KR102477215B1 - 배터리 팩 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 팩 모듈에 관한 것으로, 양단에 상호 대향한 전기적 단자가 각각 마련된 막대상의 다수의 배터리셀과, 배터리셀들을 길이방향으로 관통수용하여 셀어레이를 형성하는 다수의 셀삽입공과 셀삽입공들 사이에 마련된 복수의 연결공을 갖는 지지플레이트와, 배터리셀들의 양측 단부에 각각 배치되며, 단자들에 전기적으로 접촉하는 다수의 셀단자접점과 셀단자접점들을 상호 연결하는 도전라인을 갖는 한 쌍의 PCB와, PCB들의 외측에 각각 접촉하는 한 쌍의 단부플레이트 및, 연결공을 통해 한 쌍의 단부플레이트를 연결하는 복수의 연결바아를 포함한다.

Description

배터리 팩 모듈{Battery pack module}

본 발명은 배터리 팩 모듈에 관한 것이다.

배터리 모듈은 필요한 전압과 용량을 달성하기 위해 다수의 배터리셀들의 양극 단자와 음극 단자가 병렬 또는 직렬로 연결되도록 부스바(Bus Bar)를 스폿용접으로 연결한다.

이와 같이 다수의 배터리셀을 스폿용접을 통해 결합시키는 경우 진동으로 인한 접점불량 또는 용접불량 등이 다수 발생하는 문제점이 있다.

또한, 스폿용접된 배터리셀의 경우 불량발생시 접점 불량 부위를 찾아내기도 어렵고, 부스바가 각 단자에 영구적으로 결합되기 때문에 배터리셀들 중 어느 하나에 결합이 발생되었을 때 부분적인 교체가 어려워 배터리 모듈 전체를 교환해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 간단하게 조립 및 분해가 가능하고, 결함이 발생된 배터리셀만 부분적으로 교체할 수 있도록 하여 비용을 절감시킬 수 있는 배터리 팩 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 양단에 상호 대향한 전기적 단자가 각각 마련된 막대상의 다수의 배터리셀과, 상기 배터리셀들을 길이방향으로 관통수용하여 셀어레이를 형성하는 다수의 셀삽입공과 상기 셀삽입공들 사이에 마련된 복수의 연결공을 갖는 지지플레이트와, 상기 배터리셀들의 양측 단부에 각각 배치되며, 상기 단자들에 전기적으로 접촉하는 다수의 셀단자접점과 상기 셀단자접점들을 상호 연결하는 도전라인을 갖는 한 쌍의 PCB와, 상기 PCB들의 외측에 각각 접촉하는 한 쌍의 단부플레이트 및, 상기 연결공을 통해 상기 한 쌍의 단부플레이트를 연결하는 복수의 연결바아를 포함한다.

여기서, 상기 한 쌍의 PCB는 다수의 배터리셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 셀단자접점으로부터의 전류를 집결하는 적어도 하나의 집결접점을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 단부플레이트 중 어느 하나는 집결접점으로 집결된 전류를 외부로 전달하는 적어도 하나의 외부접점을 갖는 것이 바람직하다.

상기 연결바아 중 적어도 일부는 일단이 상기 한 쌍의 PCB 중 어느 하나에 구비된 집결접점과 전기적으로 접촉되고, 타단이 상기 외부접점에 결합되는 도전체로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 셀단자접점들에는 배터리셀들의 단자가 셀단자접점에 안정적으로 접촉될 수 있게, 외측 곡면으로부터 중앙영역이 함몰된 함몰부를 가지는 단자가압플레이트가 마련되는 것이 바람직하다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 배터리 팩 모듈은 간단하게 조립 및 분해가 가능하고, 결함이 발생된 배터리셀만 부분적으로 교체할 수 있도록 하여 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PCB를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 IV-IV 선의 단면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 모듈을 구체적으로 설명한다.

도 1과 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 배터리 팩 모듈(100)은 다수의 배터리셀(110), 지지플레이트(120), 한 쌍의 PCB(130), 한 쌍의 단부플레이트(140), 복수의 연결바아(150)로 구성된다.

