KR101853908B1 - 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들을 상호 적층하기 위해 복수의 배터리 셀들을 지지하는 셀 카트리지; 셀 카트리지에 결합되고, 배터리 셀을 냉각하기 위한 유체가 이동하는 유로가 형성되며, 서로 이웃하는 배터리 셀들에 각각 접촉되어 배터리 셀들을 냉각하는 워터 자켓; 및 복수의 배터리 셀들 중 서로 이웃하는 배터리 셀들의 전극 리드들을 전기적으로 상호 연결하기 위한 커넥터를 포함한다.

Description

배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}

본 발명은, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉각을 위한 유로가 형성된 워터 자켓과 복수의 배터리 셀들을 전기적으로 용이하게 연결하고 지지할 수 있는 커넥터를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

현대 사회에 있어서, 배터리는 노트북, 카메라, 휴대폰, MP3 등과 같은 휴대용 전자제품에서부터 자동차, 로봇, 위성 등의 각종 장치에 광범위하게 이용되고 있다. 배터리는 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있는데, 이 중에서 이차 전지는 에너지의 저장이 가능하다는 측면뿐만 아니라, 반복적인 충방전이 가능하다는 측면에서 큰 장점을 가지므로 널리 이용되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있으며, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용하며, 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 여기서, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.

그리고, 이차 전지는 하나의 배터리 셀이 단독으로 이용될 수도 있지만, 하나의 배터리 시스템 내에서 복수의 배터리 셀들이 서로 직렬 및/또는 병렬 연결된 상태로 이용됨으로써, 보다 높은 전력을 출력하거나, 또는, 보다 큰 에너지를 저장할 수 있다. 특히, 최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 이차 전지를 이용한 배터리 시스템이 대형 장비에 이용되는 경우가 많아지고 있다. 그리고, 이와 같이 대형 장비에 이용되는 배터리 시스템은 고출력 및/또는 대용량을 필요로 하기 때문에, 복수의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬 연결된 상태로 이용된다.

여기서, 복수의 배터리 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 연결되면 열이 발생하며, 이와 같이 발생된 열을 방출시키는 배터리의 방열이 필요하다. 하지만 종래 기술의 경우 배터리 셀을 냉각시키는 냉각플레이트 등이 카트리지에 고정되어 있으므로, 냉각플레이트가 손상되는 경우 카트지지와 냉각플레이트 전체를 교체해야하며 이에 의해 교체가 용이하지 않고 비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 종래 복수의 배터리 셀들은 각각의 배터리 셀의 전극 리드들을 절곡하여 접촉시킨 후 용접 방식 내지 볼팅 방식을 통해 전기적으로 상호 연결하였다. 하지만, 용접 방식의 경우 용접 불량이 발생될 수 있고 용접되어 연결된 복수의 배터리 셀들 중 하나에만 손상 내지 이상 현상이 발생하더라도 복수의 배터리 셀 전체를 교체해야 하므로 교체 비용이 상승하는 문제가 있다. 그리고, 볼팅 방식의 경우 볼팅 체결을 위해 나사산을 형성하는 작업이 용이하지도 않고 작업 시간이 증가하는 문제가 있다.

1. 대한민국 공개특허 공개번호:제10-2015-0025225호(공개일자:2015년03월10일) 2. 대한민국 공개특허 공개번호:제10-2016-0016517호(공개일자:2016년02월15일)

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 워터 자켓과 커넥터가 모두 구비되어 배터리 셀의 냉각이 가능할 뿐만 아니라 배터리 셀들의 전기적 연결이 가능한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

또한, 냉각을 위한 유로가 형성된 워터 자켓의 교체가 용이한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

또한, 카트리지의 교체없이 워터 자켓만 착탈가능하므로 교체 비용이 감소될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

또한, 유체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 워터 자켓의 유로로 이동하는 유체량이 감소하는 것을 방지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

또한, 복수의 배터리 셀들을 전기적으로 용이하게 상호 연결할 수 있는 커넥터를 포함하는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

또한, 복수의 배터리 셀들 상호간을 지지할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

또한, 배터리 셀들 중 적어도 하나에 불량 내지 손상이 발생한 경우 불량 내지 손상이 발생한 배터리 셀만 용이하게 교체할 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀들을 상호 적층하기 위해 상기 복수의 배터리 셀들을 지지하는 셀 카트리지; 상기 셀 카트리지에 결합되고, 상기 배터리 셀을 냉각하기 위한 유체가 이동하는 유로가 형성되며, 서로 이웃하는 상기 배터리 셀들에 각각 접촉되어 상기 배터리 셀들을 냉각하는 워터 자켓; 및 상기 복수의 배터리 셀들 중 서로 이웃하는 배터리 셀들의 전극 리드들을 전기적으로 상호 연결하기 위한 커넥터를 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

또한, 상기 워터 자켓은 상기 셀 카트리지에 착탈가능하게 결합될 수 있다.

그리고, 상기 셀 카트리지는 중공이 형성된 외곽 프레임을 포함하며, 상기 외곽 프레임에는 상기 워터 자켓이 삽입될 수 있는 삽입홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 외곽 프레임에는 상기 워터 자켓의 삽입시 상기 워터 자켓을 가이드할 수 있는 가이드부가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 외곽 프레임에는 상기 워터 자켓이 끼움결합되어 지지될 수 있는 지지부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 워터 자켓에는 제1 결합홈 또는 제1 결합돌기가 형성되고, 상기 셀 카트리지에는 상기 제1 결합홈 또는 상기 제1 결합돌기에 각각 대응되도록 제2 결합돌기 또는 제2 결합홈이 형성될 수 있다.

그리고, 적어도 3개의 복수의 배터리 셀들 및 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 각각 개재되는 복수의 워터 자켓들을 구비하고, 상기 워터 자켓의 상기 유로로 상기 유체를 공급하도록 상기 유로에 연통되는 유입홀이 형성된 공급부재; 및 상기 유로로 이동한 상기 유체가 상기 유로로부터 배출되도록 상기 유로에 연통되는 유출홀이 형성된 배출부재를 더 포함하며, 상기 공급부재는 유체의 진행 방향을 기준으로 유압의 감소에 의해 후방에 배치된 상기 워터 자켓들로 이동하는 유체량이 줄어드는 것을 보완하기 위해 복수의 관을 구비할 수 있다.

