KR102454069B1 - 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 셀어셈블리를 저장토록 사출에 의해 제작되는 하우징어셈블리와 상기 셀어셈블리의 양측에 구비되는 한조의 버스바어셈블리 및 상기 버스바어셈블리 외측에 위치하는 한조의 센싱피시비어셈블리, 상기 센싱피시비어셈블리의 외측에 위치하는 한조의 커버, 상기 하우징어셈블리의 상측에 위치하여 셀어셈블리를 커버링하는 상부커버의 조립구조로 이루어지며, 상기 하우징어셈블리의 양측에 알루미늄재의 보강플레이트가 구비되고, 상기 보강플레이트는 피스가 결합되는 롱볼트로서 직접연결되는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈{BATTERY MODULE HAVING REINFORCING STRUCTURE FOR SWELLING OF BATTERY CELL}
본 발명은 복수의 셀어셈블리를 저장토록 사출에 의해 제작되는 하우징어셈블리와 상기 셀어셈블리의 양측에 구비되는 한조의 버스바어셈블리 및 상기 버스바어셈블리 외측에 위치하는 한조의 센싱피시비어셈블리, 상기 센싱피시비어셈블리의 외측에 위치하는 한조의 커버, 상기 하우징어셈블리의 상측에 위치하여 셀어셈블리를 상부를 커버링하는 상부커버의 조립구조로 이루어지며, 상기 하우징어셈블리의 양측에 알루미늄재의 보강플레이트가 구비되고, 상기 보강플레이트는 피스가 결합되는 롱볼트로서 직접연결되는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 전력 저장 장치(ESS, Energy Storage System) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
그리고, 현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있으며, 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 25V ~ 46V이다.
따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성하기도 하고, 배터리 모듈에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 모듈을 구성하기도 한다.
그리고, 다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성할 경우, 다수의 이차전지 셀들의 집합체인 셀 어셈블리와 셀 어셈블리를 고정시키고, 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하는 엔드 플레이트 그리고 이차전지셀들의 전기적 연결을 위한 센싱 하우징을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
여기서, 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성하는 이차전지 셀들은 일반적으로 용이하게 상호 적층할 수 있는 이점을 갖는 파우치형이차 전지로 구비될 수 있다.
또한, 최근 많이 사용되는 리튬-폴리머 파우치형 이차전지의 경우, 반복적인 충전 및 방전의 부반응으로 내부 전해질이 분해되어 가스가 발생할 수 있으며, 발생한 가스에 의해 이차전지 셀의 외형이 변형되는 현상을 '스웰링현상'이라고 한다.
한편, 이차전지 셀에 스웰링 현상이 발생할 경우, 부피 팽창에 따른 압력으로 인해 배터리 모듈의 외형이 변할 수 있고, 이러한 외형의 변화는 배터리 모듈 자체의 안전성 및 인접한 다른 장치의 안정성에 영향을 미칠 수 있으므로, 스웰링 현상이 일어나지 않도록 방지해야 한다.
이와 같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제2159347호에 배터리모듈의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 탑 및 바틈 플레이트(300,400)와 한 쌍의 사이드 플레이트(500)는 소정의 면적을 가진 금속재의 플레이트 형태로 구성될 수 있으며, 셀 어셈블리(100)의 상/하부 그리고 양쪽 측면부에 위치되어 셀 어셈블리(100)의 상부, 하부, 좌측면부, 우측면부를 각각 커버할 수 있다.
그리고, 상기 사이드 플레이트(500)의 상단과 하단에는 외측으로 돌출 형성된 압입 돌기(521,531)들이 구비되고, 탑 및 바틈 플레이트(300,400)의 수직부(320,420)에는 상기 압입 돌기(521,531)와 억지 끼움 결합되는 압입 홀(321,421)들이 구비된다.
