KR20140074411A - 배터리 서브팩 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩은 엔드플레이트와 하단부재가 결합되어 배터리모듈을 적층할 경우 생기는 공차의 크기에 상관없이 배터리 서브팩을 조립할 수 있으며, 배터리안착부를 포함하고 있어 쉽게 조립할 수 있는 효과가 있다.

Description

배터리 서브팩 및 이를 제조하는 방법{Battery Sub-Pack and a Method for manufacturing the same}
본 발명은 배터리 서브팩 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 적어도 하나이상의 배터리모듈을 포함하는 배터리 서브팩과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치 형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.
상기 파우치형으로 되는 배터리 셀은 다수 개를 적층하여 직렬 또는 병렬로 연결하는 배터리 모듈 형태로 구현될 수 있다. 상기 배터리 셀은 전지부와, 상기 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스를 포함하며, 다수 개를 병렬 또는 직렬로 연결하기 위해 케이스 외부로 노출되는 양극탭과 음극탭을 구비하고, 상기 양극탭과 음극탭은 터미널을 통해 연결된다.
상기 배터리 모듈을 복수개 적층하여 배터리 서브팩을 이용하여, 전압 또는 용량이 높은 배터리 서브모듈을 제작할 수 있으며, 상기 배터리 서브모듈을 복수개 구비한 배터리팩을 제작할 수 있다.
그러나, 상기 배터리 모듈을 복수개 적층시킬 경우, 일반적으로 소정의 형상으로 제작되는 배터리 케이스에 적층시키게 된다. 이때, 상기 배터리 모듈을 제작할 경우 동일한 크기로 제작이 불가능하며, 복수개 적층시킬 경우 조립오차가 점점 커지게 되어, 상기 배터리 케이스의 내부에 상기 배터리모듈이 적층되는 공간의 크기가 상기 복수개의 배터리 모듈을 적층시킨 크기와 동일하지 못해 조립이 어려운 문제점이 있었다.
한국공개특허 10-2011-0081023
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 배터리모듈을 적층할 경우 생기는 공차의 크기에 상관없이 배터리 모듈을 조립할 수 있으며, 쉽게 조립할 수 있는 배터리 서브팩 및 이를 제조하는 방법을 제공함 에 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩은 적어도 하나 이상의 배터리셀이 내장된 단위모듈이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 적층되어 있는 복수개 배터리모듈을 포함하는 배터리 서브팩에 있어서, 상기 복수개 적층된 배터리모듈의 적층방향과 수직인 양측면에 각각 배치되는 제1 및 제2 엔드플레이트, 상기 복수개 적층된 배터리모듈의 적층방향과 평행한 상부모서리에 각각 위치하는 제1 및 제2 상단부재 및 상기 배터리모듈의 하부 및 상기 제1 및 제2 엔드플레이트의 사이에 위치하고, 상기 제1 및 제2 엔드플레이드에 양단부가 결합되는 적어도 하나 이상의 하단부재를 포함한다.
또한, 상기 하단부재는 상기 복수개의 배터리모듈을 적층된 길이보다 길이가 짧은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배터리 서브팩은 상기 배터리 모듈의 상부에 결합되는 덕트를 더 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상하방향으로 천공되는 복수개의 냉각홀이 형성된다.
또한, 상기 배터리 서브팩은 상기 배터리모듈의 전극단자 또는 PCB에 연결되는 하네스를 포함한다.
또한 ,상기 하단부재는 측면에 상기 배터리모듈이 안착하기 위한 배터리안착부가 위치된다.
또한, 상기 하단부재는 상기 복수개의 배터리셀의 적층방향과 평행한 바 형상으로 제작된다.
또한, 상기 제1 엔드플레이트 및 제2 엔드플레이트는 적어도 하나 이상의 측면이 절곡되어 연장되는 절곡부를 포함한다.
