KR101953351B1 - 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 용접에 의하지 않고 조립방식으로 다수의 전지셀을 배열하여 구성할 수 있고, 간편하게 다수의 전지셀을 다층 및 다열로 용이하게 배열하여 구성할 있는 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비용접식 배터리모듈은 복수의 전지셀; 상기 전지셀의 상부에 배치되는 상베이스플레이트; 상기 전지셀의 하부에 배치되는 하베이스플레이트; 상기 상베이스플레이트와 상기 하베이스플레이트 사이에 결속되는 모듈고정부재; 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트에 안착되고 상기 전지셀의 상하 전극부에 전기적으로 접속되는 버스바부재; 및 상기 상베이스플레이트와 상기 하베이스플레이트 사이에 배치되어 복수의 상기 전지셀를 정위치 시키는 전지셀지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체{NON-WELDING TYPE BATTERY MODULE AND BATTERY MODULE ASSEMBLY USING IT }
본 발명은 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 용접에 의하지 않고 조립방식으로 다수의 전지셀을 배열하여 구성할 수 있고, 간편하게 다수의 전지셀을 다층 및 다열로 용이하게 배열하여 구성할 있는 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차, 오토바이 등의 이동장치, 산업설비, 각종 기계장치 등 구동에 에너지가 요구되는 장치들은 석유, 석탄 등의 화석에너지를 주로 사용하였으나 근래 화석에너지의 고갈문제나 환경오염 등으로 인해 전기를 에너지원으로 하는 방식으로 대체되고 있다.
예컨대 전기자동차, 전기 스쿠터, 전기 자전거, 골프 카트 등의 각종 이동장치에는 에너지원으로 이용되는 전원을 공급하는 충전식 배터리모듈이 내장되어 있다. 이러한 충전식 배터리모듈에 관한 선행기술로는 도1에 도시된 바와 같이 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2015-0121519호로 개시된 이차전지용 배터리모듈 및 배터리팩이 제안되어 있다.
상기한 이차전지용 배터리모듈(100)은 복수개의 전지셀(110)과, 각 전지셀(110)의 전극들과 연결되는 한 쌍의 외부단자(130)와, 상기 전지셀(110)을 서로 전기적으로 연결하도록 상기 외부단자(130)에 용접되는 복수 개의 버스바(120a)(120b)를 포함하여 구성된 것이다.
전술한 바와 같은 종래 이차전지용 배터리모듈(100)은 각 전지셀(110)에 외부단자(130)가 용접되고 외부단자(130)에 버스바(120a)(120b)에 용접되는 방식으로 제조됨에 따라 이하와 같은 다양한 문제점을 초래하는 한계점이 있다.
먼저, 종래 이차전지용 배터리모듈(100)은 전지셀의 조립 및 전기적인 접속을 용접방식에 의존하는 구조이므로 제조 인건비의 상승과 제조시간의 증가로 생산성이 낮고 제조원가가 현저히 높아지는 단점이 있다.
그리고, 종래 이차전지용 배터리모듈(100)은 전지셀의 조립 및 전기적인 접속을 용접방식에 의존함에 따라 용접설비와 숙련공이 요구되고 용접시 많은 전기에너지가 필요할 뿐만 아니라 용접시 화상이나 화재 등 안전사고의 위험성이 상존하는 단점이 있다.
특히, 종래 이차전지용 배터리모듈(100)은 조립 및 전기적인 접속을 용접방식에 의존함에 따라 용접시 인가되는 열부하에 의해 전지셀의 손상이 유발되고, 용접공의 숙련도가 낮을 경우 불량품이 양산될 뿐만 아니라 전지셀의 교체나 재사용이 불가능한 심각한 문제점을 안고 있다.
또한, 종래 이차전지용 배터리모듈(100)은 용접방식으로 조립하므로 전지셀(110)을 다층 및 다열로 배치하는 과정이 어렵고 많은 시간이 소요되므로 확장성이 결여되는 한계점이 있다.
