KR20130043537A - 절연성이 향상된 배터리 모듈 - Google Patents

절연성이 향상된 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수개의 단위전지들이 적층되어 전기적으로 연결되는 전극조립체; 상기 전극조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되도록 형성되고 일측에 절개홈이 형성되는 전극 단자; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 하부 케이스; 상기 전극 단자의 일측이 외부로 노출되도록 관통공이 형성되며, 상기 하부 케이스의 상측에 결합되는 상부 케이스; 및 절연판의 일면에 체결부가 연장 형성되어, 상기 절연판은 상기 전극 단자와 상부 케이스 사이에 개재되고 상기 체결부는 상기 전극 단자의 절개홈을 통과하도록 결합되는 인서트 볼트; 를 포함하여 이루어져, 상기 전극 단자와 상부 케이스 간에 상기 절연판에 의해 절연성이 확보되며, 조립이 용이한 절연성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

절연성이 향상된 배터리 모듈 {Battery module improved electric insulation}
본 발명은 절연성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수개의 단위전지들이 적층되어 전기적으로 연결되는 전극조립체; 상기 전극조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되도록 형성되고 일측에 절개홈이 형성되는 전극 단자; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 하부 케이스; 상기 전극 단자의 일측이 외부로 노출되도록 관통공이 형성되며, 상기 하부 케이스의 상측에 결합되는 상부 케이스; 및 절연판의 일면에 체결부가 연장 형성되어, 상기 절연판은 상기 전극 단자와 상부 케이스 사이에 개재되고 상기 체결부는 상기 전극 단자의 절개홈을 통과하도록 결합되는 인서트 볼트; 를 포함하여 이루어져, 상기 전극 단자와 상부 케이스 간에 상기 절연판에 의해 절연성이 확보되며, 조립이 용이한 절연성이 향상된 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린이나 중유를 주 연료로 사용하는 내연기관을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해 발생을 줄이기 위하여, 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발이 활발히 이루어지고 있는 추세이며, 물론 이러한 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 동력원으로는 전지가 사용된다. 최근 들어 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 배터리 모듈이 개발되고 있는데, 전기 자동차의 모터 구동 등과 같은 큰 전력을 필요로 하는 기기에는, 다수개의 전지 셀을 직렬로 연결하여 모듈로 구성되는 고전압의 배터리 모듈이 사용되는 것이 일반적이다.
상술한 바와 같이 배터리 모듈은 통상적으로 직렬로 연결되는 다수개의 전지 셀을 포함하여 이루어지며, 상기 전지 셀들은 전기적으로 연결되어 케이스의 외측으로 전극 단자가 노출되도록 형성되는데, 이때 상기 전극 단자는 케이스와의 전기적으로 절연이 확보되어야 한다.
즉, 도 1을 참조하면 배터리 모듈은 다수개의 전지 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 전극조립체(10)를 이루며, 상기 전극조립체(10)가 수용되는 케이스(20)의 외측으로 전극 단자(11,12)가 노출되도록 구성되며, 이때 전극 단자(11,12)는 상기 케이스(20)와의 절연을 위해 인슐레이터(30)가 삽입되도록 구성된다.
그런데 상기 인슐레이터(30)는 상기 케이스(20)에 형성되는 관통공에 결합되어야 하고 상기 전극 단자(11,12)가 상기 인슐레이터(30)의 내부를 통과하여 상기 케이스(20)의 외부로 노출되도록 형성되며, 상기 전극 단자(11,12)와 케이스(20)가 전기적으로 절연되도록 구성되어야 하므로, 상기 전극 단자(11,12) 및 인슐레이터(30)의 구조가 복잡하고 결합이 어려운 문제점이 있다.
