KR102906829B1 - 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩 - Google Patents

출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩

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Abstract

본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀을 수용하도록 내부에 소정의 수용공간이 형성되며, 상호 탈부착 가능하도록 구비되는 배터리 모듈 하우징을 포함하는 적어도 하나 이상의 배터리 모듈; 및 복수개의 상기 배터리 모듈이 구비되는 경우, 상기 배터리 모듈을 상호 분리가능하도록 체결하기 위해 구비되는 복수의 배터리 모듈 커넥터;를 포함하며, 상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 모듈 하우징의 내부에 매립되며 일부 구역이 상기 배터리 셀과 상호 접촉가능하도록 구비되며, 상기 수용공간 내에 수용된 상태에 있는 상기 배터리 셀의 일단 및 타단과 인접한 위치에 구비되는 단자부; 및 상기 단자부 배치 위치를 따라 형성되면서, 상기 단자부와 상기 배터리 모듈 커넥터가 상호 접촉가능하도록 상기 배터리 모듈 하우징에 형성되며, 상기 배터리 모듈 커넥터의 일부를 수용하도록 형성되는 복수의 커넥터 홀;을 포함하고, 상기 배터리 셀은, 기둥 형상을 보유하면서, 양단에 전극이 각각 형성되며, 상기 배터리 모듈 하우징 내에 안착 시, 서로 인접한 위치에 배치되는 상기 배터리 셀들이 서로 엇갈리도록 배치되며, 상기 단자부는, 서로 이웃한 배터리 셀을 전기적으로 연결하되, 서로 다른 극성을 가지는 상기 배터리 셀의 단부를 서로 연결하면서, 서로 다른 배터리 모듈에 구비되는 단자부들간의 연결은 상기 배터리 모듈 커넥터를 통해 진행되는 것을 특징으로 한다.

Description

출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩{A battery pack having a module type with variable output and capacity}
본 발명은 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 자유롭게 분리 및 조립 가능하도록 구성하여, 배터리 팩의 용량 및 출력을 사용자가 자유롭게 가변하여 적용할 수 있는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 현재 많은 곳에서 리튬이온배터리 기반의 배터리 팩을 이용한 기기가 사용되어지고 있다. 스마트폰, 노트북 등 휴대용 전자기기부터 전기자전거 및 전기자동차 등 상기 배터리 팩을 이용한 물품들이 사용되어지고 있는 상황에서 배터리 팩의 성능이 전체 기기의 성능을 가늠할 수 있는 척도가 되고 있다.
상기 배터리 팩을 구성하는 리튬이온기반의 배터리 셀의 생산을 위해 1톤의 리튬 광물을 채취하는 데에는 약 50만 갤런의 물이 소모되는 한편, 버려지는 4,000톤의 배터리 셀에는 1,100톤의 중금속과 200톤 이상의 유독 전해질이 들어있어 이를 매립처리하면 토양 및 지하수 오염이 발생하고, 소각처리하면 독성 가스가 배출되어 대기 오염이 발생하고 있다.
근래 그 이용이 증대되고 있는 전동자전거, 전동스쿠터 등에는 단위 배터리 셀을 복수 개 연결하여 구성되는 배터리 팩이 널리 이용되고 있다.
이와 같은 배터리 팩을 구성하기 위한 종래 제조방법으로서는, 다수 개의 배터리셀을 결합구를 이용하여 결합한 상태에서 그 배터리셀의 상부 단자 부분에 피시비(PCB)기판을 결합하여 각 단위 배터리셀간의 직병렬 연결을 구현하는 방식이었다.
상기와 같이 단위 배터리셀을 결합한 상태에서 그 상부에 피시비 기판을 결합하여 직병렬 연결을 구현할 경우, 상기 피시비 기판과 단위 배터리셀의 각 단자부분은 납땜을 통해 상호 전기적 결합되었다.
그런데, 상기와 같이 단위 배터리셀의 단자와 피시비 기판이 납땜을 통해 결합될 경우, 개별 배터리셀 단자와 피시비 기판이 작업자의 납땜 작업에 의해 일일이 결합되어야 하므로 그 작업이 매우 번거로운 문제점이 있다.
