KR20130015115A - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연 특성 및 조립성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀 및 상기 복수개의 배터리 셀 사이에 개재되는 배리어를 포함하고, 상기 배리어는 적어도 하나의 개구부를 구비하며 상기 배터리 셀의 장측면과 대면하는 몸체부, 상기 몸체부의 적어도 일단에 연결되어 상기 배터리 셀의 단측면과 적어도 일부가 접촉하는 적어도 하나의 측면부에 구비되어 이웃한 상기 배리어를 연결하는 적어도 하나의 체결부를 구비하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리 모듈 {BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 배터리 셀과 상기 배터리 셀에 개재되는 배리어를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지로, 하나의 배터리 셀로 이루어져 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 카메라, 캠코더 등의 휴대용 소형 전자기기에 사용되거나, 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩으로 이루어져 고출력의 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV) 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
상기 배터리 모듈을 이루는 배터리 셀 사이에는 배터리 셀 간의 절연, 방열 및 배터리 셀의 낮은 기계적 강성 보완을 위한 배리어가 구비되는 것이 일반적이다. 그러나, 기존에는 주로 배터리 셀이 서로 대면하는 면에 금속 소재로 이루어진 배리어를 배치하여 배터리 셀 사이를 절연함에 있어 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 절연 특성을 향상시킬 수 있는 배터리 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 배터리 모듈은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀 및 상기 복수개의 배터리 셀 사이에 개재되는 배리어를 포함하고, 상기 배리어는 적어도 하나의 개구부를 구비하며 상기 배터리 셀의 장측면과 대면하는 몸체부, 상기 몸체부의 적어도 일단에 연결되어 상기 배터리 셀의 단측면과 적어도 일부가 접촉하는 적어도 하나의 측면부 및 상기 측면부에 구비되어 이웃한 상기 배리어를 연결하는 적어도 하나의 체결부를 구비한다.
상기 체결부재는 상기 측면부의 단부 또는 이웃한 상기 측면부의 경계에 연결된 본체부 및 이웃한 상기 배리어의 체결부와 결합되는 체결부재로 이루어질 수 있다.
상기 체결부재는 상기 본체부로부터 연장되며, 상기 본체부와 단차를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 체결부는 내부에 관통홀을 구비할 수 있다.
한편, 이웃한 상기 체결부는 상기 관통홀을 통과하도록 구비되는 연결바(bar)에 의해 서로 연결될 수 있다.
상기 몸체부는 적어도 하나의 상기 개구부 사이에 위치하는 선형부재를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 측면부는 상기 선형부재의 일단 및 타단에 각각 연결되는 제1 측면부재 및 제2 측면부재와 상기 제1 측면부재 및 상기 제2 측면부재에 각각 연결되는 제3 측면부재 및 제4 측면부재로 이루어질 수 있다.
상기 제1 측면부재 내지 상기 제4 측면부재 중 적어도 어느 하나는 상기 배터리 셀의 벤트부에 상응하는 가스 배출구를 구비할 수 있다.
상기 가스 배출구의 둘레에는 상기 가스 배출구를 둘러싸는 격벽이 더 구비될 수 있다.
상기 제1 측면부재 내지 상기 제4 측면부재 중 적어도 어느 하나는 상기 배터리 셀의 단자부에 상응하는 단자 노출구를 구비할 수 있다.
상기 배리어가 상기 몸체부의 일방향에서 상기 배터리 셀을 수용하는 경우, 상기 몸체부는 상기 측면부재의 측부 에지와 연결되도록 구비될 수 있다.
상기 배리어가 상기 몸체부의 양방향에서 상기 배터리 셀을 수용하는 경우, 상기 몸체부는 상기 측면부재가 상기 배터리 셀과 접촉하는 내부면과 연결되도록 구비될 수 있다.
상기 배터리 모듈은 상기 배터리 셀의 외측에 배치된 한쌍의 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트는 상기 연결바와 체결되는 연결부를 구비할 수 있다.
상기 연결바와 상기 연결부는 연결부재에 의해 체결될 수 있다.
상기 배리어는 플라스틱 또는 통전성이 없는 금속재질로 형성될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 플라스틱 또는 통전성이 없는 금속재질로 형성된 배리어에 배터리 셀을 수용함으로써 절연성이 우수한 배터리 모듈을 구현할 수 있다.