또한, 상기 하단부재는 상기 제1 엔드플레이트와 상기 제2 엔드플레이트의 사이에 위치하여, 상기 제1 엔드플레이트와 상기 제2 엔드플레이트에 형성되는 결합홀에 결합부재가 삽입되어 상기 하단부재에 결합된다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩을 조립방법은 제1 엔드플레이트에 하단부재를 결합하는 제1 결합단계, 상기 제1 결합단계에서 결합된 상기 제1 엔드플레이트와 상기 하단부재에 복수개의 배터리모듈을 안착하는 배터리모듈 안착단계, 상기 하단부재에 제2 엔드플레이트를 결합하는 제2 결합단계, 상기 복수개의 적층된 배터리모듈의 적층방향과 평행한 상부 모서리에 각각 제1 및 제2 상단부재를 결합하는 제3 결합단계, 상기 복수개 적층된 배터리모듈의 상부에 덕트를 결합하는 덕트 결합단계 및 상기 복수개 적층된 배터리 모듈에 하네스를 결합하는 하네스 결합단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 엔드플레이트와 하단부재가 결합되어 배터리모듈을 적층할 경우 생기는 공차의 크기에 상관없이 배터리 서브팩을 조립할 수 있으며, 배터리안착부를 포함하여 쉽게 조립할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩의 분해도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엔드플레이트의 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하부부재의 사시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩의 부분 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩의 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩 조립방법의 순서도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 서브팩 및 이를 포함하는 배터리팩을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 7을 이용하여 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩(100)의 구성과 형태에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩(100) 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩(100) 분해도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩(100)은 복수개의 배터리모듈(110), 제1 엔드플레이트(120), 제2 엔드플레이트(130), 제1 상단부재(140), 제2 상단부재(150), 및 적어도 하나 이상의 하단부재(160)를 포함한다.
배터리 모듈(110)은 적어도 하나 이상의 배터리셀이 내장된 단위모듈이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 복수개 적층되어 있다. 또한, 배터리모듈(110)은 상하방향으로 적어도 하나 이상의 냉각홀(111)이 천공되어, 냉각홀(111)로 냉각유체가 유입 또는 배출되어 배터리모듈(110)을 효율적으로 냉각한다.(도 3 참조)
제1 엔드플레이트(120) 및 제2 엔드플레이트(130)는 복수개 적층된 배터리모듈(110)의 적층방향과 수직인 양측부에 각각 배치된다. 또한, 제1 엔드플레이트 (120) 및 제2 엔드플레이트(130)는 적어도 하나 이상의 측면이 절곡되어 형성되는 절곡부(121,131)를 포함한다. 제1 엔드플레이트(120) 및 제2 엔드플레이트(130)은 평면일 경우 외부의 힘에 의해서 변형이 일어나기 쉽기 때문에 적어도 하나 이상의 절곡부(121,131)가 형성되어 쉽게 변형이 일어나는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 절곡부(121,131)는 배터리모듈(110)의 반대쪽으로 절곡 형성되어, 냉각홀(111)에 냉각유체가 유입 또는 배출되는데 간섭받지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 절곡부(121,131)가 형성되어 배터리 서브팩(100)을 다른 곳에 고정 또는 결합할 경우 손쉽게 고정할 수 있다.(도 4 참조)
하단부재(160)는 배터리모듈(110)의 하부 및 상기 제1 및 제2 엔드플레이트(120,130)의 사이에 위치하고, 상기 제1 및 제2 엔드플레이트(120,130)에 양단면이 밀착되어 결합된다.