또한, 최종 결합 완료 후 하나의 배터리셀에 불량 등이 발생될 경우에도, 하나의 배터리 셀 교체를 위해 상기 피시비 기판과 전체 배터리셀 단자의 결합을 해제한 이후, 불량이 발생된 배터리 셀을 교체하고 이후 다시 전체 배터리셀의 단자를 재결합해야만 하는 과정을 거쳐야 했으며, 상기 배터리 셀에 대한 해제 작업 시 스파크나 폭발과 같은 위험요소를 여전히 내포하고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 배터리 셀의 결합을 용이하게 할 수 있으면서 개별 배터리 셀에 불량이 발생될 경우 교체가 용이하도록 구성되는 적층형 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 대한 기술 개발이 진행되고 있었다.
그러나, 배터리 팩의 용량 및 출력을 조절하기 위해서는 전문적인 지식이 요구되어 일반 소비자들의 상기 배터리 팩을 구성하는 배터리 셀의 재조합을 통한 용량 및 출력 조절에는 한계가 있어, 배터리 팩의 용량 및 출력 조절을 진행하기 위해서는 기존 사용중인 배터리 팩의 폐기 후에 다시 구매하여 사용하여야 하는 문제점이 여전히 존재하고 있다.
KR 10-1289579 B1 '배터리 팩'
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 상세하게는, 배터리 팩을 모듈화한 배터리 모듈을 필요에 따라 간편하게 증감 적용하고, 상기 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀을 관리하는 배터리 관리 모듈을 탈부착 가능하도록 구비함으로써, 배터리 팩의 용량 및 출력을 사용자가 자유롭게 조절하여 사용할 수 있는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩에 관한 것이다.
본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀을 수용하도록 내부에 소정의 수용공간이 형성되며, 상호 탈부착 가능하도록 구비되는 배터리 모듈 하우징을 포함하는 적어도 하나 이상의 배터리 모듈; 및 복수개의 상기 배터리 모듈이 구비되는 경우, 상기 배터리 모듈을 상호 분리가능하도록 체결하기 위해 구비되는 복수의 배터리 모듈 커넥터;를 포함하며, 상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 모듈 하우징의 내부에 매립되며 일부 구역이 상기 배터리 셀과 상호 접촉가능하도록 구비되며, 상기 수용공간 내에 수용된 상태에 있는 상기 배터리 셀의 일단 및 타단과 인접한 위치에 구비되는 단자부; 및 상기 단자부 배치 위치를 따라 형성되면서, 상기 단자부와 상기 배터리 모듈 커넥터가 상호 접촉가능하도록 상기 배터리 모듈 하우징에 형성되며, 상기 배터리 모듈 커넥터의 일부를 수용하도록 형성되는 복수의 커넥터 홀;을 포함하고, 상기 배터리 셀은, 기둥 형상을 보유하면서, 양단에 전극이 각각 형성되며, 상기 배터리 모듈 하우징 내에 안착 시, 서로 인접한 위치에 배치되는 상기 배터리 셀들이 서로 엇갈리도록 배치되며, 상기 단자부는, 서로 이웃한 배터리 셀을 전기적으로 연결하되, 서로 다른 극성을 가지는 상기 배터리 셀의 단부를 서로 연결하면서, 서로 다른 배터리 모듈에 구비되는 단자부들간의 연결은 상기 배터리 모듈 커넥터를 통해 진행되는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는, 상기 단자부는, 상기 배터리 모듈 하우징의 테두리를 따라 구비되며, 적어도 하나 이상이 마련되고, 적어도 한 쌍의 배터리 셀을 전기적으로 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는, 상기 단자부는, 상기 배터리 모듈 하우징의 저면으로부터 상부를 향해 소정 높이 이격된 위치에 내장되면서, 상기 커넥터 홀의 상단과 하단 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는, 상기 단자부는, 상기 수용공간을 향해 돌출 형성되도록 구비되며, 탄성 복원력을 보유한 소재로 