KR102507878B1 - 홀더를 갖는 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지들 및 보호회로모듈을 안정적으로 지지할 수 있는 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전지 모듈은 복수 개의 이차 전지들, 상기 이차 전지들이 삽입되는 복수 개의 수납 공간을 갖는 홀더, 상기 홀더를 감싸며 제1 커버와 제2 커버를 포함하는 하우징, 및 상기 하우징 내에 삽입되며 상기 이차 전지들의 충전과 방전을 제어하는 보호회로모듈을 포함하며, 상기 이차 전지들은 상기 홀더에 의하여 적층되도록 배열되고, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버는 상기 홀더를 가압하되 상기 이차 전지들이 적층된 방향으로 마주하여 상기 홀더를 가압한다. 여기서, 하우징의 내부는 이차 전지들이 적층된 방향으로 연장된 보호 벽에 의해 홀더가 삽입되는 영역과 보호회로가 삽입되는 영역이 분할된다.

Description

홀더를 갖는 전지 모듈{BATTERY MODULE HAVING HOLDER}
본 발명은 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홀더를 갖는 전지 모듈에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
하나의 대용량 전지 모듈은 복수개의 이차 전지로 이루어지며, 이차 전지들은 버스 바를 매개로 직렬 또는 병렬로 연결된다. 이차 전지들은 엔드 플레이트에 의하여 고정되며 보호회로모듈과 함께 하우징 내에 삽입된다. 이차 전지들을 고정하는 구조가 복잡하면 전지 모듈의 조립 효율이 저하된다. 또한 보호회로모듈은 하우징 내에 안정적으로 고정되어야 하며 보호회로모듈에서 발생한 열은 신속하게 배출되어야 한다.
본 발명은 이차 전지들 및 보호회로모듈을 안정적으로 지지할 수 있는 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전지 모듈은 복수 개의 이차 전지들, 상기 이차 전지들이 삽입되는 복수 개의 수납 공간을 갖는 홀더, 상기 홀더를 감싸며 제1 커버와 제2 커버를 포함하는 하우징, 및 상기 하우징 내에 삽입되며 상기 이차 전지들의 충전과 방전을 제어하는 보호회로모듈을 포함하며, 상기 이차 전지들은 상기 홀더에 의하여 적층되도록 배열되고, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버는 상기 홀더를 가압하되 상기 이차 전지들이 적층된 방향으로 마주하여 상기 홀더를 가압한다.
하우징의 내부는 이차 전지들이 적층된 방향으로 연장된 보호 벽에 의해 홀더가 삽입되는 영역과 상기 보호회로가 삽입되는 영역이 분할될 수 있다.
여기서 상기 하우징 내부에는 상기 홀더가 삽입되는 전지 영역과 상기 보호회로모듈 및 컨버터가 삽입되는 회로 영역이 형성되고, 상기 전지 영역과 상기 회로 영역은 보호 벽에 의하여 분할될 수 있다.
또한, 상기 보호 벽의 상단은 상기 제2 커버의 상면에서 이격 배치될 수 있으며, 상기 홀더는 직육면체로 이루어지고, 상기 홀더에는 상기 이차 전지들이 삽입되는 수납 공간을 형성하는 복수개의 베리어들이 형성될 수 있다.