한국공개특허 공개번호 제10-2015-0121519호 "단락시 안전성 확보가 가능한 용접구조를 갖는 배터리모듈 및 배터리팩" 한국공개특허 공개번호 제10-2014-0121767호 "배터리 모듈" 한국공개실용신안 공개번호 제20-2012-0005517호 "차량 배터리 장치 및 리튬 아이언 배터리 모듈"
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 용접에 의하지 않으면서 전기적인 접속관계를 안정적으로 유지할 수 있고 조립방식으로 간편하고 신속하게 다수의 전지셀을 배열하여 구성할 수 있도록 한 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 간편하고 신속하게 다수의 전지셀을 다층 및 다열로 용이하게 배열하여 구성할 있도록 한 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비용접식 배터리모듈은 복수의 전지셀; 상기 전지셀의 상부에 배치되는 상베이스플레이트; 상기 전지셀의 하부에 배치되는 하베이스플레이트; 상기 상베이스플레이트와 상기 하베이스플레이트 사이에 결속되는 모듈고정부재; 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트에 안착되고 상기 전지셀의 상하 전극부에 전기적으로 접속되는 버스바부재; 및 상기 상베이스플레이트와 상기 하베이스플레이트 사이에 배치되어 복수의 상기 전지셀를 정위치 시키는 전지셀지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트는 판상몸체에 결속공이 천공된 적어도 한 개 이상의 결속부가 형성되고, 상기 모듈고정부재는 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트의 결속부에 체결되는 체결부재로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 결속부는 상기 판상몸체의 가장자리 부분에 돌출되는 복수의 결속돌출부로 구성되고, 상기 체결부재는 내부홀의 상부 및 하부에 너트가 내장된 체결봉과, 상기 너트에 체결되는 볼트를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 체결봉은 외면에 적어도 한 개 이상의 공구안착면이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 전지셀지지부재는 판상의 셀지지판에 상기 전지셀이 삽입되도록 천공된 셀안착홀과, 상기 모듈고정부재가 삽입되도록 천공된 지지공이 구비된 구조로 구성될 수 있다.
한편, 상기 버스바부재는 판상의 도전판에 상기 전지셀이 전기적으로 접속되는 전극접촉부와, 외부와의 전기적 접속을 위해 형성되고 단자홀이 천공된 결선부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 전극접촉부는 상기 도전판의 상부로 돌출되는 상변형돌출부와, 상기 도전판의 하부로 돌출되는 하변형돌출부로 구성될 수 있다.
상기 전지셀지지부재는 판상의 셀지지판에 상기 전지셀이 삽입되도록 천공된 셀안착홀, 상기 모듈고정부재가 삽입되도록 천공된 지지공, 및 상기 결선부의 하부에 위치하도록 형성되고 모듈연결공이 천공된 연결돌부가 구비되고, 상기 연결돌부는 상기 결선부와의 사이에 끼움공간이 형성되도록 상기 셀지지판의 두께보다 얇은 두께로 형성될 수 있다.
한편, 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트는 판상몸체에 결속공이 천공된 적어도 한 개 이상의 결속부와, 상기 전극접촉부와 대응하는 위치에 돌출되는 밀착돌부가 형성될 수 있다.
