KR20110053713A - 엔드플레이트의 구조가 개선된 배터리모듈 - Google Patents

Abstract

엔드플레이트가 개선된 배터리모듈이 개시된다. 개시된 배터리모듈은 열을 이루며 연결된 복수의 전지들과, 전지 열의 양단부에 설치된 엔드플레이트를 포함하며, 엔드플레이트에 강성을 높이는 보강부로서 비드나 지지바가 구비된다. 이러한 구성에 의하면 전지의 팽창에 의한 변형을 억제할 수 있다.

Description

엔드플레이트의 구조가 개선된 배터리모듈{Battery module providing improved end plate}

본 발명의 실시예는 복수개의 전지를 연결한 배터리모듈에 관한 것이다.

배터리모듈은 복수개의 전지를 연결하여 만든 대용량 전원공급유닛의 요소로서, 예컨대 전기자동차 등에 장착되어 동력원으로 사용되고 있다.

이러한 배터리모듈의 전지로는 리튬이온전지가 주로 사용되는데, 이 리튬이온전지는 충전과 방전을 거듭해도 성능이 잘 저하되지 않는 장점이 있는 반면, 충전 시 리튬이온이 이동하면서 음극 쪽이 팽창하는 단점도 가지고 있다. 배터리모듈은 이 리튬이온전지 여러 개를 연결한 것이므로, 각 전지마다 조금씩만 팽창이 일어나도 전체적으로는 약 5~10% 까지 팽창이 생길 수 있다. 그러면 배터리모듈의 변형이 심해져서 그것을 제위치에 장착하고 탈착하는데 문제가 생길 수 있고, 또한 전지의 전기저항도 증가할 수 있다. 더구나, 전기자동차에 사용 시에는 이러한 배터리모듈을 8개정도 다시 연결하여 배터리팩으로 만들어 장착하게 되므로, 각 배터리모듈의 변형이 합해지면 변형량이 더 커져서 문제가 더 심각해질 수 있다.

본 발명의 실시예는 전지 팽창을 억제할 수 있도록 개선된 배터리모듈을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈은 상기 전지 열의 양단부에 설치된 엔드플레이트를 포함하며, 상기 엔드플레이트에는 강성을 높이기 위한 보강부 마련된다.

여기서, 상기 보강부는 상기 엔드플레이트를 가로지르며 설치된 지지바나, 상기 엔드플레이트의 일부를 돌출시켜 형성된 비드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 지지바는 원형 단면의 봉형상 부재일 수 있으며, 서로 평행하게 복수개가 배열될 수 있다.

상기 엔드플레이트에는 상호 마주보도록 본체에서 절곡된 두 날개부가 구비되고, 상기 지지바는 그 두 날개부에 형성된 홀에 끼워져서 설치될 수 있다.

상기 전지 열의 측면에 밀착되는 사이드플레이트가 더 구비되고, 상기 사이드플레이트는 상기 날개부의 홀에 체결될 수 있다.

상기 비드는 각형바 형상으로, 서로 평행하게 복수개가 배열될 수 있다.

상기 엔드플레이트에는 상호 마주보도록 본체에서 절곡된 두 날개부가 구비되고, 상기 비드는 그 두 날개부에 사이에 형성될 수 있다.

상기 비드와 지지바는 서로 수직으로 배치될 수 있다.

상기 엔드플레이트에 상기 각 전지의 상태를 감시하는 컨트롤러가 설치될 수 있으며, 상기 배터리모듈 복수개가 하나의 배터리팩으로 조립되어 전기자동차의 동력원으로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈은 강성을 증가시키는 비드나 지지바를 엔드플레이트에 설치하고 있어서, 전지의 팽창 등에 의한 변형을 억제할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 배터리모듈을 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 구조를 각각 결합상태와 분리상태로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 배터리모듈은 일렬로 연결된 복수개의 전지(10)와, 이 전지(10) 열(row)을 둘러싸는 다수의 플레이트들을 구비하고 있다. 먼저, 참조부호 20과 30은 상기 전지(10) 열의 상부와 하부에 밀착 결합되는 상부플레이트 및 하부플레이트를 각각 나타내며, 참조부호 40은 전지(10) 열의 양측면에 밀착 결합되는 사이드플레이트를 나타낸다.

그리고, 참조부호 50은 상기 전지(10) 열의 양단부에 설치된 엔드플레이트를 나타내는데, 이 엔드플레이트(50)가 전지(10) 열의 연결방향(X방향)으로 전지(10)들이 이탈되지 않게 잡아주는 역할을 한다.