제작되는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는, 상기 배터리 모듈은, 복수의 배터리 모듈이 상호 상하방향으로 적층되어 연결되는 경우, 상기 배터리 모듈들이 상기 배터리 모듈 커넥터에 의해 상호 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는, 상기 배터리 셀은, 복수의 배터리 셀이 상기 배터리 모듈 하우징 내에 수용되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀 들은 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는, 상기 단자부는, 니켈 또는 합금을 포함하는 금속 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩은, 상호 분리 가능하도록 체결되는 배터리 모듈을 통해, 사용자가 원하는 출력과 용량을 보유한 배터리 팩을 자유롭게 설계하여 적용할 수 있어, 배터리 셀의 재사용성을 보다 향상시킬 수 있음과 동시에 보다 다양한 사용처에 전력을 공급할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
또한, 단자부를 따라 형성되는 커넥터 홀을 형성하고, 배터리 모듈 간 기계적인 체결을 진행하면서도, 전기적인 체결 구조 또한 동시에 확보할 수 있어, 단순한 체결만으로도 배터리 팩의 용량 및 출력을 가변할 수 있어 보다 향상된 사용 편의성을 제공할 수 있다.
그리고, 단자부를 통해 서로 다른 극성을 가지는 배터리 셀의 단부를 서로 연결하도록 함으로써, 배터리 셀 간의 연결은 직렬 연결을 진행하여 배터리 출력을 가변시킬 수 있으면서도, 배터리 모듈 커넥터를 통해 서로 다른 배터리 모듈에 구비되는 단자부들을 연결 시, 병렬 연결을 진행하여 배터리팩의 용량을 가변 시킬 수 있는 효과를 제공 가능하다.
또한, 배터리 셀 간의 전기적 연결을 직렬로 진행할 수 있도록 함으로써, 사용자가 원하는 만큼의 배터리 셀을 장착하여 자유로운 출력 조절을 간편하게 수행할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
그리고, 배터리 모듈간의 전기적 연결을 병렬로 진행하도록 함으로써, 사용자가 원하는 만큼의 배터리 모듈을 결합하여 자유로운 용량 조절을 간편하게 수행할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
또한, 배터리 모듈 커넥터의 이탈을 방지하고, 전력의 출력을 진행하기 위한 출력 단자의 접속 진행 시, 상기 출력 단자와 상기 배터리 모듈 커넥터간의 상호 간섭을 최소화하여 전기적, 기계적인 결합에 의해 발생할 수 있는 문제점을 미연에 방지함으로써, 보다 향상된 구동 안정성을 제공할 수 있다.
그리고, 기계적인 결합력 향상을 도모할 수 있어 보다 안정적인 결합상태를 유지할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
또한, 커넥터 홀과 연결되면서, 관 형상을 보유하도록 구비되는 배터리 모듈 커넥터를 통해, 공기의 유동 경로를 확장시킬 수 있어, 배터리 팩에 대한 냉각 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
그리고, 전도체로 제작되는 커넥터 몸체를 통해 전기적 연결을 가능하게 하면서, 탄성 부재를 통해 커넥터 홀과 억지끼움결합방식이 가능하도록 하여, 단순한 결합만으로도 배터리 팩의 용량 및 출력을 가변하여 사용할 수 있다.
덧붙여, 상기 배터리 모듈 커넥터에 탄성 변형이 가능한 단자 결합부가 형성됨으로써, 상기 단자부 측으로의 삽입이 원활하게 진행되도록 함과 동시에, 상기 단자부에 삽입된 이후, 견고한 결합 상태를 유지할 수 있게 된다.
또한, 분리 가능하도록 구비되는 배터리 모듈 하우징을 통해. 배터리 셀의 보다 용이한 교체가 가능하여 보다 향상된 사용 편의성을 제공할 수 있으며, 사용자가 원하는 배터리 셀을 자유롭게 적용할 수 있으며, 일부 사용된 배터리 셀도 적용할 수 있도록 함으로써 배터리 셀의 재사용성을 현저히 향상시킬 수 있다.