상기 전지셀지지부재는 판상의 셀지지판에 상기 전지셀이 삽입되도록 천공된 셀안착홀, 상기 모듈고정부재가 삽입되도록 천공된 지지공, 및 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트 또는 상기 전지셀지지부재와 서로간의 결속을 위해 천공된 보조결속홀을 구비하고, 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트는 판상몸체에 결속공이 천공된 적어도 한 개 이상의 결속부와, 상기 보조결속홀과 대응하도록 천공된 보조결속홀이 구비될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비용접식 배터리모듈은 상기 전지셀이 종방향을 따라 복수 층이 되도록 배치되어 추가로 배치되는 상기 전지셀지지부재에 의해 지지되고, 상기 전지셀지지부재에 접하여 배치되는 상기 버스바부재를 매개로 전기적으로 접속되게 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체는 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체에 있어서, 횡방향을 따라 서로 접하여 복수로 배치되는 상기의 비용접식 배터리모듈; 및 인접하는 상기 비용접식 배터리모듈 사이에 결속되는 모듈결속부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모듈결속부재는 상기 버스바부재와 전기적으로 접속되도록, 도전성부재로 구성되거나, 베이스층에 도전층이 형성된 구조로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체는 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체에 있어서, 횡방향을 따라 서로 접하여 복수로 배치되는 상기의 비용접식 배터리모듈; 및 인접하는 상기 비용접식 배터리모듈 사이에 결속되는 모듈결속부재를 포함하고, 상기 모듈결속부재는 절연소재로 형성되어 상기 상베이스플레이트와 상기 버스바부재 사이와, 상기 하베이스플레이트와 상기 버스바부재 사이에 삽입되고 결속홀이 형성된 모듈결속판과, 상기 모듈결속판의 표면에 안착되어 상기 버스바부재와 전기적으로 접속되고 단자홀이 천공된 모듈도전부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체에 의하면, 전지셀들의 전기적인 접속이 용접에 의하지 않고 기구적인 조립을 통해 이루어짐에 따라 제조과정이 간결, 단순하고, 신속하게 조립할 수 있어서 제조시간의 단축에 따른 생산성의 향상, 제조 인건비 등의 절감에 따른 제조원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 조립시 숙련공이 요구되지 않고 전기에너지를 절감할 수 있으며, 용접에 따른 안전사고나 화재와 같은 재해를 예방할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체에 의하면, 용접에 의해 조립하는 것이 아니므로 열부하에 의해 전지셀의 손상을 미연에 방지할 수 있고, 용접 불량에 따른 불량품의 발생을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전지셀의 교체가 용이하고 전지셀의 재사용이 가능한 장점이 있다.
도1은 종래 배터리모듈을 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 조립된 상태를 나타낸 사시도,
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 나타낸 분리사시도,
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 상베이스플레이트 및 하베이스플레이트를 설명하기 위한 사시도,
도5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 모듈고정부재를 설명하기 위한 사시도,
도5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 모듈고정부재를 설명하기 위한 단면도,
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 버스바부재를 설명하기 위한 사시도,
도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 전지셀지지부재를 설명하기 위한 사시도,
도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 나타낸 사시도,
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 나타낸 분리사시도,
도10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체를 설명하기 위한 사시도,
도11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체의 분리된 상태를 나타낸 분리사시도,
도12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체를 설명하기 위한 사시도,
도13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체의 분리된 상태를 나타낸 분리사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2 내지 도13에 의거하여 상세히 설명하고, 도2 내지 도13에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 조립된 상태를 나타낸 사시도, 도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 나타낸 분리사시도이다.
도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈(m)은 용접에 의하지 않고 조립방식으로 다수의 전지셀을 배열하여 구성한 것으로서, 전지셀(1), 상베이스플레이트(2), 하베이스플레이트(3), 모듈고정부재(4), 버스바부재(5), 및 전지셀지지부재(6)를 포함하여 구성된다.
전지셀(1)은 전기에너지가 저장되는 이차전지로서, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지 등 전기에너지를 저장할 수 있는 이차전지라면 특별한 제한 없이 적용할 수 있다.
그리고, 전지셀(1)은 도3에 도시된 바와 같이 원기둥 형상으로 형성되고 상하측에 전극부(12)가 노출된 형태로 제작된 것이 적용되었으나, 이에 제한되지 않고 사각기둥이나 사각판 형태 등과 같은 육면체 형상으로 형성된 것이 적용될 수도 있다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 상베이스플레이트 및 하베이스플레이트를 설명하기 위한 사시도이다.
도4를 참조하면, 상베이스플레이트(2)는 전지셀의 상부에 배치되는 구성요소로서, 대략 사각 형상을 갖는 판상몸체(22)에 결속부(24)가 형성된 구조로 형성되어 있다. 그리고, 상베이스플레이트(2)는 전기적인 절연을 고려하여 플라스틱 등과 같은 절연성 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 결속부(24)는 전지셀의 크기나 배치수량 등에 따라 1개 이상으로 구성될 수 있는 것으로, 본 실시예에서는 판상몸체(22)의 모서리 부분에 각각 돌출되는 형태로 복수의 결속돌출부로 구성되어 있다.