다수의 배터리셀(110)은 막대형상을 가지며, 양단에 상호 대향한 전기적 단자(112)가 각각 마련된다. 배터리셀(110)들은 니켈-카드듐 배터리, 니켈-수소 배터리 또는 리튬이온 배터리 중 하나가 사용될 수 있다. 바람직하게는 대용량의 전압의 충전이 가능하고, 충전 후 전원공급이 장시간 지속가능하며, 관리가 용이한 리튬이온 배터리가 사용된다.

지지플레이트(120)는 배터리셀(110)들을 길이방향으로 관통수용하여 셀어레이를 형성한다. 지지플레이트(120)는 다수의 셀삽입공(122)과 셀삽입공(122)들 사이에 마련된 복수의 연결공(124)을 가진다.

이러한 지지플레이트(120)는 배터리셀(110)들이 일정한 간격을 두고 안정적으로 지지되게 하여 배터리셀(110)들 상호간에 접촉 또는 근접에 따른 쇼트의 발생을 방지한다.

한 쌍의 PCB(130)는 배터리셀(110)들의 양측 단부에 각각 배치되며, 배터리셀(110)들의 단자(112)들에 전기적으로 접촉하는 다수의 셀단자접점(132)과 셀단자접점(132)들을 상호 연결하는 도전라인(134)을 가진다. 또한, 한 쌍의 PCB(130)의 다수의 셀단자접점(132)들을 도전라인(134)을 통해 연결하는 방식에 따라 직렬 또는 병렬 구조를 갖는다.

한 쌍의 PCB(130)는 셀단자접점(132)으로부터의 전류를 집결하는 적어도 하나의 집결접점(136)을 가진다.

셀단자접점(132)들에는 도 4를 참조하면, 외측 곡면으로부터 중앙영역이 함몰된 함몰부(138a)를 가지는 반구형상의 단자가압플레이트(138)가 마련된다. 단자가압플레이트(138)는 PCB(130)에 일체로 마련되거나, PCB(130)와 별도로 분리가능하게 마련될 수 있다.

단자가압플레이트(138)는 한 쌍의 단부플레이트(140)가 체결요소(144)와 복수의 연결바아(150)에 의해 상호 연결될 때 발생되는 체결력에 의해 함몰부(138a)를 기준으로 외측곡면이 탄성변형되면서 셀단자접점(132)들과 배터리쉘(110)들의 단자(112) 간에 접촉력을 향상시켜 외력에 의한 접촉불량이 발생되지 않게 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PCB를 도시하는 사시도이다.

도 3을 참조하면, 실시예에 따른 PCB(130)는 16개의 셀단자접점(132)과 4개의 집결접점(136)을 가지며, 각 집결접점(136)에는 4개의 셀단자접점(132)이 도전라인(134)에 의해 병렬구조로 연결되어 있다. 사용되는 각 배터리쉘(110)의 전압은 4V이며, 전류는 5Ah이다.

상술한 PCB(130)와 배터리셀(110)을 이용해 배터리 팩 모듈을 구성하면, 각 집결접점(136)에서의 전압은 4V이며, 전류는 20Ah이므로, 4V의 전압과 80Ah의 전류를 갖는 배터리 팩 모듈(100)이 만들어진다.

예를 들어, 4V의 전압과 80Ah의 전류를 갖는 3개의 배터리 팩 모듈(100)을 직렬로 연결하면 12V의 전압과 80Ah의 전류를 갖는 배터리 팩 모듈이 만들 수 있으며, 3개의 배터리 팩 모듈(100)을 병렬로 연결하면 4V의 전압과 240Ah의 전류를 갖는 배터리 팩 모듈이 만들 수 있다.

이와 같이 본 발명은 사용자의 요구에 따라 다양한 전압과 전류를 갖는 배터리 팩 모듈을 제공할 수 있다.