그리고, 구획부의 형성을 통해, 배터리 셀의 위치 이탈을 방지하여 상기 배터리 셀이 배터리 모듈 하우징 내에서 유동되는 것을 방지할 수 있어, 보다 향상된 작동 신뢰성을 제공 가능하다.
또한, 이물질 유입 방지 부재의 형성을 통해, 상기 커넥터 홀을 통해 유입될 수 있는 외부의 이물질이 유입되는 것을 최소화 하여, 상기 이물질에 의해 배터리 팩이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
그리고, 배터리 관리 모듈 탑재를 통해, 배터리의 문제 발생 시 쉽고 정확하게 고장 진단을 할 수 있으며, 이를 통해 배터리 팩의 유지 보수를 간편하게 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 분해한 상태를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈을 분해한 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈의 제 1 하우징을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈의 내부를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 도 1의 A-A' 방향에서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈 커넥터를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈 커넥터를 도시한 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 이외의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 분해한 상태를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 도 1의 A-A' 방향에서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩은, 배터리 모듈(100), 배터리 모듈 커넥터(200), 배터리 관리 모듈(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 배터리 모듈(100)은 적어도 하나 이상의 배터리 셀(110)을 포함하도록 구비되는 것으로 내부에 소정의 수용공간이 형성되도록 마련된다.
그리고, 상기 배터리 모듈(100)은 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 복수개가 마련되는 경우, 상호 탈부착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 배터리 모듈(100) 상하방향으로 상호 적층배치되도록 구비될 수 있으며, 사용자가 원하는대로 수량을 조절하여 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩의 용량과 출력을 가변시킬 수 있게 된다.
보다 상세하게는, 상기 배터리 모듈(100)은 상기 배터리 셀(110)의 수용을 위한 배터리 모듈 하우징(120)을 포함하도록 구비될 수 있다.
상기 배터리 모듈(100)의 상세한 내용은 후술할 도 4 내지 도 7을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
다음으로, 상기 배터리 모듈 커넥터(200)는 복수개의 상기 배터리 모듈(100)이 구비되는 경우, 상기 배터리 모듈(100)을 상호 분리가능하도록 체결하기 위해 구비된다.
아울러, 상기 배터리 모듈 커넥터(200)는 후술할 배터리 관리 모듈(300)과의 전기적 연결을 위해 사용될 수 있음은 물론이다.
특히, 상기 배터리 모듈 커넥터(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 배터리 모듈(100)에 적어도 하나 이상 체결되며 복수의 배터리 모듈(100) 체결 시, 하단에 배치되는 배터리 모듈(100)의 상단에 상방을 향해 소정높이 돌출 형성되어 상단에 배치되는 배터리 모듈(100)의 하단과 결합되도록 구비된다.
이때, 상기 배터리 모듈 커넥터(200)는 상기 배터리 모듈(100)의 배터리 모듈 하우징(120)에 형성되는 커넥터 홀(140)에 안착되도록 구비된다.
다음으로, 상기 배터리 관리 모듈(300)은 배터리의 상태를 관리하기 위해 구비되는 것으로, 최상단에 구비되는 배터리 모듈의 상단에 탈부착 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 배터리 관리 모듈(300)은 센서부와 제어부를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 배터리 관리 모듈(300)을 구성하는 센서부는 상기 배터리 모듈의 전류, 전압 및 온도 중 선택된 어느 하나 이상의 요소에 대한 측정을 진행하여 측정 신호를 생성하도록 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 센서부와 통신 연결되어 상기 측정 신호를 기반으로 상기 배터리 모듈을 관리하는 제어 신호를 생성하도록 구비될 수 있다.
이와 같이, 상기 배터리 관리 모듈(300) 탑재를 통해, 배터리의 문제 발생 시 쉽고 정확하게 고장 진단을 할 수 있으며, 이를 통해 배터리 팩의 유지 보수를 간편하게 진행할 수 있다.