또한, 상기 복수의 관은, 제1 유체가 이동하는 외관; 및 상기 외관의 내측에 배치되어 제2 유체가 이동하며, 적어도 하나의 개구가 형성된 내관을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 내관으로부터 상기 외관으로 제2 유체가 이동할 수 있도록 상기 내관의 단부는 개방될 수 있다.

또한, 상기 커넥터는, 서로 이웃하는 배터리 셀들의 각각의 전극 리드가 접촉될 수 있도록, 상호 대향되게 마련된 접촉부들이 구비되고 전도성 재질로 구성된 본체; 상기 전극 리드들 각각을 접촉부들 중 상응하는 접촉부에 밀착시킬 수 있도록, 상기 접촉부들 사이에서 이동 가능하고 서로 이격되게 각각 배치된 한 쌍의 푸시 부재들; 대응하는 접촉부를 향하여 상기 푸시 부재들을 밀착시킬 수 있도록 상기 한 쌍의 푸시 부재들 사이에서 이동 가능하게 배치된 코어 부재; 및 상기 푸시 부재들의 밀착을 위한 제1 방향 이동을 야기하기 위해 상기 코어 부재를 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키기 위한 이동 메커니즘을 구비할 수 있다.

그리고, 상기 한 쌍의 푸시 부재들은 상호 대향되도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 코어 부재는 상기 한 쌍의 푸시 부재들을 반대 방향을 향해 동시에 밀착시킬 수 있다.

그리고, 상기 이동 메커니즘은, 상기 본체에 형성된 적어도 하나의 제1 체결 구멍; 상기 코어 부재에 형성된 적어도 하나의 제2 체결 구멍; 및 상기 제1 체결 구멍 및 상기 제2 체결 구멍에 삽입되고 상기 한 쌍의 푸시 부재들 이격된 공간을 관통하는 볼트부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 푸시 부재들에는 각각 제1 경사부가 형성되며, 상기 푸시 부재들에 접촉되는 상기 코어 부재에는 상기 제1 경사부에 대응되는 제2 경사부가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 코어 부재는 상기 푸시 부재들의 하측에서 상기 푸시 부재들에 접촉되고, 상기 볼트부재는 상기 코어 부재의 상측에서 상기 코어 부재에 결합될 수 있다.

또한, 상기 커넥터는 상기 셀 카트리지에 결합될 수 있다.

한편, 본 발명의 또다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있고, 또한, 상기 배터리 모듈을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 워터 자켓과 커넥터가 모두 구비되어 배터리 셀의 냉각이 가능할 뿐만 아니라 배터리 셀들의 전기적 연결이 가능한 효과가 있다.

또한, 냉각을 위한 유로가 형성된 워터 자켓이 셀 카트리지에 착탈 가능하게 결합되어 워터 자켓의 교체가 용이한 효과가 있다.

또한, 카트리지의 교체없이 워터 자켓만 착탈가능하여 카트리지가 폐기되지 않고 계속적 사용이 가능하므로 교체 비용이 감소될 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.

또한, 외관과 내관을 이중관 구조로 구성되어 유체의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 워터 자켓의 유로로 이동하는 유체량이 감소하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 커넥터를 통해 복수의 배터리 셀들을 전기적으로 용이하게 상호 연결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 커넥터에 의해 복수의 배터리 셀들이 상호 연결되어 지지될 수 있는 효과가 있다.

또한, 배터리 셀들 중 적어도 하나에 불량 내지 손상이 발생한 경우 커넥터의 연결을 해제하고 불량 내지 손상이 발생한 배터리 셀만 교체 후 다시 커넥터를 연결할 수 있으므로, 배터리 셀의 교체가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 카트리지와 워터 자켓이 분리된 모습의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 삽입홈이 형성된 셀 카트리지의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 카트리지에 워터 자켓이 결합된 모습의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 워터 자켓과 접착부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 워터 자켓이 결합된 셀 카트리지와 배터리 셀을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터의 전체 분리 사시도이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터의 결합 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터에 배터리 셀의 전극 리드가 결합된 모습의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터에서 본체의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터에서 본체의 하측을 도시한 사시도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터에 배터리 셀의 전극 리드가 결합되는 과정을 도시한 단면도이다.
도 14는 도 1의 배터리 모듈에서 배터리 셀들에 커넥터가 결합된 모습의 평면도이다.
도 15는 도 1의 배터리 모듈에 포함된 셀 카트리지에 커넥터가 결합된 모습의 측단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 커버가 분리된 복수의 배터리 셀들의 측면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 공급부재의 단면도 및 부분 확대도이다.
도 18는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 내관의 단면도 및 부분 확대도이다.
도 19(a) 및 도 19(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 워터 자켓에 결합되는 부싱부재의 하나의 실시예의 측단면도이다.
도 20(a) 및 도 20(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 워터 자켓에 결합되는 부싱부재의 다른 실시예의 측단면도이다.
도 21은 도 20(a) 및 도 20(b)의 부싱부재에 공급부재가 결합된 모습의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서의 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 예시적 실시예에 불과할 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 카트리지와 워터 자켓이 분리된 모습의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 삽입홈이 형성된 셀 카트리지의 저면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 셀 카트리지에 워터 자켓이 결합된 모습의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 워터 자켓과 접착부재를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 워터 자켓이 결합된 셀 카트리지와 배터리 셀을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 셀 카트리지(200)와, 워터 자켓(300)과, 커넥터(400)를 포함한다. 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 각 구성에 대해 상세히 설명한다.