KR 10-1041153 B1 (2011.06.07.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수개의 단위전지들이 적층되어 전기적으로 연결되는 전극조립체; 상기 전극조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되도록 형성되고 일측에 절개홈이 형성되는 전극 단자; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 하부 케이스; 상기 전극 단자의 일측이 외부로 노출되도록 관통공이 형성되며, 상기 하부 케이스의 상측에 결합되는 상부 케이스; 및 절연판의 일면에 체결부가 연장 형성되어, 상기 절연판은 상기 전극 단자와 상부 케이스 사이에 개재되고 상기 체결부는 상기 전극 단자의 절개홈을 통과하도록 결합되는 인서트 볼트; 를 포함하여 이루어져, 상기 전극 단자와 상부 케이스가 상기 절연판에 의해 절연성이 확보되며, 조립이 용이한 절연성이 향상된 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈은, 다수개의 단위전지들이 적층되어 전기적으로 연결되는 전극조립체; 상기 전극조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되도록 형성되고 일측에 절개홈이 형성되는 전극 단자; 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 하부 케이스; 상기 전극 단자의 일측이 외부로 노출되도록 관통공이 형성되며, 상기 하부 케이스의 상측에 결합되는 상부 케이스; 및 절연판의 일면에 체결부가 연장 형성되어, 상기 절연판은 상기 전극 단자와 상부 케이스 사이에 개재되고 상기 체결부는 상기 전극 단자의 절개홈을 통과하도록 결합되는 인서트 볼트; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 케이스는 상기 전극 단자와 마주보는 일면에 삽입홈이 형성되어, 상기 인서트 볼트의 절연판이 상기 삽입홈에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 케이스는 상기 삽입홈의 양측에 가이드가 형성되고, 상기 인서트 볼트의 절연판은 상기 가이드에 대응되는 가이드 홈이 형성되어, 상기 가이드 홈에 상기 가이드가 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 케이스는 상기 삽입홈의 하측에 걸림홈이 형성되고, 상기 인서트 볼트의 절연판은 하측에 고정후크가 형성되어, 상기 고정후크가 상기 걸림홈에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인서트 볼트의 체결부는 상기 절연판에 일측이 결합되는 판형의 베이스; 및 상기 베이스의 타측으로 연장되는 체결수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스의 폭은 상기 전극 단자의 절개홈의 폭보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스는 일면이 상기 절연판에서 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈은, 전극 단자와 상부 케이스 사이에 절연판이 개재되도록 하고 상기 절연판에 체결수단이 형성되므로, 상기 상부 케이스의 절연성이 확보되고, 상기 체결수단과 전극 단자의 결합 및 절연판의 조립이 용이한 장점이 있다.
도 1은 종래의 배터리 모듈을 나타낸 단면도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈을 나타낸 조립도.
도 5 및 도 6은 도 4의 인서트 볼트 부분을 정면 및 상측에서 바라본 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도 및 조립도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈(1000)은, 다수개의 단위전지(110)들이 적층되어 전기적으로 연결되는 전극조립체(100); 상기 전극조립체(100)의 전극탭(120)에 전기적으로 연결되도록 형성되고 일측에 절개홈(210)이 형성되는 전극 단자(200); 상기 전극조립체(100)가 내부에 수용되는 하부 케이스(300); 상기 전극 단자(200)의 일측이 외부로 노출되도록 관통공(410)이 형성되며, 상기 하부 케이스(300)의 상측에 결합되는 상부 케이스(400); 및 절연판(510)의 일면에 체결부(520)가 연장 형성되어, 상기 절연판(510)은 상기 전극 단자(200)와 상부 케이스(400) 사이에 개재되고 상기 체결부(520)는 상기 전극 단자(200)의 절개홈(210)을 통과하도록 결합되는 인서트 볼트(500); 를 포함하여 이루어진다.
우선, 상기 전극조립체(100)는 다수개의 단위 전지(110)들이 일정거리 이격되어 나란히 적층되고, 각각의 단위 전지(110)들의 전극탭(120)은 직렬 또는 병렬로 연결되어 전기적으로 연결되도록 구성된다. 그리고 상기 단위 전지(110)는 파티션의 양측에 각각 파우치형 셀이 결합되고 그 외측에 케이스가 결합되어, 두 장의 파우치형 셀이 상기 파티션에 의해 단락이 방지되고 상기 케이스에 의해 구조적으로 견고하도록 구성될 수 있다.