이때, 하단부재(160)는 복수개의 배터리모듈(110)이 적층된 길이보다 길이가 짧은 것을 특징으로 한다. 하단부재(160)는 복수개의 배터리모듈(110)이 적층된 길이와 동일할 경우, 가장 이상적으로 조립할 수 있지만, 배터리모듈(110)을 제작하는 과정에서 생길 수 있는 오차가 있을 수 있으며, 배터리모듈(110)을 복수개 적층시키게 되면 그 오차범위는 더 크게 됩니다. 또한, 배터리모듈(110)을 복수개 적층시킨 후 적층된 길이를 측정하여, 이에 따라서, 하단부재(160)를 제작할 수 없기 때문에, 하단부재(160)의 길이는 복수개의 배터리모듈(110)이 적층된 길이 보다 짧게 제작하여, 차이가 나는 길이를 하단부재(160)와 제1 엔드플레이트(120) 또는 제2 엔드플레이트(130)를 결합하는 결합부재(200)로 오차길이를 보상하여 조립하기 용이하게 된다.(도 7 참조)
좀 더 상세하게는, 배터리 모듈(110)의 제작하는데 있어서, 배터리 모듈(110)의 폭이 5cm이고, 제작공차가 ㅁ0.5mm일 경우 배터리 모듈(110)을 5개 적층시킬 경우 발생하는 공차는 ㅁ2.5mm가 된다. 이때, 하단부재(160)의 길이를 25cm로 제작하는 것이 아니라, 24.75cm로 제작하게 되면, 하단부재(160)와 엔드플레이트(120,130)의 길이의 차이는 0~5mm를 되고, 결합부재(200)를 이용하여 하단부재(160)와 엔드플레이트(120,130)를 결합하게 되면 0~5mm 이격된 상태에서 조립할 수 있다.
또한, 하단부재(160)는 복수개의 배터리모듈(110)을 적층방향과 평행한 바형상으로 제작되는 것이 바람직하다.(도 5 참조) 도 2에 도시된 바와 같이 하단부재(160)는 제1 하단부재(161)와 제2 하단부재(162)를 포함할 수 있다.
배터리모듈(110)은 냉각유체가 통과할 수 있도록 냉각홀(111)이 형성되어, 냉각홀(111)로 냉각유체가 원활히 이동할 수 있도록 하단부재(160)의 간섭을 받지 않도록 냉각홀(111)이 형성되지 않는 곳에 즉, 배터리모듈(110)의 하부 외측에 각각 제1 하단부재(161)과 제2 하단부재(162)가 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 하단부재(160)에 배터리안착부(163)가 형성되어, 배터리모듈(110)의 모서리 부분이 배터리안착부(163)에 밀착되어 적층된다. 즉, 배터리안착부(163)는 배터리모듈(110)의 모서리 부분과 동일한 형성으로 제작된다. 이때, 배터리모듈(110)은 제1 엔드플레이트(120) 방향, 하단부재(160) 방향, 배터리안착부(163) 방향으로 밀착하여, 적층함에 따라, 배터리모듈을 손쉽게 적층할 수 있는 장점이 있다.(도 6 참조)
제1 상단부재(140) 및 제2 상단부재(150)는 복수개 적층된 배터리모듈(110)의 적층방향과 평행한 상부모서리에 각각 위치하며, 형상이 복수개 적층된 배터리모듈(110)의 적층방향과 평행한 상부모서리와 동일한 형상으로 제작되어 밀착되어 결합되는 것이 바람직하다. 이때, 각각의 배터리모듈(110)에는 상단부재결합홀이 형성되고, 제1 상단부재(140) 및 제2 상단부재(150)에는 상단부재결합홀과 대응되는 위치에 결합홀이 형성되어 결합부재(200)가 결합홀과 상단부재결합홀을 관통하여, 상기 제1 상단부재(140) 및 제2 상단부재(150)가 복수개 적층된 배터리모듈(110)에 결합된다.
배터리 서브팩(100)은 각각의 배터리모듈(110)의 전극단자에 연결되는 하네스(190)를 더 포함한다. 하네스(190)는 각각의 배터리모듈(110)의 전력이 외부로 공급하기 위한, 케이블역할을 한다. 또한, 하네스(190)는 배터리모듈(110)의 PCB(Printed Circuit Board)에 연결되어, 배터리모듈(110)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 BMS(Battery Management System)에 전송하기 위한 케이블로 사용될 수 도 있다.