또한, 복수의 이웃한 배리어를 연결할 수 있는 연결바를 배터리 모듈에 구비하여 보다 쉽게 배터리 셀을 얼라인할 수 있으므로 배터리 모듈의 조립성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 배터리 모듈의 분해사시도이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배리어와 배테리 셀의 분해사시도이다.
도 3b는 도 3a에 따른 배리어와 배테리 셀의 결합사시도이다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배리어와 배테리 셀의 분해사시도이다.
도 4b는 도 4a에 따른 배리어와 배테리 셀의 결합사시도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
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, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배리어와 배테리 셀의 분해사시도이고, 도 3b는 도 3a에 따른 배리어와 배테리 셀의 결합사시도이이며, 도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배리어와 배테리 셀의 분해사시도이고, 도 4b는 도 4a에 따른 배리어와 배테리 셀의 결합사시도이다.
도 1 내지 도 3a를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀(10) 및 상기 복수개의 배터리 셀(10) 사이에 개재되는 배리어(150)를 포함하는데, 여기서, 상기 배리어(150)는 적어도 하나의 개구부(151b)를 구비하며 상기 배터리 셀(10)의 장측면과 대면하는 몸체부(151), 상기 몸체부(151)의 적어도 일단에 연결되어 상기 배터리 셀(10)의 단측면과 적어도 일부가 접촉하는 적어도 하나의 측면부(152) 및 상기 측면부(152)에 구비되어 이웃한 상기 배리어(150)를 연결하는 적어도 하나의 체결부(153)를 구비한다.
여기서, 이웃한 배리어(150)의 체결부(153)는 서로 체결되어 연결되는데, 상기 체결부(153)는 상기 측면부(152)의 단부 또는 이웃한 상기 측면부(152)의 경계에 연결된 본체부(153a) 및 이웃한 상기 배리어(150)의 체결부(153)와 결합되는 체결부재(153b)로 이루어질 수 있다.
상기 체결부재(153b)는 상기 본체부(153a)로부터 연장되며, 상기 본체부(153a)와 단차를 갖도록 형성되는 것이 이웃한 배리어(150)와의 연결을 위해 바람직하다. 또한, 상기 체결부(153)는 내부에 관통홀(153c)을 구비할 수 있는데, 이웃한 배리어(150)의 체결부(153)는 관통홀(153c)을 통과하도록 구비되는 연결바(bar, 154)에 의해 서로 연결된다.
한편, 배터리 셀(10)의 장측면과 대면하는 몸체부(151)는 적어도 하나의 선형부재(151a)와 선형부재(151a)의 사이에 위치하는 적어도 하나의 개구부(151b)를 구비한다. 이러한 개구부(151b)는 복수회의 충방전 과정에서 배터리 셀(10)로부터 발생하는 열이 누적되지 않도록 열을 방출하는 통로의 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 개구부(151b)는 배터리 셀(10)의 냉각 또는 가열을 위한 열전달 매체의 통로가 될 수도 있다. 즉, 열전달 매체는 상기 배터리 모듈(100)의 일측에서 유입되어 배리어(150)에 의하여 구비된 개구부(151b)를 통과하면서, 배터리 셀(10)의 장측면과 직접 대면하여 열교환을 하고 배터리 모듈(100)의 타측으로 배출되어 배터리 셀(10)이 소정의 온도를 유지할 수 있도록 한다.
또한, 몸체부(151)에 연결되어 배터리 셀(10)의 단측면과 접촉하는 측면부(152)는 선형부재(151a)의 일단 및 타단에 각각 연결되는 제1 측면부재(152a) 및 제2 측면부재(152b)와 상기 제1 측면부재(152a) 및 상기 제2 측면부재(152b)에 각각 연결되는 제3 측면부재(152c) 및 제4 측면부재(152d)로 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 측면부재(152a)는 배터리 셀(10)의 벤트부(13)에 상응하는 가스 배출구(155)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 가스 배출구(155)의 둘레에는 상기 가스 배출구(155)를 둘러싸는 격벽(156)이 더 구비될 수 있다. 벤트부(13)는 배터리 셀(10)로부터 방출되는 가스를 배출하는 통로이므로, 벤트부(13)를 막지 않도록 가스 배출구(155)를 형성하는 것이 바람직하며, 배출되는 가스가 배터리 셀(10)에 영향을 미치지 않게 되도록 배터리 셀(10)에서 멀리 배출되도록 안내될 수 있는 격벽(156)을 형성하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 제1 측면부재(152a)는 배터리 셀(10)의 음극 단자(11) 및 양극 단자(12)에 상응하는 단자 노출구(157)를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따라서, 플라스틱 또는 통전성이 없는 금속재질로 형성된 배리어(150)에 배터리 셀(10)을 수용함으로써 절연성이 우수한 배터리 모듈(100)을 구현할 수 있다.
