KR101720618B1 - 버스바 홀더를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

버스바 홀더를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버스바 홀더의 가이드부에 고정부재를 형성함에 의해 버스바를 용이하게 고정할 수 있으며, 버스바 홀더의 개구부 둘레로부터 버스바가 일정 간격 이격된 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리 모듈은 일 방향으로 배열되며, 상부면에 단자부를 구비하는 복수개의 배터리 셀; 상기 복수개의 배터리 셀 상부에 위치되며, 상기 단자부가 노출되는 개구부를 구비하는 버스바 홀더; 및 상기 버스바 홀더의 개구부에 위치되며, 상기 복수개의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하되, 상기 버스바는 상기 버스바 홀더의 개구부와 일정 간격 이격되며, 상기 복수개의 배터리 셀이 배열된 방향의 상기 개구부 둘레를 따라 상부로 돌출된 가이드부가 형성되고, 상기 가이드부의 내측면에는 고정부재가 형성된다. 이러한 구성에 의하여, 용접 작업 시 작업성을 향상시킬 뿐만 아니라 버스바 홀더가 열에 의해 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라 용접 비드 외관을 개선할 수 있다.

Description

버스바 홀더를 포함하는 배터리 모듈{Battery module having bus bar holder}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결된 배터리 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 배터리 셀은 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 다양하게 그 형태를 변화시켜 사용한다.
전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량을 높일 수 있도록 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하여 대용량의 배터리 모듈을 구성한다. 배터리 모듈은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은, 일본 공개특허공보 제2012-084319호(2012.04.26)에 개시되어 있다.
본 발명은 버스바 홀더의 가이드부에 고정부재를 형성함에 의해 버스바를 용이하게 고정할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 버스바 홀더의 개구부 둘레로부터 버스바가 일정 간격 이격됨에 의해 용접 작업 시 버스바 홀더가 열에 의해 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라 용접 비드 외관을 개선할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 버스바 홀더에 가스배출부를 형성함에 의해 배터리 셀의 단자부에 버스바를 용접할 시에 쉴드 가스(shield gas)가 원활하게 배출될 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 일 방향으로 배열되며, 상부면에 단자부를 구비하는 복수개의 배터리 셀; 상기 복수개의 배터리 셀 상부에 위치되며, 상기 단자부가 노출되는 개구부를 구비하는 버스바 홀더; 및 상기 버스바 홀더의 개구부에 위치되며, 상기 복수개의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하되, 상기 버스바는 상기 버스바 홀더의 개구부와 일정 간격 이격되며, 상기 복수개의 배터리 셀이 배열된 방향의 상기 개구부 둘레를 따라 상부로 돌출된 가이드부가 형성되고, 상기 가이드부의 내측면에는 고정부재가 형성된다.
여기서, 상기 고정부재는 상기 버스바의 상부면과 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 버스바는 절곡되어 상부로 돌출된 밴딩부를 포함하며, 상기 고정부재는 상기 밴딩부와 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
이때, 상기 고정부재는 후크 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 가이드부는 상기 복수개의 배터리 셀이 배열된 방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 버스바 홀더의 인접하는 상기 개구부 사이에는 상기 가이드부에 양측이 연결되는 판 형상의 절연부재를 포함할 수 있다.
게다가, 상기 절연부재는 일 영역의 높이가 낮게 형성된 가스배출부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 가스배출부의 일 영역에는 상부로 돌출된 단락방지 부재를 포함할 수 있다.
이때, 상기 가스배출부는 상기 버스바 상부면보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 버스바 홀더는 플라스틱 복합소재로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 배터리 셀의 단자부와 상기 버스바는 용접에 의해 접합될 수 있다.
또한, 상기 배터리 셀의 단자부와 상기 버스바는 레이저 용접 또는 초음파 용점에 의해 접합될 수 있다.
본 발명에 의하면 버스바 홀더의 가이드부에 고정부재를 형성함에 의해 버스바를 용이하게 고정함으로써, 버스바 용접 시 작업성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면 버스바 홀더의 개구부 둘레로부터 버스바가 일정 간격 이격됨으로써, 용접 작업 시 버스바 홀더가 열에 의해 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라 용접 비드 외관을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 버스바 홀더에 가스배출부를 형성함에 의해 배터리 셀의 단자부에 버스바를 용접할 시에 쉴드 가스(shield gas)가 원활하게 배출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 배터리 모듈을 나타내는 분해사시도.
도 3은 도 1의 A부분을 나타내는 평면도.
도 4는 도 1의 A부분을 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 버스바 홀더 및 배터리 셀의 단자부에 버스바가 용접된 상태를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 버스바 홀더 및 배터리 셀의 단자부에 버스바가 용접된 상태를 나타내는 사시도.