또한, 상기 홀더에는 상기 이차 전지들의 적층 방향으로 이어져 상기 베리어들에 고정된 2개의 지지 막대가 설치되고 상기 지지 막대에는 이차 전지들에 형성된 단자가 삽입되는 단자 홀이 형성될 수 있으며, 상기 이차 전지들에는 상기 단자에 전기적으로 연결되는 버스 바가 고정되고, 상기 지지 막대에는 상기 버스 바의 측면과 맞닿아 상기 버스 바를 지지하는 지지 돌기가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 커버와 상기 보호회로모듈 사이에는 탄성을 갖는 제1 완충 플레이트가 배치될 수 있으며, 상기 제1 커버에는 돌출되어 상기 제1 완충 플레이트와 맞닿는 제1 지지대가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 커버와 상기 컨버터 사이에는 탄성을 갖는 제2 완충 플레이트가 배치될 수 있으며, 상기 제2 커버에는 돌출되어 상기 제1 완충 플레이트와 맞닿는 제2 지지대가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 완충 플레이트와 상기 제2 완충 플레이트는 열 전도성 폴리머 또는 열 전도성 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 커버에는 제1 지지대가 돌출 형성되고, 상기 보호회로모듈과 상기 제1 지지대 사이에는 제1 열전도성 플레이트가 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 열전도성 플레이트와 상기 제1 지지대 사이에는 상부 써말 그리스층(thermal grease layer)이 형성될 수 있으며, 상기 제2 커버에는 돌출되어 상기 컨버터의 하면을 지지하는 제2 지지대가 돌출 형성되고, 상기 컨버터와 상기 제2 지지대 사이에는 제2 열전도성 플레이트가 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 열전도성 플레이트와 상기 제2 지지대 사이에는 하부 써말 그리스층(thermal grease layer)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 열전도성 플레이트와 상기 제2 열전도성 플레이트는 탄성을 갖는 폴리머의 표면에 금속박막이 도금된 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면 홀더와 하우징을 이용하여 이차 전지들 및 보호회로모듈을 안정적으로 지지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀더와 이차 전지들을 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀더를 도시한 절개 사시도이다.
도 5는 도 1에서 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 종단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 전지 모듈(101)은 복수 개의 이차 전지들(30), 홀더(20), 하우징(10), 보호회로모듈(42), 및 컨버터(41)를 포함한다.
이차 전지들(30)은 대략 각주 타입으로 이루어지며, 본 실시예에 따른 이차 전지(30)는 사각기둥으로 이루어진다. 이차 전지(30)는 충전과 방전을 수행하는 통상의 이차 전지이며, 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지로 이루어질 수 있다. 이차 전지(30)의 외측에는 양극 단자(31)와 음극 단자(32)가 돌출 형성된다.
하우징(10)은 홀더(20)를 감싸며 상부에 배치된 제1 커버(12)와 하부에 배치된 제2 커버(13)를 포함한다. 제1 커버(12)는 오목하게 함몰 형성되어 내부 공간을 갖는 수용부(121)와 수용부(121)의 하단에 외측으로 확장된 플랜지부(123)를 포함한다. 수용부(121)는 직사각형의 횡단면을 갖도록 형성되며, 이차 전지들(30)과 보호회로모듈(42) 및 컨버터(41)를 수납한다.
수용부(121)에는 설정된 압력에서 개방되는 벤트부재(15)가 설치되며, 벤트부재(15)에는 노치(15a)가 형성되어 있다. 제1 커버(12)의 플랜지부(123)는 제2 커버(13)와 맞닿은 상태에서 볼트(16)와 너트(17)에 의하여 고정된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀더와 이차 전지들을 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀더를 도시한 절개 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 홀더(20)에는 이차 전지들(30)이 삽입되는 복수 개의 수납 공간(23)이 형성되며 수납 공간들(23)은 베리어(21)에 의하여 분할된다. 이차 전지들(30) 사이에 베리어(21)가 배치되며 베리어들(21)은 이차 전지들(30)과 맞닿아 이차 전지들(30)을 지지한다.
수납 공간(23)은 양단이 개방된 구조로 이루어지며 직사각형의 횡단면을 갖는다. 수납 공간들(23)은 평행하게 배열된다. 홀더(20)는 직육면체로 이루어지는데, 이차 전지들(30)은 홀더(20)에 의하여 적층 배열된다. 홀더(20)는 직육면체로 이루어지는데, 이차 전지들(30)은 홀더(20)에 의하여 적층 배열된다.
홀더(20)의 일측 면에는 2개의 지지 막대(25)가 설치되는데, 지지 막대(25)는 이차 전지들(30)의 적층방향(도 3에서 z축 방향)으로 이어져 형성된다. 지지 막대(25)는 베리어(21)에 고정되며, 지지 막대(25)에는 양극 단자(31) 또는 음극 단자(32)가 삽입되는 단자 홀(251)이 형성된다.