셀 카트리지(200)는 복수의 배터리 셀(100)들을 상호 적층하기 위해, 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 지지한다(도 1 및 도 6 참조). 우선, 배터리 셀(100)에 대해 설명하면, 배터리 셀(100)은 양극판, 세퍼레이터, 음극판, 전극 탭, 전극 리드(110, 도 6 참조), 활물질, 전해액, 알루미늄 박막층 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능한 구조로 구성될 수 있다. 양극판은, 예를 들어, 알루미늄(Al) 재질의 집전 판에 양극 활물질이 도포되어 형성될 수 있고, 또한, 음극판은, 예를 들어, 구리(Cu) 재질의 집전 판에 음극 활물질이 도포되어 형성될 수 있으며, 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재될 수 있다. 전극 탭은 전극판, 즉 양극판 또는 음극판과 일체로 형성되며, 전극판 중 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부 영역에 해당한다. 즉, 전극 탭은 양극판 중 양극 활물질이 도포되지 않은 영역에 해당하는 양극 탭 및 음극판 중 음극 활물질이 도포되지 않은 영역에 해당하는 음극 탭을 포함한다. 전극 리드(110)는 얇은 판상의 금속으로서 전극 탭에 부착되어 전극 조립체의 외측 방향으로 연장된다. 상기 전극 리드(110)는 양극 탭에 부착되는 양극 리드와, 음극 탭에 부착되는 음극 리드를 포함한다. 그리고, 양극 리드와, 음극 리드는 양극 탭 및 음극 탭의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고, 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 전극 리드(110)가 서로 동일한 방향으로 연장된 경우를 중심으로 설명한다. 복수의 배터리 셀(100)들은 다양하게 배치될 수 있으며, 후술하는 커넥터(400)는 배터리 셀(100)들 각각의 전극 리드(110)들을 전기적으로 상호 연결한다. 여기서, 복수의 배터리 셀(100)들은 다양하게 배치되어 예를 들어, 직렬, 병렬, 직병렬과 같이 다양한 방식으로 서로 연결될 수 있다. 이와 같이 복수의 배터리 셀(100)들을 상호 연결하기 위해 셀 카트리지(200)가 복수의 배터리 셀(100)들을 지지할 수 있다. 즉, 배터리 셀(100)들 각각은 셀 카트리지(200)에 수납될 수도 있고, 또는 단순히 접촉되어 지지될 수도 있다. 그리고, 복수의 셀 카트리지(200)들이 구비되는 카트리지 조립체가 마련될 수 있다.

셀 카트리지(200)는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀(100)들을 지지한 상태로 복수의 셀 카트리지(200)들이 적층될 수 있다. 셀 카트리지(200)는 케이스(800) 내부에 수용되며, 셀 카트리지(200)에 의해 지지된 배터리 셀(100)들은 케이스(800) 내부에 수용되어 보호될 수 있다.

셀 카트리지(200)는 커넥터 요소(미도시) 또는 단자 요소(미도시)가 구비될 수 있다. 커넥터 요소(미도시)는, 예를 들어, 배터리 셀(100)의 전압 또는 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재가 포함될 수 있다. 그리고, 단자 요소(미도시)는 배터리 셀(100)에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소(미도시)는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.

셀 카트리지(200)는 후술하는 바와 같이 배터리 셀(100)들의 냉각을 위한 워터 자켓(300)이 착탈가능하게 결합될 수 있으며, 워터 자켓(300)의 착탈을 위해 셀 카트리지(200)에는 중공(220)이 형성된 외곽 프레임(210)이 구비될 수 있고, 외곽 프레임(210)에는 삽입홈(211, 도 2 및 도 3 참조)이 형성될 수 있다. 도 3에서는 삽입홈(211)이 셀 카트리지(200)의 하측에 형성된 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 삽입홈(211)은 셀 카트리지(200)의 다양한 부분에 형성될 수 있다.

워터 자켓(300)은 배터리 셀(100)을 냉각하기 위한 유체(700), 예를 들어 물이 이동하는 유로(360)가 형성되며, 서로 이웃하는 배터리 셀(100)들에 각각 접촉되어 배터리 셀(100)들을 냉각한다. 도 5를 참조하면, 워터 자켓(300)은 유로(360)가 형성된 제1 부재(310) 및 제2 부재(320)가 접착부재(330)에 의해 서로 결합되어 제작될 수 있다. 이와 같이, 워터 자켓(300)이 접착부재(330)를 통해 결합되는 경우 레이저 용접 등의 방식에 비해 제작이 용이하고 비용이 절감되는 효과가 있다.

워터 자켓(300)은 셀 카트리지(200)에 결합될 수 있다. 즉, 셀 카트리지(200)에 워터 자켓(300)이 결합된 상태에서 워터 자켓(300)에 형성된 유로(360)를 통해 물과 같은 유체(700)가 이동하면서 워터 자켓(300)에 접촉되어 있는 배터리 셀(100)들을 냉각한다. 여기서, 워터 자켓(300)은 셀 카트리지(200)에 일체형으로 결합될 수도 있고, 또는 분리가능하게 마련되어 착탈되도록 결합될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 워터 자켓(300)이 셀 카트리지(200)에 착탈가능하게 결합되는 경우를 중심으로 설명한다.

워터 자켓(300)은 셀 카트리지(200)의 외곽 프레임(210)에 형성된 삽입홈(211)을 통해 착탈가능하며, 워터 자켓(300)이 삽입홈(211)을 통해 삽입되면 외곽 프레임(210)의 중공(220)에 위치할 수 있다. 그리고, 워터 자켓(300)이 삽입홈(211)을 통해 삽입되는 과정에서 워터 자켓(300)의 이동을 가이드할 수 있도록 외곽 프레임(210)에는 가이드부(212)가 형성될 수 있다. 즉, 가이드부(212)는 워터 자켓(300)의 이동을 원활하게 한다. 도 2에서 삽입홈(211)이 셀 카트리지(200)의 하측에 형성된 경우 가이드부(212)는 셀 카트리지(200)의 양쪽 측면에 한 쌍으로 형성될 수 있다. 다만, 개수나 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 가이드부(212)는 워터 자켓(300)이 이동할 수 있는 가이드홈을 포함할 수 있다. 즉, 워터 자켓(300)은 가이드부(212)의 가이드홈을 따라 이동할 수 있다. 그리고, 워터 자켓(300)의 삽입이 완료된 후 워터 자켓(300)을 지지하도록 외곽 프레임(210)에는 지지부(213)가 형성될 수 있다. 도 2에서 지지부(213)는 셀 카트리지(200)의 상측에 형성되어 있고 워터 자켓(300)이 끼움결합되도록 끼움홈이 형성될 수 있다. 즉, 워터 자켓(300)의 삽입이 완료되면 워터 자켓(300)의 상측이 셀 카트리지(200) 지지부(213)의 끼움홈에 끼워져 지지되며 형태를 유지한다. 다만, 지지부(213)의 위치는 다양할 수 있다.