그런데, 전술한 바와 같이 충전 시 전지(10)가 팽창하게 되면, 도면의 Y방향 이나 Z방향으로는 팽창이 있다하더라도 한 개의 전지(10) 팽창에 의한 변형에 해당되는 것이므로 그 영향이 미미한 수준이지만, 일렬로 연결된 X방향으로는 각 전지(10)의 팽창에 의한 변형이 다 합해져서 작용하므로 매우 큰 변형이 생기게 되고, 따라서 엔드플레이트(50)에 큰 힘이 가해지게 된다. 만일 이 힘을 엔드플레이트(50)가 감당하지 못하고 그대로 변형이 일어나면 배터리모듈을 제위치에 장착하고 탈착하기도 어려워지고 팽창 변형에 의해 전지(10) 내의 전기저항이 증가하여 수명도 짧아지게 된다.

따라서, 본 실시예의 배터리모듈은 이를 효과적으로 억제하기 위해 엔드플레이트(50)에 원형단면의 봉형상 부재인 지지바(51)를 보강부로서 다수개 구비하고 있다. 이 지지바(51)는 엔드플레이트(50)를 가로지르며 복수개가 평행하게 설치된 부재로서, 이것이 판상의 엔드플레이트(50)에 강성을 더해주는 역할을 해준다. 즉, 판상의 엔드플레이트(50)만으로는 전지(10)들의 팽창에 의한 변형력을 감당하기 어렵지만, 상기와 같이 가로지르며 설치된 다수개의 지지바(51)가 엔드플레이트(50)의 강성을 보강해주기 때문에, 전지(10)들이 팽창하려고 해도 그 변형을 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 참조부호 50a는 엔드플레이트(50)의 본체 양측을 서로 마주보도록 절곡한 날개부로서, 이 날개부(50a)에 형성된 홀(50b)에 지지바(51)의 양단이 끼워져서 고정된다. 또한 이 홀(50b)에는 상기 사이드플레이트(40)도 볼트로 체결된다.

그러므로, 전지 팽창에 의한 변형을 효과적으로 막을 수 있게 되어 매우 안정적인 배터리모듈을 구현할 수 있게 된다. 또한, 전기자동차의 동력원으로 사용 되는 배터리팩을 만들 때 이러한 배터리모듈을 여러 개 연결해서 조립하게 되는데, 구성요소인 배터리모듈이 안정적이므로 그것으로 조립된 배터리팩 역시 안정적인 구조가 구현될 수 있다. 그리고, 여기서는 전지 팽창에 의해 전지 열의 방향(X방향)에 대한 변형을 위주로 설명하였지만, 그 외의 다른 방향에 대한 강성도 물론 증가하게 된다. 따라서, 전지 팽창에 대항하는 경우 뿐 아니라 하중에 대항하는 강성 증가의 효과도 기대할 수 있다.

한편, 도 1의 참조부호 60은 각 전지(10)들의 전압, 전류 상태를 감시하는 컨트롤러인 BMS(battery management system; 이하 컨트롤러라 통칭함)를 나타내는데, 지지바(51)와 엔드플레이트(50) 전면 사이에 공간이 있으므로 이 컨트롤러(60)를 그 공간에 설치할 수 있다.

다음으로, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈을 도시한 것이다. 도면에서 전술한 실시예와 동일한 참조부호는 동일한 기능의 부재를 나타내며, 본 실시예의 배터리모듈도 열을 이루며 연결된 복수 전지(10)들과, 이 전지(10) 열을 둘러싸는 상부(20), 하부(30), 사이드(40) 및 엔드플레이트(50) 등을 구비하고 있다.

여기서, 상기 엔드플레이트(50)의 강성을 증가시키기 위한 보강부로서 본 실시예에서는 비드(52)가 구비되어 있다. 이 비드(52)는 엔드플레이트(50) 자체의 일부를 돌출시켜서 만든 것으로, 판상의 부재에 굴곡을 주어 강성을 증가시킨 것이다. 즉, 지지바(51;도 1 참조)와 같은 별도의 부재를 사용하지 않고 엔드플레이트(50) 자체의 일부를 각형바 형상으로 복수개 평행하게 돌출시켜서 판상 부재에 굴곡을 줌으로써 전지(10) 팽창에 대한 강성을 높인 것이다. 이렇게 되면 별도의 부품을 증가시키지 않고도 강성을 증가시켜서 전지 팽창에 의한 변형을 억제할 수 있게 된다.

다만, 이 경우는 엔드플레이트(50)의 날개부(50a) 사이가 돌출되기 때문에 컨트롤러(60;도 1 참조)를 엔드플레이트(50) 전면에 설치하기가 어려우므로, 이 경우에는 컨트롤러를 다른 곳에 설치하는 것이 좋다.

다음으로, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈을 도시한 것이다. 마찬가지로 전술한 실시예와 동일한 참조부호는 동일한 기능의 부재를 나타내며, 본 실시예의 배터리모듈도 열을 이루며 연결된 복수 전지(10)들과, 이 전지(10) 열을 둘러싸는 상부(20), 하부(30), 사이드(40) 및 엔드플레이트(50) 등을 구비하고 있다.