양극 단자(31)와 음극 단자(32)는 단자 홀(251)에 삽입되며, 이웃하는 이차 전지들(30)과 버스 바(28)를 매개로 전기적으로 연결된다. 버스 바(28)는 일방향으로 길게 이어진 판상으로 이루어진다. 버스 바(28)는 이웃하는 이차 전지들(30)의 양극 단자(31)와 음극 단자(32)에 용접되어 이차 전지들(30)을 직렬로 연결할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 버스 바(28)는 이차 전지들(30)을 병렬로 연결할 수도 있다.
지지 막대(25)에는 버스 바(28)의 측면과 맞닿아 버스 바(28)를 지지하는 복수 개의 지지 돌기들(253)이 형성되어 있다. 지지 돌기들(253)은 버스 바(28)가 설치될 위치를 안내하며, 충격이나 진동으로부터 버스 바(28)를 보호한다. 버스 바(28)는 4각판 형태로 이루어지는데, 하나의 버스 바(28)에는 4개의 지지 돌기들(253)이 맞닿도록 형성되어 있다.
도 5는 도 1에서 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 2 및 도 5를 참조하여 설명하면, 제2 커버(13)에는 제1 커버(12)를 향하여 돌출된 지지 리브(131)가 형성되며 지지 리브(131)는 수용부(121)의 내면과 맞닿는다. 지지 리브(131)는 제2 커버(13)의 둘레 방향으로 이어져 형성되며 사각 고리 형상의 횡단면을 갖는다. 수용부(121)의 내면과 지지 리브(131) 사이에는 밀봉을 위한 실링부재(141)가 설치된다. 실링부재(141)는 사각 고리 형상으로 이어져 형성된다.
이에 따라 제1 커버(12)와 제2 커버(13) 사이로 이물질이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 하우징(10)에는 홀더(20)가 삽입되는 전지 영역(10a)과 보호회로모듈(42) 및 컨버터(41)가 삽입되는 회로 영역(10b)이 형성된다.
제1 커버(12)에는 전지 영역(10a)과 회로 영역(10b)을 분할하는 보호 벽(132)이 형성되어 있다. 보호 벽(132)은 수용부(121)의 상면을 향하여 돌출되며 제1 커버의 상면에서 간격을 두고 이격 배치되어 있다.
이와 같이 보호 벽(132)이 제1 커버(12)의 상면에서 이격 배치되면 제1 커버(12)와 제2 커버(13)는 보호 벽(132)의 간섭을 받지 않고 홀더(20)를 가압할 수 있다. 다만 보호 벽(132)이 탄성을 갖는 소재로 이루어지는 경우에는 보호 벽(132)의 상단이 수용부(121)의 상면과 맞닿도록 배치될 수 있다. 보호 벽(132)은 이물질이 전지 영역(10a)에서 회로 영역(10b)으로 이동하는 것을 차단하며, 하우징에 의하여 보호회로모듈(42)에 지나치게 큰 가압력이 작용하는 것을 방지한다.
홀더(20)의 하면은 제2 커버(13)와 맞닿고, 홀더(20)의 상면은 제1 커버(12)와 맞닿는다. 제1 커버(12)와 제2 커버(13)는 이차 전지들(30)의 적층 방향으로 마주하여 홀더(20)를 가압하도록 설치되며, 이에 따라 이차 전지들(30)은 홀더(20)와 하우징(10)에 의하여 가압되어 안정적으로 고정된다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 이차 전지들(30)이 홀더(20)와 하우징(10)에 의하여 고정되므로 엔드 플레이트 없이 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 회로 영역(10b)에는 컨버터(41)와 보호회로모듈(42)이 설치되는데, 컨버터(41)는 전압과 전류를 변화시킨다. 보호회로모듈(42)은 이차 전지들(30)의 충전과 방전을 제어하는 장치로서 기판(421)과 기판(421)에 실장된 복수 개의 회로소자(423)를 포함한다.