워터 자켓(300)에는 제1 결합홈(370)이 형성될 수 있고, 이 경우 셀 카트리지(200)에는 상기 제1 결합홈(370)에 대응되는 제2 결합돌기(214)가 형성될 수 있으며, 워터 자켓(300)이 셀 카트리지(200)에 삽입이 완료되면 워터 자켓(300)의 제1 결합홈(370)에 셀 카트리지(200)의 제2 결합돌기(214)가 결합되어 고정될 수 있다(도 4 참조). 그리고, 워터 자켓(300)의 제1 결합홈(370)과 셀 카트리지(200)의 제2 결합돌기(214)의 결합을 해제시켜 워터 자켓(300)을 셀 카트리지(200)로부터 분리할 수 있다(도 2 참조). 이에 의해, 워터 자켓(300)은 셀 카트리지(200)에 착탈가능하게 결합될 수 있다. 또한, 워터 자켓(300)에 제1 결합돌기(미도시)가 형성될 수도 있고, 이 경우 셀 카트리지(200)에는 상기 제1 결합돌기(미도시)에 대응되는 제2 결합홈(미도시)이 형성될 수 있다. 그리고, 워터 자켓(300)이 셀 카트리지(200)에 삽입된 상태에서 워터 자켓(300)의 양측면에 2개의 배터리 셀(100)들이 각각 접촉될 수 있다(도 6 참조). 즉, 하나의 워터 자켓(300)으로 복수의 배터리 셀(100)들의 냉각이 가능한 효과가 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터의 전체 분리 사시도이고, 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터의 결합 단면도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터에 배터리 셀의 전극 리드가 결합된 모습의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터에서 본체의 평면도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터에서 본체의 하측을 도시한 사시도이다. 이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여 커넥터(400)에 대해 설명한다.

커넥터(400)는 복수의 배터리 셀(100)들 중 서로 이웃하는 배터리 셀(100)들의 전극 리드(110)들을 전기적으로 상호 연결한다. 여기서, 커넥터(400)는, 본체(410)와, 한 쌍의 푸시 부재들(420a, 420b)과, 코어 부재(430)와, 이동 메커니즘(440)을 포함한다.

본체(410)에는 서로 이웃하는 배터리 셀(100)들의 각각의 전극 리드(110)가 접촉될 수 있다. 예를 들어, 본체(410)가 2개의 배터리 셀(100)들의 동일 극성의 전극 리드(110)를 연결하는 경우 병렬 연결이 되고, 다른 극성의 전극 리드(110)를 연결하는 경우 직렬 연결이 된다. 본체(410)는 복수의 배터리 셀(100)들을 전기적으로 상호 연결하기 위해 알루미늄 또는 구리와 같은 전도성 재질로 구성된다. 다만, 본체(410)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니며 전도성을 가진다면 본체(410)는 다른 재질로 제작될 수 있다. 본체(410)에는 상호 대향되게 마련된 접촉부(413, 도 11 참조)들이 구비될 수 있다. 본체(410)의 각 접촉부(413)에는 전극 리드(110)가 접촉되어 전기적으로 연결된다. 그리고, 본체(410)에는 푸시 부재들(420)을 수납하기 위한 수납 공간(412)이 형성된다(도 11 참조). 본체(410)에는 하나 이상의 수납 공간(412)이 형성될 수 있다. 도 7 및 도 11에는 2개의 수납 공간(412)이 형성되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 수납 공간(412)은 후술하는 다른 실시예에서와 같이 하나로 마련될 수도 있고, 또는 3개 이상으로 마련될 수도 있다. 다만, 설명의 편의를 위해 일 실시예에서는 본체(410)에 2개의 수납 공간(412)이 형성된 경우를 중심으로 설명한다.

푸시 부재들(420)은 한 쌍으로 마련되고 본체(410)에 형성된 수납 공간(412)에 수납된다. 그리고, 한 쌍의 푸시 부재들(420a, 420b)은 수납 공간(412) 내에서 상호 대향되도록 배치될 수 있다. 한 쌍의 푸시 부재들(420a, 420b)은 서로 이격되어 수납 공간(412) 내에 각각 배치되고 본체(410)에 형성된 접촉부(413)들 사이에서 이동 가능하게 마련된다. 이와 같이 한 쌍의 푸시 부재들(420a, 420b)이 접촉부(413a, 413b)들 사이에서 이동하면서 전극 리드(110)들 각각을 접촉부(413a, 413b)들 중 상응하는 접촉부(413a, 413b)에 밀착시킨다(도 9 참조). 즉, 하나의 푸시 부재(420a)가 서로 이웃하는 배터리 셀(100)들 중 하나의 배터리 셀(100)의 전극 리드(110a)를 푸시하여 본체(410)의 하나의 접촉부(413a)에 밀착시키고, 다른 푸시 부재(420b)가 서로 이웃하는 배터리 셀(100)들 중 다른 배터리 셀(100)의 전극 리드(110b)를 푸시하여 본체(410)의 나머지 접촉부(413b)에 밀착시킨다.

코어 부재(430)는 한 쌍의 푸시 부재들(420a, 420b) 사이에서 이동 가능하게 배치되며 본체(410)에 형성된 접촉부(413)를 향하도록 푸시 부재들(420)을 밀착시킬 수 있다. 여기서, 코어 부재(430)는 한 쌍의 푸시 부재들(420a, 420b)을 반대 방향을 향해 동시에 밀착시킬 수 있다(도 9의 화살표 B 및 C 참조). 즉, 코어 부재(430)에 의해 하나의 푸시 부재(420a)가 본체(410)의 하나의 접촉부(413a)를 향해 밀착되고, 다른 푸시 부재(420b)가 본체(410)의 나머지 접촉부(413b)를 향해 밀착된다.

이동 메커니즘(440)은 코어 부재(430)를 이동시켜 푸시 부재들(420)의 이동을 야기한다. 예를 들어, 이동 메커니즘(440)에 의해 코어 부재(430)가 상측 방향으로 이동하여 푸시 부재들(420)을 가압하면 푸시 부재들(420)은 상측 방향에 교차하는 방향인 측면 방향으로 이동하여 푸시 부재들(420)과 본체(410)의 접촉부(413) 사이에 개재된 전극 리드(110)를 밀착한다. 즉, 이동 메커니즘(440)은 푸시 부재들(420)의 밀착을 위한 제1 방향, 예를 들어 도 8을 기준으로 좌우 방향으로의 이동을 야기하기 위해, 코어 부재(430)를 제1 방향에 교차하는 제2 방향, 예를 들어 상하 방향으로 이동시킨다. 여기서, 코어 부재(430)는 푸시 부재들(420)의 이동 방향에 직교하는 방향으로 이동할 수 있다.

