KR101795719B1 - 확장형 배터리 셀 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 확장형 배터리 셀 모듈에 관한 것으로, 일방향으로 길게 형성된 연결 전극에 다수개의 단위 셀 모듈을 순차적으로 편리하게 접촉 결합하거나 분리 제거할 수 있도록 구성함으로써, 발생 가능한 전체 전력 용량을 확장하거나 축소하는 방식으로 용이하게 변경할 수 있고, 용량의 종류에 따라 각각 별도의 배터리 셀 모듈을 따로 제작할 필요가 없이 동일한 단위 셀 모듈을 확장 또는 변경하여 다양한 용량의 배터리 셀 모듈을 더욱 편리하고 신속하게 제작할 수 있고, 단위 셀 모듈을 연결 전극에 결합하는 과정에서 다수개의 단위 셀 모듈을 서로 분리 가능한 형태로 접촉 결합할 수 있도록 함으로써, 다수개의 단위 셀 모듈의 결합 상태를 안정적으로 유지할 수 있어 전체적인 성능을 안정화할 수 있는 확장형 배터리 셀 모듈을 제공한다.

Description

확장형 배터리 셀 모듈{Extendible Battery Cell Module}

본 발명은 확장형 배터리 셀 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는 일방향으로 길게 형성된 연결 전극에 다수개의 단위 셀 모듈을 순차적으로 편리하게 접촉 결합하거나 분리 제거할 수 있도록 구성함으로써, 발생 가능한 전체 전력 용량을 확장하거나 축소하는 방식으로 용이하게 변경할 수 있고, 용량의 종류에 따라 각각 별도의 배터리 셀 모듈을 따로 제작할 필요가 없이 동일한 단위 셀 모듈을 확장 또는 변경하여 다양한 용량의 배터리 셀 모듈을 더욱 편리하고 신속하게 제작할 수 있고, 단위 셀 모듈을 연결 전극에 결합하는 과정에서 다수개의 단위 셀 모듈을 서로 분리 가능한 형태로 접촉 결합할 수 있도록 함으로써, 다수개의 단위 셀 모듈의 결합 상태를 안정적으로 유지할 수 있어 전체적인 성능을 안정화할 수 있는 확장형 배터리 셀 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system), 전기 자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차 및 전기 오토바이(E-Scooter) 등을 구동하기 위하여 대용량의 전력을 발생할 수 있는 대용량의 배터리(배터리 모듈)가 사용될 수 있다.

특히, 신재생 에너지의 보급과 함께 스마트 그리드(smart grid)의 핵심으로 전력의 저장 및 품질, 그리고 에너지 사용의 효율을 극대화시킬 수 있는 에너지 저장 시스템(ESS, energy storage system)에 대한 관심도 증가하고 있다. 에너지 저장 시스템(ESS)은 다수의 배터리 셀들(Battery Cells)을 가지는 대용량의 배터리 셀 모듈(Battery Cell Module)을 포함할 수 있고, 남는 전력(남는 에너지)을 필요한 때와 장소에 공급하기 위해 전력계통(grid)에 저장하는 기술로서 전력의 품질과 효율성을 최적화할 수 있는 시스템을 말한다.

이러한 에너지 저장장치로서 사용되는 배터리 셀 모듈은 복수 개의 배터리 셀들을 직렬로 연결하여 구성되며, 최근 그 사용 범위가 확대되어 전기 자전거, 전기 스쿠터, 야외의 LED 조명, 휴대폰 충전, 노트북 충전 등 각종의 다양한 생활 가전 장치들에 대한 전력 공급장치로 사용된다.

에너지 저장장치로서의 배터리 셀 모듈에 포함되는 배터리로는 최근 리튬 배터리가 주로 이용되는데, 리튬 배터리는 액체 전해질을 이용하는 리튬 이온 배터리와 고체 폴리머를 이용하는 리튬 폴리머 배터리가 있으며, 배터리 모듈은 리튬 이온 배터리를 복수 개 직렬 연결하여 모듈로 구성되어 이용된다.

이와 같은 배터리 셀 모듈은 일반적으로 그 용량이 미리 결정된 형태로 제작되므로, 사용자는 사용 용도에 따른 전력 용량을 파악하여 배터리 셀 모듈의 용량을 미리 결정하고, 그에 적합한 배터리 셀 모듈을 선택하거나 주문 제작해야 한다.