그리고, 결속부(24)에는 모듈고정부재(4)와의 결속을 위해 천공되는 결속공(24a), 전지셀지지부재(6) 및 하베이스플레이트(3)에 형성된 보조결속홀(66,36)과 대응하도록 천공되는 보조결속홀(26)이 형성되어 있다.
또한, 상베이스플레이트(2)는 후술되는 버스바부재(5)의 전극접촉부(54)와 대응하는 위치의 저면에 돌출되는 밀착돌부(28)가 형성되어 있다. 이 밀착돌부(28)는 조립된 상태에서 전극접촉부(54)를 압박함으로써 전지셀(1)의 전극부(12)와 접극접속부(54)의 상변형돌출부(54a) 및 하변형돌출부(54b)의 전기적 접속상태를 견고하게 유지하는 작용효과를 발휘한다.
아울러, 상베이스플레이트(2)는 중앙에 중심결속홀(23)이 천공되어 있다. 이 중심결속홀(23)은 볼트가 삽입되는 홀로서 동일 수직 선상에 해당되는 하베이스플레이트(3), 버스바부재(5), 및 전지셀지지부재(6)에 각각 형성되는 중심결속홀(33, 53, 63)에 모듈고정부재(4)를 설치하기 위해 구성한 것이다. 이와 같이 상베이스플레이트(2)와 하베이스플레이트(3) 사이에 모듈고정부재(4)가 추가로 설치되면 보다 견고한 고정상태를 유지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 하베이스플레이트(3)는 전지셀(1)의 하부에 배치되는 구성요소로서, 전술한 상베이스플레이트(2)와 동일한 구조로 형성되는 것이므로 세부 구성에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
도5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 모듈고정부재를 설명하기 위한 사시도, 도5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 모듈고정부재를 설명하기 위한 단면도이다.
도5a 및 도5b를 참조하면, 모듈고정부재(4)는 상베이스플레이트(2)와 하베이스플레이트(3) 사이에 결속되는 구성요소로서, 상베이스플레이트(2)와 하베이스플레이트(3)가 서로 견고하게 고정될 수 있다면 특별한 제한 없이 다양한 형태로 구성될 수 있지만 본 실시예에서는 상베이스플레이트(2) 및 하베이스플레이트(3)의 결속부(24)에 체결되는 체결부재로 구성되어 있다.
여기서, 체결부재는 내부홀의 상부 및 하부에 너트(43)가 내장된 체결봉(41)과, 너트(43)에 체결되는 볼트(42)로 구성되어 있다.
상기 체결봉(41)은 조립시에 스패너와 같은 공구의 삽입이 용이하도록 외면에 적어도 한 개 이상의 공구안착면(41a)이 형성된 구조로 형성되어 있다. 예컨대, 체결봉(41)은 횡단면 형상이 사각, 팔각 등의 단면 구조를 갖도록 형성될 수 있지만 본 실시예에서는 6개의 공구안착면(41a)을 갖는 육각 단면 구조로 형성되어 있다.
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 버스바부재를 설명하기 위한 사시도로서, 확대부는 일부를 절개하여 나타낸 것이다.
도6을 참조하면, 버스바부재(5)는 상베이스플레이트(2) 및 하베이스플레이트(3)에 안착되고 전지셀(1)의 상하 전극부에 전기적으로 접속되는 구성요소로서, 판상의 도전판(52)에 전지셀(1)이 전기적으로 접속되는 전극접촉부(54)와, 외부와의 전기적 접속을 위해 형성되고 단자홀(56a)이 천공된 결선부(56)가 형성된 구조로 되어 있다.
여기서, 전극접촉부(54)는 도전판(52)의 상부로 돌출되는 복수의 상변형돌출부(54a)와, 도전판(52)의 하부로 돌출되는 복수의 하변형돌출부(54b)로 구성된 것으로서, 상변형돌출부(54a) 및 하변형돌출부(54b)는 동판 등과 같은 도전성 박판을 프레스 가공하여 일체로 압출 시키는 방식으로 형성한다.