그리고 상기 전극 단자(200)는 상기 전극조립체(100)의 전극탭(120)들에 연결되는데, 상기 단위 전지(110)들이 직렬로 연결되는 경우 가장 바깥쪽에 위치하는 한 쌍의 단위 전지(110)의 전극탭(120)에 각각 전극 단자(200)가 결합되어 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 전극 단자(200)는 양극 및 음극 단자로 한 쌍이 형성된다.
이때, 상기 전극 단자(200)는 도 2와 같이 판형으로 형성되어 전극탭(120)에 일측이 결합되고 연장 형성되어 타측이 상측으로 절곡되어 중앙에 절개홈(210)이 형성되며, 상기 절개홈(210)은 상측이 개방된 형태로 길게 형성된다.
그리하여 전기적으로 연결되고 전극 단자(200)가 결합된 상태로 상기 전극조립체(100)가 상기 하부 케이스(300)에 수용된다. 이때, 상기 하부 케이스(300)는 내측에 다수개의 홈이 형성되어 각각의 단위 전지(110)가 삽입될 수 있도록 형성될 수 있으며, 또한 좌우 양측에 통기구가 형성되어 상기 단위 전지(110)들 사이로 냉각공기가 유동되며 냉각되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 하부 케이스(300)는 도시된 바와 같이 일측이 분리형으로 형성되어 상기 전극조립체(100)가 상기 하부 케이스(300) 내부에 조립되어 수용되기 용이하도록 구성될 수도 있다. 그리고 상기 하부 케이스(300)는 상기 단위 전지(110)가 케이스로 둘러싸인 형태일 경우에 앞뒤 양측면이 개방된 형태로 형성될 수 있다.
그리고 상기 전극조립체(100)는 상기한 바와 같이 다수개의 단위 전지(110)들의 전극탭(120)이 연결되도록 결합된 상태에서 상기 하부 케이스(300)에 조립될 수도 있으나, 상기 하부 케이스(300)의 내부에 형성되는 홈에 각각의 단위 전지(110)를 삽입하여 조립한 후 상기 전극탭(120)들을 연결하고 상기 전극 단자(200)를 결합할 수도 있다.
이와 같이 상기 전극조립체(100)가 상기 하부 케이스(300)에 조립된 후 그 상측 덮도록 상부 케이스(400)가 결합된다. 이때, 상기 상부 케이스(400)는 양측이 상기 하부 케이스(300)에 결합될 수 있으며, 상기 전극 단자(200)가 관통되어 상측으로 노출되도록 한 쌍의 관통공(410)이 형성되며, 상기 관통공(410)은 상기 전극 단자(200)가 상기 상부 케이스(400)와 접촉되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
그리하여 도 3과 같이 상기 상부 케이스(400)가 상기 하부 케이스(300)의 상측에 결합된 상태에서 상기 전극 단자(200)는 상기 상부 케이스(400)의 상측으로 노출된 상태가 된다. 이때, 상기 상부 케이스(400)는 상기 전극 단자(200)와 인접한 부분이 단차지게 형성되어, 상기 전극 단자(200)와 상기 상부 케이스(400)는 일정거리 이격되게 형성된다.
여기에서 도 4와 같이 상기 전극 단자(200)와 상부 케이스(400)의 일측면 사이에 인서트 볼트(500)가 결합된다. 이때, 상기 인서트 볼트(500)는 판형으로 형성되는 절연판(510)과 그 일측으로 연장 형성되는 체결부(520)로 이루어지며, 상기 절연판(510)은 절연성 물질로 형성되며 상기 전극 단자(200)와 상부 케이스(400) 사이에 개재된다. 그리고 상기 체결부(520)는 일반적으로 볼트로 형성되어 상기 전극 단자(200)의 절개홈(210)을 통과하도록 결합되어, 너트로 체결될 수 있다.