그러나, 상기와 같은 배터리모듈은, 탑 및 바틈 플레이트와 사이드 플레이트 전체가 금속재질로 이루어져 중량이 증가되고, 압입 돌기(521,531)와 억지 끼움 결합되는 압입 홀(321,421)로만 조립되어 견고한 결합이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 경량화는 물론 원하는 강도의 구현이 가능토록 하며, 간단한 구성으로 제작 및 조립이 용이하여 원가절감이 가능토록 하고, 정상적인 범위내에서 스웰링 압박이 가능토록 하며, 정상 범위를 벗어난 스웰링시에도 배터리셀을 용이하게 지지할 수 있도록 하는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 복수의 셀어셈블리를 저장토록 사출에 의해 제작되는 하우징어셈블리와 상기 셀어셈블리의 양측에 구비되는 한조의 버스바어셈블리 및 상기 버스바어셈블리 외측에 위치하는 한조의 센싱피시비어셈블리, 상기 센싱피시비어셈블리 외측에 위치하는 한조의 커버, 상기 하우징어셈블리의 상측에 위치하여 셀어셈블리를 커버링하는 상부커버의 조립구조로 이루어지며, 상기 하우징어셈블리의 양측에 금속재의 보강플레이트가 구비되고, 양측의 보강플레이트는 피스가 결합되는 금속재의 롱볼트로서 직접연결되는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈을 제공한다.
그리고, 본 발명의 롱볼트는 상부커버 및 하우징어셈블리에 일체로 구비되는 장착홀에 고정수단을 통하여 회전이 방지토록 장착되는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 고정수단은, 장착홀이 다각형으로 형성되면서 이에 대응되는 롱볼트가 다각형으로 형성되는 구성, 다각형의 롱볼트 이탈이 방지토록 장착홀에 형성되는 걸림턱의 구성중에서 선택되는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈을 제공한다.
더하여, 본 발명의 보강플레이트는, 피스가 결합되는 볼트공에 크랙을 방지하는 보강돌턱이 고리형상으로 일체로 형성되는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈을 제공한다.
계속하여, 본 발명의 보강플레이트는, 보강돌턱의 외경측에 서로 다른 직경으로 그 단면이 물결모양의 요철을 갖는 신축부가 구비되는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈을 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 경량화는 물론 원하는 강도의 구현이 가능하며, 간단한 구성으로 제작 및 조립이 용이하여 원가절감이 가능하고, 정상적인 범위내에서 스웰링 압박이 가능하며, 정상 범위를 벗어난 스웰링시에도 배터리셀을 용이하게 지지하는 효과가 있는 것이다.
도1은 종래의 배터리 모듈을 도시한 외관도이다.
도2 및 도3은 각각 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립상태 및 분해 상태도이다.
도4 및 도5는 각각 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립상태를 도시한 요부 단면도 및 측면도이다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합상태 단면도이다.
도7 및 도8은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 요부 결합상태도 및 조립상태 측면도이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도2 및 도3은 각각 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립상태 및 분해 상태도이고, 도4 및 도5는 각각 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립상태를 도시한 요부 단면도 및 측면도이며, 도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 결합상태 단면도이고, 도7 및 도8은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 요부 결합상태도 및 조립상태 측면도이다.
본 발명의 배터리 모듈(100)은, 하우징어셈블리(110)와 버스바어셈블리(130) 및 센싱피시비어셈블리(150), 커버(170), 상부커버(190)의 조립구조로 이루어진다.
이때, 상기 하우징어셈블리(110)와 버스바어셈블리(130) 및 커버(170)와 상부커버(190)는 사출물로서 이루어진다.
그리고, 상기 하우징어셈블리(110)는, 복수의 셀어셈블리(200)를 저장토록 구획되면서 저부 및 연장되는 측면을 갖는 ㄷ자 형상으로 형성된다.
이때, 상기 셀어셈블리(200)는, 스웰링에 의한 간격유지가 가능토록 면압패드(미도시)가 개재되면서 리드(210)가 돌출된다.
또한, 상기 버스바어셈블리(130)는, 셀어셈블리(200)에 구비되는 리드를 전기적으로 구분토록 셀어셈블리(200)의 양측에 각각 설치된다.
