KR101739301B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명에 따른 배터리 모듈은 제1 방향으로 배열되는 복수의 배터리셀과 상기 배터리셀들 사이에 각각 개재되는 복수의 배리어를 포함하는 배터리 어레이; 및 상기 배터리 어레이의 양측에 제1 방향을 따라 구비되는 측면 프레임;을 포함하고, 상기 배리어 중 적어도 어느 하나는 상기 측면 프레임과 대향하는 면에 금속부재가 함입되는 보강 배리어이며, 상기 금속부재는 상기 측면 프레임과 납땜(soldering) 또는 용접(welding) 중 어느 하나의 방법에 의하여 고정된다.
본 발명에 따르면 보강 배리어에 삽입된 상태로 외부로 노출되도록 구비되는 금속 재질의 용접부를 구비함으로써 측면 프레임과 용접 등의 방법을 통하여 연결됨으로써 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차, 하이브리드 자동차용으로 이용가능한 배터리 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전을 통하여 재사용이 가능하다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자건거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 전지 모듈의 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 전지 모듈이 선호된다. 전지 모듈은 출력 및 용량에 따라 필요한 수만큼의 배터리를 직렬 및 병렬로 연결하여 사용하게 된다.
본 발명은 배터리 모듈 자체의 길이가 길어지는 경우에도 안정성을 유지할 수 있는 구조를 구비한 배터리 모듈을 제공한다.
또한 본 발명은 길이 방향을 기준으로 중앙부의 구조적 안정성을 위하여 용접 등의 접합 기술을 적용할 수 있는 배터리 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 제1 방향으로 배열되는 복수의 배터리셀과 상기 배터리셀들 사이에 각각 개재되는 복수의 배리어를 포함하는 배터리 어레이; 및 상기 배터리 어레이의 양측에 제1 방향을 따라 구비되는 측면 프레임;을 포함하고, 상기 배리어 중 적어도 어느 하나는 상기 측면 프레임과 대향하는 면에 금속부재가 함입되는 보강 배리어이며, 상기 금속부재는 상기 측면 프레임과 남땜(soldering) 또는 용접(welding) 중 어느 하나의 방법에 의하여 고정된다.
또한 상기 보강 배리어는 상기 제1 방향을 기준으로 상기 배터리 어레이의 중앙에 위치할 수 있다.
또한 상기 보강 배리어는 타 배리어에 비하여 상대적으로 더 두껍게 형성될 수 있다.
또한 상기 금속부재는 상기 측면 프레임과 동종의 재질로 형성될 수 있다.
또한 상기 금속부재 및 상기 측면 프레임은 스테인리스강으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속부재는, 상기 보강 배리어의 내측에 함입 및 고정되는 함입부; 외부로 노출되어 상기 측면 프레임에 고정되는 용접부; 및 상기 함입부로부터 상기 보강 배리어의 표면을 통과하여 상기 용접부까지 연장되는 연장부;를 포함할 수 있다.
나아가 상기 함입부의 폭은 상기 연장부의 폭에 비하여 더 크게 형성될 수 있다.
또한 상기 용접부의 폭은 상기 연장부의 폭에 비하여 더 크게 형성될 수 있다.
또한 상기 금속부재와 상기 보강 배리어는 인서트 사출에 의하여 형성될 수 있다.
또한 상기 측면 프레임은 상단부 및 하단부가 상기 배터리 어레이의 상부면 및 하부면 측으로 절곡될 수 있다.
또한 상기 측면 프레임의 절곡 영역과 상기 배터리 어레이 사이에는 완충부재가 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면 보강 배리어에 삽입된 상태로 외부로 노출되도록 구비되는 금속 재질의 용접부를 구비함으로써 측면 프레임과 용접 등의 방법을 통하여 연결됨으로써 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 인서트 사출 등의 방법을 통하여 보강 배리어 내에 용접부의 일부가 함입되도록 함으로써 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 배리어와 배터리 셀의 모습을 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 보강 배리어의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 보강 배리어의 모습을 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 보강 배리어의 모습을 나타내는 횡단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 보강 배리어의 모습을 나타내는 횡단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 골격을 형성하는 강성 구조를 나타내는 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 배터리 어레이(50)를 일정하게 고정할 수 있도록 외골격 구조를 구비한다. 이러한 외골격 구조에는 측면 프레임(500), 엔드 블록(310, 320) 및 보강 배리어(250)가 포함된다.
배터리 어레이(50)는 복수개의 배터리셀(100)들과 배리어(200)들의 한 방향으로 배열되도록 형성된다. 배터리셀(100)들 사이에 배리어(200)가 각각 구비된다. 배터리 어레이(50)의 상부에는 배터리 어레이(50)의 배터리셀들로부터 유출될 수 있는 가스를 외측으로 유도하기 위한 디개싱부(400)등이 구비될 수 있다.
배터리 어레이(50)의 양 단부측, 즉 최외곽에 위치하는 배터리셀(100)들의 외측에는 한 쌍의 엔드 블록(310, 320)이 구비되고, 배터리셀(100)과 배리어(200)들의 양 측면에는 각각 측면 프레임(500)이 구비된다.