그리고, 배터리셀(110)의 전압, 온도, 충전상태(State Of Charge, SOC), 배터리 건강 상태(State Of Health, SOH), 전류의 입출력 상태 등을 근거로 충/방전 및 비정상 상태를 제어하는 배터리관리시스템(battery management system, BMS)을 더 포함할 수 있다.

한 쌍의 단부플레이트(140)는 PCB(130)들의 외측에 각각 접촉하여 PCB(130)들을 지지한다. 단부플레이트(140)의 일면에는 PCB(130)들이 안착 수용되는 수용부(142)가 형성된다.

또한, 한 쌍의 단부플레이트(140)는 연결바아(150)와 체결되는 다수의 체결요소(144)를 구비하며, 다수의 체결요소 중 적어도 하나는 전원이 필요한 전기장치와 전기적으로 연결되어 배터리셀에 충전되어 있는 전원을 전달하는 외부접점으로 사용된다.

그리고, 한 쌍의 단부플레이트(140)는 지지플레이트(120)의 셀삽입공(122)들에 관통수용되어 셀어레이를 형성한 다수의 배터리셀(110)들을 보호하는 다수의 커버(146)를 더 포함한다. 다수의 커버(146)는 양단이 각각 한 쌍의 단부플레이트(140)의 테두리면 가장자리에 연결된다.

복수의 연결바아(150)는 양단이 체결요소와 체결되어 한 쌍의 단부플레이트(140)를 연결할 수 있도록 연결공(124)에 관통삽입된다.

여기서, 복수의 연결바아(150) 중 적어도 일부는 일단이 한 쌍의 PCB(130) 중 어느 하나에 구비된의 집결접점(136)과 전기적으로 접촉되고, 타단이 한 쌍의 단부플레이트(140) 중 어느 하나에 마련된 적어도 하나의 외부접점과 결합되는 도전체로 이루어진다.

이에 의해, 각 배터리셀(110)에 상호 대향되게 마련된 전기적 단자를 한 쌍의 단부플레이트(140) 중 어느 하나의 일면에 위치시킬 수 있어 전기자동차 등에 용이하게 적용이 가능하다.

이상 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였지만, 당해 기술분야에 숙련된 사람은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110; 배터리셀
120; 지지플레이트
122; 셀삽입공
124; 연결공
130; 한 쌍의 PCB
132; 셀단자접점
134; 도전라인
136; 집결접점
138; 단자가압플레이트
138a; 함몰부
140; 한 쌍의 단부플레이트
142; 수용부
144; 체결요소
146; 커버
150; 복수의 연결바아

Claims (5)

1. 양단에 상호 대향한 전기적 단자가 각각 마련된 막대상의 다수의 배터리셀;
   상기 배터리셀들을 길이방향으로 관통수용하여 셀어레이를 형성하는 다수의 셀삽입공과 상기 셀삽입공들 사이에 마련된 복수의 연결공을 갖는 지지플레이트;
   상기 배터리셀들의 양측 단부에 배치되며, 상기 단자들에 전기적으로 접촉하는 다수의 셀단자접점과 상기 셀단자접점들을 상호 연결하는 도전라인을 갖는 한 쌍의 PCB;
   상기 PCB들의 외측에 각각 접촉하는 한 쌍의 단부플레이트; 및
   상기 연결공을 통해 상기 한 쌍의 단부플레이트를 연결하는 복수의 연결바아;를 포함하며,
   상기 한 쌍의 단부플레이트 중 어느 하나는 적어도 하나의 외부접점을 더 포함하고,
   상기 연결바아 중 적어도 일부는 일단이 상기 한 쌍의 PCB 중 어느 하나에 구비된 집결접점과 전기적으로 접촉되고, 타단이 상기 외부접점에 결합되는 도전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 한 쌍의 PCB는 상기 셀단자접점으로부터의 전류를 집결하는 적어도 하나의 집결접점을 더 포함하는 배터리 팩 모듈.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 셀단자접점들에는 외측 곡면으로부터 중앙영역이 함몰된 함몰부를 가지는 단자가압플레이트가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 모듈.

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