상술한 결합부재(200)는 볼트, 나사, 피스 등 과 같이 두 개의 물체를 결합하기 위해서, 홀을 통해서 삽입하는 결합부재(200)를 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩(100)은 덕트(170,180)를 더 포함할 수 있다.
덕트(170,180)는 제1 덕트(170)와 제2 덕트(180)를 포함하고, 제1 덕트(170)는 복수개의 적층된 배터리모듈(110)의 상부에 위치하여, 외부의 공기가 유입 또는 배터리모듈(110) 내의 유체가 외부로 유출될 수 있도록 형성된다. 이를 위해서, 배터리모듈(110)에 천공되는 냉각홀(111)을 완전히 덮도록 형성되며, 냉각홀(111)로 유입 또는 배출되는 냉각유체가 효율적으로 제1 덕트로 배출 또는 유입될 수 있도록 덕트 몸체는 일정각도를 가지고 형성된다. 또한, 제2 덕트(180)는 복수개의 적층된 배터리모듈(110)의 하부에 위치하여, 외부의 공기가 유입 또는 배터리모듈(110) 내의 유체가 외부로 유출될 수 있도록 형성된다. 이를 위해서, 배터리모듈(110)에 천공되는 냉각홀(111)을 완전히 덮도록 형성되며, 냉각홀(111)로 유입 또는 배출되는 냉각유체가 효율적으로 제2 덕트(180)로 배출 또는 유입될 수 있도록 덕트(170,180) 몸체는 일정각도를 가지고 형성된다.
도 8을 이용하여, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩의 조립단계를 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 서브팩의 조립단계는 제1 결합단계(S10), 배터리모듈 안착단계(S20), 제2 결합단계(S30), 제3 결합단계(S40), 덕트 결합단계(S50), 및 하네스 결합단계(S60)를 포함한다.
제1 결합단계(S10)는 제1 엔드플레이트(120)에 하단부재(160)를 결합하는 단계로서, 제1 엔드플레이트(120)의 전면하부에 하단부재(160)를 밀착시켜, 결합부재(200)를 이용하여 결합한다.
배터리모듈 안착단계(S20)는 제1 결합단계(S10)에서 결합된 제1 엔드플레이트(120)와 하단부재(160)에 배터리모듈(110)을 안착하는 단계로서, 제1 엔드플레이트(120)와 하단부재(160)가 결합되어 배터리모듈(110)을 안착할 수 있는 공간이 형성되고, 배터리모듈(110)의 하부면이 하단부재(160)의 상부면에 밀착되고, 제1 엔드플레이트(120)와 인접한 배터리모듈의 일측면이 제1 엔드플레이트(120)와 밀착되게 안착되는 것이 바람직하다. 이때, 하단부재(160)에 배터리안착부(163)가 형성되어, 배터리모듈(110)의 모서리 부분이 배터리안착부(163)에 밀착되어 적층된다. 즉, 배터리안착부(163)는 배터리모듈(110)의 모서리 부분과 동일한 형성으로 제작된다. 이때, 배터리모듈(110)은 제1 엔드플레이트(120) 방향, 하단부재(160) 방향, 배터리안착부(163) 방향으로 밀착하여, 적층함에 따라, 배터리모듈을 손쉽게 적층할 수 있는 장점이 있다.
제2 결합단계(S30)는 하단부재(160)에 제2 엔드플레이트(130)를 결합하는 단계로서, 제2 엔드플레이트(130)는 제1 엔드플레이트(120)가 배터리모듈(110)에 밀착되는 면과 대응되는 면에 밀착되고, 하단부재(160)에 결합부재(200)를 이용하여 결합되는 된다. 이때, 제2 엔드플레이트(130)와 하단부재(160)는 소정의 거리가 떨어진 상태로 결합되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 엔드플레이트(120)와 제2 엔드플레이트(130)의 거리보다 하단부재(160)가 짧게 제작되어, 배터리모듈(110)를 제작할 경우 제작오차로 인해 적층시킨 배터리모듈(110)의 길이가 정규규격보다 길거나 짧아도 조립하는데 문제가 없도록 제작되는 것이 바람직하다.