이 때 측면 프레임(500)과 엔드 블록(310, 320)들 각각은 구조적인 결합이나 나사 체결방식 등으로 견고히 고정될 수 있다. 또한 필요에 따라 측면 프레임(500)의 상하부를 절곡하여 배터리 어레이(50)의 상부 및 하부를 직간접적으로 지지하도록 할 수 있다. 즉, 측면 프레임(500)의 상단부 및 하단부를 배터리 어레이(50)의 상부면 및 하부면 측으로 절곡함으로써 배터리 어레이(50)의 상부 및 하부를 직간접적으로 지지하도록 할 수 있다. 이때, 측면 프레임(500)의 절곡 부위에는 완충부재(미도시)가 적용될 수 있고, 이에 의해, 외부충격이 배터리 어레이로 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다.
그러나 배터리 모듈(10)의 전체 길이가 점차 증가할수록 배터리 모듈(10)에 포함된 배터리 셀(100)들의 무게로 인하여 배터리 모듈(10)의 외형이 변형되기 쉽다. 본 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 자체의 구조적 안정성을 향상시키기 위하여 보강 배리어(250)를 배터리 모듈(10)의 중앙 부분 등에 구비한다. 이하에서는 각 구성부에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 배터리셀과 배리어를 설명한다. 도 3은 일 실시예에 따른 배리어와 배터리 셀의 모습을 나타내는 분해 사시도이다.
배터리셀(100)은 상부에 전기적 단자(120)들이 노출되어 있으며, 단자(120)들 사이에는 벤트부(110)가 구비된다. 벤트부(110)는 배터리셀(100)이 비정상적으로 작동함으로써 발생할 수 있는 내부 가스 등을 외부로 유출시키기 위한 구성부이다.
배리어(200)는 배터리셀(100)을 인접하는 타 배터리셀들과 이격시키기 위한 격벽으로 형성되며, 배터리셀(100) 간의 간격을 정확히 유지시키기 위하여 간격을 유지하거나 배터리셀(100)들을 압박하는 구조물로서 기능할 수 있다. 본 실시예에 따른 배리어(200)에는 배터리 안착부(210)가 형성된다. 배터리 안착부(210)에는 배터리셀(100)이 안착된다. 배터리 셀(100)과 배리어(200)는 이와 같이 결합된 상태로 반복적으로 배열된다.
도 4 내지 도 7을 참조하여 보강 배리어를 설명한다. 도 4는 일 실시예에 따른 보강 배리어의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 보강 배리어의 모습을 나타내는 횡단면도이다. 또한 도 6은 다른 실시예에 따른 보강 배리어의 모습을 나타내는 횡단면도이고, 도 7은 또 다른 실시예에 따른 보강 배리어의 모습을 나타내는 횡단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 보강 배리어(250)의 형상은 앞서 설명한 배리어의 형상과 유사하다. 즉, 보강 배리어(250)는 전체적으로 격벽 구조로 형성되어 있으며, 하부에는 배터리셀이 안착될 수 있도록 안착부(260)가 형성된다.
다만 보강 배리어(250)는 단순히 배터리셀들을 격리시키고 간격을 유지하는 기능뿐 아니라 타 구성부들과 체결되어 배터리 모듈의 외골격 구조, 즉 강성 구조를 형성하는 구성부로서 타 구성부들과 체결하기 위한 체결공(270)등이 형성될 수 있으며, 배터리 모듈의 강성을 증가시키기 위한 구성부이므로 타 배리어들에 비하여 두께를 더 증가시키는 것이 바람직하다.
특히 본 실시예에 따른 보강 배리어(250)는 앞서 설명한 배리어와는 달리 양 측면, 즉 측면 프레임과 대향하는 면에 금속 부재(280)가 함입되어 있다.
측면 프레임은 배터리 모듈의 전체적인 하중의 대부분이 집중되는 구성부로서 스테인리스강 등의 일정 이상의 강성을 갖는 재료를 이용하여 구성한다. 이에 비하여 보강 배리어(250)는 일반적인 배리어와 마찬가지로 배터리셀들을 이격시키고 절연시키는 등의 기능을 수행하여야 하므로 합성수지 재질로 형성하는 것이 일반적이다.
보강 배리어(250)를 합성수지로 형성하기 때문에 측면 프레임과의 고정 또는 체결 방법면에서는 한계가 존재하게 된다. 그러나 본 실시예에 따른 배터리 모듈은 보강 배리어(250)를 구비하고, 보강 배리어(250)의 측면에 금속 부재(280)를 함입시킴으로써 측면 프레임과 남땜(soldering) 또는 용접(welding) 등의 방법을 이용하여 고정시킬 수 있게 된다. 금속 부재(280)로는 스테인리스강 등을 이용할 수 있으며, 직접적으로 용접 대상이 되는 측면 프레임의 재질과 동일한 재질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
보강 배리어(250)는 앞서 설명한 배리어들 중 특정 배리어를 대체하거나 필요에 따라서는 배리어에 부가하는 방식으로 구비될 수 있다. 보강 배리어(250)는 배터리 모듈의 구조적 하중을 균일하게 분산시키기 위하여 배터리 모듈의 중앙 부분에 구비하는 것이 바람직하며, 배터리 모듈의 길이가 더욱 길어지는 경우에는 4분의 1 지점마다 구비하는 식으로 그 숫자를 증가시키는 것도 가능하다.