컨버터(41)는 제2 커버(13) 상에 배치되고, 보호회로모듈(42)은 컨버터(41) 상에 배치된다. 제1 커버(12)에는 제1 지지대(125)가 돌출되며, 제1 지지대(125)는 수용부(121)의 내측 상면에서 아래로 돌출되며 사각형상의 횡단면을 갖는다. 제1 지지대(125)의 아래에는 제1 완충 플레이트(45)가 설치된다. 제1 완충 플레이트(45)는 제1 지지대(125)와 보호회로모듈(42) 사이에 배치되며, 제1 커버(12)의 가압력에 의하여 회로소자(423)가 손상되는 것을 방지한다.
제2 커버(13)에는 제2 지지대(135)가 상부로 돌출되며 제2 지지대(135)는 사각형상의 횡단면을 갖는다. 제2 지지대(135) 상에는 탄성을 갖는 제2 완충 플레이트(43)가 배치되고, 제2 완충 플레이트(43) 상에 컨버터(41)가 배치된다. 제2 완충 플레이트(43)는 제2 커버(13)의 가압력으로 컨버터(41)가 손상되는 것을 방지한다.
제1 완충 플레이트(45)와 제2 완충 플레이트(43)는 열전도성 폴리머(TCP) 또는 열전도성 실리콘으로 이루어질 수 있다. 컨버터(41)와 보호회로모듈(42) 사이에는 컨버터(41)와 보호회로모듈(42)의 단락을 방지하고, 컨버터(41)에서 발생된 열이 보호회로모듈(42)로 전달되는 것을 방지하는 차단판(46)이 설치된다. 차단판(46)은 열을 차폐할 수 있는 소재로 이루어지며 단열 폴리머로 이루어질 수 있다. 단열 폴리머는 발포 수지로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 모듈을 도시한 종단면도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 전지 모듈(102)은 복수 개의 이차 전지들(30), 홀더(20), 하우징(10), 보호회로모듈(52), 및 컨버터(51)를 포함한다.
본 제2 실시예에 따른 전지 모듈(102)은 보호회로모듈(52)과 컨버터(51)의 설치 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 전지 모듈과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
이차 전지들(30)은 홀더(20)에 지지되어 하우징(10)의 전지 영역(10a)에 수납되며, 보호회로모듈(52)과 컨버터(51)는 하우징(10)의 회로 영역(10b)에 수납된다.
컨버터(51)는 제2 커버(13) 상에 배치되고, 보호회로모듈(52)은 컨버터(51) 상에 배치된다. 보호회로모듈(52)은 이차 전지들(30)의 충전과 방전을 제어하며 기판(521)과 기판(521)에 실장된 회로소자(523)들을 포함한다.
제1 커버(12)에는 보호회로모듈(52)을 지지하는 제1 지지대(125)가 돌출되며, 제1 지지대(125)는 수용부(121)에서 아래로 돌출되며 사각형상의 횡단면을 갖는다. 제1 지지대(125)의 아래에는 열전도성이 우수한 제1 열전도성 플레이트(55)가 배치되며, 제1 열전도성 플레이트(55)는 제1 지지대(125)와 보호회로모듈(52) 사이에 배치된다. 제1 열전도성 플레이트(55)와 제1 지지대(125) 사이에는 상부 써말 그리스층(57)이 형성된다. 제1 열전도성 플레이트(55)는 보호회로모듈(52)에서 발생된 열을 제1 커버(12)로 전달한다.
제1 열전도성 플레이트(55)는 알루미늄, 스테일리스 스틸과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 열전도성 플레이트(55)는 탄성을 갖는 폴리머의 표면에 금속박막이 도금된 구조로 이루어질 수도 있다. 여기서 금속박막은 알루미늄, 금, 은 등으로 이루어질 수 있다.
제2 커버(13)에는 컨버터(51)를 지지하는 제2 지지대(135)가 상부로 돌출되며 제2 지지대(135)는 사각형상의 횡단면을 갖는다. 제2 지지대(135) 상에는 열전도성이 우수한 제2 열전도성 플레이트(53)가 배치되고, 제2 열전도성 플레이트(53) 상에 컨버터(51)가 배치된다.