그리고, 상기 센싱피시비어셈블리(150)는, 버스바어셈블리(130)의 외측에 각각 설치되어 셀어셈블리(200)의 이상을 감지하거나 리드(210)가 직렬 또는 병렬 연결되어 셀어셈블리의 충방전이 가능토록 설치된다.
계속하여, 상기 커버(170)는, 센싱피시비어셈블리(150)의 외측에 위치하여 내부 부분을 보호토록 설치된다.
또한, 상기 상부커버(190)는, 상기 하우징어셈블리(110)의 상측에 위치하여 셀어셈블리를 커버링하도록 설치된다.
더하여, 상기 하우징어셈블리(110)의 양측에 알루미늄재의 보강플레이트(300)가 구비된다.
이때, 상기 보강플레이트(300)는, 피스(410)가 내경측에 나사결합되는 롱볼트(400)로서 직접연결된다.
그리고, 상기 롱볼트(400)는, 상부커버(190) 또는 하우징어셈블리(110)에 구비되는 장착홀(193)에 고정수단(120)을 통하여 회전이 방지토록 장착된다.
이때, 상기 고정수단(120)은, 장착홀(193)이 다각형으로 형성되면서 이에 대응되는 롱볼트가 다각형으로 형성되는 구성으로 이루어져도 좋다.
더하여, 상기 고정수단(120)은, 장착홀(193)에 형성되는 걸림턱(121)으로 이루어진다.
또한, 상기 보강플레이트(300)는, 피스가 결합되는 볼트공(310)에 클랙을 방지하는 보강돌턱(330)이 고리형상으로 일체로 형성된다.
이때, 상기 피스(410)의 일측에 돌턱(414)이 상기 돌턱에 대응토록 볼트공의 외경측 둘레를 따라 복수의 스토퍼(417)이 돌출형성된다.
계속하여, 상기 보강플레이트(300)는, 보강돌턱(330)의 외경측에 서로 다른 직경으로 그 단면이 물결모양의 요철을 갖는 신축부(370)가 구비되어도 좋다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.
도2 내지 도8에서 도시한 바와같이 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 하우징어셈블리(110)는 3면이 연결되는 ㄷ자의 단면을 이루는 형상으로 그 내측에 양단으로 리드(210)을 갖는 복수의 셀어셈블리(200)가 장착될 때 상기 리드(210)에 접촉토록 하는 버스바어셈블리(130)가 상기 버스바어셈블리의 외측에 위치하여 리드를 직렬 또는 병렬연결하는 센싱피시비어셈블리(150)가 조립된다.
그리고, 상기 센싱피시비어셈블리(150)의 외측에 커버(170)가 위치하여 하우징어셈블리(110)에 조립될 때 그 내측에 위치한 셀어셈블리와 버스바어셈블리 및 센싱피시비어셈블리를 보호토록 한다.
또한, 상기 하우징어셈블리(110)에 셀어셈블리와 버스바어셈블리 및 센싱피시비어셈블리가 장착된 상태에서 그 상부에 상부커버(190)가 조립되어 셀어셈블리 전체를 보호토록 한다.
이때, 상기 하우징어셍블리(110)와 버스바어셈블리(130) 및 커버(170)와 상부커버(190)는 사출물로서 이루어져 중량을 최소화 하도록 한다.
그리고, 상기 하우징어셈블리(110)의 내측에 장착되는 복수의 셀어셈블리(200) 사이에는 면압패드(미도시)가 개재되어 스웰링시 스웰링에 의한 간격유지가 가능토록 된다.
또한, 본 발명은 하우징어셈블리(110)와 버스바어셈블리(130) 및 커버(170)가 플라스틱의 사출물로 이루어져 강도의 구현이 힘들게 되는 문제점을 해소토록 셀어셈블리의 스웰링시 압력이 작용하는 하우징어셈블리(110)의 양측을 알루미늄재로 이루어진 보강플레이트(300)에 지지하여 파손을 방지하게 된다.