이동 메커니즘(440)은 전술한 바와 같이 코어 부재(430)의 이동을 통해 푸시 부재(420a, 420b)들의 이동을 야기할 수 있도록, 본체(410)에 형성된 하나 이상의 제1 체결 구멍(411)과, 코어 부재(430)에 형성된 하나 이상의 제2 체결 구멍(431)과, 볼트부재(441)를 포함할 수 있다(도 7 및 도 10 참조). 그리고, 푸시 부재들(420)의 내측에는 각각 제1 경사부(421)가 형성될 수 있으며, 푸시 부재들(420)의 내측에 접촉되는 코어 부재(430)의 외측에는 제1 경사부(421)에 대응되는 제2 경사부(432)가 형성될 수 있다(도 7 및 도 8 참조). 그리고, 코어 부재(430)는 푸시 부재들(420)의 하측에서 푸시 부재들(420)에 접촉되고, 볼트부재(441)는 코어 부재(430)의 상측에서 코어 부재(430)에 결합될 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 볼트부재(441)는 본체(410)에 형성된 제1 체결 구멍(411)을 통과하여 푸시 부재들(420)의 이격된 공간을 관통 후 코어 부재(430)의 제2 체결 구멍(431)에 삽입될 수 있다. 여기서, 볼트부재(441)가 코어 부재(430)를 조이는 방향으로 회전하면(도 9의 화살표 A' 및 A'' 참조) 코어 부재(430)가 도 8을 기준으로 상측으로 이동하면서 코어 부재(430)의 외측에 형성된 제2 경사부(432)가 푸시 부재(420)의 내측에 형성된 제1 경사부(421)에 접촉하여 가압하며 푸시 부재들(420)을 좌우 방향으로 밀착시킨다(도 9의 화살표 B 및 C 참조). 그리고, 볼트부재(441)가 코어 부재(430)를 푸는 방향으로 회전하면 코어 부재(430)가 도 8을 기준으로 하측으로 이동하여 코어 부재(430)의 외측에 형성된 제2 경사부(432)가 푸시 부재(420)의 내측에 형성된 제1 경사부(421)로부터 접촉이 해제되며, 푸시 부재들(420)이 본체(410)의 접촉부(413)로부터의 밀착이 해제된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터(400)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.

도 9를 참조하면, 본체(410)에는 2개의 수납 공간(412)이 형성되며 좌측의 수납 공간(412)에 2개의 전극 리드들(110a, 110b)이 전기적으로 각각 결합되고, 우측의 수납 공간(412)에 2개의 전극 리드들(110c, 110d)이 전기적으로 각각 결합되며, 좌측의 2개의 전극 리드들(110a, 110b)과 우측의 2개의 전극 리드들(110c, 110d), 즉, 4개의 전극 리드들(110a, 110b, 110c, 110d) 모두가 전기적으로 상호 연결된다. 여기서, 좌측의 수납 공간(412)의 2개의 전극 리드들(110a, 110b) 모두는 예를 들어 양극일 수 있고, 우측의 수납 공간(412)의 2개의 전극 리드들(110c, 110d) 모두는 예를 들어 음극일 수 있다. 다만, 전기적 연결이 이에 한정되는 것은 아니며 보다 다양할 수 있다.

본체(410)의 우측의 수납 공간(412)에서와 같이, 본체(410)의 접촉부(413)와 푸시 부재(420) 사이에 전극 리드들(110c, 110d)이 개재되면 볼트부재(441)가 코어 부재(430)의 제2 체결 구멍(431)에 삽입되며, 볼트부재(441)가 회전하여 코어 부재(430)를 조이면 코어 부재(430)가 상측으로 이동하여 코어 부재(430)의 제2 경사부(432)가 푸시 부재(420)의 제1 경사부(421)에 접촉된다. 그리고, 코어 부재(430)가 상측으로 이동하면서 푸시 부재(420)를 좌우 방향으로 이동시키며 본체(410)의 좌측의 수납 공간(412)에서와 같이 푸시 부재(420)가 전극 리드들(110a, 110b)을 도전성 재질인 본체(410)의 접촉부(413)에 밀착시켜 전극 리드들(110a, 110b)을 전기적으로 상호 연결한다.

그리고, 볼트부재(441)가 코어 부재(430)를 조이는 방향과 반대 방향으로 회전하여 코어 부재(430)를 느슨하게 풀면 코어 부재(430)가 하측으로 이동하여 푸시 부재(420)가 전극 리드들(110a, 110b 또는 110c, 110d)로부터 접촉 해제되며, 전극 리드들(110a, 110b 또는 110c, 110d)로부터 본체(410)를 결합해제할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터(400)를 사용하여 전극 리드(110)들을 용이하게 전기적으로 연결할 수 있으므로, 복수의 배터리 셀(100)들 중 어느 하나에 불량 내지 손상이 발생하는 경우 커넥터(400)를 해제하여 그 불량 내지 손상이 발생한 배터리 셀(100)만 제거 후 새로운 배터리 셀(100)로 교체하고 커넥터(400)를 통해 다시 배터리 셀(100)들의 전기적 연결이 가능하므로, 전기적 연결이 쉬울뿐만 아니라 배터리 셀(100)의 교체가 용이한 효과가 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터에 배터리 셀의 전극 리드가 결합되는 과정을 도시한 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 커넥터(400)에 대해 설명하되, 본 발명의 일 실시예에서 커넥터(400)와 관련하여 설명된 내용과 공통되는 부분은 전술한 설명으로 대체한다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예의 경우 본체(410)에 하나의 수납 공간(412)이 마련된다는 점에서 일 실시예와 차이가 있으며, 전극 리드(110)들이 전기적 연결 과정과 해제는 일 실시예와 공통되므로, 전술한 일 실시예의 설명으로 대체한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예의 커넥터(400)만 사용하거나, 또는, 본 발명의 다른 실시예의 커넥터(400)만 사용하거나, 또는 본 발명의 일 실시예의 커넥터(400)와 본 발명의 다른 실시예의 커넥터(400)를 함께 사용하여 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결의 경우의 수가 보다 증가하므로, 다양한 전압을 가지는 배터리 셀(100)들의 연결이 가능해진다.