또한, 복수의 이웃한 배리어(150)를 연결할 수 있는 연결바(154)를 배터리 모듈(100)에 구비하여 보다 쉽게 배터리 셀(10)을 얼라인할 수 있으므로 배터리 모듈(100)의 조립성을 향상시킬 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배리어(150)가 몸체부(151)의 일방향에서 배터리 셀(10)을 수용하는 경우, 몸체부(151)는 측면부(152)의 측부 에지(E)와 연결되도록 구비될 수 있다. 이러한 경우, 배리어(150)는 배터리 셀(10)과 일대일로 대응하여 하나의 배터리 셀(10)을 하나의 배리어(150)가 수용하게 된다.
이때, 제1 측면부재(152a)는 배터리 셀(10)의 벤트부(13)에 상응하는 가스 배출구(155)를 구비하고, 가스 배출구(155)의 둘레에는 상기 가스 배출구(155)를 둘러싸는 격벽(156)이 더 구비될 수 있다. 또한, 제1 측면부재(152a)는 배터리 셀(10)의 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)에 상응하는 단자 노출구(157)를 구비한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배리어(150)가 몸체부(151)의 양방향에서 배터리 셀(10)을 수용하는 경우, 몸체부(151)는 측면부(152)가 배터리 셀(10)과 접촉하는 내부면(S)과 연결되도록 구비될 수 있다. 이러한 경우, 배리어(150)는 두 개의 배터리 셀(10)과 대응하여 두 개의 배터리 셀(10)의 일부분을 하나의 배리어(150)가 수용하게 된다. 도 4b에서 배리어(150)에 수용되지 않은 배터리 셀(10)의 나머지 일부분은 이웃한 일방향의 배리어(150)가 수용하고, 나머지 타부분은 이웃한 타방향의 배리어(150)가 수용할 수 있다.
이때, 제1 측면부재(152a)는 벤트부(13)와 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)와 중첩하지 않도록 이웃한 벤트부(13) 사이에 얇은 띠 형상으로 구비된다.
배터리 셀(10)은 전극 조립체와 전해액을 전지 케이스에 수용시킨 다음, 상기 전지 케이스를 캡 플레이트(14)로 밀폐시킴으로써 제조될 수 있다. 캡 플레이트(14)는 상기 캡 플레이트(14) 상의 양끝단에 구비되는 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)와, 상기 양극 단자(11) 및 음극 단자(12) 사이에 구비되는 벤트(13)를 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체는 양극판 및 음극판과, 이들 극판들 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어질 수 있다. 상기 양극판은 양극 단자(11)와 연결되고, 음극판은 음극 단자(12)와 연결되어, 전극 조립체 및 전해액의 전기 화학적인 반응에 의하여 발생하는 에너지는 외부로 전달된다. 또한, 벤트(13)는 배터리 셀(10) 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로의 역할을 한다.
상기 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(10)의 외측에 배치되는 한쌍의 제1 엔드 플레이트(110) 및 제2 엔드 플레이트(120)를 구비할 수 있고, 상기 제1 엔드 플레이트(110) 및 제2 엔드 플레이트(120)는 각각 연결바(154)와 체결되는 연결부(114, 124)를 구비할 수 있으며, 연결바(154)와 연결부(114, 124)는 연결부재(115, 125)에 의해 체결될 수 있다.
따라서, 제1 엔드 플레이트(110) 및 제2 엔드 플레이트(120)는 복수개의 배터리 셀(10)을 수용하기 위하여 일정 공간을 구획하고, 배터리 셀(10)들은 구획된 공간 속에 일방향으로 정렬되어 구비될 수 있다. 이때, 상기 배터리 셀(10)은 넓은 장측면이 서로 대향하도록 나란하게 정렬된다. 이웃한 두 배터리 셀(10)의 양극 단자(11) 또는 음극 단자(12)는 버스바(bus-bar)(15)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(15)에는 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)가 관통할 수 있는 홀이 구비되고, 상기 홀을 통하여 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)가 관통하여 연결된 버스바(15)는 너트(16) 등의 부재에 의하여 고정될 수 있다.