이와 같이 배터리 셀 모듈의 용량이 미리 결정된 형태로 제작되면, 추후 소요 전력 용량이 변화하거나 또는 다른 용도로 사용하고자 하는 경우, 에너지 효율 측면에서 매우 비효율적일 뿐만 아니라 다양한 종류의 배터리 셀 모듈을 제작해야 하므로 그 제작 작업 및 관리 작업 또한 복잡해지는 등의 문제가 있다.

한국공개특허 제10-2014-0084619호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 일방향으로 길게 형성된 연결 전극에 다수개의 단위 셀 모듈을 순차적으로 편리하게 접촉 결합하거나 분리 제거할 수 있도록 구성함으로써, 발생 가능한 전체 전력 용량을 확장하거나 축소하는 방식으로 용이하게 변경할 수 있고, 용량의 종류에 따라 각각 별도의 배터리 셀 모듈을 따로 제작할 필요가 없이 동일한 단위 셀 모듈을 확장 또는 변경하여 다양한 용량의 배터리 셀 모듈을 더욱 편리하고 신속하게 제작할 수 있는 확장형 배터리 셀 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단위 셀 모듈의 전극 단자를 연결 전극에 분리 가능한 방식으로 결합할 수 있도록 함으로써, 단위 셀 모듈의 확장 변경 작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있고, 단위 셀 모듈의 전극 단자가 연결 전극에 탄성 접촉하도록 함으로써, 전극 단자와 연결 전극의 접촉 상태를 안정적으로 유지하여 더욱 안정적인 구조를 이루는 확장형 배터리 셀 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단위 셀 모듈을 연결 전극에 결합하는 과정에서 다수개의 단위 셀 모듈을 서로 분리 가능한 형태로 접촉 결합할 수 있도록 함으로써, 다수개의 단위 셀 모듈의 결합 상태를 안정적으로 유지할 수 있어 전체적인 성능을 안정화할 수 있는 확장형 배터리 셀 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명은, 다수개의 배터리 셀이 직렬 연결된 상태로 배치되며, 일측에는 다수개의 상기 배터리 셀과 연결되도록 각각 양극 단자 및 음극 단자가 형성되는 다수개의 단위 셀 모듈; 및 상기 단위 셀 모듈의 양극 단자 및 음극 단자가 각각 분리 가능하게 접촉 결합하도록 형성되는 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극을 포함하고, 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극은 일방향으로 길게 형성되고, 다수개의 상기 단위 셀 모듈은 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극의 길이 방향을 따라 일렬 배치되며, 상기 양극 단자가 상기 양극 연결 전극에 결합하고 상기 음극 단자가 상기 음극 연결 전극에 결합하는 방식으로 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극에 각각 분리 가능하게 접촉 결합되는 것을 특징으로 하는 확장형 배터리 셀 모듈을 제공한다.

이때, 상기 단위 셀 모듈은 상기 배터리 셀이 고정 지지되도록 상기 배터리 셀의 상단부 및 하단부에 각각 배치되는 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록을 포함하고, 상기 양극 단자 및 음극 단자는 상기 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록의 일측단에 각각 돌출 형성되고, 상기 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록에는 다수개의 상기 배터리 셀이 상기 양극 단자로부터 음극 단자까지 순차적으로 직렬 연결되도록 상기 배터리 셀을 연결하는 연결 단자가 형성될 수 있다.

또한, 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극은 일방향으로 길게 형성된 평판형으로 형성되고, 상기 단위 셀 모듈의 양극 단자 및 음극 단자는 각각 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극에 길이 방향에 대한 직각 방향으로 삽입되어 탄성 밀착 접촉할 수 있도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 단위 셀 모듈은 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극의 길이 방향을 따라 상호 인접한 단위 셀 모듈끼리 서로 분리 가능하게 결합되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 단위 셀 모듈의 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록 중 적어도 어느 하나에 대해 일측면에는 결합홈이 형성되고 타측면에는 상기 결합홈에 삽입 결합되도록 상기 결합홈과 대응되는 위치에 결합 돌기가 형성되고, 상기 결합홈 및 결합 돌기에 의해 상호 인접한 단위 셀 모듈이 서로 분리 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 결합홈의 바닥면에는 상기 결합홈의 깊이 방향에 대한 직각 방향으로 연장되는 결합홈 연장부가 형성되고, 상기 결합 돌기의 끝단부에는 상기 결합홈 연장부에 삽입될 수 있도록 상기 결합홈 연장부에 대응되는 형태의 결합 돌기 연장부가 연장 형성되며, 상호 인접한 단위 셀 모듈의 상호 대향면이 서로 접촉한 상태에서 슬라이드 이동함에 따라 상기 결합홈 연장부 및 결합 돌기 연장부가 삽입 결합될 수 있다.