한편, 보강 배리어(250)에 함입되는 금속 부재는 다양한 형태로 구비될 수 있다.
도 5를 참조하여 설명하면, 금속 부재(280)는 T자형의 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 금속 부재(280)는 함입부(281), 연장부(283) 및 용접부(285)로 나뉠 수 있다. 함입부(281)는 보강 배리어(250)의 내측에 함입 및 고정되는 부분이고, 용접부(285)는 외부로 노출되어 상술한 측면 프레임에 고정되는 부분이다. 연장부(283)은 함입부(281)로부터 보강 배리어(285)의 표면을 통과하여 용접부(285)까지 연장되는 부분이다. 이 때 함입부(281)의 폭이 연장부(283)의 폭에 비하여 더 크게 형성됨으로써 보강 배리어(250)가 파손되기 이전에는 금속 부재(280)가 외부로 이탈되지 않게 된다.
한편, 이와는 달리 도 6에 도시된 바와 같이 금속 부재(280a)를 H형으로 형성되도록 할 수 있다. 이 경우 함입부(281)와 연장부(283)는 T자형 금속 부재와 동일한 형상으로 형성되나, 용접부(215a)의 폭이 보다 넓게 형성된다. 용접부(215a)의 폭이 넓어짐으로써 상술한 측면 프레임과의 용접 범위가 증가되고, 용접 후의 구조적인 강성이 더욱 증가하게 되는 장점이 있다.
반면, 도 7에 도시된 바와 같이 금속 부재(280b)를 단순한 바(bar) 형상 등으로 형성하는 것도 가능하다.
금속 부재는 인서트 사출 등의 방법으로 보강 배리어의 내측에 함입된 상태로 제조될 수 있다.
도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 골격구조를 설명한다. 도 8은 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 골격을 형성하는 강성 구조를 나타내는 사시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 한 쌍의 측면 플레이트(500)와 한 쌍의 엔드 블록(310, 320)들은 각각 서로 체결 또는 고정됨으로써 구조적인 면에서의 외골격을 형성한다. 이 때 본 실시예에 따른 보강 배리어(250)는 측면 프레임(500)의 중앙부에 양 단부가 각각 용접됨으로써 고정된다.
이 경우 보강 배리어(250)는 이러한 강성 구조가 중앙부에서 뒤틀리거나 무게에 의하여 아래로 쳐지는 것을 방지하며, 타 구성부들과 체결공(270, 322) 등을 통하여 함께 고정 또는 연결됨으로써 이러한 구조적 강성을 증가시킬 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 배터리 모듈로 구현될 수 있다.
10: 배터리 모듈 100: 배터리셀
200: 배리어 250: 보강 배리어
280: 금속부재

Claims (11)

  1. 제1 방향으로 배열되는 복수의 배터리셀과 상기 배터리셀들 사이에 각각 개재되는 복수의 배리어를 포함하는 배터리 어레이; 및
    상기 배터리 어레이의 양측에 제1 방향을 따라 구비되는 측면 프레임;을 포함하고,
    상기 배리어 중 적어도 어느 하나는 상기 측면 프레임과 대향하는 면에 금속부재가 함입되는 보강 배리어이며, 상기 금속부재는 상기 측면 프레임과 납땜(soldering) 또는 용접(welding) 중 어느 하나의 방법에 의하여 고정되며,
    상기 금속부재는,
    상기 보강 배리어의 내측에 함입 및 고정되는 함입부;
    외부로 노출되어 상기 측면 프레임에 고정되는 용접부; 및
    상기 함입부로부터 상기 보강 배리어의 표면을 통과하여 상기 용접부까지 연장되는 연장부;를 포함하며,
    제1 방향을 따르는 폭 방향으로, 상기 함입부의 폭은 상기 용접부의 폭 및 상기 연장부의 폭 보다 넓고, 상기 용접부 및 상기 연장부는 같은 폭으로 형성되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보강 배리어는 상기 제1 방향을 기준으로 상기 배터리 어레이의 중앙에 위치하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강 배리어는 타 배리어에 비하여 상대적으로 더 두껍게 형성되는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속부재는 상기 측면 프레임과 동종의 재질로 형성되는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금속부재 및 상기 측면 프레임은 스테인리스강으로 형성되는 배터리 모듈.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속부재와 상기 보강 배리어는 인서트 사출에 의하여 형성되는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 측면 프레임은 상단부 및 하단부가 상기 배터리 어레이의 상부면 및 하부면 측으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측면 프레임의 절곡 영역과 상기 배터리 어레이 사이에는 완충부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
KR1020130152812A 2013-12-10 2013-12-10 배터리 모듈 KR101739301B1 (ko)

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