도 7은 도 6의 평면도.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈을 나타내는 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은 복수개의 배터리 셀(110), 버스바 홀더(120) 및 버스바(130)를 포함한다. 여기서, 복수개의 배터리 셀(110)은 일 방향으로 배열되며, 상부면에 단자부(111)를 구비한다. 그리고, 버스바 홀더(120)는 복수개의 배터리 셀(110) 상부에 위치되며, 단자부(111)를 노출시키는 개구부(121)를 구비한다. 또한, 버스바(130)는 버스바 홀더(120)의 개구부(121)에 위치되며, 복수개의 배터리 셀(110) 중 인접하는 배터리 셀(110) 간을 전기적으로 연결한다.
이때, 배터리 셀(110)의 단자부(111)와 버스바(130)는 용접에 의해 접합된다. 바람직하게, 배터리 셀(110)의 단자부(111)와 버스바(130)는 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 접합된다. 버스바 홀더(120)가 플라스틱 복합소재로 이루어지기 때문에 버스바(130)를 배터리 셀(110)의 단자부(111)에 용접 시 반사열에 의해 용접부 주변의 버스바 홀더(120)가 녹으면서 이물질이 발생된다. 그리고, 이물질은 용접 시 진공 상태를 유지하기 위해 사용되는 쉴드 가스(shield gas)에 침투되어 용접 비드에 흑화를 발생시킨다.
이에 따라, 버스바(130)는 버스바 홀더(120)의 개구부(121)와 일정 간격 이격되도록 형성된다. 즉, 개구부(121)의 크기보다 버스바(130)의 크기가 더 작게 형성될 수 있다. 이와 같이 용접부(132, 도 3 참조)와 버스바 홀더(120)가 이격됨으로써, 배터리 셀(110)의 단자부(111)에 버스바(130) 용접 시 버스바 홀더(120)에 열적 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 플라스틱 소재로 이루어진 버스바 홀더(120)가 녹지 않음으로써, 용접 비드 외관을 개선할 수 있다.
그리고, 버스바 홀더(120)의 개구부(121)는 복수개의 배터리 셀(110)이 배열된 방향의 개구부(121) 둘레를 따라 상부로 돌출된 가이드부(123)가 형성된다. 이때, 가이드부(123)는 복수개의 배터리 셀(110)이 배열된 방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있다. 이러한 가이드부(123)의 내측면, 즉, 버스바(130)를 향하는 가이드부(123)의 측면에는 고정부재(122)가 형성된다.
여기서, 고정부재(122)는 버스바(130)의 상부면과 대응하는 위치에 형성된다. 버스바(130)는 상부로 돌출되도록 절곡된 밴딩부(130b)를 포함하며, 고정부재(122)는 밴딩부(130b)와 대응하는 위치에 형성된다. 이때, 고정부재(122)는 하부를 향하는 후크 형상으로 형성된다. 이에 의해 버스바(130)가 배터리 셀(110)의 단자부(111)에 안착 시에는 후크의 탄성에 의해 용이하게 삽입된다. 그리고, 상부 방향으로는 후크에 의한 간섭이 발생되어, 버스바(130)가 상부로 이탈하지 않도록 고정된다.
본 발명의 제1 실시예에서 고정부재(122)가 후크 형상으로 형성되었지만, 버스바(130)를 배터리 셀(110)의 단자부(111)에 고정할 수 있는 다른 형상으로 형성되어도 됨은 물론이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 일 방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀(110)을 포함하는데, 배터리 셀(110)은 이웃하는 배터리 셀(110)의 넓은 면이 서로 대면하도록 정렬된다.
배터리 모듈(100)을 구성하는 베터리 셀(110)은 일면이 개구된 전지 케이스와 전지 케이스 내에 수납된 전극 조립체 및 전해액으로 이루어질 수 있다. 전극 조립체 및 전해액은 전기화학적으로 반응하여 에너지를 발생하고, 전지 케이스는 제1 면(118)에 의하여 밀폐될 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(110)의 상부면은 캡 조립체를 포함할 수 있다. 배터리 셀의 상부면에는 서로 다른 극성을 갖는 양극 단자 (112), 음극 단자(113) 및 벤트부(114)가 구비되며, 벤트부(114)는 배터리 셀(110)의 안전수단으로 배터리 셀(110) 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로로 작용한다. 이러한 벤트부(114) 상부에는 벤트부 커버(140)가 위치된다.
그리고, 최외곽의 배터리 셀(110)에 인접하여 한 쌍의 엔드 플레이트(160)가 구비되며, 배터리 셀(110)의 측면에는 한 쌍의 엔드 플레이트(160) 간을 연결하는 한 쌍의 사이드 플레이트(170)가 배치된다. 복수개의 배터리 셀(110)은 한 쌍의 엔드 플레이트(160)와 한 쌍의 사이드 플레이트(170)에 의하여 구획된 공간 속에 일 방향으로 정렬되어 구비될 수 있다.