이때, 상기 하우징어셈블리(110)의 양측에 위치하는 보강플레이트(300)는, 피스(410)가 내경측에 나사결합되는 금속재의 롱볼트(400)로서 직접연결되어 하중의 작용시에도 견고한 지지가 가능토록 된다.
그리고, 상기 롱볼트(400)는, 상부커버(190) 또는 하우징어셈블리(110)에 구비되는 장착홀(193)에 고정수단(120)을 통하여 회전이 방지토록 장착되어 피스(410)에 의한 결합시 회전이 방지되어 신속한 결합이 가능하게 된다.
즉, 상기 고정수단(120)은, 장착홀(193)이 다각형으로 형성되면서 이에 대응되는 롱볼트가 다각형으로 형성되어 결합이 용이하게 된다.
더하여, 상기 고정수단(120)은, 장착홀(193)에 형성되는 걸림턱(121)으로 이루어져 롱볼트를 장착홀에 가압할 때 이탈이 방지토록 된다.
또한, 상기 보강플레이트(300)는, 피스가 결합되는 볼트공(310)에 크랙을 방지하는 보강돌턱(330)이 고리형상으로 일체로 형성되어 스웰링시 보강플레이트에 압력이 작용하여도 볼트공이 파단되는 문제점을 해소토록 한다.
이때, 상기 피스(410)의 일측에 돌턱(414)이 상기 돌턱에 대응토록 볼트공의 외경측 둘레를 따라 복수의 스토퍼(417)이 돌출형성되어 피스를 일방향으로 회전시킨 후 반대방향의 회전이 방지토록되어 스웰링시 움직임에 의한 피스의 풀림을 방지하게 된다.
계속하여, 상기 보강플레이트(300)는, 보강돌턱(330)의 외경측에 서로 다른 직경으로 그 단면이 물결모양의 요철을 갖는 신축부(370)가 구비되어 스웰링시 신축되면서 복원이 가능토록 되어 배터리 모듈의 형상유지가 가능하게 된다.
100...배터리 모듈 110...하우징어셈블리
130...버스바어셈블리 150...센싱피시비어셈블리
170...커버 190...상부커버
200...셀어셈블리 210...리드
300...보강플레이트 370...신축부
400...롱볼트

Claims (5)

  1. 복수의 셀어셈블리를 저장토록 사출에 의해 제작되는 ㄷ자 형의 하우징어셈블리와 상기 셀어셈블리의 양측에 각각 구비되는 한 조의 버스바어셈블리 및 상기 버스바어셈블리 외측에 각각 위치하는 한 조의 센싱피시비어셈블리, 상기 센싱피시비어셈블리의 외측에 각각 위치하는 한 조의 커버, 상기 하우징어셈블리의 상측에 위치하여 셀어셈블리의 상부를 커버링하는 상부커버의 조립구조로 이루어지며,
    상기 하우징어셈블리의 양측 외측에 금속재의 보강플레이트가 각각 구비되고,
    양측의 보강플레이트는 상부커버 및 하우징어셈블리의 일측에 지지되면서 피스가 결합되는 금속재의 롱볼트 양단에 직접 연결되며,
    상기 보강플레이트는, 피스가 결합되는 볼트공에 크랙을 방지하는 보강돌턱이 고리형상으로 일체로 돌출 형성되는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 롱볼트는, 상부커버 및 하우징어셈블리에 일체로 구비되는 장착홀에 고정수단을 통하여 회전이 방지토록 장착되는 것을 특징으로 하는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고정수단은, 장착홀이 다각형으로 형성되면서 이에 대응되는 롱볼트가 다각형으로 형성되는 구성,
    다각형의 롱볼트 이탈이 방지토록 장착홀에 형성되는 걸림턱의 구성중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 보강플레이트는, 보강돌턱의 외경측에 서로 다른 직경으로 그 단면이 물결모양의 요철을 갖는 신축부가 구비되는 것을 특징으로 하는 스웰링 대응구조를 갖는 배터리 모듈.
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