KR102258815B1 - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리, 배터리 셀 어셈블리의 적어도 하나의 배터리 셀의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 센싱 어셈블리 및 센싱 어셈블리와 전기적으로 연결되고, 배터리 셀 어셈블리의 일측면에 장착되고, 배터리 셀 어셈블리의 일측면과의 면접촉을 방지하기 위한 적어도 하나의 면접촉 방지 돌기를 구비하는 릴레이 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차{BATTERY MODULE, BATTERY PACK AND VEHICLE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀들은 일반적으로 용이하게 상호 적층할 수 있는 이점을 갖는 파우치형 이차 전지로 구비된다.
종래 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 셀 어셈블리 및 배터리 셀 어셈블리의 일측면에 장착되며 전류의 공급 또는 차단하기 위한 릴레이 스위치를 구비하는 릴레이 어셈블리를 포함하여 구성된다. 여기서, 릴레이 스위치는 배터리 셀 어셈블리의 일측면에 면착되는 릴레이 하우징에 장착된다.
그러나, 종래 배터리 모듈에서는, 릴레이 스위치의 발열 시, 이러한 발열이 릴레이 하우징으로부터 배터리 셀 어셈블리의 일측면을 따라 배터리 셀들로 전달된다. 이에 따라, 종래 배터리 모듈에서는 전도된 열에 의해 배터리 셀들의 성능 저하가 발생되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 릴레이 어셈블리의 발열에 따른 배터리 셀 어셈블리 측으로의 열전도를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리; 상기 배터리 셀 어셈블리의 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 센싱 어셈블리; 및 상기 센싱 어셈블리와 전기적으로 연결되고, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면에 장착되고, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면과의 면접촉을 방지하기 위한 적어도 하나의 면접촉 방지 돌기를 구비하는 릴레이 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 릴레이 어셈블리는, 상기 센싱 어셈블리와 연결되는 연결 버스바; 상기 연결 버스바와 연결되며, 외부 전원 등과 연결되어 전류를 공급하거나 또는 차단하기 위한 릴레이 스위치; 및 상기 릴레이 스위치 및 상기 연결 버스바가 일면에 안착되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면에 장착되는 릴레이 하우징;을 포함하며, 상기 적어도 하나의 면접촉 방지 돌기는, 상기 릴레이 하우징의 타면으로부터 돌출되어 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면과 접촉될 수 있다.
상기 면접촉 방지 돌기는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들은, 상기 릴레이 하우징의 타면에서 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들은, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면과 상기 릴레이 하우징의 타면 사이에 소정 공간을 형성할 수 있다.
상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들은, 상기 릴레이 하우징의 타면 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리는, 복수 개의 배터리 셀들; 및 상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 복수 개의 셀 카트리지들;을 포함하며, 상기 적어도 하나의 면접촉 방지 돌기는, 상기 복수 개의 셀 카트리지들의 일측면과 접촉될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 릴레이 어셈블리의 발열에 따른 배터리 셀 어셈블리 측으로의 열전도를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 릴레이 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 릴레이 어셈블리의 릴레이 하우징의 후방 사시도이다.
도 5는 도 4의 릴레이 하우징의 배면도이다.
도 6 및 도 7은 도 2의 릴레이 어셈블리 발열에 따른 배터리 셀 어셈블리 측으로 열전도 방지를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 배터리 모듈의 릴레이 어셈블리의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 릴레이 어셈블리의 릴레이 하우징의 후방 사시도이며, 도 5는 도 4의 릴레이 하우징의 배면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀 어셈블리(100), 센싱 어셈블리(200) 및 릴레이 어셈블리(300)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 어셈블리(100)는, 배터리 셀(110) 및 셀 카트리지(130)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 마련될 수 있다. 이러한 상기 배터리 셀(110)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은, 각각, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 내의 전극 조립체와 연결되며 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되는 한 쌍의 전극 리드들(115)를 포함할 수 있다.
상기 셀 카트리지(130)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)을 안정적으로 지지하기 위한 것으로서, 하나 또는 그 이상의 배터리 셀들(110)을 홀딩시킬 수 있다.
이러한 상기 셀 카트리지(130)는 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 셀 카트리지들(130)은 상기 배터리 모듈(10)의 전후 방향을 따라 상호 적층될 수 있다.
상기 센싱 어셈블리(200)는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 전압을 센싱하기 위한 것으로서, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(110)의 상기 전극 리드들(115)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 상기 센싱 어셈블리(200)는 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 전극 리드들(115)의 돌출 방향인 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상측을 커버할 수 있다.
상기 릴레이 어셈블리(300)는 전류를 공급하거나 또는 차단하기 위한 것으로서, 상기 센싱 어셈블리(200)의 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 일측면에 장착될 수 있다.
이러한 상기 릴레이 어셈블리(300)는, 연결 버스바(310), 릴레이 스위치(330), 릴레이 하우징(350) 및 면접촉 방지 돌기(370)를 포함할 수 있다.
상기 연결 버스바(310)는 상기 센싱 어셈블리(200)와 연결을 위한 것으로서, 상기 센싱 어셈블리(200)의 터미널과 연결될 수 있다.
상기 릴레이 스위치(330)는 외부 전원 등과 연결되어 전류를 공급하거나 또는 차단하기 위한 것으로서, 상기 연결 버스바(310)와 연결될 수 있다.
상기 릴레이 하우징(350)은 배터리 셀 어셈블리(100)의 일측면에 장착될 수 있다. 이러한 상기 릴레이 하우징(350)의 일면에는 상기 연결 버스바(310) 및 상기 릴레이 스위치(330)가 안착될 수 있다.