이때, 배터리 셀(110)은 복수개가 넓은 전면이 서로 대향하도록 나란하게 정렬되므로, 이웃한 두 배터리 셀(110)의 양극 단자(112) 및 음극 단자(113)는 버스바(130)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(130)는 단자부(111)간을 전기적으로 연결할 수 있도록 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금 또는 알루미늄 합금 등의 전기전도성 금속으로 구성될 수 있다. 또한, 버스바(130)는 단자부(111)에 용접되어 접합될 수 있다. 여기서 용접은 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다. 버스바(130)의 형상은 단자부(111)의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서는 배터리 셀(110)이 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 일 예로 하여 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 리튬 폴리머 등 다양한 형태의 전지를 적용할 수 있다.
도 3은 도 1의 A부분을 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 1의 A부분을 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 버스바(130)는 버스바 홀더(120)의 개구부(121)에 안착된 후 용접에 의해 접합된다. 이때, 복수개의 배터리 셀(110)이 배열된 방향의 개구부(121) 둘레에는 가이드부(123)가 상부로 돌출 형성된다. 이러한 가이드부(123)의 내측면에는 하부를 향하는 후크 형상의 고정부재(122)가 형성된다. 그리고, 고정부재(122)는 버스바(130)의 상부면과 대응하는 위치에 형성된다.
여기서, 버스바(130)는 중간 영역이 절곡되어 상부로 돌출된 밴딩부(130b)를 가지며, 고정부재(122)는 버스바(130)의 밴딩부(130b)와 대응하는 위치에 형성된다. 밴딩부(130b)는 버스바(130)의 강성 보강을 위한 것으로, 버스바(130)에 가해지는 충격을 흡수할 수 있다. 이처럼 가이드부(123) 내측면에 후크 형상의 고정부재(122)를 형성하여, 버스바(130)의 밴딩부(130b)를 고정하도록 함으로써, 배터리 셀(110)의 단자부(111)와 버스바(130)의 용접 시 작업성이 향상될 수 있다.
그리고, 버스바(130)는 버스바 홀더(120)의 개구부(121)와 일정 간격 이격된다. 즉, 버스바 홀더(120)의 개구부(121)의 크기보다 버스바(130)가 작게 형성된다. 이에 의해 배터리 셀(110)의 단자부(111)와 버스바(130)의 용접 시, 플라스틱으로 형성된 버스바 홀더(120)가 녹는 것을 방지할 수 있다. 배터리 셀(110)의 단자부(111)와 버스바(130)의 용접부(132)는 버스바(130)의 에지(edge) 영역에 인접하게 위치된다. 이로 인해 버스바(130)와 버스바 홀더(120)의 개구부(121)는 용접 시 버스바 홀더(120)에 열 손상을 가하지 않을 정도로 이격될 수 있다.
또한, 버스바 홀더(120)에는 인접하는 개구부(121) 사이마다 절연부재(124)가 형성된다. 절연부재(124)는 판 형상으로 형성되어, 인접한 버스바(130) 간의 쇼트를 방지한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 버스바 홀더 및 배터리 셀의 단자부에 버스바가 용접된 상태를 나타내는 사시도이다.
이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 절연부재(124), 가스배출부(125) 및 단락방지 부재(126)에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 앞선 제1 실시예와 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 버스바(130)는 버스바 홀더(120)의 개구부(121)와 일정 간격 이격되며, 복수개의 배터리 셀(110)이 배열된 방향의 개구부(121) 둘레를 따라 상부로 돌출된 가이드부(123)가 형성된다. 가이드부(123)의 내측면에는 후크 형상의 고정부재(122)가 형성되며, 고정부재(122)는 버스바(130)의 밴딩부(130b)와 대응하는 위치에 형성된다.
그리고, 버스바 홀더(120)는 인접하는 개구부(121) 사이에 판 형상의 절연부재(124)가 형성된다. 이러한 절연부재(124)의 양측은 가이드부(123)에 연결된다. 게다가, 절연부재(124)는 일 영역의 높이가 낮게 형성된 가스배출부(125)를 포함할 수 있다. 여기서, 가스배출부(125)는 버스바(130) 상부면보다 높게 형성된다. 이에 의해 버스바(130) 간에 쇼트 발생을 방지할 수 있다.
