KR20130017289A - 고전압 배터리팩용 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전압 배터리팩용 배터리 모듈에 관한 것으로, 다수개의 홀더플레이트(10)와 다수개의 배터리 셀(20)이 상하방향 적층식으로 쌓여진 구조가 됨에 따라 오조립에 따른 불량 발생이 없고, 원하는 개수만큼의 배터리 셀(20)을 적층식으로 쌓아서 모듈화를 이룰 수 있게 됨으로써 패키지 측면에 유리한 장점이 있으며, 더 나아가 배터리 셀(20)의 냉각성능을 한층 더 향상시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

고전압 배터리팩용 배터리 모듈{SIDE AIR BAG APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명은 고전압 배터리팩을 구성하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수개의 배터리 셀이 적층식으로 쌓여져서 모듈화를 이루도록 된 고전압 배터리팩용 배터리 모듈에 관한 기술이다.
일반적으로, 하이브리드 전기 자동차와 연료전지 자동차 그리고 전기 자동차는 모두 전기모터를 이용하여 차량을 구동시키는 차량으로서, 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리팩이 필수적으로 장착되는 바, 상기 고전압 배터리팩은 차량 운행 중에 충전과 방전을 반복하면서 필요한 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
상기와 같은 고전압 배터리팩은 통상적으로 배터리 케이스와, 상기 배터리 케이스내에 장착된 다수개의 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈을 구성하는 각 단위전지의 전압과 전류 및 온도 등을 감지하고 작동을 제어하는 BMS(Battery Management System)를 포함하여 이루어진 구성으로 되어 있다.
여기서, 종래의 배터리 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 다수개의 배터리 셀(1)과, 상기 배터리 셀(1)의 상하측을 지지하는 상부플레이트(2) 및 하부플레이트(3)를 포함한 구성으로 되어있다.
상기 배터리 셀(1)은 수직하게 세워진 상태가 되도록 하부플레이트(3)에 삽입되고, 상기 배터리 셀(1)의 상부가 상부플레이트(2)에 삽입되는 형태로 끼워지게 됨으로써 조립이 이루어지는 구조인 바, 이를 위해 상기 상부플레이트(2)와 하부플레이트(3)에는 배터리 셀(1)이 끼워지기 위한 삽입홈(2a,3a)이 각각 형성되어 있다.
그런데, 상기와 같은 종래의 배터리 모듈은 배터리 셀(1)의 상하단이 상부플레이트(2) 및 하부플레이트(3)의 삽입홈(2a,3a)으로 끼워지는 과정에서 오조립에 따른 불량 발생율이 높은 단점이 있고, 특히 삽입홈(2a,3a)의 개수만큼만 배터리 셀(1)의 개수를 모듈화할 수밖에 없기 때문에 패키지 측면에서 불리한 단점이 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 셀의 조립시 오조립에 따른 불량 발생을 없앨 수 있도록 하고, 특히 요구되는 개수만큼의 배터리 셀을 적층식으로 쌓아서 모듈화를 이루도록 함으로써 패키지 측면에 유리한 강점이 있는 고전압 배터리팩용 배터리 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈은, 상하방향 적층식으로 쌓여지면서 서로 간에 일정간격을 유지하도록 조립되는 다수개의 홀더플레이트; 상기 홀더플레이트 사이에 1개씩 위치하도록 상기 홀더플레이트에 안착되면서 상기 홀더플레이트에 의해 지지되는 구조로 설치된 다수개의 배터리 셀; 및 상기 다수개의 홀더플레이트를 일체로 결합시키는 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 홀더플레이트는 상기 배터리 셀이 안착되고 상기 배터리 셀을 지지하며 상기 배터리 셀의 냉각기능을 구비한 금속판부재; 및 상기 금속판부재의 테두리를 이루도록 상기 금속판부재와 일체로 형성되면서 상기 배터리 셀의 좌우측 단부를 지지하는 케이스부재;로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 배터리 셀마다 각각 전극이 구비되되 상기 전극은 상기 배터리 셀의 좌우측 단부로 돌출되도록 구비되고; 상기 배터리 셀이 상기 홀더플레이트에 적층식으로 쌓여져서 설치된 상태일 때 최하단에 위치한 전극과 최상단에 위치한 전극이 연결된 구조가 되도록 상기 전극은 지그재그 모양으로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 케이스부재의 양단에는 상기 배터리 셀에 구비된 전극이 삽입되어 안착되도록 전극설치홈이 형성된 구조이다.