또한, 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극은 서로 상하 이격되게 평행 배치되고, 상기 단위 셀 모듈의 양극 단자 및 음극 단자는 상하 방향을 따라 서로 어긋나게 배치되어 각각 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극에 분리 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 단위 셀 모듈은 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극을 기준으로 양측편에 각각 다수개씩 대칭되게 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 일방향으로 길게 형성된 연결 전극에 다수개의 단위 셀 모듈을 순차적으로 편리하게 접촉 결합하거나 분리 제거할 수 있도록 구성함으로써, 발생 가능한 전체 전력 용량을 확장하거나 축소하는 방식으로 용이하게 변경할 수 있고, 용량의 종류에 따라 각각 별도의 배터리 셀 모듈을 따로 제작할 필요가 없이 동일한 단위 셀 모듈을 확장 또는 변경하여 다양한 용량의 배터리 셀 모듈을 더욱 편리하고 신속하게 제작할 수 있는 효과가 있다.

또한, 단위 셀 모듈의 전극 단자를 연결 전극에 분리 가능한 방식으로 결합할 수 있도록 함으로써, 단위 셀 모듈의 확장 변경 작업을 더욱 용이하게 수행할 수 있고, 단위 셀 모듈의 전극 단자가 연결 전극에 탄성 접촉하도록 함으로써, 전극 단자와 연결 전극의 접촉 상태를 안정적으로 유지하여 더욱 안정적인 구조를 이루는 효과가 있다.

또한, 단위 셀 모듈을 연결 전극에 결합하는 과정에서 다수개의 단위 셀 모듈을 서로 분리 가능한 형태로 접촉 결합할 수 있도록 함으로써, 다수개의 단위 셀 모듈의 결합 상태를 안정적으로 유지할 수 있어 전체적인 성능을 안정화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 단위 셀 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 단위 셀 모듈에 대한 세부 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 단위 셀 모듈에 대한 내부 구조를 설명하기 위해 도 2의 "A-A"선 및 "B-B"선을 따라 취한 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 결합 관계를 개략적으로 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 결합 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 단위 셀 모듈에 대한 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 단위 셀 모듈에 대한 세부 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 단위 셀 모듈에 대한 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈은 다수개의 배터리 셀 모듈을 용이하게 확장 변경할 수 있는 장치로서, 다수개의 단위 셀 모듈(100)과, 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)을 포함하여 구성된다.

단위 셀 모듈(100)은 다수개의 배터리 셀(101)이 직렬 연결된 상태로 배치되며, 일측에는 직렬 연결된 다수개의 배터리 셀(101)과 연결되도록 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)가 형성된다.

양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)은 단위 셀 모듈(100)의 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)가 각각 분리 가능하게 접촉 결합할 수 있도록 형성된다. 즉, 양극 연결 전극(200)에는 단위 셀 모듈(100)의 양극 단자(110)가 접촉 결합하고, 음극 연결 전극(300)에는 단위 셀 모듈(100)의 음극 단자(120)가 접촉 결합한다.

이때, 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)은 서로 평행하게 일방향으로 길게 형성되고, 다수개의 단위 셀 모듈(100)은 하나의 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)에 모두 동시에 접촉 결합하여 병렬 연결된다. 이 경우, 다수개의 단위 셀 모듈(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)의 길이 방향을 따라 일렬 배치되며, 양극 단자(110)가 양극 연결 전극(200)에 결합하고 음극 단자(120)가 음극 연결 전극(300)에 결합하는 방식으로 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)에 분리 가능하게 접촉 결합한다.