그리고, 상변형돌출부(54a) 및 하변형돌출부(54b)는 조립과정에서 모듈고정부재(4)의 조임력을 인가하게 되면 돌출된 부분이 수축 변형되면서 전지셀(1)의 전극부(12)에 밀착되므로 종래와 같이 용접을 하지 않더라도 전기적인 접속관계를 견고하게 유지할 수 있다.
특히, 버스바부재(5)는 평판형의 도전판(52)에 사방으로 결선부(56)가 마련된 구조로서 설치 매수를 조절하여 수직방향으로의 확장성 및 수평방향 확장성이 우수하고, 후술(도10 내지 도13 참조) 하는 바와 같이 배터리모듈 간의 확장성이 우수하여 다양한 기능을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 전지셀지지부재를 설명하기 위한 사시도이다.
도7을 참조하면, 전지셀지지부재(6)는 상베이스플레이트(2)와 하베이스플레이트(3) 사이에 배치되어 복수의 전지셀(1)를 정위치 시키는 구성요소로서, 플라스틱 등과 같은 절연성 소재로 형성된 사각 판상의 셀지지판(62)에 전지셀(1)이 삽입되도록 천공된 셀안착홀(64)과, 모듈고정부재(4)가 삽입되도록 천공된 지지공(68)이 형성되어 있다. 여기서, 지지공(68)은 셀지지판(62)의 모서리부에 상베이스플레이트(2)와 하베이스플레이트(3)의 결속부(24,34)와 대응하는 형태로 돌출된 돌출부에 형성되어 있다.
그리고, 전지셀지지부재(6)는 버스바부재(5)의 결선부(56) 하부에 위치하도록 형성되고 모듈연결공(69a)이 천공된 연결돌부(69)가 셀지지판(62)의 상하좌우 측면에 형성되어 있다. 여기서 연결돌부(69)는 결선부(56)와의 사이에 끼움공간(d,도2 참조)이 형성되도록 셀지지판(62)의 두께보다 얇은 두께로 형성된 것으로, 전지셀지지부재(6)의 상측 표면과의 사이에 단턱(e)이 형성되도록 하측 단부에 돌출되어 있다.
아울러, 전지셀지지부재(6)는 상베이스플레이트(2) 및 하베이스플레이트(3) 서로간의 결속이나 후술되는 제2 실시예(도8 및 도9 참조)에 나타난 바와 같이 전지셀지지부재(6) 서로간의 결속을 위해 천공된 보조결속홀(66)이 형성되어 있다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈의 작용을 간략하게 설명한다.
도2 및 도3을 참조하여 조립방법 하나의 방법을 간략하게 설명하면, 하베이스플레이트(3)의 상면에 버스바부재(5) 및 전지셀지지부재(6)를 차례로 올려 놓고 전지셀지지부재(6) 및 하베이스플레이트(3)의 보조결속홀(66,36)에 볼트를 체결하는 방식으로 하베이스플레이트(3)에 버스바부재(5) 및 전지셀지지부재(6)를 설치하는 한편, 동일, 유사한 방식으로 상베이스플레이트(2)의 하측에 버스바부재(5) 및 전지셀지지부재(6) 순으로 배치하여 고정한다.
이러한 상태에서 하베이스플레이트(3)의 각 모서리 부분에 위치한 결속부(34)의 결속공에 체결봉(41)을 정위치하고 볼트(42)를 체결하여 고정한다.
연이어, 하베이스플레이트(3)의 상면에 고정된 전지셀지지부재(6)의 셀안착홀(64)에 복수의 전지셀(1)의 하측 부분을 차례로 삽입하여 정위치 시키고, 상베이스플레이트(2)의 하면에 고정된 전지셀지지부재(6)의 셀안착홀(64)에 전지셀(1)의 상측 부분이 끼워지도록 조립한다.