그리고, 상호 분리 가능하도록 체결되는 배터리 모듈을 통해, 사용자가 원하는 출력과 용량을 보유한 배터리 팩을 자유롭게 설계하여 적용할 수 있게 되는 것이다.
즉, 배터리 셀의 재사용성을 보다 향상시킬 수 있음과 동시에 보다 다양한 사용처에 전력을 공급할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
다음으로, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈을 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈을 분해한 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈의 제 1 하우징을 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110), 배터리 모듈 하우징(120), 단자부(130), 커넥터 홀(140)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 배터리 셀(110)은 기둥 형상을 보유하도록 구비되는 것으로 양단에 전극(111,112)이 각각 형성될 수 있다.
특히, 상기 배터리 셀(110)은 상기 배터리 모듈 하우징(120) 내에 안착 시, 서로 인접한 위치에 배치되는 상기 배터리 셀(110)들이 서로 엇갈리도록 배치될 수 있다.
덧붙여, 상기 배터리 셀(110)은 상기 배터리 모듈 하우징으로부터 탈부착 가능하도록 구비될 수 있다.
그리고, 상기 배터리 셀(110)은 복수개가 하나의 상기 배터리 모듈 하우징 (120)내에 수용되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀(110)들은 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 상기 배터리 셀(110) 간의 전기적 연결을 직렬로 진행할 수 있도록 함으로써, 사용자가 원하는 만큼의 배터리 셀(110)을 장착하여 자유로운 출력 조절을 간편하게 수행할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
덧붙여, 복수의 배터리 모듈(100)이 상호 상하방향으로 적층되어 연결되는 경우, 상기 배터리 모듈(100)들이 상기 배터리 모듈 커넥터에 의해 상호 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 배터리 모듈(100) 간의 전기적 연결을 병렬로 진행하도록 함으로써, 사용자가 원하는 만큼의 배터리 모듈을 결합하여 자유로운 용량 조절을 간편하게 수행할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
다음으로, 상기 배터리 모듈 하우징(120)은 상기 배터리 셀(110)을 수용하기 위해 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 배터리 모듈 하우징(120)은 상기 배터리 모듈 하우징의 외곽선 형상이 다각형상을 보유하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 도면에는 특별히 도시하지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시예로,상기 배터리 모듈 하우징(120)의 외곽선이 소정의 곡률을 보유하도록 형성될 수 있음은 물론이다.
그리고, 상기 배터리 모듈 하우징(120)은 제 1 하우징(121) 및 제 2 하우징(122)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 제 1 하우징(121)은, 상기 배터리 셀을 적어도 하나 이상 수용가능하도록 구비되는 소정의 수용공간을 보유하도록 구비된다.
특히, 상기 제 1 하우징(121)에는 구획부(121a)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 구획부(121a)는 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 수용가능하도록 형성되면서, 상기 수용 공간 상에 상기 배터리 셀의 위치를 구속하도록 적어도 하나 이상 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 구획부(121a)의 형성을 통해, 상기 배터리 셀(110)의 위치 이탈을 방지하여 상기 배터리 셀(110)이 배터리 모듈 하우징(120) 내에서 유동되는 것을 방지할 수 있어, 보다 향상된 작동 신뢰성을 제공 가능하다.
그리고, 상기 제 2 하우징(122)은 상기 제 1 하우징(121)에 수용된 배터리 셀(110)을 덮도록 형성되며, 상기 제 1 하우징(121)과 결합되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 도면에는 특별히 도시하지는 않았으나, 상기 제 2 하우징(122)의 저면에는 상기 제 1 하우징(121)에 형성되는 구획부(121a)의 형성위치와 대응되는 위치에 적어도 하나 이상의 구획부가 형성될 수 있음은 물론이다.