이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈은 일방향으로 길게 형성된 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)에 다수개의 단위 셀 모듈(100)이 순차적으로 편리하게 접촉 결합하거나 분리 제거될 수 있어 전체 전력 용량을 확장 변경할 수 있고, 용량의 종류에 따라 각각 별도의 배터리 셀 모듈을 제작할 필요가 없이 동일한 단위 셀 모듈(100)을 확장 변경하여 다양한 용량의 배터리 셀 모듈을 더욱 편리하고 신속하게 제작할 수 있다.

다음으로, 각각의 세부 구성에 대해 좀더 상세히 살펴본다.

단위 셀 모듈(100)은 다수개의 배터리 셀(101)이 직렬 연결된 상태로 배치되는데, 이러한 다수개의 배터리 셀(101)은 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)에 의해 고정 지지된다.

상부 지지 블록(130)은 배터리 셀(101)의 상단부에 배치되고, 하부 지지 블록(140)은 배터리 셀(101)의 하단부에 배치되며, 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)에는 다수개의 배터리 셀(101)이 삽입 고정되도록 다수개의 관통홀(H)이 형성된다.

다수개의 배터리 셀(101)과 연결되는 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)는 각각 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)의 일측단에 각각 돌출 형성된다. 이때, 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)에는 다수개의 배터리 셀(101)이 양극 단자(110)로부터 음극 단자(120)까지 순차적으로 직렬 연결되도록 배터리 셀(101)을 연결하는 연결 단자(150)가 형성된다. 이 경우, 다수개의 배터리 셀(101)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 (+)극과 (-)극의 상하 배치 방향이 서로 다른 방향이 되도록 교번하여 배치될 수 있다.

상부 지지 블록(130)의 상부에는 별도의 보호 커버(160)가 장착되어 외부 마감될 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 하부 지지 블록(140)의 하부에도 마찬가지로 보호 커버(미도시)가 장착되어 외부 마감될 수 있다.

이때, 다수개의 배터리 셀(101)이 직렬 연결되는 구조를 좀더 자세히 살펴보면, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 다수개의 배터리 셀(101)은 (+)극과 (-)극의 상하 배치 방향이 서로 다른 방향이 되도록 교번하여 배치되며, 연결 단자(150)는 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)에서 각각 서로 인접한 2개의 배터리 셀(101)을 연결하도록 형성된다.

예를 들면, 배터리 셀 B1,B2는 하부 지지 블록(140)의 연결 단자(150)를 통해 직렬 연결되고, B2,B3는 상부 지지 블록(130)의 연결 단자(150)를 통해 직렬 연결되고, B3,B4는 다시 하부 지지 블록(140)의 연결 단자(150)를 통해 직렬 연결되고, 이와 같이 계속 반복적으로 서로 인접한 2개의 배터리 셀(101)이 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)에 형성된 연결 단자(150)에 의해 연결됨으로써, B1 부터 B13까지의 모든 배터리 셀(101)이 직렬 연결된다.

이때, 직렬 연결 방식의 맨 처음에 위치한 배터리 셀 B1의 (+)극은 상부 지지 블록(130)에 형성된 연결 단자(150)에 의해 양극 단자(110)와 연결되고, 맨 마지막에 위치한 배터리 셀 B13의 (-)극은 하부 지지 블록(140)에 형성된 연결 단자(150)에 의해 음극 단자(120)와 연결된다. 이러한 방식으로 전체 배터리 셀(101)이 양극 단자(110)로부터 음극 단자(120)까지 모두 직렬 연결된다.

한편, 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)은 도 1에 도시된 바와 같이 평평한 플레이트 형상으로 일방향으로 길게 형성되며, 서로 상하 이격되게 평행 배치되고, 일측단이 별도의 고정 블록(400)을 통해 고정 지지된다. 물론, 도시되지는 않았지만, 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)의 타측단은 별도의 메인 보드(미도시)에 장착되어 전기 회로적으로 외부 기기와 연결될 수 있다.

이와 같은 하나의 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)에 다수개의 단위 셀 모듈(100)이 결합되는데, 양극 연결 전극(200)에는 각 단위 셀 모듈(100)의 양극 단자(110)가 접촉 결합되고, 음극 연결 전극(300)에는 각 단위 셀 모듈(100)의 음극 단자(120)가 접촉 결합된다. 따라서, 다수개의 단위 셀 모듈(100)은 하나의 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)에 동시에 연결되는 형태로서, 병렬 연결된다.