그리고, 본 실시예에서는 엔드플레이트(50)의 강성을 증가시키기 위한 보강부로서 각형바 형상의 비드(52)와 원형 봉형상의 지지바(51)가 모두 구비되어 있다. 즉, 엔드플레이트(50)를 가로지르며 평행하게 설치된 복수의 지지바(51)와, 그 자체의 일부를 평행하게 돌출시킨 복수의 비드(52)를 모두 갖춘 것이다. 여기서 지지바(51)와 비드(52)는 상호 수직으로 배치된다. 이렇게 되면 전지(10) 열의 연결방향에 대한 강성을 극대화시킬 수 있으며, 따라서 전지(10) 팽창에 의한 변형을 견고하게 막을 수 있게 된다.

대신, 이 경우에도 비드(52)가 있으므로 컨트롤러는 다른 곳에 설치하는 것이 좋다.

그러므로, 이상에서 설명한 바와 같은 구조의 배터리모듈은 강성을 증가시키는 비드나 지지바를 엔드플레이트에 설치하고 있어서 전지의 팽창 등에 의한 변형을 효과적으로 억제할 수 있으며, 따라서 안정적인 배터리모듈을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈의 결합 구조를 도시한 도면,

도 2는 도 1에 도시된 배터리모듈의 분리 구조를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 구조를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리모듈의 구조를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...전지 20...상부플레이트

30...하부플레이트 40...사이드플레이트

50...엔드플레이트 51...지지바

52...비드 60...컨트롤러

Claims (20)

1. 열을 이루며 연결된 복수의 전지들과, 상기 전지 열의 양단부에 설치된 엔드플레이트를 포함하는 배터리모듈에 있어서,

   상기 엔드플레이트에는 강성을 높이기 위한 보강부가 마련된 배터리모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보강부는 상기 엔드플레이트를 가로지르며 설치된 지지바를 포함하는 배터리모듈.
3. 제2항에 있어서,

   상기 지지바는 원형 단면의 봉형상 부재인 배터리모듈.
4. 제2항에 있어서,

   상기 지지바는 서로 평행하게 복수개가 배열된 배터리모듈.
5. 제2항에 있어서,

   상기 엔드플레이트에는 상호 마주보도록 본체에서 절곡된 두 날개부가 구비되고, 상기 지지바는 그 두 날개부에 형성된 홀에 끼워져서 설치되는 배터리모듈.
6. 제5항에 있어서,

   상기 전지 열의 측면에 밀착되는 사이드플레이트가 더 구비되며, 상기 사이드플레이트는 상기 날개부의 홀에 체결되는 배터리모듈.
7. 제2항에 있어서,

   상기 엔드플레이트에 상기 각 전지의 상태를 감시하는 컨트롤러가 설치되는 배터리모듈.
8. 제1항에 있어서,

   상기 보강부는 상기 엔드플레이트의 일부를 돌출시켜 형성된 비드를 포함하는 배터리모듈.
9. 제8항에 있어서,

   상기 비드는 각형바 형상인 배터리모듈.
10. 제8항에 있어서,

    상기 비드는 서로 평행하게 복수개가 배열된 배터리모듈.
11. 제8항에 있어서,

    상기 엔드플레이트에는 상호 마주보도록 본체에서 절곡된 두 날개부가 구비 되고, 상기 비드는 그 두 날개부에 사이에 형성되는 배터리모듈.
12. 제11항에 있어서,

    상기 전지 열의 측면에 밀착되는 사이드플레이트가 더 구비되며, 상기 사이드플레이트는 상기 날개부에 형성된 홀에 체결되는 배터리모듈.
13. 제1항에 있어서,

    상기 보강부는 상기 엔드플레이트를 가로지르며 설치된 지지바와, 상기 엔드플레이트의 일부를 돌출시켜 형성된 비드를 포함하는 배터리모듈.
14. 제13항에 있어서,

    상기 지지바는 원형 단면의 봉형상 부재인 배터리모듈.
15. 제13항에 있어서,

    상기 지지바는 서로 평행하게 복수개가 배열된 배터리모듈.
16. 제13항에 있어서,

    상기 엔드플레이트에는 상호 마주보도록 본체에서 절곡된 두 날개부가 구비되고, 상기 지지바는 그 날개부에 형성된 홀에 끼워져서 설치되며, 상기 비드는 상기 두 날개부 사이에 배치되는 배터리모듈.
17. 제16항에 있어서,

    상기 전지 열의 측면에 밀착되는 사이드플레이트가 더 구비되며, 상기 사이드플레이트는 상기 날개부의 홀에 체결되는 배터리모듈.
18. 제13항에 있어서,

    상기 비드는 각형바 형상인 배터리모듈.
19. 제13항에 있어서,

    상기 비드는 서로 평행하게 복수개가 배열되며, 상기 지지바와는 수직으로 배치되는 배터리모듈.
20. 제1항에 있어서,

    상기 배터리모듈 복수개가 하나의 배터리팩으로 조립되어 전기자동차의 동력원으로 사용되는 배터리모듈.

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