이러한 상태에서 하베이스플레이트(3)의 상면에 위치한 전지셀지지부재(6)의 지지공(68)에 체결봉(41)을 삽입하고, 하베이스플레이트(3)의 각 모서리 부분에 위치한 결속부(34)의 결속공(미도시)에 볼트(42)를 체결하여 고정한다.
이후, 상베이스플레이트(2)의 저면에 위치한 전지셀지지부재(6)의 지지공(68)에 체결봉(41)을 삽입하고 상베이스플레이트(2)의 각 모서리 부분에 위치한 결속부(24)의 결속공(24a)을 통해 볼트(42)를 삽입하여 조임력을 인가하게 되면, 상베이스플레이트(2)가 조임력에 의해 하방으로 이동하게 되고 연이어 체결봉(41)을 매개로 고정된 하베이스플레이트(3)가 상호 작용에 의해 상방으로 당겨지게 된다. 연이어 상베이스플레이트(2)의 저면에 돌출된 밀착돌부(28)가 버스바부재(5)의 전극접촉부(54)에 가압력을 인가하게 되면서 상변형돌출부(54a) 및 하변형돌출부(54b)가 변형된다. 이때 하변형돌출부(54b)는 전지셀(1)의 상부 전극부(12)의 표면을 압박하면서 변형되므로 전기적인 결속관계가 견고하게 확보된다.
그리고, 상호 작용에 의해 하베이스플레이트(3)에 결합된 버스바부재(5)의 전극접촉부(54)에도 가압력이 작용되므로 상변형돌출부(54a)가 전지셀(1)의 하부 전극부의 표면을 압박하면서 변형되므로 전기적인 결속관계가 견고하게 유지된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈은 상베이스플레이트(2)와 하베이스플레이트(3) 사이에 복수의 전지셀(1)을 배치하고 모듈고정부재(4)를 설치하는 방식에 의해 전지셀(1)들의 전기적인 접속과 기구적인 조립과정이 동시에 이루어지므로 제조과정이 간결, 단순하고, 신속하게 수행할 수 있어서 제조시간의 단축에 따른 생산성의 향상, 제조 인건비 등의 절감에 따른 제조원가의 절감효과를 기대할 수 있다.
그리고, 종래와 같이 전지셀을 용접하여 전기적으로 연결하는 것이 아니라 변형 가능한 전극접촉부(54)를 가압하여 압접하는 방식으로 전기적인 접속관계를 견고하에 유지할 수 있어서 숙련공이 요구되지 않고 용접시 요구되는 전기에너지가 불필요하고, 용접에 따른 안전사고나 화재와 같은 재해를 미연에 예방할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈은 용접에 의해 조립하는 것이 아니므로 열부하에 의해 전지셀의 손상을 미연에 방지할 수 있고, 용접 불량에 따른 불량품의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전지셀의 교체가 용이하고 전지셀의 재사용이 가능한 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하되, 전술한 제1 실시예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 다른 실시예에서는 제1 실시예에 나타난 구성요소 또는 서로 다른 실시예에 나타난 구성요소 중에서 채용 가능한 구조라면 선택적으로 적용할 수도 있는 것으로 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략한다.
도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 나타낸 사시도, 도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 나타낸 분리사시도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈(m')은 전지셀(1), 상베이스플레이트(2), 하베이스플레이트(3), 모듈고정부재(4), 버스바부재(5), 및 전지셀지지부재(6)를 포함하는 구조로 구성되되, 전지셀(1)은 종방향을 따라 복수 층이 되도록 배치되어 있다.
예컨대, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이 하부에 배치되는 복수의 전지셀(1)과 상부에 배치되는 복수의 전지셀(1)은 동일 수직축 선상에 위치하도록 종방향으로 배치된 상태에서 추가로 배치되는 전지셀지지부재(6)에 의해 지지되고, 높이방향 중앙 부분에 추가로 배치되는 전지셀지지부재(6')에 접하여 배치되는 버스바부재(5')를 매개로 전기적으로 연결되어 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 도8에서 중앙 부분에 추가로 배치되는 2개의 전지셀지지부재(6') 사이에 1매의 버스바부재(5')가 개재됨에 따라 하부에 배치되는 복수의 전지셀(1)과 상부에 배치되는 복수의 전지셀은 서로 전기적으로 접속된다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈은 도면을 첨부하여 구체적으로 설명하지는 않지만 복수의 전지셀(1)들이 3층 이상으로 적층되어 추가 전지셀지지부재(6')에 의해 지지되고 버스바부재(5')에 의해 전기적으로 접속되는 구조로도 구현할 수 있음은 물론이다.