이때, 단위 셀 모듈(100)의 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)는 각각 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)에 길이 방향에 대한 직각 방향으로 삽입되어 탄성 밀착 접촉하도록 형성된다. 이를 위해 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 단자 플레이트(T1,T2)가 서로 이격된 형태로 형성되며, 이격 공간으로 각 연결 전극(200,300)이 삽입 접촉되도록 구성될 수 있다. 이때, 2개의 단자 플레이트(T1,T2)는 도 4의 확대도에 도시된 바와 같이 그 끝단이 탄성력에 의해 서로 접촉하는 형태로 구성될 수 있으며, 이에 따라 연결 전극(200,300)에 접촉 결합하는 과정에서 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)가 연결 전극(200,300)에 탄성 밀착 접촉할 수 있다.

이상에서 설명한 단위 셀 모듈(100)은 전술한 바와 같이 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)의 길이 방향을 따라 일렬 배치되어 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)에 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)를 통해 결합되는데, 이때, 각각의 단위 셀 모듈(100)은 각각의 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)의 측면이 서로 접촉하는 형태로 분리 가능하게 접촉 결합할 수 있다. 이러한 단위 셀 모듈(100)의 접촉 결합 구조는 결합홈(131) 및 결합 돌기(132)를 통해 분리 가능한 형태의 접촉 결합 구조를 이룰 수 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

한편, 다수개의 배터리 셀(101)들을 직렬 연결하여 하나의 모듈로 사용할 경우, 각 배터리 셀(101)들이 지닌 화학적 차이, 물성적 차이, 또는 사용기간의 차이 등으로 인해 각 배터리 셀(101) 간에 전압차가 발생될 수 있다. 이러한 배터리 셀(101) 간의 전압차로 인해 모듈의 수명이 단축될 수 있고, 특히, 하나의 배터리 셀(101)의 전압 강하와 같은 성능 저하 때문에 패키지화된 모듈 전체를 교체해야 하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 다수개의 배터리 셀(101)에 대해서 그 전압 차이를 감지하고 이를 관리할 수 있는 별도의 셀 밸런싱(cell balancing) 과정이 필요할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 다수개의 배터리 셀(101)이 장착된 단위 셀 모듈(100)이 다수개 연결된 상태에서도 이러한 셀 밸런싱 과정을 수행할 수 있도록 각 배터리 셀(101)에 대한 전압 측정이 가능하도록 구성된다.

예를 들면, 단위 셀 모듈(100)에는 다수개의 배터리 셀(101) 각각의 전압을 측정할 수 있는 전압 측정 셀 단자(160)가 형성되는데, 전압 측정 셀 단자(160)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 단위 셀 모듈(100)의 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)에 형성된 연결 단자(150)로부터 연장되는 형태로 형성될 수 있다. 이러한 연결 단자(150)는 별도의 메인 보드(미도시)에 형성된 전압 측정 보드 단자(미도시)에 연결되어 이를 통해 셀 밸런싱 과정을 수행할 수 있다. 이러한 셀 밸런싱 제어 과정은 일반적인 배터리 모듈에 대한 셀 밸런싱 제어 방식을 통해 다양한 방식으로 수행될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전압 측정 셀 단자(160)를 통해 각 배터리 셀(101)에 대한 전압 측정하는 방식을 살펴보면, 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이 배터리 셀 B1에 대해서는, B1의 (+)극에 연결된 상부 지지 블록(130)의 연결 단자(150)로부터 연장된 전압 측정 셀 단자 P1과, B1의 (-)극에 연결된 하부 지지 블록(140)의 연결 단자(150)로부터 연장된 전압 측정 셀 단자 P2를 이용하여 배터리 셀 B1의 전압을 측정할 수 있다. 배터리 셀 B2에 대해서는, B2의 (+)극에 연결된 하부 지지 블록(140)의 연결 단자(150)로부터 연장된 전압 측정 셀 단자 P2와, B2의 (-)에 연결된 상부 지지 블록(130)의 연결 단자(150)로부터 연장된 전압 측정 셀 단자 P3를 이용하여 배터리 셀 B2의 전압을 측정할 수 있다. 마찬가지 방식으로, 계속 반복하여 B1부터 B13까지 모든 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있다.