상기 면접촉 방지 돌기(370)는 상기 릴레이 어셈블리(300)의 상기 릴레이 하우징(350)의 타면과 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 복수 개의 셀 카트리지들(130)의 일측면과의 면접촉을 방지하기 위한 것으로서, 상기 릴레이 하우징(350)의 타면으로부터 돌출되어 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 복수 개의 셀 카트리지들(130)의 일측면과 접촉될 수 있다.
이러한 상기 면접촉 방지 돌기(370)는 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들(370)은 상기 릴레이 하우징(350)의 타면에서 소정 거리 이격 배치될 수 있으며, 상기 릴레이 하우징(350)의 타면 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들(370)은 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 복수 개의 셀 카트리지들(130)의 일측면과 상기 릴레이 하우징(350)의 타면 사이에 소정 공간을 형성할 수 있다.
이하, 이러한 상기 배터리 모듈(10)의 상기 릴레이 어셈블리(300)의 발열 시 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 측으로 열전도 방지 매커니즘에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 6 및 도 7은 도 2의 릴레이 어셈블리 발열에 따른 배터리 셀 어셈블리 측으로 열전도 방지를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)에서, 상기 릴레이 어셈블리(300)의 상기 릴레이 스위치(330, 도 3 참조)의 코일부는 발열이 발생될 수 있다.
이러한 상기 릴레이 스위치(330)의 발열에 따른 열은 상기 릴레이 하우징(350)으로 전달될 수 있으며, 이어서, 상기 릴레이 하우징(350)으로부터 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 일측면으로 전달될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 릴레이 스위치(330)과 안착되는 상기 릴레이 하우징(350)의 일면의 반대편인 상기 릴레이 하우징(350)의 타면에 상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들(370)이 돌출되어 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 일측면인 상기 복수 개의 셀 카트리지들(130)의 일측면에 접촉될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들(370)은 상기 릴레이 하우징(350)의 타면과 상기 복수 개의 셀 카트리지들(130)의 일측면과의 면접촉을 방지하여, 상기 릴레이 스위치(330)에서 발생한 열이 상기 복수 개의 셀 카트리지들(130)의 일측면으로 전달되는 것을 최소화시킬 수 있다.
아울러, 상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들(370)을 통해, 상기 복수 개의 셀 카트지지들(130)의 일측면과 상기 릴레이 하우징(350)의 타면 사이에는 소정 공간이 형성되는데, 이러한 소정 공간 내의 공기를 통해서도 상기 릴레이 스위치(330)에서 발생한 열의 전도를 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 릴레이 어셈블리(300)의 상기 릴레이 스위치(330)의 발열 시, 상기 면접촉 방지 돌기들(370)을 통해 상기 릴레이 스위치(300)로부터 발생된 열이 상기 배터리 셀 어셈블리(100) 측으로 전달되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서는, 상기 릴레이 어셈블리(300)의 상기 릴레이 스위치(330)의 발열에 따른 상기 배터리 셀 어셈블리(100)의 상기 배터리 셀들(110) 측으로의 열전도가 최소화될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기 릴레이 어셈블리(300)의 상기 릴레이 스위치(330)가 발열로 야기될 수 있는 상기 배터리 셀들(110)의 성능 저하가 효과적으로 방지될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 배터리 팩(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10)을 패키징하는 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써, 자동차에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차에 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)과 상기 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 팩(1) 및 이러한 배터리 팩(1)을 구비하는 자동차 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 릴레이 어셈블리(300)의 발열에 따른 배터리 셀 어셈블리(100) 측으로의 열전도를 방지할 수 있는 배터리 모듈(10), 이를 포함하는 배터리 팩(1) 및 자동차를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
1: 배터리 팩
10: 배터리 모듈
50: 팩 케이스
100: 배터리 셀 어셈블리
110: 배터리 셀
115: 전극 리드
130: 셀 카트리지
200: 센싱 어셈블리
300: 릴레이 어셈블리
310: 연결 버스바
330: 릴레이 스위치
350: 릴레이 하우징
370: 면접촉 방지 돌기

Claims (8)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 어셈블리;
    상기 배터리 셀 어셈블리의 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 전극 리드들과 전기적으로 연결되는 센싱 어셈블리; 및
    상기 센싱 어셈블리와 전기적으로 연결되고, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면에 장착되고, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면과의 면접촉을 방지하기 위한 적어도 하나의 면접촉 방지 돌기를 구비하는 릴레이 어셈블리;를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 면접촉 방지 돌기는, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면에 장착되는 릴레이 하우징의 타면으로부터 상기 배터리 셀 어셈블리 측으로 돌출되어 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 릴레이 어셈블리는,
    상기 센싱 어셈블리와 연결되는 연결 버스바;
    상기 연결 버스바와 연결되며, 외부 전원 등과 연결되어 전류를 공급하거나 또는 차단하기 위한 릴레이 스위치; 및
    상기 릴레이 스위치 및 상기 연결 버스바가 일면에 안착되며, 상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면에 장착되는 릴레이 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 면접촉 방지 돌기는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들은,
    상기 릴레이 하우징의 타면에서 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들은,
    상기 배터리 셀 어셈블리의 일측면과 상기 릴레이 하우징의 타면 사이에 소정 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 면접촉 방지 돌기들은,
    상기 릴레이 하우징의 타면 중심을 기준으로 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 셀 어셈블리는,
    복수 개의 배터리 셀들; 및
    상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 복수 개의 셀 카트리지들;을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 면접촉 방지 돌기는,
    상기 복수 개의 셀 카트리지들의 일측면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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