이때, 상기 제 1 하우징(121)과 상기 제 2 하우징(122)간의 결합은 별도의 체결 수단을 통해 체결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 분리 가능하도록 구비되는 상기 배터리 모듈 하우징(120)을 통해. 상기 배터리 셀(110)의 보다 용이한 교체가 가능하여 보다 향상된 사용 편의성을 제공할 수 있으며, 사용자가 원하는 배터리 셀을 자유롭게 적용할 수 있으며, 일부 사용된 배터리 셀도 적용할 수 있도록 함으로써 배터리 셀의 재사용성을 현저히 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
그리고, 상기 단자부(130)는 상기 수용공간 내에 수용된 상태에 있는 상기 배터리 셀의 일단 및 타단과 인접한 위치에 구비되어 전기적인 연결을 진행하기 위해 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 단자부(130)는 상기 배터리 모듈 하우징(120)의 내부에 매립되며 일부 구역이 상기 배터리 셀(110)과 상호 접촉가능하도록 구비된다.
특히, 상기 단자부(130)는 상기 배터리 셀(110)들이 서로 엇갈리도록 배치되는 경우, 서로 이웃한 배터리 셀을 전기적으로 연결하되, 서로 다른 극성을 가지는 상기 배터리 셀의 단부를 서로 연결하도록 구비된다.
이때, 서로 다른 배터리 모듈(100)에 구비되는 단자부(130)들간의 연결은 상기 배터리 모듈 커넥터(200)를 통해 진행되는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기 커넥터 홀(140)은 앞서 설명한 배터리 모듈 커넥터(200)의 기계적인 결합을 진행하기 위한 것으로 상기 단자부(130)의 형성 위치를 따라 형성되는 것을 특징으로 한다.
덧붙여, 도면에는 특별히 도시하지는 않았으나, 상기 배터리 모듈 하우징(120)은, 상기 배터리 모듈 하우징 내부로의 이물질 유입을 최소화 하기 위해, 복수의 배터리 모듈 하우징들이 상호 체결되는 경우, 상기 배터리 모듈 커넥터와 체결되지 않은 적어도 하나 이상의 상기 커넥터 홀과 체결되는 이물질 유입 방지부재;를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 이물질 유입 방지 부재의 형성을 통해, 상기 커넥터 홀을 통해 유입될 수 있는 외부의 이물질이 유입되는 것을 최소화 하여, 상기 이물질에 의해 배터리 팩이 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈을 구성하는 단자부의 설치 위치에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈의 내부를 도시한 평면도이며, 도 7은 도 1의 A-A' 방향에서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 단자부(130)는, 상기 배터리 모듈 하우징(120)의 테두리를 따라 구비된다.
이때, 상기 단자부(130)는 적어도 하나 이상이 마련되고, 적어도 한 쌍의 배터리 셀(100)을 전기적으로 연결하도록 배치된다.
그리고, 상기 단자부(130)는, 상기 배터리 모듈 하우징(120)의 저면으로부터 상부를 향해 소정 높이 이격된 위치에 내장된다.
이때, 상기 단자부(130)는 상기 커넥터 홀의 상단과 하단 사이의 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 단자부(130)는 상기 수용공간을 향해 돌출 형성되도록 구비되며, 탄성 복원력을 보유한 소재로 제작되어 탄성 변형 가능한 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 탄성력을 기반으로 상기 커넥터 홀에 안착되는 배터리 모듈 커넥터에 대한 결합력 향상을 도모할 수 있어 보다 안정적인 결합상태를 유지할 수 있는 효과를 제공 가능하다.
보다 상세하게는, 상기 단자부(130)는 상기 배터리 모듈 하우징(120)의 내부에 매립되며 일부 구역이 상기 배터리 셀(110)과 상호 접촉가능하도록 구비된다.
특히, 상기 단자부(130)는 상기 배터리 셀(110)들이 서로 엇갈리도록 배치되는 경우, 서로 이웃한 배터리 셀을 전기적으로 연결하되, 서로 다른 극성을 가지는 상기 배터리 셀의 단부를 서로 연결하도록 구비된다.
이때, 서로 다른 배터리 모듈(100)에 구비되는 단자부(130)들간의 연결은 상기 배터리 모듈 커넥터(200)를 통해 진행되는 것을 특징으로 한다.
