셀의 동일 전극에 접속되는 한쌍의 전극접속부와 상기 한쌍의 전극접속부를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 복수 개의 배터리팩들을 연결하여 모듈화할 경우에 용이하게 결합 및 결합해제 할 수 있다.
또한, 배터리팩 모듈의 전체 용량을 용이하게 조절할 수 있다.

Description

용량 확장 구조의 배터리팩 모듈{BATTERY PACK MODULE OF ENLARGED CAPACITY TYPE}

본 발명은 배터리팩 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리팩 모듈에 포함되는 배터리셀의 전극들을 병렬로 연결가능하게 구성됨으로써, 배터리팩 모듈의 용량 확장이 가능하도록 구성되는 용량 확장 구조의 배터리팩 모듈에 관한 발명이다.

에너지 저장장치로서의 배터리팩은 복수 개의 배터리셀들을 직렬로 연결하여 구성되며, 휴대가능한 특성으로 인해 전기자전거, 전기스쿠터, 야외의 LED 조명, 휴대폰 충전, 노트북 충전 및 각종의 다양한 생활가전 장치들에 대한 전력 공급장치로써 이용된다.

상기 에너지 저장장치로서의 배터리팩에 포함되는 배터리로서는 최근 리튬 배터리가 주로 이용되는데, 상기 리튬 배터리는 액체 전해질을 이용하는 리튬 이온 배터리와 고체 폴리머를 이용하는 리튬 폴리머 배터리가 있다.

상기 배터리팩은 리튬이온 배터리를 복수 개 직렬 연결하여 모듈로 구성되어 이용된다.

상기 배터리팩은 배터리 셀(cell)과 보호회로모듈(PCM;Protection Circuit Module)을 포함하는 피시비 기판이 결합되는 구조로 구성된다.

여기서, 상기 배터리 셀은 양극시트와 음극시트로 이루어지는 전극적층유닛이 금속 케이싱내에 수용된 형태이고, 상기 케이싱의 외면에는 양극단자와 음극단자가 마련된다.

또한, 상기 보호회로모듈은 배터리의 폭발 및 과충전 위험을 방지하기 위한 것으로 배터리 셀의 외측에 장착된다.

상기와 같은 배터리팩은 배터리 셀로부터 발생되는 열을 원활히 외부로 배출시킬 수 있어야 하며, 상기 배터리 셀에 가해지는 충격에 의해 용이하게 파손되지 않도록 구성되어야 한다.

또한, 복수 개의 배터리팩들을 연결하여 모듈화할 경우에 용이하게 결합 및 결합해제 될 수 있으며, 배터리팩 모듈의 전체 용량을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은, 복수 개의 배터리팩들을 연결하여 모듈화할 경우에 용이하게 결합 및 결합해제 될 수 있도록 구성되는 병렬 연결구조의 배터리팩 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배터리팩 모듈의 전체 용량을 용이하게 조절할 수 있도록 구성되는 병렬 연결구조의 배터리팩 모듈을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용량 확장 구조의 배터리팩모듈은 양극단자와 음극단자를 포함하며 충전된 전원을 공급하는 배터리셀과, 상기 배터리셀을 수용하면서 지지하는 배터리셀지지부재와, 높이 방향으로 복수개 적층되는 상기 배터리셀지지부재들을 결합하기 위한 결합부재와, 인접하는 배터리셀의 전극을 연결하기 위한 전극연결부재를 포함하며, 상기 전극연결부재는 인접하는 배터리셀의 동일 전극에 접속되는 한쌍의 전극접속부와 상기 한쌍의 전극접속부를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배터리셀지지부재에서 배터리셀을 수용하는 수용부에는 개구가 형성된다.

또한, 상기 전극접속부는 인접하는 두개 이상의 배터리셀의 전극에 동시에 접속될 수 있도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 전극접속부는 인접하는 두개 또는 세개의 배터리셀의 전극에 동시에 접속될 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 배터리셀지지부재에서 배터리셀을 대면하는 측부와 후방부에는 통기를 위한 통기구가 형성될 수 있다.

여기서, 높이 방향으로 적층되는 인접하는 상기 배터리셀지지부재 사이에는 높이조절부재가 배치될 수 있다.

또한, 상기 배터리셀지지부재에는 체결개구가 형성될 수 있다.

본 발명에 의해, 복수 개의 배터리팩들을 연결하여 모듈화할 경우에 용이하게 결합 및 결합해제 할 수 있다.

또한, 배터리팩 모듈의 전체 용량을 용이하게 조절할 수 있다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 용량 확장 구조의 배터리팩의 사시도이며,
도 2 는 배터리팩에 결합부재와 전극연결부재가 결합된 상태의 분해사시도이며,
도 3 은 배터리팩의 분해사시도이며,
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예의 용량 확장 구조의 배터리팩의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 용량 확장 구조의 배터리팩의 사시도이며, 도 2 는 배터리팩에 결합부재와 전극연결부재가 결합된 상태의 분해사시도이며, 도 3 은 배터리팩의 분해사시도이며, 도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예의 용량 확장 구조의 배터리팩의 사시도이다.