제2 열전도성 플레이트(53)와 제2 지지대(135) 사이에는 하부 써말 그리스층(56)이 형성된다. 제2 열전도성 플레이트(53)는 컨버터(51)에서 발생된 열을 제2 커버(13)로 전달한다.
제2 열전도성 플레이트(53)는 알루미늄, 스테일리스 스틸과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 제2 열전도성 플레이트(53)는 탄성을 갖는 폴리머의 표면에 금속박막이 도금된 구조로 이루어질 수도 있다. 여기서 금속박막은 알루미늄, 금, 은 등으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 제1 열전도성 플레이트(55)와 제2 열전도성 플레이트(53)가 설치되면 보호회로모듈(52) 및 컨버터(51)에서 발생된 열을 신속하게 외부로 배출할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
101, 102: 전지 모듈 10: 하우징
10a: 전지 영역 10b: 회로 영역
12: 제1 커버 121: 수용부
123: 플랜지부 125: 제1 지지대
13: 제2 커버 132: 보호 벽
135: 제2 지지대 20: 홀더
21: 베리어 23: 수납 공간
25: 지지 막대 251: 단자 홀
253: 지지 돌기 28: 버스 바
30: 이차 전지 41, 51: 컨버터
42, 52: 보호회로모듈 421, 521: 기판
423, 523: 회로소자 43: 제2 완충 플레이트
45: 제1 완충 플레이트 46: 차단판
53: 제2 열전도성 플레이트 55: 제1 열전도성 플레이트
56: 하부 써말 그리스층 57: 상부 써말 그리스층

Claims (11)

  1. 복수 개의 이차 전지들;
    상기 이차 전지들이 삽입되는 복수 개의 수납 공간을 갖는 홀더;
    상기 홀더를 감싸며 제1 커버와 제2 커버를 포함하는 하우징; 및
    상기 하우징 내에 삽입되며 상기 이차 전지들의 충전과 방전을 제어하는 보호회로모듈;을 포함하며,
    상기 이차 전지들은 상기 홀더에 의하여 적층되도록 배열되고, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버는 상기 홀더를 가압하되 상기 이차 전지들이 적층된 방향으로 마주하여 상기 홀더를 가압하고,
    상기 하우징의 내부는 상기 이차 전지들이 적층된 방향으로 연장된 보호 벽에 의해 상기 홀더가 삽입되는 영역과 상기 보호회로가 삽입되는 영역이 분할되는 전지 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징 내부에는 상기 홀더가 삽입되는 전지 영역과 상기 보호회로모듈 및 컨버터가 삽입되는 회로 영역이 형성되고, 상기 전지 영역과 상기 회로 영역은 상기 보호 벽에 의하여 분할된 전지 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 보호 벽의 상단은 상기 제2 커버의 상면에서 이격 배치된 전지 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 홀더는 직육면체로 이루어지고, 상기 홀더에는 상기 이차 전지들이 삽입되는 수납 공간을 형성하는 복수개의 베리어들이 형성된 전지 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 홀더에는 상기 이차 전지들의 적층 방향으로 이어져 상기 베리어들에 고정된 2개의 지지 막대가 설치되고 상기 지지 막대에는 이차 전지들에 형성된 단자가 삽입되는 단자 홀이 형성된 전지 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 이차 전지들에는 상기 단자에 전기적으로 연결되는 버스 바가 고정되고, 상기 지지 막대에는 상기 버스 바의 측면과 맞닿아 상기 버스 바를 지지하는 지지 돌기가 형성된 전지 모듈.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 커버와 상기 보호회로모듈 사이에는 탄성을 갖는 제1 완충 플레이트가 배치된 전지 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 커버에는 돌출되어 상기 제1 완충 플레이트와 맞닿는 제1 지지대가 형성된 전지 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 커버와 상기 컨버터 사이에는 탄성을 갖는 제2 완충 플레이트가 배치된 전지 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 커버에는 돌출되어 상기 제1 완충 플레이트와 맞닿는 제2 지지대가 형성된 전지 모듈.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 완충 플레이트와 상기 제2 완충 플레이트는 열 전도성 폴리머 또는 열 전도성 실리콘으로 이루어진 전지 모듈.
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