제1 엔드 플레이트(110) 및 제2 엔드 플레이트(120)는 각각 양끝에 구비되는 배리어(150)과 접촉하도록 배치되어, 복수개의 배터리 셀(10)을 내측으로 가압할 수 있다. 이때, 상기 제1 엔드 플레이트(110) 및 제2 엔드 플레이트(120)에 의하여 지지되는 복수개의 배터리 셀(10)은 양극 단자(11) 및 음극 단자(12)가 서로 교대로 배치되도록 정렬되어, 이웃하는 단자를 직렬이 되도록 연결할 수 있다.
전술한 제1 엔드 플레이트(110) 및 제2 엔드 플레이트(120)는 복수개의 배터리 셀(10)을 안정적으로 고정하기 위함으로, 본 실시예의 형태에 제한되지 않고 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(10)의 연결 구조 및 배터리 셀(10)의 개수는 배터리 모듈(100)의 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
상기 벤트부(13)는 배터리 셀(10)의 내부에서 발생하는 기체의 압력이 소정 이상일 경우에, 기체가 배터리 셀(10)로부터 배출되는 통로의 역할을 할 수 있으므로, 배터리 셀(10)이 내압에 의하여 파손되는 것을 방지한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플라스틱 또는 통전성이 없는 금속재질로 형성된 배리어에 배터리 셀을 수용함으로써 절연성이 우수한 배터리 모듈을 구현할 수 있다.
또한, 복수의 이웃한 배리어를 연결할 수 있는 연결바를 배터리 모듈에 구비하여 보다 쉽게 배터리 셀을 얼라인할 수 있으므로 배터리 모듈의 조립성을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 배터리 셀 11: 양극 단자
12: 음극 단자 13: 벤트부
14: 캡 플레이트 100: 배터리 모듈
110, 120: 엔드 플레이트 115, 125: 연결부재
150: 배리어 151: 몸체부
152: 측면부 153: 체결부
154: 연결바 155: 가스 배출구
156: 격벽 157: 단자 노출구

Claims (16)

  1. 일방향으로 정렬되는 복수개의 배터리 셀; 및
    상기 복수개의 배터리 셀 사이에 개재되는 배리어를 포함하고,
    상기 배리어는 적어도 하나의 개구부를 구비하며 상기 배터리 셀의 장측면과 대면하는 몸체부, 상기 몸체부의 적어도 일단에 연결되어 상기 배터리 셀의 단측면과 적어도 일부가 접촉하는 적어도 하나의 측면부 및 상기 측면부에 구비되어 이웃한 상기 배리어를 연결하는 적어도 하나의 체결부를 구비하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 체결부는 상기 측면부의 단부 또는 이웃한 상기 측면부의 경계에 연결된 본체부 및 이웃한 상기 배리어의 체결부와 결합되는 체결부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 체결부재는 상기 본체부로부터 연장되며, 상기 본체부와 단차를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 체결부는 내부에 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    이웃한 상기 체결부는 상기 관통홀을 통과하도록 구비되는 연결바(bar)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부는 적어도 하나의 상기 개구부 사이에 위치하는 선형부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측면부는 상기 선형부재의 일단 및 타단에 각각 연결되는 제1 측면부재 및 제2 측면부재와 상기 제1 측면부재 및 상기 제2 측면부재에 각각 연결되는 제3 측면부재 및 제4 측면부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 측면부재 내지 상기 제4 측면부재 중 적어도 어느 하나는 상기 배터리 셀의 벤트부에 상응하는 가스 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가스 배출구의 둘레에는 상기 가스 배출구를 둘러싸는 격벽이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 측면부재 내지 상기 제4 측면부재 중 적어도 어느 하나는 상기 배터리 셀의 단자에 상응하는 단자 노출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배리어가 상기 몸체부의 일방향에서 상기 배터리 셀을 수용하는 경우, 상기 몸체부는 상기 측면부의 측부 에지와 연결되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배리어가 상기 몸체부의 양방향에서 상기 배터리 셀을 수용하는 경우, 상기 몸체부는 상기 측면부가 상기 배터리 셀과 접촉하는 내부면과 연결되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 외측에 배치된 한쌍의 제1 엔드 플레이트 및 제2 엔드 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 엔드 플레이트 및 상기 제2 엔드 플레이트는 각각 상기 연결바와 체결되는 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 연결바와 상기 연결부는 연결부재에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 배리어는 플라스틱 또는 통전성이 없는 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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