이와 같은 전압 측정 셀 단자(160)는 각 단위 셀 모듈(100)에 다수개씩의 배터리 셀(101)에 대한 전압 측정이 가능하도록 각각 다수개씩 형성되는데, 이때, 각 단위 셀 모듈(100)이 전술한 바와 같이 일렬 배치되어 서로 접촉 결합하는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 각 단위 셀 모듈(100)에 형성된 다수개의 전압 측정 셀 단자(160)는 서로 인접한 단위 셀 모듈(100)의 전압 측정 셀 단자(160)와 각각 서로 대응되는 것끼리 서로 전기적으로 연결되도록 형성된다.

이와 같이 각 단위 셀 모듈(100)의 전압 측정 셀 단자(160)가 서로 대응되는 것끼리 전기적으로 연결됨으로써, 단위 셀 모듈(100)이 다수개 접촉 결합하는 경우, 다수개의 단위 셀 모듈(100) 전체에 대해 특정 위치의 배터리 셀(101)에 대한 전압을 패키지 단위로 측정할 수 있다.

예를 들면, 단위 셀 모듈(100)이 5개 접촉 결합한 경우, 각 단위 셀 모듈(100)의 배터리 셀 B1에 대해서는 전압 측정 셀 단자 P1 및 P2가 서로 연결되기 때문에, 5개 단위 셀 모듈(100)의 배터리 셀 B1에 대해, 전압 측정 셀 단자에 의해 서로 연결된 배터리 셀 B1 5개를 모두 포함한 패키지 단위로 전압을 측정할 수 있다.

이러한 방식으로 모든 배터리 셀 B1 내지 B13까지 5개씩 패키지 단위로 전압을 측정할 수 있으며, 이를 통해 각 특정 위치의 배터리 셀(101)에 대한 전압을 측정할 수 있기 때문에, 이를 이용하여 다수개의 단위 셀 모듈(100)이 결합된 확장된 형태에 대해서도 용이하게 셀 밸런싱 제어 과정을 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 결합 관계를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 결합 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈은 전술한 바와 같이 다수개의 단위 셀 모듈(100)이 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)의 길이 방향을 따라 일렬 배치되어 상호 인접한 단위 셀 모듈(100)끼리 서로 분리 가능하게 접촉 결합하며, 이때, 단위 셀 모듈(100)은 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)의 측면이 서로 접촉하는 형태로 서로 분리 가능하게 접촉 결합한다.

이를 위해 단위 셀 모듈(100)의 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140) 중 적어도 어느 하나에 대해 일측면에는 결합홈(131)이 형성되고 타측면에는 결합홈(131)에 삽입 결합되도록 결합홈(131)과 대응되는 위치에 결합 돌기(132)가 형성되고, 결합홈(131) 및 결합 돌기(132)에 의해 상호 인접한 단위 셀 모듈이 서로 분리 가능한 형태로 결합될 수 있다.

예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 상부 지지 블록(130)의 제 1 측면(S1)에는 결합홈(131)이 형성되고, 상부 지지 블록(130)의 제 2 측면(S2)에는 결합홈(131)에 삽입 결합될 수 있는 결합 돌기(132)가 형성될 수 있다. 이 경우, 어느 하나의 단위 셀 모듈(100)의 상부 지지 블록(130)의 제 1 측면(S1)과, 이웃하는 단위 셀 모듈(100)의 상부 지지 블록(130)의 제 2 측면(S2)가 서로 접촉하게 되면, 각각의 상부 지지 블록(130)의 제 1 측면(S1)과 제 2 측면(S2)에 형성된 결합홈(131) 및 결합 돌기(132)가 삽입 결합되고, 이러한 방식으로 서로 이웃하는 단위 셀 모듈(100)이 서로 분리 가능하게 접촉 결합하게 된다.

이 경우, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 상부 지지 블록(130)의 제 1 측면(S1)에 결합홈(131) 및 결합 돌기(132)가 모두 형성될 수 있고, 이에 대응하여 제 2 측면(S2)에도 결합 돌기(132) 및 결합홈(131)이 각각 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

또한, 결합홈(131)의 바닥면에는 결합홈(131)의 깊이 방향에 대한 직각 방향으로 연장되는 결합홈 연장부(131a)가 형성되고, 결합 돌기(132)의 끝단부에는 결합홈 연장부(131a)에 삽입될 수 있도록 결합홈 연장부(131a)에 대응되는 형태의 결합 돌기 연장부(132a)가 연장 형성될 수 있으며, 상호 인접한 단위 셀 모듈(100)의 상호 대향면이 서로 접촉한 상태에서 슬라이드 이동함에 따라 결합홈 연장부(131a) 및 결합 돌기 연장부(132a)가 삽입 결합되도록 구성될 수 있다.