제3 결합단계(S40)는 복수개 적층된 배터리모듈(110)의 적층방향과 평행한 상부 모서리에 각각 제1 및 제2 상단부재(140,150)가 결합되는 단계이다.
덕트 결합단계(S50)는 복수개 적층된 배터리모듈(110)의 상부 또는 하부에 덕트(170,180)를 결합하는 단계이다.
하네스결합단계(S60)는 복수개 적층된 배터리모듈(110)에 하네스(190)를 결합하는 단계이다.
본 발명은 상기한 실시예에 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.
100 : 배터리서브팩 110 : 배터리 모듈
111 : 냉각홀 120 : 제1 엔드플레이트
121 : 절곡부
130 : 제2 엔드플레이트 131 : 절곡부
140 : 제1 상단부재 150 : 제2 상단부재
160 : 하단부재 161 : 제1 하단부재
162 : 제2 하단부재 163 : 배터리안착부
170 : 제1 덕트 180 : 제2 덕트
190 : 하네스 200 : 결합부재

Claims (9)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리셀이 내장된 단위모듈이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 적층되어 있는 복수개 배터리모듈을 포함하는 배터리 서브팩에 있어서,
    상기 복수개 적층된 배터리모듈의 적층방향과 수직인 양측면에 각각 배치되는 제1 및 제2 엔드플레이트;
    상기 복수개 적층된 배터리모듈의 적층방향과 평행한 상부모서리에 각각 위치하는 제1 및 제2 상단부재; 및
    상기 배터리모듈의 하부 및 상기 제1 및 제2 엔드플레이트의 사이에 위치하고, 상기 제1 및 제2 엔드플레이드에 양단부가 결합되는 적어도 하나 이상의 하단부재;
    를 포함하는 배터리 서브팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하단부재는 상기 복수개의 배터리모듈을 적층된 길이보다 길이가 짧은 배터리 서브팩.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 서브팩은 상기 배터리 모듈의 상부에 결합되는 덕트를 더 포함하고, 상기 배터리 모듈은 상하방향으로 천공되는 복수개의 냉각홀이 형성되는 배터리 서브팩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 서브팩은 상기 배터리모듈의 전극단자 또는 PCB에 연결되는 하네스를 포함하는 배터리 서브팩.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 하단부재는 측면에 상기 배터리모듈이 안착하기 위한 배터리안착부가 위치되는 배터리 서브팩.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하단부재는 상기 복수개의 배터리셀의 적층방향과 평행한 바 형상으로 제작되는 배터리 서브팩.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 엔드플레이트 및 제2 엔드플레이트는 적어도 하나 이상의 측면이 배터리모듈의 반대 방향으로 절곡되는 절곡부를 포함하는 배터리 서브팩.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 하단부재는 상기 제1 엔드플레이트와 상기 제2 엔드플레이트의 사이에 위치하여, 상기 제1 엔드플레이트와 상기 제2 엔드플레이트에 형성되는 결합홀에 결합부재가 삽입되어 상기 하단부재에 결합되는 배터리 서브팩.
  9. 배터리 서브팩을 조립방법에 있어서,
    제1 엔드플레이트에 하단부재를 결합하는 제1 결합단계;
    상기 제1 결합단계에서 결합된 상기 제1 엔드플레이트와 상기 하단부재에 복수개의 배터리모듈을 안착하는 배터리모듈 안착단계;
    상기 하단부재에 제2 엔드플레이트를 결합하는 제2 결합단계;
    상기 복수개의 적층된 배터리모듈의 적층방향과 평행한 상부 모서리에 각각 제1 및 제2 상단부재를 결합하는 제3 결합단계;
    상기 복수개 적층된 배터리모듈의 상부에 덕트를 결합하는 덕트 결합단계; 및
    상기 복수개 적층된 배터리 모듈에 하네스를 결합하는 하네스 결합단계;
    를 포함하는 배터리 서브팩 조립방법.
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