그리고 상기 절연판(510)은 절연성이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하며 플라스틱 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 절연판(510)의 일측에 연장 형성되는 체결부(520)는 금속 재질로 이루어질 수 있으며 상기 절연판(510)과 이종사출을 통해 일체형으로 형성될 수 있다.
그리하여 본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈(1000)은 상기 인서트 볼트(500)의 절연판(510)에 의해 상기 전극 단자(200)와 상부 케이스(400) 간의 절연성이 확보되면서, 상기 체결부(520)는 상기 전극 단자(200)에 연결되는 터미널들을 너트로 체결하여 각종 전기장치들에 전기적으로 연결되도록 할 수 있으며, 상기 인서트 볼트의 구조가 간단하여 조립이 용이한 장점이 있다.
이하에서 상기 상부 케이스(400) 및 인서트 볼트(500)의 세부적인 구성 및 결합 구조에 대하여 설명하기로 한다.
상기 상부 케이스(400)는 상기 전극 단자(200)와 마주보는 일면에 삽입홈(420)이 형성되어, 상기 인서트 볼트(500)의 절연판(510)이 상기 삽입홈(420)에 결합될 수 있다. 이는 상기 상부 케이스(400)의 일면에 삽입홈(420)이 형성되어 상측에서 상기 인서트 볼트(500)의 절연판(510)이 상기 삽입홈(420)으로 삽입되는 구성이다. 이때, 상기 절연판(510)은 상기 삽입홈(420)보다 약간 크게 형성되어 상기 삽입홈(420)에 압입된 상태에서 움직이지 않도록 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 도 2 및 도 6을 참조하면 상기 상부 케이스(400)는 상기 삽입홈(420)의 양측에 가이드(430)가 형성되고, 상기 인서트 볼트(500)의 절연판(510)은 상기 가이드에 대응되는 가이드 홈(511)이 형성되어, 상기 가이드 홈(511)에 상기 가이드(430)가 결합될 수 있다. 즉, 상기 가이드(430)에 의해 상기 인서트 볼트(500)의 절연판(510)이 더욱 견고하게 고정되는 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 상부 케이스(400)는 도 2 및 도 5와 같이 상기 삽입홈(420)의 하측에 걸림홈(440)이 형성되고, 상기 인서트 볼트(500)의 절연판(510)은 하측에 고정후크(512)가 형성되어, 상기 고정후크(512)가 상기 걸림홈(440)에 삽입되어 결합될 수 있다. 즉, 관통공(410)의 일측이면서 상기 삽입홈(420)의 하측에 상기 걸림홈(440)이 형성되어 상기 인서트 볼트(500)의 절연판(510) 하측에 형성되는 고정후크(512)가 삽입되도록 조립된 후에 걸려 빠지지 않도록 고정되는 구조가 될 수 있다.
또한, 상기 인서트 볼트(500)의 체결부(520)는 상기 절연판(510)에 일측이 결합되는 판형의 베이스(521) 및 상기 베이스(521)의 타측으로 연장되는 체결수단(522)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이는 상기 체결부(520)가 상기 베이스(521)의 일측에 수직으로 상기 체결수단(522)이 연장 형성되고, 상기 절연판(510)의 일측에 상기 베이스(521)가 포함되도록 결합되는 것이다. 이때, 상기 베이스(521) 및 체결수단(522)은 일체형의 금속 재질로 형성되어, 상기 인서트 볼트(500)가 삽입홈(420)에 조립되었을 때 상기 베이스(521)는 상기 전극 단자(200)와 접하게 되어 상기 체결수단(522)에 너트를 조립하여 터미널 등을 고정하면 전기적으로 통전이 잘 이루어질 수 있다. 또한, 플라스틱 수지 재질의 절연판(510)에 금속 재질의 체결부(520)가 결합되는 것에 비해 상기와 같이 베이스(521)에 일체형으로 체결수단(522)이 형성되고 상기 베이스(521)가 상기 절연판(510)에 결합되는 것이 결합강도를 향상시켜 구조적으로 안정하며 터미널 등을 상기 전극 단자(200)에 결합시 통전성이 향상될 수 있다.