본 발명에 따른 용량 확장 구조의 배터리팩모듈은 양극단자(2)와 음극단자(4)를 포함하며 충전된 전원을 공급하는 배터리셀(10)과, 상기 배터리셀(10)을 수용하면서 지지하는 배터리셀지지부재(20)와, 높이 방향으로 복수개 적층되는 상기 배터리셀지지부재(20)들을 결합하기 위한 결합부재(30)와, 인접하는 배터리셀(10)의 전극을 연결하기 위한 전극연결부재(40)를 포함하며, 상기 전극연결부재(40)는 인접하는 배터리셀(10)의 동일 전극에 접속되는 한쌍의 전극접속부(42, 44)와 상기 한쌍의 전극접속부(42, 44)를 연결하는 연결부(46)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 배터리셀(10)은 음극시트와 양극시트로 구성되는 전극적층유닛이 금속케이싱 내부에 수용된 형태로 마련될 수 있다.

상기 배터리셀(10)의 상부에는 양극단자(2)와 음극단자(4)가 마련되어, 상기 배터리셀지지부재(20)의 단자결합부에 결합된다.

상기 배터리셀(10)은 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들면, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리 또는 리튬이온 배터리로 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 배터리셀(10)은 다른 배터리와 비교시 크기에 비해 대용량 전압의 충전이 가능하고, 충전 후 전원공급이 장시간 동안 지속가능하며, 하나의 배터리로 구성되어 관리가 용이한 리튬이온 배터리로 마련될 수 있다.

상기 배터리셀(10)에는 도시되지 않은 회로부가 설치되어, 상기 배터리셀(10)의 과충전 내지 과방전으로 인한 폭발을 방지하도록 구성된다.

상기 배터리셀지지부재(20)는 합성수지재로 일체로 형성되어 배터리셀(10)을 수용하면서 외력으로부터 보호하기 위한 구성이다.

즉, 상기 배터리셀지지부재(20)는 전체적으로 납작한 육면체 형상으로 형성되되, 육면체 중에서 상기 배터리셀(10)을 대면하는 하면 및 측부와 후방부에 방열을 위한 개구(통기구)(22, 24)가 형성되어 상기 배터리셀(10)로부터 발생되는 열을 외부로 원활히 방출하도록 구성된다.

열전달율은 면적에 비례하는 특성이 있으며, 상기와 같이 배터리셀(10)에서 가장 큰 면적을 차지하는 면을 대면하는 부분에 방열을 위한 개구(22)를 형성함으로써, 상기 배터리셀(10)로부터 발생되는 열을 외부로 원활히 배출할 수 있다.

또한, 상기와 같은 방열을 위해 상기 배터리셀(10)에서 보다 작은 면적을 차지하는 측면을 감싸는 부분에도 방열을 위한 통기구(24)들이 형성된다.

상기 배터리셀지지부재(20)의 전방에는 단자결합부(27, 29)가 마련되며, 상기 단자결합부(27, 29)에 사각 너트를 배치시키고, 상기 배터리셀(10)의 단자부(2, 4)와 볼트(52)를 이용하여 결합한다.

또한, 상기 단자결합부(27, 29)에는 또 다른 배터리팩의 단자결합부와의 연결을 위한 전극연결부재(40)가 결합되어, 인접하는 배터리팩의 양극단자 또는 음극단자와 병렬로 연결될 수 있다.

그리고, 상기 배터리셀지지부재(20)의 전방과 후방에는 상기 제어부(60)를 고정하거나, 본 발명에 따른 배터리팩 모듈이 장착되는 장치에 대한 설치를 위한 체결개구(26)가 전방에 2개 후방에 2개 형성된다.

높이 방향으로 적재된 배터리셀지지부재(20) 중에서 가장 상부에 배치되는 배터리셀지지부재(20)에는 배터리셀(10) 대신 상기 제어부(60, BMS: Battery Management System)을 장착하고 볼트를 이용하여 상기 체결개구(26)에 제어부(60)를 결합할 수 있다.

또한, 가장 하부에 배치되는 배터리셀지지부재(20)의 상기 체결개구(26)에 볼트를 체결함으로써, 본 발명에 따른 배터리팩 모듈이 장착되는 장치에 견고히 결합할 수 있다.

한편, 상기와 같이 배터리셀지지부재(20)에 배터리셀(10)이 수용된 상태에서높이 방향으로 2 개 이상 적층함으로써, 배터리팩모듈을 구성할 수 있다.