상기 금속판부재에는 아래쪽에 위치한 배터리 셀과 접촉해서 상기 배터리 셀을 지지하는 다수개의 돌기부가 상기 금속판부재마다 일체로 형성된다.
상기 금속판부재는 상기 배터리 셀의 냉각성능을 향상시킬 수 있도록 알루미늄으로 형성되고; 상기 케이스부재는 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 고정부재는 적층식으로 쌓여진 상기 홀더플레이트의 모서리부를 일체로 관통하는 다수개의 장볼트; 및 상기 장볼트마다 각각 체결되는 너트;로 구성된다.
적층식으로 쌓여진 상기 홀더플레이트와 상기 배터리 셀사이에 냉각공기가 통과할 수 있도록 공기통로가 각각 구비된 구조가 바람직하다.
상기 홀더플레이트가 적층식으로 쌓여져서 조립이 될 때에 상기 홀더플레이트끼리의 조립위치를 규제하기 위한 플레이트돌기 및 플레이트홈이 상기 홀더플레이트마다 각각 일체로 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 플레이트돌기와 상기 플레이트홈은 일직선상에 위치하도록 상기 홀더플레이트를 구성하는 케이스부재의 윗면과 아래면에 각각 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 고전압 배터리팩용 배터리 모듈은, 다수개의 홀더플레이트와 다수개의 배터리 셀이 상하방향 적층식으로 쌓여진 구조가 됨에 따라 오조립에 따른 불량 발생이 없고, 원하는 개수만큼의 배터리 셀을 적층식으로 쌓아서 모듈화를 이룰 수 있게 됨으로써 패키지 측면에 유리한 장점이 있으며, 더 나아가 배터리 셀의 냉각성능을 한층 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립상태 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립과정을 보여주기 위한 분해 사시도,
도 4 내지 도 6은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선과 Ⅱ-Ⅱ선 및 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고전압 배터리팩용 배터리 모듈에 대해 살펴본다.
본 발명에 따라 고전압 배터리팩을 구성하는 배터리 모듈은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상하방향 적층식으로 쌓여지면서 서로 간에 일정간격을 유지하도록 조립되는 다수개의 홀더플레이트(10)와, 상기 홀더플레이트(10) 사이에 1개씩 위치하도록 상기 홀더플레이트(10)에 안착되면서 상기 홀더플레이트(10)에 의해 지지되는 구조로 설치된 다수개의 배터리 셀(20)과, 상기 다수개의 홀더플레이트(10)를 일체로 결합시키는 고정부재(30)를 포함한 구성으로 되어 있다.
여기서, 상기 홀더플레이트(10)는 상기 배터리 셀(20)이 안착되고 상기 배터리 셀(20)을 지지하며 상기 배터리 셀(20)의 냉각기능을 구비한 금속판부재(11)와, 상기 금속판부재(11)의 테두리를 이루도록 상기 금속판부재(11)와 일체로 형성되면서 상기 배터리 셀(20)의 좌우측 단부를 지지하는 케이스부재(12)로 구성된다.
그리고, 상기 배터리 셀(20)마다 각각 전극(21)이 구비되는데 상기 전극(21)은 상기 배터리 셀(20)의 좌우측 단부로 돌출되도록 구비되며, 상기 배터리 셀(20)이 상기 홀더플레이트(10)에 적층식으로 쌓여져서 설치된 상태일 때 최하단에 위치한 전극(21)과 최상단에 위치한 전극(21)이 연결된 구조가 되도록 상기 전극(21)은 도 4와 같이 지그재그 모양으로 연결된 구조가 된다.
또한, 상기 케이스부재(12)의 양단에는 상기 배터리 셀(20)에 구비된 전극(21)이 삽입되어 안착되도록 전극설치홈(13)이 형성된다.
그리고, 상기 금속판부재(11)에는 아래쪽에 위치한 배터리 셀(20)의 윗면과 접촉해서 상기 배터리 셀(20)을 지지하고 움직임을 억제하는 다수개의 돌기부(14)가 상기 금속판부재(11)마다 일체로 형성된다.
한편, 상기 금속판부재(11)는 상기 배터리 셀(20)의 냉각성능을 향상시킬 수 있도록 알루미늄(Al)으로 형성되고, 상기 케이스부재(12)는 플라스틱으로 형성된 구조이다.