도 14는 도 1의 배터리 모듈에서 배터리 셀들에 커넥터가 결합된 모습의 평면도이며, 도 14는 배터리 모듈에서 커버가 분리된 배터리 모듈의 내부를 도시하고 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀(100)들이 전술한 바와 같이 커넥터(400)에 의해 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 커넥터(400)는 다양한 종류가 마련될 수 있으며, 각종 커넥터(400)를 사용하여 복수의 배터리 셀(100)들을 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결하여 최종적으로 원하는 전압을 만들 수 있다.

도 1 및 도 14를 참조하여 예를 들어 설명하면, 도 1 및 도 14에서의 배터리 셀(100)들은 일 실시예의 커넥터(400a)와 다른 실시예의 커넥터(400b)를 모두 사용하여 직렬 연결되어 있다.

도 14의 a와 b, c와 d 및 e와 f는 각각 일 실시예의 커넥터(400a)에 의해 연결되고, 도 14의 g는 다른 실시예의 커넥터(400b)에 의해, 그리고, 도 14의 h도 다른 실시예의 커넥터(400b)에 의해 연결된다.

도 14의 a는 2개의 음극 전극 리드(110)가 푸시 부재들(420)에 의해 본체(410)의 접촉부(413)에 밀착되고, 도 14의 b는 2개의 양극 전극 리드(110)가 푸시 부재들(420)에 의해 본체(410)의 접촉부(413)에 밀착되며, 도 14의 a와 도 14의 b는 일 실시예의 하나의 커넥터(400a)에 의해 상호 연결된다(도 8 및 도 9 참조). 그리고, 도 14의 c와 도 14의 d 역시 도 14의 a와 도 14의 b와 마찬가지로 일 실시예의 하나의 커넥터(400a)에 의해 상호 연결되고, 도 14의 e와 도 14의 f 역시 도 14의 a와 도 14의 b와 마찬가지로 일 실시예의 하나의 커넥터(400a)에 의해 상호 연결된다. 그리고, 도 14의 b의 양극 전극 리드(110)와 도 14의 c의 음극 전극 리드(110)는 하나의 배터리 셀(100)에 각각 형성된 전극 리드(110)들이므로, a-b-c-d-e-f의 순서로 전기적 연결이 가능하며, 상기 순서에 따라 양극과 음극이 교차하여 서로 다른 극성들이 계속해서 연결되므로 전체적으로는 직렬로 연결된다. 그리고, 양 단부에 배치된 도 14의 g와 h를 통해 배터리 셀(100)로부터 전원을 공급받기 위한 각종 장치 등이 연결될 수 있다. 다만, 도 14의 연결 방식은 하나의 예시일 뿐이며, 상기 커넥터(400)들을 사용하여 동일 극성의 전극 리드(110)들을 연결하여 병렬을 구현할 수도 있다.

도 15는 도 1의 배터리 모듈에 포함된 셀 카트리지에 커넥터가 결합된 모습의 측단면도이다.

도 15를 참조하면, 커넥터(400)는 셀 카트리지(200)의 다양한 위치, 예를 들어 상측에 결합될 수 있다. 즉, 커넥터(400)가 셀 카트리지(200)의 상측에서 볼트, 나사 등의 체결부재(B)로 결합되어 지지될 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 커버가 분리된 복수의 배터리 셀들의 측면도이고, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 공급부재의 단면도 및 부분 확대도이며, 도 18는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 내관의 단면도 및 부분 확대도이다.

도 16 내지 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 워터 자켓(300)의 유로(360)로 유체(700)를 공급하는 공급부재(500)와, 유로(360)로 이동한 유체(700)가 유로(360)로부터 배출되는 배출부재(600, 도 1 참조)가 포함될 수 있다.

복수의 워터 자켓(300)들이 셀 카트리지(200)에 결합되어 3개 이상의 배터리 셀(100)들 사이에 각각 개재되고, 공급부재(500)와 배출부재(600)가 복수의 워터 자켓(300)들의 각각의 유로(360)에 연통된다. 즉, 워터 자켓(300)을 냉각시키기 위한 유체(700)는 공급부재(500)로부터 워터 자켓(300)의 유로(360)로 공급되고, 상기 유로(360)를 지나면서 워터 자켓(300)에 접촉된 배터리 셀(100)들을 냉각시킨 후 유로(360)로부터 배출부재(600)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 여기서, 공급부재(500)에는 유로(360)에 연통되는 유입홀(511)이 형성되고, 배출부재(600)에는 유로(360)에 연통되는 유출홀(미도시)이 형성된다. 그리고, 공급부재(500)가 워터 자켓(300)에 형성된 입구(340, 도 2 참조)에 삽입되면 공급부재(500)의 유입홀(511)이 워터 자켓(300)의 유로(360)와 연통되고, 배출부재(600)가 워터 자켓(300)에 형성된 출구(350, 도 2 참조)에 삽입되면 배출부재(600)의 유출홀(미도시)이 워터 자켓(300)의 유로(360)와 연통될 수 있다.

여기서, 공급부재(500)는 원활한 유체(700) 공급을 위해 복수의 관을 구비할 수 있다. 즉, 유체(700)의 진행 방향을 기준으로 전방에서는 높은 유압이 형성되므로 전방에 배치된 워터 자켓(300)의 유로(360)를 통해서는 유체(700)가 원활하게 이동하여 냉각도 충분히 이루어질 수 있다. 하지만, 유체(700)의 진행 방향을 기준으로 후방에서는 유압이 점차 감소하며 이에 의해 후방에 배치된 워터 자켓(300)의 유로(360)를 통해서는 유체(700) 유입량이 줄어들어 유체(700)가 원활하게 이동하지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 이와 같이 유체(700)의 진행 방향을 기준으로 후방에서의 유체량을 보완하기 위해 공급부재(500)는 복수의 관, 예를 들어 외관(510)과 내관(520)의 이중관 구조로 구성될 수 있다. 도 17의 확대도 D를 참조하면, 외관(510)은 제1 유체(710)가 이동하도록 구성되고, 내관(520)은 외관(510)의 내측에 배치되어 제2 유체(720)가 이동하도록 구성된다. 여기서, 제1 유체(710)와 제2 유체(720)는 동일한 종류일 수도 있고, 서로 다른 종류일 수도 있다. 그리고, 내관(520)에는 하나 이상의 개구(521)가 형성되어 내관(520)으로부터 외관(510)으로 제2 유체(720)가 이동할 수 있다. 도 17의 확대도 E 및 도 18을 참조하면, 내관(520)의 개구(521)는 내관(520)의 전체 길이를 기준으로 중심 부분에 형성될 수 있다. 즉, 내관(520)을 흐르는 제2 유체(720)가 개구(521)를 통해 외관(510)으로 이동하여 제1 유체(710)와 합쳐지므로, 외관(510)에서 발생될 수 있는 유체량 감소를 방지할 수 있다. 그리고, 도 17의 확대도 F를 참조하면, 내관(520)의 단부는 폐쇄되지 않고 개방되어 있으므로, 내관(520)을 통해 내관(520)의 끝부분까지 이동한 제2 유체(720)는 내관(520)으로부터 외관(510)으로 이동할 수 있다. 그리고, 내관(520)의 단부를 통해 외관(510)으로 이동한 제2 유체(720)는 외관(510)을 통해 제1 유체(710)의 이동방향과 반대방향으로 흐르면서 워터 자켓(300)의 유로(360)로 이동할 수 있다. 한편, 공급부재(500)는 필요에 따라 이중관이 아닌 단일관으로 구성될 수 있음은 자명한 사실이다.