그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈(m')은 도면을 첨부하여 구체적으로 설명하지는 않지만 중앙에 추가로 배치되는 전지셀지지부재(6') 사이에 2매의 버스바부재(미도시)를 배치하고 이 버스바부재 사이에 판 형태의 절연부재(미도시)를 설치하는 구조로 구성하여 상,하 전지셀이 전기적으로 절연되게 구성할 수도 있다.
도10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체를 설명하기 위한 사시도, 도11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체의 분리된 상태를 나타낸 분리사시도이다.
도10 및 도11을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체(s)는 전술한 제1 실시예에 나타난 비용접식 배터리모듈(m)을 횡방향을 따라 서로 접하여 복수로 배치하고, 인접하는 비용접식 배터리모듈 사이에 설치되는 모듈결속부재(8)를 이용하여 서로 결속함으로써 대용량의 배터리모듈 결합체를 구성할 수 있다.
상기 모듈결속부재(8)는 인접하는 비용접식 배터리모듈(m)를 기구적으로 조립하면서 양쪽의 버스바부재(5)를 서로 전기적으로 접속하기 위한 구성요소로서, 서로간에 견고한 고정상태를 유지함과 동시에 전기적인 접속이 가능한 구조라면 도전성부재로만 구성되거나, 베이스층에 도전층이 형성된 구조 등 특별한 제한 없이 다양하게 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 모듈결속부재(8)는 도11에 도시된 바와 같이 끼움공간(d)에 삽입되고 절연소재로 형성되고 결속홀(81a)이 형성된 모듈결속판(81)과, 이 모듈결속판(81)의 표면에 안착되어 버스바부재(5)와 전기적으로 접속되고 단자홀(82a)이 천공된 모듈도전부재(82)로 구성되어 있다.
도12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체를 설명하기 위한 사시도, 도13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체의 분리된 상태를 나타낸 분리사시도이다.
도12 및 도13을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체(s')는 전술한 제2 실시예에 나타난 비용접식 배터리모듈(m')을 횡방향을 따라 서로 접하여 복수로 배치하고, 인접하는 비용접식 배터리모듈(m') 사이에 설치되는 모듈결속부재(8)를 이용하여 하나의 배터리모듈결합체로 구성한 것이다.
도12에 도시된 바와 같이 제2 실시예에 나타난 비용접식 배터리모듈(m')은 전지셀(1), 상베이스플레이트(2), 하베이스플레이트(3), 모듈고정부재(4), 버스바부재(5), 및 전지셀지지부재(6)를 포함하는 구조로 구성되되, 복수의 전지셀(1)이 종방향을 따라 복수 층으로 배치되어 있고 이들이 횡방향을 따라 다시 복수 개로 배치되는 구조이므로 보다 용량이 큰 배터리모듈 결합체를 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 비용접식 배터리모듈 및 이를 이용한 배터리모듈 조립체를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
상기한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
m,m':비용접식 배터리모듈
s,s':비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체
1:전지셀
2:상베이스플레이트
3:하베이스플레이트
4:모듈고정부재
5:버스바부재
6:전지셀지지부재
8:모듈결속부재

Claims (14)

  1. 복수의 전지셀; 상기 전지셀의 상부에 배치되는 상베이스플레이트; 상기 전지셀의 하부에 배치되는 하베이스플레이트; 상기 상베이스플레이트와 상기 하베이스플레이트 사이에 결속되는 모듈고정부재; 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트에 안착되고 상기 전지셀의 상하 전극부에 전기적으로 접속되는 버스바부재; 및 상기 상베이스플레이트와 상기 하베이스플레이트 사이에 배치되어 복수의 상기 전지셀를 정위치 시키는 전지셀지지부재를 포함하고,
    상기 버스바부재는 판상의 도전판에 상기 전지셀이 전기적으로 접속되는 전극접촉부와, 외부와의 전기적 접속을 위해 형성되고 단자홀이 천공된 결선부를 포함하되, 상기 전극접촉부는 상기 도전판의 상부로 돌출되는 복수의 상변형돌출부와, 상기 상변형돌출부와 접하여 상기 도전판의 하부로 돌출되는 복수의 하변형돌출부로 구성되고,