배터리 셀(110)의 단자부(111)와 버스바(130)의 용접 시 질소 또는 아르곤 등의 쉴드 가스를 이용하여 진공 분위기를 형성한다. 이때, 쉴드 가스가 배출되지 않고 용접부(132)에 머무르게 되면, 용접 열에 의해 버스바 홀더(120)가 녹을 경우 용접 비드 외관을 손상시킬 수 있다. 이에 따라, 절연부재(124)의 일 영역에 높이가 낮은 가스배출부(125)를 형성하여, 용접 시 쉴드 가스가 보다 용이하게 배출되도록 할 수 있다.
그리고, 가스배출부(125)의 일 영역에는 상부로 돌출된 단락방지 부재(126)를 포함한다. 단락방지 부재(126)는 가스배출부(125)의 중간 영역에서 돌출 형성되며, 이에 의해 버스바(130) 간의 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 버스바 홀더 및 배터리 셀의 단자부에 버스바가 용접된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 평면도이다.
여기서, 앞선 제1 실시예와 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 복수개의 배터리 셀이 직ㆍ병렬로 다양하게 연결되는 경우, 버스바(230)는 4개의 배터리 셀의 단자부(211) 상에 위치되도록 형성될 수 있다. 이때, 버스바 홀더(220)에 형성된 하나의 개구부(221)는 4개의 배터리 셀의 단자부(211)가 노출되도록 형성되며, 버스바(230)의 강성을 보강하기 위한 밴딩부(230b)도 2개가 형성된다.
복수개의 배터리 셀이 배열된 방향의 개구부(221) 둘레를 따라 상부로 돌출된 가이드부(223)가 형성되고, 가이드부(223)의 내측면에는 후크 형상의 고정부재(222)가 형성된다. 이러한 고정부재(222)는 밴딩부(230b)의 상부면과 대응하는 위치에 형성된다.
그리고, 버스바 홀더(220)의 인접하는 개구부(221) 사이에는 가이드부(223)에 양측이 연결되는 판 형상의 절연부재(224)를 포함한다. 절연부재(224)는 일 영역의 높이가 낮게 형성된 가스배출부(225)를 포함하며, 가스배출부(225)의 일 영역에는 상부로 돌출된 단락방지 부재(226)를 포함한다.
버스바(230)는 버스바 홀더(220)의 개구부(221)와 일정 간격 이격되도록 형성되어, 플라스틱 복합소재로 이루어진 버스바 홀더(220)가 용접 열에 의한 영향을 덜 받도록 할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
100 : 배터리 모듈 110 : 배터리 셀
111 : 단자부 114 : 벤트부
120 : 버스바 홀더 121, 221 : 개구부
122, 222 : 고정부재 123, 223 : 가이드부
124, 224 : 절연부재 125, 225 : 단락방지 부재
126, 226 : 가스배출부 130 : 버스바
130b : 밴딩부 132, 232 : 용접부
140 : 벤트부 커버

Claims (12)

  1. 일 방향으로 배열되며, 상부면에 단자부를 구비하는 복수개의 배터리 셀;
    상기 복수개의 배터리 셀 상부에 위치되며, 상기 단자부가 노출되는 개구부를 구비하는 버스바 홀더; 및
    상기 버스바 홀더의 개구부에 위치되며, 상기 복수개의 배터리 셀 중 인접하는 배터리 셀 간을 전기적으로 연결하는 버스바;를 포함하되,
    상기 버스바는 상기 버스바 홀더의 개구부와 일정 간격 이격되며,
    상기 버스바 홀더의 개구부를 사이에 두고 양편으로 배터리 셀의 배열 방향을 따라 연속적으로 연장되면서 상부로 돌출된 가이드부가 형성되고, 상기 가이드부의 양편 내측면으로부터 상부로 돌출된 것으로 상기 버스바의 고정을 위한 고정부재가 형성되되, 상기 고정부재는 상기 가이드부를 벗어나 가이드부 보다 높게 돌출되고,
    상기 버스바 홀더의 인접하는 상기 개구부 사이에는 상기 가이드부에 양측이 연결되는 판 형상의 절연부재가 형성되되, 상기 절연부재는 버스바 상부면보다 높게 형성되는 가스배출부와 상기 가스배출부로부터 상부로 돌출된 단락방지 부재를 포함하며, 상기 단락방지 부재는 상기 가이드부 사이의 중앙 위치에 형성되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 상기 버스바의 상부면과 대응하는 위치에 형성되는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스바는 절곡되어 상부로 돌출된 밴딩부를 포함하며, 상기 고정부재는 상기 밴딩부와 대응하는 위치에 형성되는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정부재는 후크 형상으로 형성되는 배터리 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 홀더는 플라스틱 복합소재로 이루어지는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 단자부와 상기 버스바는 용접에 의해 접합되는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 단자부와 상기 버스바는 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 접합되는 배터리 모듈.
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