알루미늄으로 형성된 상기 금속판부재(11)는 열전도성이 좋은 알루미늄 특성상 상기 배터리 셀(20)의 냉각성능을 더욱 향상시킬 수 있게 되고, 플라스틱으로 형성된 상기 케이스부재(12)는 경량화와 내구성 향상 및 전기 절연성 등의 기능을 갖출 수 있게 된다.
상기 금속판부재(11)와 상기 케이스부재(12)는 인서트 사출을 통해 일체로 제작된 구조이다.
상기 고정부재(30)는 적층식으로 쌓여진 상기 홀더플레이트(10)의 모서리부를 일체로 관통하는 다수개의 장볼트(31)와, 상기 장볼트(31)마다 각각 체결되는 너트(32)로 구성된다.
그리고, 상기 홀더플레이트(10)가 적층식으로 쌓여져서 조립이 될 때에 상기 홀더플레이트(10)끼리의 조립위치를 규제하기 위한 플레이트돌기(15) 및 플레이트홈(16)이 상기 홀더플레이트(10)마다 각각 일체로 구비되는 바, 상기 플레이트돌기(15)와 플레이트홈(16)은 케이스부재(12)에 형성된 구조이다.
또한, 상기 플레이트돌기(15)와 상기 플레이트홈(16)은 일직선상에 위치하도록 상기 케이스부재(12)의 윗면과 아래면에 각각 형성된 구조로 되어 있다.
그리고, 적층식으로 쌓여진 상기 홀더플레이트(10)와 상기 배터리 셀(20)사이에는 냉각공기가 통과할 수 있도록 공기통로(17)가 각각 구비된 구조가 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 배터리 모듈의 조립과정에 대해 설명한다.
금속판부재(11)와 케이스부재(12)로 이루어진 홀더플레이트(10) 1개를 바닥에 놓고, 상기 홀더플레이트(10)위에 도 3과 같이 배터리 셀(20) 1개를 안착시킨다.
상기 배터리 셀(20)은 다수개가 일렬로 연결된 것으로, 다수개의 배터리 셀(20)은 전극(21)끼리 연결된 구조이다.
홀더플레이트(10)위에 1개의 배터리 셀(20)을 안착시키면, 배터리 셀(20)은 금속판부재(11)상에 안착되고, 배터리 셀(20)의 테두리부는 케이스부재(12)상에 안착된 상태로 설치되며, 전극(21)은 케이스부재(12)의 좌우 양쪽에 형성된 전극설치홈(13)으로 삽입된 상태로 설치된다.
1개의 홀더플레이트(10)상에 1개의 배터리 셀(20)을 안착시키고, 상기 배터리 셀(20)위에 새로운 1개의 홀더플레이트(10)를 안착시키게 되며, 그 다음 새로운 1개의 배터리 셀(20)은 도 3에 도시된 화살표 R1과 같이 회전시켜서 안착시키고, 그 위에 또 다른 새로운 1개의 홀더플레이트(10)를 안착시키고, 그 위에 새로운 1개의 배터리 셀(20)은 도 3에 도시된 화살표 R2와 같이 회전시켜서 안착시킨다.
그러면, 다수개의 홀더플레이트(10)와 다수개의 배터리 셀(20)은 도 4와 같이 상하방향 적층식으로 쌓여진 구조가 되며, 또한 다수개의 배터리 셀(20)은 지그재그 모양으로 연결된 전극(21)을 통해 서로 연결된 구조가 된다.
상기와 같이 적층식 구조로 쌓여진 다수개의 홀더플레이트(10)와 다수개의 배터리 셀(20)은 장볼트(31) 및 너트(32)로 구성된 고정부재(30)에 의해 서로 조립이 이루어지며, 적층식으로 쌓여진 배터리 셀(20)은 금속판부재(11)에 형성된 돌기부(14)에 의해 움직임이 없도록 지지된 구조가 된다.
또한, 다수개의 홀더플레이트(10)와 다수개의 배터리 셀(20)이 상하방향 적층식으로 쌓여진 구조가 되면, 상기 홀더플레이트(10)와 배터리 셀(20) 사이에는 냉각공기가 통과할 수 있는 공기통로(17)가 형성된다.