위와 같이, 상기 단자부(130)를 통해 서로 다른 극성을 가지는 배터리 셀(110)의 전극을 서로 연결하도록 함으로써, 배터리 셀(110)간의 연결은 직렬 연결을 진행하여 배터리 출력을 가변시킬 수 있게 되는 것이다.
보다 상세하게는, 도면에는 특별히 도시하지는 않았으나, 상기 단자부(130)는 상기 커넥터 홀의 형성 구역을 향해 일부 면적이 돌출되도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 위치에 구비되는 단자부를 통해, 배터리 모듈 커넥터의 이탈을 방지하고, 전력의 출력을 진행하기 위한 출력 단자의 접속 진행 시, 상기 출력 단자와 상기 배터리 모듈 커넥터간의 상호 간섭을 최소화하여 전기적, 기계적인 결합에 의해 발생할 수 있는 문제점을 미연에 방지함으로써, 보다 향상된 구동 안정성을 제공할 수 있다.
그리고, 상기 커넥터 홀(140)은, 상기 배터리 모듈 하우징(120)의 테두리에 형성되면서, 상기 단자부(130)가 매립된 구역을 따라 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 커넥터 홀(140)은 상기 단자부(130)와 상기 배터리 모듈 커넥터(200)가 상호 접촉가능하도록 상기 배터리 모듈 하우징(120)을 관통하도록 형성될 수 있으며, 상기 배터리 모듈 커넥터(200)의 일부를 수용하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 모듈 커넥터(200)는, 상기 커넥터 홀(140)에 안착되도록 형성되면서, 상기 커넥터 홀(140)의 최하단으로부터 상단을 향해 소정거리 이격된 위치에서 그 위치가 고정되는 것을 특징으로 한다.
특히, 하단에 배치되는 하단 배터리 모듈(100a)에 안착된 배터리 모듈 커넥터(200)의 상단 단부는, 상기 하단 배터리 모듈(100b)의 상단에 적층 배치되는 상단 배터리 모듈(100b)의 바닥면에 형성되는 상기 커넥터 홀(140)을 향해 도입되도록 구비된다.
이때, 상기 배터리 모듈 커넥터(200)는 상기 하단 배터리 모듈(100a)의 내부에 내장된 단자부(130) 및 상기 상단 배터리 모듈(100b)의 내부에 내장된 단자부(130)에 각각 전기적으로 접속된다.
상술한 바와 같이, 상기 배터리 모듈 커넥터(200)를 통해 서로 다른 상기 배터리 모듈(100)에 구비되는 단자부(130)들을 연결 시, 병렬 연결을 진행하여 본 발명에 따른 배터리 팩의 용량을 가변시킬 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 배터리 모듈 커넥터에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈 커넥터를 도시한 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩을 구성하는 배터리 모듈 커넥터를 도시한 평면도이다.
상기 배터리 모듈 커넥터(200)는 관 형상을 보유하도록 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 배터리 모듈 커넥터(200)는 커넥터 몸체(210), 탄성 부재(220) 및 단자 결합부(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 커넥터 몸체(210)는 전도체로 제작되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 탄성 부재(220)는 상기 커넥터 몸체(210)의 일부 구역을 둘러싸도록 구비된다.
보다 상세하게는, 상기 탄성 부재(220)는 상기 커넥터 몸체가 상기 단자부와 접촉되는 구역을 제외한 구역에 형성될 수 있다.
특히, 상기 커넥터 몸체(210)는 상기 탄성 부재(220)에 의해, 상기 커넥터 홀과 억지끼움결합 방식으로 결합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 전도체로 제작되는 커넥터 몸체를 통해 전기적 연결을 가능하게 하면서, 탄성 부재를 통해 커넥터 홀과 억지끼움결합방식이 가능하도록 하여, 단순한 결합만으로도 배터리 팩의 용량 및 출력을 가변하여 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 단자 결합부(230)는 상술한 배터리 모듈에 내장되는 단자부와의 전기적 접속을 위해 형성된다.