도 19(a) 및 도 19(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 워터 자켓에 결합되는 부싱부재의 하나의 실시예의 측단면도이고 도 20(a) 및 도 20(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 워터 자켓에 결합되는 부싱부재의 다른 실시예의 측단면도이며, 도 21은 도 20(a) 및 도 20(b)의 부싱부재에 공급부재가 결합된 모습의 단면도이다.

도 5를 참조하면, 워터 자켓(300)의 입구(340)에는 공급부재(500)를 용이하게 삽입하기 위해 부싱부재(900)가 결합될 수 있고, 또한 워터 자켓(300)의 출구(350)에도 배출부재(600)를 용이하게 삽입하기 위해 부싱부재(900)가 결합될 수 있다. 이러한 부싱부재(900)는 워터 자켓(300)의 입구(340) 또는 출구(350)에 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 19(a) 및 도 19(b)를 참조하면, 한 쌍의 부싱부재(900a, 900b)가 제1 부재(310) 및 제2 부재(320)에 각각 결합되며, 제1 부재(310) 및 제2 부재(320)가 접착부재(330)에 의해 서로 결합되면 한 쌍의 부싱부재(900a, 900b)도 상호 결합되도록 마련될 수 있다. 또는, 도 20(a) 및 도 20(b)를 참조하면, 하나의 부싱부재(900)를 사이에 두고 제1 부재(310) 및 제2 부재(320)가 대향되는 방향으로부터 하나의 부싱부재(900)가 삽입되도록 결합될 수도 있다. 물론, 제1 부재(310) 및 제2 부재(320)가 접착부재(330)에 의해 서로 결합된 후 하나의 부싱부재(900)가 제1 부재(310) 및 제2 부재(320)에 삽입되도록 마련될 수도 있다. 그리고, 도 21을 참조하면, 도 20(a) 및 도 20(b)에서와 같이 하나의 부싱부재(900)를 가지는 워터 자켓(300)이 복수로 마련되어 공급부재(500)가 부싱부재(900)들에 삽입될 수 있다.

한편, 도 20(a)를 참조하면, 유체가 물인 경우 워터 자켓(300)과 부싱부재(900)의 조립시 누수되는 것을 방지하기 위해 워터 자켓(300)과 부싱부재(900) 사이에 가스켓(910)이 삽입될 수 있다. 여기서, 가스켓(910)은 실리콘으로 마련될 수 있다. 또한, 도 20(b)를 참조하면, 부싱부재(900)는 와셔(920)에 의해 조립될 수 있다. 이에 의해, 와셔(920)가 부싱부재(900)에 소정의 압력을 제공하게 되어 워터 자켓(300)에서 누수가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 도 21을 참조하면, 씰링부재(930)가 와셔(920)에 결합되어 누수를 방지할 수 있으며, 씰링부재(930)는 누수 방지용 실리콘 호스 등으로 마련될 수 있다. 그리고, 씰링부재(930)는 스프링 등의 클램프부재(940)에 의해 고정될 수 있다. 여기서, 스프링은 다양한 형상, 재질을 가질 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)에서 워터 자켓(300)에는 유로(360)가 형성되고 셀 카트리지(200)에 형성된 삽입홈(211)을 통해 착탈가능하게 결합된다. 워터 자켓(300)이 셀 카트리지(200)에 결합된 후 배터리 셀(100)들이 워터 자켓(300)에 접촉하며, 워터 자켓(300)에 형성된 유로(360)를 따라 이동하는 물과 같은 유체(700)에 의해 배터리 셀(100)들이 냉각될 수 있다. 이와 같이, 워터 자켓(300)이 셀 카트리지(200)에 착탈가능하게 결합되므로, 워터 자켓(300)의 교체가 용이한 효과가 있다.

그리고, 워터 자켓(300)의 유로(360)로 유체(700)를 공급하는 공급부재(500)와, 워터 자켓(300)의 유로(360)로부터 유체(700)를 배출하는 배출부재(600)가 워터 자켓(300)이 입구(340)와 출구(350)에 각각 삽입되어 연통된다. 여기서, 공급부재(500)는 제1 유체(710)가 이동하는 외관(510)과, 외관(510)의 내측에 배치되고 제2 유체(720)가 이동하는 내관(520)의 이중관 구조로 구성될 수 있으며, 내관(520)에는 하나 이상의 개구(521)가 형성되어 상기 개구(521)를 통해 내관(520)의 제2 유체(720)가 외관(510)으로 이동할 수 있고, 또한 내관(520)의 단부가 개방되어 내관(520)의 단부를 통해서도 제2 유체(720)가 외관(510)으로 이동할 수 있다. 이에 의해, 유체(700)의 진행 방향을 기준으로 후방에 배치된 워터 자켓(300)의 유로(360)로 이동하는 유체량이 감소하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(미도시)은, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(미도시)은, 이러한 배터리 모듈(10) 이외에, 이러한 배터리 모듈(10)을 수납하기 위한 케이스, 배터리 모듈(10)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 더 포함될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 모듈(10) 또는 배터리 팩(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩(미도시)에는 상기 배터리 모듈(10)이 포함될 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 배터리 모듈 100 : 배터리 셀
200 : 셀 카트리지 210 : 외곽 프레임
211 : 삽입홈 212 : 가이드부
213 : 지지부 214 : 제2 결합돌기
220 : 중공 300 : 워터 자켓
310 : 제1 부재 320 : 제2 부재
330 : 접착부재 340 : 입구
350 : 출구 360 : 유로
370 : 제1 결합홈 400 : 커넥터
410 : 본체 411 : 제1 체결 구멍
412 : 수납 공간 413 : 접촉부
420 : 푸시 부재 421 : 제1 경사부
430 : 코어 부재 431 : 제2 체결 구멍
432 : 제2 경사부 440 : 이동 메커니즘
441 : 볼트부재 500 : 공급부재
510 : 외관 511 : 유입홀
520 : 내관 521 : 개구
600 : 배출부재 700 : 유체
710 : 제1 유체 720 : 제2 유체
800 : 케이스 900 : 부싱부재
910 : 가스켓 920 : 와셔
930 : 씰링부재 940 : 클램프부재