이 경우, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 서로 인접한 단위 셀 모듈(100)의 상부 지지 블록(130)을 상호 접촉면이 서로 접촉하는 방향으로 접촉시키면, 결합 돌기(132)가 결합홈(131)에 삽입되고, 이 상태에서 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 서로 접촉하는 방향에 대한 직각 방향으로 슬라이드 이동시키면, 결합 돌기 연장부(132a)가 결합홈 연장부(131a)에 삽입 결합된다. 이와 같이 상부 지지 블록(130) 또는 하부 지지 블록(140)의 상호 접촉면에 서로 접촉하는 방향에 대한 직각 방향으로 결합홈 연장부(131a) 및 결합 돌기 연장부(132a)를 형성함으로써, 서로 결합한 상태에서 단위 셀 모듈(100)이 이탈하는 것을 더욱 완벽하게 방지할 수 있어 결합력을 더욱 강화시킬 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 바와 같이 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)의 상호 접촉면이 서로 접촉 결합하는 방식으로 단위 셀 모듈(100)이 접촉 결합하는 경우, 각 단위 셀 모듈(100)의 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)에 형성된 전압 측정 셀 단자(160)는 전술한 바와 같이 서로 인접한 것끼리 서로 전기적으로 연결되도록 형성된다.

이를 위해 상부 지지 블록(130) 및 하부 지지 블록(140)의 제 1 측면(S1)에는 전압 측정 셀 단자(160)가 노출되는 제 1 접촉부(161)가 형성되고, 제 2 측면(S2)에는 전압 측정 셀 단자(160)가 노출되는 제 2 접촉부(162)가 형성되며, 제 1 접촉부(161) 및 제 2 접촉부(162)는 서로 인접한 단위 셀 모듈(100)이 접촉 결합한 상태에서 서로 접촉 연결될 수 있도록 상호 대응되는 위치에 형성된다.

이때, 제 1 접촉부(161)와 제 2 접촉부(162)는 어느 하나가 평판형으로 형성되고, 나머지 하나는 탄성편 형태로 형성되어 상호 탄성 접촉하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 측면(S1)에 형성된 제 1 접촉부(161)가 탄성편 형태로 형성되고, 제 2 측면(S2)에 형성된 제 2 접촉부(162)가 평판형으로 형성되는 경우, 서로 인접한 단위 셀 모듈(100)이 서로 접촉 결합하는 과정에서, 제 1 접촉부(161) 및 제 2 접촉부(162)가 탄성 접촉하게 되므로, 제품 공차 등 여러 가지 이유에 의해 단위 셀 모듈(100) 사이 공간에 이격이 발생하더라도 탄성 접촉 구조에 따라 제 1 접촉부(161) 및 제 2 접촉부(162)의 접촉 상태가 양호하게 유지된다. 따라서, 전술한 바와 같은 배터리 셀(101)에 대한 전압 측정 셀 단자(160)의 기능이 안정적으로 수행될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도이다.

이상에서는 도 1에 도시된 바와 같이 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)을 기준으로 일측편에만 다수개의 단위 셀 모듈(100)이 결합하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 확장형 배터리 셀 모듈은 도 7에 도시된 바와 같이 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)을 기준으로 양측편에 각각 다수개씩 단위 셀 모듈(100)이 결합될 수 있다.