보다 상세하게는, 상기 단자 결합부(230)는 상기 커넥터 몸체(210)의 내측에 형성되며 상방을 향해 돌출형성되도록 구비될 수 있다.
특히, 상기 단자 결합부(230)는 상단 일부 구역에 복수의 절개부가 형성되어 있어 탄성 변형이 가능하도록 설계될 수 있으며, 상술한 탄성 변형이 가능한 구조를 보유함으로써, 상기 단자부 측으로의 삽입이 원활하게 진행되도록 함과 동시에, 상기 단자부에 삽입된 이후, 견고한 결합 상태를 유지할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예들을 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
100 : 배터리 모듈
110 : 배터리 셀
111, 112 : 전극
120 : 배터리 모듈 하우징
121 : 제 1 하우징
121a : 구획부
122 : 제 2 하우징
130 : 단자부
140 : 커넥터 홀
200 : 배터리 모듈 커넥터
210 : 커넥터 몸체
220 : 탄성 부재
230 : 단자 결합부
300 : 배터리 관리 모듈
S : 체결부재

Claims (7)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리 셀(110)과, 상기 배터리 셀을 수용하도록 내부에 소정의 수용공간이 형성되며, 상호 탈부착 가능하도록 구비되는 배터리 모듈 하우징(120)을 포함하는 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(100); 및
    복수개의 상기 배터리 모듈이 구비되는 경우, 상기 배터리 모듈을 상호 분리가능하도록 체결하기 위해 구비되는 복수의 배터리 모듈 커넥터(200);를 포함하며,
    상기 배터리 모듈(100)은,
    상기 배터리 모듈 하우징의 내부에 매립되며 일부 구역이 상기 배터리 셀과 상호 접촉가능하도록 구비되며, 상기 수용공간 내에 수용된 상태에 있는 상기 배터리 셀의 일단 및 타단과 인접한 위치에 구비되는 단자부(130); 및
    상기 단자부 배치 위치를 따라 형성되면서, 상기 단자부와 상기 배터리 모듈 커넥터가 상호 접촉가능하도록 상기 배터리 모듈 하우징에 형성되며, 상기 배터리 모듈 커넥터의 일부를 수용하도록 형성되는 복수의 커넥터 홀(140);을 포함하고,
    상기 배터리 셀(110)은,
    기둥 형상을 보유하면서, 양단에 전극(111,112)이 각각 형성되며, 상기 배터리 모듈 하우징 내에 안착 시, 서로 인접한 위치에 배치되는 상기 배터리 셀들이 서로 엇갈리도록 배치되며,
    상기 단자부(130)는,
    서로 이웃한 배터리 셀을 전기적으로 연결하되, 서로 다른 극성을 가지는 상기 배터리 셀의 단부를 서로 연결하면서, 서로 다른 배터리 모듈에 구비되는 단자부들간의 연결은 상기 배터리 모듈 커넥터를 통해 진행되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자부(130)는,
    상기 배터리 모듈 하우징의 테두리를 따라 구비되며, 적어도 하나 이상이 마련되고, 적어도 한 쌍의 배터리 셀을 전기적으로 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자부(130)는,
    상기 배터리 모듈 하우징의 저면으로부터 상부를 향해 소정 높이 이격된 위치에 내장되면서, 상기 커넥터 홀의 상단과 하단 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자부(130)는,
    상기 수용공간을 향해 돌출 형성되도록 구비되며, 탄성 복원력을 보유한 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈(100)은,
    복수의 배터리 모듈이 상호 상하방향으로 적층되어 연결되는 경우, 상기 배터리 모듈들이 상기 배터리 모듈 커넥터에 의해 상호 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀(110)은,
    복수의 배터리 셀이 상기 배터리 모듈 하우징 내에 수용되는 경우, 상기 복수의 배터리 셀 들은 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단자부(130)는,
    니켈 또는 합금을 포함하는 금속 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 것을 특징으로 하는 출력 및 용량 가변이 가능한 모듈형 배터리 팩.
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