Claims (18)

1. 복수의 배터리 셀들을 상호 적층하기 위해, 적어도 하나의 배터리 셀을 지지하는 셀 카트리지가 복수로 구비되고,
   상기 셀 카트리지에 결합되고, 상기 배터리 셀을 냉각하기 위한 유체가 이동하는 유로가 형성되며, 서로 이웃하는 상기 배터리 셀들에 각각 접촉되어 상기 배터리 셀들을 냉각하는 워터 자켓; 및
   상기 복수의 배터리 셀들 중 서로 이웃하는 배터리 셀들의 전극 리드들을 전기적으로 상호 연결하기 위한 커넥터를 포함하며,
   상기 셀 카트리지는 중공이 형성된 외곽 프레임을 포함하며, 상기 외곽 프레임에는 상기 워터 자켓이 삽입될 수 있는 삽입홈이 형성되고,
   상기 워터 자켓이 상기 외곽 프레임의 상기 삽입홈을 통해 삽입되어 상기 중공에 위치하며, 상기 중공에 위치한 상기 워터 자켓에 상기 배터리 셀들이 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 워터 자켓은 상기 셀 카트리지에 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 외곽 프레임에는 상기 워터 자켓의 삽입시 상기 워터 자켓을 가이드할 수 있는 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 외곽 프레임에는 상기 워터 자켓이 끼움결합되어 지지될 수 있는 지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
6. 제2항에 있어서,
   상기 워터 자켓에는 제1 결합홈 또는 제1 결합돌기가 형성되고, 상기 셀 카트리지에는 상기 제1 결합홈 또는 상기 제1 결합돌기에 각각 대응되도록 제2 결합돌기 또는 제2 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   적어도 3개의 복수의 배터리 셀들 및 상기 복수의 배터리 셀들 사이에 각각 개재되는 복수의 워터 자켓들을 구비하고,
   상기 워터 자켓의 상기 유로로 상기 유체를 공급하도록 상기 유로에 연통되는 유입홀이 형성된 공급부재; 및
   상기 유로로 이동한 상기 유체가 상기 유로로부터 배출되도록 상기 유로에 연통되는 유출홀이 형성된 배출부재를 더 포함하며,
   상기 공급부재는 유체의 진행 방향을 기준으로 유압의 감소에 의해 후방에 배치된 상기 워터 자켓들로 이동하는 유체량이 줄어드는 것을 보완하기 위해 복수의 관을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
8. 제7항에 있어서,
   상기 복수의 관은,
   제1 유체가 이동하는 외관; 및
   상기 외관의 내측에 배치되어 제2 유체가 이동하며, 적어도 하나의 개구가 형성된 내관을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 내관으로부터 상기 외관으로 제2 유체가 이동할 수 있도록 상기 내관의 단부는 개방된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
10. 복수의 배터리 셀들을 상호 적층하기 위해, 적어도 하나의 배터리 셀을 지지하는 셀 카트리지가 복수로 구비되고,
    상기 셀 카트리지에 결합되고, 상기 배터리 셀을 냉각하기 위한 유체가 이동하는 유로가 형성되며, 서로 이웃하는 상기 배터리 셀들에 각각 접촉되어 상기 배터리 셀들을 냉각하는 워터 자켓; 및
    상기 복수의 배터리 셀들 중 서로 이웃하는 배터리 셀들의 전극 리드들을 전기적으로 상호 연결하기 위한 커넥터를 포함하며,
    상기 커넥터는,
    서로 이웃하는 배터리 셀들의 각각의 전극 리드가 접촉될 수 있도록, 상호 대향되게 마련된 접촉부들이 구비되고 전도성 재질로 구성된 본체;
    상기 전극 리드들 각각을 접촉부들 중 상응하는 접촉부에 밀착시킬 수 있도록, 상기 접촉부들 사이에서 이동 가능하고 서로 이격되게 각각 배치된 한 쌍의 푸시 부재들;
    대응하는 접촉부를 향하여 상기 푸시 부재들을 밀착시킬 수 있도록 상기 한 쌍의 푸시 부재들 사이에서 이동 가능하게 배치된 코어 부재; 및
    상기 푸시 부재들의 밀착을 위한 제1 방향 이동을 야기하기 위해 상기 코어 부재를 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 이동시키기 위한 이동 메커니즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
11. 제10항에 있어서,
    상기 한 쌍의 푸시 부재들은 상호 대향되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
12. 제10항에 있어서,
    상기 코어 부재는 상기 한 쌍의 푸시 부재들을 반대 방향을 향해 동시에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
13. 제10항에 있어서,
    상기 이동 메커니즘은,
    상기 본체에 형성된 적어도 하나의 제1 체결 구멍;
    상기 코어 부재에 형성된 적어도 하나의 제2 체결 구멍; 및
    상기 제1 체결 구멍 및 상기 제2 체결 구멍에 삽입되고 상기 한 쌍의 푸시 부재들 이격된 공간을 관통하는 볼트부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
14. 제13항에 있어서,
    상기 푸시 부재들에는 각각 제1 경사부가 형성되며, 상기 푸시 부재들에 접촉되는 상기 코어 부재에는 상기 제1 경사부에 대응되는 제2 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
15. 제14항에 있어서,
    상기 코어 부재는 상기 푸시 부재들의 하측에서 상기 푸시 부재들에 접촉되고, 상기 볼트부재는 상기 코어 부재의 상측에서 상기 코어 부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
16. 제10항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 셀 카트리지에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
17. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩.
18. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차.

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