상기와 같은 배터리팩모듈의 구성을 위해, 상기 배터리셀지지부재(20)의 네 모서리 부분에는 장볼트(30)가 삽입될 수 있는 결합개구가 형성되고, 복수개의 배터리셀지지부재(20)들을 높이 방향을 따라 적층한 상태에서 상기 결합개구에 장볼트(30)를 삽입하여 너트로 체결함으로써, 두개 이상의 배터리셀지지부재(20)들이 높이 방향으로 적층 결합될 수 있다.

또한, 상기와 같이 적층되는 배터리셀지지부재(20) 사이에는 높이 조절부재(50)가 삽입되어, 상기 배터리셀(10)의 두께에 따라 인접하는 배터리셀지지부재(20)간의 간격을 조절할 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 높이조절부재(50)에 의해 형성되는 인접하는 배터리셀지지부재(20) 간의 틈(70)을 통해, 배터리셀로부터 발생되는 열이 인접하는 배터리셀 사이의 경계에 축적되는 것을 방지하고 외부로 원활히 배출될 수 있다.

한편, 상기 전극연결부재(40)는 인접하는 배터리셀(10)의 동일 전극에 접속되는 한쌍의 전극접속부(42, 44)와 상기 한쌍의 전극접속부(42, 44)를 연결하는 연결부(46)를 포함한다.

상기 전극접속부(42, 44)는 인접하는 배터리셀(10)의 양극전극 또는 음극전극을 병렬로 연결하는 부분으로서, 상기와 같은 병렬 연결에 의해 배터리셀(10)들의 전류가 합산되어 공급됨으로써, 배터리의 용량을 필요에 따라 조절할 수 있다.

예를 들어, 도 1 에서는 상하 두개의 배터리셀(20-1, 20-2)의 양극전극에 상기 전극접속부(42-1, 42-2)가 각각 접속되고, 인접하는 두개의 배터리셀의 음극전극에 우측 전극접속부(44-1, 44-2)가 접속됨으로써, 상기 두 배터리셀(20-1, 20-2)들은 병렬로 연결된다.

또한, 도 4 에서는 상하 세개의 배터리셀(20-1, 20-2, 20-3)의 양극전극에 상기 전극접속부(42-1, 42-2, 42-3)가 각각 접속되고, 인접하는 세개의 배터리셀의 음극전극에 우측 전극접속부(44-1, 44-2, 44-3)가 접속됨으로써, 상기 세 배터리셀(20-1, 20-2, 20-3)들이 병렬로 연결된다.

비록, 도 1 에서는 상기 전극접속부(42, 44)가 두개의 인접하는 배터리셀(10)의 전극에 접속되는 것으로 도시되었으며, 도 4 에서는 상기 전극접속부(42, 44)가 세개의 인접하는 배터리셀(10)의 전극에 접속되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 병렬로 접속되는 배터리셀의 갯수는 다양한 변형 실시가 가능하다.

상기와 같은 방식으로 적층된 배터리팩 모듈의 상부에는 배터리셀들의 제어를 위한 제어부(60)(BMS: Battery Management Module)가 설치되어, 배터리셀들의 충방전을 제어하도록 구성된다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

10: 배터리셀
20: 배터리셀지지부재
30: 결합부재
40: 전극연결부재
50: 높이조절부재
60: 제어부

Claims (7)

1. 양극단자와 음극단자를 포함하며, 충전된 전원을 공급하는 배터리셀과;
   상기 배터리셀을 수용하면서 지지하는 배터리셀지지부재와;
   높이 방향으로 복수개 적층되는 상기 배터리셀지지부재들을 결합하기 위한 결합부재와;
   인접하는 배터리셀의 전극을 연결하기 위한 전극연결부재를 포함하며,
   상기 전극연결부재는 인접하는 배터리셀의 동일 전극에 접속되는 한쌍의 전극접속부와 상기 한쌍의 전극접속부를 연결하는 연결부를 포함하며,
   상기 배터리셀지지부재에는 장볼트와 같은 체결부재의 삽입을 위한 체결개구가 형성되고,
   높이 방향으로 적층되는 인접하는 상기 배터리셀지지부재 사이에는 높이조절부재가 배치되며,
   상기 전극접속부는 인접하는 두개 이상의 배터리셀의 전극에 동시에 접속될 수 있도록 구성되되,
   상기 연결부는 상기 배터리셀지지부재의 적층 방향에 대해 경사지게 형성되어, 상기 한 쌍의 전극접속부는 서로 다른 높이에서 상기 배터리셀의 전극에 접속될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 확장 구조의 배터리팩 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 배터리셀지지부재에서 배터리셀을 수용하는 수용부에는 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 확장 구조의 배터리팩 모듈.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전극접속부는 인접하는 두개 또는 세개의 배터리셀의 전극에 동시에 접속될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용량 확장 구조의 배터리팩 모듈.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 배터리셀지지부재에서 배터리셀을 대면하는 측부와 후방부에는 통기를 위한 통기구가 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 확장 구조의 배터리팩 모듈.
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