    상기 전지셀지지부재는 판상의 셀지지판에 상기 전지셀이 삽입되도록 천공된 셀안착홀, 상기 모듈고정부재가 삽입되도록 천공된 지지공, 및 상기 결선부의 하부에 위치하도록 형성되고 모듈연결공이 천공된 연결돌부가 구비되되, 상기 연결돌부는 상기 결선부와의 사이에 끼움공간이 형성되도록 상기 셀지지판의 두께보다 얇은 두께로 형성되고,
    상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트는 판상몸체에 결속공이 천공된 적어도 한 개 이상의 결속부와, 상기 전극접촉부와 대응하는 위치에 돌출되는 밀착돌부가 형성된 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트는 판상몸체에 결속공이 천공된 적어도 한 개 이상의 결속부가 형성되고,
    상기 모듈고정부재는 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트의 결속부에 체결되는 체결부재로 구성된 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결속부는 상기 판상몸체의 가장자리 부분에 돌출되는 복수의 결속돌출부로 구성되고,
    상기 체결부재는 내부홀의 상부 및 하부에 너트가 내장된 체결봉과, 상기 너트에 체결되는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 체결봉은 외면에 적어도 한 개 이상의 공구안착면이 형성된 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀지지부재는 판상의 셀지지판에 상기 전지셀이 삽입되도록 천공된 셀안착홀과, 상기 모듈고정부재가 삽입되도록 천공된 지지공이 구비된 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀지지부재는 판상의 셀지지판에 상기 전지셀이 삽입되도록 천공된 셀안착홀, 상기 모듈고정부재가 삽입되도록 천공된 지지공, 및 상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트 또는 상기 전지셀지지부재와 서로간의 결속을 위해 천공된 보조결속홀을 구비하고,
    상기 상베이스플레이트 및 상기 하베이스플레이트는 판상몸체에 결속공이 천공된 적어도 한 개 이상의 결속부와, 상기 보조결속홀과 대응하도록 천공된 보조결속홀이 구비된 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀은 종방향을 따라 복수 층이 되도록 배치되어 추가로 배치되는 상기 전지셀지지부재에 의해 지지되고, 상기 전지셀지지부재에 접하여 배치되는 상기 버스바부재를 매개로 전기적으로 접속되게 구성된 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈.
  12. 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체에 있어서,
    횡방향을 따라 서로 접하여 복수로 배치되는 제1항의 비용접식 배터리모듈; 및
    인접하는 상기 비용접식 배터리모듈 사이에 결속되는 모듈결속부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 모듈결속부재는 상기 버스바부재와 전기적으로 접속되도록, 도전성부재로 구성되거나, 베이스층에 도전층이 형성된 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체.
  14. 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체에 있어서,
    횡방향을 따라 서로 접하여 복수로 배치되는 제1항의 비용접식 배터리모듈; 및
    인접하는 상기 비용접식 배터리모듈 사이에 결속되는 모듈결속부재를 포함하고,
    상기 모듈결속부재는 절연소재로 형성되어 상기 상베이스플레이트와 상기 버스바부재 사이와, 상기 하베이스플레이트와 상기 버스바부재 사이에 삽입되고 결속홀이 형성된 모듈결속판과, 상기 모듈결속판의 표면에 안착되어 상기 버스바부재와 전기적으로 접속되고 단자홀이 천공된 모듈도전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 비용접식 배터리모듈을 이용한 배터리모듈 조립체.
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