이때, 상기 베이스(521)의 폭(W1)은 상기 전극 단자(200)의 절개홈(210)의 폭(W2)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 체결수단(522)에 너트를 조립할 때 상기 베이스(521)와 너트 사이에 상기 전극 단자(200)가 밀착되도록 결합되므로, 상기 전극 단자(200)와 연결되는 전기 장치들의 통전성이 향상되고 상기 인서트 볼트(500)의 체결수단(522)과 너트를 결합할 수 있는 강도가 향상되는 장점이 있다.
또한, 상기 베이스(521)는 일면이 상기 절연판(510)에서 돌출되게 형성될 수 있으며, 이는 상기 전극 단자(200)와 상기 베이스(521)가 용이하게 접촉되도록 하여 상기와 같이 전극 단자(200)와 연결되는 전기 장치들의 통전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 절연성이 향상된 배터리 모듈은, 전극 단자와 상부 케이스 사이에 절연판이 개재되도록 하고 상기 절연판에 체결수단이 형성되므로, 상기 상부 케이스의 절연성이 확보되고, 상기 체결수단과 전극 단자의 결합 및 절연판의 조립이 용이한 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : (본 발명의) 절연성이 향상된 배터리 모듈
100 : 전극조립체
110 : 단위 전지 120 : 전극탭
200 : 전극 단자
210 : 절개홈
300 : 하부 케이스
400 : 상부 케이스
410 : 관통공 420 : 삽입홈
430 : 가이드 440 : 걸림홈
500 : 인서트 볼트
510 : 절연판
511 : 가이드 홈 512 : 고정후크
520 : 체결부
521 : 베이스 522 : 체결수단
W1 : 베이스의 폭
W2 : 절개홈의 폭

Claims (7)

  1. 다수개의 단위전지들이 적층되어 전기적으로 연결되는 전극조립체;
    상기 전극조립체의 전극탭에 전기적으로 연결되도록 형성되고 일측에 절개홈이 형성되는 전극 단자;
    상기 전극조립체가 내부에 수용되는 하부 케이스;
    상기 전극 단자의 일측이 외부로 노출되도록 관통공이 형성되며, 상기 하부 케이스의 상측에 결합되는 상부 케이스; 및
    절연판의 일면에 체결부가 연장 형성되어, 상기 절연판은 상기 전극 단자와 상부 케이스 사이에 개재되고 상기 체결부는 상기 전극 단자의 절개홈을 통과하도록 결합되는 인서트 볼트; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연성이 향상된 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 상기 전극 단자와 마주보는 일면에 삽입홈이 형성되어, 상기 인서트 볼트의 절연판이 상기 삽입홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 절연성이 향상된 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 상기 삽입홈의 양측에 가이드가 형성되고, 상기 인서트 볼트의 절연판은 상기 가이드에 대응되는 가이드 홈이 형성되어, 상기 가이드 홈에 상기 가이드가 결합되는 것을 특징으로 하는 절연성이 향상된 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 케이스는 상기 삽입홈의 하측에 걸림홈이 형성되고, 상기 인서트 볼트의 절연판은 하측에 고정후크가 형성되어, 상기 고정후크가 상기 걸림홈에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 절연성이 향상된 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인서트 볼트의 체결부는 상기 절연판에 일측이 결합되는 판형의 베이스; 및 상기 베이스의 타측으로 연장되는 체결수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절연성이 향상된 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 베이스의 폭은 상기 전극 단자의 절개홈의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 절연성이 향상된 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 베이스는 일면이 상기 절연판에서 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 절연성이 향상된 배터리 모듈.
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