따라서, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 다수개의 배터리 셀(20)이 상하방향 적층식으로 쌓여진 구조가 됨에 따라, 오조립에 따른 불량 발생이 없는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 원하는 개수만큼의 배터리 셀(20)을 적층식으로 쌓아서 모듈화를 이룰 수 있는 구조이므로, 패키지 측면에 유리한 장점이 있다.
또한, 알루미늄으로 제작된 금속판부재(11)의 돌기부(14)가 배터리 셀(20)과 접촉한 상태로 조립됨에 따라 열전도성이 높은 알루미늄의 특성에 의해 배터리 셀(20)의 냉각성능은 더욱 향상된다.
또한, 적층식으로 쌓여진 배터리 셀(20)의 상하부에 냉각공기가 통과할 수 있는 공기통로(17)가 형성됨에 따라 배터리 셀(20)의 냉각성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 다수개의 홀더플레이트(10)를 적층식으로 쌓을 때에 플레이트돌기(15)가 플레이트홈(16)에 끼워지는 구조가 됨으로써 상기 홀더플레이트(10)의 오조립 방지 및 조립위치를 규제할 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 홀더플레이트(10)의 케이스부재(12)가 플라스틱으로 형성됨에 따라 경량화, 내구성 향상, 외부로부터 열 침입 방지 및 전기 절연성의 성능을 갖출 수 있는 효과도 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 - 홀더플레이트 11 - 금속판부재
12 - 케이스부재 20 - 배터리 셀
21 - 전극 30 - 고정부재

Claims (10)

  1. 상하방향 적층식으로 쌓여지면서 서로 간에 일정간격을 유지하도록 조립되는 다수개의 홀더플레이트(10);
    상기 홀더플레이트(10) 사이에 1개씩 위치하도록 상기 홀더플레이트(10)에 안착되면서 상기 홀더플레이트(10)에 의해 지지되는 구조로 설치된 다수개의 배터리 셀(20); 및
    상기 다수개의 홀더플레이트(10)를 일체로 결합시키는 고정부재(30);를 포함하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀더플레이트(10)는 상기 배터리 셀(20)이 안착되고 상기 배터리 셀(20)을 지지하며 상기 배터리 셀(20)의 냉각기능을 구비한 금속판부재(11); 및
    상기 금속판부재(11)의 테두리를 이루도록 상기 금속판부재(11)와 일체로 형성되면서 상기 배터리 셀(20)의 좌우측 단부를 지지하는 케이스부재(12);로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 셀(20)마다 각각 전극(21)이 구비되되 상기 전극(21)은 상기 배터리 셀(20)의 좌우측 단부로 돌출되도록 구비되고;
    상기 배터리 셀(20)이 상기 홀더플레이트(10)에 적층식으로 쌓여져서 설치된 상태일 때 최하단에 위치한 전극(21)과 최상단에 위치한 전극(21)이 연결된 구조가 되도록 상기 전극(21)은 지그재그 모양으로 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 케이스부재(12)의 양단에는 상기 배터리 셀(20)에 구비된 전극(21)이 삽입되어 안착되도록 전극설치홈(13)이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속판부재(11)에는 아래쪽에 위치한 배터리 셀(20)과 접촉해서 상기 배터리 셀(20)을 지지하는 다수개의 돌기부(14)가 상기 금속판부재(11)마다 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속판부재(11)는 상기 배터리 셀(20)의 냉각성능을 향상시킬 수 있도록 알루미늄으로 형성되고;
    상기 케이스부재(12)는 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정부재(30)는 적층식으로 쌓여진 상기 홀더플레이트(10)의 모서리부를 일체로 관통하는 다수개의 장볼트(31); 및
    상기 장볼트(31)마다 각각 체결되는 너트(32);로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    적층식으로 쌓여진 상기 홀더플레이트(10)와 상기 배터리 셀(20)사이에 냉각공기가 통과할 수 있도록 공기통로(17)가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀더플레이트(10)가 적층식으로 쌓여져서 조립이 될 때에 상기 홀더플레이트(10)끼리의 조립위치를 규제하기 위한 플레이트돌기(15) 및 플레이트홈(16)이 상기 홀더플레이트(10)마다 각각 일체로 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 플레이트돌기(15)와 상기 플레이트홈(16)은 일직선상에 위치하도록 상기 홀더플레이트(10)를 구성하는 케이스부재(12)의 윗면과 아래면에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고전압 배터리팩용 배터리 모듈.
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