이때, 각 단위 셀 모듈(100)에 형성된 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)는 도 1, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이 상하 방향을 따라 서로 어긋나게 배치되는 것이 바람직하며, 이에 따라 단위 셀 모듈(100)이 양극 연결 전극(200) 및 음극 연결 전극(300)을 기준으로 좌우 대칭되게 결합되더라도 좌우 단위 셀 모듈(100) 간 서로 간섭없이 원활하게 결합될 수 있으며, 단위 셀 모듈(100)을 좌우 구분하여 별도로 제작 관리할 필요가 없어 더욱 편리하게 사용할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 단위 셀 모듈 101: 배터리 셀
110: 양극 단자 120: 음극 단자
130: 상부 지지 블록 131: 결합홀
132: 결합 돌기 140: 하부 지지 블록
150: 연결 단자 160: 전압 측정 셀 단자
200: 양극 연결 전극 300: 음극 연결 전극

Claims (8)

1. 삭제
2. 다수개의 배터리 셀이 직렬 연결된 상태로 배치되며, 일측에는 다수개의 상기 배터리 셀과 연결되도록 각각 양극 단자 및 음극 단자가 형성되는 다수개의 단위 셀 모듈; 및
   상기 단위 셀 모듈의 양극 단자 및 음극 단자가 각각 분리 가능하게 접촉 결합하도록 형성되는 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극
   을 포함하고, 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극은 일방향으로 길게 형성되고, 다수개의 상기 단위 셀 모듈은 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극의 길이 방향을 따라 일렬 배치되며, 상기 양극 단자가 상기 양극 연결 전극에 결합하고 상기 음극 단자가 상기 음극 연결 전극에 결합하는 방식으로 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극에 각각 분리 가능하게 접촉 결합되고,
   상기 단위 셀 모듈은
   상기 배터리 셀이 고정 지지되도록 상기 배터리 셀의 상단부 및 하단부에 각각 배치되는 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록
   을 포함하고, 상기 양극 단자 및 음극 단자는 상기 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록의 일측단에 각각 돌출 형성되고, 상기 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록에는 다수개의 상기 배터리 셀이 상기 양극 단자로부터 음극 단자까지 순차적으로 직렬 연결되도록 상기 배터리 셀을 연결하는 연결 단자가 형성되며,
   상기 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록에는 다수개의 상기 배터리 셀 각각의 전압을 측정할 수 있는 전압 측정 셀 단자가 각각 상기 연결 단자로부터 연장되는 형태로 다수개 형성되고,
   서로 인접한 단위 셀 모듈은 각각의 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록의 측면이 서로 접촉하는 형태로 상호 분리 가능하게 접촉 결합하고,
   다수개의 상기 단위 셀 모듈이 접촉 결합한 상태에서 각 단위 셀 모듈에 형성된 다수개의 상기 전압 측정 셀 단자는 서로 인접한 단위 셀 모듈의 전압 측정 셀 단자와 각각 서로 대응되는 것끼리 전기적으로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 확장형 배터리 셀 모듈.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극은 일방향으로 길게 형성된 평판형으로 형성되고,
   상기 단위 셀 모듈의 양극 단자 및 음극 단자는 각각 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극에 길이 방향에 대한 직각 방향으로 삽입되어 탄성 밀착 접촉할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 확장형 배터리 셀 모듈.
   
4. 삭제
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 단위 셀 모듈의 상부 지지 블록 및 하부 지지 블록 중 적어도 어느 하나에 대해 일측면에는 결합홈이 형성되고 타측면에는 상기 결합홈에 삽입 결합되도록 상기 결합홈과 대응되는 위치에 결합 돌기가 형성되고, 상기 결합홈 및 결합 돌기에 의해 상호 인접한 단위 셀 모듈이 서로 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 확장형 배터리 셀 모듈.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 결합홈의 바닥면에는 상기 결합홈의 깊이 방향에 대한 직각 방향으로 연장되는 결합홈 연장부가 형성되고, 상기 결합 돌기의 끝단부에는 상기 결합홈 연장부에 삽입될 수 있도록 상기 결합홈 연장부에 대응되는 형태의 결합 돌기 연장부가 연장 형성되며,
   상호 인접한 단위 셀 모듈의 상호 대향면이 서로 접촉한 상태에서 슬라이드 이동함에 따라 상기 결합홈 연장부 및 결합 돌기 연장부가 삽입 결합되는 것을 특징으로 하는 확장형 배터리 셀 모듈.
   
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극은 서로 상하 이격되게 평행 배치되고,
   상기 단위 셀 모듈의 양극 단자 및 음극 단자는 상하 방향을 따라 서로 어긋나게 배치되어 각각 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극에 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 확장형 배터리 셀 모듈.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 단위 셀 모듈은 상기 양극 연결 전극 및 음극 연결 전극을 기준으로 양측편에 각각 다수개씩 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 확장형 배터리 셀 모듈.
   
   

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